DE102012201539A1 - Gaining data about a state of a liquid - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Daten über einen Zustand einer Flüssigkeit (5). Die Flüssigkeit (5) wird auf ein durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenes Rauschen abgehört. Eine Detektion des besagten Rauschens in der Flüssigkeit (5) wird als ein Anzeiger für eine Änderung mindestens einer Zustandsgröße der Flüssigkeit (5) genutzt. Zusätzlich oder alternativ wird eine Detektion des besagten Rauschens in der Flüssigkeit (5) zur Ermittlung eines Wertebereichs genutzt, innerhalb dessen mindestens eine Zustandsgröße der Flüssigkeit (5) liegt.The invention relates to a method for obtaining data on a state of a liquid (5). The liquid (5) is monitored for noise caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation. Detection of said noise in the liquid (5) is used as an indicator of a change in at least one state quantity of the liquid (5). Additionally or alternatively, a detection of the said noise in the liquid (5) is used to determine a range of values within which at least one state variable of the liquid (5) lies.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von Daten über einen Zustand einer Flüssigkeit. The present invention relates to a method for obtaining data about a state of a liquid.

Unter Kavitation versteht man im Allgemeinen die Bildung von Hohlräumen in einer Flüssigkeit. Im Falle der hydrodynamischen Kavitation wird diese Hohlraumbildung durch eine strömungsbedingte Änderung des statischen Drucks in der Flüssigkeit verursacht. Cavitation is generally understood to mean the formation of cavities in a liquid. In the case of hydrodynamic cavitation, this cavitation is caused by a flow-induced change in the static pressure in the liquid.

Jedes durch Wasser bewegte Objekt ruft ab einer bestimmten Geschwindigkeit Kavitation hervor. Beim Betrieb eines Schiffspropellers, im Allgemeinen auch als „Schiffsschraube“ bezeichnet, wird ab einer bestimmten Drehzahl Kavitation beobachtet. Kavitation stellt in den meisten Fällen ein Problem dar, da die daraus resultierenden Druckstöße im Wasser Korrosion und Erosion der Propellerblätter zur Folge haben können. Außerdem kann das Kavitationsgeräusch bei verschiedenen Anwendungen stören und zu betrieblichen Einschränkungen führen. So kann bei einem Einsatz eines propellergetriebenen Schiffes als Forschungsschiff das Kavitationsgeräusch Messungen im Wasser stören. Weiterhin kann dieses Geräusch Meerestiere stören, wodurch beispielsweise der Bewegungsradius von Kreuzfahrtschiffen oder Fähren eingeschränkt sein kann. Das Kavitationsgeräusch erlaubt auch eine akustische Ortung eines Schiffes, was z.B. bei einem Unterseeboot unerwünscht sein kann. Every object moved by water causes cavitation at a certain speed. When operating a marine propeller, also commonly referred to as a "propeller", cavitation is observed above a certain speed. Cavitation is in most cases a problem because the resulting pressure surges in the water can cause corrosion and erosion of the propeller blades. In addition, the cavitation noise in various applications can interfere and lead to operational restrictions. Thus, when using a propeller-driven ship as a research vessel, the cavitation noise can interfere with measurements in the water. Furthermore, this noise can disturb marine animals, which may be limited, for example, the range of movement of cruise ships or ferries. The cavitation noise also allows acoustic detection of a ship, which is e.g. may be undesirable in a submarine.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Informationen über einen Zustand einer Flüssigkeit zu gewinnen. It is an object of the present invention to obtain information about a state of a liquid.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Gewinnung von Daten über einen Zustand einer Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit auf ein durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenes Rauschen abgehört wird und eine Detektion des besagten Rauschens in der Flüssigkeit als ein Anzeiger für eine Änderung mindestens einer Zustandsgröße der Flüssigkeit genutzt wird und/oder zur Ermittlung eines Wertebereichs genutzt wird, innerhalb dessen mindestens eine Zustandsgröße der Flüssigkeit liegt. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Detektorvorrichtung umfassend eine Sensoreinheit zur Detektion eines durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenen Rauschens in einer Flüssigkeit und zum Senden eines Messsignals im Falle einer Detektion des besagten Rauschens und eine Signalverarbeitungseinheit zum Empfangen des vom Sensor gesendeten Messsignals und zum dadurch ausgelösten Erzeugen von Daten, welche eine Änderung mindestens einer Zustandsgröße der Flüssigkeit und/oder einen Wertebereich, innerhalb dessen mindestens eine Zustandsgröße der Flüssigkeit liegt, betreffen. The object is achieved by a method for obtaining data on a state of a liquid, wherein the liquid is monitored for a noise caused by gas cavitation and / or pseudo cavitation and a detection of said noise in the liquid as an indicator for a change of at least one state variable the liquid is used and / or used to determine a range of values within which at least one state variable of the liquid is located. The object is also achieved by a detector device comprising a sensor unit for detecting a noise caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation in a liquid and for transmitting a measurement signal in the event of detection of said noise and a signal processing unit for receiving the measurement signal transmitted by the sensor and thereby triggered generation of data, which relate to a change in at least one state variable of the liquid and / or a range of values within which at least one state variable of the liquid is.

Die vorliegende Erfindung nutzt die Tatsache, dass bei der hydrodynamischen Kavitation in der Regel drei verschiedene Arten von Kavitation beobachtet werden: einerseits die als „harte Kavitation“ oder „kaltes Sieden“ bezeichnete Dampfkavitation, andererseits die unter dem Begriff „weiche Kavitation“ zusammengefassten Arten der Gaskavitation und der Pseudokavitation; siehe z.B. Sauer, Jürgen: Instationär kavitierende Strömungen – Ein neues Modell, basierend auf Front Capturing (VoF) und Blasendynamik; Dissertation, Fakultät für Maschinenbau, Universität Karlsruhe (TH), 2000 , http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3122000 . The present invention makes use of the fact that three different types of cavitation are generally observed in hydrodynamic cavitation: on the one hand the steam cavitation referred to as "hard cavitation" or "cold boiling", and on the other hand the types of the term "soft cavitation" Gas cavitation and pseudo-cavitation; see eg Sauer, Jürgen: Instationary cavitating currents - A new model based on front capturing (VoF) and bubble dynamics; Dissertation, Faculty of Mechanical Engineering, University of Karlsruhe (TH), 2000 . http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3122000 ,

Dampfkavitation beschreibt die Bildung dampfgefüllter Hohlräume (= Dampfblasen) aufgrund einer Abnahme des statischen Drucks der Flüssigkeit: Nach dem Gesetz von Bernoulli ist der statische Druck einer Flüssigkeit umso geringer, je höher die Geschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit ist. Fällt der statische Druck der Flüssigkeit unter deren Verdampfungsdruck, bilden sich Dampfblasen. Die Dampfblasen werden anschließend meist mit der strömenden Flüssigkeit in Gebiete höheren Druckes mitgerissen. Überschreitet der statische Druck den Dampfdruck wieder, brechen die Dampfblasen implosionsartig, praktisch mit Schallgeschwindigkeit, zusammen. Durch einen zusammenstürzenden Hohlraum können sehr hohe Druckstöße entstehen. Daneben tritt beim Implodieren in der Regel ein Kavitationsgeräusch auf, da ein Teil der freiwerdenden Energie in Form von Schallwellen abgegeben wird. Steam cavitation describes the formation of vapor-filled cavities (= vapor bubbles) due to a decrease in the static pressure of the liquid: According to Bernoulli's law, the higher the velocity of the flowing liquid, the lower the static pressure of a liquid. If the static pressure of the liquid falls below its evaporation pressure, vapor bubbles form. The vapor bubbles are then entrained mostly with the flowing liquid in areas of higher pressure. If the static pressure again exceeds the vapor pressure, the vapor bubbles collapse like an implosion, practically with the speed of sound. A collapsing cavity can cause very high pressure surges. In addition, a cavitation noise usually occurs during imploding, as part of the released energy is emitted in the form of sound waves.

