EP0845598B1 - Verfahren und Vorrichtung zum temperaturabhängigen Betreiben von Pumpen mit schneckenförmigen Rotoren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum temperaturabhängigen Betreiben von Pumpen mit schneckenförmigen Rotoren Download PDF

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EP0845598B1
EP0845598B1 EP97120796A EP97120796A EP0845598B1 EP 0845598 B1 EP0845598 B1 EP 0845598B1 EP 97120796 A EP97120796 A EP 97120796A EP 97120796 A EP97120796 A EP 97120796A EP 0845598 B1 EP0845598 B1 EP 0845598B1
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pump
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Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/28—Safety arrangements; Monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/22—Temperature difference

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for temperature-dependent operation of screw pumps, one of the Process steps the temperature of the pumped medium in the stator area is measured.
  • the Eccentric screw pump has one in the stator part of the pump Temperature sensor on, the measuring tip in or near the inner surface the stator sits.
  • the temperature sensor is in a control unit Connection that responds when a predetermined temperature is reached and controls the drive of the rotor via servo motor or control gear or shuts down.
  • stators with heat sensitive materials proved to be advantageous, especially the surface temperature of the Monitor stator because of direct friction between stator and rotor is higher than inside the stator.
  • the control unit responds to the temperature prevailing on the stator surface, of course Tolerance values can be taken into account.
  • the temperature monitoring relates here only at temperatures in the stator area.
  • the measures at Exceeding the temperature not acceptable for the stator range from immediate shutdown via speed control up to the supply of Lubricating media.
  • the US PS 25 18 597 shows a centrifugal pump, in the pump housing A temperature measuring device is used directly in the area of the pump rotor is.
  • the temperature sensor takes over the material of the housing the medium temperature.
  • a monitoring device is known from US Pat. No. 2,940,395 Interruption of pump operation when there is insufficient flow and thus associated overheating of the pump.
  • the pump housing has this a temperature sensor on the outside of the stator, which points to the different Temperatures during the oil production operation reacts. There is a possibility to drive when a certain one is reached Stop the maximum temperature at the stator and after the pump has cooled down start again at a lower temperature value.
  • the invention has for its object a method and a device to create, causing the dry running of pumps with helical Rotors based on the evaluation of temperatures far below critical material load temperatures is possible.
  • the task is carried out in a method of the type specified at the outset solved by the features of claim 1. It will continue to be with a device of the type mentioned by the features of Claim 4 solved.
  • the essence of the invention is the pump Protect against dry running without orientation at the temperature load limit of the stator / rotor material. It has been shown that the dry running of a screw pump can already be recognized when the measured temperature in the pump is still far below or a permissible maximum temperature for the pump material used lies.
  • the duration of the dosing will depend on the parameters (Duration of the pending temperature difference, amount of the difference) determined temperature difference. Numerous, partly inventive Refinements result from the subclaims.
  • the pump arrangement shown in Fig. 1 consists of a Eccentric screw pump 10 with a stator 12 and an eccentric helical rotor 14 rotating around its longitudinal axis.
  • the stator 12 On the pressure side, the stator 12 is connected to a pipe 16 in order to to supply the conveyed medium to other machining or processing points.
  • the inlet housing 18 On the suction side, that is to the right of the stator, the inlet housing 18 is located in which the drive connections between the rotor 14 and the drive 20 are housed. To compensate for the eccentricity of the rotor are corresponding to the drive shaft of the drive Joint connections or so-called bending rods are used.
  • Inlet housing To support the delivery of the medium in the pump can in Inlet housing additional conveyors (screws or shovels) be provided.
  • the nozzle 22 can be used to introduce the medium Pipeline or a funnel or corresponding metering devices be assigned.
  • stator usually lined with elastic material 12 and the rotor 14 made of rigid material is created by the Rotation of the eccentrically mounted rotor without heat Pumped medium for overheating and thus to a standstill and Destruction of the pump 10 or the drive 20 can result.
  • Temperature sensors 24, 26 are with a temperature controller, for example a differential temperature controller 28 via lines 30, 32 connected.
  • the difference temperature controller 28 is directly above Power section via line 34 with the drive 20 in connection.
