DE102006010195B4

DE102006010195B4 - Diagnostic system and method for valves of a valve group

Info

Publication number: DE102006010195B4
Application number: DE102006010195A
Authority: DE
Inventors: Winfried Demmerle; Dr. Püttmer Alf
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: DE102006010195A1

Abstract

Diagnosesystem für Ventile einer Ventilgruppe mit einem Aufnehmer (20, 21) für Körperschall an jedem zu diagnostizierenden Ventil (8, 9) der Gruppe und mit einer Einrichtung (22) zur Auswertung der Körperschallsignale, durch welche ein erster Wert einer Kenngröße eines an einem ersten Ventil (8) aufgenommenen Körperschallsignals und ein zweiter Wert einer Kenngröße eines an einem zweiten Ventil (9) zeitgleich dazu aufgenommenen Körperschallsignals ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (22) eine Auswahleinheit (27) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, welcher der beiden Werte der größere ist, und dass die Auswerteeinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, ein Signal (31) zur Anzeige einer Störung des zugehörigen Ventils (8, 9) auszugeben, wenn der größere Wert einen ersten vorbestimmten Referenzwert (42) übersteigt, wobei der kleinere Wert unberücksichtigt bleibt.Diagnostic system for valves of a valve group with a sensor (20, 21) for structure-borne noise at each valve to be diagnosed (8, 9) of the group and with a device (22) for evaluating the structure-borne sound signals, by which a first value of a characteristic of a at a first Valve (8) recorded structure-borne sound signal and a second value of a characteristic of a second valve (9) at the same time recorded structure-borne sound signal can be determined, characterized in that the evaluation device (22) has a selection unit (27) which is adapted to determine which of the two values is the larger, and that the evaluation device (22) is designed to output a signal (31) for indicating a malfunction of the associated valve (8, 9) if the larger value contains a first predetermined reference value (42). exceeds, the smaller value is disregarded.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnosesystem sowie ein Diagnoseverfahren für Ventile einer Ventilgruppe, insbesondere Rückschlagventile einer Verdrängerpumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The invention relates to a diagnostic system and a diagnostic method for valves of a valve group, in particular check valves of a positive displacement pump, according to the preamble of claim 1 or the preamble of claim 5.

In vielen Bereichen der Technik hängt der störungsfreie Betrieb eines Geräts oder einer Anlage von der einwandfreien Funktion eingesetzter Ventile ab. Zur Vermeidung kostenintensiver, irregulärer Betriebsunterbrechungen sollten Ventilschäden möglichst bereits im Anfangsstadium erkannt werden, das heißt bevor ein Ausfall eines Ventils einen Stillstand des Geräts oder der Anlage verursachen kann. Beispielsweise führen defekte Ventilsitze zu Leckströmungen, die eine breitbandige Schallemission erzeugen. Eine Aufnahme und Auswertung der Schallemission eines Ventils kann somit zur Früherkennung von Ventilschäden dienen. Da Ventilfehler zu Schäden und teuren Folgekosten führen können, ist eine Diagnose evtl. mit automatischer Erfassung und programmierbarer Bewertung der Fehler vom großen Nutzen. Statistische Auswertungen der Diagnosedaten können sowohl zur Optimierung der Wartungsprozesse für einen rechtzeitigen Ersatz eines schadhaften Ventils, als auch zur qualitativen Beurteilung und Klassifizierung der Ventilhersteller oder zur Beurteilung der Eignung bestimmter Ventile für verschiedene Prozessarten dienen.In many areas of technology, the trouble-free operation of a device or system depends on the proper functioning of the valves. To avoid costly, irregular service interruptions valve damage should be detected as early as possible, that is, before a failure of a valve can cause a shutdown of the device or the system. For example, defective valve seats lead to leakage currents, which generate a broadband sound emission. A recording and evaluation of the sound emission of a valve can thus serve for the early detection of valve damage. Since valve failures can lead to damage and expensive follow-up costs, a diagnosis, possibly with automatic detection and programmable evaluation of the errors, is of great benefit. Statistical analysis of the diagnostic data can be used both to optimize the maintenance processes for a timely replacement of a defective valve, as well as for the qualitative assessment and classification of the valve manufacturer or to assess the suitability of certain valves for different types of process.

