DE102014101842A1

DE102014101842A1 - Pumpentest zum Vorhersagen der Lebensdauer und der Verschleissbedingungen

Info

Publication number: DE102014101842A1
Application number: DE102014101842.7A
Authority: DE
Inventors: Follo Alessandro; Flavio Cometti; Gianluca Buccheri; Jonathan Rohed
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-05-28
Also published as: US9765789B2; JP2014177936A; US20140271106A1

Abstract

System (200) und Verfahren zum Testen einer Pumpe (104, 202). Das Testen der Pumpe (104, 202) enthält Bestimmen eines mechanischer Leistungsindex (MPI) für die Pumpe (104, 202). Der MPI wird durch Betreiben der Pumpe (104, 202) bei einer Betriebsgeschwindigkeit für ein minimales Betriebsintervall bestimmt. Wenn die Pumpe (104, 202) unter normalem Betrieb durch die Anwendung (100) gestoppt wird, wird die Pumpengeschwindigkeit kontinuierlich überwacht. Der Zeitpunkt, wenn die Pumpengeschwindigkeit auf eine Anfangsgeschwindigkeit nahe bei der Betriebsgeschwindigkeit abnimmt, wird als ein Anfangszeitpunkt gelesen. Wenn die Pumpengeschwindigkeit auf eine Finalpumpengeschwindigkeit nahe bei der kritischen Geschwindigkeit abnimmt, wird der Endzeitpunkt gelesen und die verstrichene Zeit wird als Δt = Endzeitpunkt – Anfangszeitpunkt bestimmt. Der MPI wird als eine Größe berechnet, die sich aus der Anfangspumpengeschwindigkeit minus der Finalpumpengeschwindigkeit dividiert durch Δt ergibt. Der MPI kann während der Lebensdauer der Pumpe (104, 202) verwendet werden, um zu bestimmen, wann sich die Pumpe verschlechtert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme und Verfahren zum Testen von Pumpen, und insbesondere Systeme und Verfahren zum Vorhersagen der Pumpenlebensdauer und des Pumpenverschleißes.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Pumpen werden in einer Vielfalt von Situationen und Aufbauten zum Bewegen von flüssiger Materie durch einen Typ einer Leitung verwendet, die dafür hergestellt ist, die Flüssigkeit (oder das Gas) zu enthalten. Einige Typen von Pumpen haben sich zu Vorrichtungen entwickelt, die in Umgebungen verwendet werden, die eine hohe Genauigkeit und lange Einsatzzeiten erfordern. Turbomolekularpumpen werden zum Beispiel verwendet, um ein Vakuum in einer Kammer zu erzeugen. Turbomolekularpumpen arbeiten typischerweise bei hohen Drehzahlen und es kann bei ihnen erforderlich sein, während langer Zeitperioden zu arbeiten, in denen die Pumpe isolierte Moleküle aus der Vakuumkammer bewegen kann. Turbomolekularpumpen bewegen typischerweise die gasförmige Materie aus der Kammer in eine Leitung, die eine Hilfspumpe (backing pump) aufweist, um beim Bewegen der Materie vollständig aus der Kammer zu helfen. Sobald das Vakuum gebildet ist, kann es erforderlich sein, dass die Pumpe in einem Vakuumzustand verbleibt, um das Vakuum aufrechtzuerhalten.
Ähnlich wie jede andere Vorrichtung werden Turbomolekularpumpen nach einiger Zeit im Betrieb versagen. Das Versagen einer Turbomolekularpumpe kann kostspielig sein. Der Ersatz der Pumpe erfordert eine Abschaltung der Anwendung, in der sie betrieben wurde. Dort, wo die Anwendung eine Produktionslinie betrifft, bedeutet die Abschaltung Verzögerungen in der Produktion und eine Verringerung in dem Volumen. Das Versagen kann auch einen Verlust an Produkten verursachen, die entsorgt werden müssten, wenn der Verlust des Vakuums das Produkt verdirbt. Ähnliche Szenarien, die Zusatzkosten und Ineffizienzien betreffen, können in anderen Typen von Anwendungen vorhanden sein.
Turbomolekularpumpen werden gegenwärtig während der Auslegung und Herstellung der Pumpen auf die Bewertung ihrer langfristigen Lebensdauer getestet. Diese Tests ziehen jedoch große Stichprobengrößen mit ein und sie können lange Zeitperioden bis zu einem Jahr oder länger erfordern, um statistisch signifikante Stichprobengrößen zu erhalten, was den Eintritt in den Markt verzögert und was sowohl bei der Entwicklung als auch bei der Herstellung zu zusätzlichen Kosten führt. Trotz all des Testens ist es unmöglich zu bestimmen, wann irgendeine einzelne Pumpe versagen wird.
