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WO2005064167A1 - Mengenmessung - Google Patents

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WO2005064167A1
WO2005064167A1 PCT/EP2004/012674 EP2004012674W WO2005064167A1 WO 2005064167 A1 WO2005064167 A1 WO 2005064167A1 EP 2004012674 W EP2004012674 W EP 2004012674W WO 2005064167 A1 WO2005064167 A1 WO 2005064167A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
centrifugal pump
calibration curve
differential pressure
measurement
actual
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2004/012674
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Witzel
Stephan Bross
Michael Nutz
Dirk Kollmar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KSB AG
Original Assignee
KSB AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KSB AG filed Critical KSB AG
Publication of WO2005064167A1 publication Critical patent/WO2005064167A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088—Testing machines

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump with one or more pressure transducers for detecting a differential pressure generated by the centrifugal pump and an evaluation unit for determining a flow rate indication from a differential pressure, the centrifugal pump being provided with a drive means and a device for detecting an absorbed power (P).
  • a delivery rate is derived from the values of a QH diagram, in which the delivery head is plotted against the delivery quantity, or a QP diagram, in which the power is plotted against the delivery quantity, this is difficult in those cases where a flat flow rate is shown or there is a non-continuously increasing QH characteristic or QP characteristic.
  • DE 199 31 961 A1 discloses a method for regulating a delivery quantity of a pump, the pump being driven by an electric motor controlled by a frequency converter.
  • the input power (P) of the motor is measured as an actual value for the delivery quantity of the pump and regulated by comparison with a stored setpoint (P S oi ⁇ ).
  • a change in the motor temperature (T) by a corresponding compensation quantity in the sense of a correction of the input power (P) is taken into account in the control.
  • a compensation variable can be called up from an empirically created, stored table of associated input power change values and temperature values of the engine as a function of the respective operating temperature of the engine.
  • the input power of the motor represents the corresponding measure for the actual value of the delivery quantity, which must then be compensated for by the temperature value.
  • the aim of DE 19931 961 A1 is accordingly to readjust a delivery quantity, here primarily the delivery pressure, taking into account the input power (P) as a measurement quantity without explicitly specifying the current delivery quantity.
  • the invention is based on the problem of developing a safe pump-internal quantity measurement for a pump, which ensures a high level of accuracy and at any time about the respective volume flow conveyed by the pump over the entire volume flow range and also with large volume flows.
  • X Ca ⁇ is added at the respective time of calibration, parallel to the detection of the respective pressure difference ⁇ p ca ⁇ , that of the pump or pump and Drive means or only power P ca ⁇ recorded by the drive means. This takes place when the pump characteristic curve is completely shut down.
  • the invention also eliminates the additional problem of being able to predict a volume flow in the case of centrifugal pumps on the basis of not continuously increasing, falling or too flat delivery head or performance characteristics.
  • the calibration curve f (Q ca ⁇ ) is designed to be steadily increasing and that its continuously increasing course is independent of the actual QH curves of a circular pump, which have different slopes and courses.
  • a previously known direct determination of an instantaneous volume flow from the determined delivery heights or output curves has the disadvantage that in addition to the pressure differences or outputs, the density of a delivery medium must always be known or additionally determined. Since the density is in turn temperature-dependent, a temperature measurement must also be carried out. However, both variables, density and temperature, are not according to the invention required because the density is reduced as an influencing variable when forming the quotient.
  • Embodiments of the invention provide that the drive means is designed as an electric motor, that the drive means is designed to be speed-controllable, or that a speed measurement is carried out at the same time.
  • the drive means with variable speed, there is the possibility of expanding the determined calibration curve using a simple conversion by the affinity laws to a calibration curve field or explicit measurement of the same during a metrological acceptance test of the circular pump.
  • a calibration curve belonging to the respective speed is determined from a stored calibration curve field during operation with simultaneous speed measurement values and the respective volume flow is thus determined.
  • a centrifugal pump or its installation location is equipped with a device for differential pressure detection, which makes it possible to determine the current static delivery head. Furthermore, the drive means of the centrifugal pump has a device for detecting the drive power consumed in the respective operating state and at the moment.
