DE10063953A1 - Method and device for operating a screw pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Exzenterschneckenpumpen hinsichtlich der von Rotor, Stator, Gelenk/en, Lagerung, Pumpenein- und -auslaß erfaßbaren Meßdaten.The invention relates to a method and a device for monitoring eccentric screw pumps with regard to the measurement data that can be detected by the rotor, stator, joint (s), bearings, pump inlet and outlet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Schneckenpumpe.The invention relates to a method and a device for operating a Screw pump.
Aus der DE 196 49 766 ist ein Verfahren zum temperaturabhängigen Betreiben von Schneckenpumpen bekannt, bei dem die Temperatur des geförderten Mediums im Einlaßbereich der Pumpe und in der Pumpe selbst gemessen wird. Der Temperaturunterschied zwischen diesen beiden gemessenen Temperaturwerten wird mit vorgegebenen Toleranzwerten verglichen und zur Regelung der Pumpe herangezogen. Bei diesem Verfahren steht in erster Linie der Schutz des Stators und des Rotors gegen unzulässig hohe Temperaturen im Vordergrund, die z. B. beim Trockenlauf der Pumpe auftreten könnten.DE 196 49 766 describes a method for the temperature-dependent operation of Screw pumps are known in which the temperature of the pumped medium in Inlet area of the pump and in the pump itself is measured. The Temperature difference between these two measured temperature values compared with specified tolerance values and for controlling the pump used. In this process, the protection of the stator and of the rotor against impermissibly high temperatures in the foreground, the z. B. at The pump could run dry.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wodurch die Pumpe, insbesondere der Rotor, der Stator, das oder die Gelenke und die Lagerung während des Betriebes auf ihren Zustand hin überwacht werden können.The invention has for its object to a method and an apparatus create, whereby the pump, in particular the rotor, the stator, the or the Joints and the bearings are monitored for their condition during operation can be.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art durch die Merkmale der Ansprüche 1-5, in Bezug auf die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6, gelöst.This task is accomplished in a method of the type specified by Features of claims 1-5, with respect to the device by the features of Claim 6 solved.
Die Erfindung geht davon aus, daß es beim Einsatz von Schneckenpumpen möglich wäre, durch die ständige Überwachung einzelner Betriebsparameter, die sich auf die Mediumstemperaturen, Lagerung, die Gelenke, den Stator und den Rotor beziehen, eine Optimierung der Pumpenbetriebsweise zu erreichen. Dabei kann auf wechselnde Betriebstemperaturen und nicht zu kontrollierende Gegendrücke unmittelbar reagiert werden. Der routinemäßige Austausch von Verschleißteilen wie Rotor und Stator erübrigt sich, nachdem auf den tatsächlichen Bedarfsfall abgestellt werden kann. Diese Art Fremdüberwachung betrifft insbesondere den Einsatz der Pumpen im Off- und Onshorebereich, sowie in Bereichen mit aufwendiger Zugänglichkeit der Pumpen für Wartungszwecke. The invention is based on the fact that it is possible when using screw pumps would be through the constant monitoring of individual operating parameters that affect the Medium temperatures, bearings, the joints, the stator and the rotor relate, to optimize the operation of the pump. It can change Operating temperatures and back pressures not to be controlled reacted immediately become. The routine replacement of wear parts such as the rotor and stator it is no longer necessary to focus on the actual need. This type of external monitoring affects in particular the use of the pumps in the off and Onshore area, as well as in areas with extensive accessibility Pumps for maintenance purposes.
Entsprechend eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes werden im Bereich der Lagerung die Temperatur und/oder die auftretenden Schwingungen gemessen. Die dabei gemessenen Istwerte werden verglichen mit vorgegebenen Sollwerten. Aus den daraus resultierenden Meßwertunterschieden können Rückschlüsse auf den Zustand der Lagerung oder die momentane Betriebsweise der Pumpe gezogen werden. Durch die Abtastung der Temperatur im Lagerbereich sind auch Rückschlüsse auf den Verschleißzustand des Gelenks möglich.According to a first method step according to the invention Storage area the temperature and / or the vibrations that occur measured. The actual values measured in the process are compared with specified ones Setpoints. From the resulting differences in measured values Conclusions about the state of storage or the current mode of operation of the The pump. By scanning the temperature in the storage area conclusions about the state of wear of the joint are also possible.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung wird der Zustand der oder des Gelenkes durch Abtastung der im Bereich der Gelenke und/oder Lagerung auftretenden Temperatur und/oder Schwingungen überwacht, wobei beim Auftreten von Änderungen der Temperatur- und/oder Schwingungswerte, die sich aus dem Vergleich der gemessenen Istwerte zu vorgegebenen Sollwerten ergeben, automatisch Zustandsmeldungen erfolgen und/oder Regelungsmaßnahmen eingeleitet werden.The state of the or the joint by scanning in the area of the joints and / or storage occurring temperature and / or vibrations are monitored, when occurring changes in temperature and / or vibration values resulting from the Comparison of the measured actual values with specified target values, Status reports and / or control measures are carried out automatically be initiated.
