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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR THE SELF-DIAGNOSIS OF THE MECHANICAL AND/OR HYDRAULIC STATE OF A CENTRIFUGAL PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/141658
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the self-diagnosis of the mechanical and/or hydraulic state of a centrifugal pump, in particular a circulation pump. The pump controller comprises a mathematical model of the motor in order to determine the mechanical pump power and the actual speed of the pump, and additionally an operating point module is provided for estimating the operating point of the pump on the basis of the pump speed and the mechanical pump power. The mechanical pump power which is determined using the model of the motor for a defined pump speed is compared with an estimated mechanical pump power for the self-diagnosis of the pump, wherein the estimated mechanical pump power is determined by an inversion of the operating point module for the defined pump speed.

Inventors:
ECKL, Martin (Johann-Klein-Straße 9, Frankenthal, 67227, DE)
SCHULLERER, Joachim (Johann-Klein-Straße 9, Frankenthal, 67227, DE)
Application Number:
EP2019/050883
Publication Date:
July 25, 2019
Filing Date:
January 15, 2019
Export Citation:
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Assignee:
KSB SE & CO. KGAA (Johann-Klein-Straße 9, Frankenthal, 67227, DE)
International Classes:
F04D15/00
Domestic Patent References:
WO2008138520A12008-11-20
Foreign References:
US20100300220A12010-12-02
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur Eigendiagnose des mechanischen und/oder hydraulischen Zustandes einer Kreiselpumpe

1. Verfahren zur Eigendiagnose des mechanischen und/oder hydraulischen Zustan des einer Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe, wobei die Pumpensteue rung ein mathematisches Motormodell zur Bestimmung der mechanischen Pum penleistung und der Ist-Drehzahl der Pumpe umfasst und weiterhin ein Betriebs punktmodul zur Schätzung des Betriebspunktes der Pumpe auf Basis der Pum pendrehzahl und der mechanischen Pumpenleistung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Eigendiagnose der Pumpe die mittels des Motormodells für eine definierte Pumpendrehzahl bestimmte mechanische Pumpenleistung gegen eine geschätzte mechanische Pumpenleistung verglichen wird, wobei die geschätzte mechanische Pumpenleistung durch Inversion des Betriebspunktmoduls für die definierte Pum pendrehzahl bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Betriebspunkt modul zur Bestimmung der geschätzten mechanischen Leistung eine für die defi nierte Pumpendrehzahl zu erwartende Fördermenge und/oder Förderhöhe zuge führt wird, wobei die zu erwartende Fördermenge und/oder Förderhöhe vorzugs weise unter Ausnutzung der Affinitätsgesetze ermittelt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Vergleichs ein Differenzbetrag zwischen den Leistungswerten be stimmt wird und bei einem Differenzbetrag ungleich null ein Fehlverhalten der Pumpe erkannt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Fehlverhalten für unterschiedliche definierte Dreh zahlwerte wiederholt ausgeführt wird und durch Auswertung der Vergleichsergeb nisses bzw. der Differenzwerte eine Fehlerbestimmung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Be triebspunktmoduls ein Leistungskorrekturwert in die mechanische Pumpenleistung eingerechnet wird, um eine mechanische Verlustleistung zu kompensieren, wobei dieser Korrekturwert während der wiederholten Verfahrensausführung systema tisch variiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der systemati schen Variation des Leistungskorrekturwertes versucht wird, einen neuen einheitli chen Leistungskorrekturwert zu ermitteln, der für die verschiedenen definierten Drehzahlen einen Differenzbetrag gleich bzw. nahe Null ermöglicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpensteuerung von einem erhöhten mechanischen Verschleiß der Pumpe ausgeht, sofern ein neuer einheitlicher Leistungskorrekturwert ermittelbar ist und andernfalls von ei nem nicht mechanischen Fehler, insbesondere einem hydraulischen Fehler inner halb der Pumpe ausgeht.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während der Erstinbetriebnahme der Pumpe oder zu einem späteren Zeitpunkt im laufenden Pumpenbetrieb zur Ausführung kommt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verfahrens ausführung während der Erstinbetriebnahme eine Optimierung der Betriebspunkt schätzung durch Korrektur des Leistungskorrekturwertes vorgenommen werden kann, insbesondere mittels iterativem Optimierungsverfahrens und/oder unter Ver wendung eines Zeitvarianten erweiterten Kalman-Filters zur permanenten Anpas sung des Leistungskorrekturwertes gemäß quadratischer Optimierung. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verfahrensausführung im laufenden Betrieb ein mechanischer und/oder hyd raulische Fehler der Pumpe erkannt wird und dem Nutzer visuell und/oder akus tisch angezeigt wird, insbesondere erfolgt eine Warnung kurz vor einem Pumpen ausfall.

11. Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe, mit einem drehzahlvariablen Pum penantrieb und einer Pumpensteuerung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Eigendiagnose des mechanischen und/oder hydraulischen Zustandes einer Kreiselpumpe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eigendiagnose des hydraulischen und/oder me chanischen Zustandes einer Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe.

Heutige energiesparsame Kreiselpumpen sind mit Frequenzumrichter und Drehzahlre gelung ausgestattet, um die Drehzahl und damit die Pumpenleistung bedarfsgerecht einzustellen. Für die Regelung bzw. Bestimmung der erforderlichen Soll-Drehzahl benö tigt die Pumpensteuerung Kenntnis über den aktuellen Betriebspunkt (Förderstrom Q und Förderhöhe H) der Pumpe. Zur Einsparung von Herstellungskosten werden mo derne Kreiselpumpen allerdings ohne dedizierte Durchflusssensoren und/oder Druck sensor gefertigt. Stattdessen muss die Pumpensteuerung mittels eines Betriebspunkt moduls den aktuellen Betriebspunkt anhand der verrichteten mechanischen Leistung der Pumpe und der gefahrenen Drehzahl abschätzen. Beide Eingangsdaten ergeben sich durch ein mathematisches Modell des Motors, das redundant zur Pumpe auf dem Prozessor der Pumpensteuerung mitläuft.

Die Qualität des Schätzungsergebnisses des Betriebspunktmoduls hängt unter ande rem von den im Pumpenspeicher hinterlegten Referenzwerten bzw. Parametern ab, welche an einer baugleichen Referenzpumpe ermittelt und in der Pumpensteuerung hinterlegt werden. Da bei der Serienfertigung üblicherweise nur stichprobenartig Refe renzwerte für ausgewählte Exemplare erzeugt werden, können diese aufgrund von Fer tigungstoleranzen für gewisse Pumpenexemplare zu ungenau sein. In solch einem Fall ist eine nachträgliche Optimierung dieser Referenzwerte bei der Erstinbetriebnahme als auch im Folgebetrieb wünschenswert. Ferner können auch Verschleißerscheinungen zu fehlerhaften Ergebnissen führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Pumpensteuerung durch eine Art Selbstdiagnosefunktion zu erweitern, die Fehler in der Betriebspunkt schätzung auffinden kann und in Folge dessen Verschleißerscheinungen frühzeitig er kennen oder eine nachfolgende Parameteroptimierung vornehmen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen An sprüche.

Es wird also ein Verfahren zur Diagnose des mechanischen und/oder hydraulischen Zu standes einer Kreiselpumpe vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor nehmlich für Umwälzpumpen konzipiert, der Kernaspekt der Erfindung lässt sich jedoch ohne Einschränkungen auf Kreiselpumpen im offenen Hydraulikkreislauf anwenden.

Der Einfachheit halber wird nachfolgend stets von einer Umwälzpumpe gesprochen, wobei die gemachten Ausführungen ebenso für Kreiselpumpen im offenen Kreislauf gel ten.

Das Verfahren ist für eine Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe bestimmt, die eine Pumpensteuerung mit einem implementierten Motormodell zur Bestimmung der mechanischen Pumpenleistung und der gefahrenen Pumpendrehzahl vorsieht. Ferner umfasst die Pumpensteuerung ein Betriebspunktmodul zur Schätzung des Betriebs punktes der Pumpe auf Basis der Pumpendrehzahl und der mechanischen Pumpenleis tung. Das Betriebspunktmodul ist üblicherweise in der Software der Pumpensteuerung umgesetzt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Diagnose des mechanischen und/oder hyd raulischen Pumpenzustands mittels des Motormodells für eine definierte Pumpendreh zahl die mechanische Pumpenleistung zu bestimmen und diese gegen eine geschätzte mechanische Pumpenleistung zu vergleichen, die durch eine invers ausgeführte Be triebspunktschätzung des Betriebspunktmoduls auf Grundlage der definierten Pumpen drehzahl bestimmt wird.

Im Endeffekt wird hierbei das konventionelle Motormodell der Pumpensteuerung einge setzt, das im laufenden Pumpenbetrieb auf Grundlage der gefahrenen Ist-Drehzahl die mechanische Pumpenleistung ermittelt und ausgibt. Ferner wird das vorgesehene Be triebspunktmodul zur Schätzung des Betriebspunkts, d.h. zur Schätzung der vorliegen den Fördermenge bzw. Förderhöhe, zweckentfremdet eingesetzt, um ausgehend von einer definierten Drehzahl eine durch das Betriebspunktmodul geschätzte mechanische Pumpenleistung zu ermitteln. Durch Vergleich mit der ausgegebenen mechanischen Pumpenleistung des Motormodells, die der realen Pumpenleistung entspricht, kann die Genauigkeit des Betriebspunktmoduls zur Schätzung des Betriebspunkts evaluiert wer den.