  • the calibration curve is determined by acquiring the curves of the differential pressure ⁇ p ca ⁇ and the power P ca ⁇ consumed at the respective operating point and using equation [3] f (Qcai) and / or their values are determined and stored in a memory element as a function of P ca ⁇ / ⁇ p ca ⁇ .
  • the values of Pi S t / ⁇ pi St are determined from the differential pressures ⁇ pis t continuously measured during operation and the associated respective drive powers Pi st recorded in parallel therewith at the same operating points.
  • the comparison of these measured values recorded during operation with the values of the respectively stored calibration curve f (Q ca ⁇ ) results in the simplest way the associated flow rate Qj S t of the centrifugal pump at the time Xj S t.
  • a differential pressure ⁇ p generated by the centrifugal pump is recorded with one or more pressure transducers, the centrifugal pump having an evaluation unit for determining a delivery quantity specification Q from a differential pressure ⁇ p and the centrifugal pump with a drive means and a device for Detection of an input power P is provided.
  • a total of five curves are plotted in the upper part of the diagram, which show the delivery height H in relation to a delivery quantity Q.
  • the middle curve H1 on which several measuring points marked with x are plotted, corresponds to an operation at nominal speed.
  • the points of these other curves are each represented by different graphic symbols in the form of +, O, D, ⁇ .
  • the corresponding power curves P are plotted in the middle part of the diagram.
  • the mean power curve P1 corresponds to the power consumed for curve H1.
  • the two other performance curves arranged above and below behave analogously to the curves of the head H at different drive speeds.
  • the performance shown here curves represent an unfavorable case and show an uneven course. An attempt to determine the quantity using conventional means would lead to different quantities.
  • the calibration curve f (Q ca ⁇ ) determined according to the invention is shown. It results from the function according to equation [3] above.
  • the corresponding values of such a calibration curve are stored in a measuring and / or regulating device of a centrifugal pump which is known per se.
  • the respective data of Pj S t and ⁇ pist are recorded at any or desired point in time Xjs t and the delivery quantity Qj St is determined in accordance with the relationship in the associated calibration curve f (Q ca ⁇ ).
  • Such an evaluation procedure is shown in the diagram by a dashed and arrowed line.
  • ⁇ p ca ⁇ pressure difference measured when a centrifugal pump is removed
  • ⁇ pi St pressure increase of the pump at the time of measurement, pressure difference

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Kreiselpumpe mit ein oder mehreren Druckaufnehmern zur Erfassung eines von der Kreiselpumpe erzeugten Differenzdruckes (Deltap) und einer Auswerteeinheit zur Er­mittlung einer Fördermengenangabe (Q) aus einem Differenzdruck (Deltap). Die Kreisel­pumpe ist mit einem Antriebsmittel und einer Einrichtung zur Erfassung einer aufgenommenen Leistung (P) versehen, wobei aus den Messergebnissen vom Differenzdruck Deltapcal und einer zum gleichen Betriebspunkt gehörigen Leistung Pcal die Bildung einer pumpenspezifischen Kalibrierkurve f(Qcal) gemäß der Funktion f(Qcal) = Pcal/Deltapcal = Qcal/etacal erfolgt und in der Auswerteeinheit gespeichert ist. Während eines Pumpenbetriebs erfolgt für einen jeweiligen Betriebspunkt aus den aufgenommenen Messwerten ei­ner Ist-Leistung Pist bei zugehörigem Ist-Differenzdruck Deltapist ein Abgleich dieser Ist­Messwerte mit den gespeicherten Daten der Kalibrierkurve f(Qcal) und ein Abgleichwert bestimmt den Mengenstrom (Qist) zum IST-Zeitpunkt der Messung.

Description

K S B A k t i e n g e s e l l s c h a f t
Beschreibung
Mengenmessung
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit ein oder mehreren Druckaufnehmern zur Erfassung eines von der Kreiselpumpe erzeugten Differenzdruckes und einer Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Fördermengenangabe aus einem Differenzdruck, wobei die Kreiselpumpe mit einem Antriebsmittel und einer Einrichtung zur Erfassung einer aufgenommenen Leistung (P) versehen ist.