In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensgestaltung der Erfindung wird der Zustand des Rotors und/oder des Stators durch Abtastung der im Rotor-Statorbereich auftretenden Temperatur und/oder der Temperatur des Mediums und/oder durch Auswertung der im Ein- oder Auslaßbereich der Pumpe auftretenden Drücke und/oder durch Verschleißmessung am Rotor überwacht. Änderungen die sich aus dieser aktuellen Messung im Vergleich mit vorgegebenen Sollwerten ergeben, führen automatisch zu Zustandsmeldungen und/oder Regelungsmaßnahmen.In a further advantageous process design of the invention, the state of the rotor and / or the stator by scanning those in the rotor-stator area occurring temperature and / or the temperature of the medium and / or by Evaluation of the pressures occurring in the inlet or outlet area of the pump and / or monitored by wear measurement on the rotor. Changes that come from result of this current measurement in comparison with specified target values automatically to status reports and / or control measures.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung werden die gemessenen Temperatur- und/oder Schwingungs- und/oder Druck- und/oder Wanddicken- und/oder Verschleißwerte einer Datenverarbeitung zugeleitet und von dieser durch Fernübertragung dem Pumpenbetreiber und/oder dem Pumpenhersteller für Wartungszwecke und/oder für Betriebseinstellungen zugeführt.In a further method design according to the invention, the measured Temperature and / or vibration and / or pressure and / or wall thickness and / or wear values are fed to and processed by data processing Remote transmission to the pump operator and / or the pump manufacturer for Maintenance purposes and / or supplied for operational settings.
In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betreiben einer Schneckenpumpe ist die Schneckenpumpe im Bereich der Lagerung mit mindestens einem Temperaturfühler und/oder im Bereich der Gelenke oder des Gelenks mit mindestens einem Temperaturfühler und/oder im Pumpenein- oder Pumpenauslaßbereich mit Druckmeßumformern versehen. Im Bereich der Lagerung und im Gelenkbereich können Schwingungssensoren angebracht sein. In an embodiment of the device according to the invention for carrying out the The method for operating a screw pump is the screw pump in Storage area with at least one temperature sensor and / or in the area the joints or the joint with at least one temperature sensor and / or in Provide pump inlet or pump outlet area with pressure transducers. in the The area of the bearing and in the joint area can be vibration sensors to be appropriate.
Alle von den Temperaturfühlern, den Druckmeßumformern, Schwingungssensoren und den Verschleißanzeigen gesendeten Signale werden beispielsweise einer Datenverarbeitung zugeführt, der diese per Datenübertragung dem Pumpenbetreiber und/oder dem Pumpenhersteller und/oder einem Dienstleistungsunternehmen für Überwachungszwecke übermittelt.All of the temperature sensors, pressure transmitters, vibration sensors and the signals sent to the wear indicators become, for example Data processing supplied to the pump operator via data transmission and / or the pump manufacturer and / or a service company for Monitoring purposes transmitted.
