DE19858946A1 - Detecting cavitation in multiple stage centrifugal pump involves comparing pressure difference between input and one pump stage with desired delivery value for a pump stage - Google Patents

Detecting cavitation in multiple stage centrifugal pump involves comparing pressure difference between input and one pump stage with desired delivery value for a pump stage

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Abstract

The method involves detecting the pressure of the medium before the pump and after a stage of the pump, pref. the first stage, forming the pressure difference and comparing it with a desired delivery value associated with a stage of the pump for a given revolution rate. If the difference is below the desired delivery value a cavitation detection signal is generated and used to control the pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung von Kavitation an einer mehrstufigen Kreiselpumpe.The invention relates to a method for determining cavitation in a multi-stage centrifugal pump.

Kavitation an Kreiselpumpen in entsprechendem Ausmaß sowie über längere Zeit führt zu entsprechenden Beschädigungen an den Kreiselpumpen.Cavitation on centrifugal pumps to an appropriate extent and over longer periods Time leads to corresponding damage to the centrifugal pumps.

Dabei kommt es bei der Umströmung der Laufschaufeleintrittsprofile örtlich zu Übergeschwindigkeiten. Demzufolge ist der statische Druck in diesen Zonen geringer als im Saugstutzen der Kreiselpumpe.The flow around the blade inlet profiles is local Overspeeds. As a result, the static pressure is in these zones less than in the suction port of the centrifugal pump.

Zur Dampfblasenbildung kommt es dann, wenn der Druck in diesen Zonen unter den zur Flüssigkeitstemperatur gehörenden Sättigungsdruck fällt. Diese mit der Strömung mitgeführten Dampfblasen implodieren dann schlagartig, wenn sie in Bereiche kommen, in denen der örtliche Druck den Sättigungsdruck wieder übersteigt. Materialverlust an den betreffenden Stellen in der Kreiselpumpe können die Folge sein.Vapor bubbles form when the pressure in these zones drops below the saturation pressure associated with the liquid temperature falls. This with the Vapor bubbles entrained in the flow suddenly implode when they are in Areas come where the local pressure returns to the saturation pressure exceeds. Loss of material at the relevant points in the centrifugal pump can be the result.

Um Pumpen bei gegebenen Flüssigkeitseigenschaften kavitationsfrei zu betrei­ ben, war bisher die Bestimmung/Messung des NPSH-Wertes von entschei­ dender Bedeutung. Bei Pumpen mit starken Änderungen der Zulaufverhältnisse (Gleitdruckbetrieb) ist gleichzeitig die Überwachung der Sättigungsparameter notwendig. Dafür ist eine Messung mit hoher Genauigkeit sowie eine rechner­ gestützte Überwachung erforderlich.In order to operate pumps without cavitation given the liquid properties ben, the determination / measurement of the NPSH value was previously decisive meaning. For pumps with strong changes in the inlet conditions (Sliding pressure operation) is also the monitoring of the saturation parameters necessary. This requires a measurement with high accuracy and a calculator supported monitoring required.

Aus der DE 196 45 129 A1 ist ein Verfahren zum kavitationsfreien Betrieb einer drehzahlgeregelten Pumpe bekannt geworden. Danach werden die Strömungs­ verhältnisse bei Betriebsdrehzahl im Betriebspunkt der Pumpe unter Verwen­ dung der Ähnlichkeitsgesetze mit den Strömungsverhältnissen eines für die Auslegung bezüglich des NPSH-Wertes relevanten Punktes verglichen. Es wird ermittelt, ob die erforderliche pumpenspezifische Nettoenergiehöhe (NPSHerf) die in der Anlage vorhandene Nettoenergiehöhe (NPSHvorh) übersteigt.DE 196 45 129 A1 has disclosed a method for cavitation-free operation of a speed-controlled pump. Then the flow conditions at operating speed at the operating point of the pump are compared using the laws of similarity with the flow conditions of a point relevant for the design with regard to the NPSH value. It is determined whether the required pump-specific net energy level (NPSH erf ) exceeds the existing net energy level (NPSH existing ).