Beim Betrieb eines Pumpensystems ist häufig eine Aussage über die von einer Pumpe gelieferte Fördermenge erforderlich. Dies erfolgt mit Hilfe bekannter Messtechniken, wodurch ein zusätzlicher Aufwand in Form der einzusetzenden Messgeräte entsteht. Eine andere Möglichkeit, mit Hilfe gemessener Leistungsdaten eine Fördermenge auf rechnerischem Wege zu bestimmen, ist mit zusätzlichen Schwierigkeiten durch Berücksichtigung von verschiedenen Korrekturfaktoren ausgestattet. Wird eine Fördermenge beispielsweise aus den Werten eines Q-H Diagramms, bei dem die Förderhöhe über der Fördermenge aufgetragen ist, oder eines Q-P Diagramms, bei dem die Leistung über der Fördermenge aufgetragen ist, abgeleitet, so ist dies schwierig in denjenigen Fällen, in denen eine flache oder eine nicht stetig steigende Q-H Kennlinie oder Q-P Kennlinie vorliegt. Zusätzlich erfordern daraus abgeleitete Maßnahmen die Messung und Berücksichtigung der jeweiligen Dichte eines Fördermediums und/oder die Erfassung der Temperatur, um damit eine Korrektur der Förderdaten bzw. der Leistungsdaten in den entsprechenden Umrech- nungsprogrammen vornehmen zu können. Durch die DE 199 31 961 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Regelung einer Fördergröße einer Pumpe bekannt, wobei die Pumpe durch einen von einem Frequenzumformer gesteuerten elektrischen Motor angetrieben wird. Dazu wird als ein Istwert für die Fördergröße der Pumpe die Eingangsleistung (P) des Motors gemes- sen und durch Vergleich mit einem abgespeicherten Sollwert (PSoiι) geregelt. Um den Einfluss der Motortemperatur auf die Pumpen-Fördergröße bei einer konstanten Eingangsleistung zu vermeiden, wird bei der Regelung eine Änderung der Motortemperatur (T) um eine entsprechende Kompensationsgröße im Sinne einer Korrektur der Eingangsleistung (P) berücksichtigt. Alternativ kann eine solche Kompensationsgrö- ße aus einer empirisch erstellten, gespeicherten Tabelle zusammengehöriger Ein- gangs-Leistungsänderungswerte und Temperaturwerte des Motors in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebstemperatur des Motors abgerufen werden. Hier stellt also für den Istwert der Fördergröße die Eingangsleistung des Motors das entsprechende Maß dar, welches dann um den Temperaturwert zu kompensieren ist. Ziel der DE 19931 961 A1 ist demnach eine Nachsteuerung einer Fördergröße, hier vornehmlich des Förderdruckes, unter Berücksichtigung der Eingangsleistung (P) als Meßgröße ohne die momentane Fördergröße explizit anzugeben.
Durch die EP 0 641 997 B1 ist eine Förderstrommessung innerhalb eines Kreisel- pumpengehäuses bekannt, wobei stromab eines Laufrades und innerhalb des Gehäuses eine Druckerfassung an zwei Druckmessstellen erfolgt. Mit Hilfe einer Auswerteeinheit wird ein so bestimmter Differenzdruck in eine Fördermengenangabe umgewandelt. Die Druckmessstellen sind an einem Sporn oder an einer Leitschaufel einer Leiteineinrichtung angeordnet. Für die Umrechung der Differenzdruckwert muss die Dichte des Fördermediums berücksichtigt werden.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, für eine Pumpe eine sichere pumpeninterne Mengenmessung zu entwickeln, welche über den gesamten Volumenstrombereich und auch bei großen Volumenströmen mit hoher Genauigkeit und zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Aussage über den jeweiligen, von der Pumpe geförderten Mengenstrom gewährleistet. Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass aus den Messergebnissen vom Differenzdruck Δpcai und einer zum gleichen Betriebspunkt gehörigen Leistung Pcaι die Bildung einer pumpenspezifischen Kalibrierkurve f(Qcaι) gemäß der Funktion f(Qcal) = Pcal/ΔPcal = Ocal cal
erfolgt und in der Auswerteeinheit gespeichert ist und dass während eines Pumpenbetriebs für einen jeweiligen Betriebspunkt aus den aufgenommenen Messwerten einer Ist-Leistung Pjst bei zugehörigem Ist-Differenzdruck Δpιst ein Abgleich dieser Ist- Messwerte mit den gespeicherten Daten der Kalibrierkurve f(Qcaι) erfolgt und ein Abgleichwert den Mengenstrom Qist zum IST-Zeitpunkt der Messung bestimmt.
