DD280992A1 - METHOD FOR DETERMINING THE WEARING CONDITION OF SPEED-CONTROLLED CENTRIFUGAL PUMPS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleisszustandes an drehzahlgeregelten Kreiselpumpen und dient der Vorhersage des Ausfallzeitpunktes. Die Erfindung findet vor allem an solchen drehzahlgeregelten Kreiselpumpen Anwendung, die aggressive oder abrasive Medien foerdern. Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleissverhaltens an drehzahlgeregelten Kreiselpumpen zu entwickeln, das ohne Ausserbetriebnahme der Regelung der drehzahlgeregelten Kreiselpumpen und ohne Erfassung der Truebedichte des Foerdermediums Aussagen ueber den Verschleisszustand zulaesst. Erfindungsgemaess wird die technische Aufgabe dadurch geloest, dass die mittlere Drehzahl der drehzahlgeregelten Kreiselpumpe und der funktionelle Zusammenhang der Messgroesse von der Zeit durch Regressionsrechnung ermittelt wird. Als Messgroesse wird die Drehzahl des Kreiselpumpenantriebsmotors genutzt, die durch Regelung entsprechend des zu foerdernden Volumenstromes eingestellt wird. Die Anzahl der Umdrehungen des Pumpenantriebsmotors wird ueber jeweils aequidistante Zeitabschnitte gezaehlt und als Messwert erfasst.The invention relates to a method for determining the state of wear on speed-controlled centrifugal pumps and serves to predict the failure time. The invention is mainly used on such variable-speed centrifugal pumps, which promote aggressive or abrasive media. The technical object of the invention is to develop a method for determining the wear behavior of variable-speed centrifugal pumps, which permits statements about the state of wear without decommissioning the control of the speed-controlled centrifugal pumps and without detecting the Truebedichte the Foerdermediums. According to the invention, the technical object is achieved by determining the mean speed of the variable-speed centrifugal pump and the functional relationship of the measured variable of the time by regression calculation. The measured variable used is the speed of the centrifugal pump drive motor, which is set by regulation according to the volumetric flow to be delivered. The number of revolutions of the pump drive motor is counted over each equidistant time intervals and recorded as a measured value.

Description

Volumenstromregelung wird diese Verringerung durch Erhöhung der Drehzahl ausgeglichen. Da der Fördervolumenstrom derVolume flow control, this reduction is compensated by increasing the speed. Since the flow rate of the Kreiselpumpe nur von der Geometrie des Laufrades und der Drehzahl, nicht aber von der Trübedichte abhängig ist, kann anCentrifugal pump depends only on the geometry of the impeller and the speed, but not the turbidity density, can

dieser Stelle auf eine Messung der Trübedichte verzichtet werden. Um kurzfristige Drehzahlschwankungen zu eliminieren, diedurch die Regelung bei Ausregelung von Prozeßscliwankungen hervorgerufen werden, ist von der mittleren Drehzahlauszugehen.At this point, a measurement of the suspension density is dispensed with. To eliminate short term speed variations caused by closed-loop control of process clipping, start from the average speed.

Nach Ermittlung des mittleren Drehzahlwertes n*, kann nach der BeziehungAfter determination of the average speed value n *, can after the relationship VZ = (n* - n_mi„/n_m,_x - n_mIn)VZ = (n * -n _mi "/ n _m , _{x -n mIn} )

der Verschleißzustand VZ näherungsweise bestimmt werden. Hierbei stellen n_mi_n den Wert der minimalen Drehzahl im Neuzustand und n_ma» den Wert der maximal erreichbaren Drehzahl der Kreiselpumpe dar.the wear state VZ be determined approximately. Here n _m i _n represents the value of the minimum speed in the new state and n _ma "means the value of the maximum attainable speed of the centrifugal pump.

Der Verlauf der Drehzahlkurve in der Zeit ist von vielen zufälligen Prozeßereignissen abhängig und wird mit Hilfe eines exponentiellen RegressionsansatzesThe course of the speed curve in time depends on many random process events and is calculated using an exponential regression approach

