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DE102016108986A1 - Verfahren zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen und Messgerät - Google Patents

Verfahren zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen und Messgerät Download PDF

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DE102016108986A1
DE102016108986A1 DE102016108986.9A DE102016108986A DE102016108986A1 DE 102016108986 A1 DE102016108986 A1 DE 102016108986A1 DE 102016108986 A DE102016108986 A DE 102016108986A DE 102016108986 A1 DE102016108986 A1 DE 102016108986A1
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Germany
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medium
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DE102016108986.9A
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Inventor
Lars Lemke
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Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to US15/594,937 priority patent/US20170328751A1/en
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Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren (1) zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen mit einem Messgerät (2) zur Erfassung einer Messgröße, wobei das Messgerät (2) an einem Rohrleitungssystem (3), durch das das zu vermessende Medium fließt, befestigt ist, und das Messgerät (2) wenigstens einen Messwertaufnehmer (4) zur Detektion einer Eingangsgröße und zur Ausgabe einer Ausgangsgröße und wenigstens eine Auswerteeinheit (5) aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Detektion (6) der Eingangsgröße durch den Messwertaufnehmer (4), Weiterleiten (7) einer auf der Eingangsgröße basierenden Ausgangsgröße an die Auswerteeinheit (5), Bestimmung (8) des Messwertes der Messgröße aus der Ausgangsgröße durch die Auswerteeinheit (5). Die Aufgabe ein Verfahren zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen und insofern zur Überwachung des Betriebszustandes einer Anlage anzugeben, das besonders einfach ausgestaltet ist, wird dadurch gelöst, dass die Messgröße das innerhalb des Rohrleitungssystems (3) befindliche Medium charakterisiert, dass die Abtastrate zur Detektion der Eingangsgröße wenigstens doppelt so hoch ist wie die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung und die Auswerteeinheit (5) eine Frequenzanalyse (10) der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße durchführt.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen mit einem Messgerät zur Erfassung einer Messgröße, wobei das Messgerät an einem Rohrleitungssystem, durch das das zu vermessende Medium fließt, befestigt ist, und das Messgerät wenigstens einen Messwertaufnehmer zur Detektion einer Eingangsgröße und zur Ausgabe einer Ausgangsgröße und wenigstens eine Auswerteeinheit aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Detektion der Eingangsgröße durch den Messwertaufnehmer, Weiterleiten einer auf der Eingangsgröße basierenden Ausgangsgröße an die Auswerteeinheit, Bestimmung der Messgröße aus der Ausgangsgröße durch die Auswerteeinheit.
  • Darüber hinaus geht die Erfindung aus von einem Messgerät zur Erfassung einer Messgröße und zur Befestigung an einem Rohrleitungssystem, welches derart ausgestaltet ist, dass es von dem zu vermessenden Medium durchströmbar ist, mit wenigstens einem Messwertaufnehmer geeignet zur Detektion einer Eingangsgröße und zur Ausgabe einer Ausgangsgröße und wenigstens einer Auswerteeinheit, wobei die Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass sie aus der Ausgangsgröße die Messgröße bestimmt.
  • Allgemein bekannt ist es, den Betriebszustand eines Rohrleitungssystems und insbesondere auch den Betriebszustand von Pumpanlagen über eine Frequenzanalyse von für das zu überwachende Bauteil charakteristischen Schwingungen, insbesondere von Rohrleitungsschwingungen mittels externer Sensoren, beispielsweise mit einem Mikrofonen, zu überwachen. Dabei wird ausgenutzt, dass sich sämtliche mechanisch beweglichen Teile, die an einer Rohrleitung angeschlossen sind, auch im Frequenzspektrum der Rohrleitungsschwingung bemerkbar machen. So erzeugen beispielsweise klemmende Ventile bei deren Betätigung andere Schwingungen als leichtgängige. Insofern können Änderungen im Frequenzspektrum der Rohrleitungsschwingung Hinweise auf mögliche Defekte in einer Anlage geben, welche beispielsweise nicht über vorhandene Eigendiagnosen der Anlage erfasst werden können.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2011 009 894 A1 ist ein Durchflussmessgerät mit einer Sensoreinheit zur Erfassung von auf das Durchflussmessgerät wirkenden Störschwingungen bekannt. Dabei gehen die auf das Durchflussmessgerät einwirkenden Störschwingungen aus von im Rohrleitungssystem arbeitenden Pumpen, Turbinen oder Ventilen. Die Sensoreinheit ist mittels einer akustischen Kopplung am Durchflussmessgerät befestigt und kann so die auf das Durchflussmessgerät einwirkenden Störschwingungen optimal erfassen.