Angesichts des vorstehend Gesagten besteht ein fortlaufender Bedarf an Pumptestverfahren, die ein Pumpenversagen und die Lebensdauer vorhersagen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Beispielimplementierung wird ein Verfahren zum Testen einer Pumpe bereitgestellt. Das Testen der Pumpe enthält das Bestimmen eines mechanischen Leistungsindex (MPI = Mechanical Power Index) für die Pumpe. Der MPI wird durch Betreiben der Pumpe bei voller Betriebsgeschwindigkeit während eines minimalen Betriebsintervalls bestimmt. Wenn die Pumpe bei normalem Betrieb durch die Anwendung unter Vakuum gestoppt wird, wird die Pumpengeschwindigkeit kontinuierlich überwacht. Wenn die Pumpengeschwindigkeit auf eine Anfangsgeschwindigkeit (initial speed) nahe bei der Betriebsgeschwindigkeit abnimmt, wird die Anfangspumpengeschwindigkeit für den Zeitpunkt t = 0 gespeichert. Wenn die Pumpengeschwindigkeit auf eine Finalpumpengeschwindigkeit nahe bei der kritischen Geschwindigkeit abnimmt, wird die verstrichene Zeitdauer abgelesen und als t = Δt gespeichert. Der MPI wird als eine Größe berechnet, die sich aus der Anfangspumpengeschwindigkeit minus der Finalpumpengeschwindigkeit dividiert durch Δt ergibt. Der MPI kann während die Lebensdauer der Pumpe verwendet werden, um zu bestimmen, wann sich die Pumpe verschlechtert.
Andere Vorrichtungen, Apparate, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden einem Fachmann bei der Prüfung der folgenden Figuren und detaillierten Beschreibung offensichtlich sein oder offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass alle solche zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile innerhalb dieser Beschreibung enthalten sind, innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen und durch die beigefügten Ansprüche geschützt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann durch den Bezug auf die folgenden Figuren besser verstanden werden. Die Komponenten in den Figuren müssen nicht unbedingt maßstabsgetreu sein, die Betonung liegt stattdessen vielmehr auf der Darstellung der Prinzipien der Erfindung. In den Figuren bezeichnen ähnliche Bezugszeichen entsprechende Teile durchgehend durch die verschiedenen Ansichten.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Beispielanwendung, die eine Pumpe implementiert, die während ihrer Lebensdauer unter Verwendung einer Beispielimplementierung eines Pumpentests getestet werden kann.
2 ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb eines Beispielsystems zum Testen der Pumpe während ihrer Betriebslebensdauer darstellt.
3 ist ein Beispiel eines Schaubilds, das Beispielergebnisse aus der Durchführung des Pumpentests, der anhand von 2 beschrieben ist, darstellt.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Beispielverfahrens zum Testen einer Pumpe darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Analyse von Daten, die während eines Pumpentests erfasst worden sind, darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
So wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff “kritische Geschwindigkeit” auf eine Drehzahl der Pumpe, bei der der Pumpenbetrieb instabil wird. Bei der kritischen Geschwindigkeit hat die Instabilität der Pumpe einen Grad an Ungleichgewicht erreicht, der einen Schwellenwert überschreitet.
So wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff “volle Geschwindigkeit” auf die Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe, bei der die Pumpe für einen Betrieb bei einer einzelnen hohen Geschwindigkeit konfiguriert ist.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Beispielanwendung 100, die eine Pumpe 104 implementiert, die während ihrer Betriebslebensdauer unter Verwendung einer Beispielimplementierung eines Pumpentests getestet werden kann. Die Anwendung 100 in 1 erzeugt ein Vakuum in einer Kammer 102 unter Verwendung der Pumpe 104. Die Pumpe 104 kann jede geeignete Pumpe zum Erzeugen eines Vakuums sein. Zum Zwecke der Darstellung wird in dieser Beschreibung angenommen, dass die Pumpe eine Turbomolekularpumpe ist. Die Pumpe 104 enthält eine Pumpenkammer 110, die durch ein Pumpengehäuse 106 gebildet ist. Die Pumpenkammer 110 nimmt eine Mehrzahl von Drehschaufeln 112 auf, die von einem Motor 107 gesteuert werden. Die Pumpe 104 enthält ein Lager (nicht gezeigt), um die Drehbewegung der Drehschaufeln 112 zu stabilisieren.