fortlaufend ermittelt, wobei η die Drehzahl, t die Zeit, a und b Koeffizienten sind. Es sind verschiedene Ansätze, die sich aus dem Verlauf der mittleren Drehzahlwerte über die Zeit ergeben, verwendbar und für den jeweiligen Anwendungsfall zu überprüfen. Der Schnittpunkt der Regressionskurve mit einem maximalen Drehzahlwert wird berechnet. Der Abszissenwert dieser Funktion mit der Geraden η = n_max, die den maximal erreichbaren Drehzahlwert der Kreiselpumpe dargestellt, stellt einen Schätzwert für den Ausfallzeitpunkt dar. Die Lage des letzten Meßpunktes ist ein Maß für den aktuellen Verschleißgrad. Das erfindungsgemäße Vorfahren, das die indirekte Bestimmung einer Eigenschaft von drehzahlgeregelten Kreiselpumpen anhand der Drehzahlmessung gestattet, hat die Vorteile, daß während der Messung keine Beeinflussung des Förderprozesses erfolgt, daß eine Trübedichtemessung, die im allgemeinen sehr aufwendig ist, entfallen kann und daß dadurch eine prognostische Aussage über den Ausfallzeitpunkt sowie den jeweiligen Verschleißzustand der Kreiselpumpe getroffen werden kann, so daß langfristig eine Planung der Instandhaltungsarbeiten vorbereitet werden und damit der Förderprozeß mit drehzahlgesteuerten Kreiselpumpen wesentlich effektiviert und die Auslastung der Kreiselpumpen erhöht werden kann.where η is the speed, t is the time, a and b are coefficients. There are different approaches, which result from the course of the average speed values over time, usable and to check for the particular application. The intersection of the regression curve with a maximum speed value is calculated. The abscissa value of this function with the straight line η = n _ma x, which represents the maximum achievable speed value of the centrifugal pump, represents an estimated value for the failure time. The position of the last measuring point is a measure of the current degree of wear. The ancestor according to the invention, which allows the indirect determination of a property of variable speed centrifugal pumps based on the speed measurement, has the advantages that during the measurement no influence on the delivery process that a Trübdichtemessung, which is generally very expensive, can be omitted and thereby a prognostic Statement about the failure time and the respective state of wear of the centrifugal pump can be made so that long-term planning of maintenance work to be prepared and thus the production process with speed-controlled centrifugal pumps significantly more effective and the utilization of the centrifugal pumps can be increased.

Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher eräutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

An einer einstufigen Kreiselpumpe zum Fördern von Erztrübe wird der Volumenstrom mit Hilfe einer bekannten Regelung, bestehend aus einem Volumenstrommesser, wie z.B. einem magnetinduktiven Durchflußmesser, zur Ermittlung der Regelgröße, einem Regler zur Verarbeitung der Regelabweichung und einem Thyristorsteller als Stellglied zur Drehzahlvorstellung des Kreiselpumpenantriebsmotors, konstant gehalten. Die Anzahl der Umdrehungen des Kreiselpumpenmotors wird mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung in elektrische Impulse gewandelt und din Impulse über eine längere Zeit, z. B. eine Stunde gezählt. Nach Ablauf der Zeiteinheit wird der Wert gespeichert und der Zähler zurückgesetzt. Der Vorgang wiederholt sich periodisch. Mit dem aktuellen mittleren Drehzahlwert n\ der sich als Quotient der Impuiszahl und der Dauer des Zeitintervalls ergibt, wird nach der GleichungOn a single stage centrifugal pump for ore pulp, the volumetric flow rate is determined by means of a known control consisting of a volumetric flow meter, e.g. a magnetically inductive flowmeter, for determining the controlled variable, a controller for processing the control deviation and a thyristor as an actuator for speed of rotation of the centrifugal pump drive motor, kept constant. The number of revolutions of the centrifugal pump motor is converted by means of a suitable device into electrical pulses and din pulses over a long time, z. B. counted one hour. After expiration of the time unit, the value is saved and the counter is reset. The process repeats periodically. With the current average speed value n \, which results as the quotient of the pulse number and the duration of the time interval, is calculated according to the equation

VZ = (n^# - n_mj_n/n_max - n_mIn)VZ = (n ^# -n _m j _n / n _m ax _{-n mIn} )

der Verschleißzustand VZ näherungsweise bestimmt.the wear state VZ approximately determined.