  • Der Anmelderin ist aus der Praxis ein Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes einer Pumpe bekannt. Das Verfahren beruht auf der Bestimmung eines charakteristischen Kennwertes des Drucks- oder Strömungsverlaufs in der Pumpenanlage, beispielsweise basierend auf einer Frequenzanalyse, und auf dem anschließenden Vergleich dieses Kennwertes mit einem vorgegebenem Kennwert. Aus dem Vergleich der Kennwerte lässt sich der Betriebszustand der Pumpe ermitteln.
  • Die zuvor beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass zur Überwachung der jeweiligen Anlage bzw. Rohrleitung weitere externe Sensoreinheiten verwendet werden. Insofern ist die Überwachung des Betriebszustandes der Anlagen aufwendig.
  • Ausgehend von dem zuvor dargelegten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen und insofern zur Überwachung des Betriebszustandes eines Rohrleitungssystems und/oder mit dem Rohrleitungssystem verbundenen Komponenten anzugeben, das besonders einfach ausgestaltet ist. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Messgerät anzugeben.
  • Die zuvor beschriebene Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der Erfindung bei dem eingangs genanntes Verfahren dadurch gelöst, dass die Messgröße das innerhalb des Rohrleitungssystems befindliche Medium charakterisiert, dass die Abtastrate zur Detektion der Eingangsgröße wenigstens doppelt so hoch ist wie die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung und die Auswerteeinheit eine Frequenzanalyse der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße durchführt.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Schwingungen einer Rohrleitung nicht nur unmittelbar – also an der Rohrleitung selbst – gemessen werden können, sondern dass sie sich ebenso auf weitere, das innerhalb der Rohrleitung befindliche Medium charakterisierende Messgrößen auswirken. Diese Messgrößen, also Medium-Messgrößen, die durch die Rohrschwingungen beeinflusst werden, sind beispielsweise der Durchfluss, insbesondere der Volumen- oder der Massedurchfluss eines Mediums durch eine Rohrleitung, der Druck oder die Temperatur des Mediums innerhalb der Rohrleitung. Im Detail erzeugen Rohrleitungsschwingungen Querschnittsänderungen der Rohrleitung, die mit einer Änderung der das Medium charakterisierenden Messgrößen einhergehen. Von Interesse sind hier also solche mit dem Medium in Zusammenhang stehende Messgrößen, die durch die Rohrleitungsschwingungen beeinflusst werden.
  • Bewegen sich beispielsweise bei einer Schwingung die Rohrwände auseinander, wird das vom Rohr umschlossene Volumen größer und der Durchfluss, der Druck sowie die Temperatur des Mediums geringer. Verengt sich dagegen der Querschnitt des Rohres, nehmen der Durchfluss, der Druck und die Temperatur des Mediums zu. Die Frequenz dieser kurzzeitigen Schwankungen entspricht der Frequenz der Rohrleitungsschwingung. Sie liegt üblicherweise im kHz-Bereich. Insofern sind Rohrleitungsschwingungen ebenfalls über kurzzeitige Schwankungen beispielsweise im Durchfluss und/oder im Druck und/oder in der Temperatur des Mediums nachweisbar.
