DE69220809T2

DE69220809T2 - Pumpenüberprüfung

Info

Publication number: DE69220809T2
Application number: DE69220809T
Authority: DE
Inventors: Alan Freelands Close Burgess; Paul Harding
Original assignee: SOUTH WEST WATER SERVICES Ltd
Current assignee: SOUTH WEST WATER SERVICES Ltd
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2012-10-10
Also published as: EP0612401A1; DK0612401T3; EP0612401B1; WO1993007456A1; GB2260406B; DE69220809D1; GB9121409D0; GB2260406A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Prüfung von Pumpen und insbesondere die Bestimmung des Wirkungsgrades von Wasserpumpen, insbesondere von Wasserpumpen für Sümpfe.
Eine bekannte Technik zur Messung des Wirkungsgrades E einer Wasserpumpe umfaßt die Messung der Zeit T, die benötigt wird, um ein bekanntes Wasservolumen V durch die Pumpe zu pumpen, die Leistung P, wie die elektrische Leistung, die der Pumpe während dieser Zeit zugeführt wird, und den Pumpenausgangsdruck p, d.h. die Förderhöhe der Pumpe. Der Wirkungsgrad wird dann durch die folgende Gleichung bestimmt:
Die elektrische Leistung kann entweder direkt durch Verwendung eines Wattmeters oder einfach durch Messung des durch den Motor fließenden Stroms und Multiplizieren mit der an die Pumpe angelegten Spannung und eines weiteren Faktors 3 cos φ, wobei cos φ der Motorleistungsfaktor ist, der typischerweise 0,9 beträgt, gemessen werden.
Der Hauptnachteil dieses Verfahrens zum Messen des Pumpenwirkungsgrades liegt in der Zeit, die erforderlich ist, um eine Messung durchzuführen. Tatsächlich kann sie zwischen einem und zwei Manntagen dauern, um eine einzige Pumpe auf diese Weise zu prüfen, da, obwohl die Zeit, die benötigt wird, um das Wasser zwischen den beiden Pegeln zu pumpen, höchstens einige Stunden beträgt, solch ein Test mehrmals durchgeführt werden muß, und die Messungen gemittelt werden müssen, damit die Ergebnisse aussagekräftig sind.
Gem. einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung des Pumpwirkungsgrades einer Wasserpumpe geschaffen, die während eines Zeitintervalls in Abhängigkeit von der Strömungsrate durch die Pumpe mit Energie versorgt wird, wobei das Verfahren darin besteht, daß die der Pumpe zugeführte Leistung ermittelt und hierfür charakteristische Leistungsdaten erzeugt werden; der Wasserdruck am Pumpenauslaß ermittelt und hierfür charakteristische Druckdaten erzeugt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Daten in vorbestimmten Intervallen zur nachfolgenden Verarbeitung während des Zeitintervalles während dem die Leistung zugeführt wird, und eines Zeitintervalls während dem keine Leistung zugeführt wird, automatisch gespeichert werden, so daß die Strömungsrate und damit der Pumpwirkungsgrad der Pumpe aus dem Datenwert der nachfolgenden Verarbeitung ableitbar ist.
Gem. einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung des Pumpwirkungsgrades einer Wasserpumpe geschaffen, die während eines Zeitintervalls in Abhängigkeit von der Strömungsrate durch die Pumpe mit Energie versorgt wird, wobei das System umfaßt: einen Leistungssensor zur Ermittlung der der Pumpe zugeführten Leistung, und eine Einrichtung zur Erzeugung von hierfür charakteristischen Leistungsdaten; einen Drucksensor zur Ermittlung des Wasserdrucks am Pumpenauslaß, und eine Einrichtung zur Erzeugung von hierfür charakteristischen Druckdaten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das System weiterhin aufweist: ein Aufzeichnungsgerät zum automatischen Aufzeichnen der Daten in vorbestimmten Intervallen in einem Speichergerät zur nachfolgenden Verarbeitung dieser während des Zeitintervalls, während dem Leistung zugeführt wird, und eines Zeitintervalls, während dem keine Leistung zugeführt wird, so daß die Strömungsrate durch die Pumpe und damit der Pumpwirkungsgrad der Pumpe aus den Daten während der nachfolgenden Verarbeitung ableitbar ist.
