[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung,
die aus mehreren funktionell miteinander verknüpften Funktionseinheiten besteht. Solche
Energieumwandlungseinrichtungen im Sinne der Erfindung können beispielsweise elektromotorisch
angetriebene Kreiselpumpenaggregate, elektromotorisch angetriebene Kompressoren, damit
bestückte Anlagen oder dergleichen sein. Sie bestehen aus mehreren funktionell miteinander
verknüpften Funktionseinheiten, wie beispielsweise Elektromotor und Kreiselpumpe oder
Elektromotor und Verdrängerpumpe oder Verbrennungsmotor und elektrischer Generator.
Derartige Energieumwandlungseinrichtungen finden heutzutage in nahezu allen technischen,
aber auch häuslichen Bereichen Anwendung.
[0002] Zwar ist man im Zuge der knapper werdenden Ressourcen stets bemüht, Maschinen, Anlagen
oder sonstige Energieumwandlungseinrichtungen so aufzubauen, dass diese mit möglichst
hohem Wirkungsgrad über lange Zeit arbeiten, doch stellt sich in der Praxis häufig
das Problem, dass die anfänglich hohen Wirkungsgrade nachlassen und die Einrichtung
weiterbetrieben wird, obwohl sie schon lange nicht mehr den gewünschten Wirkungsgrad
aufweist. Dieses Phänomen ist beispielsweise bei Heizungsumwälzpumpen oder bei Kühlschränken
zu beobachten. Ein Austausch erfolgt typischerweise nur dann, wenn ein Defekt offenkundig
ist oder die Einrichtung den bestimmungsgemäßen Dienst vollständig versagt.
[0003] In vielen solcher Fälle wäre es jedoch wirtschaftlich sinnvoll, die Einrichtung vorher
auszutauschen oder zumindest die defekte oder mangelhaft arbeitende Funktionseinheit
zu ersetzen oder instandzusetzen.
[0004] Aus
DE-A-10 2007 009 301 zählt zwar schon ein gattungsgemäßes Verfahren für eine Pumpe zum Stand der Technik,
bei dem der Durchflusswert von einem Regler während des Betriebs der Pumpe anhand
der Drehzahl und anhand von zuvor tabellarisch abgelegten Werten ermittelt und mit
einem Durchflussschwellenwert verglichen wird, allerdings dient die dort beschriebene
Überwachung zur Ermittlung von gefährlichen Betriebszuständen und nicht zur Überwachung
des Wirkungsgrades.
[0005] Aus
EP-A-1 564 411 mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zählt ein vergleichbares Verfahren
zum Stand der Technik, mit dem der ordnungsgemäße Betrieb der Pumpe überwacht wird.
[0006] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung, die aus mehreren funktionell
miteinander verknüpften Funktionseinheiten besteht, zu verbessern, insbesondere dahingehend,
dass nicht nur ein Fehlzustand, sondern auch schon eine Wirkungsgradverschlechterung
erfassbar ist. Weiterhin sollen entsprechende Energieumwandlungseinrichtungen zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet werden.
[0007] Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst. Aggregate sowie eine Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind in den Ansprüchen 8 bis 13 angegeben, vorteilhafte Ausgestaltungen
in den Unteransprüchen.
[0008] Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung
mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vor. Dabei wird vorteilhaft gemäß der
Erfindung nicht nur eine, sondern es werden zweckmäßigerweise sämtliche den Wirkungsgrad
der Einrichtung wesentlich bestimmende Funktionseinheiten in der vorbeschriebenen
Weise überwacht. Durch die Überwachung des Leistungsverhaltens und entsprechende Signalverarbeitung
kann eine Energieumwandlungseinrichtung, also insbesondere ein Aggregat, eine Maschine
oder eine Anlage selbstlernend seine individuellen Leistungseigenschaften, das daraus
resultierende Betriebsverhalten, die Lebenserwartung und dergleichen ermitteln und
anzeigen.
[0009] Leistungsabhängige Größen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche, welche
in irgendeinem Zusammenhang mit der Leistungscharakteristik einer Funktionseinheit
stehen. So kann beispielsweise bei diskontinuierlich arbeitenden Aggregaten, wie beispielsweise
dem Kompressor eines Kühlschrankes, auch der zeitliche Verlauf der Ein- und Ausschaltvorgänge
eine leistungsabhängige Größe im Sinne der vorliegenden Erfindung sein.
[0010] Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren arbeitende Einrichtungen sind in den weiteren Ansprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung und Zeichnung angegeben.
[0011] Vergleichsweise einfach kann die erfindungsgemäße Wirkungsgradüberwachung der Einrichtung
oder zumindest einzelner Funktionseinheiten der Einrichtung erfolgen, wenn die Funktionseinheiten
stets im gleichen Betriebspunkt laufen, da dann typischerweise ein Messwert ausreicht,
um die bestimmungsgemäße oder abgefallene Leistung/Wirkungsgrad der jeweiligen Einheit
zu bestimmen. Komplizierter ist dies jedoch, wenn eine Energieumwandlungseinrichtung
wie beispielsweise eine Heizungsumwälzpumpe zu überwachen ist. Derartige Aggregate
bestehen typischerweise aus den Funktionseinheiten Motor und Kreiselpumpe, wobei die
Kreiselpumpe typischerweise ständig ihren Betriebspunkt ändert, da sich der Rohrnetzwiderstand
der Heizungsanlage aufgrund äußerer Einflüsse ändert. Um hier vergleichbare leistungsabhängige
Größen zu haben, ist es zwecksmäßig, die sich anhand eines elektrisch-mechanischen
Motormodells sowie die sich aufgrund eines mechanisch-hydraulischen Pumpenmodells
ergebenden Größen an der Schnittstelle zwischen Motor und Pumpe anzuwenden, um auf
diese Weise den Leistungsstand des Pumpenaggregats zu ermitteln. Die Ermittlung kann
dadurch erfolgen, dass zwei hydraulische Größen der Pumpe, typischerweise die Fördermenge
und die Förderhöhe ermittelt werden und über eine entsprechende Modellrechnung mit
der vom Motor abgegebenen mechanischen Leistung gleichgesetzt werden.
[0012] Erfindungsgemäß werden bei derartigen Einrichtungen, bei denen die Betriebspunkte
ständig wechseln und somit davon auszugehen ist, dass bei zeitlich mit Abstand erfolgenden
Messungen aller Voraussicht nach nicht derselbe Betriebspunkt wieder erreicht wird,
in zeitlich kurzem Abstand mehrere Messungen durchgeführt und anhand der so ermittelten
Betriebspunkte leistungsabhängige, mehrdimensionale Flächenverläufe an den Schnittstellen
der Funktionseinheiten zueinander ermittelt und mit zuvor ermittelten verglichen.
Dabei werden diese rechnerischen ermittelten Flächen vorteilhaft unter Verwendung
eines Kalman-Filters angenähert, so dass schon mit vergleichsweise wenigen Messungen
die jeweilige leistungsbestimmende Fläche hinreichend genau bestimmt werden kann.