Bei Erstinbetriebnahme und richtiger Konfiguration der im Schätzungsmodul verwende ten Parameter bzw. Referenzwerte sollte die geschätzte mechanische Pumpenleistung der durch das Motormodell bestimmten mechanischen Pumpenleistung entsprechen. Kommt es hier stattdessen zu Abweichungen, kann die Pumpensteuerung demzufolge auf einen Fehlerfall innerhalb der Kreiselpumpe bzw. Umwälzpumpe schließen.

Gemäß bevorzugter Ausführung wird dem Betriebspunktmodul zur Bestimmung der ge schätzten mechanischen Leistung eine für die definierte Pumpendrehzahl zu erwar tende Fördermenge und/oder Förderhöhe zugeführt. Die zu erwartende Fördermenge und/oder Förderhöhe wird vorzugsweise unter Ausnutzung der Affinitätsgesetze ermit telt. Insbesondere wird hierbei auf die Aussage des Affinitätsgesetzes zurückgegriffen, wonach sich der Förderstrom proportional zu einer Drehzahlerhöhung verhält. Demge genüber nimmt die Förderhöhe quadratisch zur Drehzahländerung zu. Unter Ausnut zung dieser Gesetzmäßigkeiten kann für die definierte Drehzahl, die gegenüber einer vorherigen Drehzahl eine bestimmte Drehzahländerung darstellt, davon ausgegangen werden, dass sich für diese auch der Förderstrom bzw. die Förderhöhe entsprechend gegenüber dem für den vorherigen Drehzahlwert geschätzten Förderstrom bzw. Förder höhe ändert.

Mittels des Vergleichs wird vorzugsweise ein Differenzbetrag zwischen den Leistungs werten bestimmt. Im fehlerfreien Fall beträgt der Differenzbetrag null bzw. nahezu null. Bei Abweichungen kann die Pumpe stattdessen auf einen Fehlerfall schließen.

Neben der bloßen Fehlererkennung ist eine verwertbare Spezifizierung der konkreten Fehlerart bzw. der Fehlerursache wünschenswert. Für diesen Fall kann vorgesehen sein, dass das Verfahren bei einem Fehlverhalten für eine Reihe abweichender definier ter Drehzahlwerte wiederholt ausgeführt wird. Nachfolgend kann eine Auswertung der entsprechenden Vergleichsergebnisse bzw. der erhaltenen Differenzwerte zwischen den Leistungswerten erfolgen, um beispielsweise anhand mathematischer Zusammen hänge zwischen den einzelnen Differenzwerten und den zugeordneten Drehzahlwerten die Fehlerart genauer spezifizieren zu können. Hierbei kann angenommen werden, dass die mechanische Verlustleistung quadratisch von der Drehzahl abhängt. Wird ein solcher mathematischer Zusammenhang zwischen den Differenzwerten und Drehzahl werten erkannt, kann ein mechanischer Verschleißanteil als maßgebliche Ursache für das Fehlerverhalten detektiert werden. Andere mathematische Zusammenhänge kön nen beispielsweise auf hydraulische Fehler hinweisen, unter anderem beispielsweise auf eine Verkalkung des Spaltrohrs des Pumpenantriebes.

Das verwendete Betriebspunktmodul zur Schätzung des Betriebspunkts basiert übli cherweise ebenfalls auf den Affinitätsgesetzen. Für die Anwendbarkeit dieser Gesetz mäßigkeiten ist es jedoch zwingend notwendig, den Anteil der mechanischen Pumpen leistung, der die mechanische Verlustleistung charakterisiert, vorab herauszurechnen, da dieser Anteil nicht den benannten Gesetzmäßigkeiten unterliegt. Hierzu wird übli cherweise ein entsprechender Leistungskorrekturwert verwendet, der vor der Betriebs punktschätzung auf die zugeführte mechanische Pumpenleistung aufgerechnet wird, insbesondere von dieser subtrahiert wird. Demzufolge ist für die Qualität der Betriebs punktschätzung die Richtigkeit und Genauigkeit dieses Korrekturwertes von hoher Be deutung, d.h. wie genau der Korrekturwert die tatsächliche mechanische Verlustleistung innerhalb der Pumpe widerspiegelt. Je genauer dieser Parameter bestimmt wird, desto genauer ist letztendlich die Betriebspunktschätzung.

