DE102010034798A1 - Ventilüberwachung an Pumpen mit mindestens zwei Zylindern - Google Patents
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Abstract
- A1) Messung eines ersten Schallsignals eines ersten, zu überwachenden Ventils während eines ersten Messintervalls im geschlossenen Zustand des ersten Ventils,
- A2) Messung mindestens eines weiteren Schallsignals mindestens eines weiteren Ventils während mindestens eines weiteren Messintervalls im geschlossenen Zustand des mindestens einen weiteren Ventils,
- B) Feststellung, ob das erste Ventil einen Defekt aufweist, basierend auf einem Kennwert des ersten Schallsignals und einem Kennwert des mindestens einen weiteren Schallsignals.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Ventilen einer Pumpe, wobei die Pumpe mindestens zwei Ventile aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Anwendung in Verdrängerpumpen, wie sie beispielsweise in Öl- oder Gasförderanlagen als sogenannte Spülpumpen eingesetzt werden.
- Stand der Technik
- Derartige Spülpumpen werden verwendet, um Bohrflüssigkeiten durch ein Bohrloch zu pumpen, damit dieses gespült werden kann. Spülpumpen sind in der Regel Hochdruckverdrängerpumpen mit Rückschlagventilen (Einwegventilen) zum Steuern des Flüssigkeitsstromes durch die Pumpe. Dabei befinden sich an je einem Pumpenzylinder mindestens zwei Rückschlagventile, die sich periodisch mit der Bewegung eines Kolbens in dem Zylinder öffnen und schließen. Ein Rückschlagventil verbindet den Zylinder mit einer Zuleitung während ein anderes Rückschlagventil den Zylinder mit einer Ableitung verbindet. Sobald das mit der Zuleitung verbundene Rückschlagventil schließt, d. h. zu dessen Schließzeitpunkt, öffnet sich das mit der Ableitung verbundene Rückschlagventil, d. h. zu dessen Öffnungszeitpunkt. Möglich ist dabei, dass das mit der Zuleitung verbundene Rückschlagventil länger oder kürzer geöffnet bleibt, also eine längere oder kürzere Öffnungszeit aufweist, als das mit der Ableitung verbundene Rückschlagventil.
- Im Betrieb treten oftmals Defekte an einzelnen Rückschlagventilen auf. Defekte können z. B. durch das Pumpen von abrasiven Medien hervorgerufen werden, was zu Undichtigkeiten führen kann. Ein defektes, also undichtes, Ventil führt zu einer internen Leckage der Pumpe an diesem Ventil, d. h. im geschlossenen Zustand dieses Ventils entsteht bei Druckbeaufschlagung ein Leckagestrom. Ein solcher Leckagestrom verringert einerseits die Förderrate und/oder den Förderdruck der Pumpe und kann andererseits auch zu Beschädigungen der weiteren Pumpenkomponenten oder von mit der Pumpe verbundenen Anlagen führen. Im schlimmsten Fall kann ein Verlust eines Bohrloches durch zu spät festgestellten Pumpenausfall drohen.
- Es ist daher notwendig, möglichst frühzeitig zu erkennen, ob eine Pumpe defekte Ventile aufweist, falls dies der Fall ist, die defekten Ventile zu lokalisieren und auszutauschen.
- Als prinzipiell geeignet haben sich hierfür Verfahren erwiesen, die auf Messungen eines Schallsignals der einzelnen Ventile der Pumpe während des Betriebs beruhen. Dabei macht man sich die durch Leckageströmungen entstehenden Turbulenzen und Kavitationen und die damit einhergehende Erhöhung des Strömungsgeräusches zu Nutze. Hierfür wird die Pumpe mit einem oder mehreren Sensoren zur Messung des Schallsignals ausgestattet und das Schallsignal während des Betriebs fortlaufend erfasst. Ein erhöhtes Schallsignal signalisiert einen Defekt an dem den Sensor zugeordneten Ventil.