Es kann dann der Abstand solcher in längerem zeitlichen Abstand ermittelten Flächen
in einem bestimmten Betriebspunkt oder das zwischen den Flächen aufgespannte Volumen
als Maß für die Wirkungsgradänderung, typischerweise den Wirkungsgradabfall herangezogen
werden.
[0013] Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren während des normalen Betriebs der
Einrichtung, also bei einem Pumpenaggregat während des bestimmungsgemäßen Förderbetriebs
durchgeführt, wobei der zeitliche Abstand zum Erfassen der quasi zeitgleichen Betriebspunkte
zur Bestimmung des Flächenverlaufs im Bereich von beispielsweise Minuten liegen kann,
wohingegen das Zeitintervall, nach dem eine Vergleichsmessung durchgeführt wird, im
Tages-, Wochen- oder Monatsbereich liegen kann, je nach Gerätetyp. Vergleichsweise
lange Intervalle werden sich z. B. bei Heizungsumwälzpumpen ergeben, wohingegen kurze
Intervalle bei Kompressoren, insbesondere für Kühlanlagen zweckmäßig sein können,
da mit einem solchen Überwachungsverfahren nicht nur eine Wirkungsgradverschlechterung,
sondern auch ein möglicherweise zu erwartender Ausfall der Einrichtung detektiert
werden kann.
[0014] Der zeitliche Abstand, in welchem die zum Vergleich anstehenden leistungsabhängigen
Größen ermittelt werden, hängt also sowohl vom Maschinentyp, als auch vom Einsatzzweck
ab. Der Vergleich erfolgt jedoch zweckmäßigerweise unter Zugrundelegung der zuvor
erfassten Größen oder vorgegebener Werte, wobei letzteres Verfahren den Vorteil hat,
dass damit auch bereits eine Schlechtfunktion bei Inbetriebnahme detektierbar ist.
[0015] Mit deutlich geringerem messtechnischen und rechnerischen Aufwand kann das erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt werden, wenn zunächst eine die Leistungsaufnahme des Motors
bestimmende elektrische Größe des Motors und mindestens eine den hydraulischen Betriebspunkt
der Pumpe bestimmende Größe erfasst und gespeichert werden und für die spätere Vergleichsmessung
so lange gewartet wird, bis der zuvor erfasste hydraulische Betriebspunkt erneut erreicht
ist und dann die Leistungsaufnahme des Motors bestimmende Größen des Motors erfasst
und mit den zunächst gespeicherten verglichen werden. Dann kann ein direkter Vergleich
erfolgen, ohne dass Betriebspunktabweichungen und damit die vorgenannten Flächenverläufe
ermittelt werden müssen.
[0016] Es können die später zur Vergleichsmessung erfassten Größen in einem beliebigen Betriebspunkt
der Anlage erfasst werden, wenn die erfassten Größen unter Zugrundelegung eines mathematischen,
elektrischen Motormodells und/oder eines mathematischhydraulischen Pumpenmodells transferiert,
d.h. auf betriebspunktunabhängige Größen umgerechnet werden und dann mit den gespeicherten
Größen verglichen werden oder umgekehrt, so dass auch unabhängig vom Betriebspunkt
ein Vergleich der leistungsbestimmenden Größen möglich ist.
[0017] Vorteilhaft wird gemäß der Erfindung das Verfahren erst nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeit angewendet, wobei diese vorbestimmte Zeit mindestens der Einfahrzeit des Aggregats,
insbesondere des Pumpenaggregats entspricht. Dies ist sinnvoll, damit sich die mechanischen
Teile des Aggregats einstellen, etwaige Einfahrwiderstände in den Lagern überwunden
werden und dann nach der Einfahrzeit ein zunächst quasi stationärer Betriebszustand
erreicht werden kann, der eine Basis für die normalen leistungsbestimmenden Eigenschaften
des Gerätes bildet, so dass nur Abweichungen von diesem Zustand später detektiert
werden.
[0018] Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn nach Ablauf der vorbestimmten Zeit, also
typischerweise der Einfahrzeit selbsttätig mindestens ein Betriebsprofil erfasst und
der zu erwartende Energieverbrauch unter Berücksichtigung der ggf. ermittelten Wirkungsgradänderung
bestimmt und durch geeignete Mittel angezeigt wird. Mit diesem Verfahren ist es möglich,
nach der Einfahrzeit selbsttätig zu ermitteln, ob das Aggregat die hinsichtlich Leistung/Wirkungsgrad
angegebenen Werte erfüllt bzw. welcher darüber hinausgehende veränderte Energieverbrauch
aufgrund einer Wirkungsgradverschlechterung zu erwarten sein wird.
[0019] Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es für eine Vergleichsmessung nicht erforderlich,
denselben Betriebspunkt anzufahren. Es wird vielmehr anhand mehrerer Betriebspunkte
ein von der Leistung einer Funktionseinheit abhängiger, mehrdimensionaler Modellcharakter
aufweisender Flächenverlauf ermittelt und gespeichert und in zeitlichen Abständen
erneut ein solcher Flächenverlauf ermittelt und gespeichert und mit dem oder einem
zuvor ermittelten verglichen, wobei dann der Abstand der Flächenverläufe in einem
vorbestimmten Betriebspunkt oder Betriebsbereich oder das zwischen den Flächenverläufen
aufgespannte Volumen als Maß für die Wirkungsgradänderung herangezogen werden. Eine
solche Auswertung ist besonders vorteilhaft, da sie während des kontinuierlichen Betriebs
ohne jeglichen Eingriff in das Betriebsverhalten der Maschine erfolgen kann. Ein solches
Verfahren ist insbesondere bei Kreiselpumpenaggregaten, wie sie beispielsweise als
Heizungsumwälzpumpen eingesetzt werden, von Vorteil, die üblicherweise auf sich ständig
ändernden Betriebspunkten laufen. Zur Ermittlung des Flächenverlaufs anhand der Betriebspunkte
wird vorteilhaft ein Kalman-Filter verwendet. Dieses Iterationsverfahren erlaubt es,
mit nur einer vergleichsweise kleinen Anzahl von gemessenen Betriebspunkten den Flächenverlauf
hinreichend genau zu bestimmen, um die hier in Rede stehenden Abweichungen zu detektieren
und quantitativ bestimmen zu können.
[0020] Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell bei beliebigen Energieumwandlungseinrichtungen,
die aus mehreren funktionell miteinander verknüpften Funktionseinheiten bestehen,
zur Überwachung eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz bei Kreiselpumpenaggregaten,
bei Kompressoren, bei Heizungsanlagen, bei Kühlschränken, Gefriertruhen und dergleichen,
die typischerweise über Jahre und Jahrzehnte betrieben werden, ohne dass eine Wirkungsgradverschlechterung
auffallen würde oder sich ein Ausfall ankündigt. So ist das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren
sowohl geeignet, einen Schlechtlauf, also eine Wirkungsgradverschlechterung zu detektieren
und anzuzeigen, der einen vorzeitigen Austausch des Aggregats oder zumindest einer
Funktionseinheit des Aggregats wirtschaftlich sinnvoll erscheinen lässt, als auch,
wie dies beispielsweise bei Gefriertruhen oder Gefrierschränken von besonderem Vorteil
ist, den zu erwartenden Ausfall des Aggregates anzeigen zu können, um rechtzeitig
für Ersatz zu sorgen. Auch bei größeren Maschinen, deren Stillstand wirtschaftliche
Konsequenzen nach sich zieht, kann das erfindungsgemäße Verfahren wirksam eingesetzt
werden, um einen bevorstehenden Ausfall rechtzeitig vorher anzuzeigen. Es versteht
sich, dass dann zweckmäßigerweise entsprechende Kennwerte vorgegeben werden, welche
im Laborversuch zuvor ermittelt wurden, so dass anhand der Wirkungsgradänderung bzw.
des Leistungsänderungsveriaufs der Maschine die Ausfallzeit zumindest grob bestimmt
werden kann.