Aus der DE 199 24 377 B4 ist ein Diagnosesystem für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil bekannt, das eine Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von an dem Ventil gemessenen Körperschallspektren aufweist. Um eine besonders zuverlässige Ventildiagnose zu ermöglichen, ist in der Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung ein bei geringfügig geöffnetem, intaktem Ventil erfasstes Körperschallspektrum abspeicherbar. Zur Diagnose wird ein bei geschlossenem Ventil erfasstes Körperschallspektrum mit dem abgespeicherten verglichen und die Ähnlichkeit als ein Kriterium für die Undichtigkeit des Ventils herangezogen. Das bekannte Diagnoseverfahren hat den Nachteil, dass es eine exakte Positionierbarkeit des Schließkörpers erfordert, damit ein Vergleichsspektrum bei geringfügig geöffnetem, intaktem Ventil zur Simulation einer Ventilleckage aufgenommen werden kann. Es ist daher bei einer Vielzahl von Ventilarten, beispielsweise bei Rückschlagventilen für Verdrängerpumpen, nicht anwendbar.From the DE 199 24 377 B4 For example, a diagnostic system is known for a valve which can be actuated by a positioner via a drive and has a device for detecting, storing and evaluating structure-borne sound spectra measured on the valve. In order to enable a particularly reliable valve diagnosis, a structure-borne noise spectrum recorded at a slightly opened, intact valve can be stored in the device for acquisition, storage and evaluation. For diagnosis, a structure-borne sound spectrum detected when the valve is closed is compared with the stored one and the similarity is used as a criterion for the leakage of the valve. The known diagnostic method has the disadvantage that it requires an exact positioning of the closing body, so that a comparison spectrum can be included in a slightly open, intact valve for simulating valve leakage. It is therefore not applicable to a variety of valve types, such as positive displacement check valves.

Aus der EP 0 637 713 A1 ist ein weiteres Diagnosesystem für Regel- und Absperrventile bekannt. Mit einem Körperschallaufnehmer wird der Schallpegel während des Ventilbetriebs gemessen. Dieser wird mit dem für den Gutzustand zuvor bei einem neuwertigen Ventil aufgenommenen und als Referenzwert abgespeicherten Schallpegel verglichen. Übersteigt die Abweichung zwischen aktuellem Zustand und Gutzustand einen vorgegebenen Grenzwert, so wird ein Alarm ausgelöst. Das bekannte Verfahren ist mit den folgenden Nachteilen verbunden: Der im Gutzustand gemessene Schallpegel wird überwiegend durch Anlagengeräusche verursacht, die beispielsweise über Rohrverbindungen eingekoppelt werden. Diese können sich nach der Kalibrierung verändern. Werden sie größer, so wird möglicherweise ein Fehlalarm ausgelöst. Werden die Anlagengeräusche im Laufe der Betriebsdauer kleiner, führt dies zu einer Verringerung der Messempfindlichkeit, da der Schwellwert zu hoch vorgegeben wurde. Zudem bedeutet die Messung des Schallpegels im Gutzustand einen zusätzlichen Aufwand bei der Inbetriebnahme. Bei stark schwankenden Betriebsbedingungen des untersuchten Ventils kann das Diagnoseverfahren nicht eingesetzt werden, weil die Anlagengeräusche stark von den Betriebsbedingungen abhängen. Insbesondere bei Rückschlagventilen von Verdrängerpumpen ist das Verfahren unter diesen Umständen nicht anwendbar, da Messungen ergeben haben, dass das Anlagengeräusch vom Arbeitsdruck abhängt und bei einer Veränderung von 5 auf 50 bar um 20 dB steigt. Aus der WO 2004/102052 A1 ist bekannt, zur Verbesserung der Unempfindlichkeit gegenüber Veränderungen des Anlagengeräuschs im Wesentlichen zeitgleich einen ersten Wert einer Kenngröße eines im geschlossenen Zustand des Ventils aufgenommenen Schallsignals und einen zweiten Wert einer Kenngröße eines im geöffneten Zustand eines Ventils aufgenommenen Schallsignals zu ermitteln. Ein Signal zur Anzeige einer Störung wird ausgegeben, wenn die Abweichung des ersten Werts vom zweiten Wert einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Das bekannte Diagnoseverfahren setzt jedoch voraus, dass die Ventile der Pumpe akustisch weitgehend voneinander entkoppelt sind, zum Beispiel durch Flachdichtungen, die stark schalldämpfend wirken. Bei kleinen Pumpen und Pumpen, bei denen die Ventile nicht mit Flachdichtungen gegenüber dem Pumpenkopf abgedichtet sind, ist diese Voraussetzung jedoch meist nicht erfüllt. Wenn ein Ventil einer Ventilgruppe defekt ist, werden bei starker akustischer Kopplung weitere Aufnehmer für Körperschall starke Körperschallsignale detektieren, so dass fälschlicherweise auch für die weiteren Ventile ein Fehlersignal erzeugt wird. Das bekannte Diagnoseverfahren führt daher bei starker akustischer Kopplung zwischen den Ventilen zu einer ungenauen Diagnoseaussage.From the EP 0 637 713 A1 Another diagnostic system for regulating and shut-off valves is known. With a structure-borne sound pickup, the sound level is measured during valve operation. This is compared with the previously recorded for the good condition at a new valve and stored as a reference value sound level. If the deviation between the current state and the good state exceeds a specified limit, an alarm is triggered. The known method is associated with the following disadvantages: The sound level measured in the good condition is mainly caused by plant noise, which are coupled, for example via pipe connections. These can change after calibration. If they get bigger, a false alarm may be triggered. If the system noises become smaller in the course of the operating time, this leads to a reduction in the measuring sensitivity, since the threshold value has been set too high. In addition, the measurement of the sound level in Gutzustand means an additional effort during commissioning. In highly fluctuating operating conditions of the examined valve, the diagnostic method can not be used because the system noise depends heavily on the operating conditions. Especially in non-return valves of positive displacement pumps, the method is not applicable under these circumstances, since measurements have shown that the system noise depends on the working pressure and increases by 20 dB when changing from 5 to 50 bar. From the WO 2004/102052 A1 It is known to improve the insensitivity to changes in the system noise substantially simultaneously determine a first value of a characteristic of a recorded in the closed state of the valve sound signal and a second value of a characteristic of a recorded in the open state of a valve sound signal. A signal for indicating a fault is output when the deviation of the first value from the second value exceeds a predetermined threshold. However, the known diagnostic method requires that the valves of the pump are acoustically largely decoupled from one another, for example by flat gaskets, which have a strong sound-damping effect. For small pumps and pumps, where the valves are not sealed with flat seals against the pump head, this condition is usually not met. If a valve of a valve group is defective, further receivers for structure-borne sound will detect strong structure-borne sound signals in the case of strong acoustic coupling, so that an error signal is erroneously also generated for the other valves. The known diagnostic method therefore results in strong acoustic coupling between the valves to an inaccurate diagnosis statement.