Die im Speicher abgelegte Zeitreihe wird nach einer minimalen Anzahl von Messungen einer exponentiellenThe time series stored in memory becomes exponential after a minimum number of measurements Regressionsrechnung nachRegression calculation after

unterzogen. Dabei wird eine Zeitfunktion der mittleren Drehzahl n* in den Meßintervallen geschätzt. Der Abszissenwert dessubjected. In this case, a time function of the average rotational speed n * in the measuring intervals is estimated. The abscissa value of

Schnittpunktes dieser Funktion mit der Geraden η = n_max, die den maximal erreichbaren Drehzahlwert der KreiselpumpeIntersection of this function with the straight line η = n _max , the maximum achievable speed value of the centrifugal pump

dargestellt, ist eine Näherung für den Ausfallzeitpunkt. Die Lage des letzten Meßpunktes ist ein Maß für den aktuellenis an approximation of the time of failure. The position of the last measuring point is a measure of the current

Verschleißgrad.Degree of wear. Die Regressionsrechnung wird nach jedem neuen Meßwert wiederholt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Zuverlässigkeit desThe regression calculation is repeated after every new measured value. It should be noted that the reliability of the

geschätzten Ausfallzeitpunktes mit der Betriebsdauer der Kreiselpumpe und damit mit der Annäherung an diesen Zeitpunktwächst.estimated failure time with the operating time of the centrifugal pump and thus with the approach to this point grows.

Claims (1)