Die Drehschaufeln 112 werden im Betrieb durch den Motor 107 gedreht, um gasförmige Materie 108 aus der Kammer 102 in die Pumpenkammer 110 abzusaugen. Die Drehschaufeln 112 bewegen die gasförmige Materie 108 in eine Leitung 130, die sich zu einer Öffnung 140 erstreckt, durch die die gasförmige Materie 108 aus der Kammer 102 ausgestoßen wird, wodurch in der Kammer 102 ein Vakuum erzeugt und/oder ein Vakuum aufrechterhalten wird. Eine Hilfspumpe 120 auf der Leitung 130 kann hinzugefügt werden, um weiter bei der Bewegung der gasförmigen Materie 108 durch die Öffnung 140 zu helfen. Die Hilfspumpe 120 kann eine zweite Turbomolekularpumpe oder jede andere geeignete Pumpe sein, die als eine Hilfspumpe arbeitet.
Der Betrieb, der in 1 dargestellt ist, bezieht typischerweise die Notwendigkeit mit ein, das Vakuum in der Kammer 102 während einer wesentlichen Zeitdauer, während der die Pumpe 104 bei hohen Drehzahlen betrieben wird, aufrechtzuerhalten. In einer Beispielimplementierung kann die Pumpe 104 gesteuert werden, um Pumpentests durchzuführen, die die Lebensdauer der Pumpe 104 vorhersagen und anzeigen, wenn die Pumpe 104 beginnt, sich zu verschlechtern. Die Pumpentests ermöglichen einen planmäßigen Ersatz und Austausch von Pumpen, die sich verschlechtert haben, und helfen dabei, Situationen zu vermeiden, in denen die Pumpe 104 während des Betriebs versagt.
Die Pumpentests können durchgeführt werden, während die Pumpe 104 online ist und im Betrieb ist. Die Hardware- und Softwarekomponenten (wie im Folgenden anhand von 2 beschrieben) können zur Durchführung der Pumpentests mit Hardware und Software integriert werden, die bereitgestellt ist, um den Betrieb der Pumpe 104 zu steuern. Die Pumpentests können auch Teil eines Nachrüstsatzes für eine Einbeziehung in die Systemsteuerung der Pumpe 104 sein, nachdem die Pumpe 104 aktiviert worden ist.
2 ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb eines Beispielsystems 200 zum Testen einer Pumpe 202 während der Betriebslebensdauer darstellt. Das System 200 in 2 enthält eine Pumpensteuereinheit 210 und eine Datenerfassung und eine Steuerschnittstelle 212. Die Pumpe 202 ist gezeigt, wie sie konfiguriert ist, um Materie zu einer Hilfspumpe 204 zu pumpen. Die Datenerfassung und die Steuerschnittstelle 212 können als ein Teil einer Kommunikationsschnittstelle implementiert werden, die eine Kommunikation zwischen der Pumpe 202 und der Pumpensteuereinheit 210 bereitstellt. Die Datenerfassung und die Steuerschnittstelle 212 enthalten einen die Drehung erfassenden Signalweg, der mit einem Dreherfassungssensor, der in der Nähe der Pumpe 202 befestigt ist, verbunden ist, um die Pumpengeschwindigkeit zu erfassen. In einer Beispielimplementierung ist der Dreherfassungssensor ein Beschleunigungsmesser.
Die Pumpensteuereinheit 210 kann konfiguriert werden, um als ein Pumpentestmodul zu arbeiten, das einer bereits im Betrieb befindlichen Pumpe in einer Modernisierung oder Nachrüstung hinzugefügt werden kann. Die Pumpensteuereinheit 210 kann auch allgemeine Pumpsteueranweisungen für eine Verwendung durch ein System enthalten, das die Anwendung 100 (in 1) durchführt, für die die Pumpe 202 verwendet wird. Die Pumptestfunktionen können mit den allgemeinen Pumpsteueranweisungen der Pumpensteuereinheit 210 integriert werden, die weiter mit der Pumpe 202 als ein Produkt integriert werden kann. Die Pumptestfunktionen können auch durch die Pumpensteuereinheit 210 in einem High-Level-Systemsteuerbetrieb durchgeführt werden, der Teil der Anwendung 100 ist, die das Vakuum in der Kammer 102 in 1 fordert. Der High-Level-Systemsteuerbetrieb kann sich mit der Pumpe 202 verbinden, um die Pumpe zu steuern und um Informationen (z.B. die Pumpengeschwindigkeit) von der Pumpe 202 zu erhalten.