- Ein Verfahren zu Feststellung von Defekten an Ventilen mittels Messung des Schallsignals ist aus der
EP 1 625 321 A1 bekannt, wobei das Schallsignal eines ersten Ventils im geschlossenen Zustand gemessen wird und mit einem gemessenen Schallsignal eines Ventils im geöffneten Zustand verglichen wird. Gemäß derEP 1 625 321 A1 sollen Abweichungen bei diesem Vergleich ausreichen, um einen Defekt des ersten Ventils festzustellen. - Aus der
EP 1 477 678 A1 ist ein Verfahren zur Störungsfrüherkennung von Pumpenventilen bekannt, wonach ein Betriebsgeräusch der Pumpe zu einem Prüfzeitpunkt mit einem Betriebsgeräusch der Pumpe mit intakten Ventilen verglichen wird und bei einer vorbestimmten Pegelabweichung eine Störungsfrüherkennungsanzeige ausgelöst wird. - Nachteilig bei diesen Verfahren gemäß dem Stand der Technik ist, dass diese, insbesondere bei sich stark ändernden Betriebsbedingungen, eine nur ungenügende Präzision zur Ermittlung defekter Ventile aufweisen.
- Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein eingangs dargestelltes Verfahren bereitzustellen, welches gegenüber dem Stand der Technik auch bei sich stark verändernden Betriebsbedingungen eine zuverlässige Identifizierung defekter Ventile ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Demnach ist das erfindungsgemäße Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- A1) Messung eines ersten Schallsignals eines ersten, zu überwachenden Ventils während eines ersten Messintervalls im geschlossenen Zustand des ersten Ventils,
- A2) Messung mindestens eines weiteren Schallsignals mindestens eines weiteren Ventils während mindestens eines weiteren Messintervalls im geschlossenen Zustand des mindestens einen weiteren Ventils,
- B) Feststellung, ob das erste Ventil einen Defekt aufweist, basierend auf einem Kennwert des ersten Schallsignals und einem Kennwert des mindestens einen weiteren Schallsignals.
- Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die Identifikation defekter Ventile deutlich verbessert werden kann, wenn die zu vergleichenden Kennwerte für sowohl das zu überwachende Ventil als auch für das weitere oder die weiteren Ventile aus Schallsignalen gebildet werden, die gemessen wurden, wenn die entsprechenden Ventile geschlossen sind.
- Einerseits ist es, wie bereits einleitend ausgeführt, grundsätzlich notwendig das Schallsignal des zu überwachenden Ventils für die Kennwertbildung während eines Zeitraums zu messen, zu dem dieses Ventil geschlossen ist, um eventuelle Veränderungen des Schallpegels aufgrund von Leckageströmen messen zu können.
- Andererseits soll erfindungemäß nun auch das mindestens eine weitere Schallsignal während eines Zeitraums gemessen werden, in dem das entsprechende Ventil geschlossen ist, und aus diesem Schallsignal der jeweilige Kennwert bestimmt werden. Die Feststellung des Ventilzustands kann erfindungsgemäß somit ausschließlich durch Messung von Schallsignalen an Ventilen im jeweils geschlossenen Zustand erfolgen.
