WO2022152753A1 - Aufbereitung von betriebsdaten einer mehrheit von parallel geschalteten fördersträngen, wobei jeder strang einen strömungswiderstand aufweist - Google Patents

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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/857—Monitoring of fluid pressure systems

Definitions

  • the invention relates to a method for processing operating data of a flow arrangement, a computer program product and a flow system.
  • assemblies are often used that include centrifugal pumps connected in parallel to generate the flow.
  • these assemblies similar to those of the other parts of the plant - are only instrumented in such a way that the process goals set for the plants can be achieved.
  • Further additional measurement technology for diagnosis or for assessing the operating modes of individual components or individual devices is only available in a few exceptional cases, in particular for reasons of cost. That has to As a result, the operating modes of the individual pumps are largely unknown. This applies in particular to pump assemblies in which pumps of different design and performance are installed, since known models usually require pumps of the same construction and speed.
  • a method for processing operating data of a flow arrangement of a plant comprises a first production line, which has a first flow resistance, and a second production line, which has a second flow resistance. Furthermore, the second conveyor line is connected in parallel to the first conveyor line for a fluid flow in the flow arrangement, in particular hydraulically.
  • the method includes, in particular in the form of method steps:
  • a, preferably structure-free, substitute model for determining a strand-related operating behavior of the flow arrangement, in which a mutual influence of the first conveyor strand, preferably a first operating behavior of the first conveyor strand, and the second conveyor strand, preferably a second operating behavior of the second conveyor strand, depending on the resistance behavior and the joint operating behavior is taken into account, in particular by a model module of the control unit,
  • the processing of the operating data can preferably include an analysis of the operation of the flow arrangement.
  • the flow arrangement is in particular a hydraulic arrangement.
  • the system can thus be a hydraulic system.
  • the fluid flow can be a liquid flow, preferably an incompressible liquid such as water.
  • the parallel connection of the first and second conveying line for the fluid flow is understood in particular to mean a hydraulic parallel connection.
  • the first and second conveying line can each have at least one line section for guiding the fluid flow, in which the first flow resistance or the second flow resistance is arranged.
  • the first and second conveying line can thus have a common flow inlet and/or a common flow outlet.
  • a flow circuit can have a branching into the first and second conveying line at the flow inlet and a merging of the fluid flow at the flow outlet include the first and second conveyor line.
  • the first and/or second flow resistance can be formed by a valve or another constriction. It is conceivable that each of the conveyor lines has a plurality of flow resistances that are hydraulically connected in series or in parallel with one another.
  • the first and/or second reference behavior preferably includes in each case at least one reference parameter which characterizes an influence of the first and/or second flow resistance on the fluid flow in the respective conveying line. It is conceivable that the first and/or second reference behavior each includes a reference characteristic curve for characterizing an influence of the first and/or second flow resistance on the fluid flow in the respective conveying line.
  • the common operating parameter can include a pressure and/or flow parameter, in particular in the form of a pressure and/or flow ratio, in the flow arrangement, which is influenced by the first conveyor line and the second conveyor line.
  • the common operating parameter can be measured and/or specified for a simulation of the current operating situation.
  • the resistance behavior and/or the joint operating behavior can be detected virtually and/or using real measured values.
  • the resistance behavior and the joint operating behavior can thus be operating data, in particular predetermined and/or recognized operating data.
  • the first reference behavior and/or the second reference behavior can each comprise at least one reference parameter, which is recorded in terms of data and/or measurement technology when the resistance behavior is recorded.
  • the common operating parameter can be recorded using data technology and/or measurement technology.
  • the resistance behavior can be provided by a memory module of the control unit, for example.
  • the substitute model can advantageously be implemented as an analytical and/or structure-free computational model, in particular without structural modeling of lines and/or structures of the components.
  • the lines and the structures of the components only by parameters and / or Constants are taken into account in the replacement model.
  • the replacement model is time-independent and/or is designed to determine the line-related operating behavior in a state of equilibrium of the flow arrangement.
  • a time-independent execution of the replacement model can be understood to mean that the current operating situation can be limited to a specific point in time and the replacement model therefore in particular does not include a function over a number of time steps.
  • the substitute model is preferably based on the stream thread theory.
  • the replacement model can include an analytical system of equations, for example.
  • the system of equations and/or a structure of the system of equations can be predetermined.
  • values of the resistance behavior and the common operating behavior can be used in the system of equations when determining the substitute model as a function of the resistance behavior and the common operating behavior.
  • the system of equations is created when determining the replacement model, in particular as a function of the current operating situation and/or of an embodiment of the flow arrangement. It can be provided, for example, that the system of equations is compiled and/or parameterized, in particular based on the structure.
  • the substitute model when determining the substitute model, provision can be made for a number of equations and/or terms of the equations for the substitute model to be determined as a function of the current operating situation and/or of a configuration of the flow arrangement.
  • the first and second performance may still be unknown when determining the substitute model.
  • the mutual influence of the first and second operating behavior can be expressed, for example, by an equation, a constant and/or an equation term.
  • the line-related operating behavior can include, for example, the first operating behavior of the first conveyor line and the second operating behavior of the second conveyor line in the current operating situation.
  • the first operating behavior can be calculated for the first conveyor line and the second operating behavior for the second conveyor line be, for example by operating parameters are calculated as a function of the substitute model, which characterize the first operating behavior and the second operating behavior.
  • a current configuration of the flow arrangement can be analyzed with knowledge of the resistance behavior and the common operating behavior. For example, individual operating parameters of the flow resistances and/or other components of the conveyor lines can be identified and/or calculated.
  • the operating data of the flow arrangement can also be processed if additional measuring technology for diagnosis or for assessing the operating modes of individual components or individual devices in the conveying lines is not provided.
  • proof of the current configuration of the flow arrangement can be provided to clarify warranty issues without retrofitting the system.
  • Advantageously z. B. be recognized whether the flow arrangement is operated according to design. Furthermore, it is conceivable that the processing of the operating data with the method for designing the flow arrangement is used.
  • the first conveyor line has a first turbomachine and the second conveyor line has a second turbomachine, preferably with the first turbomachine being connected in series with the first flow resistance and/or the second turbomachine being connected in series with the second flow resistance.
  • the first flow machine is connected in series in front of the first flow resistance in the direction of fluid flow and/or the second flow machine is connected in series in front of the second flow resistance in the direction of fluid flow.
  • An exchange of mechanical energy and flow energy of the fluid flow in the conveying lines can take place through the flow machines.
  • the flow through the first and second flow machine can be influenced differently in each of the conveyor lines.
  • the operating modes of the individual turbomachines are unknown or largely unknown.
  • the first and second turbomachine in the form of different machine models and / or with different maximum capabilities are designed.
  • the two turbomachines are operated at different operating points.
  • Such information about the turbomachines can be obtained through the train-related operating behavior and in particular the associated train-related approach, in particular without the need for additional sensors.
  • at least one machine-related operating parameter is calculated when determining the train-related operating behavior.
  • the first turbomachine and/or the second turbomachine is designed as a pump, preferably with the first turbomachine and the second turbomachine having different differential pressures in the form of delivery pressures for delivering the fluid flow in the current operating situation.
  • the first and/or the second turbomachine can preferably be designed as a centrifugal pump.
  • a delivery pressure can be understood to mean a pressure difference generated by the respective turbomachine in the respective delivery line. Due to the parallel connection, however, the pressure ratio in the delivery lines can deviate from the contribution of the respective turbomachine, in particular from the contribution of the turbomachine with a lower delivery capacity.
  • the turbomachines can be operated with different delivery rates.
  • the method thus makes it possible to determine the train-related operating behavior for pumps that provide an energy contribution to the flow.
  • the line-related operating behavior is determined independently of which pumps the assembly consists of or at which speeds the pumps are operated.
  • the respective differential pressure on the first turbomachine and/or on the second turbomachine can preferably only be calculated when the joint operating behavior is determined.
  • the train-related operating behavior can thus include a train-related mode of operation.
  • the first flow resistance and the second flow resistance are each in an open state for allowing a flow, in particular in the respective conveyor line, and a closed state for blocking a flow, in particular in the respective conveyor line, can be brought.
  • the first flow resistance or one of the two flow resistances is preferably in the closed state in the current operating situation and the second flow resistance or the other of the two flow resistances is in the open state.
  • the first and/or second flow resistance can each be formed by a valve. Taking into account the mutual influence of the first and second operating behavior of the two conveyor lines in the substitute model also enables the line-related operating behavior of the first and second conveyor line to be calculated when the first or second flow resistance is in the closed state. In the closed state, a fluid flow in the respective conveyor line can be completely prevented or limited to a leakage flow.
  • the first reference behavior and/or the second reference behavior in particular in each case, includes a minimum reference parameter for characterizing the open state and/or a maximum reference parameter for characterizing the closed state.
  • the first and/or second reference behavior can in particular include a characteristic curve of the respective flow resistance, in particular for defining the first and/or second reference behavior by a pressure loss figure compared to a pressure difference prevailing at the respective flow resistance.
  • the characteristic curve can have a gradient that lies between the maximum and the minimum reference parameter.
  • the maximum reference parameter includes a maximum pressure loss figure and/or the minimum reference parameter includes a minimum pressure loss figure, in particular as a function of the characteristic curve.
  • the open state and/or the closed state can be characterized in the substitute model.
  • the pressure conditions prevailing in the current operating situation at the flow resistances can be calculated when determining the line-related operating behavior, in particular instead of measuring them in the flow system.
  • the first flow resistance and the second flow resistance are each formed by a check valve.
  • One of the conveying lines can flow through the non-return valve be completely closed, especially if a pump with a lower capacity is arranged in the respective conveyor line.