Der Gaskavitation dagegen liegt ein anderes Phänomen zugrunde: Mit der Abnahme des statischen Drucks der Flüssigkeit verringert sich auch die Löslichkeit eines in der Flüssigkeit gelösten Gases, z.B. von Luft. Beim Übergang von gelöstem Gas durch Diffusion in den ungelösten Zustand bilden sich in der Flüssigkeit kleine gasgefüllte Hohlräume. Bei der Gaskavitation erfolgt also eine vom Sättigungsdruck abhängige Ausdiffusion der in der Flüssigkeit gelösten Gase. Gas cavitation, on the other hand, is based on another phenomenon: as the static pressure of the fluid decreases, the solubility of a gas dissolved in the fluid, e.g. of air. In the transition from dissolved gas by diffusion in the undissolved state, small gas-filled cavities form in the liquid. In the case of gas cavitation, therefore, there is an outdiffusion of the gases dissolved in the liquid, which is dependent on the saturation pressure.

Bei der Pseudokavitation, bei der es sich – wie bereits die Vorsilbe „Pseudo“ andeutet – im eigentlichen Sinne um keine „Bildung“ von Hohlräumen in einer Flüssigkeit handelt, vergrößern in der Flüssigkeit bereits vorhandene, durch ihre mikroskopisch geringe Ausdehnung aber bisher unbemerkt gebliebene Gasbläschen aufgrund einer Abnahme des statischen Drucks der Flüssigkeit ihr Volumen. Die Pseudokavitation bezeichnet also keine „Bildung“ von Hohlräumen, sondern eine „Aufweitung“ von Gasblasen der in der Flüssigkeit ungelösten Gase infolge einer Druckabsenkung. In the case of pseudo-cavitation, which - as the prefix "pseudo" implies - is in the real sense not a "formation" of cavities in a liquid, existing gas bubbles already present in the liquid, but so far unnoticed because of their microscopically small extent, increase in size due to a decrease in the static pressure of the liquid its volume. The pseudo-cavitation thus does not designate "formation" of cavities, but rather a "widening" of gas bubbles of the gases undissolved in the liquid as a result of a pressure reduction.

Nur bei völlig entgasten und gereinigten Flüssigkeiten füllen sich die Hohlräume ausschließlich mit Dampf. In der Praxis, d.h. in realen Strömungen, tritt Kavitation in der Regel als eine Kombination von Gas-, Pseudo- und Dampf-Kavitation auf. Insbesondere treten die Gas- und die Dampfkavitation in einer Mischform auf. Zunächst wachsen an den sogenannten Kavitationskeimen Blasen durch Gaskavitation und Pseudokavitation bis zu einem kritischen Radius an, mit dessen Erreichen und dem damit einhergehenden Unterschreiten der Dampfdruckkurve dann Dampfkavitation einsetzt. Only with completely degassed and cleaned liquids, the cavities fill exclusively with steam. In practice, ie in real flows, cavitation usually occurs as a combination of gas, pseudo and vapor cavitation. In particular, the gas and the steam cavitation occur in a mixed form. First of all, bubbles at the so-called cavitation nuclei grow through gas cavitation and pseudo-cavitation up to a critical radius, with the attainment of which and the associated drop below the vapor pressure curve then steam cavitation sets in.

Obwohl alle drei genannten Kavitationsformen – Dampf-, Gas- und Pseudokavitation – praktisch gleichzeitig auftreten, haben sie eine sehr unterschiedliche Bedeutung in der Technik, z.B. für den Schiffsbetrieb. Although all three cavitation forms mentioned - steam, gas and pseudo cavitation - occur virtually simultaneously, they have a very different importance in the art, e.g. for ship operation.

Im Hinblick auf ihr Schädigungspotential gegenüber einem Werkstoff, z.B. einem Schiffspropeller, ist zu berücksichtigen, dass es sich bei der Gaskavitation, verglichen mit der Dampfkavitation und der Pseudokavitation, um einen sehr langsamen Vorgang handelt. Bei der Gaskavitation erfolgt die erneute Lösung der Gasblasen in Bereichen höheren Druckes nicht schlagartig. Deshalb führt die Gaskavitation in der Regel zu keiner Werkstoffschädigung; die Gasblasen wirken sogar wie eine Art Dämpfer, der den hochfrequenten Schlägen der Dampfkavitation entgegen wirkt, siehe Vortmann, Claas: Untersuchungen zur Thermodynamik des Phasenübergangs bei der numerischen Berechnung kavitierender Düsenströmungen; Dissertation, Fakultät für Maschinenbau, Universität Karlsruhe (TH), 2001 , http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3202001 . With regard to their potential for damage to a material, eg a ship propeller, it has to be taken into account that gas cavitation is a very slow process compared to steam cavitation and pseudo-cavitation. In the case of gas cavitation, the renewed dissolution of the gas bubbles in regions of higher pressure does not take place abruptly. Therefore, the gas cavitation usually leads to no material damage; The gas bubbles even act as a kind of damper, which counteracts the high-frequency blows of steam cavitation, see Vortmann, Claas: Investigations of the thermodynamics of the phase transition in the numerical calculation of cavitating nozzle flows; Dissertation, Faculty of Mechanical Engineering, University of Karlsruhe (TH), 2001 . http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3202001 ,

Ähnlich wie die Gaskavitation führt auch die Pseudokavitation in der Regel zu keiner Schädigung eines Schiffspropellers, da die gasgefüllten Hohlräume lediglich wachsen und schrumpfen, aber nicht implodieren. Similar to gas cavitation, pseudo-cavitation usually does not cause any damage to a ship propeller, since the gas-filled cavities merely grow and shrink, but do not implode.

Auch im Hinblick auf die Geräuschentwicklung unterscheidet sich die Dampfkavitation erheblich von der Gas- und Pseudokavitation. Während die Druckstöße bei der Dampfkavitation zu einer relativ starken Geräuschentwicklung, dem charakteristischen Kavitationsgeräusch führen, rufen die beiden anderen Kavitationsarten, die Gas- und die Pseudokavitation, lediglich ein relativ leises Rauschen hervor. Also in terms of noise, the steam cavitation differs significantly from the gas and pseudo cavitation. While the pressure surges in the steam cavitation lead to a relatively strong noise, the characteristic cavitation noise, the two other cavitation types, the gas and the pseudo-cavitation, cause only a relatively quiet noise.