[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft in Form eines Softwareprogramms in
die bei modernen Aggregaten ohnehin vorhandene digitale Steuer- und Regelelektronik
implementiert werden. Bei Pumpenaggregaten und Kompressoren kann eine solche Steuer-
und Regelelektronik sowohl im Aggregat selbst als auch in dem Klemmen- oder Anschlusskasten
des Aggregats vorgesehen sein.
[0022] Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Kreiselpumpenaggregat mit
einem elektrischen Motor und einer davon angetriebenen Kreiselpumpe in einer dort
vorgesehenen Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik von mindestens
einer Funktionseinheit des Aggregats angewandt. Auch bei einem Kompressoraggregat
mit einem elektrischen Motor und einer davon angetriebenen Verdrängerpumpe kann eine
solche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Einrichtung zur Überwachung
der Leistungscharakteristik, insbesondere zur Wirkungsgraderfassung und -überwachung
vorgesehen sein. Vorteilhaft kann ein Kühlaggregat mit einem elektrischen Motor, mit
einer davon angetriebenen Verdrängerpumpe, mit einem Verdampfer und mit einem Kondensator
mit einer Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik versehen sein, die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, wobei die Überwachung der Leistungscharakteristik
sich nicht nur auf Motor und Verdrängerpumpe beschränkt, sondern vorteilhaft Verdampfer
und Kondensator mitumfasst.
[0023] Insbesondere bei Kühlschränken ist eine Verminderung des Wirkungsgrades dadurch zu
ermitteln, dass die Laufzeit des Kompressors nach der Installation der Einrichtung
überwacht wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Laufzeit innerhalb
von 24 Stunden ermittelt wird und dann später, beispielsweise nach sechs Monaten mit
der sich dann ergebenden Laufzeit innerhalb von 24 Stunden verglichen wird. Es ist
in einfachster Form davon auszugehen, dass aufgrund von gleichbleibenden Umgebungsverhältnissen
und Benutzerverhalten eine zunehmende Einschaltdauer durch eine Wirkungsgradverschlechterung
der Anlage bedingt ist. Genauere Rückschlüsse lassen sich durch eine Analyse des zeitlichen
Verlaufs der Kompressorlaufzeit ermitteln.
[0024] In analoger Weise kann bei einer Heizanlage eine Einrichtung zur Überwachung der
Leistungscharakteristik vom Brenner und mindestens einem von diesem beheizbaren Wasserkreislauf
vorgesehen sein, um auf diese Weise beispielsweise Verbrennungsrückstände am Primärwärmetauscher
und damit einhergehende Wirkungsgradverschlechterungen erfassen zu können. Hier kann
durch Anbringung einer entsprechenden Signallampe somit auch ein Hinweis auf den erforderlichen
Reinigungsservice gegeben werden, der damit bedarfsabhängig bestimmt werden kann.
[0025] Zweckmäßigerweise ist die Einrichtung so ausgebildet, dass sie selbsttätig nach einer
vorbestimmten Zeit nach Inbetriebnahme des Aggregats bzw. der Anlage mit der Erfassung
und Speicherung der zur Überwachung der Leistungscharakteristik, insbesondere zur
Wirkungsgradermittlung und -überwachung relevanten Größen beginnt und in angemessenen
zeitlichen Abständen diese Größen erneut erfasst und mit den vorgespeicherten und/oder
den ursprünglich gespeicherten Größen vergleicht und eine ggf. unzulässig hohe Abweichung
anzeigt. Die Einrichtung weist daher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft
einen Messwertspeicher auf, in dem zumindest die zu Beginn der Messung erfassten Größen
oder davon abgeleitete Größen abgespeichert sind.
[0026] Zweckmäßigerweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Maschine nach Möglichkeit
in ihrer Gesamtheit überwacht. Es kann jedoch auch ausreichend sein, nur eine Funktionseinheit
der Maschine zu überwachen. Dies wird insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Maschine
eine Funktionseinheit aufweist, die typischerweise deutlich vor allen anderen Funktionseinheiten
durch Verschleiß oder auch anderweitig ausfällt.
[0027] Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere oder bevorzugt sämtliche Funktionseinheiten
einer Energieumwandlungseinrichtung, also einer Maschine, eines Aggregats oder einer
Anlage erfasst werden, um im Falle einer Wirkungsgradverschlechterung diese dann gezielt
einer oder mehreren Funktionseinheiten zuordnen zu können, um dann gezielt nur diese
Funktionseinheit oder Funktionseinheiten instandzusetzen oder auszutauschen. Dies
wird insbesondere bei größeren Maschinen wirtschaftlich sinnvoll sein.
[0028] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- anhand eines Schaubilds das grundlegende Prinzip eines mit Leistungsflächen arbeitenden
erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens,
- Fig. 2 a
- das Überwachungsverfahren nach Fig. 1, dargestellt anhand eines Kreiselpumpenaggregates,
- Fig. 2 b
- ein alternatives Überwachungsverfahren für eine Kreiselpumpe,
- Fig. 2 c
- eine weitere Variante eines Überwachungsverfahrens für eine Kreiselpumpe,
- Fig. 3
- ein Überwachungsverfahren, dargestellt anhand eines Kompressors,
- Fig. 4
- ein Überwachungsverfahren, dargestellt anhand eines Kühlgeräts und
- Fig. 5
- ein Überwachungsverfahren, dargestellt anhand einer Heizungsanlage.
[0029] In Fig. 1 ist eine Energieumwandlungseinrichtung bestehend aus den Funktionseinheiten
1 und 2 beispielhaft für eine Vielzahl von Maschinen, Anlagen und Aggregaten dargestellt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Funktionseinheiten 1 und 2 unabhängig
voneinander überwacht. Dabei wird zunächst einmal die von der Funktionseinheit 1 aufgenommene
Leistung P
1 in Abhängigkeit von einer oder mehreren Variablen
x1 erfasst und abgespeichert, wie in Fig. 1 mit 3 dargestellt. Die Variablen
x1 sind durch
u1 und
y1 gebildet, so dass die in 3 dargestellte Fläche der Energiebilanz der Funktionseinheit
1 am Eingang entspricht. Entsprechend stellt sich am Ausgang eine Leistung P
2 ein, die wiederum abhängig von den Variablen
x1 ist. Diese Fläche ist in 4 dargestellt. Die Funktionseinheiten 1 und 2 sind funktionell,
z. B. über eine Welle, miteinander verbunden, weshalb die Darstellung 4 der Darstellung
5 entspricht, welche die Leistung P
2 hier in Abhängigkeit von
x2 entsprechend der Energiebilanz am Eingang der Funktionseinheit 2 definiert und zwar
im Abhängigkeit der Variablen
u2 und
y2. Am Ausgang der Funktionseinheit 2 stellt sich eine Leistung P
3 ein, wie sie in 6 dargestellt ist und die abhängig von
x2 ist.