  • the check valves can be purely mechanical check valves that are switched to the open state in an intended flow direction from a predetermined differential pressure value, in particular an opening pressure inherent in the check valve.
  • the check valve remains closed, for example by spring preload. The flow behavior in the closed state can be taken into account by a high pressure loss figure.
  • the check valve can be opened.
  • the transfer of the respective check valve from the open state to the closed state and vice versa can be taken into account as a continuous process in the substitute model, in particular in which the degree of opening depends on the differential pressure.
  • the pressure drop figure remains constant and takes a value of the minimum reference parameter.
  • a completely closed conveyor line can also be advantageously taken into account in the substitute model and when determining the line-related operating behavior.
  • the flow arrangement has a flow inlet and a flow outlet, the common operating behavior comprising a pressure difference between the flow inlet and the flow outlet and/or a volume flow at the flow inlet and/or at the flow outlet.
  • the pressure difference and/or the volume flow can form the common operating parameter. Only one common operating parameter is preferably provided, which is taken into account in the substitute model. For example, it can be sufficient if the volume flow and/or the pressure difference is known in order to calculate the line-related operating behavior.
  • the mutual influence of the first conveyor line and the second conveyor line by a respective differential pressure direction at the first flow resistance and at the second Flow resistance is taken into account in the substitute model. Due to the differential pressure direction, a pressure loss and/or a pressure gain of the respective conveying line, in particular at the flow resistance, can be taken into account in the replacement model. It has been recognized within the scope of the present invention that an increase in a lower delivery pressure of one of the delivery lines to a higher delivery pressure of the respective other delivery line can be taken into account on the basis of the differential pressure direction in the substitute model. As a result, the strand-related operating behavior of the flow arrangement can be calculated even with different conveying pressures in the conveying strands.
  • the substitute model comprises a system of equations in which a change in sign of a differential pressure in the first conveyor line and/or in the second conveyor line is taken into account.
  • the change of sign can be taken into account in the substitute model in the form of a function, in particular a signum function.
  • the signum function can be implemented, for example, as a function of the volume flow at the flow inlet and/or at the flow outlet. As a result, for example, a case distinction controlled by a user is not necessary.
  • an equation for describing the first and/or second reference behavior, in particular in the substitute model can have a hyperbolic function, preferably in the form of a hyperbolic tangent.
  • the operating parameters for each of the conveyor lines can be determined when determining the line-related operating behavior.
  • the volume flow is therefore in particular a volume flow of the fluid flow in the respective conveyor line.
  • the differential pressure includes in particular a pressure difference of the fluid flow between an inlet and outlet of the respective flow resistance and/or the respective turbomachine.
  • the differential pressure at the respective turbomachine can in particular also be referred to as delivery pressure of the turbomachine.
  • the line-related delivery head can include, for example, a zero delivery head of the pump arranged in the respective delivery line, in particular based on a ratio of a speed of the pump to a nominal speed of the pump.
  • the pressure loss figure at the first and/or second flow resistance relates in particular to the current operating situation. All of the listed operating parameters can preferably be calculated using the substitute model when determining the strand-related operating behavior.
  • the determination of the line-related operating behavior takes place iteratively, in particular as a function of a predefined initial condition.
  • the substitute model can be non-linear.
  • a Gauss-Seidel-Newton method can preferably be carried out for the substitute model in order to iteratively determine the strand-related operating behavior.
  • the iterative procedure allows the replacement model to be broken down automatically in order to determine the line-related operating behavior, in particular numerically.
  • the flow arrangement has at least a third delivery line with a third flow resistance, which is connected in parallel to the first delivery line and the second delivery line, with a third reference behavior of the third flow resistance being detected when the resistance behavior is detected.
  • a third flow machine in particular in the form of a pump, is preferably connected in series with the third flow resistance in the third conveying line.
  • the flow arrangement has further conveying strands with further flow resistances, and preferably connected in series thereto Flow machines, which are each connected in parallel to the first conveyor line and second conveyor line, with a further reference behavior of the further flow resistances being detected when detecting the resistance behavior.
  • the substitute model can avoid having to make a manual case differentiation of the differential pressure direction for each of the conveying lines.
  • the line-related operating behavior of an unknown configuration of the flow arrangement can be determined, in particular in an automated manner.
  • the common operating parameter is measured in the system or is provided virtually.
  • the common operating parameter can, for example, be a measured value or a default value, which z. B. is specified depending on a user input include.
  • an existing flow arrangement of the system can be analyzed, for example.
  • the flow arrangement can be simulated, for example, by the method.
  • the common operating parameter is provided by a soft sensor system.
  • the soft sensor system can be designed as a dependency simulation of representative measured variables for a target variable, and can therefore be independent of sensors that actually exist.
  • a reaction process is carried out, in particular by a reaction module of the control unit, depending on the train-related operating behavior, in particular the reaction process being a control of the turbomachines, an output of a service life prognosis for the flow arrangement and/or a display of the strand-related operating behavior on an operating device of the system.
  • the method can be carried out, for example, by a control unit which has a data connection to the turbomachines for controlling the turbomachines.
  • the service life prognosis can be output and/or the line-related operating behavior can be displayed on the operating device.
  • the operating device can be part the system and/or the flow arrangement. For example, the operating device can be integrated into a control station of the system.
  • the service life for each of the turbomachines and/or each of the flow resistances can be calculated as a function of the strand-related operating behavior.
  • a computer program product comprises instructions which, when executed by a control unit, cause the control unit to carry out a method according to the invention.
  • a computer program product thus entails the same advantages as have already been described in detail with reference to a method according to the invention.
  • the method can in particular be a computer-implemented method.
  • the computer program product can be implemented as computer-readable instruction code.
  • the computer program product can be stored on a computer-readable storage medium such as a data disk, a removable drive, a volatile or non-volatile memory, or an integrated memory/processor.
  • the computer program product can be made available or made available on a network such as the Internet, from which it can be downloaded by a user or executed online when required.
  • the computer program product can be implemented both by means of software and by means of one or more special electronic circuits, i.e. in hardware or in any hybrid form, i.e. by means of software components and hardware components.
  • a flow system has a system with a flow arrangement that has a first conveyor line, which has a first flow resistance, and a second conveyor line, which has a second flow resistance and is connected in parallel to the first conveyor line for a fluid flow in the flow arrangement, includes. Furthermore, the flow system has a control unit for carrying out a method according to the invention.
  • a flow system according to the invention thus entails the same advantages as have already been described in detail with reference to a method according to the invention and/or a computer program product according to the invention.
  • the flow system can also be referred to as a hydraulic system.
  • the control unit can be integrated into an external server, in particular into a cloud.
  • the system has the control unit.
  • the control unit can be integrated into a control station of the system and/or a control unit for the flow machines of the flow arrangement.
  • the control unit preferably includes a processor and/or microprocessor for executing the method.
  • the control unit can thus also be referred to as a control unit and/or as a regulation unit.
  • FIG. 1 shows a flow system according to the invention for carrying out a method according to the invention for processing operating data of a flow arrangement of a plant of the flow system
  • 5 shows a schematic representation of method steps of the method
  • 6 shows a flow system according to the invention for carrying out the method in a further exemplary embodiment.
  • the flow arrangement 2 comprises a first conveyor line 10 which has a first flow resistance 11 and a second conveyor line 20 which has a second flow resistance 21 .
  • the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 for the fluid flow 40 are connected in parallel to one another, in particular hydraulically.
  • the flow arrangement 2 has a flow inlet 4 and a flow outlet 5 .
  • the flow inlet 4 forms a common access for the fluid flow 40 to the first conveyor line 10 and to the second conveyor line 20 of one of the system parts 8.
  • the flow outlet 5 forms a common outlet from the first conveyor line 10 and from the second conveyor line 20 to the further system part 8 of the system 3
  • the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 have a common operating behavior 200 in which the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 have the same pressure difference between the flow inlet 4 and the flow outlet 5 .
  • a volume flow 223 preferably matches at the flow inlet 4 and at the flow outlet 5 and thus also characterizes the joint operating behavior 200.
  • the first conveyor line 10 has a first flow machine 12 which is connected in series with the first flow resistance 11 within the first conveyor line 10 .
  • the second conveyor line 20 has a second flow machine 22 which is connected in series with the second flow resistance 21 within the second conveyor line 20 .
  • the first turbomachine 12 and the second turbomachine 22 are preferably designed as pumps.
  • the first flow resistance 11 and the second Flow resistance 21 formed by a check valve. The first flow resistance 11 and the second flow resistance 21 can each be brought into an open state I for allowing a flow in the respective conveyor line and a closed state II for blocking a flow in the respective conveyor line.
  • the system also includes a control unit 6 for executing a method 100 according to the invention for processing operating data of a flow arrangement 2 of the system 3.
  • the control unit 6 can be part of the system 3 or can be designed separately from the system 3, for example as part of an external server or a cloud.
  • a computer program product is preferably provided which comprises instructions which, when executed by the control unit 6, cause the control unit 6 to carry out the method 100.
  • the method 100 is shown in a schematic representation of method steps in FIG. 5 .
  • a resistance behavior 210 of the flow arrangement 2 is detected 101 with a first reference behavior 211 of the first flow resistance 11 and a second reference behavior 212 of the second flow resistance 21.
  • the resistance behavior 210 is shown as an example in FIG second reference behavior 212 with a differential pressure 221.1 compared to a pressure loss number 222 at the first flow resistance 11 or at the second flow resistance 21 is shown.
  • the first reference behavior 211 of the first flow resistance 11 and the second reference behavior 212 of the second flow resistance 21 each include a minimum reference parameter 210.1 for characterizing the opening state I and a maximum reference parameter 210.2 for characterizing the closed state II.