Dampfkavitation und Gas-/Pseudokavitation unterscheiden sich in dem folgenden Punkt: Dampfkavitation tritt nur auf, wenn der statische Druck die Siedelinie in Richtung von der flüssigen Phase zu der gasförmigen Phase überschreitet. Gas- und Pseudokavitation, und damit deren „Rauschen“, tritt dagegen prinzipiell immer auf, wenn sich der Druck im Wasser ändert. Allerdings sind der Siedepunkt und die Gaslöslichkeit miteinander gekoppelt: In der Vorstufe zur Dampfkavitation verringert sich die Gaslöslichkeit, so dass das gelöste Gas entmischt wird. Die Gaslöslichkeit wird kurz vor dem Erreichen des Siedepunkts so stark herabgesetzt, dass eine starke Blasenbildung einsetzt, und damit ein detektierbares Rauschen. Der Entmischungsprozess führt also zum Rauschen, das detektiert werden soll. Steam cavitation and gas / pseudo cavitation differ in the following point: Steam cavitation occurs only when the static pressure exceeds the boiling line in the direction from the liquid phase to the gaseous phase. Gas and pseudo cavitation, and thus their "noise", in contrast always occurs when the pressure in the water changes. However, the boiling point and the gas solubility are coupled with each other: In the preliminary stage for steam cavitation, the gas solubility decreases, so that the dissolved gas is demixed. The gas solubility is reduced so close to reaching the boiling point that a strong blistering begins, and thus a detectable noise. The demixing process thus leads to the noise that is to be detected.

Die Erfindung erlaubt es somit, ein drohendes, d.h. unmittelbar bevorstehendes Einsetzen der Dampfkavitation zu detektieren. Somit können rechtzeitig Gegenmaßnahme ergriffen und die unvorteilhaften Begleiterscheinungen der Dampfkavitation vermieden werden. The invention thus allows an imminent, i. to detect imminent onset of steam cavitation. Thus, countermeasures can be taken in good time and the unfavorable side effects of steam cavitation avoided.

Im Gefahrenfall, z.B. in der Nähe zu einem feindlichen Ortungsschiff, muss ein Wasserfahrzeug, z.B. ein U-Boot, so schnell wie möglich den gegenwärtigen, eventuell georteten Standort verlassen können, ohne Geräusche zu erzeugen, die ein Orten des Wasserfahrzeugs ermöglichen. In einer solchen Situation bietet die Erfindung die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs, d.h. die Drehzahl des Schiffspropellers, unter Vermeidung von Dampfkavitation und einem damit einhergehenden Kavitationsgeräusch zu optimieren. In case of danger, e.g. in the vicinity of an enemy locating vessel, a vessel, e.g. a submarine, as soon as possible to leave the current, possibly located location without generating noise that allow a location of the vessel. In such a situation, the invention provides the ability to increase the speed of the vessel, i. To optimize the speed of the ship propeller, avoiding steam cavitation and a concomitant cavitation noise.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren auch entsprechend den abhängigen Vorrichtungsansprüchen weitergebildet sein, und umgekehrt. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims. In this case, the inventive method can also be developed according to the dependent device claims, and vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Sensor bereitgestellt, der zur Detektion eines durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenen Rauschens in der Flüssigkeit geeignet ist, wird bei einer Detektion des besagten Rauschens ein Messsignal vom Sensor zu einer Signalverarbeitungseinheit gesendet, und erzeugt die Signalverarbeitungseinheit, ausgelöst durch einen Eingang des Messsignals, Daten, welche die Änderung der mindestens einen Zustandsgröße und/oder den Wertebereich betreffen. According to a preferred embodiment of the method, a sensor is provided, which is suitable for detecting a noise caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation in the liquid, a detection signal is sent from the sensor to a signal processing unit upon detection of said noise, and generates the signal processing unit, triggered by an input of the measurement signal, data concerning the change of the at least one state variable and / or the value range.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die besagte Detektion als ein Anzeiger für eine Änderung des statischen Druck in der Flüssigkeit genutzt. According to a preferred embodiment of the method, said detection is used as an indicator of a change in the static pressure in the liquid.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die besagte Detektion zur Ermittlung eines Wertebereichs genutzt wird, innerhalb dessen ein Gehalt eines in der Flüssigkeit gelösten Gases liegt. According to a preferred embodiment of the method, the said detection is used to determine a range of values within which a content of a dissolved gas in the liquid.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren nach Anspruch 3 beim Betrieb eines Schiffspropellers angewendet. Auf der Vorderseite der Propellerblätter entsteht ein Überdruck (Schub), während auf der Rückseite der Propellerblätter ein Unterdruck (Hub) auftritt. Der Begriff „Schiffspropeller“ umfasst dabei alle Propeller, die zum Antrieb eines Wasserfahrzeugs dienen, z.B. eines Schiffes oder eines U-Boots. Im Fall des Betriebs eines Schiffspropellers dient das Rauschen der Gas- und Pseudokavitation als ein Hinweis dafür, dass sich der statische Druck der Flüssigkeit im Bereich des Propellers ändert. Insbesondere eine Verringerung des statischen Drucks ist dabei von Bedeutung, da dies ein bevorstehendes Einsetzen von Dampfkavitation bedeuten kann. According to a preferred embodiment of the invention, the method is used according to claim 3 in the operation of a ship's propeller. On the front of the propeller blades creates an overpressure (thrust), while on the back of the propeller blades, a negative pressure (stroke) occurs. The term "ship propeller" includes all propellers that are used to power a watercraft, such as a ship or a submarine. In the case of a ship's propeller, the noise of the gas and pseudo-cavitation serves as an indication that the static pressure of the fluid changes in the area of the propeller. In particular, a reduction in the static pressure is important, since this may mean an imminent onset of steam cavitation.

Wird das Rauschen detektiert und somit festgestellt, dass sich der statische Druck in der Flüssigkeit, insbesondere in dem das Wasserfahrzeug tragenden Wasser, verringert, kann beim Betrieb eines Schiffspropellers als eine mögliche Gegenmaßnahme die Drehzahl des Propellers verringert und/oder der Anstellwinkel zumindest eines Propellerblatts des Schiffspropellers verändert werden, um den Druck auf der Rückseite anzuheben und somit nicht in den Bereich der Dampfkavitation zu gelangen. Andere Maßnahmen zum Anheben des Drucks auf der Rückseite der Propellerblätter sind ein Einblasen von Wasser oder ein Öffnen von die Propellerblätter durchdringenden Kanälen, durch welche Wasser von der Überdruck- zur Unterdruckseite strömen kann. If the noise is detected and thus determined that the static pressure in the liquid, especially in the water carrying the vessel, decreases, the speed of the propeller can be reduced and / or the angle of attack of at least one propeller blade of the propeller as a possible countermeasure Ship propeller can be changed to increase the pressure on the back and thus does not enter the range of steam cavitation. Other measures to increase the pressure on the back of the propeller blades are blowing in water or opening channels penetrating the propeller blades, through which water can flow from the overpressure to the vacuum side.