Bei einer technischen Abnahme einer solchen Kreiselpumpe, beispielsweise nach deren Fertigung im Herstellerwerk oder nach einem erfolgten Einbau in eine Anlage, wird zum jeweiligen Kalibrierzeitpunkt XCaι, parallel zur Erfassung der jeweiligen Druckdifferenz Δpcaι, zusätzlich die von der Pumpe oder von Pumpe und Antriebsmittel oder nur vom Antriebsmittel aufgenommene Leistung Pcaι erfasst. Dies erfolgt bei einem vollständigen Abfahren der Pumpenkennlinie.
Bei sogenannten Serienpumpen, die in großen Stückzahlen und mit geringen Leistungstoleranzen produziert werden, die mit einem direkt angeschlossenen Antriebsmittel oder Motor und eventuell auch mit einer entsprechenden Motorregelung ausgerüstet sind, wird deren aufgenommene Leistung Pcaι im Rahmen einer Quali- tätssicherung ständig oder nur periodisch erfasst. Bei geπngen Fertigungsstreuungen kann hier und im Gegensatz zu speziell erstellten großen Einzelpumpen, auf eine jeweilige individuelle Einzelmessung verzichtet werden. Mittels im Rahmen einer Qualitätssicherung vorgenommener Kontrollmessungen werden die hier Anwendung findenden standarisierten Δpcaι -Messergebnisse und Leistungsdaten Pcaι solcher Pumpen nur kontrolliert und bei Abweichungen entsprechend angepasst. Bei der neuen Lösung wird eine Pumpe oder ein Einbauort einer Pumpe mit einer an sich bekannten Einrichtung zur Erfassung des von der Pumpe erzeugten Differenzdruckes versehen. Dies können bekannten Einrichtungen, Drucksensoren oder Differenzdruckaufnehmer sein, mit deren Hilfe die kontinuierliche Ermittlung einer momen- tan anstehenden statischen Förderhöhe zu einem jeweiligen Betriebszeitpunkt XBetrieb möglich ist.
Vorteilhaft für die neue Art einer Mengenmessung ist der Verzicht auf zusätzliche Messungen, da bei Pumpen Leistungs- und Druckmessungen an sich üblich sind, weshalb kein zusätzliches neues Messsystem erforderlich wird. Die Verwendung dieser standardmäßig zu erfassenden Messgrößen ist universell anwendbar, da sie unabhängig vom Fördermedium, der Pumpenausgestaltung oder deren Bauform gültig ist.
Das zusätzliche Problem, bei Kreiselpumpen einen Volumenstrom aufgrund von nicht stetig steigender, fallender oder zu flacher Förderhöhen- oder Leistungskennlinien vorhersagen zu können, wird mit der Erfindung ebenfalls beseitigt. Durch eine Quotientenbildung aus der Leistungskurve Pcaι und der Differenzdruckkurve Δpcaι wird immer und in einfachster weise eine stetig steigende Kalibrierkurve f(Qcaι) für jede Kreiselpumpe erzeugt.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, das die Kalibrierkurve f(Qcaι) stetig steigend ausgebildet ist und deren stetig steigender Verlauf unabhängig von den tatsächlichen sowie unterschiedliche Steigungen und Verläufe aufweisenden Q-H Kurven einer Krei- seipumpe ist. Eine bisher bekannte direkte Ermittlung eines momentanen Volumenstromes aus den ermittelten Förderhöhen oder Leistungsverläufen hat den Nachteil, dass neben den Druckdifferenzen oder Leistungen auch immer die Dichte eines Fördermediums bekannt sein bzw. zusätzlich ermittelt werden muß. Da die Dichte wiederum temperaturabhängig ist, ist zusätzlich eine Temperaturmessung durchzufüh- ren. Beide Größen, Dichte und Temperatur, werden erfindungsgemäß jedoch nicht benötigt, da die Dichte als Einflussgröße bei der Quotientenbildung herausgekürzt wird.