Danach wird die Förderhöhe bzw. Fördermenge der Pumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl entsprechend einer Gleichung, in welcher die Förderhöhen bzw. Fördermengen und die Drehzahlen in einem Betriebs- und einem Referenz­ punkt, bei dem Kavitation beginnt, ins Verhältnis gesetzt sind, eingestellt, um Kavitation während des Pumpenbetriebes zu vermeiden.Then the delivery head or delivery rate of the pump is dependent on the speed according to an equation in which the head or Flow rates and speeds in an operating and a reference point at which cavitation begins, are related, set to Avoid cavitation during pump operation.

Die erforderliche pumpenspezifische Nettoenergiehöhe wird aus betrieblichen Messungen nur abgeschätzt. The required pump-specific net energy level is derived from operational Measurements only estimated.  

In der DE 37 25 754 A1 ist eine Einrichtung zum Überwachen von Pumpen auf Gefährdung durch Kavitation beschrieben. Die Einrichtung kann an ein Pum­ pengehäuse, z. B. durch Kleben, angebracht werden. Die Einrichtung besteht aus einem Gehäuse mit einem mitschwingungsfähigen, in sich steifen Wan­ dungsteil mit außenliegender Tastfläche zum Ansetzen des Wandungsteiles an ein Pumpengehäuse. In dem Gehäuse sind eine träge Masse, ein zwischen der trägen Masse und dem schwingungsfähigen Wandungsteil befindlicher piezo­ elektrischer Schwingungswandler sowie eine elektrische Schaltungsanordnung mit außenliegendem Display zur Anzeige einer bestimmten Wechselspannung angeordnet. Das den Schwingungswandler enthaltene Schwingungssystem, zu dem auch der gegen das Gehäuse abgefederte Wandungsteil sowie die träge Masse gehören, ist so abgestimmt, daß es bei Kavitation der überwachten Pumpe resoniert, d. h. der piezoelektrische Schwingunswandler infolge der Re­ sonanzüberhöhung eine besonders hohe Wechselspannung liefert, was auf dem Display entsprechend erkennbar ist.DE 37 25 754 A1 describes a device for monitoring pumps Cavitation hazard described. The device can be connected to a pump pen housing, e.g. B. by gluing. The facility exists from a housing with a vibrating, stiff tub manure part with external touch surface for attaching the wall part a pump housing. In the case are an inert mass, one between the inert mass and the vibratory wall part located piezo electrical vibration converter and an electrical circuit arrangement with external display to indicate a specific AC voltage arranged. The vibration system containing the vibration transducer, too which also the wall part sprung against the housing and the sluggish Belonging mass is tuned so that it is monitored during cavitation Pump resonates, i.e. H. the piezoelectric vibration transducer due to the Re cantilever resonance provides a particularly high AC voltage, which on is recognizable according to the display.

Hier wird Kavitation nur über eine indirekte Methode, das heißt über Auswir­ kungen der Kavitation auf die Pumpe durch Schwingungen, ermittelt, was Un­ genauigkeiten beinhaltet und Fehlauslösungen nach sich zieht.Here, cavitation is only achieved through an indirect method, that is, through an effect effects of cavitation on the pump through vibrations, determines what Un includes accuracy and leads to false triggers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines einfachen Verfahrens Kavitation beim Betrieb einer Kreiselpumpe, insbesondere beim Gleitdruckbe­ trieb, festzustellen.The object of the invention is based on a simple method Cavitation in the operation of a centrifugal pump, especially in the case of sliding pressure urged to determine.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck des zu för­ dernden Mediums vor der Kreiselpumpe sowie nach einer Stufe der Kreisel­ pumpe, vorzugsweise der 1. Stufe, ermittelt, die Druckdifferenz zwischen dem Druck vor Kreiselpumpe und dem Druck nach der Stufe gebildet und mit einer der Stufe der Kreiselpumpe zugehörigen Soll-Förderhöhe bei gegebener Dreh­ zahl der Kreiselpumpe verglichen wird und bei Unterschreitung der Druckdiffe­ renz unter die Soll-Förderhöhe der Stufe ein Signal an eine Überwachungsein­ richtung der Kreiselpumpe zur Kennzeichnung eingetretener Kavitation in der Kreiselpumpe übermittelt wird, wobei dieses Signal zur weiteren Regelung der Kreiselpumpe verwendet wird.The object is achieved in that the pressure of the för changing medium before the centrifugal pump and after one stage of the centrifugal pump, preferably the 1st stage, determines the pressure difference between the Pressure before the centrifugal pump and the pressure after the stage formed and with a the desired delivery head associated with the level of the centrifugal pump for a given rotation number of the centrifugal pump is compared and if the pressure differences are undershot signal below the target delivery head of the stage to a monitoring unit Direction of the centrifugal pump to identify cavitation in the Centrifugal pump is transmitted, this signal for further control of the Centrifugal pump is used.