Die Pumpensteuereinheit 210 in 2 enthält Pumpentestfunktionen, in denen ein mechanischer Leistungsindex (MPI) berechnet und verwendet wird, um den Zustand der Pumpe zu bestimmen, ob sie sich verschlechtert oder nicht, und/oder um eine Lebensdauer der Pumpe vorherzusagen. In dem Zusammenhang dieser Beschreibung ist der MPI ein Index, der den Zustand des Lagers, das innerhalb der Pumpe 202 verwendet wird, in Form der mechanischen Leistung quantifiziert, während die Pumpe zu einem Stopp kommt. Der MPI kann berechnet werden, indem eine Pumpenbremsfunktion unter Vakuumbedingungen angelegt, die Drehzahl der Pumpe 202 dann, wenn die Pumpe 202 zu einem Stopp kommt, gemessen und ein Zeitintervall zwischen vorgegebenen Pumpengeschwindigkeiten bestimmt wird. Die Drehzahlen, die gemessen werden, wenn die Pumpe sich verlangsamt, können erfasst und gesammelt und mit den Daten analysiert werden, die verwendet werden, um den MPI zu berechnen. Ein Anfangszeitpunkt, t_i, ist als die Zeit identifiziert, bei der eine Anfangspumpengeschwindigkeit erreicht wird, wobei die Anfangspumpengeschwindigkeit eine vorgegebene Drehzahl ist, die nahe bei der Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe 202 liegt. Die Anfangspumpengeschwindigkeit kann für eine gegebene Pumpe 202 für eine Verwendung in der Durchführung des Pumpentests während der Lebensdauer der Pumpe 202 bestimmt und definiert werden. Für Implementierungen, in denen der Pumpentest für einen Betrieb an dem Beginn der Lebensdauer der Pumpe 202 mit eingebunden ist, kann die Anfangspumpengeschwindigkeit als eine Funktion der Betriebsgeschwindigkeit, die für die Pumpe 202 bestimmt worden ist, bestimmt werden. In Implementierungen, in denen der Pumpentest zu Pumpen im Betrieb hinzugefügt wird, kann die Anfangspumpengeschwindigkeit durch Überwachen der Pumpengeschwindigkeit während des Betriebs bestimmt werden.
Sobald die Anfangspumpengeschwindigkeit bestimmt ist, wird während des Pumpentests die Zeitdauer gemessen, bis die Pumpengeschwindigkeit auf eine Finalpumpengeschwindigkeit abgebremst ist. Ein Endzeitpunkt, t_e, kann als der Zeitpunkt identifiziert werden, an dem die Finalpumpengeschwindigkeit erreicht ist, wobei die Finalpumpengeschwindigkeit eine Geschwindigkeit ist, die nahe bei, aber größer als die kritische Geschwindigkeit ist. Die kritische Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, bei der das Ungleichgewicht der Rotorschaufeln zu einem instabilen Betrieb führt. Die Anfangspumpengeschwindigkeit und die Finalpumpengeschwindigkeit können für eine gegebene Pumpe 202 für eine Verwendung bei der Durchführung des Pumpentests während der Lebensdauer der Pumpe 202 bestimmt und definiert werden. Für Implementierungen, in denen der Pumpentest für einen Betrieb an dem Beginn der Lebensdauer der Pumpe 202 mit eingebunden ist, kann die Anfangspumpengeschwindigkeit als eine Funktion der Betriebsgeschwindigkeit, die für die Pumpe 202 bestimmt worden ist, bestimmt werden, und die Finalpumpengeschwindigkeit kann als eine Funktion der kritischen Geschwindigkeit, die für die Pumpe 202 bestimmt worden ist, bestimmt werden. In Implementierungen, in denen der Pumpentest zu Pumpen im Betrieb hinzugefügt wird, können die Anfangspumpengeschwindigkeit und die Finalpumpengeschwindigkeit durch Überwachen der Pumpengeschwindigkeit während des Betriebs bestimmt werden.
Es ist anzumerken, dass die Anfangspumpengeschwindigkeit und die Finalpumpengeschwindigkeit Geschwindigkeiten sein sollen, die “nahe bei” der Betriebsgeschwindigkeit bzw. bei der kritischen Geschwindigkeit liegen. Der tatsächliche Wert, der für jeden Parameter ausgewählt wird, ist nicht signifikant. Pumpen können dahingehend bewertet oder charakterisiert werden, dass sie während der Lebensdauer der Pumpe eine Betriebsgeschwindigkeit innerhalb eines erwarteten Bereichs aufweisen. Der Wert der Anfangspumpengeschwindigkeit kann dahingehend bestimmt werden, kleiner als die niedrigste erwartete Betriebsgeschwindigkeit auf der Grundlage des erwarteten Bereichs zu sein. Ähnlich kann für eine kritische Geschwindigkeit einer Pumpe erwartet werden, dass sie innerhalb eines erwarteten Bereichs variiert. Der Wert der Finalpumpengeschwindigkeit kann bestimmt werden, größer als die höchste erwartete kritische Geschwindigkeit auf der Grundlage des erwarteten Bereichs zu sein.