Durch entsprechende Softwareprogramme können die einzelnen Meßwerte miteinander korreliert für die Bewertung des Zustandes bzw. der Betriebsweise der Pumpe verwendet werden. Hierbei ist an die Regelung der Pumpendrehzahl und gegebenenfalls an die Regelung der Zufuhr des zu fördernden Mediums gedacht. Zusätzlich kann dem Betreiber oder dem Wartungsdienst oder dem Hersteller signalisiert werden, daß eine Wartung notwendig ist, welche Pumpenteile auszutauschen sind oder daß akute Ausfallgefahr besteht. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind erkennbar aus der Beschreibung und den Fig. 1 und 2.Corresponding software programs can be used to correlate the individual measured values with one another for evaluating the state or mode of operation of the pump. Here, the regulation of the pump speed and, if necessary, the regulation of the supply of the medium to be conveyed are considered. In addition, the operator or the maintenance service or the manufacturer can be signaled that maintenance is necessary, which pump parts are to be replaced or that there is an acute risk of failure. Further advantages and details of the invention can be seen from the description and FIGS. 1 and 2.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung der Pumpe mit der Anordnung der Überwachungseinrichtungen Fig. 1 is a schematic representation of the pump with the arrangement of the monitoring devices
Fig. 2 Schematische Darstellung der Vernetzung mehrerer Pumpen Fig. 2 Schematic representation of the networking of several pumps
Die in Fig. 1 dargestellte Exzenterschneckenpumpe 12 weist am Pumpeneinlaß 14 einen Druckmeßumformer 16 und einen Temperaturfühler 18 auf. Im Bereich des Stators 20 und des darin nicht dargestellten rotierenden Rotors befindet sich ein Temperaturfühler 22 und eine Meßeinrichtung 24 zum Messen des Verschleißes am Stator 20, der aus einem elastischen Polymer besteht. Am Pumpenauslaß 25 sitzt zur Ermittlung des Drucks den die Exzenterschneckenpumpe 12 erzeugt und der als Gegendruck gemessen wird ein Druckmeßumformer 26. The eccentric screw pump 12 shown in FIG. 1 has a pressure transducer 16 and a temperature sensor 18 at the pump inlet 14 . In the area of the stator 20 and the rotating rotor, not shown therein, there is a temperature sensor 22 and a measuring device 24 for measuring the wear on the stator 20 , which consists of an elastic polymer. A pressure transducer 26 is located at the pump outlet 25 to determine the pressure which the eccentric screw pump 12 generates and which is measured as a back pressure.
Der mit zunehmender Betriebsdauer hervorgerufene Verschleiß der Gelenke, die zwischen der Antriebs- und der Gelenkwelle sitzen, wird durch die Auswertung der gemessenen Schwingungs- und Temperaturwerte festgestellt. Dazu sind in diesem Bereich des Gelenks oder in oder an den Gelenken selbst ein Temperaturfühler 28 und ein Schwingungssensor 30 angeordnet. Auch der Bereich der Lagerung der Antriebswelle, wird hinsichtlich Temperatur und auftretender Schwingungen bzw. Schwingungswertunterschiede überwacht, weshalb in diesem Bereich, wie auch in den anderen Meßbereichen, ein Temperaturfühler 32 zum Beispiel der Type PT 100 zum Einsatz kommt. Zusätzlich überwacht ein Schwingungssensor 34 die von der Lagerung verursachten Schwingungen.The wear on the joints between the drive shaft and the cardan shaft, which is caused by increasing operating time, is determined by evaluating the measured vibration and temperature values. For this purpose, a temperature sensor 28 and a vibration sensor 30 are arranged in this area of the joint or in or on the joints themselves. The area of the bearing of the drive shaft is also monitored with regard to temperature and occurring vibrations or differences in vibration values, which is why a temperature sensor 32 of the type PT 100, for example, is used in this area, as in the other measuring areas. In addition, a vibration sensor 34 monitors the vibrations caused by the bearing.
Die Steuerung der Pumpe kann nach mehreren Methoden erfolgen, wobei die von jedem Meßelement erfaßten Meßwerte für sich allein maßgebend sind oder mehrere aktuell gemessene kombiniert oder aber auch aktuell gemessene und empirisch ermittelte Meßwerte miteinander verglichen werden. Damit läßt sich die Pumpe produktbezogen und verschleißabhängig betreiben.The pump can be controlled by several methods, the one by Measured values recorded for each measuring element are decisive for themselves or several currently measured combined or also currently measured and empirically determined measured values are compared with one another. So that the pump operate product-related and wear-dependent.