  • Um diese kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße detektieren zu können, muss die Abtastrate gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem wenigstens doppelt so hoch, vorzugsweise wenigstens dreimal so hoch, besonders bevorzugt wenigstens viermal so hoch sein, wie die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung. Dadurch ist sichergestellt, dass der Verlauf der Messgröße aus den zeitlich diskreten Messwerten rekonstruiert werden kann. Dabei ist die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung abhängig von dem jeweiligen Rohrleitungssystem und den mit dem Rohrleitungssystem verbundenen mechanischen Komponenten. Die maximale Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren insofern vor der Messung durch die Wahl der Abtastrate festgelegt. Wird beispielsweise eine Rohrleitungsschwingung im Bereich von 800 Hz erwartet, so beträgt die Abtastrate wenigstens 1600 Hz, vorzugsweise 2400 Hz, besonders bevorzugt 3200 Hz.
  • Erfindungsgemäß führt die Auswerteeinheit eine Frequenzanalyse der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße durch. Defekte des Rohrleitungssystems und/oder von mit dem Rohrleitungssystem verbundenen Komponenten resultieren in einer Änderung im Schwingungsspektrum, beispielsweise im Wert der Frequenzen oder in deren Amplitude. Insofern kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der Betriebszustand des Rohrleitungssystems und/oder von mit dem Rohrleitungssystem verbundenen Komponenten dauerhaft überwacht werden, ohne dass zusätzliche externe Sensoreinheiten notwendig sind. Wird das Verfahren kognitiv ausgestaltet, kann die Qualität der Bestimmung der Messgröße erheblich gesteigert werden.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Bestimmung der Messgröße eine Mittelung von wenigstens zwei Messwerten der Messgröße durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass der Einfluss der Rohrleitungsschwingung durch die Mittelung mehrerer Messwerte der Messgröße beseitigt werden kann. Zudem ist in der Regel die Zeitkonstante von prozessbedingten Änderungen der Messgröße um mehrere Größenordnungen geringer als die der Störschwingungen, sodass die besonders hohe Zeitauflösung der Messung der Störschwingungen für die Bestimmung der Messgröße nicht erforderlich ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Frequenzanalyse durch eine Fouriertransformation erfolgt. Dabei wird vorzugsweise eine Frequenz als Überwachungsparameter bestimmt, deren Änderung im Wert oder in der Amplitude auf eine Änderung des Rohrleitungssystems und/oder der mit dem Rohrleitungssystem verbundenen Komponenten hinweist. Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Auswerteeinheit insbesondere mittels einer Fouriertransformation das Frequenzspektrum der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße bestimmt. Dieses ist charakteristisch für den jeweiligen Zustand des Rohrleitungssystems, sodass ein besonders genaues und zuverlässiges Verfahren zur Überwachung des Rohrleitungssystems bereitgestellt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Messgerät zusätzlich eine Sendeeinheit zur Aussendung eines die Eingangsgröße aufweisenden Messsignals in das Medium auf, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Aussenden eines Messsignals in das Medium und Empfangen des durch das Medium transmittierten Transmissionssignals durch den Messwertaufnehmer. Die Detektion der Messgröße kann insofern entweder direkt oder basierend auf der Wechselwirkung eines in das Medium ausgesendeten Messsignals mit dem Medium erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Eingangsgröße, die Laufzeit und/oder die Phase eines Messsignals und/oder der Druck des Mediums und/oder die Verformung eines am Rohrleitungssystem befindlichen Körpers und/oder die Phase der Rohrschwingungen der ein- und auslaufseitigen Bereiche eines in Schwingungen versetzten Rohres ist, insbesondere die Phase zwischen den Schwingungen der Schenkel eines in Schwingung versetzten Rohrbogens. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einem Verfahren zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbare Verfahren zur Bestimmung des Durchflusses sind beispielsweise das Laufzeitmessverfahren, die Bestimmung des Massestroms basierend auf dem Coriolisprinzip oder die Bestimmung der Geschwindigkeit bzw. des Volumenstroms mit Hilfe eines Wirbeldurchflussmessers. Jedes weitere Verfahren zur Bestimmung einer das Medium charakterisierenden Messgröße, die sich in Anwesenheit einer Rohrschwingung ändert, wobei das Verfahren auf dem Nachweis einer anderen Eingangsgröße beruht, ist ebenfalls für die Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Messgerät ein Durchflussmessgerät. Alternativ ist das Messgerät beispielsweise ein Druck- oder Temperaturmessgerät. Der Messwertaufnehmer ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ein Piezowandler und/oder eine Detektorspule und/oder ein Dehnungsmessstreifen und/oder ein Drucksensor und/oder ein Ultraschallwandler und/oder eine Kombination der vorgenannten Sensoren.