Für die Kalibrierkurve f(Qcaι) findet die an sich bekannte Berechnungsformel zur Er- mittlung der aufgenommenen Leistung P einer Kreiselpumpe Verwendung, welche lautet
P = Δp * Q/η [1]
Darin stellen Q die Fördermenge und η den Gesamtwirkungsgrad dar. In Gleichung [1] stellt Δp ursprünglich die Gesamtdruckdifferenz dar. Es ist für die vorliegende Anwendung jedoch ohne Einschränkung der Allgemeinheit hinreichend, lediglich die statische Druckdifferenz zu betrachten. Sowohl die Leistung P als auch die statische Druckerhöhung Δp einer Pumpe sind vergleichsweise einfach zu messen. Ein erheb- liches messtechnisches Problem stellt dagegen die direkte Messung des Terms Q η dar. Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit Hilfe der nachstehenden Beziehung f (Q) = P/Δp = Q/η [2]
gelöst, woraus sich ergibt f(Qcal) = Pcal Δpcal = Qcal/ηcal [3]
Durch diese Beziehung wird bei der Ermittlung der Kalibrierkurve f(Qcaι) für die För- dermenge einer Pumpe das Problem der Dichteabhängigkeit eliminiert. Anhand der Gleichung [2] findet eine Vereinfachung statt, mittels derer in einfachster Weise zur Ermittlung einer momentanen Fördermenge die Kalibrierkurve herangezogen wird. Durch die Division der beiden dichteabhängigen Größen Δp und P wird in gleichungstechnischer Sicht die Notwendigkeit zur Bestimmung der Dichte p eliminiert und die Bestimmung der Fördermenge Q - soweit es die Dichteeinflüsse betrifft - unabhängig von jeglichen Temperatureinflüssen. Auf Grund der Beziehung nach Gleichung [3] wird für jede Kreiselpumpe eine stetig steigende Kalibrierkurve f(Qcaι) erzeugt. Mit deren Hilfe wird während eines späteren Betriebes in einfachster Weise anhand einer jeweils gemessenen Druckdifferenz Δp mit der zugehörigen aufge- nommenen Leistung P die momentane Fördermenge Q einer Kreiselpumpe bestimmt.
Dies hat den zusätzlichen Vorteil einer geringen Sensitivität gegenüber Messfehler, da die Kalibrierkurve f(Qcaι) im Bereich >50% des Bestpunktes eine hinreichend gro- ße Steigung aufweist. Zur Bestimmung eines Volumenstromes mit einer Genauigkeit von 5% ist eine Differenzdruck- und Leistungsmessung mit lediglich 3% Genauigkeit erforderlich.
Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass das Antriebsmittel als Elektromotor ausgebildet ist, dass das Antriebsmittel drehzahlregelbar ausgebildet ist oder dass zeitgleich eine Drehzahlmessung erfolgt. Bei solchen Antriebsmitteln mit variabler Drehzahl ergibt sich die Möglichkeit, die ermittelte Kalibrierkurve anhand einer einfachen Umrechnung durch die Affinitätsgesetze zu einem Kalibrierkurvenfeld oder expliziten Messung desselben bei einer messtechnischen Abnahmeprüfung der Krei- seipumpe auszuweiten.
Deshalb wird nach einer weiteren Ausgestaltung während des Betriebes mit zeitgleichen Drehzahlmesswerten aus einem gespeicherten Kalibrierkurvenfeld eine zur jeweiligen Drehzahl gehörende Kalibrierkurve ermittelt und damit der jeweilige Volu- menstrom bestimmt.