  • the opening state I can be defined, for example, by the minimum reference parameter 210.1 in the form of a low pressure loss figure 222 and the closed state II can be characterized by the maximum reference parameter 210.2 in the form of a high pressure loss figure 222.
  • the method 100 includes a detection 102 of a common operating behavior 200 with at least one common operating parameter 200.1 of the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 depending on a current operating situation.
  • the common operating parameter 200.1 can include the pressure difference between the flow inlet 4 and the flow outlet 5 and/or the volume flow 223 at the flow inlet 4 and/or at the flow outlet 5. It is conceivable that only one common operating parameter 200.1 for detecting 102 the common operating behavior 200 is detected or several operating parameters.
  • the common operating parameter 200.1 in the system 3 can be measured, in particular by a sensor system 7 of the system 3 and/or the flow arrangement 2, in order to analyze the operation and/or the configuration of the system 3.
  • the common operating parameter 200.1 can be provided virtually on the control unit 6 or by the control unit 6, for example in order to simulate the operation and/or the configuration of the system 3.
  • a determination 103 of a preferably structure-free substitute model 220 is carried out to determine a branch-related operating behavior 201, 202 of the flow arrangement 2.
  • the substitute model 220 takes into account a mutual influence of the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 as a function of the resistance behavior 210 and the common operating behavior 200, in particular for the current operating situation.
  • the mutual influence of the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 is taken into account based on a differential pressure direction at the first flow resistance 11 and at the second flow resistance 21 in the equivalent model 220.
  • the line-related operating behavior 201, 202 includes in particular a first operating behavior 201 of the first conveyor line 10 and a second operating behavior 202 of the second conveyor line 20.
  • the first flow resistance 11 is in the closed state II in the current operating situation and the second flow resistance 21 is in the open state I.
  • a differential pressure 221 of the common operating behavior 200 is therefore set for each of the conveyor lines 10, 20 from the respective differential pressure 221.2 at the first and second turbomachine 12, 22 and the respective differential pressure 221.1 at the first and second Flow resistance 11, 21 together.
  • the differential pressures 221.1 at the first and second flow resistance 11, 21 have different differential pressure directions here.
  • the respective line-related differential pressure 221.1, 221.2 is therefore adapted to the first operating parameter 200.1 in the substitute model 220, in particular in the form of the differential pressure 221 of the common operating behavior
  • a lower delivery pressure of the first delivery line 10 can be raised to a higher delivery pressure of the second delivery line 20. Due to the differential pressure direction, a pressure gain in the first delivery line 10, in particular at the first flow resistance 11, and a pressure loss in the second delivery line 20, in particular at the second flow resistance 21, can therefore be taken into account in the substitute model 220, so that the first delivery line 10 and the second delivery line 20 in With respect to the flow inlet 4 and the flow outlet 5 have the same pressure difference.
  • 4 shows the equivalent model 220 based on delivery characteristics of the first turbomachine 12 and the second turbomachine 22 with a differential pressure 221 compared to a line-related volume flow 223.1.
  • the line-related operating behavior 201, 202 of the flow arrangement 2 is also determined 104 for the current operating situation. This can be done by determining 104 the strand-related operating behavior
  • 201 , 202 can be executed iteratively, in particular as a function of a predefined initial condition, by evaluating the substitute model 220 iteratively.
  • the line-related operating behavior 201, 202 at least one, preferably several or all, of the following operating parameters of the flow arrangement 2 for the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 of the current operating situation can be calculated.
  • a line-related volume flow 223.1 For example, for the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20, a line-related volume flow 223.1, a differential pressure 221.1 at the first flow resistance 11 and/or at the second flow resistance 21, a differential pressure 221.2 at the first flow machine 12 and/or at the second flow machine 22, a line-related delivery head and/or a pressure loss factor 222 for the first flow resistance 11 and/or second flow resistance 21 can be calculated.
  • a reaction process 105 can also be carried out.
  • the reaction process 105 can include, for example, a control of the first turbomachine 12 and the second turbomachine 22, an output of a service life prognosis for the flow arrangement 2 and/or a display of the train-related operating behavior 201, 202 on an operating device 9 of the system 3.
  • the method 100 can be used to analyze a current configuration of the flow arrangement 2 with knowledge of the resistance behavior 210 and the common operating behavior 200 and in particular without knowledge of individual strand-related operating parameters. For example, strand-related operating parameters of the flow resistances and/or other components of the conveying strands can be identified and/or calculated. As a result, for example, proof of the current configuration of the flow arrangement 2 can be provided to clarify warranty issues without retrofitting the system 3 .
  • the line-related operating behavior 201, 202 of the flow arrangement 2 can also be calculated with different conveying pressures in the conveying lines, in particular without intervening by means of a manual case distinction.
  • FIG. 6 shows a flow system 1 according to the invention, which has a system 3 with a flow arrangement 2 for a fluid flow 40 between two system parts 8, in a further exemplary embodiment.
  • the flow system 1 also includes a control unit 6 for executing a method 100 according to the invention for processing operating data of a flow arrangement 2 of the plant 3.
  • the method 100 and the flow system 1 essentially correspond to the first exemplary embodiment.
  • the flow arrangement 2 also has at least one third conveying line 30 with a third flow resistance 31 and a third flow machine 32 .
  • the third conveyor line 30 is connected in parallel to the first conveyor line 10 and the second conveyor line 20 . In this case, a third reference behavior of the third flow resistance 31 is also detected when detecting 101 a resistance behavior 210 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Aufbereitung von Betriebsdaten einer Strömungsanordnung (2) einer Anlage (3) mit einem ersten Förderstrang (10), der einen ersten Strömungswiderstand (11) aufweist, und einem zweiten Förderstrang (20), der einen zweiten Strömungswiderstand (21) aufweist und zu dem ersten Förderstrang (10) für eine Fluidströmung (40) in der Strömungsanordnung (2) parallel geschaltet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, sowie ein Strömungssystem (1).

Description

AUFBEREITUNG VON BETRIEBSDATEN EINER MEHRHEIT VON PARALLEL GESCHALTETEN FÖRDERSTRÄNGEN, WOBEI JEDER STRANG EINEN STRÖMUNGSWIDERSTAND AUFWEIST
B e s c h r e i b u n g Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Betriebsdaten einer Strömungsanordnung, ein Computerprogrammprodukt sowie ein Strömungssystem.
In Flüssigkeitskreisläufen werden häufig Baugruppen eingesetzt, die parallel geschaltete Kreiselpumpen zur Strömungserzeugung umfassen. In der Regel sind diese Baugruppen - ähnlich wie die der anderen Anlagenteile auch - nur so instrumentiert, dass die an die Anlagen gestellten Prozessziele erreicht werden können. Weitere zusätzliche Messtechnik zur Diagnose oder zur Beurteilung von Betriebsweisen einzelner Komponenten oder einzelner Geräte ist, insbesondere aus Kostengründen, nur in wenigen Ausnahmefällen vorhanden. Das hat zur Folge, dass die Betriebsweisen der einzelnen Pumpen überwiegend unbekannt sind. Dies gilt insbesondere für Pumpen-Baugruppen, in denen Pumpen unterschiedlicher Ausführung und Leistungsfähigkeit eingebaut sind, da bekannte Modelle üblicherweise bau- und drehzahlgleiche Pumpen voraussetzen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch eine Bestimmung eines strangbezogenen Betriebsverhaltens einer Strömungsanordnung mit parallel geschalteten Fördersträngen eine Aufbereitung von Betriebsdaten, vorzugsweise unabhängig von einer Leistungsfähigkeit und/oder einer aktuellen Leistung von Strömungsmaschinen der Strömungsanordnung, zu ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 14, sowie ein Strömungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und/oder dem erfindungsgemäßen Strömungssystem und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Betriebsdaten einer Strömungsanordnung einer Anlage vorgesehen. Die Strömungsanordnung umfasst einen ersten Förderstrang, der einen ersten Strömungswiderstand aufweist, und einen zweiten Förderstrang, der einen zweiten Strömungswiderstand aufweist. Ferner ist der zweite Förderstrang zu dem ersten Förderstrang für eine Fluidströmung in der Strömungsanordnung, insbesondere hydraulisch, parallel geschaltet. Das Verfahren umfasst, insbesondere in Form von Verfahrensschritten:
Erfassen eines Widerstandsverhaltens der Strömungsanordnung mit einem ersten Referenzverhalten des ersten Strömungswiderstands und einem zweiten Referenzverhalten des zweiten Strömungswiderstands, insbesondere durch ein Referenzmodul einer Kontrolleinheit eines Strömungssystems,
Erfassen eines gemeinsamen Betriebsverhaltens mit zumindest oder genau einem gemeinsamen Betriebsparameter des ersten Förderstrangs und des zweiten Förderstrangs in Abhängigkeit von einer aktuellen Betriebssituation, insbesondere durch ein Verhaltensmodul der Kontrolleinheit,
Bestimmen eines, vorzugsweise strukturlosen, Ersatzmodells zur Bestimmung eines strangbezogenen Betriebsverhaltens der Strömungsanordnung, bei welchem ein gegenseitiger Einfluss des ersten Förderstrangs, vorzugsweise eines ersten Betriebsverhaltens des ersten Förderstrangs, und des zweiten Förderstrangs, vorzugsweise eines zweiten Betriebsverhalten des zweiten Förderstrangs, in Abhängigkeit von dem Widerstandsverhalten und dem gemeinsamen Betriebsverhalten berücksichtigt wird, insbesondere durch ein Modellmodul der Kontrolleinheit,
Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens der Strömungsanordnung für die aktuelle Betriebssituation in Abhängigkeit von dem Ersatzmodell, insbesondere durch ein Auswertemodul der Kontrolleinheit.