  • Um den Nachweis eines Defektes des Rohrleitungssystems oder von mit dem Rohrleitungssystem verbundenen Komponenten weiter zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn in der Auswerteeinheit das Frequenzspektrum der Schwingung des Rohrleitungssystems im defektfreien Zustand hinterlegt ist und wenn die gemessene Frequenz und/oder das gemessene Frequenzspektrum mit dem Frequenzspektrum der Schwingung des Rohrleitungssystems im defektfreien Zustand verglichen wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Frequenzspektrum des defektfreien Zustandes am Anfang der Messung jeweils neu aufgenommen werden. Eine Änderung im Frequenzspektrum und insofern ein Defekt im Rohrleitungssystem können auf diese Weise besonders einfach und zuverlässig erkannt werden.
  • Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Messgerät dadurch gelöst, dass das Messgerät zur Erfassung einer das innerhalb eines Rohrleitungssystems befindliche Medium charakterisierenden Messgröße ausgestaltet ist, dass die Auswerteeinheit weiterhin derart ausgestaltet ist, dass sie eine Frequenzanalyse der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße durchführt und dass die Abtastrate zur Detektion der Eingangsgröße wenigstens doppelt so hoch ist wie die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung. Das erfindungsgemäße Messgerät weist den Vorteil auf, dass es im Betrieb zum einen die interessierende Messgröße, wie beispielsweise den Volumen- oder Massedurchfluss und/oder den Druck und/oder die Temperatur des Mediums, detektiert und zum anderen gleichzeitig den Betriebszustand des Rohrleitungssystems und der mit de Rohrleitungssystem verbundenen Komponenten überwacht. Insofern kann eine Überwachung des Rohrleitungssystems auf besonders einfache Weise erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Messgerät ist beispielsweise ein Durchflussmessgerät oder ein Druck- oder Temperaturmessgerät oder eine Kombination aus den zuvor genannten Messgeräten.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteeinheit zur Durchführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren geeignet ist. Bezüglich der Vorteile der entsprechenden Ausgestaltung des Messgeräts bzw. der Auswerteeinheit wird auf die Vorteile des jeweiligen Verfahrens verwiesen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich wenigstens eine Sendeeinheit zur Aussendung eines die Eingangsgröße aufweisenden Messsignals vorhanden ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts ist der Messwertaufnehmer ein Piezowandler und/oder eine Detektorspule und/oder ein Dehnmessstreifen und/oder ein Drucksensor und/oder ein Ultraschallsensor oder eine Kombination der vorgenannten Sensoren.
  • Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Messgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche und auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgeräts basierend auf Ultraschallwellen im Medium,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgeräts basierend auf im Medium erzeugten Wirbeln und
  • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgeräts.
  • Es erfolgt zunächst eine Darstellung des Verfahrens gemäß 1, wobei gleichzeitig auf die in den 2 bis 4 dargestellten gegenständlichen Merkmale Bezug genommen wird.
  • In 1 ist beschrieben und dargestellt ein Verfahren 1 zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen mit einem Messgerät 2 zur Erfassung einer Messgröße, wobei das Messgerät 2 an einem Rohrleitungssystem 3, durch das das zu vermessende Medium fließt, befestigt ist, und das Messgerät 2 wenigstens einen Messwertaufnehmer 4 zur Detektion einer Eingangsgröße und zur Ausgabe einer Ausgangsgröße und wenigstens eine Auswerteeinheit 5 aufweist.
  • In einem ersten Schritt 6 wird die Eingangsgröße durch den Messwertaufnehmer 4 mit einer zuvor festgelegten Abtastrate detektiert. Anschließend leitet der Messwertaufnehmer 4 in einem nächsten Schritt 7 eine auf der Eingangsgröße basierende Ausgangsgröße an die Auswerteeinheit 5 weiter. Die Auswerteeinheit 5 bestimmt in einem nächsten Schritt 8 aus der Ausgangsgröße einen Messwert der Messgröße. In einem nächsten Schritt 9 werden wenigstens zwei Messwerte der Messgröße gemittelt, um einen störungsfreien Wert der Messgröße angeben zu können. Schließlich führt die Auswerteeinheit 5 in einem nächsten Schritt 10 eine Frequenzanalyse von kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße durch. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestimmt die Auswerteeinheit 5 das Frequenzspektrum der Schwankungen.