Eine Kreiselpumpe oder deren Einbauort ist mit einer Einrichtung zur Differenzdruk- kerfassung ausgestattet, wodurch eine Ermittlung von der momentanen statischen Förderhöhe möglich ist. Weiterhin verfügt das Antriebsmittel der Kreiselpumpe über eine Einrichtung zur Erfassung der im jeweiligen Betriebszustand und momentan aufgenommenen Antriebsleistung. Bei einer technischen Abnahme einer solchen Kreiselpumpe, entweder im Herstellerwerk oder an einem Einbauort bei einem Kunden, wird durch Erfassung der Kurven des Differenzdruckes Δpcaι und der im jeweiligen Betriebspunkt aufgenommenen Leistung Pcaι des Antriebsmittels und mittels der Gleichung [3] die Kalibrierkurve f(Qcai) und/oder deren Werte ermittelt und als eine Funktion von Pcaι/Δpcaι in einem Speicherelement hinterlegt.
Im nachfolgenden Betrieb einer solcherart einmal vollständig gemessenen Kreisel- pumpe werden aus den während des Betriebes laufend gemessenen Differenzdrük- ken Δpist und den parallel dazu erfassten zugehörigen jeweiligen Antriebsleistungen Pist zu den jeweils gleichen Betriebspunkten die Werte von PiSt/ΔpiSt ermittelt. Der Vergleich dieser im laufenden Betrieb erfassten Messwerte mit den Werten der jeweils hinterlegten Kalibrierkurve f(Qcaι) ergibt in einfachster Weise den zugehörigen Mengenstrom QjSt der Kreiselpumpe im Zeitpunkt XjSt.
Bei einem Verfahren zur internen Mengenmessung einer Kreiselpumpe wird mit ein oder mehreren Druckaufnehmern ein von der Kreiselpumpe erzeugter Differenzdruck Δp erfasst, wobei die Kreiselpumpe eine Auswerteeinheit zur Ermittlung einer För- dermengenangabe Q aus einem Differenzdruck Δp aufweist und die Kreiselpumpe mit einem Antriebsmittel und einer Einrichtung zur Erfassung einer aufgenommenen Leistung P versehen ist. Bei einem Kalibriervorgang der Kreiselpumpe wird aus den Messergebnissen von einem Differenzdruck Δpcaι und einer zum gleichen Betriebspunkt gehörigen Leistung Pcaι eine pumpenspezifische Kalibrierkurve f(Qcaι) gemäß der Funktion f(Qcal) = Pcal/Δpcal = Qca|/ηCal
gebildet und die Kalibrierkurve und/oder deren Werte in der Auswerteeinheit gespei- chert und während eines Pumpenbetriebs erfolgt für einen jeweiligen Betriebspunkt aus den aufgenommenen Messwerten einer Ist-Leistung Pist bei zugehörigem Ist- Differenzdruck Δpist ein Abgleich dieser erfassten Ist-Messwerte mit den gespeicherten Daten der Kalibrierkurve f(Qcaι) und der Abgleichwert bestimmt den Mengenstrom (Qist) zum IST-Zeitpunkt der Messung. Weiter ist vorgesehen, dass vorgegebene standarisierte Δpcaι -Messergebnisse und Leistungsdaten Pcaι die Kalibrierkurve bilden. Dies ist vorteilhaft bei Serienprodukten mit geringen Fertigungsstreuungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
In der Zeichnung, einem Diagramm mit Kurven einer ausgeführten Kreiselpumpe, ist auf der Abszisse die Fördermenge Q aufgetragen. Ausgehend vom Nullpunkt sind auf der Ordinate verschiedene Kurven und deren zugehörigen Einheiten angetragen.