Die Aufbereitung der Betriebsdaten kann vorzugsweise eine Analyse des Betriebs der Strömungsanordnung umfassen. Bei der Strömungsanordnung handelt es sich insbesondere um eine Hydraulikanordnung. Die Anlage kann somit eine hydraulische Anlage sein. Bei der Fluidströmung kann es sich um eine Flüssigkeitsströmung, vorzugsweise einer inkompressiblen Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, handeln.
Unter der Parallelschaltung des ersten und zweiten Förderstrangs für die Fluidströmung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine hydraulische Parallelschaltung verstanden. Der erste und zweite Förderstrang können jeweils zumindest einen Leitungsabschnitt zum Führen der Fluidströmung aufweisen, in welchem der erste Strömungswiderstand bzw. der zweite Strömungswiderstand angeordnet ist. Der erste und zweite Förderstrang können somit einen gemeinsamen Strömungseingang und/oder einen gemeinsamen Strömungsausgang aufweisen. Dabei kann beispielsweise ein Strömungskreislauf am Strömungseingang eine Verzweigung in den ersten und zweiten Förderstrang, und am Strömungsausgang eine Zusammenführung der Fluidströmung aus dem ersten und zweiten Förderstrang umfassen. Der erste und/oder zweite Strömungswiderstand kann durch ein Ventil oder eine andere Engstelle gebildet sein. Es ist denkbar, dass jeder der Förderstränge mehrere Strömungswiderstände aufweist, die zueinander hydraulisch in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Das erste und/oder zweite Referenzverhalten umfasst vorzugsweise jeweils zumindest einen Referenzparameter, welcher einen Einfluss des ersten und/oder zweiten Strömungswiderstands auf die Fluidströmung im jeweiligen Förderstrang charakterisiert. Es ist denkbar, dass das erste und/oder zweite Referenzverhalten jeweils eine Referenzkennlinie zur Charakterisierung eines Einflusses des ersten und/oder zweiten Strömungswiderstands auf die Fluidströmung im jeweiligen Förderstrang umfasst.
Der gemeinsame Betriebsparameter kann einen Druck- und/oder Strömungsparameter, insbesondere in Form eines Druck- und/oder Strömungsverhältnisses, in der Strömungsanordnung umfassen, welcher durch den ersten Förderstrang und den zweiten Förderstrang beeinflusst wird. Der gemeinsame Betriebsparameter kann gemessen sein und/oder für eine Simulation der aktuellen Betriebssituation festgelegt werden.
Das Erfassen des Widerstandsverhaltens und/oder das Erfassen des gemeinsamen Betriebsverhaltens kann virtuell und/oder anhand realer Messwerte erfolgen. Das Widerstandsverhalten und das gemeinsame Betriebsverhalten können somit, insbesondere vorbestimmte und/oder erkannte, Betriebsdaten sein. Beispielsweise kann das erste Referenzverhalten und/oder das zweite Referenzverhalten jeweils zumindest einen Referenzparameter umfassen, der beim Erfassen des Widerstandsverhaltens datentechnisch und/oder messtechnisch erfasst wird. Ferner kann der gemeinsame Betriebsparameter datentechnisch und/oder messtechnisch erfasst werden. Das Widerstandsverhalten kann beispielsweise durch ein Speichermodul der Kontrolleinheit bereitgestellt werden.
Das Ersatzmodell kann vorteilhafterweise als analytisches und/oder strukturloses Rechenmodell, insbesondere ohne strukturelle Modellierung von Leitungen und/oder Strukturen der Komponenten, ausgeführt sein. Somit kann vorgesehen sein, dass die Leitungen und die Strukturen der Komponenten lediglich durch Parameter und/oder Konstanten in dem Ersatzmodell berücksichtigt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Ersatzmodell zeitunabhängig und/oder zum Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens in einem Gleichgewichtszustand der Strömungsanordnung ausgeführt ist. Unter einer zeitunabhängigen Ausführung des Ersatzmodells kann verstanden werden, dass die aktuelle Betriebssituation auf einen bestimmten Zeitpunkt beschränkt sein kann und das Ersatzmodell daher insbesondere keine Funktion über mehrere Zeitschritte umfasst. Vorzugsweise basiert das Ersatzmodell auf der Stromfadentheorie.
Das Ersatzmodell kann beispielsweise ein analytisches Gleichungssystem umfassen. Dabei kann das Gleichungssystem und/oder eine Struktur des Gleichungssystems vorbestimmt sein. Insbesondere können beim Bestimmen des Ersatzmodells in Abhängigkeit von dem Widerstandsverhalten und dem gemeinsamen Betriebsverhalten Werte des Widerstandsverhaltens und des gemeinsamen Betriebsverhaltens in das Gleichungssystem eingesetzt werden. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass das Gleichungssystem, insbesondere in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation und/oder von einer Ausgestaltung der Strömungsanordnung, beim Bestimmen des Ersatzmodells erstellt wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Gleichungssystem, insbesondere ausgehend von der Struktur, zusammengestellt und/oder parametriert wird. Beispielsweise kann beim Bestimmen des Ersatzmodells vorgesehen sein, dass eine Anzahl von Gleichungen und/oder von Termen der Gleichungen für das Ersatzmodell in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation und/oder von einer Ausgestaltung der Strömungsanordnung bestimmt wird. Durch die Berücksichtigung des Einflusses des ersten und zweiten Betriebsverhaltens können das erste und zweite Betriebsverhalten beim Bestimmen des Ersatzmodells noch unbekannt sein. Der gegenseitige Einfluss des ersten und zweiten Betriebsverhaltens kann beispielsweise durch eine Gleichung, eine Konstante und/oder einen Gleichungsterm ausgedrückt werden.
Beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens kann das Ersatzmodell aufgelöst werden. Das strangbezogene Betriebsverhalten kann beispielsweise das erste Betriebsverhalten des ersten Förderstrangs und das zweite Betriebsverhalten des zweiten Förderstrangs in der aktuellen Betriebssituation umfassen. Insbesondere kann beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhalten für den ersten Förderstrang das erste Betriebsverhalten und für den zweiten Förderstrang das zweite Betriebsverhalten berechnet werden, beispielsweise indem in Abhängigkeit von dem Ersatzmodell Betriebsparameter berechnet werden, die das erste Betriebsverhalten und das zweite Betriebsverhalten charakterisieren.
Dadurch kann eine aktuelle Konfiguration der Strömungsanordnung in Kenntnis von dem Widerstandsverhalten und dem gemeinsamen Betriebsverhalten analysiert werden. Beispielsweise können dabei einzelne Betriebsparameter der Strömungswiderstände und/oder weiterer Komponenten der Förderstränge identifiziert und/oder errechnet werden. Dadurch ist eine Aufbereitung der Betriebsdaten der Strömungsanordnung auch dann möglich, wenn zusätzliche Messtechnik zur Diagnose oder zur Beurteilung von Betriebsweisen einzelner Komponenten oder einzelner Geräte in den Fördersträngen nicht vorgesehen ist. Dadurch kann beispielsweise ein Nachweis über die aktuelle Konfiguration der Strömungsanordnung zur Klärung von Gewährleistungsfragen geführt werden, ohne die Anlage nachzurüsten. Vorteilhafterweise kann z. B. erkannt werden, ob die Strömungsanordnung auslegungsgemäß betrieben wird. Ferner ist es denkbar, dass die Aufbereitung der Betriebsdaten mit dem Verfahren zur Auslegung der Strömungsanordnung genutzt wird.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der erste Förderstrang eine erste Strömungsmaschine und der zweite Förderstrang eine zweite Strömungsmaschine aufweist, vorzugsweise wobei die erste Strömungsmaschine mit dem ersten Strömungswiderstand und/oder die zweite Strömungsmaschine mit dem zweiten Strömungswiderstand in Reihe geschaltet ist. Insbesondere ist die erste Strömungsmaschine in Richtung der Fluidströmung vor den ersten Strömungswiderstand und/oder die zweite Strömungsmaschine in Richtung der Fluidströmung vor den zweiten Strömungswiderstand in Reihe geschaltet. Durch die Strömungsmaschinen kann ein Austausch von mechanischer Energie und Strömungsenergie der Fluidströmung in den Fördersträngen erfolgen. Somit kann die Strömung durch die erste und zweite Strömungsmaschine in jedem der Förderstränge unterschiedlich beeinflusst werden. Es ist denkbar, dass beim Erfassen des Widerstandsverhaltens und des gemeinsamen Betriebsverhaltens die Betriebsweisen der einzelnen Strömungsmaschinen unbekannt oder überwiegend unbekannt sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste und zweite Strömungsmaschine in Form unterschiedlicher Maschinenmodelle und/oder mit unterschiedlichen maximalen Leistungsfähigkeiten ausgestaltet sind. Ferner ist es denkbar, dass die beiden Strömungsmaschinen in unterschiedlichen Betriebspunkten betrieben werden. Durch das strangbezogene Betriebsverhalten und insbesondere die damit verbundene strangbezogene Betrachtungsweise können derartige Informationen über die Strömungsmaschinen gewonnen werden, insbesondere ohne dass zusätzliche Sensorik erforderlich ist. Vorzugsweise wird beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens zumindest ein maschinenbezogener Betriebsparameter berechnet.
Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass die erste Strömungsmaschine und/oder die zweite Strömungsmaschine als Pumpe ausgeführt ist, vorzugsweise wobei die erste Strömungsmaschine und die zweite Strömungsmaschine in der aktuellen Betriebssituation unterschiedliche Differenzdrücke in Form von Förderdrücken zum Fördern der Fluidströmung aufweisen. Vorzugsweise können die erste und/oder die zweite Strömungsmaschine als Kreiselpumpe ausgeführt sein. Unter einem Förderdruck kann eine durch die jeweilige Strömungsmaschine erzeugte Druckdifferenz im jeweiligen Förderstrang verstanden werden. Aufgrund der Parallelschaltung kann dabei das Druckverhältnis in den Fördersträngen jedoch vom Beitrag der jeweiligen Strömungsmaschine, insbesondere vom Beitrag der Strömungsmaschine mit geringerer Förderleistung, abweichen. Zum Erzeugen unterschiedlicher Förderdrücke können die Strömungsmaschinen mit unterschiedlichen Förderleistungen betrieben werden. Durch das Verfahren ist es somit möglich das strangbezogene Betriebsverhalten auch für Pumpen zu bestimmen, die einen Energiebeitrag für die Strömung liefern. Insbesondere erfolgt das Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens unabhängig davon, aus welchen Pumpen die Baugruppe besteht oder bei welchen Drehzahlen die Pumpen betrieben werden. Der jeweilige Differenzdruck an der ersten Strömungsmaschine und/oder an der zweiten Strömungsmaschine kann vorzugsweise erst beim Bestimmen des gemeinsamen Betriebsverhaltens berechnet werden. Insbesondere kann das strangbezogene Betriebsverhalten somit eine strangbezogene Betriebsweise umfassen.
Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass der erste Strömungswiderstand und der zweite Strömungswiderstand jeweils in einen Öffnungszustand zum Zulassen einer Strömung, insbesondere in dem jeweiligen Förderstrang, und einen Verschlusszustand zum Blockieren einer Strömung, insbesondere in dem jeweiligen Förderstrang, bringbar sind. Vorzugsweise befindet sich der erste Strömungswiderstand oder einer der beiden Strömungswiderstände in der aktuellen Betriebssituation in dem Verschlusszustand und der zweite Strömungswiderstand oder der andere der beiden Strömungswiderstände im Öffnungszustand. Insbesondere können der erste und/oder zweite Strömungswiderstand durch jeweils ein Ventil gebildet sein. Die Berücksichtigung des gegenseitigen Einflusses des ersten und zweiten Betriebsverhaltens der beiden Förderstränge in dem Ersatzmodell ermöglicht auch dann eine Berechnung des strangbezogenen Betriebsverhaltens des ersten und zweiten Förderstrangs, wenn sich der erste oder zweite Strömungswiderstand in dem Verschlusszustand befindet. Im Verschlusszustand kann eine Fluidströmung in dem jeweiligen Förderstrang vollständig verhindert oder auf eine Leckageströmung begrenzt sein.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass das erste Referenzverhalten und/oder das zweite Referenzverhalten, insbesondere jeweils, einen minimalen Referenzparameter zur Charakterisierung des Öffnungszustands und/oder einen maximalen Referenzparameter zur Charakterisierung des Verschlusszustands umfasst. Das erste und/oder zweite Referenzverhalten kann insbesondere eine Kennlinie des jeweiligen Strömungswiderstands, insbesondere zur Definition des ersten und/oder zweiten Referenzverhaltens durch eine Druckverlustziffer gegenüber einer am jeweiligen Strömungswiderstand vorherrschenden Druckdifferenz, umfassen. Dabei kann die Kennlinie eine Steigung aufweisen, die zwischen dem maximalen und dem minimalen Referenzparameter liegt. Es ist ferner denkbar, dass der maximale Referenzparameter eine maximale Druckverlustziffer und/oder der minimale Referenzparameter eine minimale Druckverlustziffer, insbesondere in Abhängigkeit von der Kennlinie, umfasst. Dadurch kann der Öffnungszustand und/oder der Verschlusszustand im Ersatzmodell charakterisiert sein. Durch die Berücksichtigung des ersten und zweiten Referenzverhaltens können die in der aktuellen Betriebssituation vorherrschenden Druckbedingungen an den Strömungswiderständen beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens berechnet werden, insbesondere anstatt diese in der Strömungsanlage zu messen.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der erste Strömungswiderstand und der zweite Strömungswiderstand durch jeweils ein Rückschlagventil gebildet sind. Durch das Rückschlagventil kann einer der Förderstränge vollständig geschlossen werden, insbesondere wenn in dem jeweiligen Förderstrang eine Pumpe mit geringerer Förderleistung angeordnet ist. Insbesondere kann es sich bei den Rückschlagventilen um rein mechanisch arbeitende Rückschlagventile handeln, die in einer bestimmungsgemäßen Durchflussrichtung ab einem vorbestimmten Differenzdruckwert, insbesondere einem dem Rückschlagventil inhärenten Öffnungsdruck, in den Öffnungszustand überführt werden. Insbesondere wenn der Wirkdruck des Durchflussmediums kleiner als der Öffnungsdruck des Rückschlagventils ist, kann vorgesehen sein, dass das Rückschlagventil zum Beispiel durch eine Federvorspannung geschlossen bleibt. Das Strömungsverhalten im Verschlusszustand kann dabei durch eine hohe Druckverlustziffer berücksichtigt werden. Wenn der Differenzdruck am Rückschlagventil den Öffnungsdruck übersteigt, kann das Rückschlagventil geöffnet werden. Das Überführen des jeweiligen Rückschlagventils von dem Öffnungszustand in den Verschlusszustand und umgekehrt kann als ein stetiger Vorgang im Ersatzmodell berücksichtigt werden, insbesondere bei welchem der Öffnungsgrad vom Differenzdruck abhängt. Insbesondere bleibt die Druckverlustziffer konstant, wenn das Rückschlagventil vollständig geöffnet ist, und nimmt einen Wert des minimalen Referenzparameters an. Dadurch kann auch ein vollständig geschlossener Förderstrang vorteilhaft in dem Ersatzmodell und beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens berücksichtigt werden.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Strömungsanordnung einen Strömungseingang und einen Strömungsausgang aufweist, wobei das gemeinsame Betriebsverhalten eine Druckdifferenz zwischen dem Strömungseingang und dem Strömungsausgang und/oder einen Volumenstrom am Strömungseingang und/oder am Strömungsausgang umfasst. Insbesondere kann die Druckdifferenz und/oder der Volumenstrom den gemeinsamen Betriebsparameter bilden. Vorzugsweise ist nur ein gemeinsamer Betriebsparameter vorgesehen, der im Ersatzmodell berücksichtigt wird. Beispielsweise kann es ausreichen, wenn der Volumenstrom und/oder die Druckdifferenz bekannt ist, um das strangbezogene Betriebsverhalten zu berechnen.
Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass der gegenseitige Einfluss des ersten Förderstrangs und des zweiten Förderstrangs durch jeweils eine Differenzdruckrichtung am ersten Strömungswiderstand und am zweiten Strömungswiderstand im Ersatzmodell berücksichtigt wird. Durch die Differenzdruckrichtung kann ein Druckverlust und/oder ein Druckgewinn des jeweiligen Förderstrangs, insbesondere am Strömungswiderstand, im Ersatzmodell berücksichtigt werden. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt worden, dass anhand der Differenzdruckrichtung im Ersatzmodell ein Anheben eines niedrigeren Förderdrucks eines der Förderstränge auf einen höheren Förderdruck des jeweils anderen Förderstrangs berücksichtigt werden kann. Dadurch lässt sich das strangbezogene Betriebsverhalten der Strömungsanordnung auch bei unterschiedlichen Förderdrücken in den Fördersträngen berechnen. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Ersatzmodell ein Gleichungssystem umfasst, bei welchem ein Vorzeichenwechsel eines Differenzdrucks im ersten Förderstrang und/oder im zweiten Förderstrang berücksichtigt wird. Der Vorzeichenwechsel kann in Form einer Funktion, insbesondere einer Signumfunktion, im Ersatzmodell berücksichtigt sein. Die Signumfunktion kann beispielsweise als Funktion des Volumenstroms am Strömungseingang und/oder am Strömungsausgang ausgeführt sein. Dadurch ist beispielsweise eine von einem Nutzer gesteuerte Fallunterscheidung nicht notwendig. Zur Berücksichtigung negativer Werte von Differenzdrücken am Strömungswiderstand, kann eine Gleichung zum Beschreiben des ersten und/oder zweiten Referenzverhaltens, insbesondere im Ersatzmodell, eine Hyperbelfunktion, vorzugsweise in Form eines Tangens Hyperbolicus, aufweisen.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens zumindest einer, mehrere oder alle der folgenden Betriebsparameter der Strömungsanordnung für den ersten Förderstrang und den zweiten Förderstrang der aktuellen Betriebssituation berechnet wird:
- strangbezogener Volumenstrom,
Differenzdruck am ersten Strömungswiderstand und/oder am zweiten Strömungswiderstand,
Differenzdruck an der ersten Strömungsmaschine und/oder an der zweiten Strömungsmaschine,
- strangbezogene Förderhöhe, insbesondere der ersten Strömungsmaschine und/oder der zweiten Strömungsmaschine,