  • the operation of the differential temperature controller 28 is so in Fig. 1 chosen that when a certain temperature difference is reached between the temperature sensors 24, 26 switches off the drive, the Speed controls or briefly reverses the direction of rotation and switches off or reverses again.
  • the setting and visual display of a maximum allowable temperature or differential temperature can be entered via the input field 36 of the temperature difference controller 28 with the display 38.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum temperaturabhängigen Betreiben von Schneckenpumpen, wobei in einem der Verfahrensschritte die Temperatur des geförderten Mediums im Statorbereich gemessen wird.
Aus der DE 23 11 770 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung des Betriebes von Exzenterschneckenpumpen bekannt. Die Exzenterschneckenpumpe weist hier im Statorteil der Pumpe einen Temperaturfühler auf, dessen Meßspitze in oder nahe der inneren Oberfläche des Stators sitzt. Der Temperaturfühler steht mit einem Regelgerät in Verbindung, das bei Erreichen einer vorgestimmten Temperatur anspricht und den Antrieb des Rotors über Servomotor oder Regelgetriebe regelt bzw. stillsetzt. Insbesondere bei Statoren mit hitzeempfindlichen Werkstoffen hat es sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, vor allem die Oberflächentemperatur des Stators zu überwachen, da sie aufgrund der direkten Reibung zwischen Stator und Rotor höher liegt als im Inneren des Stators. Das Regelgerät reagiert auf die an der Statoroberfläche herrschende Temperatur, wobei natürlich Toleranzwerte berücksichtigt werden können. Bei extrem langen Pumpen können mehrere Temperaturfühler auf die Statorlänge verteilt werden, um auf unzulässige Erwärmungen an der Innenfläche des Stators in mehreren Teilbereichen zu reagieren. Die Temperaturüberwachung bezieht sich hier ausschließlich auf Temperaturen im Statorbereich. Die Maßnahmen beim Überschreiten der für den Stator nicht zuträglichen Temperatur reichen von sofortigem Abschalten über Drehzahlregulierung bis hin zur Zufuhr von Schmiermedien.
Die US PS 25 18 597 zeigt eine Kreiselpumpe, in deren Pumpengehäuse direkt im Bereich des Pumpenrotors eine Temperaturmeßeinrichtung eingesetzt ist. Der Temperaturfühler nimmt über das Material des Gehäuses die Mediumtemperatur auf. Gleichzeitig dazu sitzt ein Temperaturfühler im Antrieb. Beide Temperaturfühler sind miteinander verbunden und reagieren über ein Relais auf unzulässige Temperaturen mit dem Abschalten des Antriebs.
Aus der US PS 29 40 395 ist eine Überwachungseinrichtung bekannt zur Unterbrechung des Pumpenbetriebs bei ungenügender Fördermenge und damit verbundener Überhitzung der Pumpe. Das Pumpengehäuse hat hierzu einen Temperaturfühler an der Außenseite des Stators, der auf die unterschiedlichen Temperaturen während des Ölförderbetriebs reagiert. Es besteht die Möglichkeit, den Antrieb bei Erreichen einer bestimmten Höchsttemperatur am Stator zu stoppen und nach dem Abkühlen der Pumpe bei einem niedrigeren Temperaturwert erneut zu starten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wodurch der Trockenlauf von Pumpen mit schneckenförmigen Rotoren auf Grund der Auswertung von Temperaturen weit unterhalb kritischer Materialbelastungstemperaturen möglich ist.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Sie wird weiterhin bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Pumpe gegen Trockenlauf zu schützen ohne Orientierung an der Temperaturbelastungsgrenze des Stator-/Rotormaterials. Es hat sich gezeigt, daß der Trockenlauf einer Schneckenpumpe bereits dann erkennbar ist, wenn die gemessene Temperatur in der Pumpe noch weit unterhalb der bzw. einer zulässigen Höchsttemperatur für das eingesetzte Pumpenmaterial liegt.