Durch automatisches Speichern der Daten ist solch eine Anordnung darin von Vorteil, daß die Daten gesammelt und gespeichert werden können, während die Pumpstation nicht beaufsichtigt wird.
Durch Speicherung der Daten in einem tragbaren Speichergerät wie einer kreditkartengroßen Datenspeicherkarte kann die nachfolgende Verarbeitung zentral an einer von der Pumpe entfernten Stelle durchgeführt werden.
Im Falle elektrischer Pumpen wird die zugeführte Leistung vorzugsweise unter Verwendung eines elektrischen Stromwandlers durchgeführt, und der Ausgangswasserdruck kann durch einen Druckwandler durchgeführt werden, wobei jeder Wandler eine analoge Ausgangsspannung liefert, die zweckmäßigerweise aufeinanderfolgend in ein Frequenzsignal umgewandelt wird. Die Anzahl von Impulsen in den jeweiligen Frequenzsignalen, die in einem bestimmten Zeitintervall auftreten, kann dann gezählt werden, und der Zählwert kann im Datenspeichergerät zur nachfolgenden Verarbeitung gespeichert werden.
In Systemen, die das Pumpen von Wasser von einem Sumpf aus erfordern, wobei die Pumpe automatisch erregt wird, wenn der Wasserpegel einen vorbestimmten Wert erreicht, und wobei die Pumpe abgeschaltet wird, wenn die Pumpe bewirkt hat, daß der Wasserpegel auf einen anderen vorbestimmten Pegel abfällt, kann der Wasserstrom aus dem Ausgangssignal des Stromwandlers durch Erfassen des Zeitintervalls zwischen Erregung und Abschaltung der elektrischen Pumpe bestimmt werden. Da in diesem Falle Wasser kontinuierlich in die Pumpe fließt, ist es notwenigt, diese Eingangsströmungsrate zu bestimmen, wenn die Pumpe abgeschaltet ist, und diesen Wert zu verwenden, um die bestimmte Ausgangsströmungsrate zu korrigieren.
Auf diese Weise wird das gesamte Pumpenprüfverfahren automatisiert und erfordert bei der bevorzugten Ausführungsform nur das Einschieben einer Datenspeicherkarte in ein Aufzeichnungsgerät für die zu speichernde Information. Die Daten können danach an einer entfernten Stelle verarbeitet werden, um den Pumpwirkungsgrad zu bestimmen. Die Größe des Pumpwirkungsgrades könnte z.B. für einen minimalen, maximalen oder mittleren Pumpwirkungsgrad charakteristisch sein, der in einer bestimmten Periode auftritt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Datenschreibers gem. einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Datenlese- und Verarbeitungsgeräts gem. einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nunmehr auf Fig. 1 Bezug nehmend ist eine mit elektrischer Energie betriebene Wasserpumpe 1 durch eine geeignete Rohrleitung an einen Wasser 3 enthaltenden Sumpf 2 angeschlossen. Wasserpegelsensoren 4 und 5 ermitteln, ob der Wasserpegel im Sumpf obere bzw. untere vorbestimmte Pegel erreicht. Das Ausgangssignal der Wasserpegelsensoren 4, 5 wird einem Pumpensteuerkreis 6 zugeführt, der so ausgebildet ist, daß er die Pumpe erregt, wenn das Wasser den oberen Pegel erreicht und die Pumpe abschaltet, wenn der Wasserpegel den unteren Pegel erreicht. Der Pumpensteuerkreis 6 ist so ausgebildet, daß er eine Ausgangsspannung 7 proportional dem der Pumpe 1 zugeführten elektrischen Strom erzeugt. Diese Ausgangsspannung wird einem Spannungs/Frequenz-Wandlerkreis 8 zugeführt. Der Ausgangsdruck der Wasserpumpe 1 wird von einem Druckwandler 9 gemessen, der eine Ausgangsspannung 10 erzeugt, die einem weiteren Spannungs/Frequenz- Wandler 11 zugeführt wird. Die Ausgangssignale der Spannungs/Frequenz-Wandler 8, 11 haben jeweils Frequenzen, die dem der Pumpe zugeführten elektrischen Strom und dem Ausgangsdruck der Pumpe proportional sind.