Aus der US 5,650,943 A ist ein Verfahren zur Feststellung einer Ventilleckage bekannt, bei welchem drei Körperschallmessungen durchgeführt werden. Eine Messung erfolgt am Ventil und zwei Messungen erfolgen an der Leitung vor und nach dem Ventil zur Ermittlung der Anlagengeräusche. Aus diesen Messungen werden ein aktuelles Messsignal und ein Referenzsignal bestimmt. Nachteilig dabei ist, dass drei Aufnehmer für Körperschall benötigt werden.From the US 5,650,943 A For example, a method for detecting valve leakage is known in which three structure-borne sound measurements are performed. One measurement takes place at the valve and two measurements are made on the line before and after the valve to determine the system noise. From these measurements, a current measurement signal and a reference signal determined. The disadvantage here is that three transducers are required for structure-borne noise.

Aus der DE 103 22 220 B3 ist ein weiteres Verfahren zur Überwachung und zur automatischen Störungsfrüherkennung von Ventilen einer oszillierenden Verdrängerpumpe bekannt. Dabei wird ein Vergleich eines Körperschallmesssignals mit einem vorher in einem Kalibrierschritt aufgenommenen Referenzsignal vorgenommen. Die Zuordnung des Schallsignals zu einem bestimmten Ventil erfolgt mit einem Triggersensor, der an einem Getriebe der Pumpe installiert ist. Dieser Sensor liefert die Information, welches der Ventile gerade geöffnet bzw. geschlossen ist. Nachteilig dabei ist, dass vor der Diagnose eine Kalibrierung durchgeführt werden muss und dass ein zusätzlicher Triggersensor am Getriebe erforderlich ist.From the DE 103 22 220 B3 Another method for monitoring and automatic early fault detection of valves of a reciprocating positive displacement pump is known. In this case, a comparison of a structure-borne noise measurement signal is made with a previously recorded in a calibration step reference signal. The assignment of the sound signal to a specific valve is carried out with a trigger sensor which is installed on a transmission of the pump. This sensor provides the information which of the valves is currently open or closed. The disadvantage here is that a calibration must be performed before the diagnosis and that an additional trigger sensor on the transmission is required.

Aus der DE 199 47 129 A1 sind ein Diagnosesystem und -verfahren, insbesondere für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil, bekannt, bei welchen zur Fehlererkennung ein Spektralbereich eines Körperschallsignals oberhalb von 50 kHz ausgewertet wird.From the DE 199 47 129 A1 are a diagnostic system and method, in particular for a valve actuated by a positioner via a drive valve, known in which for error detection, a spectral range of a structure-borne sound signal is evaluated above 50 kHz.

Aus der EP 1 184 570 A2 ist ein Diagnosesystem für den Verschleißzustand der Ventile eines Kolbenverdichters bekannt.From the EP 1 184 570 A2 a diagnostic system for the state of wear of the valves of a reciprocating compressor is known.

Die US 3,783,680 A beschreibt ein Überwachungssystem für rotierende Maschinen mit mehreren Körperschallaufnehmern.The US 3,783,680 A describes a monitoring system for rotating machines with several structure-borne sound pickups.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Diagnosesystem und ein Diagnoseverfahren zu schaffen, die es ermöglichen, verschiedene Ventile einer Ventilgruppe separat zu überwachen, ohne vor der Diagnose eine Kalibrierung vornehmen zu müssen und ohne einen Triggersensor zur Bestimmung, ob das Ventil im geöffneten oder geschlossenen Zustand ist, zu benötigen.The invention has for its object to provide a diagnostic system and a diagnostic method, which make it possible to monitor different valves of a valve group separately, without having to make a calibration before the diagnosis and without a trigger sensor to determine whether the valve in the open or closed Condition is to need.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Diagnosesystem der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. das neue Diagnoseverfahren die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen beschrieben.To solve this problem, the new diagnostic system of the type mentioned in the characterizing part of claim 1 and the new diagnostic method given in the characterizing part of claim 5 features. In the dependent claims advantageous developments are described.