- Im Gegensatz zum Stand der Technik werden somit Kennwerte herangezogen, die in vergleichbaren Betriebszuständen der Ventile ermittelt wurden. Die Genauigkeit bei der Identifikation defekter Ventile kann dabei erhöht werden, da Faktoren, die sich unterschiedlich stark auf die Betriebszustände „Ventil geöffnet” und „Ventil geschlossen” auswirken, erfindungsgemäß nicht zum Tragen kommen. Weiterhin können sich schleichend einstellende Veränderungen des Schallsignals der Ventile im geschlossenen Zustand berücksichtigt werden, d. h. derartige Veränderungen werden quasi automatisch ausgeglichen.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
- Gemäß einer Ausführungsform wird in Schritt A2) für jedes außer das erste Ventil der Pumpe ein Schallsignal gemessen. Es wird somit eine maximale Anzahl von Kennwerten gebildet, wodurch die Feststellung des Ventilzustandes am zuverlässigsten möglich ist.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Messung des ersten Schallsignals und des mindestens einen weiteren Schallsignals zeitnah, insbesondere innerhalb eines Pumpenzyklus. Als Pumpenzyklus wird hierbei die Zeitspanne angesehen, innerhalb derer eine Saug- und Förderphase durchgeführt wird. Eine zeitnahe Messung aller notwendigen Schallsignale stellt sicher, dass möglicherweise eintretende Veränderungen des Betriebsgeräusches während einer Messung so wenig wie möglich ins Gewicht fallen. Dennoch wäre auch eine Messung der Schallsignale über mehrere Pumpenzyklen denkbar, insbesondere, wenn die zeitliche Entwicklung der Schallsignale berücksichtigt werden soll oder z. B. durch Mittlung der Einfluss zufälliger Schwankungen reduziert werden soll.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht das erste Messintervall im Wesentlichen einer Schließzeit des ersten Ventils und/oder das mindestens eine weitere Messintervall im Wesentlichen einer Schließzeit des mindestens einen weiteren Ventils. Ein Messintervall beschreibt grundsätzlich einen zusammenhängendes Zeitintervall. Um die Messung insgesamt repräsentativer zu gestalten, kann gemäß dieser Ausführungsform die Messdauer maximiert werden. Die Schließzeit eines Ventils ist die Zeitspanne zwischen dem Schließzeitpunkt und dem Öffnungszeitpunkt.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird für das erste und/oder das mindestens eine weitere Messintervall ein Auswerteintervall bestimmt, wobei in dem Auswerteintervall ein Kennwert des Schallsignals einen Minimalwert annimmt, und wobei die Feststellung, ob das erste Ventil einen Defekt aufweist, auf einem Kennwert des ersten Schallsignals innerhalb des Auswerteintervalls und/oder einem Kennwert des mindestens einen weiteren Schallsignals innerhalb des Auswerteintervalls basiert. Dadurch wird berücksichtigt, dass insbesondere bei einer Pumpe mit mehr als zwei Zylindern ein nicht unerhebliches sogenanntes Übersprechen zwischen den einzelnen Zylindern auftreten kann. Ein Übersprechen bedeutet, dass aufgrund eines defekten Ventils verursachte erhöhte Strömungsgeräusche eines Ventils bei Messungen an anderen Ventilen wahrgenommen werden können und somit diese Messungen an den anderen Ventilen verfälschen können. Erfindungsgemäß soll daher ein Auswerteintervall für die Bildung eines Kennwertes herangezogen werden, das durch das Übersprechen nicht beeinträchtigt wurde, d. h. in welchem der gemessene Schallpegel einen Minimalwert aufweist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erste Messintervall und/oder das mindestens eine weitere Messintervall in mehrere gleichlange Teilintervalle unterteilt und ein Teilintervall mit einem Minimalwert des Kennwerts innerhalb des Teilintervalls als das Auswerteintervall bestimmt wird. Prinzipiell wären natürlich auch unterschiedliche Längen der Teilintervalle denkbar; gleichlange Teilintervalle vereinfachen jedoch die Auswertung. Grundsätzlich gilt, dass umso länger ein Teilintervall ist, desto repräsentativer wird das gemessene Schallsignal in diesem Teilintervall sein, da kurzzeitige Störeinflüsse weniger ins Gewicht fallen. Auf der anderen Seite steigt mit wachsender Länge eines Teilintervalls auch die Wahrscheinlichkeit, dass das in dem Teilintervall gemessene Schallsignal durch ein Übersprechen verfälscht wurde. Es zeigte sich, dass eine optimale Länge der Teilintervalle gemäß einer Ausführungsform erreicht wird, in der die Dauer der Teilintervalle einem minimalen Abstand zwischen Schließ- und/oder Öffnungszeitpunkten der Ventile der Zylinder entspricht. Hierdurch wird eine maximale Länge der Teilintervalle erreicht und das Übersprechen dennoch so weit wie möglich verhindert. Der minimale Abstand zwischen Schließ- und/oder Öffnungszeitpunkten der Zylinder kann dabei der Abstand zwischen dem Schließzeitpunkt eines Zylinders und dem Schließzeitpunkt eines anderen Zylinders, der Abstand zwischen dem Öffnungszeitpunkt eines Zylinders und dem Öffnungszeitpunkt eines anderen Zylinders oder der Abstand zwischen dem Schließzeitpunkt eines Zylinders und dem Öffnungszeitpunkt eines anderen Zylinders sein. In aller Regel weisen die Zylinder zueinander gleichlange Öffnungszeiten und gleichlange Schließzeiten auf, so dass die gemäß dieser Ausführungsform bestimmten Teilintervalle während des Betriebs der Pumpe stets gleich lang sind.