  • Dabei ist in dem vorliegenden Verfahren die Abtastrate zur Detektion der Eingangsgröße mehr als doppelt so hoch wie die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung. Insofern ist sichergestellt, dass die einer Rohrleitungsschwingung entsprechenden kurzzeitigen Schwankung der Messgröße im Rahmen des vorliegenden Verfahrens auch zeitaufgelöst dargestellt werden können.
  • Im dargestellten Verfahren wird das Frequenzspektrum der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße bestimmt. Dieses Frequenzspektrum wird in einem nächsten Schritt 11 mit einem Frequenzspektrum der Schwingung des Rohrleitungssystems 3 im defektfreien Zustand, welches in der Auswerteeinheit 5 hinterlegt ist, verglichen. Änderungen im Frequenzspektrum, beispielsweise im Wert oder in der Amplitude der Frequenzen weisen auf einen Defekt im Rohrleitungssystem 3 oder von mit dem Rohrleitungssystem 3 verbundenen Komponenten hin. Insofern stellt das dargestellte Verfahren 1 ein besonders einfaches und zuverlässiges Verfahren 1 zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen 3 und insofern zur Überwachung des Betriebszustandes des Rohrleitungssystems 3 dar.
  • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Messgeräts 2 im Betrieb, das zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen geeignet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Messgerät 2 ein Durchflussmessgerät, das an einem Rohrleitungssystem 3 befestigt ist. Das Rohrleitungssystem 3 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Medium durchströmt, dessen Volumenstrom gemessen wird. Das Durchflussmessgerät umfasst eine Sendeeinheit 12 zur Aussendung eines die Eingangsgröße aufweisenden Messsignals, vorliegend ein Ultraschallsignal 13, in das Medium.
  • Darüber hinaus umfasst das Durchflussmessgerät einen Messwertaufnehmer 4, der geeignet ist zur Detektion des Ultraschallsignals 13 mit einer festgelegten Abtastrate und zur Ausgabe einer Ausgangsgröße an die Auswerteeinheit 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel misst der Messwertaufnehmer 4 die Laufzeit des Ultraschallsignals 13 durch das Medium. Vorliegend ist der Messwertaufnehmer 4 ebenfalls als Sendeeinheit 12 ausgestaltet und die Sendeeinheit 12 ebenfalls als Messwertaufnehmer 4, beides sind vorliegend Ultraschallwandler. Insofern kann mit dem Messgerät 2 sowohl die Laufzeit in Strömungsrichtung des Mediums als auch entgegengesetzt dazu gemessen werden, wobei die Auswerteeinheit 5 jeweils derart ausgestaltet ist, dass sie aus der Laufzeitdifferenz die Geschwindigkeit und daraus den Durchfluss des Mediums bestimmt.
  • Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit 5 weiterhin derart ausgestaltet, dass sie eine Frequenzanalyse von kurzzeitigen Schwankungen des Durchflusses durchführt und anschließend das so erhaltene Frequenzspektrum mit einem hinterlegten Frequenzspektrum, das dem defektfreien Zustand entspricht, vergleicht.
  • Insofern kann mittels des dargestellten Messgeräts 2 nicht nur der Durchfluss des Mediums bestimmt werden, sondern gleichzeitig der Betriebszustand des Rohrleitungssystems 3 bzw. von an das Rohrleitungssystem 3 angeschlossenen Komponenten (wie z. B. Pumpen, Ventile,) überwacht werden.
  • In 3 ist dargestellt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Messgeräts 2, welches an einem Rohrleitungssystem 3 befestigt ist, umfassend eine Sendeeinheit 12 zur Aussendung eines die Eingangsgröße aufweisenden Messsignals in das Medium, einen Messwertaufnehmer 4 und eine Auswerteeinheit 5. Das in das Medium ausgesendete Messsignal ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Ultraschallsignal 13.