Verfahren zur Bestimmung des Verschleißzustandes an drehzahlgeregelten Kreiselpumpen, gekennzeichnet dadurch, daß die mittlere Drehzahl der drehzahlgeregelten Kreiselpumpe gemessen und nach der BeziehungMethod for determining the state of wear on variable-speed centrifugal pumps, characterized in that the average speed of the variable-speed centrifugal pump is measured and the relationship VZ = (n* - n_min/n_max - n_min)VZ = (n * - n _min / n _max - n _min ) der Verschleißzustand VZ bestimmt wird, wobei n* die mittlere Drehzahl, n_mj_n die minimale Drehzahl in Neuzustand der Pumpe und n,r,_lx die maximal erreichbare Drehzahl der Pumpe darstellen und der funktioneile Zusammenhang der Meßgröße von der Zeit durch Regressionsrechnung nach dem Ansatzthe wear state VZ is determined, where n * the average speed, n _m j _n the minimum speed in new condition of the pump and n, r, _{lx represent} the maximum achievable speed of the pump and the functional relationship of the measured variable of the time by regression calculation after the approach n(t) = a*e^b·¹ n (t) = a * e ^b * ¹ ermittelt wird, wobei η die Drehzahl, t die Zeit, a und b Koeffizienten sind und der Abszissenwert des Schnittpunktes dieser Funktion mit der Geraden η = n_max, die den maximal erreichbaren Drehzahlwert der Kreiselpumpe dargestellt, den Schätzwert für den Ausfallzeitpunkt und die Lage des letzten Meßpunktes das Maß für den aktuellen Verschleißgrad darstellt.where η is the speed, t is the time, a and b are coefficients and the abscissa value of the intersection of this function with the straight line η = n _max representing the maximum achievable speed value of the centrifugal pump, the estimated time of failure and the location of the last measuring point represents the measure of the current degree of wear. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleißzustandes an drehzahlgeregelten Kreiselpumpen und dient der Vorhersage des Ausfallzeitpunktes. Die Erfindung findet vor allem an solchen drehzahlgeregelten Kreiselpumpen Anwendung, die aggressive oder abrasive Medien fördern.The invention relates to a method for determining the state of wear on speed-controlled centrifugal pumps and serves to predict the failure time. The invention finds particular application to such variable speed centrifugal pumps that promote aggressive or abrasive media. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Bekannt sind Verfahren zur Beurteilung des Zustandes rotierender Maschinen durch Überwachung des Schwingverhaltens (DD-PS 155462, DD-PS 225807). Diese Verfahren sind durch die einzusetzende Schwingungsmeßtechnik zu kostenaufwendig und an charakteristische Frequenzspektren gebunden, die aussagekräftig den Verschleißzustand widerspiegeln können. Weiterhin ist ein Verfahren zur Zustandserkennung an nicht drehzahlgeregelten einstufigen Kreiselpumpen durch Überwachung der Meßgrößen Stromaufnahme, Trübedichte und Kreiselpumpendruck bekannt (DD-PS 252430). Dieses Verfahren betrifft die Zustandserkennung an nicht drehzahlgeregelten Kreiselpumpen. Zur Korrektur des Stromwertes ist es bei diesem Verfahren erforderlich, die Trübedichte des Fördermediums in die Verschleißberechnung einzubeziehen, da diese die Stromaufnahme maßgeblich beeinflußt. Wenn dieses Verfahren in drehzahlgeregelten Kreiselpumpen angewendet werden soll, was prinzipiell möglich ist, muß die Drehzahlregelung nicht nach dem Fördervolumenstrom erfolgen, sondern zur Messung eine feste Vergleichsdrehzahl eingestellt werden, damit die Abhängigkeit der Stromaufnahme vom Verschleiß genutzt werden kann. Das bedeutet die praktische Außerbetriebnahme der Regelung für den Meßzeitraum. Dadurch kommen unbeabsichtigte Schwankungen des Fördervolumens in den Produktionsprozeß. Weiterhin ist bei diesem Verfahren eine Angabe des Ausfallzeitpunktes und des Verschleißzustandes nicht vorgesehen. Deshalb kann eine notwendig werdende Reparatur nicht rechtzeitig geplant werden.Are known methods for assessing the state of rotating machinery by monitoring the vibration behavior (DD-PS 155462, DD-PS 225807). These methods are too costly due to the Schwingungsmeßtechnik to be used and bound to characteristic frequency spectra, which can meaningfully reflect the state of wear. Furthermore, a method for state detection on non-speed-controlled single-stage centrifugal pumps by monitoring the variables current consumption, turbidity density and centrifugal pump pressure is known (DD-PS 252430). This method relates to the condition detection on non-speed-controlled centrifugal pumps. In order to correct the current value, it is necessary in this method to include the turbidity density of the pumped medium in the wear calculation, since this significantly influences the power consumption. If this method is to be used in variable-speed centrifugal pumps, which is possible in principle, the speed control must not follow the flow rate, but for measuring a fixed reference speed can be adjusted so that the dependence of the current consumption can be used by the wear. This means the practical decommissioning of the control for the measuring period. As a result, unintended fluctuations in the delivery volume come into the production process. Furthermore, an indication of the failure time and the state of wear is not provided in this method. Therefore, a necessary repair can not be planned in time. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung ist es, die Auslastung der Verschleißteile d/ehzahlgeregelter Kreiselpumpen durch Beurteilung des Verschleißzustandes und daraus abgeleiteter Vorhersaga des Ausfallzeitpunktes mit einfachen Mitteln zu verbessern.The aim of the invention is to improve the utilization of the wear parts d / ehzahlgeregelter centrifugal pumps by assessing the state of wear and derived prediction of the failure time with simple means. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleißverhaltens an drehzahlgeregelten Kreiselpumpen zu entwickeln, das ohno Außerbetriebnahme der Regelung der drehzahlgeregelten Kroiselpumpen und ohne Erfassung der Trübedichte des Fördermediums Aussagen über den Verschleißzustand zuläßt. Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß die mittlere Drehzahl der drehzahlgeregelten Kreiselpumpe und der funktionelle Zusammenhang der Meßgröße von der Zeit durch Regressionsrechnung ermittelt wird. Als Meßgröße wird die Drehzahl des Kreiselpumpenantriebsmotors genutzt, die durch Regelung entsprechend des zu fördernden Volumenstromes eingestellt wird. Die Anzahl der Umdrehungen des Pumpenantriebsmotors wird über jeweils äquidistante Zeitabschnitte gezählt und als Meßwert erfaßt.The technical object of the invention is to develop a method for determining the wear behavior of variable-speed centrifugal pumps, which allows statements about the state of wear without decommissioning the control of the speed-controlled Kroiselpumpen and without detecting the cloud density of the fluid. According to the invention, the technical problem is solved in that the average speed of the variable-speed centrifugal pump and the functional relationship of the measured variable is determined by the time by regression calculation. As the measured variable, the rotational speed of the centrifugal pump drive motor is used, which is set by regulation according to the volume flow to be delivered. The number of revolutions of the pump drive motor is counted over each equidistant time intervals and detected as a measured value. Da die Drehzahl des Kreisolpumpenmotors als Stellgröße zur Erzielung eines konstanten Volumenstromes genutzt wird, ist ihre aktuelle Größe ein Maß für die Abnutzung des Pumpenkreisels. Der Verschleiß der Kreiselpumpe kann ersatzweise durch die Verringerung des Ersatzlaufraddurchmessers D, ausgedrückt werden. Die Verringerung des Laufracdurchmessers führt zur Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit, die zum Absinken des Fördervolumenstromes führt. Durch dieSince the speed of the Kreisolpumpenmotors is used as a manipulated variable to achieve a constant volume flow, their current size is a measure of the wear of the pump gyroscope. The wear of the centrifugal pump can be expressed as a substitute by the reduction of the spare impeller diameter D. The reduction of the Laufracdurchmessers leads to the reduction of the peripheral speed, which leads to the decrease of the delivery volume flow. By the