Gemäß der Erfindung werden an jedem zu diagnostizierenden Ventil der Ventilgruppe Aufnehmer für Körperschall installiert und Körperschallmessungen werden zeitgleich vorgenommen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei guter akustischer Kopplung zwischen den Ventilen mehrere Aufnehmer ein erhöhtes Körperschallsignal detektieren, wenn an einem der Ventile ein Leckagegeräusch entsteht. Dabei wird der an dem defekten Ventil installierte Aufnehmer das größte Körperschallsignal erfassen, da das Signal auf dem Weg von der Schallquelle zu den anderen, weiter entfernten Aufnehmern eine leichte Abschwächung erfährt. Da auf die Durchführung einer Kalibrierung verzichtet wird, ist die Höhe der Abschwächung unbekannt. Sie hängt von der jeweiligen Konstruktion der Ventilgruppe ab. Bei dem Diagnoseverfahren ist in vorteilhafter Weise eine Vorabkenntnis der Abschwächung nicht erforderlich. Im Sonderfall einer Anwendung des Diagnosesystems bei Rückschlagventilen in oszillierenden Verdrängerpumpen werden die Ventile periodisch geöffnet und geschlossen. Da die beiden Rückschlagventile zu bestimmten Zeiten genau gegensätzliche Zustände annehmen, kann bei nur einem defekten Ventil zu einem Zeitpunkt das Leckagegeräusch aufgenommen werden und zu einem anderen Zeitpunkt das Anlagengeräusch. Die Zuordnung der Geräusche zum jeweiligen Ventilzustand kann in einfacher Weise durch eine geeignete Signalverarbeitung erfolgen. Damit ist es möglich, das Verfahren in vorteilhafter Weise gegenüber schleichenden Veränderungen der Betriebsbedingungen weitgehend unempfindlich auszugestalten.According to the invention, sensors for structure-borne sound are installed on each valve of the valve group to be diagnosed and structure-borne noise measurements are carried out at the same time. The invention is based on the recognition that, with good acoustic coupling between the valves, a plurality of transducers detect an increased structure-borne noise signal when a leakage noise occurs at one of the valves. In this case, the sensor installed on the defective valve will detect the largest structure-borne noise signal, since the signal on the way from the sound source to the other, more remote sensors undergoes a slight attenuation. Since the calibration is not performed, the amount of attenuation is unknown. It depends on the respective construction of the valve group. In the diagnostic method, a prior knowledge of the attenuation is not required in an advantageous manner. In the special case of an application of the diagnostic system with check valves in oscillating positive displacement pumps, the valves are opened and closed periodically. Since the two check valves assume exactly opposite states at certain times, with only one defective valve, the leakage noise can be recorded at one time and the system noise at another time. The assignment of the noise to the respective valve state can be done in a simple manner by a suitable signal processing. This makes it possible to design the method in an advantageous manner against insidious changes in the operating conditions largely insensitive.

In entsprechender Weise können das neue Diagnosesystem und das neue Diagnoseverfahren bei Ventilen in Kolbenverdichtern oder in Verbrennungsmotoren mit Ventilsteuerung angewendet werden.Likewise, the new diagnostic system and method can be applied to valves in reciprocating compressors or internal combustion engines with valve timing.

Besonders vorteilhaft sind das neue Diagnosesystem und das neue Diagnoseverfahren bei Ventilgruppen anwendbar, bei welchen die Aufnehmer für Körperschall jeweils nahe am zu überwachenden Ventil installiert sind, an intakten Ventilen aufgenommene Körperschallsignale unterhalb der Empfindlichkeit des Messsystems liegen, bei einer Leckage aufgenommene Körperschallsignale des Aufnehmers an dem defekten Ventil die Empfindlichkeit des Messsystems deutlich übersteigen und/oder ein Übersprechen durch akustische Kopplung zwischen den Ventilen dazu führt, dass, wenn ein benachbartes Ventil defekt ist, auch ein an einem intakten Ventil aufgenommenes Schallsignal die Empfindlichkeit des Messsystems übersteigt. Insbesondere bei der letztgenannten Gegebenheit können in vorteilhafter Weise Fehldiagnosen mit dem neuen Diagnosesystem und dem neuen Diagnoseverfahren verhindert werden.Particularly advantageous are the new diagnostic system and the new diagnostic method applicable to valve groups, in which the transducer for structure-borne noise are respectively installed close to the valve to be monitored, recorded on intact valves structure-borne sound signals are below the sensitivity of the measuring system, recorded in a leakage structure-borne sound signals of the sensor on the defective valve significantly exceeds the sensitivity of the measuring system and / or crosstalk due to acoustic coupling between the valves causes a sound signal received at an intact valve to exceed the sensitivity of the measuring system if an adjacent valve is defective. In particular, in the latter situation, misdiagnosis can advantageously be prevented with the new diagnostic system and the new diagnostic method.