[0030] Die in den Darstellungen 3 bis 6 durch Schraffur gekennzeichnete Flächen werden zu
Beginn des Verfahrens ermittelt. Dies kann fabrikmäßig erfolgen oder aber auch erst
nach einiger gewissen Zeit im Betrieb. Dies kann als Initialisierungsvorgang erfolgen
oder auch während des Betriebs. In jedem Fall erfolgt es zu einem Zeitpunkt t
1, der, wenn mehrere Betriebspunkte zu erfassen sind, auch einen Zeitbereich darstellen
kann. Zu einem Zeitpunkt t
2 wird dann in gleicher Weise eine Energiebilanz am Eingang der Funktionseinheit 1,
am Ausgang der Funktionseinheit 1, am Eingang der Funktionseinheit 2 und am Ausgang
der Funktionseinheit 2 erstellt. Die entsprechenden Darstellungen sind mit 3', 4',
5' und 6' gekennzeichnet. Durch Vergleich dieser zum Zeitpunkt t
2, der ebenfalls ein Zeitbereich sein kann, ermittelten Größen bzw. Flächen mit den
zum Zeitpunkt t
1 ermittelten und gespeicherten Größen bzw. Flächen können Wirkungsgradabsenkungen
einzelner Funktionseinheiten 1, 2 erfasst werden wobei der Abstand der schraffierten
Flächen in 3 und 3' bzw. 4 und 4' bzw. 5 und 5' bzw. 6 und 6' in einem vorbestimmten
Betriebspunkt ermittelt oder das zwischen diesen Flächen aufgespannte Volumen ermittelt
wird und beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes ein Signal erzeugt wird, welches
dem Benutzer kenntlich macht, dass in der Maschine eine Wirkungsgradverschlechterung
stattgefunden hat, welche einen Austausch oder eine Reparatur oder einen alsbaldigen
Austausch oder eine alsbaldige Reparatur zweckmäßig erscheinen lassen. Hier können
durch Abstufung der Werte unterschiedliche Signale erzeugt werden, beispielsweise
ein erstes Warnsignal, welches auf einen über einen gewissen Wert verminderten Wirkungsgrad
hinweist und ein zweites Warnsignal, das auf eine solche Verminderung des Wirkungsgrades
hinweist, die einen Austausch oder eine Reparatur erfordert. Da die Funktionseinheiten
1 und 2 gesondert voneinander überwacht werden, kann weiterhin festgestellt werden,
welche der Funktionseinheiten für die Wirkungsgradverminderung ganz oder teilweise
verantwortlich ist.
[0031] Wie dies bei einer konkreten Anwendung aussehen kann, ist beispielsweise anhand von
Fig. 2a, b und c dargestellt. Dargestellt ist dort eine Einrichtung bestehend aus
einem Elektromotor 1a und einer Pumpe 2a, die einen Verbraucher 7 speist. Die vom
Motor 1a aufgenommene elektrische Leistung ist mit P
1 angegeben. Der Motor wandelt die elektrische Leistung in ein Drehmoment T
e bei einer Drehzahl
ωr. Diese am Ausgang des Motors 1a anstehende mechanische Leistung P
2 stellt zugleich die am Eingang der Pumpe 2a anstehende mechanische Leistung P
2 dar, die innerhalb der Pumpe in eine hydraulische Leistung P
3 umgewandelt wird, die durch die von der Pumpe zwischen Saug- und Druckseite erzeugte
Druckdifferenz
Δp und den Volumenstrom durch die Pumpe q bestimmt ist. Um die anhand von Fig. 2a aus
Motor 1a und Pumpe 2a bestehende Einrichtung vollständig zu überwachen ist es zweckmäßig,
an den jeweiligen Schnittstellen Flächen zu bestimmen, welche die Leistung der jeweiligen
Funktionseinheit in jedem möglichen Betriebspunkt umfasst, und zwar jeweils am Eingang
und am Ausgang derselben.
Der formelmäßige Zusammenhang stellt sich dabei wie folgt dar:
Variable:
- q ∼ Volumenstrom durch die Pumpe [m3/h]
- Δp ∼ von der Pumpe aufgebauter Differenzdruck [bar]
- ωr ∼ Geschwindigkeit der die Pumpe antreibenden Welle [U/sec]
- Te ∼ Drehmoment der Welle [Nm]
- V ∼ Versorgungsspannung [V]
- I ∼ Versorgungsstrom [A]
- φ ∼ Winkel zwischen der Versorgungsspannung V und dem Motorstrom I [U]
- ωe ∼ Versorgungsfrequenz [U/sec]
- P1 ∼ dem Motor zugeführte elektrische Leistung [W]
- P2 ∼ mechanische Leistung an der Motorwelle [W]. Die Leistung P2 ist proportional zum Schlupf s des Motors. Dies ist P2 ∞ s.
- P3 ∼ hydraulische Leistung der Pumpe [W]
- ηm ∼ Motorwirkungsgrad
- ηp ∼ Pumpenwirkungsgrad
[0033] Die mathematische Beschreibung der die Leistung des Motors in allen Betriebspunkten
definierenden Fläche gemäß Darstellung 8 ergibt sich somit aus folgender Gleichung:
(Gleichung 8)
wobei vorausgesetzt wird, dass die Versorgungsspannung durch den
[0034] Vektor
gegeben ist.
Rs (Statorwiderstand),
Lls (induktive Verluste des Stators),
Lm (magnetische Induktion),
Llr (induktive Verluste des Rotors),
Rr (Rotorwiderstand) und
sind die Konstanten des Motors.
[0035] Die Leistung am Eingang der Pumpe 2a gemäß Darstellung 9 kann bekanntermaßen durch
die Pumpengleichung
beschrieben werden, in welcher die Konstanten
aT2, aT1, aT0 und
B Pumpenkonstanten sind.
[0036] Die am Ausgang der Pumpe 2a anstehende Leistung gemäß Darstellung 10 kann durch folgende
Gleichung beschrieben werden:
[0037] In dieser Gleichung lauten die Konstanten
ap2, ap1, ap0 und
poffset.