Erfindungsgemäß läßt sich das bevorstehende Auftreten bzw. Eintreten des Trockenlaufs rechtzeitig vermeiden, indem die Temperatur des geförderten Mediums im Einlaßbereich der Pumpe und in der Pumpe selbst gemessen wird, daß der Temperaturunterschied dieser beiden Temperaturen ermittelt wird und daß die Pumpe aufgrund dieses ermittelten Temperaturunterschiedes im Vergleich zu einem vorgegebenen Toleranzwert geregelt wird. Die bisherigen Überwachungsverfahren zum Schutz gegen Trockenlauf gingen davon aus, den Betrieb der Pumpe bis zu einem Temperaturwert zu führen, der gerade noch unschädlich für das Material des Stators ist. Dabei wurde die Reaktionszeit der Überwachung unnötig erhöht, nachdem man das Medium, den Stator und den Rotor unnötigerweise auf Temperaturen aufheizte, die für die Erkennung des Trockenlaufs nicht notwendig waren.
Es hat sich gezeigt, daß die Erhöhung der Mediumstemperatur um bereits wenige Grad Celsius der Indikator für das Eintreten des Trockenlaufs sein kann. Zur Feststellung einer Temperaturerhöhung vergleicht man deshalb die Temperatur des Mediums im Einlaßbereich der Pumpe, was die zuführende Rohrleitung oder das Einlaufgehäuse der Pumpe selbst sein kann, mit dem Bereich der Pumpe selbst, dem eigentlichen Rotor-/Statorbereich. Schon die Erhöhung der Temperatur des Mediums um einen Wert von ca. 5 °C bzw. eine Differenz von 10 °C kann es aufgrund empirisch ermittelter Werte für hoch- und niedrigviskose Medien notwendig werden lassen, eine Beeinflussung des Pumpenantriebs herbeizuführen. Unter Beeinflussung des Pumpenantriebs ist dessen sofortiges Abschalten bis hin zur Drehzahlreduzierung oder Drehrichtungsumkehr zu verstehen.
Bei hochviskosen Medien, wie beispielsweise bei der Schlammförderung, wird die steigende Temperaturdifferenz, hervorgehend aus dem ansteigenden Gegendruck und damit erhöhter Reibung, im Rotor-/Statorbereich genutzt, um über die beispielsweise verwendeten Differenztemperaturregler ein Gleitmittel (Flockungsmittel) ständig oder über eine bestimmte Dauer einzuspeisen. Diese zusätzliche Dosierung geschieht über beispielsweise eine oder mehrere Düsenanordnungen im Statorbereich oder im Einlaufgehäuse.
Die Zeitdauer der Dosierung wird abhängig sein von den Parametern (Zeitdauer der anstehenden Temperaturdifferenz, Höhe der Differenz) der ermittelten Temperaturdifferenz. Zahlreiche zum Teil erfinderische Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind erkennbar aus der nachfolgenden Beschreibung zu Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Pumpenanordnung besteht aus einer Exzenterschneckenpumpe 10 mit einem Stator 12 und einem exzentrisch um dessen Längsachse umlaufenden schneckenförmigen Rotor 14. Druckseitig schließt sich dem Stator 12 eine Rohrleitung 16 an, um das geförderte Medium weiteren Be- oder Verarbeitungsstellen zuzuführen. Saugseitig, also rechts vom Stator, befindet sich das Einlaßgehäuse 18, in dem die Antriebsverbindungen zwischen dem Rotor 14 und dem Antrieb 20 untergebracht sind. Zum Ausgleich der Exzentrizität des Rotors gegenüber der Antriebswelle des Antriebs sind entsprechende Gelenkverbindungen oder sogenannte Biegestäbe eingesetzt.
Zur Unterstützung der Zuförderung des Mediums in die Pumpe können im Einlaufgehäuse zusätzliche Förderer (Schnecken oder Schaufeln) vorgesehen sein. Dem Stutzen 22 kann zum Einbringen des Mediums eine Rohrleitung oder ein Trichter oder entsprechende Dosiervorrichtungen zugeordnet sein.
Zwischen dem in der Regel mit elastischem Material ausgekleideten Stator 12 und dem aus starrem Material gefertigten Rotor 14 entsteht durch die Rotation des exzentrisch gelagerten Rotors Wärme, die ohne Fördermedium zur Überhitzung und damit zum Stillstand und der Zerstörung der Pumpe 10 bzw. dem Antrieb 20 führen können.