Es ist möglich, dass bei der Anwendung des Verfahrens beim Betrieb eines Schiffspropellers ein Sensor bereitgestellt wird, der das besagte Rauschen an einer Propellerwelle detektieren kann, die dem Antrieb des Schiffspropellers dient. Die Propellerwelle ist mit dem Propeller mechanisch fest verbunden, um ihn in Rotation versetzen zu können. Der Sensor kontaktiert vorzugsweise die Propellerwelle. Es ist auch möglich, dass zumindest ein Teil des Sensors an der Welle befestigt ist. It is possible that when using the method in the operation of a ship propeller, a sensor is provided which can detect said noise on a propeller shaft, which serves to drive the ship's propeller. The propeller shaft is mechanically fixed to the propeller to enable it to rotate. The sensor preferably contacts the propeller shaft. It is also possible that at least part of the sensor is attached to the shaft.

Es ist möglich, dass bei der Anwendung des Verfahrens beim Betrieb eines Schiffspropellers ein Sensor bereitgestellt wird, der das besagte Rauschen an einem Schiffsrumpf detektieren kann. Der Schiffsrumpf bildet dabei die äußere Hülle des Wasserfahrzeugs, das mithilfe des Schiffspropellers bewegt wird. Der Sensor kontaktiert vorzugsweise den Schiffsrumpf. Es ist auch möglich, dass zumindest ein Teil des Sensors an dem Schiffsrumpf befestigt ist. It is possible that when using the method in the operation of a ship propeller, a sensor is provided which can detect said noise on a ship's hull. The ship's hull forms the outer shell of the vessel, which is moved by means of the ship's propeller. The sensor preferably contacts the hull. It is also possible that at least a part of the sensor is attached to the ship's hull.

Es ist möglich, dass bei der Anwendung des Verfahrens beim Betrieb eines Schiffspropellers ein Sensor bereitgestellt wird, der das besagte Rauschen an dem Schiffspropeller detektieren kann. Der Sensor kontaktiert vorzugsweise den Propeller. Es ist auch möglich, dass zumindest ein Teil des Sensors an dem Propeller befestigt ist, z.B. an einem Propellerblatt. It is possible that when using the method in the operation of a ship's propeller, a sensor is provided which can detect the said noise on the ship's propeller. The sensor preferably contacts the propeller. It is also possible that at least part of the sensor is attached to the propeller, e.g. on a propeller blade.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Detektorvorrichtung ist die Sensoreinheit an einem Wasserfahrzeug angeordnet, insbesondere an einem Propeller und/oder an einer den Propeller antreibenden Welle und/oder an einem Rumpf des Wasserfahrzeugs. According to a preferred embodiment of the detector device, the sensor unit is arranged on a watercraft, in particular on a propeller and / or on a propeller driving shaft and / or on a hull of the watercraft.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren nach Anspruch 4 beim Betrieb eines Kühl- oder Heizsystems angewendet, bei dem die Flüssigkeit als ein Wärmeträger dient. Ein Wärmeträger (auch: Wärmetransportmittel) ist ein Medium, welches in einem Heiz- oder Kühlkreislauf Wärme von einem Ort höherer Temperatur zu einem Ort niedrigerer Temperatur transportiert. Wärmeträger werden je nach Anwendungszweck und Temperaturbereich auch als Heizmedium, seltener als Heizmittel, als Kühlmittel (auch: Kühlmedium) oder als Kälteträger, bei einer Verwendung unterhalb von 0 °C, bezeichnet. Wasser stellt als Kühlwasser eines der häufigsten Kühlmittel dar. Es ist bekannt, dass Gasblasen im Kühlwasser Schäden in einem Kühlsystem, z.B. in einem Kühlkreislauf einer Brennstoffzelle, hervorrufen können, insbesondere aufgrund lokaler Überhitzungen. Ähnliche Probleme treten auch bei der Verwendung von Wasser als Wärmeträger in einem Heizsystem, z.B. einer Warmwasser-Heizungsanlage, auf. Grundsätzlich kann das Problem gelöster Gase für jeden flüssigen Wärmeträger von Bedeutung sein. In vielen Fällen wird deshalb ein großer Aufwand betrieben, um im Wärmeträger gelöste Gase aus dem Wärmeträger auszutreiben. Die vorliegende Anwendung erlaubt es, auf eine einfache Weise den Gehalt gelöster Gase im flüssigen Wärmeträger zu überwachen. According to a preferred development of the invention, the method according to claim 4 is used in the operation of a cooling or heating system in which the liquid serves as a heat carrier. A heat transfer medium (also: heat transfer medium) is a medium which transports heat from a location of higher temperature to a location of lower temperature in a heating or cooling circuit. Depending on the application and temperature range, heat transfer media are also referred to as heating medium, more rarely as heating medium, as coolant (also: cooling medium) or as coolant, when used below 0 ° C. Water is one of the most common refrigerants as cooling water. It is known that gas bubbles in the cooling water damage in a refrigeration system, e.g. in a cooling circuit of a fuel cell can cause, in particular due to local overheating. Similar problems also occur when using water as a heat carrier in a heating system, e.g. a hot water heating system, on. In principle, the problem of dissolved gases can be of importance for any liquid heat carrier. In many cases, therefore, a great effort is operated to expel gases dissolved in the heat transfer medium from the heat transfer medium. The present application makes it possible to monitor in a simple manner the content of dissolved gases in the liquid heat carrier.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Anwendung folgende Schritte umfasst: Betreiben eines Propellers in der als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit; Steigern der Rotationsgeschwindigkeit des Propellers bis zu einer Grenzgeschwindigkeit, bei das besagte Rauschen in der Flüssigkeit detektiert wird; und Ableiten, d.h. Ermitteln, des Gehalts des in der Flüssigkeit gelösten Gases aus dem Wert der Grenzgeschwindigkeit. It is preferred if the application comprises the following steps: operating a propeller in the liquid serving as heat carrier; Increasing the speed of rotation of the propeller to a limit speed at which said noise is detected in the fluid; and deriving, i. Determining the content of the dissolved gas in the liquid from the value of the limit speed.