An einem Ausführungsbeispiel soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt ein Diagramm mit der Darstellung des Druckauf­ baus der 1. Stufe über der Drehzahl der Kreiselpumpe sowie der Kennlinie der Soll-Förderhöhe der 1. Stufe der Kreiselpumpe. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment become. The drawing shows a diagram showing the printout build from the 1st stage above the speed of the centrifugal pump and the characteristic curve of the Target delivery head of the 1st stage of the centrifugal pump.  

Zur Versorgung eines Dampfkessels mit Speisewasser ist eine mehrstufige Kreiselpumpe vorgesehen, die aus einem Speisewasserbehälter das Speise­ wasser mit den Parametern t = 170°C, p = 7 bar entnimmt und zum Dampfkes­ sel fördert. Der Speisewasserbehälter steht um ca. 17 m erhöht gegenüber der Kreiselpumpe.To supply a steam boiler with feed water is a multi-stage Centrifugal pump provided the food from a feed water tank takes water with the parameters t = 170 ° C, p = 7 bar and to the Dampfkes sel promotes. The feed water tank is about 17 m higher than the Centrifugal pump.

Unmittelbar in der Saugleitung vor der Kreiselpumpe ist eine Druckmeßstelle zur Aufnahme des Speisewasserdruckes installiert. Zur Bestimmung des Druckes des Speisewassers in der Kreiselpumpe nach der 1. Stufe, d. h. dem Sauglaufrad, ist das Gehäuse der Kreiselpumpe an entsprechender Stelle an­ gebohrt und mit einer Druckmeßstelle versehen. Möglich ist aber auch die Nut­ zung einer vorhandenen Entnahme nach der 1. Stufe der Kreiselpumpe, wenn diese z. B. für die Bereitstellung von Einspritzwasser zur Temperaturregelung der Heizflächen des Dampfkessels vorgesehen ist. Somit können o. g. Speise­ wasserdrücke während des Betriebes der Kreiselpumpe fortlaufend festgestellt werden.There is a pressure measuring point directly in the suction line in front of the centrifugal pump installed to absorb the feed water pressure. To determine the pressure of the feed water in the centrifugal pump after the 1st stage, d. H. the Suction impeller, the housing of the centrifugal pump is at the appropriate point drilled and provided with a pressure measuring point. But the groove is also possible an existing withdrawal after the 1st stage of the centrifugal pump, if this z. B. for the provision of injection water for temperature control the heating surfaces of the steam boiler is provided. Thus, the above-mentioned. Food water pressures continuously determined during the operation of the centrifugal pump become.

Die Kreiselpumpe wird seitens des Herstellers u. a. mit einer entsprechenden Kennlinie für die Soll-Förderhöhe des Sauglaufrades geliefert. Die Kennlinie gibt darüber Auskunft, welchen Druckanstieg das zu fördernde Speisewasser über das Sauglaufrad unter normalen Betriebsbedingungen bei einer bestimm­ ten Drehzahl der Kreiselpumpe erfährt. Die Zeichnung zeigt eine solche Kennli­ nie. Sie ist in die Überwachungseinrichtung der Kreiselpumpe implementiert.The centrifugal pump is u. a. with a corresponding Characteristic curve for the nominal delivery head of the suction impeller delivered. The characteristic provides information about the pressure increase in the feed water to be pumped via the suction impeller under normal operating conditions at a certain experience the speed of the centrifugal pump. The drawing shows such a characteristic never. It is implemented in the monitoring device of the centrifugal pump.