[0038] Die anhand der Darstellungen 8, 9 und 10 in Fig. 2a dargestellten dreidimensionalen
Flächen, welche jeweils die Leistung an den Schnittstellen vor, zwischen und hinter
den Funktionseinheiten 1 a und 2a beschreiben, werden zu einem Zeitpunkt t
1 erfasst und gespeichert. Die Erfassung erfolgt typischerweise während des normalen
Betriebs während einer kurzen Zeitspanne, die bezogen auf das Überwachungsintervall
(Zeit von T
1 bis t
2) vernachlässigbar klein ist, wonach dann nach einer längeren Zeitspanne, nämlich
zum Zeitpunkt t
2 dieser Vorgang wiederholt wird, sodass sich die Flächen gemäß den Darstellungen 8',
9' und 10' ergeben. Dabei werden die Flächen 8 und 8' sowie 9 und 9' und schließlich
10 und 10' zum Zeitpunkt t
1 und t
2 miteinander verglichen. Wenn die Flächen übereinstimmen, arbeitet das Aggregat unverändert.
Wenn hingegen zwei dieser Flächen in einem Betriebspunkt voneinander beabstandet sind,
dann hat sich eine der Funktionseinheiten in ihrer Leistungscharakteristik geändert,
typischerweise verschlechtert. Wenn also beispielsweise ein Abstand zwischen den Flächen
gemäß Darstellung 10 und 10' und im Übrigen übereinstimmende Flächen festgestellt
werden, dann ist davon auszugehen, dass zwar der Motor 1a mit unvermindertem Wirkungsgrad
arbeitet, dass jedoch innerhalb der Pumpe 2a ein den Wirkungsgrad verändernder Vorgang
stattgefunden hat. Umgekehrt kann bei einer Veränderung der Flächen gemäß den Darstellungen
9 und 9' auf gleichbleibende Pumpenleistungscharakteristik jedoch veränderten Motorwirkungsgrad
geschlossen werden.
[0039] Bei der Überwachung wie sie anhand von Fig. 2a dargestellt wird, erfolgt eine Leistungsüberwachung
vor und hinter jeder Funktionseinheit 1 a, 2a. Dies kann je nach Anwendung jedoch
entbehrlich sein. Auch müssen nicht zwingend die die Eingangs- oder Ausgangsleistung
repräsentierenden mehrdimensionalen und Modelcharakter aufweisenden Flächenverläufe
ermittelt werden, wie sie durch die Gleichungen 8, 9 und 10 definiert sind, sondern
es kann, wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b verdeutlicht, z.B. an Stelle der
Leistung P
3 gemäß Darstellung 10 in Fig. 2a alternativ die hydraulische Leistungscharakteristik
ermittelt werden, also der von der Pumpe 2a aufgebrachte Differenzdruck in Abhängigkeit
von der Antriebsdrehzahl ω
r und der Durchflussmenge q. Der zum Zeitpunkt t
1 erfasst und gespeichert wird. Die in Darstellung 10a aufgeführte mehrdimensionale
Fläche sowie die zum Zeitpunkt t
2 in Darstellung 10a' aufgeführte Fläche ist jeweils durch die Gleichung definiert.
[0040] Anhand von Fig. 2c ist eine weitere Möglichkeit der Überwachung eines solchen Pumpenaggregates
bestehend aus den Funktionseinheiten 1a und 2a dargestellt. Wie die Darstellung 11
verdeutlicht, ist dort die Leistung P
1 in Abhängigkeit von ω
e und Q gemäß Darstellung 8a erfasst und wird mit der entsprechenden Leistung gemäß
Darstellung 8a' im zeitlichen Abstand zwischen t
1 und t
2 verglichen. Auch die Leistung P
2 wird dort in Abhängigkeit von Δ
p und ω
r bestimmt, wie die Darstellung gemäß 9a bzw. 9a' verdeutlicht. Schließlich wird bei
dem anhand von Fig. 2c dargestellten Überwachungskonzept der Wirkungsgrad des Motors
η
m sowie der Wirkungsgrad der Pumpe η
p direkt überwacht, wie die Darstellungen 11a und 11b bzw. 11a' und 11b' verdeutlichen.
Diese Unterschiede sollen lediglich verdeutlichen, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten
der Überwachung der Leistungscharakteristik der gesamten Einrichtung aber auch der
Funktionseinheiten davon gibt, wie dies vorstehend anhand des aus den Funktionseinheiten
Motor 1a und Pumpe 2a bestehenden Kreiselpumpenaggregats verdeutlicht worden ist.
[0041] Der Wirkungsgrad des Motors
ηm ist der Quotient aus P
2 und P
1 und ist abhängig von
ωe (der Versorgungsfrequenz) und
s, dem Schlupf des Motors. Der Motorwirkungsgrad ist in Fig. 2c in der Darstellung
11 a durch die Fläche im Diagramm in jedem Betriebspunkt dargestellt. In der Darstellung
9a ist die Leistung P
2 in Abhängigkeit von
Δp und
ωr gezeigt. Daraus ergibt sich der Wirkungsgrad der Pumpe
ηp in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl (
ωr) und der Fördermenge
q, wie die in 11 b dargestellte Fläche verdeutlicht. In 8a ist die Leistung P
1 des Motors 1 a in Abhängigkeit der Versorgungsfrequenz und der Durchflussmenge der
Pumpe ebenfalls in Form einer Fläche dargestellt. Analog zu Fig. 1 sind die anhand
der Flächen 8a, 9a, 11a und 11 b dargestellten Leistungen bzw. Wirkungsgrade zum Zeitpunkt
t
1 ermittelt und abgespeichert worden, wohingegen zum Zeitpunkt t
2 entsprechende Vergleichsflächen ermittelt worden sind, wobei als Maß für die Wirkungsgradveränderung
der Abstand der Flächen in den Darstellungen 11a und 11 a' sowie 11 b und 11b' herangezogen
werden. Wenn beispielsweise der Wirkungsgrad der Pumpe 2a im Laufe der Zeit t
1 bis t
2 aufgrund eines Lagerschadens nachlässt, so werden die Flächen in den Darstellungen
11a und 11 a' ineinander liegen, wohingegen die Flächen in den Darstellungen 11b und
11b' einen deutlichen Abstand voneinander aufweisen werden, bezogen auf einen Betriebspunkt.
Anstelle dieses Abstands kann auch ein Volumen definiert werden.
[0042] Anhand von Fig. 3 ist beispielhaft dargestellt, wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Kompressor überwacht werden kann. Der Kompressor-weist eine Funktionseinheit 1
b in Form eines Motors und eine davon angetriebene Funktionseinheit 2b in Form einer
Verdrängerpumpe auf, welche einen Verbraucher 7b speist. Auch hier werden zu einem
Zeitpunkt t
1 eine die Motorleistung repräsentierende Fläche gemäß Darstellung 12 sowie eine die
Pumpenleistung repräsentierende Fläche gemäß Darstellung 13 ermittelt und gespeichert
und in zeitlichem Abstand, beispielsweise zum Zeitpunkt t
2, entsprechend den Darstellungen 12' und 13' anhand aktueller Werte zum Zeitpunkt
t
2 ermittelt und mit den gespeicherten vergleichen, wobei auch hier der Abstand der
Flächen gemäß den Darstellungen 12 und 12' bzw. 13 und 13' und das dazwischen aufgespannte
Volumen als Maß für die Wirkungsgradverschlechterung herangezogen wird. Die rechnerischen
Zusammenhänge ergeben sich wie folgt:
- pin ∼ Eingangsdruck am Kompressor [bar]
- pout ∼ Ausgangsdruck am Kompressor [bar]
- Tin ∼ Eingangstemperatur am Kompressor [°K]
- Tout ∼ Ausgangstemperatur am Kompressor [°K]
- ωr ∼ Drehzahl der den Kompressor antreibenden Welle [U/sec]
- P1 ∼ vom Motor aufgenommene elektrische Leistung [W]
- P2 ∼ Leistung an der Antriebswelle [W]. Die Leistung P2 ist proportional zum Schlupf des Motors s. Dies ist P2 ∞ s.