Dadurch, dass an jedem zu diagnostizierenden Ventil ein Aufnehmer für Körperschall installiert wird, kann ein Triggersensor zur Feststellung, ob ein Ventil gerade geschlossen oder geöffnet ist, entfallen. In vorteilhafter Weise können bereits gute Diagnoseergebnisse erzielt werden, wenn als Kenngröße ein gleitender Mittelwert aus Spitzenwerten des Körperschallsignals ermittelt wird, zu dessen Berechnung keine komplexen Rechenschritte erforderlich sind.Characterized in that a transducer for structure-borne sound is installed at each valve to be diagnosed, a trigger sensor for determining whether a valve is currently closed or opened, omitted. Advantageously, good diagnostic results can already be achieved if a sliding mean value of peak values of the structure-borne sound signal is determined as characteristic variable, for the purpose of which Calculation no complex computational steps are required.

Wenn zur Bestimmung eines Anlagengeräuschs die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert ermittelt und der kleinere der beiden Werte als Kenngröße des Anlagengeräuschs abgespeichert wird, sobald die Differenz einen zweiten vorbestimmten Referenzwert übersteigt, kann in vorteilhafter Weise das Anlagengeräusch ermittelt werden, ohne dass zuvor ein Kalibrierschritt durchgeführt werden muss. Solange die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert der Kenngröße gering ist, empfangen nämlich beide Aufnehmer ausschließlich das Anlagengeräusch, da dieses von überall her zu den Aufnehmern gelangt und nicht lediglich entlang einer bestimmten Strecke, beispielsweise entlang der akustischen Kopplung zwischen den beiden Aufnehmern.If the difference between the first and the second value is determined to determine a system noise and the smaller of the two values is stored as a parameter of the system noise, as soon as the difference exceeds a second predetermined reference value, the system noise can be determined in an advantageous manner, without a previously Calibration step must be performed. As long as the difference between the first and the second value of the characteristic is low, namely both receivers receive only the system noise, since this reaches the transducers from everywhere and not only along a certain distance, for example along the acoustic coupling between the two sensors.

Um die Unempfindlichkeit des neuen Diagnosesystems und des neuen Diagnoseverfahrens gegenüber veränderlichen Anlagengeräuschen weiter zu erhöhen, kann der abgespeicherte Wert des Anlagengeräuschs als Offset zur Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten verwendet werden. Dies kann beispielsweise durch Reduktion des aufgenommenen Schallsignals vor dem Referenzwertvergleich oder durch entsprechendes Erhöhen des ersten vorbestimmten Referenzwerts erfolgen. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Diagnosesystems an veränderliche Anlagengeräusche angepasst.In order to increase the insensitivity of the new diagnostic system and the new diagnostic method against changing plant noise, the stored value of the system noise can be used as an offset to adapt to the particular circumstances. This can be done, for example, by reducing the recorded sound signal before the reference value comparison or by correspondingly increasing the first predetermined reference value. This adjusts the sensitivity of the diagnostic system to varying plant noise.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.With reference to the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 eine Verdrängerpumpe mit einem Diagnosesystem und 1 a positive displacement pump with a diagnostic system and

2 einen beispielhaften Verlauf aufgenommener Körperschallsignale. 2 an exemplary course recorded structure-borne sound signals.

In 1 ist eine Verdrängerpumpe mit ihrem prinzipiellen Aufbau dargestellt. Das Funktionsprinzip der Verdrängerpumpe wird zunächst erläutert. Ein Kolben 1 wird durch eine Kurbelwelle 2 mit einem Pleuel 3 in einem Zylinder 4 abwechselnd nach links und rechts bewegt. Dadurch entsteht ein variables Volumen 5 im Zylinder 4. In einem Einlass 6 und in einem Auslass 7 zu diesem Volumen 5 sind jeweils Rückschlagventile 8 bzw. 9 angeordnet. Diese Rückschlagventile werden häufig auch als Einlass- bzw. Auslassventile bezeichnet. Verkleinert sich das Volumen 5 wie in der in 1 dargestellten Phase, so öffnet das Rückschlagventil 9 und ein zu förderndes Medium strömt zum Auslass 7 hinaus. Gleichzeitig ist das Ventil 8 geschlossen. Bei einer Vergrößerung des Volumens 5 öffnet dagegen das Ventil 8, so dass das Medium in den Innenraum des Zylinders 4 einströmen kann. Das Ventil 9 verschließt den Auslass 7 und verhindert damit einen Rückfluss des bereits geförderten Mediums. In beiden Förderphasen ist somit ein Ventil geschlossen und das jeweils andere Ventil geöffnet. Der Wechsel zwischen diesen Zuständen erfolgt zyklisch mit weitgehend konstanter Periodendauer.In 1 is a positive displacement pump shown with its basic structure. The functional principle of the positive displacement pump will be explained first. A piston 1 is through a crankshaft 2 with a connecting rod 3 in a cylinder 4 alternately moved to the left and right. This creates a variable volume 5 in the cylinder 4 , In an inlet 6 and in an outlet 7 to this volume 5 are each check valves 8th respectively. 9 arranged. These check valves are often referred to as intake and exhaust valves. Decreases the volume 5 as in the 1 phase shown, the check valve opens 9 and a medium to be conveyed flows to the outlet 7 out. At the same time is the valve 8th closed. At an increase in the volume 5 on the other hand, the valve opens 8th , leaving the medium in the interior of the cylinder 4 can flow in. The valve 9 closes the outlet 7 and thus prevents a backflow of the already conveyed medium. In both delivery phases thus one valve is closed and the other valve is open. The change between these states occurs cyclically with a largely constant period.