Der MPI ist definiert als die Differenz zwischen der Anfangsgeschwindigkeit und der abschließenden Geschwindigkeit dividiert durch die verstrichene Zeit zwischen dem Zeitpunkt, t_i, wenn die Pumpe 202 eine Geschwindigkeit nahe der Betriebsgeschwindigkeit aufweist, und dem Zeitpunkt, t_e, wenn die Pumpengeschwindigkeit die Finalpumpengeschwindigkeit nahe der kritischen Geschwindigkeit erreicht hat. Der MPI kann anfänglich für eine Basislinienmessung bestimmt werden, wenn die Pumpe vor der Auslieferung installiert oder hergestellt oder getestet wird. Der MPI kann zu einem späteren Zeitpunkt bestimmt werden, nachdem die Pumpe für eine vorgegebene Zeitdauer oder Einschaltzeit in Betrieb gewesen ist. Die zweite MPI-Messung kann dann mit dem ersten MPI verglichen werden. Wenn der zweite MPI größer als der erste MPI ist, dann ist der mechanische Leistungsindex angestiegen, was anzeigt, dass sich das Lager in der Pumpe verschlechtert.
3 ist ein Beispiel eines Schaubilds, das Beispielergebnisse aus der Durchführung des Pumpentests, der anhand von 2 beschrieben ist, darstellt. Das Schaubild 300 in 3 ist eine graphische Darstellung der Drehzahlen aufgetragen gegen die entsprechenden Zeiten, an denen die Drehzahlen gemessen wurden. Die Zeitwerte sind auf einer y-Achse 302 und die Drehzahlen auf einer x-Achse 304 angegeben. Jede dargestellte Kurve stellt einen Satz von Messungen von Drehzahlen für eine einzelne MPI-Messung dar. Der MPI kann für eine einzelne Pumpe zu ausgewählten Zeitpunkten während der Lebensdauer der Pumpe bestimmt werden. Die ausgewählten Zeitpunkte können regelmäßige Intervalle oder irgendein Zeitpunkt sein, an dem die Pumpe gestoppt werden soll. Zusätzlich zur Bestimmung des MPI können die Messungen Zeit vs. Geschwindigkeit gespeichert und dazu verwendet werden, um eine Kurve zu konstruieren, die zu dem Schaubild 300 in 3 hinzugefügt werden kann. Wenn eine Kurve hinzugefügt wird, gibt den Grad, bis zu dem die Steigung jeder Kurve fortfährt anzusteigen, den Grad an, bis zu dem sich die Pumpe 202 an dem Lager abgenutzt hat. Das Schaubild 300 in 3 kann verwendet werden, um eine sofortige visuelle Anzeige bereitzustellen, wie die Pumpe 202 performt, durchzuführen.
Die gemessen MPIs können auch gespeichert werden, um ein historisches Archiv aufzubewahren, das den Grad darstellt, bis zu dem die Pumpe 202 sich verschlechtert hat. Die MPI-Messungen und das Schaubild 300 in 3 können verwendet werden, um die erwartete, verbleibende Restlebensdauer der Pumpe 202 vorherzusagen. Diese Daten können auch mit Daten von anderen ähnlichen Pumpen (z.B. Pumpen desselben Modells) kombiniert werden, um eine mehr quantitative Bewertung der erwarteten Lebensdauer von solchen Pumpen bereitzustellen.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Beispielverfahrens zum Testen einer Pumpe darstellt. Das Flussdiagramm 400 wird im Folgenden als ein Verfahren beschrieben, das durch das System, das anhand von 2 beschrieben ist, durchgeführt wird. Bezüge auf Komponenten, die in 4 nicht gezeigt sind, beziehen sich auf Komponenten, die in 2 gezeigt sind, soweit nicht anderweitig angemerkt.