Druckverlustziffer für den ersten Strömungswiderstand und/oder den zweiten Strömungswiderstand. Dabei können die Betriebsparameter für jeden der Förderstränge beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens bestimmt werden. Somit handelt es sich bei dem Volumenstrom insbesondere um einen Volumenstrom der Fluidströmung in dem jeweiligen Förderstrang. Der Differenzdruck umfasst insbesondere eine Druckdifferenz der Fluidströmung zwischen einem Ein- und Ausgang des jeweiligen Strömungswiderstandes und/oder der jeweiligen Strömungsmaschine. Der Differenzdruck an der jeweiligen Strömungsmaschine kann insbesondere auch als Förderdruck der Strömungsmaschine bezeichnet werden. Die strangbezogene Förderhöhe kann beispielsweise eine Null- Förderhöhe der im jeweiligen Förderstrang angeordneten Pumpe, insbesondere bezogen auf ein Verhältnis einer Drehzahl der Pumpe zu einer Nenndrehzahl der Pumpe, umfassen. Die Druckverlustziffer am ersten und/oder zweiten Strömungswiderstand bezieht sich insbesondere auf die aktuelle Betriebssituation. Vorzugsweise können alle der aufgeführten Betriebsparameter anhand des Ersatzmodells beim Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens berechnet werden.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens, insbesondere in Abhängigkeit von einer vordefinierten Anfangsbedingung, iterativ erfolgt. Insbesondere kann das Ersatzmodell nicht-linear sein. Zum iterativen Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens kann vorzugsweise ein Gauß-Seidel-Newton-Verfahren für das Ersatzmodell ausgeführt werden. Durch das iterative Vorgehen kann das Ersatzmodell automatisiert aufgelöst werden, um das strangbezogene Betriebsverhalten, insbesondere numerisch, zu bestimmen.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Strömungsanordnung zumindest einen dritten Förderstrang mit einem dritten Strömungswiderstand aufweist, der zu dem ersten Förderstrang und zweiten Förderstrang parallel geschaltet ist, wobei ein drittes Referenzverhalten des dritten Strömungswiderstands beim Erfassen des Widerstandsverhaltens erfasst wird. Vorzugsweise ist eine dritte Strömungsmaschine, insbesondere in Form einer Pumpe, zu dem dritten Strömungswiderstand im dritten Förderstrang in Reihe geschaltet. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Strömungsanordnung weitere Förderstränge mit weiteren Strömungswiderständen, und vorzugsweise dazu in Reihe geschalteten Strömungsmaschinen, aufweist, die jeweils zu dem ersten Förderstrang und zweiten Förderstrang parallel geschaltet sind, wobei jeweils ein weiteres Referenzverhalten der weiteren Strömungswiderstände beim Erfassen des Widerstandsverhaltens erfasst wird. Mit zunehmender Anzahl an Fördersträngen wird das Bestimmen des strangbezogenen Betriebsverhaltens komplexer. Diese Komplexität kann durch das Ersatzmodell bewältigt werden. Insbesondere kann durch das Ersatzmodell vermieden werden, dass für jeden der Förderstränge eine manuelle Fallunterscheidung der Differenzdruckrichtung zu treffen ist. Dadurch kann das strangbezogene Betriebsverhalten einer unbekannten Konfiguration der Strömungsanordnung, insbesondere automatisiert, bestimmt werden.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der gemeinsame Betriebsparameter in der Anlage gemessen wird oder virtuell bereitgestellt wird. Insbesondere kann der gemeinsame Betriebsparameter beispielsweise einen Messwert oder einen Vorgabewert, der z. B. in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe vorgegeben wird, umfassen. Durch die Messung des gemeinsamen Betriebsparameters kann beispielsweise eine bestehende Strömungsanordnung der Anlage analysiert werden. Durch eine virtuelle Bereitstellung des gemeinsamen Betriebsparameters kann durch das Verfahren die Strömungsanordnung beispielsweise simuliert werden. Es ist denkbar, dass der gemeinsame Betriebsparameter durch eine Softsensorik bereitgestellt wird. Die Softsensorik kann dabei als eine Abhängigkeitssimulation von stellvertretenden Messgrößen zu einer Zielgröße ausgeführt sein, und damit insbesondere unabhängig von real existierenden Sensoren sein.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von dem strangbezogenen Betriebsverhalten ein Reaktionsvorgang, insbesondere durch ein Reaktionsmodul der Kontrolleinheit, ausgeführt wird, insbesondere wobei der Reaktionsvorgang eine Regelung der Strömungsmaschinen, eine Ausgabe einer Lebensdauerprognose für die Strömungsanordnung und/oder eine Anzeige des strangbezogenen Betriebsverhaltens an einer Bedienvorrichtung der Anlage umfasst. Das Verfahren kann beispielsweise durch eine Kontrolleinheit ausgeführt werden, welche mit den Strömungsmaschinen zur Regelung der Strömungsmaschinen in Datenverbindung steht. Die Ausgabe der Lebensdauerprognose und/oder die Anzeige des strangbezogenen Betriebsverhaltens kann an der Bedienvorrichtung erfolgen. Die Bedienvorrichtung kann Teil der Anlage und/oder der Strömungsanordnung sein. Beispielsweise kann die Bedienvorrichtung in einen Leitstand der Anlage integriert sein. Durch die Anzeige des strangbezogenen Betriebsverhaltens kann ein Bediener direkt Einsicht in die aktuelle Betriebssituation erhalten, um ggf. einzugreifen. Die Lebensdauerprognose kann zur Ausgabe der Lebensdauerprognose erstellt werden. Dabei kann die Lebensdauer für jede der Strömungsmaschinen und/oder jeden der Strömungswiderstände in Abhängigkeit von dem strangbezogenen Betriebsverhalten berechnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen. Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei einer Ausführung durch eine Kontrolleinheit die Kontrolleinheit veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Somit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Bei dem Verfahren kann es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren handeln. Das Computerprogrammprodukt kann als computerlesbarer Anweisungscode implementiert sein. Ferner kann das Computerprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Datendisk, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher, oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Ferner kann das Computerprogrammprodukt in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitstellbar oder bereitgestellt sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen oder online ausgeführt werden kann. Das Computerprogrammprodukt kann sowohl mittels einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software- Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Strömungssystem vorgesehen. Das Strömungssystem weist eine Anlage mit einer Strömungsanordnung auf, die einen ersten Förderstrang, der einen ersten Strömungswiderstand aufweist, und einen zweiten Förderstrang, der einen zweiten Strömungswiderstand aufweist und zu dem ersten Förderstrang für eine Fluidströmung in der Strömungsanordnung parallel geschaltet ist, umfasst. Ferner weist das Strömungssystem eine Kontrolleinheit zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
Somit bringt ein erfindungsgemäßes Strömungssystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt beschrieben worden sind. Insbesondere wenn die Strömungsanordnung Strömungsmaschinen in Form von Pumpen aufweist, kann das Strömungssystem auch als Hydrauliksystem bezeichnet werden. Die Kontrolleinheit kann in einen externen Server, insbesondere in eine Cloud, integriert sein. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Anlage die Kontrolleinheit aufweist. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit in einen Leitstand der Anlage und/oder ein Steuergerät für die Strömungsmaschinen der Strömungsanordnung integriert sein. Vorzugsweise umfasst die Kontrolleinheit einen Prozessor und/oder Mikroprozessor zum Ausführen des Verfahrens. Insbesondere kann die Kontrolleinheit somit auch als Steuereinheit und/oder als Regelungseinheit bezeichnet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Strömungssystem zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufbereitung von Betriebsdaten einer Strömungsanordnung einer Anlage des Strömungssystems,
Fig. 2 ein Widerstandsverhalten der Strömungsanordnung,
Fig. 3 ein Ersatzmodell zur Bestimmung eines strangbezogenen Betriebsverhaltens,
Fig. 4 Kennlinien von Strömungsmaschinen der Strömungsanordnung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens, und Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Strömungssystem zum Ausführen des Verfahrens in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Strömungssystem 1, welches eine Anlage 3 mit einer Strömungsanordnung 2 für eine Fluidströmung 40 zwischen zwei Anlagenteilen 8 aufweist. Es ist denkbar, dass die Anlagenteile 8 verbunden sind und mit der Strömungsanordnung 2 einen Fluidkreislauf bilden. Die Strömungsanordnung 2 umfasst einen ersten Förderstrang 10, der einen ersten Strömungswiderstand 11 aufweist, und einen zweiten Förderstrang 20, der einen zweiten Strömungswiderstand 21 aufweist. Dabei sind der erste Förderstrang 10 und der zweite Förderstrang 20 für die Fluidströmung 40 zueinander, insbesondere hydraulisch, parallel geschaltet. Ferner weist die Strömungsanordnung 2 einen Strömungseingang 4 und einen Strömungsausgang 5 auf. Der Strömungseingang 4 bildet für die Fluidströmung 40 einen gemeinsamen Zugang zum ersten Förderstrang 10 und zum zweiten Förderstrang 20 von einem der Anlagenteile 8. Der Strömungsausgang 5 bildet einen gemeinsam Ausgang vom ersten Förderstrang 10 und vom zweiten Förderstrang 20 zu dem weiteren Anlagenteil 8 der Anlage 3. Dadurch weisen der erste Förderstrang 10 und der zweite Förderstrang 20 ein gemeinsames Betriebsverhalten 200 auf, bei welchem der erste Förderstrang 10 und der zweite Förderstrang 20 eine gleiche Druckdifferenz zwischen dem Strömungseingang 4 und dem Strömungsausgang 5 aufweisen. Ferner stimmt ein Volumenstrom 223 vorzugsweise am Strömungseingang 4 und am Strömungsausgang 5 überein und charakterisiert damit ebenfalls das gemeinsame Betriebsverhalten 200.
Der erste Förderstrang 10 weist eine erste Strömungsmaschine 12 auf, die innerhalb des ersten Förderstrangs 10 mit dem ersten Strömungswiderstand 11 in Reihe geschaltet ist. Der zweite Förderstrang 20 weist eine zweite Strömungsmaschine 22 auf, die innerhalb des zweiten Förderstrangs 20 mit dem zweiten Strömungswiderstand 21 in Reihe geschaltet ist. Vorzugsweise sind die erste Strömungsmaschine 12 und die zweite Strömungsmaschine 22 als Pumpe ausgeführt. Weiterhin sind der erste Strömungswiderstand 11 und der zweite Strömungswiderstand 21 durch jeweils ein Rückschlagventil gebildet. Dabei ist der erste Strömungswiderstand 11 und der zweite Strömungswiderstand 21 jeweils in einen Öffnungszustand I zum Zulassen einer Strömung in dem jeweiligen Förderstrang und einen Verschlusszustand II zum Blockieren einer Strömung in dem jeweiligen Förderstrang bringbar.