Diese Ausgangsfrequenzsignale werden über Frequenzteiler (nicht gezeigt) jeweiligen Zählern 12, 13 zugeführt, die von einem Taktsignal eines Taktgebers 14 gesteuert werden, um die Impulse der jeweiligen Eingangsfrequenzssignale zu zählen, die in einer bestimmten Zeit auftreten. Das Taktsignal dient so dazu, die Zähler 12, 13 zu veranlassen, das Zählen der Zählimpulse der jeweiligen Eingangsfrequenzsignale zu starten und zu stoppen. Am Ende jeder vorbestimmten Periode, die typischerweise 15 Sekunden beträgt, werden die Zählgrößen, die von den jeweiligen Zählkreisen 12, 13 erzeugt werden, einem Datenaufzeichnungskreis 15 zugeführt, der so ausgebildet ist, daß er die Zählgrößen auf einer Halbleiter-Datenspeicherkarte 16 speichert, die in einen Schlitz im Datenaufzeichnungsgerät 15 eingeschoben wurde. Die Frequenzwandlerkreise 8, 11 und die zugehörigen Zählkreise 12, 13 bilden somit wirksam jeweilige A/D-Wandler.
Die Datenspeicherkarte hat somit Daten gespeichert, die den elektrischen Strom darstellen, der der Wasserpumpe 1 zugeführt wird, und den Ausgangsdruck der Pumpe für jede einer Reihe von 15 Sekunden-Intervallen. Wenn der Wasserpegel unter dem unteren Pegel ist, wie dies durch den Unterpegelsensor 5 ermittelt wird, wird die Pumpe automatisch abgeschaltet, und der elektrische Strom wird Null. Die auf der Karte gespeicherten Daten umfassen nicht nur Daten für die Zeit, wenn die Pumpe in Betrieb ist, sondern auch für die Perioden zwischen der Erregung der Pumpe. Auf diese Weise kann der Wasserstrom in den Sumpf ermittelt werden.
Um den Pumpwirkungsg rad der Wasserpumpe zu bestimmen, wird die Karte 16 aus dem Datenaufzeichnungsgerät 15 entfernt und in ein gesondertes Datenlesegerät 17 eingeschoben, wie es Fig. 2 zeigt, wobei das Datenlesegerät an einen Mikroprozessor 18 wie einem PC angeschlossen ist. Der Mikroprozessor 18 ist so ausgebildet, daß er die auf der Karte bzgl. des elektrischen Stromes und des Ausgangsdruckes gespeicherten Zähllstände analysiert, um einen Wert des Pumpwirkungsgrades abzuleiten. Der Wasserstrom durch die Pumpe muß bestimmt werden, wie aus der obigen Wirkungsgradgleichung ersichtlich ist. Dieser wird durch Messung der Differenz der Höhe zwischen den beiden Wasserpegelsensoren 4, 5 und durch Kenntnis der mittleren horizontalen Querschnittsfläche des Sumpfes 2 bestimmt, um eine Messung des Wasservolumens zu erhalten, und die Zeit zu messen, die erforderlich ist, um dieses Wasservolumen zu pumpen. Letzteres wird vom Mikroprozessor 18 dadurch bestimmt, daß die Anzahl aufeinanderfolgender Zählwerte bestimmt wird, die von Null verschieden sind und die zwischen Null Zählwerten auftreten, und mit der Zeit multipliziert wird, die jedem Zählwert zugeordnet ist, d.h. 15 Sekunden. Wenn somit z.B. zwei Paare von Nullzählständen, die auf der Datenspeicherkarte 16 gespeichert sind, durch 120 Paare von Nichtnullzählwerten getrennt sind, dann ist die relevante Zeit für das zu pumpende Wasservolumen 120 x 15 Sekunden, also 30 Minuten (1800 Sekunden). Dieser Stromwert wird als Korrektur zu dem Wert des Eingangsstromes addiert, der durch Teilen des gleichen Volumens durch die Zeit erhalten wird, während der die Pumpe abgeschaltet ist.
Obwohl die gezeigte und an den Sumpf 2 und die Pumpe 1 angeschlossene Schaltung zweckmäßigerweise ständig an jeder Pumpstation angeordnet sein kann, wenn der Wirkungsgrad der Pumpe gemessen werden soll, ist es selbstverständlich nicht notwendig, ein gesondertes Datenlesegerät und einen Mikroprozessor an jeder Pumpstation vorzusehen, da die Karten 16 einfach nach einer gewünschten Prüfperiode gesammelt und zu einem einzigen Analysecenter geschickt werden können.
Obwohl bei der obigen Ausführungsform der elektrische Strom erfaßt wird, um die Größe der der Pumpe zugeführten elektrischen Leistung zu erfassen, ist es selbstverständlich möglich, einen Leistungswandler vorzusehen, der direkt eine die elektrische Leistung anzeigende Größe erzeugt. Dabei ist die Kenntnis des Leistungsfaktors und der Spannung nicht notwendig.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Pumpwirkungsgrades einer Wasserpumpe (1), die während eines Zeitintervalls in Abhängigkeit von der Strömungsrate durch die Pumpe (1) mit Energie versorgt wird, wobei das Verfahren darin besteht, daß:

die der Pumpe (1) zugeführte Leistung ermittelt und hierfür charakteristische Leistungsdaten erzeugt werden;

der Wasserdruck am Pumpenauslaß ermittelt und hierfür charakteristische Druckdaten erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Daten in vorbestimmten Intervallen zur nachfolgenden Verarbeitung während des Zeitintervalles, während dem die Leistung zugeführt wird, und eines Zeitintervalls, während dem keine Leistung zugeführt wird, automatisch gespeichert werden, so daß die Strömungsrate und damit der Pumpwirkungsgrad der Pumpe (1) aus dem Datenwert der nachfolgenden Verarbeitung ableitbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende Verarbeitung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende Verarbeitung die Bestimmung der Strömungsrate aus den Leistungsdaten umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungsschritt die Ableitung der Größe des Zeitintervalls aus der Anzahl aufeinanderfolgender Werte der Daten, die dafür charakteristisch sind, wenn die Pumpe (1) erregt wird, umfaßt, und daß dadurch die Strömungsrate durch die Pumpe (1) und damit der Pumpwirkungsgrad bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- bzw. Druckdaten die Leistung und den Wasserdruck während jedes der vorbestimmten Intervalle darstellen.

6. System zur Bestimmung des Pumpwirkungsgrades einer Wasserpumpe (1), die während eines Zeitintervalls in Abhängigkeit von der Strömungsrate durch die Pumpe (1) mit Energie versorgt wird, wobei das System umfaßt:

einen Leistungssensor (6) zur Ermittlung der der Pumpe zugeführten Leistung, und eine Einrichtung (8, 12) zur Erzeugung von hierfür charakteristischen Leistungsdaten;

einen Drucksensor (9) zur Ermittlung des Wasserdrucks am Pumpenauslaß, und eine Einrichtung (11, 13) zur Erzeugung von hierfür charakteristischen Druckdaten, dadurch gekennzeichnet, daß

das System weiterhin aufweist:

ein Aufzeichnungsgerät (14, 15) zum automatischen Aufzeichnen der Daten in vorbestimmten Intervallen in einem Speichergerät (16) zur nachfolgenden Verarbeitung dieser während des Zeitintervalls, während dem Leistung zugeführt wird, und eines Zeitintervalls, während dem keine Leistung zugeführt wird, so daß die Strömungsrate durch die Pumpe (1) und damit der Pumpwirkungsgrad der Pumpe (1) aus den Daten während der nachfolgenden Verarbeitung ableitbar ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) elektrisch mit Energie versorgt wird, und daß der Pumpensensor (6) eine Einrichtung zum Messen des durch die Pumpe (1) fließenden elektrischen Stroms umfaßt.

8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergerät (16) abnehmbar ist.

9. System nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergerät eine Datenspeicherkarte umfaßt.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenspeicherkarte (16) Kreditkartengröße hat.

11. System nach einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- und Druckdatenerzeugungseinrichtungen (8, 12, 11, 13) jeweils A/D- Wandler aufweisen.

12. Nach einem der Ansprüche 6 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- und Drucksensoren (6, 9) so ausgebildet sind, daß sie jeweilige Ausgangsspannungen (7, 10) erzeugen, und die Leistungs- und Druckdatenerzeugungseinrichtungen (8, 10, 12, 11, 13) jeweilige A/D-Wandler (8, 11) umfassen.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- und Druckdatenerzeugungseinrichtungen (8, 12, 11, 13) Zähleinrichtungen (12, 13) zum Zählen der von den A/D-Wandlern (8, 11) erzeugten Impulse umfassen.

14. System nach einem der Ansprüche 6 - 13, gekennzeichnet durch eine Verarbeitungseinrichtung (18) zur Durchführung der nachfolgenden Datenverarbeitung.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsein richtung (18) so ausgebildet ist, daß sie die Daten verarbeitet, um die Größe des Zeitintervalls aus der Anzahl aufeinanderfolgender Werte der Daten abzuleiten, die dafür charakteristisch ist, wenn die Pumpe (1) erregt ist, und dadurch die Strömungsrate durch die Pumpe (1) und damit daraus den Pumpenwirkungsgrad zu bestimmen.

16. System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (18) bzgl. der Pumpe (1) und der Sensoren (6, 9) entfernt angeordnet ist.

17. System nach einem der Ansprüche 14 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (18) so ausgebildet ist, daß sie eine für den minimalen Pumpwirkungsgrad charakteristischen Wert erzeugt, der während einer bestimmten Periode auftritt.

18. System nach einem der Ansprüche 14 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (18) so ausgebildet ist, daß sie einen für den maximalen Pumpwirkungsgrad charakteristischen Wert erzeugt, der während einer bestimmten Periode auftritt.

19. System nach einem der Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (18) so ausgebildet ist, daß sie einen für den mittleren Pumpwirkungsgrad charakteristischen Wert erzeugt, der während einer bestimmten Periode auftritt.

20. System nach einem der Ansprüche 6 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- und Druckdatenerzeugungseinrichtungen (8, 12, 11, 13) so ausgebildet sind, daß sie jeweils die Leistungs- und Druckdaten erzeugen, die jeweils die Leistung und die Wasserdrücke während der vorbestimmten Intervalle darstellen.