Das Verfahren, das durch das Flussdiagramm 400 dargestellt ist, kann nach einer Einschaltzeit (duty time) eines Online-Betriebs durchgeführt werden. Mindestens ein MPI ist schon früher in der Pumpenlebensdauer bestimmt worden. Eine Anfangspumpengeschwindigkeit und eine Finalpumpengeschwindigkeit sind, wie oben anhand von 2 beschrieben, bestimmt worden. Das Verfahren, das durch das Flussdiagramm 400 dargestellt ist, kann beim Schritt 402 für einen normalen Betrieb der Pumpe 202 initialisiert werden. Die Pumpensteuereinheit 210 kann den Betrieb der Pumpe 202 initialisieren und die Pumpe 202 so arbeiten lassen, wie es durch die Anwendung erforderlich ist. Während des Betriebs der Pumpe 202 kann eine Pumpenbremsfunktion unter Vakuum oder eine spezifische Anforderung zum Testen durch Bestimmen eines MPI die Schritte zum Bestimmen des MPI initialisieren. Bei Schritt 404 wird die Pumpe 202 auf die volle Betriebsgeschwindigkeit in einem Vakuumzustand beschleunigt. Der Schritt 404 kann den normalen Betrieb darstellen, bevor die Pumpenbremsfunktion oder eine Anforderung zum Testen initialisiert wird. Der MPI-Messprozess kann einen automatischen Vormesszyklus enthalten, der für eine vorgegebene Anzahl von Malen durchgeführt wird. Der automatische Vormesszyklus kann für die vorgegebene Anzahl von Malen durchgeführt werden, um eine stabile und optimale Verteilung der Schmierung innerhalb des Lagers zu erhalten.
Der automatische Vormesszyklus kann drei Phasen eines Pumpenbetriebs mit einbeziehen. Die erste Phase besteht darin, die Pumpe 202 auf die volle Betriebsgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die zweite Phase besteht darin, die volle Betriebsgeschwindigkeit für eine vordefinierte Länge einer Zeitdauer aufrechtzuerhalten. Die dritte Phase besteht darin, die Pumpe unter Vakuumbedingungen abzubremsen. In dem Verfahren, das durch das Flussdiagramm 400 in 4 dargestellt ist, kann der Schritt 404 die erste Phase darstellen. Bei Schritt 406 wird die Pumpe bei voller Betriebsgeschwindigkeit während einer vordefinierten Zeitdauer aufrechterhalten, wodurch der zweite Schritt implementiert wird. Bei Schritt 408 wird die Pumpenbremsfunktion angelegt und die Pumpe beginnt, sich für die dritte Phase zu verzögern.
Die automatischen Vormesszyklen werden eine vordefinierte Anzahl von Malen für eine vorgegebene Zeitdauer durchgeführt. In einem Beispiel können die automatischen Vormesszyklen achtmal über eine Zeitdauer von 18 Stunden durchgeführt werden. Die Anzahl von Zyklen und die Zeitdauer können von Pumpe zu Pumpe variieren.
Beim Entscheidungsblock 410 wird eine Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine ausreichende Anzahl von automatischen Vormesszyklen durchgeführt worden ist. Wenn nicht, dann überträgt der ‘NO’ Weg des Entscheidungsblocks 410 die Steuerung an den Schritt 404. Wenn eine ausreichende Anzahl von Zyklen entlang des ‘YES’ Wegs des Entscheidungsblocks 410 durchgeführt worden ist, dann wird die Steuerung an den Schritt 412 übertragen, um die Pumpengeschwindigkeit, während abgebremst wird, wenn die Pumpenbremsfunktion durchgeführt wird, zu überwachen.
Es ist anzumerken, dass das Flussdiagramm 400 in 4 ein Durchführen der Funktion des Bestimmens des MPI beschreibt, indem die benötigten Datenparameter identifiziert werden, wenn sich die Pumpe 202 in dem Abbremsungsprozess befindet. Alternativ kann der Pumpe 202 ermöglicht werden abzubremsen, während die Drehzahl der Pumpe 202 bei festen Zeitintervallen gemessen wird, und die Drehzahlen für jedes Zeitintervall solange zu sammeln und zu erfassen, bis die Pumpe 202 stoppt. Die Drehzahlen und die Zeitintervalle können dann analysiert werden, um die Datenparameter zu bestimmen, die zum Bestimmen der MPI verwendet werden sollen.
Bei Schritt 414 in 4 wird ein Anfangszeitpunkt, bei dem eine Anfangspumpengeschwindigkeit gemessen wird, als Größe t_i. identifiziert. Der Schritt 414 verwendet die vorgegebene Anfangspumpengeschwindigkeit für alle Bestimmungen des MPI, um eine Reproduzierbarkeit bei den Ergebnissen bereitzustellen.