  • Wie im zuvor dargestellten Ausführungsbeispiel bestimmt die Auswerteeinheit 5 sowohl den Durchfluss des Mediums durch das Rohrleitungssystem 3 als auch das Frequenzspektrum der Schwingung des Rohrleitungssystems 3 aus den kurzzeitigen Schwankungen des Durchflusses. Insofern weist das dargestellte Ausführungsbeispiel ebenfalls den Vorteil auf, dass einerseits die Messgröße, hier der Durchfluss, bestimmt wird, als auch gleichzeitig eine Überwachung des Rohrleitungssystems 3 erfolgt.
  • Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung des Durchflusses durch die gezielte Anregung von Wirbeln durch einen Staukörper 14 im Medium, die als Druck- oder Geschwindigkeitsschwankungen registriert werden können. Vorliegend sind sowohl die Sendeeinheit 12 als auch der Messwertaufnehmer 4 Ultraschallwandler, wobei die Sendeeinheit 12 Ultraschallsignale 13 als Messsignale in das Medium einspeist und der Messwertaufnehmer 4 die durch das Medium transmittierten Signale empfängt. Beim Durchlauf eines Wirbels registriert der Messwertaufnehmer ein phasenmoduliertes Signal, wodurch die Wirbelfrequenz und insofern die Geschwindigkeit des Mediums bestimmt werden können.
  • In 4 ist ebenfalls ein Messgerät 2 dargestellt, das an einem Rohrleitungssystem 3 befestigt ist, umfassend zwei Messwertaufnehmer 4, vorliegend zwei Dehnungsmessstreifen, und zwei Auswerteeinheiten 5. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rohrleitungssystem 3 u-förmig ausgestaltet, wobei an jedem Schenkel ein Messwertaufnehmer 4 und eine Auswerteeinheit 5 angebracht sind. Vorliegend wird zur Bestimmung des Durchflusses das von dem Medium durchflossene Rohrleitungssystem 3 in Schwingung versetzt, wobei die Dehnungsmessstreifen die Schwingungen der jeweiligen Schenkel detektieren. Der Massedurchfluss wird nach dem Coriolisprinzip durch einen Vergleich der Phasen der Schwingungen der Schenkel bestimmt.
  • Gleichzeitig bestimmen die Auswerteeinheiten 5 das Frequenzspektrum einer kurzzeitigen Schwankung des Durchflusses. Insofern ist auch das vorliegend dargestellte Ausführungsbeispiel eines Messgeräts 2 dazu geeignet, sowohl den Durchfluss des Mediums durch das Rohrleitungssystem 3 zu bestimmen als auch gleichzeitig den Betriebszustand des Rohrleitungssystems 3 zu überwachen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Verfahren zur Überwachung von Rohrleitungsschwingungen
    2
    Messgerät
    3
    Rohrleitungssystem
    4
    Messwertaufnehmer
    5
    Auswerteeinheit
    6
    Detektion der Eingangsgröße
    7
    Weiterleiten einer auf der Eingangsgröße basierenden Ausgangsgröße
    8
    Bestimmung eines Messwertes
    9
    Bestimmung der Messgröße des Mediums
    10
    Frequenzanalyse der kurzzeitigen Schwankung der Messgröße
    11
    Vergleich
    12
    Sendeeinheit
    13
    Ultraschallsignal
    14
    Staukörper
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011009894 A1 [0004]

Claims (14)

  1. Verfahren (1) zur Detektion von Rohrleitungsschwingungen mit einem Messgerät (2) zur Erfassung einer Messgröße, wobei das Messgerät (2) an einem Rohrleitungssystem (3), durch das das zu vermessende Medium fließt, befestigt ist, und das Messgerät (2) wenigstens einen Messwertaufnehmer (4) zur Detektion einer Eingangsgröße und zur Ausgabe einer Ausgangsgröße und wenigstens eine Auswerteeinheit (5) aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Detektion (6) der Eingangsgröße durch den Messwertaufnehmer (4), Weiterleiten (7) einer auf der Eingangsgröße basierenden Ausgangsgröße an die Auswerteeinheit (5), Bestimmung (8) des Messwertes der Messgröße aus der Ausgangsgröße durch die Auswerteeinheit (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße das innerhalb des Rohrleitungssystems (3) befindliche Medium charakterisiert, dass die Abtastrate zur Detektion der Eingangsgröße wenigstens doppelt so hoch ist wie die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung und die Auswerteeinheit (5) eine Frequenzanalyse (10) der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße durchführt.