[0043] Weiterhin gelten die folgenden mathematischen Beziehungen:
[0044] Bei einem adiabaten Kompressionszyklus ergibt sich somit die Leistung P
2 wie folgt:
wobei
k =
ΔV/
(2π) ist.
[0045] Für den Fall, dass im Kompressorkreislauf kein adiabater Prozess abläuft, kann die
Leistung wie folgt angegeben werden:
wobei
k =
ΔV n/(n-1) /(
2π), wobei
n eine Konstante ungleich 1 ist, die den Wärmefluss während der Kompression beschreibt.
Wenn der Prozess unter konstanter Temperatur abläuft, kann somit
n ebenfalls als konstant angenommen werden. Der Ausdruck
n/(
n-1) ergibt sich aus folgender Gleichung:
[0046] Das bedeutet, dass dieser Ausdruck anhand der Temperaturen
Tin und
Tout sowie der Drücke
Pout und
Pin wie folgt ermittelt werden kann:
[0047] Die Motorleistung P
1 kann in analoger Weise wie oben durch die Gleichung (8) angeben überwacht werden.
[0048] Anhand von Fig. 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Kühlschrank dargestellt
bestehend aus einem Motor 1c, einer Verdrängerpumpe 2c, deren Ausgang einen Verdampfer
3c beaufschlagt, der über eine Drossel 4c mit einem Kondensator 5c verbunden ist,
dessen Ausgang mit dem Eingang der Pumpe 2c leitungsverbunden ist. Der Kühlraum ist
mit 7c gekennzeichnet.
[0049] In diesem System ergeben sich folgende Variablen:
- Ti ∼ Temperatur am Austritt des Verdampfers 3c
- Th ∼ Temperatur am Eintritt des Kondensators 5c
- Tbox ∼ Temperatur im Kühlraum 7c
- Tamb ∼ Umgebungstemperatur
- Q1 ∼ Kühlleistung
- Q2 ∼ an die Umgebung abgegebene Leistung
- W ∼ von der Pumpe 2c abgegebene Leistung
- ωr ∼ Geschwindigkeit der Motorwelle [U/sec]
- Te ∼ Drehmoment [Nm]
- P2 ∼ vom Motor abgegebene mechanische Leistung
[0050] Diese stehen in folgendem mathematischen Zusammenhang:
[0051] Die die Leistung des Motors 1c beschreibende Fläche gemäß Darstellung 14 entspricht
der gemäß Darstellung 12 in Fig. 3 bzw. Darstellung 8 in Fig. 2a Für die die Leistung
P
2 und P
3 definierenden Flächen ergeben sich folgende Zusammenhänge:
[0052] Die Gleichung 15 beschreibt dabei die Leistung P
2 am Eingang des Kompressors wohingegen die Gleichung 17 die Leistung am Ausgang des
Kompressors beschreibt. Wie insbesondere die Darstellung 17 verdeutlicht, können die
hier zur Ermittlung der Leistung an den Schnittstellen der Funktionseinheiten zu ermittelnden
Flächen zwei- oder mehrdimensional sein. Die Fläche gemäß Darstellung 17 ist zweidimensional,
also eine Linie. Die übrigen hier dargestellten Flächen sind sämtlichst dreidimensional.
Es versteht sich, dass diese Flächen ggf. auch mehr als dreidimensional sein können,
je nach Art der zu überwachenden Maschine und der dahinter stehenden mathematisch
physikalischen Zusammenhänge.
[0053] Auch hier erfolgt die Überwachung in analoger Weise, indem die die Leistung an den
Schnittstellen der Funktionseinheiten angebenden Flächen gemäß Darstellungen 14, 15
und 17 zum Zeitpunkt t
1 sowie nach zeitlichem Abstand zum Zeitpunkt t
2 ermittelt werden (es ergeben sich dann die Flächen gemäß den Darstellungen 14' 15'
und 17'), um dann durch Ermittlung des Abstandes der Flächen bzw. das dazwischen aufgespannte
Volumen zu ermitteln, welche der Funktionseinheiten 1 c, 2c, um welches Maß in ihrem
Wirkungsgrad abgefallen sind.
[0054] Schließlich ist anhand von Fig. 5 dargestellt, wie das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren
am Primärkreislauf einer Heizungsanlage anwendbar ist. Die Heizungsanlage weist einen
Brenner 20 auf, der in einem Brennraum 21 Wasser in einer Leitung 22 erwärmt. Das
vom Brenner 20 erwärmte Wasser wird im Primärkreislauf der Heizungsanlage geführt
und gelangt nach Abfuhr seiner Wärme in einen Wärmetauscher 23, in welchem das aus
dem Brennraum 21 austretende Abgas seine Wärme an das Wasser abgibt. Das Abgas tritt
über den Ausgang 24 ins Freie. Die Variablen dieses Systems sind:
- q ∼ Volumenstrom des durch die Leitung 22 strömenden Wassers
- ṁg ∼ Abgasmasse
- Tw,out ∼ die Temperatur des aus der Leitung 22 austretenden Wassers
- Tw,in ∼ die Temperatur des in die Leitung 22 eintretenden Wassers
- Tg.out ∼ die Temperatur des Abgases am Austritt
- Tg.in ∼ die Verbrennungstemperatur
- Tamb ∼ die Umgebungstemperatur
- P1 ∼ die durch den Brennstoff in das System eingebrachte Leistung
- P2 ∼ die durch das Wasser aus dem System abgeführte Leistung
[0055] Hierbei ergeben sich folgende Zusammenhänge:
in der
pw die Dichte des Wassers und
Cpw die spezifische Wärmekapazität des Wassers darstellen. Die zu berechnenden Flächen
ergeben sich. hierbei wie folgt und sind zum Zeitpunkt t
1 durch die Darstellung 16 und zum Zeitpunkt t
2 durch die Darstellung 16' angegeben:
wobei
Cpg und
Cpw die spezifische Wärmekapazität des Abgases,
U der Wärmeübertragungskoeffizient und
A die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Brenner 20 und der Leitung 22 sind. Dabei
werden die durch das Abgas abgeführte Leistung
Pin und der Massestrom
ṁg des Abgases als konstant angenommen, ebenso die Umgebungstemperatur
Tamb. Ggf. können diese Größen auch in einfacher Weise durch Messung ermittelt werden.