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Kennwert durch einen mittleren Schallpegel, einen Extremwert eines Schallpegels oder eine Frequenzanalyse des Schallsignals gebildet. Ein defektes Ventil führt wie bereits beschrieben zu einer Erhöhung des Strömungsgeräusches, was zu einem erhöhten Schallpegel führt. Andererseits wurde festgestellt, dass auch das Frequenzspektrum des gemessenen Schallsignals durch einen Ventildefekt verändert wird. Möglich ist auch, mehrere Kennwerte parallel zu verwenden, z. B. mit einer entsprechenden Gewichtung. Grundsätzlich kann der Kennwert einen einzelnen Wert darstellen, mehrere diskrete Werte darstellen oder auch eine kontinuierliche Funktion darstellen.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Feststellung, ob das zu überwachende Ventil einen Defekt aufweist, die Einbeziehung eines gespeicherten Referenzkennwerts. Erfindungsgemäß kann die Feststellung ob das zu überwachende Ventil einen Defekt aufweist ausschließlich durch die Kennwerte erfolgen, die aus den bei geschlossenen Ventilen gemessenen Schallsignale stammen, wobei diese Kennwerte laufend neu gebildet werden. Zusätzlich kann jedoch auch noch ein oder mehrere gespeicherte Referenzkennwerte verwendet werden. Derartige gespeicherte Werte können beispielsweise ein Schallsignal für das entsprechende Ventil im geschlossenen Zustand sein, das zuvor bei intaktem Ventil aufgenommen wurde. Dadurch lässt sich ein direkter Vergleich zwischen einem Ist-Zustand und einem Soll-Zustand führen. Denkbar ist auch, dass für mehrere Ventile ein gemeinsamer Referenzkennwert gespeichert wurde, der einmal für derartige Ventile gemessen oder anders bestimmt wurde. Es ist nicht erforderlich bereits vor dem Betrieb der Pumpe einen Wert als Referenzkennwert permanent zu hinterlegen. So kann beispielsweise der gespeicherte Wert auch während des Betriebs neu oder zu Beginn erstmals hinterlegt werden, um beispielsweise schleichende Veränderungen im Pumpenbetrieb oder charakteristische Betriebsgeräusche zu berücksichtigen. Schleichende Veränderungen können beispielsweise durch langsam eintretende Veränderungen des zu fördernden Mediums hervorgerufen werden, wodurch sich das gemessene Schallsignal verändert.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Feststellung, ob das zu überwachende Ventil einen Defekt aufweist, die Auswertung eines stromabwärts und/oder stromaufwärts von dem zu überwachenden Ventil gemessenen Drucks. Defekte Ventile führen zu charakteristischen Druckveränderungen, so dass entsprechende Druckmessungen zusätzlich eingesetzt werden können, um Hinweise über den Pumpenzustand zu erhalten. Insbesondere kann durch die Druckmessung festgestellt werden, ob eine Vielzahl von Ventilen defekt ist, da in diesem Fall eine deutliche Druckveränderung messbar ist, wohingegen unter Umständen je nach Messmethode defekte Ventile durch Schallsignalmessungen in diesem Fall nur schwer zu erkennen sind. Insbesondere vorteilhaft ist die Druckmessung, um den aktuellen Förderdruck der Pumpe in die Auswertung einfließen lassen zu können. So zeigte sich, dass der Förderdruck einen erheblichen Einfluss auf das gemessene Schallsignal geschlossener, defekter Ventile hat.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren in einer Verdrängerpumpe angewandt. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren in Spülpumpen (mud Pumps) eingesetzt werden.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen von Ventilen in Pumpen gemäß einem der zuvor beschriebenen Verfahren umfasst mindestens einen Sensor zum Aufnehmen eines Schallsignals. Dabei kann es sich um einen Körperschallsensor, einen Vibrationssensor, ein Mikrophon oder Ähnliches handeln. Optimale Ergebnisse werden mit einem Sensor pro Ventil erzielt, wobei auch weniger Sensoren denkbar sind, z. B. ein Sensor pro Zylinder oder sogar ein Sensor für mehrere Zylinder, auch für die komplette Pumpe.
- Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Sensor zum Aufnehmen eines stromabwärts und/oder stromaufwärts des zu überwachenden Ventils herrschenden Drucks auf. Eine kombinierte Geräuschpegel- und Druckmessung ist somit durchführbar. In der Regel wird hierfür ein einzelner Drucksensor für die Pumpe vorgesehen, der sich in der gemeinsamen Ableitung oder Zuleitung der Pumpe befindet.
- Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Sensor zum Feststellen von Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkten von Ventilen auf. Es kann sich hierbei um einen Sensor zum Aufnehmen des Winkels einer Kurbelwelle handeln, die die Kolben der Zylinder antreibt. Durch ein Signal eines solchen Sensors kann über den Kurbelwellenwinkel jederzeit der Zustand der Ventile, also ob diese geöffnet oder geschlossen sind, bestimmt werden. Die Information über die Zustände der Ventile könnte jedoch ebenso ohne einen entsprechenden Sensor gewonnen werden, indem die gemessenen Geräuschpegel dahingehend ausgewertet werden, ob ein für ein Schließen oder Öffnen charakteristisches Schallsignal vorliegt. So entstehen beispielsweise beim Schließen eines Ventils Spitzen im gemessenen Schallsignal aufgrund des Aufschlagens des Ventils auf einen Ventilsitz.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:
-
1 : eine Pumpe mit drei Zylindern und Sensoren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
2 : Aufzeichnungen von Messergebnissen durchgeführt an einer Pumpe gemäß1 , -
3 : Kennwerte für die Ventile der Pumpe gemäß1 resultierend aus den Messergebnissen gemäß2 , -
4 : eine schematische Darstellung des Informationsflusses einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Pumpe1 , umfassend drei Zylinder2 ,3 ,4 , eine sogenannte Triplexpumpe. In jedem Zylinder2 ,3 ,4 wird ein Kolben5 ,6 ,7 periodisch zwischen zwei Endpositionen hin- und herbewegt und ist mit einer Zuleitung8 sowie einer Ableitung9 verbunden. Die Zuleitung8 sowie die Ableitung9 sind über Rückschlagventile10 –15 mit den Zylindern2 ,3 ,4 verbunden, so dass ein Fluid im Betrieb der Pumpe1 von der Zuleitung8 in die Ableitung9 gepumpt wird. Die Kolben5 ,6 ,7 werden durch eine Kurbelwelle16 angetrieben. Durch die Gestaltung der Kurbelwelle16 wird gewährleistet, dass die Zylinder2 ,3 ,4 jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihre jeweiligen Endpositionen erreichen. Somit öffnen und schließen die Ventile10 –15 ebenfalls zu unterschiedlichen Zeitpunkten, d. h. die Öffnungszeitpunkte und Schließzeitpunkte sind verschieden. Dadurch entsteht auch keine vollständige Überlappung von Öffnungszeiten oder Schließzeiten der einzelnen Zylinder2 ,3 ,4 untereinander. - Die Pumpe
1 wurde mit Sensoren ausgestattet, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können. Im Einzelnen wurden Schallsensoren17 –22 , zur Messung von Schallsignalen, ein Drucksensor23 , zum Messen eines Fluiddrucks, sowie ein Winkelsensor24 , zum Messen des Winkels der Kurbelwelle16 vorgesehen. - An jedem Ventil
10 –15 befindet sich ein dem Ventil zugeordneter Schallsensor17 –22 , der jeweils am Ventilgehäuse angeordnet ist. Die Schallsensoren17 –22 sind mit einer nicht dargestellten Messvorrichtung zur Feststellung, ob das entsprechende Ventil einen Defekt aufweist, gekoppelt. Diese Verbindung kann über Kabel oder kabellos erfolgen. - Der Winkelsensor
24 kann den Winkel der Kurbelwelle16 messen. Zur Durchführung des Verfahrens wird zu Beginn eine Korrelation zwischen Winkel der Kurbelwelle und Öffnungszeitpunkte sowie Schließzeitpunkte der einzelnen Ventile10 –15 in einem nicht dargestellten Speicher der Messvorrichtung hinterlegt. - Der Drucksensor