  2. Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung (9) der Messgröße eine Mittelung von wenigstens zwei Messwerten der Messgröße durchgeführt wird.
  3. Verfahren (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße der Durchfluss des Mediums und/oder der Druck und/oder die Temperatur innerhalb des Mediums ist.
  4. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzanalyse mittels einer Fouriertransformation erfolgt.
  5. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Frequenzanalyse eine Frequenz oder ein Frequenzspektrum bestimmt wird.
  6. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (2) zusätzlich eine Sendeeinheit (12) zur Aussendung eines die Eingangsgröße aufweisendes Messsignals in das Medium aufweist, und dass das Verfahren (1) zusätzlich die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Aussenden eines Messsignals in das Medium, Empfangen des durch das Medium transmittierte Transmissionssignals durch den Messwertaufnehmer (4).
  7. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgröße die Laufzeit und/oder die Phase eines Messsignals und/oder der Druck des Mediums und/oder die Verformung eines am Rohrleitungssystem befindlichen Körpers und/oder die Phase der Rohrschwingungen der ein- und auslaufseitigen Bereiche eines in Schwingung versetzten Rohres ist, insbesondere die Phase der Schwingung der Schenkel eines in Schwingung versetzten Rohrborgens ist.
  8. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (4) ein Piezowandler und/oder eine Detektorspule und/oder ein Dehnungsmessstreifen und/oder ein Drucksensor und/oder ein Ultraschallsensor oder eine Kombination der vorgenannten Sensoren ist.
  9. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (5) das Frequenzspektrum der Schwingung des Rohrleitungssystems (3) im defektfreien Zustand hinterlegt ist und dass die gemessene Frequenz und/oder das gemessene Frequenzspektrum mit dem Frequenzspektrum der Schwingung des Rohrleitungssystems (3) im defektfreien Zustand verglichen wird.
  10. Messgerät (2) zur Erfassung einer Messgröße und zur Befestigung an einem Rohrleitungssystem (3), welches derart ausgestaltet ist, dass es von dem zu vermessenden Medium durchströmbar ist, mit wenigstens einem Messwertaufnehmer (4) geeignet zur Detektion einer Eingangsgröße und zur Ausgabe einer Ausgangsgröße und wenigstens einer Auswerteeinheit (5), wobei die Auswerteeinheit (5) derart ausgestaltet ist, dass sie aus der Ausgangsgröße die Messgröße bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (2) zur Erfassung einer das innerhalb eines Rohrleitungssystems (3) befindliche Medium charakterisierenden Messgröße ausgestaltet ist, dass die Auswerteeinheit (5) weiterhin derart ausgestaltet ist, dass eine Frequenzanalyse der kurzzeitigen Schwankungen der Messgröße durchführt und dass die Abtastrate zur Detektion der Eingangsgröße wenigstens doppelt so hoch ist wie die Frequenz fRohr der interessierenden Rohrleitungsschwingung.
  11. Messgerät (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die Auswerteeinheit (5) zur Durchführung des Verfahrens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geeignet ist.
  12. Messgerät (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät ein Durchflussmessgerät und/oder Druckmessgerät ist.
  13. Messgerät (2) nach einem der Ansprüche 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens eine Sendeeinheit (12) zur Aussendung eines die Eingangsgröße aufweisendes Messsignals vorhanden ist.
  14. Messgerät (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (4) ein Piezowandler und/oder eine Detektorspule und/oder ein Dehnmeßstreifen und/oder ein Drucksensor und/oder ein Ultraschallsensor oder eine Kombination der vorgenannten Sensoren ist.
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