Weiterhin zeigt 1 ein Diagnosesystem mit zwei Aufnehmern 20 und 21 für Körperschall, die am Ventil 8 bzw. 9 angeordnet sind. In einer Auswerteeinrichtung 22 werden die mit den Aufnehmern 20 und 21 erfassten Körperschallsignale zunächst einer Bandpassfilterung mit einem Filter 23 bzw. 24 unterzogen. Dadurch werden insbesondere die Schlaggeräusche eliminiert, die beim Aufprall der Schließkörper auf den Dichtungssitz entstehen. In dieser Filterung können zusätzlich ausgeprägte Resonanzfrequenzen der Anlage, in welcher sich die Ventile befinden, ausgeblendet werden. In nachgeschalteten Einrichtungen 25 bzw. 26 zur Pegelermittlung wird aus den gefilterten Körperschallsignalen jeweils ein gleitender Mittelwert aus Spitzenwerten der Körperschallsignale berechnet. Die so berechneten Pegel der mit den beiden Körperschallaufnehmern 20 und 21 aufgenommenen Signale werden einer Auswahleinheit 27 zugeführt, in welcher bestimmt wird, welcher der beiden Pegel der größere ist. Dieser wird um ein Anlagengeräusch, falls vorhanden, korrigiert und in einem nachgeschalteten Komparator 29 mit einem vorgebbaren Schwellwert 30 verglichen. Übersteigt der größere der beiden Pegelwerte den vorgebbaren Schwellwert 30, so erzeugt der Komparator 29 ein Alarmsignal 31, das an eine in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte Leitstation weitergereicht wird, so dass geeignete Maßnahmen zur Behebung der Störung eingeleitet werden können.Further shows 1 a diagnostic system with two transducers 20 and 21 for structure-borne noise, at the valve 8th respectively. 9 are arranged. In an evaluation device 22 become the ones with the pickups 20 and 21 recorded structure-borne noise signals first a bandpass filtering with a filter 23 respectively. 24 subjected. As a result, in particular the impact noises are eliminated, which are produced upon impact of the closing body on the seal seat. In this filtering additionally pronounced resonant frequencies of the system in which the valves are located can be hidden. In downstream facilities 25 respectively. 26 For determining the level, a moving average of peak values of the structure-borne sound signals is calculated from the filtered structure-borne sound signals. The thus calculated level of the with the two structure-borne sound pickups 20 and 21 recorded signals become a selection unit 27 in which it is determined which of the two levels is the larger one. This is corrected for system noise, if any, and in a downstream comparator 29 with a predefinable threshold 30 compared. If the larger of the two level values exceeds the predefinable threshold value 30 so the comparator generates 29 an alarm signal 31 , which is passed on to a in the figure for clarity not shown control station, so that appropriate measures to remedy the disorder can be initiated.

Die anhand 1 mit Funktionsblöcken dargestellte Auswerteeinrichtung 22 wird in der Praxis durch eine Mikroprozessorschaltung mit einem geeigneten Auswerteprogramm realisiert. Selbstverständlich ist auch eine Realisierung mit analogen Bausteinen prinzipiell möglich.The basis 1 evaluation device shown with function blocks 22 is realized in practice by a microprocessor circuit with a suitable evaluation program. Of course, a realization with analog modules is possible in principle.