23 misst den stromabwärts herrschenden Fluiddruck in der Ableitung9 und ist ebenfalls mit der Messvorrichtung gekoppelt. -
2 zeigt Messergebnisse, erhalten von einer Triplexpumpe, wie sie in1 dargestellt ist. Zu erkennen ist für jeden Zylinder der gemessene Schallpegel, gemessen durch einen Beschleunigungssensor mit Einheit g. Dieser wurde mit einem Sensor an dem Zylinder gemessen und entspricht dem Schallpegel der beiden Ventile dieses Zylinders. Dabei zeigt2a ) den Schallpegel des ersten Zylinders2 ,2b ) den Schallpegel des zweiten Zylinders3 und2c ) den Schallpegel des dritten Zylinders4 . Aufgetragen ist jeweils der Schallpegel über dem Winkel der Kurbelwelle16 . - Bei der Triplexpumpe sind die Öffnungs- und Schließzeitpunkte vom ersten zum zweiten und vom zweiten zum dritten Zylinder jeweils um 120 Grad versetzt. Die Öffnungs- und Schließzeiten aller Zylinder
2 ,3 ,4 sind gleich groß und entsprechen damit 180 Grad des Winkels der Kurbelwelle16 . - In diesem Beispiel weist das Ventil
11 des ersten Zylinders2 , nämlich das Auslassventil, einen Defekt auf. Dieser Defekt bewirkt während des Betriebs ein erhöhtes Schallsignal, sobald das Ventil11 geschlossen ist, da ein Leckagestrom Turbulenzen sowie Kavitationen verursacht. Demzufolge wird durch den dem Ventil11 zugeordneten Schallsensor18 ein entsprechendes Signal erfasst. Die restlichen Ventile10 ,12 ,13 ,14 ,15 sind intakt. - Erfindungsgemäß kann nun der Schallpegel während eines ersten Messintervalls
38 , währenddessen Ventil11 geschlossen ist, gemessen werden, um hieraus einen Kennwert für die Bestimmung des Ventilzustandes des Ventils11 zu erhalten. Beispielsweise kann dieser Kennwert dem mittleren Schallpegel während des Messintervals38 entsprechen, wobei das Messintervall38 der gesamten Schließzeit des Ventils11 entsprechen kann. Ebenso werden Kennwerte für die weiteren Ventile10 ,12 ,13 ,14 ,15 gebildet, d. h. wiederum jeweils aus dem Schallpegel während der Schließzeiten39 ,40 ,26 ,41 ,42 . - Der Zustand des Ventils
11 kann grundsätzlich bereits durch Auswertung dieser Kennwerte bestimmt werden. - Nicht berücksichtigt bei einer derartigen Ermittlung der Kennwerte ist jedoch das Übersprechen von den einzelnen Zylindern. Wie in
2b ) und2c ) zu erkennen ist, wird durch das erhöhte Schallsignal am ersten Zylinder2 auch das an den beiden anderen Zylindern3 ,4 gemessene Schallsignal beeinflusst. Durch die mechanische Kopplung der drei Zylinder, beispielsweise über ein gemeinsames Pumpengehäuse25 (1 ), entsteht das Übersprechen des Schallsignals. - Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun beispielsweise bei der Feststellung, ob das Ventil
12 einen Defekt aufweist, für die Auswertung nicht das Schallsignal herangezogen, das über die komplette Schließzeit26 des Ventils12 gemessen wurde. Erfindungsgemäß wird zwar zunächst das Schallsignal während der Schließzeit26 , die in diesem Fall komplett dem Messintervall entspricht, gemessen. Das Messintervall wird jedoch in drei gleichgroße Teilintervalle27 ,28 ,29 aufgeteilt. Die Größe der Teilintervalle entspricht dabei dem minimalen Abstand zweier Ventilschaltzeitpunkte, nämlich 60 Grad. Der in diesem Beispiel verwendete Kennwert entspricht dem mittleren Schallpegel. D. h. für jedes Teilintervall wird nun der mittlere Schallpegel bestimmt und das Teilintervall mit dem Minimalwert dieses Kennwerts, nämlich Teilintervall27 , wird als Auswerteintervall festgelegt. - Der in dem Teilintervall