Weiterhin umfasst das System eine Kontrolleinheit 6 zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Aufbereitung von Betriebsdaten einer Strömungsanordnung 2 der Anlage 3. Die Kontrolleinheit 6 kann Teil der Anlage 3 sein oder separat zu der Anlage 3 ausgeführt sein, beispielsweise als Teil eines externen Servers oder einer Cloud. Vorzugsweise ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, welches Befehle umfasst, die bei einer Ausführung durch die Kontrolleinheit 6 die Kontrolleinheit 6 veranlassen, das Verfahren 100 auszuführen. Das Verfahren 100 ist in schematischer Darstellung von Verfahrensschritten in Fig. 5 gezeigt.
Bei dem Verfahren 100 erfolgt ein Erfassen 101 eines Widerstandsverhaltens 210 der Strömungsanordnung 2 mit einem ersten Referenzverhalten 211 des ersten Strömungswiderstands 11 und einem zweiten Referenzverhaltens 212 des zweiten Strömungswiderstands 21. Das Widerstandsverhalten 210 ist exemplarisch in Figur 2 anhand von Kennlinien des ersten Referenzverhaltens 211 und des zweiten Referenzverhaltens 212 mit einem Differenzdruck 221.1 gegenüber einer Druckverlustziffer 222 am ersten Strömungswiderstand 11 bzw. am zweiten Strömungswiderstand 21 gezeigt. Dabei umfassen das erste Referenzverhalten 211 des ersten Strömungswiderstands 11 und das zweite Referenzverhalten 212 des zweiten Strömungswiderstands 21 jeweils einen minimalen Referenzparameter 210.1 zur Charakterisierung des Öffnungszustands I und einen maximalen Referenzparameter 210.2 zur Charakterisierung des Verschlusszustands II. Der Öffnungszustand I kann beispielsweise durch den minimalen Referenzparameter 210.1 in Form einer geringen Druckverlustziffer 222 und der Verschlusszustand II durch den maximalen Referenzparameter 210.2 in Form einer hohen Druckverlustziffer 222 charakterisiert sein.
Weiterhin umfasst das Verfahren 100 ein Erfassen 102 eines gemeinsamen Betriebsverhaltens 200 mit zumindest einem gemeinsamen Betriebsparameter 200.1 des ersten Förderstrangs 10 und des zweiten Förderstrangs 20 in Abhängigkeit von einer aktuellen Betriebssituation. Der gemeinsame Betriebsparameter 200.1 kann die Druckdifferenz zwischen dem Strömungseingang 4 und dem Strömungsausgang 5 und/oder den Volumenstrom 223 am Strömungseingang 4 und/oder am Strömungsausgang 5 umfassen. Es ist denkbar, dass nur ein gemeinsamer Betriebsparameter 200.1 zum Erfassen 102 des gemeinsamen Betriebsverhaltens 200 erfasst wird oder mehrere Betriebsparameter. Weiterhin kann der gemeinsame Betriebsparameter 200.1 in der Anlage 3, insbesondere durch eine Sensorik 7 der Anlage 3 und/oder der Strömungsanordnung 2, gemessen werden um den Betrieb und/oder die Konfiguration der Anlage 3 zu analysieren. Alternativ kann der gemeinsame Betriebsparameter 200.1 virtuell an der Kontrolleinheit 6 oder durch die Kontrolleinheit 6 bereitgestellt werden, beispielsweise um den Betrieb und/oder die Konfiguration der Anlage 3 zu simulieren.
Anschließend wird bei dem Verfahren 100 ein Bestimmen 103 eines, vorzugsweise strukturlosen, Ersatzmodells 220 zur Bestimmung eines strangbezogenen Betriebsverhaltens 201 , 202 der Strömungsanordnung 2 ausgeführt. Durch das Ersatzmodell 220 wird ein gegenseitiger Einfluss des ersten Förderstrangs 10 und des zweiten Förderstrangs 20 in Abhängigkeit von dem Widerstandsverhalten 210 und dem gemeinsamen Betriebsverhalten 200, insbesondere für die aktuelle Betriebssituation, berücksichtigt. Die Berücksichtigung des gegenseitigen Einflusses des ersten Förderstrangs 10 und des zweiten Förderstrangs 20 erfolgt dabei anhand jeweils einer Differenzdruckrichtung am ersten Strömungswiderstand 11 und am zweiten Strömungswiderstand 21 im Ersatzmodell 220. Das strangbezogene Betriebsverhalten 201 , 202 umfasst dabei insbesondere ein erstes Betriebsverhalten 201 des ersten Förderstrangs 10 und ein zweites Betriebsverhalten 202 des zweiten Förderstrangs 20. Beispielsweise kann die erste Strömungsmaschine 12 und die zweite Strömungsmaschine 22, wie in Figur 3 dargestellt, in der aktuellen Betriebssituation unterschiedliche Differenzdrücke 221.2 in Form von Förderdrücken zum Fördern der Fluidströmung 40 aufweisen. Dadurch befindet sich der erste Strömungswiderstand 11 in der aktuellen Betriebssituation in dem Verschlusszustand II und der zweite Strömungswiderstand 21 im Öffnungszustand I. Ein Differenzdruck 221 des gemeinsamen Betriebsverhaltens 200 setzt sich daher für jeden der Förderstränge 10, 20 aus dem jeweiligen Differenzdruck 221.2 an der ersten und zweiten Strömungsmaschine 12, 22 und dem jeweiligen Differenzdruck 221.1 an dem ersten und zweiten Strömungswiderstand 11 , 21 zusammen. Die Differenzdrücke 221.1 an dem ersten und zweiten Strömungswiderstand 11, 21 weisen hier unterschiedliche Differenzdruckrichtungen auf. Anhand der Differenzdruckrichtung erfolgt im Ersatzmodell 220 daher ein Anpassen des jeweiligen strangbezogenen Differenzdrucks 221.1, 221.2 an den ersten Betriebsparameter 200.1, insbesondere in Form des Differenzdrucks 221 des gemeinsamen Betriebsverhaltens
200. Dazu kann ein Anheben eines niedrigeren Förderdrucks des ersten Förderstrangs 10 auf einen höheren Förderdruck des zweiten Förderstrangs 20 erfolgen. Durch die Differenzdruckrichtung kann daher ein Druckgewinn des ersten Förderstrangs 10, insbesondere am ersten Strömungswiderstand 11 , und ein Druckverlust am zweiten Förderstrang 20, insbesondere am zweiten Strömungswiderstand 21, im Ersatzmodell 220 berücksichtigt werden, so dass der erste Förderstrang 10 und der zweite Förderstrang 20 in Bezug auf den Strömungseingang 4 und den Strömungsausgang 5 die gleiche Druckdifferenz aufweisen. Fig. 4 zeigt das Ersatzmodell 220 anhand von Förderkennlinien der ersten Strömungsmaschine 12 und der zweiten Strömungsmaschine 22 mit einem Differenzdruck 221 gegenüber einem strangbezogenen Volumenstrom 223.1.
In Abhängigkeit von dem Ersatzmodell 220 erfolgt ferner ein Bestimmen 104 des strangbezogenen Betriebsverhaltens 201, 202 der Strömungsanordnung 2 für die aktuelle Betriebssituation. Dazu kann das Bestimmen 104 des strangbezogenen Betriebsverhaltens
201 , 202, insbesondere in Abhängigkeit von einer vordefinierten Anfangsbedingung, iterativ ausgeführt werden, indem das Ersatzmodell 220 iterativ ausgewertet wird. Dadurch können beim Bestimmen 104 des strangbezogenen Betriebsverhaltens 201, 202 zumindest einer, vorzugsweise mehrere oder alle, der folgenden Betriebsparameter der Strömungsanordnung 2 für den ersten Förderstrang 10 und den zweiten Förderstrang 20 der aktuellen Betriebssituation berechnet werden. Beispielsweise kann jeweils für den ersten Förderstrang 10 und den zweiten Förderstrang 20 ein strangbezogener Volumenstrom 223.1, ein Differenzdruck 221.1 am ersten Strömungswiderstand 11 und/oder am zweiten Strömungswiderstand 21, ein Differenzdruck 221.2 an der ersten Strömungsmaschine 12 und/oder an der zweiten Strömungsmaschine 22, eine strangbezogene Förderhöhe und/oder eine Druckverlustziffer 222 für den ersten Strömungswiderstand 11 und/oder zweiten Strömungswiderstand 21 berechnet werden. In Abhängigkeit von dem strangbezogenen Betriebsverhalten 201, 202 kann ferner ein Reaktionsvorgang 105 ausgeführt werden. Der Reaktionsvorgang 105 kann beispielsweise eine Regelung der ersten Strömungsmaschine 12 und der zweiten Strömungsmaschine 22, eine Ausgabe einer Lebensdauerprognose für die Strömungsanordnung 2 und/oder eine Anzeige des strangbezogenen Betriebsverhaltens 201 , 202 an einer Bedienvorrichtung 9 der Anlage 3 umfassen.
Durch das Verfahren 100 kann eine aktuelle Konfiguration der Strömungsanordnung 2 in Kenntnis von dem Widerstandsverhalten 210 und dem gemeinsamen Betriebsverhalten 200 und insbesondere in Unkenntnis einzelner strangbezogener Betriebsparameter analysiert werden. Beispielsweise können dabei strangbezogene Betriebsparameter der Strömungswiderstände und/oder weiterer Komponenten der Förderstränge identifiziert und/oder errechnet werden. Dadurch kann beispielsweise ein Nachweis über die aktuelle Konfiguration der Strömungsanordnung 2 zur Klärung von Gewährleistungsfragen geführt werden, ohne die Anlage 3 nachzurüsten. Dadurch, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner erkannt worden ist, dass anhand der Differenzdruckrichtung im Ersatzmodell 220 ein Anheben eines niedrigeren Förderdrucks eines der Förderstränge auf einen höheren Förderdruck des jeweils anderen Förderstrangs berücksichtigt werden kann, lässt sich das strangbezogene Betriebsverhalten 201 , 202 der Strömungsanordnung 2 auch bei unterschiedlichen Förderdrücken in den Fördersträngen berechnen, insbesondere ohne mittels einer manuellen Fallunterscheidung einzugreifen.
Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Strömungssystem 1, welches eine Anlage 3 mit einer Strömungsanordnung 2 für eine Fluidströmung 40 zwischen zwei Anlagenteilen 8 aufweist, in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Strömungssystem 1 umfasst ferner eine Kontrolleinheit 6 zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Aufbereitung von Betriebsdaten einer Strömungsanordnung 2 der Anlage 3. Das Verfahren 100 und das Strömungssystem 1 entsprechen im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei weist die Strömungsanordnung 2 jedoch ferner zumindest einen dritten Förderstrang 30 mit einem dritten Strömungswiderstand 31 und einer dritten Strömungsmaschine 32 auf. Der dritte Förderstrang 30 ist zu dem ersten Förderstrang 10 und zweiten Förderstrang 20 parallel geschaltet. Dabei wird ferner ein drittes Referenzverhalten des dritten Strömungswiderstands 31 beim Erfassen 101 eines Widerstandsverhaltens 210 erfasst. Weiterhin wird beim Bestimmen 103 eines Ersatzmodells 220 ein gegenseitiger Einfluss des ersten Förderstrangs 10, des zweiten Förderstrangs 20 und des dritten Förderstrangs 30 berücksichtigt. Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
B ez u q s ze i c n e n i i ste
Strömungssystem
Strömungsanordnung
Anlage
Strömungseingang
Strömungsausgang
Kontrolleinheit
Sensorik
Anlagenteil
Bedienvorrichtung erster Förderstrang erster Strömungswiderstand erste Strömungsmaschine zweiter Förderstrang zweiter Strömungswiderstand zweite Strömungsmaschine dritter Förderstrang dritter Strömungswiderstand dritte Strömungsmaschine
Fluidströmung gemeinsames Betriebsverhalten erster Betriebsparameter erstes Betriebsverhalten zweites Betriebsverhalten
Widerstandsverhalten minimaler Referenzparameter maximaler Referenzparameter erstes Referenzverhalten zweites Referenzverhalten Verfahren Erfassen von 210 Erfassen von 200 Bestimmen von 220 Bestimmen von 201, 202 Reaktionsvorgang Ersatzmodell Differenzdruck Differenzdruck an 11 bzw. 21 Differenzdruck an 12 bzw. 22 Druckverlustziffer Volumenstrom strangbezogener Volumenstrom
Öffnungszustand
Verschlusszustand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren (100) zur Aufbereitung von Betriebsdaten einer Strömungsanordnung (2) einer Anlage (3) mit einem ersten Förderstrang (10), der einen ersten Strömungswiderstand (11) aufweist, und einem zweiten Förderstrang (20), der einen zweiten Strömungswiderstand (21) aufweist und zu dem ersten Förderstrang (10) für eine Fluidströmung (40) in der Strömungsanordnung (2) parallel geschaltet ist, wobei das Verfahren (100) umfasst:
Erfassen (101) eines Widerstandsverhaltens (210) der Strömungsanordnung (2) mit einem ersten Referenzverhalten (211) des ersten Strömungswiderstands (11) und einem zweiten Referenzverhalten (212) des zweiten Strömungswiderstands (21), Erfassen (102) eines gemeinsamen Betriebsverhaltens (200) mit zumindest einem gemeinsamen Betriebsparameter (200.1) des ersten Förderstrangs (10) und des zweiten Förderstrangs (20) in Abhängigkeit von einer aktuellen Betriebssituation, Bestimmen (103) eines Ersatzmodells (220) zur Bestimmung eines strangbezogenen Betriebsverhaltens (201, 202) der Strömungsanordnung (2), bei welchem ein gegenseitiger Einfluss des ersten Förderstrangs (10) und des zweiten Förderstrangs (20) in Abhängigkeit von dem Widerstandsverhalten (210) und dem gemeinsamen Betriebsverhalten (200) berücksichtigt wird,
Bestimmen (104) des strangbezogenen Betriebsverhaltens (201 , 202) der Strömungsanordnung (2) für die aktuelle Betriebssituation in Abhängigkeit von dem Ersatzmodell (220). Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Förderstrang (10) eine erste Strömungsmaschine (12) und der zweite Förderstrang (20) eine zweite Strömungsmaschine (22) aufweist, wobei die erste Strömungsmaschine (12) mit dem ersten Strömungswiderstand (11) und/oder die zweite Strömungsmaschine (22) mit dem zweiten Strömungswiderstand (21) in Reihe geschaltet ist. Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- 23 - dass die erste Strömungsmaschine (12) und/oder die zweite Strömungsmaschine (22) als Pumpe ausgeführt ist, wobei die erste Strömungsmaschine (12) und die zweite Strömungsmaschine (22) in der aktuellen Betriebssituation unterschiedliche Differenzdrücke (221.2) in Form von Förderdrücken zum Fördern der Fluidströmung (40) aufweisen. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungswiderstand (11) und der zweite Strömungswiderstand (21) jeweils in einen Öffnungszustand (I) zum Zulassen einer Strömung und einen Verschlusszustand (II) zum Blockieren einer Strömung bringbar sind, wobei sich der erste Strömungswiderstand (11) in der aktuellen Betriebssituation in dem Verschlusszustand (II) befindet und der zweite Strömungswiderstand (21) im Öffnungszustand (I). Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Referenzverhalten (211) und/oder das zweite Referenzverhalten (212) jeweils einen minimalen Referenzparameter (210.1) zur Charakterisierung des Öffnungszustands (I) und/oder einen maximalen Referenzparameter (210.2) zur Charakterisierung des Verschlusszustands (II) umfasst. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungswiderstand (11) und der zweite Strömungswiderstand (21) durch jeweils ein Rückschlagventil gebildet sind. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsanordnung (2) einen Strömungseingang (4) und einen Strömungsausgang (5) aufweist, wobei das gemeinsame Betriebsverhalten (200) eine Druckdifferenz zwischen dem Strömungseingang (4) und dem Strömungsausgang (5) und/oder einen Volumenstrom (223) am Strömungseingang (4) und/oder am Strömungsausgang (5) umfasst. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Einfluss des ersten Förderstrangs (10) und des zweiten Förderstrangs (20) durch jeweils eine Differenzdruckrichtung am ersten Strömungswiderstand (11) und am zweiten Strömungswiderstand (21) im Ersatzmodell (220) berücksichtigt wird. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestimmen (104) des strangbezogenen Betriebsverhaltens (201, 202) zumindest einer der folgenden Betriebsparameter der Strömungsanordnung (2) für den ersten Förderstrang (10) und den zweiten Förderstrang (20) der aktuellen Betriebssituation berechnet wird:
- strangbezogener Volumenstrom (223.1),
Differenzdruck (221.1) am ersten Strömungswiderstand (11) und/oder am zweiten Strömungswiderstand (21),
Differenzdruck (221.2) an der ersten Strömungsmaschine (12) und/oder an der zweiten Strömungsmaschine (22),
- strangbezogene Förderhöhe,
Druckverlustziffer (222) für den ersten Strömungswiderstand (11) und/oder den zweiten Strömungswiderstand (21). Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (104) des strangbezogenen Betriebsverhaltens (201, 202), insbesondere in Abhängigkeit von einer vordefinierten Anfangsbedingung, iterativ erfolgt. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsanordnung (2) zumindest einen dritten Förderstrang (30) mit einem dritten Strömungswiderstand (31) aufweist, der zu dem ersten Förderstrang (10) und zweiten Förderstrang (20) parallel geschaltet ist, wobei ein drittes Referenzverhalten des dritten Strömungswiderstands (31) beim Erfassen (101) des Widerstandsverhaltens (210) erfasst wird. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Betriebsparameter (200.1) in der Anlage (3) gemessen wird oder virtuell bereitgestellt wird. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem strangbezogenen Betriebsverhalten (201 , 202) ein Reaktionsvorgang (105) ausgeführt wird, insbesondere wobei der Reaktionsvorgang (105) eine Regelung der Strömungsmaschinen (12, 22, 32), eine Ausgabe einer Lebensdauerprognose für die Strömungsanordnung (2) und/oder eine Anzeige des strangbezogenen Betriebsverhaltens (201, 202) an einer Bedienvorrichtung (9) der Anlage (3) umfasst. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung durch eine Kontrolleinheit (6) die Kontrolleinheit (6) veranlassen, ein Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Strömungssystem (1) aufweisend, eine Anlage (3) mit einer Strömungsanordnung (2), die einen ersten Förderstrang (10), der einen ersten Strömungswiderstand (11) aufweist, und einen zweiten Förderstrang (20), der einen zweiten Strömungswiderstand (21) aufweist und zu dem ersten Förderstrang (10) für eine Fluidströmung (40) in der Strömungsanordnung (2) parallel geschaltet ist, umfasst, und eine Kontrolleinheit (6) zum Ausführen eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
- 26 -
PCT/EP2022/050550 2021-01-13 2022-01-12 Aufbereitung von betriebsdaten einer mehrheit von parallel geschalteten fördersträngen, wobei jeder strang einen strömungswiderstand aufweist WO2022152753A1 (de)

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JPH10205483A (ja) * 1997-01-27 1998-08-04 Yaskawa Electric Corp ポンプの推定末端圧力一定制御装置
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