Da die Kavitationsbildung neben dem statischen Druck p in der Flüssigkeit und der Temperatur T der Flüssigkeit auch von n, d.h. der Anzahl bzw. der Konzentration der gelösten Gase in der Flüssigkeit abhängig ist, lässt sich mit diesem Verfahren der Gehalt bzw. Sättigungszustand von in Flüssigkeiten gelösten Gasen ableiten. Der Propeller provoziert die Gaskavitation und/oder Pseudokavitation und das dadurch hervorgerufene Rauschen in der Flüssigkeit. Hierzu wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Propellers vorzugsweise langsam gesteigert, bis der Punkt erreicht wird, an dem sich dann das typische Rauschen detektieren lässt. Durch den Einbau eines Propellers in ein Kühl- oder Heizsystem, z.B. eine Kühl- oder Heizwasserleitung, kann somit das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Gaskavitation und/oder Pseudokavitation eingesetzt werden. Since cavitation formation is dependent not only on the static pressure p in the liquid and the temperature T of the liquid but also on n, ie on the number or concentration of dissolved gases in the liquid, the content or saturation state of liquids can be determined with this method Derive dissolved gases. The propeller provokes gas cavitation and / or pseudo cavitation and the resulting noise in the fluid. For this purpose, the rotational speed of the propeller is preferably slow increased until the point is reached at which then the typical noise can be detected. By installing a propeller in a cooling or heating system, for example a cooling or heating water line, the method according to the invention for determining gas cavitation and / or pseudo-cavitation can thus be used.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst diese Anwendung folgende weitere Schritte: Durchführen einer Kalibrierung, bei der zu verschiedenen Werten des Gehalts des in der Flüssigkeit gelösten Gases jeweils eine korrespondierende Grenzgeschwindigkeit ermittelt wird; und Speichern der korrespondierenden Wertepaare von Gasgehalt und Grenzgeschwindigkeit für einen nachfolgenden Schritt des besagten Ableitens. Durch den Schritt des Kalibrierens wird für unterschiedliche Gaskonzentrationen ermittelt, bei welcher Umdrehungsgeschwindigkeit des Propellers die Gas- und/oder Pseudokavitation und das dadurch hervorgerufene Rauschen in der Flüssigkeit auftritt. Die so ermittelten Wertepaare können, optional mit weiteren extra- bzw. interpolierten zusätzlichen Werten, in einer Speichereinheit gespeichert werden. Wird später für eine Flüssigkeit mit einem unbekannten Gehalt an gelöstem Gas die Grenzgeschwindigkeit ermittelt, bei der die Gas- und/oder Pseudokavitation und das dadurch hervorgerufene Rauschen auftritt, so kann aus den abgespeicherten Wertepaaren der Wertebereich abgeleitet werden, in dem der Gehalt an gelöstem Gas liegt. According to a preferred embodiment, this application comprises the following further steps: performing a calibration in which in each case a corresponding limit speed is determined for different values of the content of the gas dissolved in the liquid; and storing the corresponding value pairs of gas content and limit velocity for a subsequent step of said deriving. The step of calibrating determines, for different gas concentrations, at which rotational speed of the propeller the gas and / or pseudo cavitation and the resulting noise in the liquid occur. The value pairs determined in this way can optionally be stored in a memory unit with additional extra or interpolated additional values. If, later on, the limit velocity at which the gas and / or pseudo cavitation and the noise caused thereby occurs is determined for a liquid with an unknown content of dissolved gas, the value range in which the content of dissolved gas can be derived from the stored value pairs lies.

Es ist möglich, dass bei dieser Anwendung der Propeller in Intervallen betrieben wird oder nach Erreichen der Grenzgeschwindigkeit kontinuierlich bei dieser Grenzgeschwindigkeit betrieben wird. Man kann den Propeller kontinuierlich bei einer Grenzumdrehungszahl permanent betreiben; überschreitet der Gasgehalt einen kritischen Grenzwert, kommt es zur Gas- und/oder Pseudokavitation und dem charakteristischen Rauschen. It is possible that in this application, the propeller is operated at intervals or continuously operated at this limit speed after reaching the limit speed. It is possible to operate the propeller continuously at a limit number of revolutions; If the gas content exceeds a critical limit, gas and / or pseudo-cavitation and the characteristic noise occur.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt jeweils schematisch und nicht maßstabsgetreu The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in detail in conjunction with the drawings. It shows in each case schematically and not to scale

1 ein Phasendiagramm von Wasser; 1 a phase diagram of water;

2 einen Schiffspropeller; 2 a ship propeller;

3 eine Signalverarbeitungskette; und 3 a signal processing chain; and

4 einen Regelkreis. 4 a control loop.

1 zeigt ein p-T-Phasendiagramm von Wasser, in dem die drei verschiedenen Aggregatzustände fest S, flüssig L und gasförmig V durch als Linien gezeichnete Phasengrenzen voneinander getrennt sind. Die Linie zwischen dem Tripelpunkt T3 und dem kritischen Punkt C, d.h. die Phasengrenze zwischen flüssig L und gasförmig V, bildet die für die Dampfkavitation bedeutende Siedepunktskurve SPK. 1 shows a pT phase diagram of water in which the three different states of matter solid S, liquid L and gaseous V are separated by drawn as a line phase boundaries. The line between the triple point T 3 and the critical point C, ie the phase boundary between liquid L and gaseous V, forms the boiling point curve SPK, which is important for steam cavitation.

Ausgehend von einem ersten Zustandspunkt P1 wird der statische Druck p in der Flüssigkeit erniedrigt, z.B. infolge einer Rotation einer Schiffsschraube. Wenn der statische Druck p soweit absinkt, dass er die Siedepunktskurve SPK am zweiten Zustandspunkt P2 erreicht, setzt Dampfkavitation ein, die auch bei einem weiteren Abfall des Drucks p, z.B. bis hin zum dritten Zustandspunkt P3, bestehen bleibt. Starting from a first state point P1, the static pressure p in the liquid is lowered, e.g. as a result of a rotation of a propeller. When the static pressure p decreases to reach the boiling point curve SPK at the second state point P2, steam cavitation commences, which also occurs when the pressure p, e.g. up to the third state point P3, persists.

Bereits bei einer Druckänderung im flüssigen Phasenbereich L zwischen dem ersten Zustandspunkt P1 und dem zweiten Zustandspunkt P2 kommt es zu Gaskavitation und/oder Pseudokavitation, mit einem entsprechenden Rauschen. Je weiter der Druck p im flüssigen Phasenbereich L entlang der Strecke P1–P2 sich der Siedepunktskurve SPK annähert, desto deutlicher wird das durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufene Rauschen. Even with a pressure change in the liquid phase region L between the first state point P1 and the second state point P2, gas cavitation and / or pseudo cavitation occurs, with a corresponding noise. The further the pressure p in the liquid phase region L along the path P1-P2 approaches the boiling point curve SPK, the more pronounced the noise caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation.

Um die schädlichen Begleiterscheinungen der Dampfkavitation, wie Korrosion und laute Implosionsgeräusche, zu vermeiden, besteht z.B. beim Betrieb einer Schiffsschraube das Bestreben, ein Absinken des statischen Drucks p im Wasser unterhalb des Siededrucks SPK zu vermeiden, d.h. Zustände entlang der gestrichelt gezeichneten Strecke P2–P3. In order to avoid the harmful side effects of steam cavitation, such as corrosion and loud implosion noises, there is e.g. in the operation of a propeller, the effort to avoid a drop in the static pressure p in the water below the boiling pressure SPK, i. States along the dashed line P2-P3.

2 zeigt eine Draufsicht auf einen Schiffspropeller 1, der eine Propellernabe 2 und mehrere daran befestigte Propellerblätter 3 umfasst. Der Propeller 1 mit den Propellerblättern 3 wird beim Betrieb des Propellers 1 im Wasser 5 durch eine Welle 4 zur Rotation gebracht. Die Welle 4 ragt durch eine mit einer Dichtung 10 gegen ein Eindringen von Wasser 5 abgedichtete Öffnung in einer Schiffshaut 8 in das Innere 9 eines Schiffsrumpfes hinein, wo sie von einem Antriebsmotor in Drehung versetzt werden kann. 2 shows a plan view of a ship propeller 1 who has a propeller hub 2 and several attached propeller blades 3 includes. The propeller 1 with the propeller blades 3 is used during operation of the propeller 1 in the water 5 through a wave 4 brought to rotation. The wave 4 protrudes through one with a seal 10 against ingress of water 5 sealed opening in a ship's skin 8th in the interior 9 a ship's hull, where it can be rotated by a drive motor.