Die vom Druckmeßumformer 16 und dem Temperatursensor 22 oder einem Durchflußmeßgerät, z. B. nach dem Coriolis-Prinzip erhaltenen Werte, geben somit für sich selbst oder beim Vergleich mit empirischen oder in Vorversuchen ermittelten Werten Hinweise auf den Verschleißzustand von Rotor und Stator. In Abhängigkeit von diesem ermittelten Druckwert oder den daraus sich ergebenden Gradienten erfolgt daraufhin eine über eine Steuerung ausgelöste Reaktion. Diese Reaktion kann z. B. bei nur geringfügiger Druckreduzierung eine automatische Erhöhung der Pumpendrehzahl bedeuten. Bei größeren Meßwertabweichungen wird dem Betreiber oder dem über ein Datennetz mittels eines Datenloggers 26 verbundenen Hersteller oder Wartungsunternehmen die Wartung bzw. der Austausch der entsprechenden Pumpenteile signalisiert. Zur Verschleißüberwachung des Stators besitzt dieser entweder einvulkanisierte Verschleißmarken oder Näherungsindikatoren.The pressure transducer 16 and the temperature sensor 22 or a flow meter, for. Values obtained, for example, according to the Coriolis principle, thus provide information on the state of wear of the rotor and stator for themselves or when compared with empirical values or values determined in preliminary tests. Depending on this determined pressure value or the gradients resulting therefrom, a reaction triggered by a controller then takes place. This reaction can e.g. B. with only a slight pressure reduction mean an automatic increase in the pump speed. In the event of larger measured value deviations, the maintenance or the replacement of the corresponding pump parts is signaled to the operator or to the manufacturer or maintenance company connected via a data network by means of a data logger 26 . To monitor wear on the stator, it either has vulcanized wear marks or proximity indicators.
Hinweis auf den Zustand des Gelenkes und auf eine damit abzuleitende Wartung bzw. einen Austausch ergibt die Auswertung bzw. der Vergleich der erhaltenen Meßwerte von der Abtastung der Mediumstemperatur von der Zulaufleitung und der Abtastung der Gelenktemperatur im antriebsseitigen Gelenk, wobei die Werte eines Betriebsstundenzählers zusätzlich Einfluß nehmen können. Hierbei ist der Temperaturfühler mittels Gewindemuffe in die Zulaufleitung eingeschraubt. Die Gelenktemperatur erfaßt der Temperaturfühler im Gelenk, der über eine Bohrung in der Antriebswelle mit dem Kontrollstand 38 verbunden ist. Reference to the condition of the joint and to maintenance or an exchange to be derived therefrom results from the evaluation or comparison of the measured values obtained by scanning the medium temperature from the inlet line and scanning the joint temperature in the drive-side joint, the values of an operating hours counter also having an influence can take. The temperature sensor is screwed into the supply line using a threaded sleeve. The joint temperature is sensed by the temperature sensor in the joint, which is connected to the control station 38 via a hole in the drive shaft.
Zusätzlich zur Temperaturauswertung oder deren Gradienten kann der Wert des Gegendrucks oder dessen Gradient im Pumpenauslaß berücksichtigt werden, um den Gelenkverschleiß durch Regelung der Drehzahl zu reduzieren, damit eine Verlängerung der Standzeit des Gelenks bzw. der akut drohende sofortige Ausfall der Pumpe vermieden wird.In addition to the temperature evaluation or its gradient, the value of the Back pressure or its gradient in the pump outlet are taken into account by the Reduce joint wear by regulating the speed so that a Extension of the service life of the joint or the acute imminent failure the pump is avoided.
Weitere Möglichkeiten den Zustand des Gelenks zu überwachen ergeben sich aus dem Einsatz einer berührungslos arbeitenden Drehmomentmeßnabe durch Lichtmengenmessung zwischen dem Antrieb 40 und dem Gelenk. Je nachdem, welchen Drehmomentunterschied die Meßnabe zwischen dem zugeführten und dem abgegebenen Drehmoment am Gelenk feststellt, kann der Betrieb der Pumpe reguliert werden.Further possibilities for monitoring the condition of the joint result from the use of a contactlessly operating torque measuring hub by measuring the amount of light between the drive 40 and the joint. The operation of the pump can be regulated depending on which torque difference the measuring hub detects between the supplied and the output torque at the joint.
Auch eine Abtastung bzw. Erfassung der vom Gelenk erzeugten Schwingungen und der durch Verschleiß entstehenden Meßwertänderungen oder deren Gradienten ergibt die Voraussetzung für eine direkte Reaktionsmöglichkeit auf den Pumpenbetrieb oder eine Korrelierung mit anderen Betriebsparametern, wie Temperatur, Pumpendrehzahl oder Drehmoment. Die von der Rotation des Gelenks herbeigeführten Schwingungen sind entweder über Beschleunigungsmeßaufnehmer oder über Schwingungsmessung nach dem Laser-Doppler-Verfahren darstellbar.Also a scanning or recording of the vibrations and generated by the joint results from changes in measured values or their gradients due to wear the prerequisite for a direct response to pump operation or a correlation with other operating parameters such as temperature, Pump speed or torque. The rotation of the joint induced vibrations are either via accelerometers or via vibration measurement using the laser Doppler method.