Im oberen Teil des Diagramms sind insgesamt fünf Kurven aufgetragen, die die För- derhöhe H in Relation zu einer Fördermenge Q zeigen. Dabei entspricht die mittlere Kurve H1 , auf der mehrere mit x gekennzeichnete Messpunkte aufgetragen sind, einem Betrieb bei Nominaldrehzahl. Deren zugehörige Drehzahl n=1 kann einem Antrieb entsprechen, der eine konstante Drehzahl aufweist. Beispielsweise einem Elektromotor mit konstanter Drehzahl. Die anderen Kurven, jeweils zwei sind oberhalb und unterhalb der Drehzahlkurve n=1 angeordnet, sind als Beispiele für andere Antriebsformen aufgetragen. Dies können stufige oder stufenlose Antriebsmittel einer Kreiselpumpe sein. Gegenüber der mittleren Kurve weisen die Kurven n=0,x und n=1 ,x Drehzahlunterschiede von bis zu plus/minus 20% und untereinander einen Drehzahlunterschied von 10% auf. Die Punkte dieser anderen Kurven sind jeweils durch unterschiedliche grafische Symbole in Form von +, O, D, Δ dargestellt.
Im mittleren Teil des Diagramms sind die entsprechenden Leistungskurven P aufgetragen. Dabei entspricht mittlere Leistungskurve P1 der aufgenommenen Leistung zur Kurve H1. Die jeweils zwei anderen, darüber und darunter angeordneten Lei- stungskurven verhalten sich analog zu den darüber befindlichen Kurven der Förderhöhe H bei unterschiedlichen Antriebsdrehzahlen. Diese hier gezeigten Leistungs- kurven stellen einen ungünstigen Fall dar und weisen einen unstetigen Verlauf auf. Eine damit nach herkömmlichen Mitteln versuchte Mengenermittelung würde zu unterschiedlichen Mengenangaben führen.
Ganz unten im Diagram ist die erfindungsgemäß ermittelte Kalibrierkurve f(Qcaι) gezeigt. Sie ergibt sich aus der Funktion gemäß obiger Gleichung [3]. Die entsprechende Werte einer solchen Kalibrierkurve werden in einer an sich bekannten Mess- und/oder Regeleinrichtung einer Kreiselpumpe hinterlegt. Bei einem späteren Betrieb einer solchen Kreiselpumpe werden zu einem beliebigen oder gewünschten Zeit- punkt Xjst die jeweiligen Daten von PjSt und Δpist erfasst und gemäß der Beziehung in der zugehörigen Kalibrierkurve f(Qcaι) die Fördermenge QjSt ermittelt. Im Diagramm ist eine solcher Auswertevorgahg durch eine gestrichelte und mit Pfeilen versehene Linie dargestellt.
Mit Hilfe der geltenden Affinitätsgesetze werden die Kurven von anderen Antriebs- Drehzahlen umgerechnet und die Kalibrierkurven f (Qcaι, n=o.β, 0.9, ....1.2) ermittelt. Deren prinzipieller Verlauf entspricht der gezeigten Kalibrierkurve. Auf die Darstellung der Kalibrierkurven anderer Antriebs-Drehzahlen wurde hier, aus Gründen der Übersichtlichkeit, verzichtet. Auf jeden Fall hat eine jede solche Kalibrierkurve immer einen stetigen Verlauf, anhand dessen in einfacher Weise eine Aussage über die momentane Fördermenge in Abhängigkeit von der Drehzahl der jeweiligen Kreiselpumpe möglich ist.