Im normalen Förderbetrieb der Kreiselpumpe mit einer Drehzahl von 2400 min-1 wird durch die Druckmessung vor Kreiselpumpe ein Speisewasser­ druck von 8,7 bar gemessen.In normal conveying operation of the centrifugal pump with a speed of 2400 min -1 , a feed water pressure of 8.7 bar is measured by the pressure measurement in front of the centrifugal pump.

Die Speisewasserdruckmessung nach der 1. Stufe der Kreiselpumpe (d. h. nach Sauglaufrad) ergibt einen Wert von 19,0 bar. Die Differenz beider Druckwerte ergibt somit einen Wert von 10,3 bar. Setzt man nun die Werte der gefahrenen Drehzahl der Kreiselpumpe und der gemessenen Druckdifferenz des Speise­ wassers über das Sauglaufrad in das Diagramm der Zeichnung ein, so ist fest­ zustellen, daß der Schnittpunkt beider Werte oberhalb der Kennlinie liegt (Punkt A). Die Kreiselpumpe wird somit in einem kavitationsfreien Zustand betrieben. Sämtliche durchgeführte Druck- und Drehzahlmessungen werden ständig der Überwachungseinrichtung der Kreiselpumpe zugeführt, um den Vergleich der gefahrenen Druckdifferenz über das Sauglaufrad der Kreiselpumpe bei einer bestimmten Drehzahl der Kreiselpumpe mit der Kennlinie der Soll-Förderhöhe durchführen zu können. The feed water pressure measurement after the 1st stage of the centrifugal pump (i.e. after Suction impeller) gives a value of 19.0 bar. The difference between the two pressure values results in a value of 10.3 bar. Now you set the values of the driven Speed of the centrifugal pump and the measured pressure difference of the food water through the suction impeller in the diagram of the drawing, it is firm make sure that the intersection of both values lies above the characteristic (point A). The centrifugal pump is thus operated in a cavitation-free state. All pressure and speed measurements carried out are constantly the Monitoring device supplied to the centrifugal pump to compare the pressure difference driven via the suction impeller of the centrifugal pump at a determined speed of the centrifugal pump with the characteristic of the target head to be able to perform.  

Infolge einer Störung in der Dampfversorgung des Speisewasserbehälters mit nachfolgendem Druckabfall von 7 bar auf 5 bar im Speisewasserbehälter fällt auch der Speisewasserdruck vor Kreiselpumpe auf 6,7 bar ab. Bei einer noch vorhandenen Speisewassertemperatur von 170°C kommt es bei diesem Speisewasserdruck von 6,7 bar zur Dampfblasenbildung im Sauglaufrad der Kreiselpumpe. Infolgedessen kann das Sauglaufrad der Kreiselpumpe das Speisewasser nicht auf den erforderlichen Druck bringen. Die Druckmessung nach Sauglaufrad ergibt nur noch einen Speisewasserdruck von 14,0 bar. Nach der Differenzbildung der Druckwerte des Speisewassers vor Kreiselpumpe und nach Sauglaufrad ergibt sich eine Wert von 7,3 bar. Mit der gefahrenen Dreh­ zahl der Kreiselpumpe von 2400 min-1 ergibt sich im Diagramm in der Zeich­ nung ein Schnittpunkt (Punkt B) unterhalb der Kennlinie. In der Kreiselpumpe tritt Kavitation auf.As a result of a malfunction in the steam supply to the feed water tank with a subsequent pressure drop from 7 bar to 5 bar in the feed water tank, the feed water pressure in front of the centrifugal pump also drops to 6.7 bar. If the feed water temperature is still 170 ° C, this feed water pressure of 6.7 bar leads to the formation of vapor bubbles in the suction impeller of the centrifugal pump. As a result, the centrifugal pump's suction impeller cannot bring the feed water to the required pressure. The pressure measurement after the suction impeller only results in a feed water pressure of 14.0 bar. After the difference between the pressure values of the feed water before the centrifugal pump and after the suction impeller, a value of 7.3 bar results. With the driven speed of the centrifugal pump of 2400 min -1 there is an intersection (point B) below the characteristic curve in the diagram in the drawing. Cavitation occurs in the centrifugal pump.