2 zeigt einen Pegelverlauf 40 eines mit dem Körperschallaufnehmer 20 (1) aufgenommenen Körperschallsignals sowie einen Pegelverlauf 41 eines mit dem Körperschallaufnehmer 21 (1) erhaltenen Signals. Auf der Abszisse ist die Zeit in s (Sekunden), auf der Ordinate der Pegel in dB (Dezibel) aufgetragen. In den Zeiten, in welchen der Pegel auf 0 dB abfällt, befinden sich die Körperschallsignale unterhalb der Empfindlichkeit des Messsystems. Dabei herrscht praktisch keine Leckageströmung und beide Signalverläufe entsprechen dem Anlagengeräusch, das die Empfindlichkeit nicht übersteigt. Diese Zeiträume entsprechen der Förderphase, in welcher das Ventil 8 geöffnet und das Ventil 9 (1) geschlossen ist. Zu den anderen Zeiten wird, wie in 2 dargestellt, sowohl mit dem Aufnehmer 20 als auch mit dem Aufnehmer 21 ein starkes Schallsignal detektiert, wobei der Pegel beider Signale entsprechend den Verläufen 40 und 41 einen ersten vorbestimmten Referenzwert 42, der bei 20 dB liegt, übersteigt. Ursache dafür ist ein Leckagegeräusch, das in der Förderphase bei geschlossenem Ventil 8 und geöffnetem Ventil 9 auftritt, da das Ventil 8 einen Defekt aufweist. Da zwischen den beiden Ventilen 8 und 9 eine starke akustische Kopplung herrscht, wird das Leckagegeräusch durch beide Körperschallaufnehmern 20 und 21 aufgenommen. Der am defekten Ventil 8 installierte Aufnehmer 20 detektiert dabei entsprechend dem Verlauf 40 ein Signal mit einem größeren Pegel, da das Leckagegeräusch auf dem Weg von der Entstehungsursache beim Ventil 8 zu dem anderen, weiter entfernten Aufnehmer 21 aufgrund der akustischen Dämpfung auf dem Übertragungsweg abgeschwächt wird. Da die Auswahleinheit 27 feststellt, dass die Pegelwerte des Verlaufs 40 größer sind als die Pegelwerte des Verlaufs 41, werden die größeren Pegelwerte des Verlaufs 40 mit einem vorbestimmten Referenzwert 42 verglichen und es wird, da sie darüber liegen, ein Signal zur Anzeige einer Störung des Ventils 8 erzeugt. Für das Ventil 9 wird dagegen keine Störung angezeigt, obwohl der zugehörige Verlauf 41 des am Ventil 9 aufgenommenen Körperschallsignals ebenfalls den Referenzwert 42 übersteigt. Daran wird deutlich, dass die Auswerteeinrichtung 22 eine zuverlässige Diagnoseaussage ermöglicht. 2 shows a level profile 40 one with the structure-borne sound pickup 20 ( 1 ) recorded structure-borne sound signal and a level profile 41 one with the structure-borne sound pickup 21 ( 1 ) received signal. The abscissa shows the time in s (seconds), the ordinate the level in dB (decibels). In the times in which the level drops to 0 dB, the structure-borne sound signals are below the sensitivity of the measuring system. There is virtually no leakage flow and both signal curves correspond to the system noise, which does not exceed the sensitivity. These periods correspond to the delivery phase in which the valve 8th opened and the valve 9 ( 1 ) closed is. At other times, as in 2 shown, both with the transducer 20 as well as with the pickup 21 detects a strong sound signal, the level of both signals corresponding to the gradients 40 and 41 a first predetermined reference value 42 which is at 20 dB exceeds. The reason for this is a leakage noise, which in the delivery phase with the valve closed 8th and open valve 9 occurs because the valve 8th has a defect. Because between the two valves 8th and 9 a strong acoustic coupling prevails, the leakage noise is through both structure-borne sound pickups 20 and 21 added. The defective valve 8th installed transducers 20 detects it according to the course 40 a signal with a higher level, because the leakage noise on the way from the cause of the valve 8th to the other, more remote pickup 21 is attenuated due to the acoustic attenuation on the transmission path. Because the selection unit 27 determines that the level values of the gradient 40 are greater than the level values of the gradient 41 , the larger level values of the gradient become 40 with a predetermined reference value 42 and, because they are above, it will display a signal indicating a malfunction of the valve 8th generated. For the valve 9 however, no fault is displayed, although the associated course 41 of the valve 9 recorded structure-borne sound signal also the reference value 42 exceeds. This clearly shows that the evaluation device 22 enables a reliable diagnosis statement.

Die einzelnen Schritte der Signalverarbeitung können damit folgendermaßen formuliert werden:

1) Berechnen von Pegeln L1 und L2 der mit den Aufnehmern 20 bzw. 21 aufgenommenen Körperschallsignale sowie der Differenz LD = L1 – L2. LD entspricht im Wesentlichen der Schalldämpfung entlang der Strecke zwischen den beiden Aufnehmern 20 und 21.
2) Identifizieren des Übersprechens von einem auf den anderen Kanal anhand der Differenz LD. Ist LD positiv, findet ein Übersprechen vom Aufnehmer 20 auf den Aufnehmer 21 statt, bei negativer Differenz LD ein Übersprechen von Aufnehmer 21 auf Aufnehmer 20.
3) Wenn die Differenz LD positiv ist, bleibt der Pegel L2 unberücksichtigt. Wenn dagegen LD negativ ist, wird für den Pegel L1 kein Vergleich mit dem vorbestimmten Referenzwert durchgeführt.
4) Vergleich von L1 oder L2 je nach Ergebnis des dritten Schrittes mit dem vorbestimmten Referenzwert und Erzeugen eines Signals zur Anzeige einer Störung des jeweils zugehörigen Ventils bei dessen Überschreiten.