Eine weitere Möglichkeit der Überwachung des Betriebs einer Exzenterschneckenpumpe liegt im Erfassen der vom Lager der Pumpenantriebswelle abgreifbaren Meßdaten, die für sich allein oder in Kombination mit weiteren Pumpenparametern Verwendung finden. Hierzu zählen der Pumpendruck am Pumpenauslaß 25, die Erfassung der Drehzahl durch Drehzahlgeber an Kupplung oder dem antrieb oder der Mediumstemperatur durch Temperaturfühler 18 im Pumpengehäuse.Another possibility of monitoring the operation of an eccentric screw pump is to record the measurement data which can be tapped from the bearing of the pump drive shaft and which are used alone or in combination with other pump parameters. These include the pump pressure at the pump outlet 25 , the detection of the speed by the speed sensor on the clutch or the drive, or the medium temperature by the temperature sensor 18 in the pump housing.
Die Lagerdaten beziehen sich auch auf die Lagertemperatur, die direkt über den Temperaturfühler 32 abgetastet werden kann oder durch Erfassung der vom Lager abgreifbaren Schwingungswerte über Beschleunigungsmeßaufnehmer bzw. Schallmessung oder Schwingungsmessung, entsprechend den Meßeinrichtungen wie sie z. B. bei der Gelenküberwachung zum Einsatz kommen. The bearing data also relate to the bearing temperature, which can be sensed directly via the temperature sensor 32 or by detecting the vibration values which can be tapped from the bearing by means of acceleration sensors or sound measurement or vibration measurement, in accordance with the measuring devices as described for. B. used in joint monitoring.
Die Fig. 2 zeigt eine Überwachung einer beispielsweise aus 4 Pumpen bestehenden Anlage. Obwohl hier nur ein Teil der erfaßbaren Pumpen-Betriebsparameter, wie der Druck am Pumpenauslaß und die Temperatur im Einlaßbereich und im Rotor-/Statorbereich, erfaßt und zur Steuerung genützt werden, wird die Komplexität der Anlage ersichtlich. Die von den Exzenterschneckenpumpen abgegebenen Zustandsinformationen gelangen zu ihren Kontrollständen, die gleichzeitig eine Steuereinrichtung aufweisen. Diese Steuereinrichtungen regeln die Pumpenparameter, wie z. B. die Drehzahl des Antriebs und geben errechnete oder direkt abgegriffene Werte an einen Datenlogger 26 weiter. Dieser Datenlogger liefert die Daten über ein Modem 32 in ein externes oder internes Datennetz, wodurch sowohl vor Ort als auch weltweit eine Überwachung des Pumpenbetriebes stattfinden kann. Bei Bedarf kann eine Instandsetzung bzw. Wartung veranlaßt werden. Fig. 2 shows a monitoring of an existing, for example, 4-pump system. Although only some of the measurable pump operating parameters, such as the pressure at the pump outlet and the temperature in the inlet area and in the rotor / stator area, are recorded and used for control purposes, the complexity of the system can be seen. The status information provided by the eccentric screw pumps reaches their control stations, which at the same time have a control device. These control devices regulate the pump parameters, such as. B. the speed of the drive and forward calculated or directly tapped values to a data logger 26 . This data logger delivers the data via a modem 32 to an external or internal data network, which means that pump operation can be monitored both locally and worldwide. If necessary, a repair or maintenance can be arranged.
Wird anstatt des Datenloggers ein Computer mit einem entsprechenden Wartungs- bzw. Steuerungsprogramm eingesetzt, so kann der Pumpenbetrieb sowohl vor Ort als auch über das Internet geschehen. Das bedeutet, daß nicht nur aufgrund entsprechender Signale eine Regulierung vor Ort eingeleitet wird, sondern daß auch über Fernsteuerung in den Pumpenbetrieb eingegriffen werden kann.If, instead of the data logger, a computer with an appropriate maintenance or control program used, pump operation can be carried out both on site and also happen on the internet. That means not just because appropriate signals a regulation is initiated locally, but also can be accessed via remote control in the pump operation.
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