Ein, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, oder mehrere im oder am Stator 12 befestigte Temperaturfühler 24 messen die Temperatur an der inneren Oberfläche des Stators und damit die Temperatur des geförderten Mediums. Ein weiterer Temperaturfühler 26 außerhalb des Rotor-/Statorbereichs der Pumpe im Einlaufgehäuse 18 oder Zulaufbereich mißt die Eingangstemperatur des Mediums. Beide im Ausführungsbeispiel dargestellten Temperaturfühler 24, 26 sind mit einem Temperaturregler, beispielsweise einem Differenztemperaturregler 28 über Leitungen 30, 32 verbunden. Der Differenztemperaturzregler 28 steht direkt über ein Leistungsteil über die Leitung 34 mit dem Antrieb 20 in Verbindung. Die Betriebsweise des Differenztemperaturreglers 28 ist in Fig. 1 so gewählt, daß man bei Erreichen einer bestimmten Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturfühlern 24, 26 den Antrieb abschaltet, die Drehzahl regelt oder die Drehrichtung kurzzeitig umkehrt und abschaltet oder wieder umkehrt.
Vorteil dieser von der Mediumstemperatur abhängigen Regelung ist, daß selbst bei sehr geringen Temperaturen weitab von der Temperaturbelastungsgrenze der Pumpenmaterialien ein Trockenlauf der Pumpe mit den vorgenannten Möglichkeiten verhindert wird. Zur exakten Auswertung der Temperaturdifferenz beim Einsatz langer Pumpen können deshalb mehrere Temperaturfühler über die gesamte Länge des Stators verteilt sein.
Selbstverständlich läßt die Steuerungsvielfalt des Temperaturdifferentialreglers alle vorgenannten Kombinationen von Zudosierung und Betriebsweise des Antriebs zu.
Schließlich soll noch erwähnt werden, daß die Reduzierung der Fördermenge durch die Ansteuerung des Antriebs über einen Frequenzumrichter oder einen polumschaltbaren Pumpenmotor erzielt werden kann.
Die Einstellung und die visuelle Anzeige einer höchstzulässigen Temperatur oder Differenztemperatur läßt sich über das Eingabefeld 36 des Temperaturdifferenzregler 28 mit der Anzeige 38 bewerkstelligen.

Claims (6)

  1. Verfahren zum temperaturabhängigen Betreiben von Schneckenpumpen (10), wobei in einem der Verfahrensschritte die Temperatur des geförderten mediums im Statorbereich (12) gemessen wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß in weiteren Verfahrensschritten die Temperatur des geförderten Mediums im Einlaufgehäuse (18) der Schneckenpumpe (10) oder in der saugseitigen Rohrleitung vor der Schneckenpumpe (10) gemessen wird; der Temperaturunterschied dieser beiden Temperaturen ermittelt wird; und die Schneckenpumpe (10) aufgrund dieses ermittelten Temperaturunterschiedes im Vergleich zu einem vorgegebenen Toleranzwert geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenpumpe (10) abgeschaltet wird, sofern die Temperatur des geförderten Mediums in der Schneckenpumpe (10) um über 10 % gegenüber der Temperatur im Einlaßbereich ansteigt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenpumpe (10) abgeschaltet wird, sofern die Temperatur des geförderten Mediums in der Schneckenpumpe (10) um 5 °C größer ist als im Einlaufgehäuse (18) der Schneckenpumpe (10) oder in der saugseitigen Rohrleitung vor der Schneckenpumpe (10).
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für Schneckenpumpen (10) mit mindestens einem im Statorbereich angeordneten Temperaturfühler und einem Regelgerät, welches beim Erreichen einstellbarer Temperaturwerte den Schneckenpumpen betrieb beeinflußt,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenpumpe (10) ein zweiter Temperaturfühler (26) im Einlaufgehäuse (18) der Schneckenpumpe (10) oder in der saugseitigen Rohrleitung vor der Schneckenpumpe (10) zugeordnet ist, der ebenso wie der im Statorbereich angeordnete Temperaturfühler mit einem Differenztemperaturregler (28) in Verbindung steht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Temperaturfühler (26) saugseitig im Einlaufgehäuse (18) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Temepraturfühler (26) in der saugseitigen Rohrleitung vor der Schneckenpumpe (10) angeordnet ist.
EP97120796A 1996-11-30 1997-11-27 Verfahren und Vorrichtung zum temperaturabhängigen Betreiben von Pumpen mit schneckenförmigen Rotoren Expired - Lifetime EP0845598B1 (de)

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