[0056] Wie die vorstehenden Ausführungsbeispiele verdeutlichen, kann das erfindungsgemäße
Verfahren bei unterschiedlichsten Einrichtungen wie Aggregaten, Maschinen und Anlagen
eingesetzt werden, wobei vorteilhaft stets die mehrdimensionalen Flächen ermittelt
werden, welche jeweils die Leistung an den Schnittstellen der Funktionseinheiten zueinander
in jedem beliebigen Betriebspunkt definieren und somit ein zuverlässiges Maß für die
Leistungscharakteristik der Funktionseinheiten sowie bei entsprechender Auswertung
der gesamten Einrichtung ergeben, wenn diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten (z.
B. t
1 und t
2) miteinander verglichen werden. Es versteht sich, dass die Zeitpunkte t
1 und t
2 hier nur beispielhaft zu verstehen sind, zweckmäßigerweise bleiben die zum Zeitpunkt
t
1 ermittelten Werte stets abgespeichert, um sie mit späteren vergleichen zu können,
was jedoch nicht ausschließt, dass auch Zwischenwerte gespeichert werden um ggf. auch
die Geschwindigkeit der Änderung zu erfassen. Auch dies kann in einer entsprechenden
Auswerteinrichtung ausgewertet werden. Insoweit wird insbesondere auf
EP 1 564 411 A1 verwiesen, wo vergleichbare Auswertungen im Einzelnen beschrieben sind.
[0057] Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass bei den vorstehend dargestellten
Ausführungsbeispielen stets zwei- oder mehrdimensionale Flächen zur Ermittlung der
Leistungsbilanz an den Schnittstellen der Funktionseinheiten verwendet worden sind,
da dies eine Auswertung praktisch unabhängig vom jeweiligen Betriebspunkt ermöglicht.
Die in Rede stehenden zwei- oder mehrdimensionalen Flächen werden vorteilhaft während
des Betriebs ermittelt, wobei durch geeignete Iterationsverfahren versucht wird, unter
Zugrundelegung möglichst weniger unterschiedlicher Betriebspunkte eine hohe Genauigkeit
der Flächen zu erzielen. Dies kann insbesondere unter Verwendung des Kámánfilters
erreicht werden, wie weiter oben schon beschrieben worden ist. Es können jedoch auch
andere geeignete Iterationsverfahren Verwendung finden. Auch ist es denkbar, dass,
beispielsweise bei einem Pumpenaggregat, bestimmte Betriebspunkte gezielt angefahren
werden, um die die Leistungsbilanz repräsentierende Fläche mit möglichst hoher Genauigkeit
zu erfassen oder durch gezieltes Anfahren von definierten Betriebspunkten auf das
Ermitteln solcher Flächen verzichten zu können.
1. Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung, die aus mehreren funktionell
miteinander verknüpften Funktionseinheiten besteht, bei dem leistungsabhängige Größen
mindestens einer Funktionseinheit in zeitlichen Abständen selbsttätig erfasst und/oder
errechnet werden und miteinander oder mit davon abgeleiteten Werten und/oder mit vorgegebenen
Werten verglichen werden und in Abhängigkeit des Vergleichs ein entsprechendes Signal
erzeugt wird, wobei leistungsabhängige Größen mindestens zweier funktionell miteinander
verknüpfter Funktionseinheiten in zeitlichen Abständen selbsttätig erfasst und/oder
errechnet werden, und die leistungsabhängigen Ausgangsgrößen oder davon abgeleitete
Größen der einen Funktionseinheit die leistungsabhängigen Eingangsgrößen des dieser
funktionell nachgeschalteten Funktionseinheit bilden, und anhand mehrerer Betriebspunkte
ein von der Leistung einer Funktionseinheit abhängiger mehrdimensionaler und einen
Modellcharakter aufweisender Flächenverlauf ermittelt und gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlichen Abständen solche Flächenverläufe erneut ermittelt und mit den zuvor
ermittelten verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen den Flächen aufgespannte Volumen als Maß für die Wirkungsgradänderung,
insbesondere einen Wirkungsgradabfall herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Flächenverlaufs anhand der Betriebspunkte ein Kalman-Filter verwendet
wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Betriebsoptimierung und/oder zur Überwachung des Energieverbrauchs oder des
Wirkungsgrades eines Pumpenaggregats, insbesondere eines elektromotorisch angetriebenen
Kreiselpumpenaggregats eingesetzt wird, bei dem im Betrieb mindestens eine leistungsabhängige
Größe des Motors und mindestens eine hydraulische Größe der Pumpe oder mindestens
zwei hydraulische Größen der Pumpe in zeitlichem Abstand miteinander oder mittels
einer mathematischen Verknüpfung davon oder mit vorgegebenen Werten verglichen werden,
und in Abhängigkeit des Vergleichs ein den Betriebszustand des Pumpenaggregats kennzeichnendes
Signal erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es während des bestimmungsgemäßen Förderbetriebs durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen von leistungsbestimmenden Größen von Motor und/oder Pumpe erst nach
Ablauf einer vorbestimmten Zeit, welche mindestens der Einfahrzeit des Pumpenaggregats
entspricht, erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der vorbestimmten Zeit während der Überwachungsphase selbsttätig mindestens
ein Betriebsprofil erfasst und der zu erwartende Energieverbrauch unter Berücksichtigung
der gegebenenfalls ermittelten Wirkungsgradänderung bestimmt wird.
8. Kreiselpumpenaggregat mit einem elektrischen Motor und einer davon angetriebenen Kreiselpumpe,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik von mindestens einer
Funktionseinheit des Aggregats vorgesehen ist, die nach einem Verfahren nach einem
der vorhergehenden Ansprüche arbeitet.
9. Kompressoraggregat mit einem elektrischen Motor und einer davon angetriebenen Verdrängerpumpe,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik von mindestens einer
Funktionseinheit des Aggregats vorgesehen ist, die nach einem Verfahren nach einem
der vorhergehenden Ansprüche arbeitet.
10. Kühlaggregat mit einem elektrischen Motor, mit einer davon angetriebenen Verdrängerpumpe,
mit einem Verdampfer und mit einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet dass eine Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik von mindestens einer
Funktionseinheit des Aggregats vorgesehen ist, die nach einem Verfahren nach einem
der vorhergehenden Ansprüche arbeitet.
11. Heizungsanlage mit einem Brenner und mindestens einem von diesem beheizbaren Wasserkreislauf,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik von mindestens einer
Funktionseinheit der Anlage vorgesehen ist, die nach einem Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche arbeitet.
12. Aggregat oder Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung selbsttätig nach einer vorbestimmten Zeit nach Inbetriebnahme des
Aggregats bzw. der Anlage mit der Erfassung und Speicherung der zur Wirkungsgradermittlung
relevanten Größen beginnt.
13. Aggregat oder Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Messwertspeicher aufweist, in dem mindestens die zu Beginn
der Messung erfassten Größen oder davon abgeleitete Größen abgespeichert sind.