27 herrschende Wert des Kennwerts wird somit für die Feststellung, ob Ventil12 einen Defekt aufweist, verwendet. Dieser Kennwert kann mit in gleicher Weise gewonnenen Kennwerten der weiteren Ventile verglichen werden und bei einer Überschreitung eines Schwellwerts kann eine entsprechende Rückmeldung erfolgen. -
3 zeigt die in den Auswerteintervallen27 ,30 –34 ermittelten Kennwerte auf der Y-Achse dargestellt für die jeweiligen Ventile10 –15 auf der X-Achse. Deutlich erkennbar ist, dass die Kennwerte der intakten Ventile im Wesentlichen den gleichen Wert aufweisen, d. h. dass diese Kennwerte von dem Übersprechen bereinigt wurden. -
4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Überwachungsvorrichtung35 umfasst eine Messeinrichtung36 , die mit den Schallsensoren17 ,18 usw. sowie mit dem Drucksensor23 und dem Winkelsensor24 verbunden ist. Die Ventilzustände können beispielsweise visuell und/oder akustisch direkt an der Messeinrichtung36 ausgegeben werden. Die Messeinrichtung36 kann diese Information auch zusätzlich oder alternativ an eine separate Ausgabeeinrichtung kabellos oder kabelgebunden weiterleiten. Auch kann die Messeinrichtung36 mit einem Computer37 verbunden werden für beispielsweise längerfristige Datenspeicherung, Kontrolle von Messdaten, Analyse von Messdaten, Ausgabe der Messdaten etc. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Pumpe
- 2
- Zylinder
- 3
- Zylinder
- 4
- Zylinder
- 5
- Kolben
- 6
- Kolben
- 7
- Kolben
- 8
- Zuleitung
- 9
- Ableitung
- 10
- Ventil
- 11
- Ventil
- 12
- Ventil
- 13
- Ventil
- 14
- Ventil
- 15
- Ventil
- 16
- Kurbelwelle
- 17
- Schallsensoren
- 18
- Schallsensoren
- 19
- Schallsensoren
- 20
- Schallsensoren
- 21
- Schallsensoren
- 22
- Schallsensoren
- 23
- Drucksensor
- 24
- Winkelsensor
- 25
- Pumpengehäuse
- 26
- Schließzeit des Ventils
12 - 27
- Teilintervall
- 28
- Teilintervall
- 29
- Teilintervall
- 30
- Auswerteintervall Ventil
11 - 31
- Auswerteintervall Ventil
10 - 32
- Auswerteintervall Ventil
13 - 33
- Auswerteintervall Ventil
14 - 34
- Auswerteintervall Ventil
15 - 35
- Überwachungsvorrichtung
- 36
- Messeinrichtung
- 37
- Computer
- 38
- Schließzeit des Ventils
11 - 39
- Schließzeit des Ventils
10 - 40
- Schließzeit des Ventils
13 - 41
- Schließzeit des Ventils
15 - 42
- Schließzeit des Ventils
14 - 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
-
- EP 1625321 A1 [0006, 0006]
- EP 1477678 A1 [0007]
Claims (14)
- Verfahren zum Überwachen von Ventilen einer Pumpe, wobei die Pumpe mindestens zwei Ventile aufweist, umfassend die Schritte: A1) Messung eines ersten Schallsignals eines ersten, zu überwachenden Ventils während eines ersten Messintervalls im geschlossenen Zustand des ersten Ventils, A2) Messung mindestens eines weiteren Schallsignals mindestens eines weiteren Ventils während mindestens eines weiteren Messintervalls im geschlossenen Zustand des mindestens einen weiteren Ventils, B) Feststellung, ob das erste Ventil einen Defekt aufweist, basierend auf einem Kennwert des ersten Schallsignals und einem Kennwert des mindestens einen weiteren Schallsignals.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A2) für jedes außer das erste Ventil der Pumpe ein Schallsignal gemessen wird.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des ersten Schallsignals und des mindestens einen weiteren Schallsignals zeitnah, insbesondere innerhalb eines Pumpenzyklus, erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messintervall im Wesentlichen einer Schließzeit des ersten Ventils und/oder das mindestens eine weitere Messintervall im Wesentlichen einer Schließzeit des mindestens einen weiteren Ventils entspricht.
- Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste und/oder das mindestens eine weitere Messintervall ein Auswerteintervall bestimmt wird, in dem ein Kennwert des Schallsignals einen Minimalwert annimmt, und wobei die Feststellung, ob das erste Ventil einen Defekt aufweist, auf einem Kennwert des ersten Schallsignals innerhalb des Auswerteintervalls und/oder einem Kennwert des mindestens einen weiteren Schallsignals innerhalb des Auswerteintervalls basiert.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messintervall und/oder das mindestens eine weitere Messintervall in mehrere gleichlange Teilintervalle unterteilt wird und ein Teilintervall mit einem Minimalwert des Kennwerts innerhalb des Teilintervalls als das Auswerteintervall bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Teilintervalle einem minimalen Abstand zwischen Schließ- und/oder Öffnungszeitpunkten der Ventile der Zylinder entspricht.
- Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennwert durch einen mittleren Schallpegel, einen Extremwert des Schallpegels oder eine Frequenzanalyse des Schallsignals gebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob das zu überwachende Ventil einen Defekt aufweist, die Einbeziehung eines gespeicherten Referenzkennwerts umfasst.
- Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob das zu überwachende Ventil einen Defekt aufweist, die Auswertung eines stromabwärts und/oder stromaufwärts von dem zu überwachenden Ventil gemessenen Drucks umfasst.
- Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Verdrängerpumpe angewandt wird.
- Vorrichtung zum Überwachen von Ventilen in Pumpen gemäß einem Verfahren der vorangegangen Ansprüche, wobei die Vorrichtung mindestens einen Sensor zum Aufnehmen eines Schallsignals umfasst.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Sensor zum Aufnehmen eines stromabwärts und/oder stromaufwärts des zu überwachenden Ventils herrschenden Drucks aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Sensor zum Feststellen von Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkten von Ventilen aufweist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US61/239,196 | 2009-09-02 |
Publications (1)
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DE102010034798A1 true DE102010034798A1 (de) | 2011-03-03 |
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---|---|---|---|---|
EP1477678A2 (de) | 2003-05-16 | 2004-11-17 | LEWA Herbert Ott GmbH & Co.KG | Störungsfrüherkennung an Pumpenventilen |
EP1625321A1 (de) | 2003-05-16 | 2006-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Diagnosesystem und -verfahren für ein ventil, insbesondere ein rückschlagventil einer verdrängerpumpe |
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2010
- 2010-08-19 DE DE102010034798A patent/DE102010034798A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1477678A2 (de) | 2003-05-16 | 2004-11-17 | LEWA Herbert Ott GmbH & Co.KG | Störungsfrüherkennung an Pumpenventilen |
EP1625321A1 (de) | 2003-05-16 | 2006-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Diagnosesystem und -verfahren für ein ventil, insbesondere ein rückschlagventil einer verdrängerpumpe |
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