Bei Schritt 416 fährt die Pumpe fort abzubremsen und eine verstrichene Zeitdauer wird aufgezeichnet, wenn die Messung der Pumpengeschwindigkeit ergibt, dass sie eine Finalpumpengeschwindigkeit ist. Die Finalpumpengeschwindigkeit ist als eine Pumpengeschwindigkeit definiert, die nahe bei der kritischen Geschwindigkeit der Pumpe 202 liegt. Der Schritt 416 verwendet die vorgegebene Finalpumpengeschwindigkeit für alle Bestimmungen des MPI.
Bei Schritt 418 wird der MPI durch Berechnen der Differenz zwischen der Anfangspumpengeschwindigkeit und der Finalpumpengeschwindigkeit und Dividieren der Differenz der Pumpengeschwindigkeiten durch die verstrichene Zeit zwischen dem Erreichen der Anfangspumpengeschwindigkeit und der Finalpumpengeschwindigkeit bestimmt. Bei Schritt 420 wird der MPI mit einem vorherigen MPI verglichen, um zu bestimmen, ob sich die Pumpenlager verschlechtern. Beim Entscheidungsblock 422 wird der MPI geprüft, um zu sehen, ob er größer als ein vorheriger MPI ist. Wenn der MPI größer als ein früherer MPI ist, dann wird die Pumpe 202 als eine solche identifiziert, die eine Verschlechterung des Lagers bei Schritt 424 aufweist. Eine Analyse des gemessenen MPI kann in Schritt 424 im Hinblick auf die Geschichte der MPIs für eine Pumpe während ihrer Lebensdauer durchgeführt werden, so wie es anhand von 5 beschrieben ist. Bei Schritt 426 ist die Pumpenabbremsung vollständig abgeschlossen, wenn die Bremsfunktion abgeschlossen ist.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Analyse von Daten, die während eines Pumpentests erfasst worden sind, darstellt. Bei Schritt 502 kann für die Familie von Pumpen, zu denen die Pumpen gehören eine statistisch signifikante Basislinie, bestimmt werden. Die Basislinie kann ein MPI-Wert sein, der von MPI-Werten einer Stichprobe von Pumpen aus derselben Familie, wie die Pumpe unter Test bestimmt worden ist, wenn die Pumpen gut innerhalb der Leistungsspezifikationen für die Pumpenfamilie arbeiten. Die Pumpenproben derselben Familie können Pumpen in derselben Produktlinie, Klassifikation oder in einer anderen geeigneten Kategorie sein. Der MPI der Pumpe unter Test, MPI_put, wird bei Schritt 504 mit der Basislinie MPI für die Pumpenfamilie verglichen. Wenn der MPI für die Pumpe unter Test nicht innerhalb der MPI-Basislinie für die Pumpenfamilie liegt, wie beim Entscheidungsblock 506 bestimmt wird, dann wird bei Schritt 510 die Pumpe unter Test als eine angesehen, die nicht oder schlecht funktioniert. Wenn die Pumpe unter Test innerhalb der Basislinie liegt, dann wird der gemessene MPI für die Pumpe unter Test, MPI_put, bei Schritt 508 mit einem breiteren MPI für die Pumpenfamilie verglichen. Der MPI für die Familie, MPI_Familie, kann auf historische Daten von MPI-Messungen für alle Pumpen in der Familie, von denen gemeint wird, dass sie eine verbleibende Pumpenrestlebensdauer aufweisen, basiert werden. Der Entscheidungsblock 512 bestimmt, wenn der Vergleich des MPI_put mit dem MPI_Familie ergibt, dass das Pumpenlager der Pumpe unter Test nicht übermäßig verschlissen ist bei Schritt 516, ob die Pumpe unter Test für eine solche befunden wird, die eine verbleibende betriebliche Pumpenrestlebensdauer aufweist. Wenn der Vergleich am Entscheidungsblock 512 bestimmt, dass der Verschleiß der Pumpe unter Test übermäßig ist, dann kann ein weiteres Testen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Analyse der Lagerschmierung durchgeführt werden. Die Analyse in Schritt 514 kann zum Beispiel eine thermogravimetrische Analyse (TGA) enthalten.