1. A method for monitoring an energy conversion device which consists of several function
units which are functionally linked to one another, concerning which power-dependent
variables of at least one function unit are automatically detected and/or computed
in temporal intervals and are compared to one another or to values derived therefrom
and/or to predefined values, and a corresponding signal is produced in dependence
on the comparison, wherein power-dependent variables of at least two function units
which are functionally linked to one another are detected and/or computed in an automatic
manner in temporal intervals, and the power-dependent output variables or variables
derived therefrom, of the one function unit, form the power-dependent input variables
of the function unit which is functionally arranged subsequent to this and a multidimensional
surface course which has a model character and is dependent on the power of a function
unit is determined on the basis of several operating points and stored, characterised in that such surface courses are determined anew in temporal intervals and are compared to
the previously determined ones.
2. A method according to claim 1, characterised in that the volume spanned between the surfaces is used as a measure for the efficiency change,
in particular an efficiency drop.
3. A method according to claim 1 or 2, characterised in that a Kalman filter is used for determining the surface course on the basis of the operating
points.
4. A method according to one of the preceding claims, characterised in that it is used for operational optimisation and/or for monitoring the energy consumption
or the efficiency of a pump assembly, in particular of an electromotorically driven
centrifugal pump assembly, concerning which on operation, at least one power-dependent
variable of the motor and at least one hydraulic variable of the pump or at least
two hydraulic variables of the pump, at a temporal interval are compared to one another
or are mathematically linked to one another or compared to predefined values, and
a signal characterising the operating state of the pump assembly is produced in dependence
on the comparison.
5. A method according to claim 4, characterised in that it is carried out during the designated delivery operation.
6. A method according to claim 4 to 5, characterised in that the detection of power-determining variables of the motor and/or pump is not effected
until after the completion of a predefined time which corresponds at least to the
running-in phase of the pump assembly.
7. A method according to claim 6, characterised in that after completion of the predefined time, during the monitoring phase, automatically
at least one operating profile is detected and the expected energy consumption is
determined whilst taking into account the efficiency change which is possibly determined
8. A centrifugal pump assembly with an electrical motor and a centrifugal pump driven
by this, characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of
the assembly is provided, said device operating according to a method according to
one of the preceding claims.
9. A compressor assembly with an electrical motor and a displacement pump driven by this,
characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of
the assembly is provided, said device operating according to a method according to
one of the preceding claims.
10. A cooling assembly with an electric motor, with a displacement pump driven by this,
with an evaporator and with a condenser, characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of
the assembly is provided, said device functioning according to a method according
to one of the preceding claims.
11. A heating facility with a combustor and at least one water circuit which can be heated
by this, characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of
the facility is provided, said device operating according to a method according to
one of the preceding claims.
12. 1 An assembly or facility according to one of the preceding claims, characterised in that after a predefined time after starting operation of the assembly or facility, the
device automatically begins with the detection and storage of the variables which
are relevant to determining the efficiency
13. An assembly or facility according to claim 12, characterised in that the device comprises a measured value memory, in which at least the variables detected
at the beginning of the measurement or variables derived therefrom are stored.
1. Procédé de surveillance d'un dispositif de transformation d'énergie composé de plusieurs
unités fonctionnelles reliées de façon fonctionnelle les unes aux autres, selon lequel
des grandeurs d'au moins une unité fonctionnelle dépendant de la puissance sont captées
et/ou calculées automatiquement à des intervalles de temps et sont comparées entre
elles ou à des valeurs qui en sont dérivées et/ou à des valeurs de consigne, et selon
lequel un signal correspondant est engendré en fonction de la comparaison, des grandeurs
dépendant de la puissance, d'au moins deux unités fonctionnelles reliées de façon
fonctionnelle les unes aux autres étant captées et/ou calculées automatiquement à
des intervalles de temps, et les grandeurs de sortie dépendant de la puissance, ou
des grandeurs qui en sont dérivées, de l'une des unités fonctionnelles formant les
grandeurs d'entrée dépendant de la puissance, de l'unité fonctionnelle fonctionnellement
en aval, et sur la base de plusieurs points de fonctionnement, une évolution d'aire
dépendant de la puissance d'une unité fonctionnelle, multidimensionnelle et ayant
un caractère de modèle, étant déterminée et stockée, caractérisé en ce que de telles évolutions d'aire sont de nouveau déterminées à des intervalles de temps
et qu'elles sont comparées à celles précédemment déterminées.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume s'étendant entre les aires est pris comme mesure pour le changement de
rendement, notamment pour une dégradation du rendement.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est utilisé, pour déterminer l'évolution d'aire sur la base des points de fonctionnement,
un filtre de Kalman.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre pour l'optimisation de fonctionnement et/ou la surveillance de
la consommation d'énergie ou du rendement d'un groupe motopompe, notamment d'un groupe
motopompe à pompe centrifuge entraîné par un moteur électrique dans lequel, en fonctionnement,
au moins une grandeur dépendant de la puissance du moteur et au moins une grandeur
hydraulique de la pompe ou au moins deux grandeurs hydrauliques de la pompe sont comparées
les unes aux autres dans un intervalle de temps ou à l'aide d'un lien mathématique
ou à des valeurs de consigne, et en ce qu'un signal représentatif de l'état de fonctionnement du groupe motopompe est engendré
en fonction de la comparaison.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre pendant le fonctionnement de pompage prévu.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la saisie de grandeurs déterminant la puissance du moteur et/ou de la pompe est effectuée
seulement après écoulement d'un temps prédéterminé qui correspond au moins au temps
de rodage du groupe motopompe.
7. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, après écoulement du temps prédéterminé, pendant la phase de surveillance, au moins
un profil de fonctionnement est saisi automatiquement et que la consommation d'énergie
à prévoir est déterminée en prenant en compte le changement de rendement déterminé
le cas échéant.
8. Groupe motopompe à pompe centrifuge avec un moteur électrique et une pompe centrifuge
entraînée par celui-ci, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de surveillance de la caractéristique de puissance d'au
moins une unité fonctionnelle du groupe qui fonctionne selon un procédé selon l'une
des revendications précédentes.
9. Groupe moto-compresseur avec un moteur électrique et une pompe de refoulement entraînée
par celui-ci, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de surveillance de la caractéristique de puissance d'au
moins une unité fonctionnelle du groupe, qui fonctionne selon un procédé selon l'une
des revendications précédentes.
10. Groupe réfrigérant avec un moteur électrique, avec une pompe de refoulement entraînée
par celui-ci, avec un évaporateur et avec un condenseur, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de surveillance de la caractéristique de puissance d'au
moins une unité fonctionnelle du groupe, qui fonctionne selon un procédé selon l'une
des revendications précédentes.
11. Installation de chauffage avec un brûleur et au moins un circuit d'eau conçu pour
être chauffé par celui-ci, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de surveillance de la caractéristique de puissance d'au
moins une unité fonctionnelle de l'installation, qui fonctionne selon un procédé selon
l'une des revendications précédentes.
12. Groupe ou installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif commence automatiquement, après un temps prédéterminé après la mise
en fonctionnement du groupe ou de l'installation, à saisir et stocker les grandeurs
essentielles pour déterminer le rendement.
13. Groupe ou installation selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif comprend une mémoire de données de mesure dans laquelle sont stockées
au moins les grandeurs saisies au début du mesurage ou des grandeurs qui en sont dérivées.