The individual steps of signal processing can be formulated as follows:

1) Calculate Levels L1 and L2 of the transducers 20 respectively. 21 recorded structure-borne sound signals and the difference LD = L1 - L2. LD essentially corresponds to the sound attenuation along the distance between the two transducers 20 and 21 ,
2) Identify the crosstalk from one channel to the other using the difference LD. If LD is positive, there is a crosstalk from the transducer 20 on the pickup 21 instead, with a negative difference LD, a crosstalk from transducers 21 on pickup 20 ,
3) If the difference LD is positive, the level L2 is disregarded. On the other hand, if LD is negative, the level L1 is not compared with the predetermined reference value.
4) Comparison of L1 or L2 depending on the result of the third step with the predetermined reference value and generating a signal indicating a fault of the respective associated valve when it is exceeded.

Herrscht an den Ventilen ein Anlagengeräusch, das bereits die Empfindlichkeit des Messsystems übersteigt, kann dies ebenfalls bei der Signalverarbeitung berücksichtigt werden. Das Maß für die Leckage ist dann nicht die absolute Höhe der Pegelverläufe, sondern die Differenz der Pegelverläufe zum Anlagengeräusch. Das Anlagengeräusch kann in einfacher Weise bei intakten Ventilen der Ventilgruppe ermittelt und abgespeichert werden. Solange die Differenz zwischen den an verschiedenen Ventilen aufgenommenen Pegelverläufen einen zweiten vorbestimmten Referenzwert nicht übersteigt, ist davon auszugehen, dass alle Ventile der Ventilgruppe intakt sind. Der zweite Referenzwert wird vorzugsweise kleiner als der erste Referenzwert, im beschriebenen Beispiel auf 10 dB gesetzt. Wird durch die Differenz zwischen den Pegelverläufen dieser Wert überschritten, so wird der jeweils kleinere Wert als Kenngröße des Anlagengeräuschs abgespeichert. Damit liegt eine Kenngröße des Anlagengeräuschs vor und es kann eine Anpassung des Diagnoseverfahrens an die jeweiligen Gegebenheiten vorgenommen werden.If a system noise at the valves already exceeds the sensitivity of the measuring system, this can likewise be taken into account in the signal processing. The measure of the leakage is then not the absolute height of the level curves, but the difference of the level curves to the system noise. The system noise can be determined and stored in a simple manner with intact valves of the valve group. As long as the difference between the level curves recorded at different valves does not exceed a second predetermined reference value, it can be assumed that all valves of the valve group are intact. The second reference value is preferably set smaller than the first reference value, in the example described to 10 dB. If this value is exceeded by the difference between the level curves, the respective smaller value is stored as a parameter of the system noise. This is a characteristic of the system noise and it can be made an adaptation of the diagnostic process to the particular circumstances.

Claims

Diagnostic system for valves of a valve group with a transducer ( 20 . 21 ) for structure-borne noise at each valve to be diagnosed ( 8th . 9 ) of the group and with a body ( 22 ) for evaluating the structure-borne sound signals, by which a first value of a parameter of a at a first valve ( 8th ) recorded body sound signal and a second value of a characteristic of a at a second valve ( 9 ) at the same time recorded structure-borne sound signal can be determined, characterized in that the evaluation device ( 22 ) a selection unit ( 27 ) which is designed to determine which of the two values is the larger, and in that the evaluation device ( 22 ) is adapted to receive a signal ( 31 ) for indicating a malfunction of the associated valve ( 8th . 9 ) when the larger value is a first predetermined reference value ( 42 ), disregarding the smaller value.

Diagnostic system according to claim 1, characterized in that the evaluation device ( 22 ) is designed to calculate as characteristic a moving average of peak values of the structure-borne sound signal.

Diagnostic system according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation device ( 22 ) is designed such that the difference between the first and the second value is determined for determining a system noise and that the smaller of the two values is stored as a parameter of the system noise as soon as the Difference first exceeds a second predetermined reference value.

Diagnostic system according to claim 3, characterized in that the evaluation device ( 22 ) is designed such that the stored value of the system noise is used as an offset to adapt to the particular circumstances when comparing the larger value with the first predetermined reference value.

Diagnostic procedure for valves of a valve group with a transducer ( 20 . 21 ) for structure-borne noise at each valve to be diagnosed ( 8th . 9 ) of the group and with a body ( 22 ) for evaluating the structure-borne sound signals, by which a first value of a parameter of a at a first valve ( 8th ) recorded body sound signal and a second value of a characteristic of a at a second valve ( 9 ) at the same time recorded structure-borne sound signal can be determined, characterized in that by a selection unit ( 27 ) determines which of the two values is the larger, and that a signal ( 31 ) for indicating a malfunction of the associated valve ( 8th . 9 ) is output when the larger value is a first predetermined reference value ( 42 ), disregarding the smaller value.