Beim Übergang vom Zustand laut Punkt A in den Zustand laut Punkt B wird die Kennlinie der Soll-Förderhöhe im Punkt C geschnitten. Bei Erreichen des Punktes C (d. h. der dazugehörigen Druckdifferenz) erfolgt das Abschalten der Pumpe durch die Überwachungseinrichtung. Bei der Annäherung an den Punkt C aus Richtung Punkt A erfolgt in entsprechendem Abstand zu Punkt C eine Vorwarnung an den Anlagenbediener durch die Überwachungseinrichtung.When changing from the state according to point A to the state according to point B, the Cut the characteristic of the target delivery head at point C. When the Point C (i.e. the associated pressure difference) switches off the Pump through the monitoring device. When approaching the point C from direction A takes place at a corresponding distance from point C. Pre-warning to the system operator by the monitoring device.

Der Anlagenbediener kann nun seinerseits entsprechend der Betriebssituation Maßnahmen einleiten, um die Kreiselpumpe im kavitationsfreien Betrieb zu halten (z. B. Erhöhung des Druckes vor Kreiselpumpe oder Verringerung der Drehzahl der Kreiselpumpe).The plant operator can now, in turn, according to the operating situation Take measures to close the centrifugal pump in cavitation-free mode hold (e.g. increasing the pressure in front of the centrifugal pump or reducing the Speed of the centrifugal pump).

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur Feststellung von Kavitation an Kreisel­ pumpen werden folgende Vorteile erreicht:
With the proposed method for determining cavitation in centrifugal pumps, the following advantages are achieved:

  • - einfacher, sicherer Meßaufbau- Simple, safe measurement setup
  • - direkte Feststellung der Kavitation an der Kreiselpumpe- Direct detection of cavitation on the centrifugal pump
  • - sicherer Kreiselpumpenschutz- safe centrifugal pump protection

Claims (1)

Verfahren zur Feststellung von Kavitation an einer mehrstufigen Kreiselpumpe, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck des zu fördernden Mediums vor der Kreiselpumpe sowie nach einer Stufe der Kreiselpumpe, vorzugsweise der 1. Stufe, ermittelt, die Druck­ differenz zwischen dem Druck vor Kreiselpumpe und dem Druck nach der Stufe gebildet und mit einer der Stufe der Kreiselpumpe zugehörigen Soll-Förderhöhe bei gegebener Drehzahl der Kreiselpumpe verglichen wird und bei Unter­ schreitung der Druckdifferenz unter die Soll-Förderhöhe der Stufe ein Signal an eine Überwachungseinrichtung der Kreiselpumpe zur Kennzeichnung einge­ tretener Kavitation in der Kreiselpumpe übermittelt wird, wobei dieses Signal zur weiteren Regelung der Kreiselpumpe verwendet wird.Method for determining cavitation in a multi-stage centrifugal pump, characterized in that the pressure of the medium to be conveyed before the centrifugal pump and after one stage of the centrifugal pump, preferably the 1st stage, determines the pressure difference between the pressure before the centrifugal pump and the pressure after the stage is formed and compared with a setpoint delivery head associated with the stage of the centrifugal pump at a given rotational speed of the centrifugal pump and, if the pressure difference falls below the setpoint delivery head of the stage, a signal is transmitted to a monitoring device of the centrifugal pump for identifying cavitation that has occurred in the centrifugal pump is, this signal is used for further control of the centrifugal pump.
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