Verwendete Formelzeichen
P = aufgenommene Antriebsleistung
Δp = statische Druckerhöhung der Pumpe, Druckdifferenz Q = Fördermenge n = Drehzahl einer Pumpe η = Gesamtwirkungsgrad p = Dichte eines Fluid
Pcai = bei der Abnahme einer Kreiselpumpe gemessene Antriebsleistung
Δpcaι = bei der Abnahme einer Kreiselpumpe gemessene Druckdifferenz
Qcaι = bei der Abnahme einer Kreiselpumpe gemessene Fördermenge ηca, = bei der Abnahme einer Kreiselpumpe ermittelter Wirkungsgrad
Xcaι = Zeitpunkt einer Kalibriermessung
Pist = aufgenommene Antriebsleistung zum Messzeitpunkt
ΔpiSt = Druckerhöhung der Pumpe im Messzeitpunkt, Druckdifferenz
Qist = Fördermenge im Messzeitpunkt
Xjst = IST-Zeitpunkt einer Messung

Claims

Patentansprüche
1. Kreiselpumpe mit ein oder mehreren Druckaufnehmern zur Erfassung eines von der Kreiselpumpe erzeugten Differenzdruckes (Δp) und einer Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Fördermengenangabe (Q) aus einem Differenzdruck (Δp), die Kreiselpumpe mit einem Antriebsmittel und einer Einrichtung zur Erfassung einer aufgenommenen Leistung (P) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messergebnissen vom Differenzdruck Δpcaι und einer zum gleichen Be- triebspunkt gehörigen Leistung Pcaι die Bildung einer pumpenspezifischen Kalibrierkurve f(Qcai) gemäß der Funktion f (Qcal) = Pcal/Δpcal = Ocal cal erfolgt und in der Auswerteeinheit gespeichert ist und dass während eines Pumpenbetriebs für einen jeweiligen Betriebspunkt aus den aufgenommenen Messwerten einer Ist-Leistung PjSt bei zugehörigem Ist-Differenzdruck Δp,st ein Abgleich dieser Ist-Messwerte mit den gespeicherten Daten der Kalibrierkurve f(Qcaι) erfolgt und ein Abgleichwert den Mengenstrom (Qist) zum IST-Zeitpunkt der Mes- sung bestimmt.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierkurve f(Qcai) aus vorgegebenen standarisierten Δpcaι -Messergebnisse und Leistungsdaten Pcaι gebildet ist.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel als Elektromotor ausgebildet ist.
4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das An- triebsmittel drehzahlregelbar ausgebildet ist.
5. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zeitgleich eine Drehzahlmessung erfolgt.
6. Kreiselpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer zum Bestpunkt einer Kreiselpumpe gehörigen Kalibrierkurve f(Qoaι) mit den Affinitätsgesetzen ein Kalibrierkurvenfeld ermittelt und gespeichert wird.
7. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes mit zeitgleichen Drehzahlmesswerten aus einem gespei- cherten Kalibrierkurvenfeld eine zur jeweiligen Drehzahl (n) gehörende Kalibrierkurve ermittelt und damit der jeweilige Volumenstrom bestimmt wird.
8. Kreiselpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierkurve f(Qcaι) und/oder deren Werte als eine Funk- tion von PCai/Δpcaι in einem Speicherelement hinterlegt ist.
9. Verfahren zur internen Mengenmessung einer Kreiselpumpe mit ein oder mehreren Druckaufnehmern einen von der Kreiselpumpe erzeugten Differenzdruck (Δp) erfassen und eine Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Fördermengenangabe (Q) aus einem Differenzdruck (Δp) aufweisen, wobei die Kreiselpumpe mit einem Antriebsmittel und einer Einrichtung zur Erfassung einer aufgenommenen Leistung (P) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kalibriervorgang der Kreiselpumpe aus den Messergebnissen von einem Differenzdruck (Δpcaι ) und einer zum gleichen Betriebspunkt gehörigen Leistung (Pcaι ) eine pumpenspezifi- sehe Kalibrierkurve f(Qcaι) gemäß der Funktion f(Qcal) = Pca Δpcal = Qca|/ηCal gebildet wird und die Kalibrierkurve und/oder deren Werte in der Auswerteeinheit gespeichert wird und dass während eines Pumpenbetriebs für einen jeweiligen Betriebspunkt aus den aufgenommenen Messwerten einer Ist-Leistung (Pls ) bei zugehörigem Ist-Differenzdruck (ΔpiSt ) ein Abgleich dieser erfassten Ist-Messwerte mit den gespeicherten Daten der Kalibrierkurve f(Qcaι) erfolgt und der Abgleichwert den Mengenstrom (QjSt) zum IST-Zeitpunkt der Messung bestimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vorgegebene standa- risierte Δpcaι -Messergebnisse und Leistungsdaten Pcaj die Kalibrierkurve bilden.
PCT/EP2004/012674 2003-12-19 2004-11-10 Mengenmessung Ceased WO2005064167A1 (de)

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