Jede Bewegung der Blätter 3 im Wasser 5 ruft Änderungen des statischen Drucks im Wasser 5 hervor. Allerdings werden diese Druckänderungen erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit so groß, dass Dampfkavitation auftritt. Im Gegensatz dazu treten bereits bei kleinen Druckänderungen im Wasser 5 die Kavitationsarten der Gas- und der Pseudokavitation auf, durch welche mit Gas, insbesondere Luft, gefüllte Blasen 6 im Wasser 5 erzeugt werden. Beim Betrieb des Propellers 1 wachsen und schrumpfen diese der Gas- und der Pseudokavitation zugeordnete Luftblasen 6 fortwährend. Ein dadurch hervorgerufenes Rauschen breitet sich in Form von Schallwellen 7 durch das Wasser 5 aus. Every movement of the leaves 3 in the water 5 gets changes in the static pressure in the water 5 out. However, these pressure changes only become so great at a certain speed that steam cavitation occurs. In contrast, occur even with small pressure changes in the water 5 cavitation types of gas and pseudo-cavitation, through which filled with gas, especially air, bubbles 6 in the water 5 be generated. When operating the propeller 1 grow and shrink these air bubbles associated with gas and pseudo-cavitation 6 continually. A noise caused by this propagates in the form of sound waves 7 through the water 5 out.

Die von den Blasen 6 ausgehenden Schallwellen 7 erreichen einen auf einem Propellerblatt 3 angeordneten Drucksensor 11b. Die Schallwellen 7 treffen auch auf die Schiffshaut 8 und regen diese zu Schwingungen an. Diese Schwingungen können durch einen Schwingungssensor 11c, der mit der Schiffshaut 8 in Kontakt steht, detektiert werden. Außerdem treffen die Schallwellen 7 auf den Propeller 1 und regen diesen zu Schwingungen an. Über die feste Verbindung des Propellers 1 mit der Welle 4 sind diese Schwingungen auch durch einen Schwingungssensor 11c detektierbar, der mit der Welle 4 in Kontakt steht. The bubbles 6 outgoing sound waves 7 reach you on a propeller blade 3 arranged pressure sensor 11b , The sound waves 7 also meet the ship's skin 8th and encourage them to vibrate. These vibrations can be controlled by a vibration sensor 11c , the ship's skin 8th in contact, be detected. In addition, the sound waves hit 7 on the propeller 1 and stimulate this to vibrations. About the firm connection of the propeller 1 with the wave 4 These vibrations are also due to a vibration sensor 11c detectable with the shaft 4 in contact.

3 zeigt eine Signalverarbeitungskette, bestehend aus einem Sensor 11, einer Signalverarbeitungseinheit 12 und einer Steuereinheit 13. Der Sensor 11 ist einer der in 2 dargestellten Sensoren 11a, 11b und 11c. Wenn der Sensor 11 ein Rauschen detektiert, das durch der Gas- und der Pseudokavitation zugeordnete Luftblasen 6 hervorgerufen wird, sendet er ein entsprechendes Messsignal 14 zu der Signalverarbeitungseinheit 12. Es ist möglich, dass der Sensor 11 erst ein Messsignal 14 zu der Signalverarbeitungseinheit 12 sendet, wenn der Schalldruckpegel des Rauschens einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Es ist aber auch möglich, dass der Sensor 11 unabhängig vom Schalldruckpegel des Rauschens Messsignale 14 erzeugt, die er zu der Signalverarbeitungseinheit 12 sendet. In diesem Fall kann eine Auswertung bzw. Filterung der Messsignale 14 durch die Signalverarbeitungseinheit 12 erfolgen. 3 shows a signal processing chain consisting of a sensor 11 a signal processing unit 12 and a control unit 13 , The sensor 11 is one of the in 2 illustrated sensors 11a . 11b and 11c , If the sensor 11 Noise detects the air bubbles associated with the gas and pseudo cavitation 6 is generated, it sends a corresponding measurement signal 14 to the signal processing unit 12 , It is possible that the sensor 11 first a measuring signal 14 to the signal processing unit 12 transmits when the sound pressure level of the noise exceeds a predetermined threshold. But it is also possible that the sensor 11 regardless of the sound pressure level of the noise measurement signals 14 which generates it to the signal processing unit 12 sends. In this case, an evaluation or filtering of the measurement signals 14 through the signal processing unit 12 respectively.

Die Signalübertragung von dem Sensor 11 zu der Signalverarbeitungseinheit 12 erfolgt vorzugsweise leitungsgebunden, z.B. über einen Leitungsdraht, da eine drahtlose Übertragung mittels elektromagnetischer Wellen im Wasser einer relativ hohen Schwächung durch Absorption unterliegen kann. Falls der Sensor auf dem rotierenden Propeller angeordnet ist, kann die elektrische Verbindung mithilfe von z.B. in der Propellernabe angeordneten Schleifkontakten aufrechterhalten werden. The signal transmission from the sensor 11 to the signal processing unit 12 is preferably conducted, for example via a conductor wire, since a wireless transmission by means of electromagnetic waves in the water may be subject to a relatively high attenuation by absorption. If the sensor is arranged on the rotating propeller, the electrical connection can be maintained by means of, for example, sliding contacts arranged in the propeller hub.

Falls die Signalverarbeitungseinheit 12 ein Messsignal 14 empfängt, das einem Rauschen mit einem Mindest-Schalldruckpegel entspricht, generiert sie Daten 15, welche eine Änderung des statischen Drucks in der Flüssigkeit betreffen. Die Daten 15 können in Form einer flag-Variable vorliegen, welche einfach angibt, ob ein Rauschen detektiert wurde. Alternativ oder zusätzlich können die Daten 15 Information über einen Schallpegel, eine Schwingungsform, eine Frequenz und andere Charakteristiken des Rauschens enthalten. Die Daten 15 können auch Ausgabedaten zur Ausgabe auf einem Ausgabegerät, z.B. einen Bildschirm oder einen Lautsprecher umfassen, um einen Nutzer über das detektierte Rauschen zu informieren. If the signal processing unit 12 a measuring signal 14 Receives noise corresponding to a minimum sound pressure level, it generates data 15 which relate to a change in the static pressure in the liquid. The data 15 may be in the form of a flag variable which simply indicates whether noise has been detected. Alternatively or additionally, the data 15 Information about a sound level, a waveform, a frequency and other characteristics of the noise included. The data 15 may also include output data for output on an output device, eg, a screen or a speaker, to inform a user of the detected noise.