Es versteht sich, dass die verschiedenen Aspekte oder Einzelheiten der Erfindung geändert werden können, ohne dass dabei von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird. Außerdem dient die vorstehende Beschreibung nur dem Zweck der Darstellung, und nicht dem Zweck der Beschränkung — die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zum Testen einer Pumpe (104, 202), das umfasst: Betreiben der Pumpe (104, 202) bei einer Betriebsgeschwindigkeit für ein minimales Betriebsintervall; Initiieren einer Pumpenbremsfunktion; kontinuierliches Überwachen der Pumpengeschwindigkeit, beginnend bei der Initiierung der Pumpenbremsfunktion; Lesen eines Anfangszeitpunkts, t_i, wenn die Pumpengeschwindigkeit auf eine Anfangspumpengeschwindigkeit nahe bei der und kleiner als die Betriebsgeschwindigkeit abnimmt; Speichern der Anfangspumpengeschwindigkeit während einer Zeitdauer t_i; Lesen eines Endzeitpunkts, t_e, wenn die Pumpengeschwindigkeit auf eine Finalpumpengeschwindigkeit nahe der und größer als eine kritische Geschwindigkeit abnimmt; Bestimmen eines mechanischen Leistungsindex (MPI) als: MPI = Anfangspumpengeschwindigkeit – Finalpumpengeschwindigkeit/t_e – t_i; und Verwenden des MPI, um einen Zustand der Verschlechterung der Pumpe (104, 202) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: vor dem Schritt des Initiierens der Pumpenbremsfunktion Durchführen eines automatischen Vormesszyklus, der die folgenden Schritte umfasst: Beschleunigen der Pumpengeschwindigkeit auf Betriebsgeschwindigkeit; Aufrechterhalten der Pumpengeschwindigkeit bei der Betriebsgeschwindigkeit für die Zeitdauer einer vollen Geschwindigkeitsphase; und Abbremsen der Pumpe (104, 202); und Wiederholen des automatischen Vormesszyklus für eine vorgegebene automatische Zyklusanzahl.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schritte des Überwachens der Pumpengeschwindigkeit umfassen: Lesen eines Ausgabewerts eines Beschleunigungsmessers von einem Beschleunigungsmesser, der in der Pumpe (104, 202) positioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner umfasst: Erzeugen eines Schaubilds (300) von Zeit vs. Drehzahl durch Erfassen einer Mehrzahl von Drehzahlwerten bei festen Zeitintervallen für eine Zeitperiode, die größer als eine verstrichene Zeit Δt = t_e – t_i ist, und graphisches Darstellen der Mehrzahl von Drehzahlwerten bei den entsprechenden festen Zeitintervallen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner umfasst: Durchführen des Schritts des Betreibens der Pumpe (104, 202) bei dem minimalen Betriebsintervall in einer Vakuumbedingung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Verwendens des MPI, die Verschlechterung des Pumpenzustandes zu bestimmen, umfasst: Betreiben der Pumpe (104, 202) über eine Einschaltzeit; nach der Einschaltzeit Wiederholen der Schritte zum Durchführen des Pumpentests, um einen zweiten MPI zu berechnen; Vergleichen des zweiten MPI und des ersten MPI; und Anzeigen einer Verschlechterung eines Pumpenzustandes für die Pumpe (104, 202), wenn der zweite MPI größer als der erste MPI ist.
System (200) zum Durchführen eines Pumpentests, das umfasst: eine Pumpensteuereinheit (210), die konfiguriert ist, um einen Pumpentest auszuführen, um Befehlssignale, die konfiguriert sind, um über eine Kommunikationsschnittstelle Pumpensteuerfunktionen an eine Pumpe (104, 202) zu übertragen, zu übertragen und um Daten, die über die Kommunikationsschnittstelle von der Pumpe (104, 202) erhalten worden sind, zu verarbeiten; und eine Datenerfassung und eine Steuerschnittstelle, die konfiguriert ist, um zwischen der Pumpe (104, 202) und der Pumpensteuereinheit (210) über die Kommunikationsschnittstelle in Verbindung zu treten, wobei die Datenerfassung und die Steuerschnittstelle einen die Geschwindigkeit erfassenden Signalweg zu einem Geschwindigkeitssensor, der in der Nähe der Pumpe (104, 202) befestigt ist, umfassen, um eine Pumpengeschwindigkeit zu erfassen. wobei die Pumpensteuereinheit (210) konfiguriert ist, um den Pumpentest gemäß den Schritten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
System (200) nach Anspruch 7, wobei die Pumpensteuereinheit (210) konfiguriert ist, um Pumpensteuerfunktionen durchzuführen, um die Pumpe (104, 202) in einer Anwendung (100) zu betreiben.
System (200) nach Anspruch 8, wobei die Pumpensteuereinheit (210) eine Systemschnittstelle zum Integrieren des Betriebs mit einer Systemsteuereinheit der Anwendung (100) umfasst.
System (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Pumpensteuereinheit (210) konfiguriert ist, um den MPI im Speicher mit vorher gemessenen MPIs für die Pumpe (104, 202) zu speichern.