Im vorliegenden Beispiel enthalten die von der Signalverarbeitungseinheit 12 generierten Daten 15 Eingangsdaten für eine Steuereinheit 13, welche entsprechend den Eingangsdaten z.B. bei einem die Welle 4 antreibenden Motor eine Drehzahlreduktion bzw. bei einer die Propellerblätter 3 ansteuernden Stellvorrichtung eine Änderung eines Anstellwinkels der Propellerblätter 3 veranlasst. Diese Maßnahmen zielen darauf ab, eine durch das Rauschen angezeigte Verringerung des statischen Drucks im Wasser 5 anzuhalten bzw. umzukehren, so dass ein Einsetzen der Dampfkavitation vermieden wird. In the present example, those included by the signal processing unit 12 generated data 15 Input data for a control unit 13 , which according to the input data, for example at a shaft 4 driving motor, a speed reduction or at one of the propeller blades 3 controlling actuator a change in the angle of attack of the propeller blades 3 causes. These measures aim to reduce the static pressure in the water, as indicated by the noise 5 to stop or reverse, so that an onset of steam cavitation is avoided.

4 zeigt als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Regelkreis zum Betreiben eines Schiffspropellers. In Feld 30 erfolgt eine Messung eines Schalldrucks oder einer Schwingung durch einen Sensor zur Detektion eines durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenen Rauschens im Wasser. Bei dem Sensor 11 kann es sich um einen der in 2 dargestellten Sensoren 11a, 11b und 11c handeln. 4 shows as a preferred embodiment of the present invention, a control circuit for operating a marine propeller. In box 30 A measurement of a sound pressure or a vibration by a sensor for detecting a caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation noise in the water. At the sensor 11 it can be one of the in 2 illustrated sensors 11a . 11b and 11c act.

In Feld 31 wird geprüft, ob der Sensor ein durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenes Rauschen im Wasser detektiert hat. Eine Zuordnung eines gemessenen Geräuschs zu einer Gaskavitation und/oder Pseudokavitation kann z.B. anhand charakteristischer Eigenschaften des Messwertes, wie Frequenzen, Amplituden, Schwingungsform, etc. erfolgen. Auf diese Weise kann ein durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenes Rauschen von anderen Geräuschen unterschieden werden. In box 31 it is checked whether the sensor has detected a caused by gas cavitation and / or pseudo cavitation noise in the water. An assignment of a measured noise to a gas cavitation and / or pseudo-cavitation can, for example, be based on characteristic properties of the measured value, such as frequencies, amplitudes, oscillation form, etc. In this way, a noise caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation can be distinguished from other noises.

Falls die Prüfung in Feld 31 ergibt, dass der Sensor ein durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenes Rauschen im Wasser detektiert hat Y, wird in Feld 32 abgefragt, ob dieses Rauschen einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, z.B. anhand eines Schallpegels oder einer Schwingungsamplitude. Ist dies der Fall Y, so wird Feld 34 erreicht, in dem ein Steuersignal 35 generiert wird, z.B. ein an einen Motor zu sendender Befehl zur Reduzierung einer Drehzahl des Propellers oder ein an eine Stellvorrichtung zu sendender Befehl zur Verkleinerung eines Anstellwinkels der Propellerblätter. Da die große Lautstärke des Rauschens anzeigt, dass Gefahr besteht, in den Bereich der Dampfkavitation zu gelangen, muss durch diese Maßnahmen der statische Druck erhöht, und somit der Schub des Propellers erniedrigt werden. Parallel dazu wird über die Schleife 36 zu dem Feld 30 zurückgekehrt, so dass eine erneute Messung stattfinden kann. If the exam in box 31 indicates that the sensor has detected a noise in the water caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation Y, becomes field 32 queried whether this noise exceeds a predetermined threshold, for example based on a sound level or a vibration amplitude. If this is the case Y, then field 34 achieved in which a control signal 35 is generated, for example, a to be sent to a motor command to reduce a speed of the propeller or a to be sent to an actuator command to reduce a pitch angle of the propeller blades. Since the high volume of the noise indicates that there is a risk of entering the area of steam cavitation, these measures must increase the static pressure and thus reduce the thrust of the propeller. In parallel, over the loop 36 to the field 30 returned, so that a new measurement can take place.

Ergibt dagegen die Abfrage in Feld 32, dass das detektierte Rauschen den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet N, so wird in Feld 33 ein Steuersignal 37 generiert, z.B. ein an den Motor zu sendender Befehl zur Steigerung der Drehzahl des Propellers oder ein an die Stellvorrichtung zu sendender Befehl zur Vergrößerung des Anstellwinkels der Propellerblätter. Da die kleine Lautstärke des Rauschens anzeigt, dass noch keine Gefahr besteht, in den Bereich der Dampfkavitation zu gelangen, kann durch diese Maßnahmen der Schub des Propellers noch weiter erhöht und somit der statische Druck weiter erniedrigt werden. Parallel dazu wird über die Schleife 38 zu dem Feld 30 zurückgekehrt, so dass eine erneute Messung stattfinden kann. Returns the query in field 32 in that the detected noise does not exceed the predetermined threshold value N, so is in field 33 a control signal 37 generated, for example, a command to be sent to the motor to increase the speed of the propeller or to send to the actuator command to increase the angle of attack of the propeller blades. Since the low volume of the noise indicates that there is still no danger of getting into the area of steam cavitation, these measures can further increase the thrust of the propeller and thus further reduce the static pressure. In parallel, over the loop 38 to the field 30 returned, so that a new measurement can take place.

Ergibt die Prüfung in Feld 31 andererseits, dass der Sensor kein durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenes Rauschen im Wasser detektiert hat N, so kann direkt zu dem Feld 33 fortgeschritten werden. Returns the exam in box 31 on the other hand, that the sensor has detected no noise in the water caused by gas cavitation and / or pseudo cavitation, so it can go directly to the field 33 to be advanced.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Sauer, Jürgen: Instationär kavitierende Strömungen – Ein neues Modell, basierend auf Front Capturing (VoF) und Blasendynamik; Dissertation, Fakultät für Maschinenbau, Universität Karlsruhe (TH), 2000 [0006] Sauer, Jürgen: Instationary cavitating currents - A new model based on front capturing (VoF) and bubble dynamics; Dissertation, Faculty of Mechanical Engineering, University of Karlsruhe (TH), 2000 [0006]
  • http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3122000 [0006] http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3122000 [0006]
  • Vortmann, Claas: Untersuchungen zur Thermodynamik des Phasenübergangs bei der numerischen Berechnung kavitierender Düsenströmungen; Dissertation, Fakultät für Maschinenbau, Universität Karlsruhe (TH), 2001 [0012] Vortmann, Claas: Investigations of the thermodynamics of the phase transition in the numerical calculation of cavitating nozzle flows; Dissertation, Faculty of Mechanical Engineering, University of Karlsruhe (TH), 2001 [0012]
  • http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3202001 [0012] http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/3202001 [0012]

Claims (15)

Verfahren zur Gewinnung von Daten über einen Zustand einer Flüssigkeit (5), wobei die Flüssigkeit (5) auf ein durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenes Rauschen abgehört wird und eine Detektion des besagten Rauschens in der Flüssigkeit (5) als ein Anzeiger für eine Änderung mindestens einer Zustandsgröße der Flüssigkeit (5) genutzt wird und/oder zur Ermittlung eines Wertebereichs genutzt wird, innerhalb dessen mindestens eine Zustandsgröße der Flüssigkeit (5) liegt. Method for obtaining data on a state of a liquid ( 5 ), whereby the liquid ( 5 ) is monitored for noise caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation and a detection of said noise in the liquid ( 5 ) as an indicator for a change of at least one state variable of the liquid ( 5 ) is used and / or used to determine a range of values, within which at least one state variable of the liquid ( 5 ) lies. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Sensor (11) bereitgestellt wird, der zur Detektion des besagten Rauschens geeignet ist, bei einer Detektion des besagten Rauschens ein Messsignal (14) vom Sensor (11) zu einer Signalverarbeitungseinheit (12) gesendet wird, und die Signalverarbeitungseinheit (12), ausgelöst durch einen Eingang des Messsignals (14), Daten (15) erzeugt, welche die Änderung der mindestens einen Zustandsgröße und/oder den Wertebereich betreffen. Method according to claim 1, wherein a sensor ( 11 ), which is suitable for detecting said noise, upon detection of said noise, a measuring signal ( 14 ) from the sensor ( 11 ) to a signal processing unit ( 12 ), and the signal processing unit ( 12 ) triggered by an input of the measurement signal ( 14 ), Dates ( 15 ), which relate to the change of the at least one state variable and / or the value range. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die besagte Detektion als ein Anzeiger für eine Änderung des statischen Druck in der Flüssigkeit (5) genutzt wird. A method according to claim 1 or 2, wherein said detection as an indicator of a change in the static pressure in the liquid ( 5 ) is being used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die besagte Detektion zur Ermittlung eines Wertebereichs genutzt wird, innerhalb dessen ein Gehalt eines in der Flüssigkeit (5) gelösten Gases liegt. Method according to one of claims 1 to 3, wherein the said detection is used to determine a range of values within which a content of one in the liquid ( 5 ) dissolved gas is. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 beim Betrieb eines Schiffspropellers (1). Application of the method according to claim 3 in the operation of a ship propeller ( 1 ). Anwendung nach Anspruch 5, wobei als Reaktion auf eine Detektion des besagten Rauschens eine Drehzahl und/oder ein Blattanstellwinkel des Schiffspropellers (1) verändert wird. Application according to claim 5, wherein in response to a detection of said noise, a speed and / or a pitch of the ship propeller ( 1 ) is changed. Anwendung nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Sensor (11a) bereitgestellt wird, welcher das besagte Rauschen an einer Propellerwelle (4) zum Antreiben des Schiffspropellers (1) detektieren kann. Application according to claim 5 or 6, wherein a sensor ( 11a ), which detects said noise on a propeller shaft ( 4 ) for propelling the ship's propeller ( 1 ) can detect. Anwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Sensor (11c) bereitgestellt wird, welcher das besagte Rauschen an einem Schiffsrumpf (8) detektieren kann. Use according to one of claims 5 to 7, wherein a sensor ( 11c ), which detects said noise on a ship's hull ( 8th ) can detect. Anwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei ein Sensor (11b) bereitgestellt wird, welcher das besagte Rauschen am Schiffspropeller (1) detektieren kann. Application according to one of claims 5 to 8, wherein a sensor ( 11b ), which detects the noise at the ship propeller ( 1 ) can detect. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 4 beim Betrieb eines Kühl- oder Heizsystems, bei dem die Flüssigkeit (5) als ein Wärmeträger dient. Application of the method according to claim 4 in the operation of a cooling or heating system in which the liquid ( 5 ) serves as a heat carrier. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 10, umfassend folgende Schritte: Betreiben eines Propellers in der Flüssigkeit (5); Steigern der Rotationsgeschwindigkeit des Propellers bis zu einer Grenzgeschwindigkeit, bei das besagte Rauschen in der Flüssigkeit (5) detektiert wird; und Ableiten des Gehalts des in der Flüssigkeit (5) gelösten Gases aus dem Wert der Grenzgeschwindigkeit. Use of the method according to claim 10, comprising the following steps: operating a propeller in the liquid ( 5 ); Increase the speed of rotation of the propeller up to a limit speed at which said noise in the liquid ( 5 ) is detected; and deriving the content of the in the liquid ( 5 ) dissolved gas from the value of the limit speed. Anwendung nach Anspruch 11, umfassend folgende weitere Schritte: Durchführen einer Kalibrierung, bei der zu verschiedenen Werten des Gehalts des in der Flüssigkeit (5) gelösten Gases jeweils eine korrespondierende Grenzgeschwindigkeit ermittelt wird; und Speichern der korrespondierenden Wertepaare von Gasgehalt und Grenzgeschwindigkeit für einen nachfolgenden Schritt des besagten Ableitens. Use according to claim 11, comprising the following further steps: performing a calibration in which different values of the content of the liquid in the liquid ( 5 ) dissolved gas, a corresponding limit speed is determined in each case; and storing the corresponding value pairs of gas content and limit velocity for a subsequent step of said deriving. Anwendung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Propeller in Intervallen betrieben wird oder nach Erreichen der Grenzgeschwindigkeit kontinuierlich bei dieser Grenzgeschwindigkeit betrieben wird. Use according to claim 11 or 12, wherein the propeller is operated at intervals or is operated continuously after reaching the limit speed at this limit speed. Detektorvorrichtung umfassend eine Sensoreinheit (11) zur Detektion eines durch Gaskavitation und/oder Pseudokavitation hervorgerufenen Rauschens in einer Flüssigkeit (5) und zum Senden eines Messsignals (14) im Falle einer Detektion des besagten Rauschens und eine Signalverarbeitungseinheit (12) zum Empfangen des vom Sensor (11) gesendeten Messsignals (14) und zum dadurch ausgelösten Erzeugen von Daten (15), welche eine Änderung mindestens einer Zustandsgröße der Flüssigkeit (5) und/oder einen Wertebereich, innerhalb dessen mindestens eine Zustandsgröße der Flüssigkeit (5) liegt, betreffen. Detector device comprising a sensor unit ( 11 for detecting a noise caused by gas cavitation and / or pseudo-cavitation in a liquid ( 5 ) and to send a measurement signal ( 14 ) in the case of detection of said noise and a signal processing unit ( 12 ) for receiving the from the sensor ( 11 ) transmitted measuring signal ( 14 ) and the resulting generation of data ( 15 ), which is a change of at least one state variable of the liquid ( 5 ) and / or a range of values within which at least one state variable of the liquid ( 5 ). Detektorvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (11) an einem Wasserfahrzeug angeordnet werden kann, insbesondere an einem Propeller (1) und/oder an einer zum Antrieb des Propellers (1) dienenden Welle (4) und/oder an einem Rumpf (8) des Wasserfahrzeugs. Detector device according to claim 14, characterized in that the sensor unit ( 11 ) can be arranged on a watercraft, in particular on a propeller ( 1 ) and / or at one for driving the propeller ( 1 ) serving wave ( 4 ) and / or on a fuselage ( 8th ) of the watercraft.
DE201210201539 2012-02-02 2012-02-02 Gaining data about a state of a liquid Ceased DE102012201539A1 (en)

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