Genau dieser Parameter kann nachfolgend jedoch auch dafür eingesetzt werden, um nach dem Auftreten eines Fehlerfalls die Fehlerart weiter spezifizieren zu können. Hier bei wird der Leistungskorrekturwert während der wiederholten Verfahrensausführung für unterschiedliche definierte Drehzahlwerte systematisch variiert. Insbesondere wird mit tels der systematischen Variation des Leistungskorrekturwertes versucht, einen neuen einheitlichen Korrekturwert aufzufinden, der für sämtliche definierte Drehzahlen einen Differenzbetrag gleich bzw. nahe null ergibt. Ist dies der Fall und kann davon ausgegan gen werden, dass der bei der Erstinbetriebnahme der Pumpe eingesetzte Leistungskor rekturwert nicht fehlerhaft war, so kann die nun ermittelte notwendige Änderung des Leistungskorrekturwertes ein Indiz für den mechanischen Verschleiß innerhalb der Pumpe darstellen. Eine Anpassung des Leistungskorrekturwertes, insbesondere einer Werterhöhung ist ein deutliches Indiz für den zunehmenden Verschleiß innerhalb der Pumpe. Die betragsmäßige Werterhöhung ist zudem ein Maßstab für den Fortschritt des mechanischen Verschleißes.

Lässt sich demgegenüber kein passender Leistungskorrekturwert bestimmen, ist eine mechanische Ursache unwahrscheinlicher und es kann als Flinweis auf einen hydrauli schen Fehler interpretiert werden. Oftmals führt eine Verkalkung des Spaltrohrs des An triebsmotors der Pumpe zu einem solchen nicht mechanisch begründeten Fehlverhal ten.

Es ist vorstellbar, dass das Verfahren während der Erstinbetriebnahme der Kreisel pumpe bzw. Umwälzpumpe oder alternativ zu einem späteren Zeitpunkt im laufenden Pumpenbetrieb zur Ausführung kommt. Bei der Erstinbetriebnahme der Pumpe kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu eingesetzt werden, etwaige Parameter für die Betriebspunktschätzung zu optimieren, so beispielsweise den zuvor genannten Leis tungskorrekturwert. Für die Optimierung der Betriebspunktschätzung durch Korrektur des Leistungskorrekturwertes kann beispielsweise ein iteratives Optimierungsverfahren zum Einsatz kommen. Alternativ oder ergänzend kann beispielsweise auch ein zeitvari- anter erweiterter Kalman Filter zur permanenten Anpassung des Leistungskorrekturwer tes gemäß quadratischer Optimierung zur Anwendung kommen.

Bei der Verfahrensausführung im laufenden Betrieb kann mittels des Verfahrens statt- dessen auf einen mechanischen oder hydraulischen Fehler der Pumpe geschlossen werden und dies dem Nutzer visuell und/oder akustisch zur Anzeige gebracht werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn dem Nutzer eine Warnung kurz vor einem möglichen Pumpendefekt bzw. Pumpenausfall zur Anzeige gebracht wird. Auch ist es vorstellbar, dass die Pumpe permanent ihren Zustand dem Anwender mitteilt und ihn kurz vor ei nem Ausfall warnt.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe, mit einem drehzahlvariablen Pum penantrieb sowie einer Pumpensteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Demzufolge zeichnet sich die Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus, wie sie bereits vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt wurden. Auf eine wiederholende Beschrei bung wird aus diesem Grund verzichtet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels aufgezeigt werden. Es zeigen:

Figur 1 : zwei exemplarische Diagrammdarstellungen für mögliche Pumpenkennlinien;

Figur 2: eine weitere Diagrammdarstellung mit unterschiedlichen Leistungskennlinien;

Figur 3: eine Blockdarstellung zur Darstellung des Betriebspunktmoduls zur Betriebs punktschätzung; Figur 4: eine schematische Blockdarstellung zur Verdeutlichung der einzelnen Schritte für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 5: eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwi schen Drehzahl und der mechanischen Verlustleistung und

Figur 6: die Diagrammdarstellungen der Figur 1 zur Verdeutlichung der Ermittlung der passenden Förderhöhe in Abhängigkeit der mechanischen Pumpenleistung.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe in Form einer Umwälzpumpe ist mit einem Fre quenzumrichter und einer Drehzahlregelung ausgestattet. Damit die Pumpensteuerung die Drehzahl bedarfsgerecht einstellen kann, benötigt sie das Wissen über den aktuel len Betriebspunkt (Förderstrom Q und Förderhöhe Fl). Diese Werte werden mittels ei nes in Software realisierten Betriebspunktmoduls geschätzt, d.h. der aktuelle Betriebs punkt wird anhand der mechanischen Leistung und der Drehzahl geschätzt. Beide Da ten liefert ein mathematisches Modell des Motors, welches redundant zur Pumpe auf dem Prozessor mitläuft.

Die Betriebspunktschätzung erfolgt anhand der Affinitätsgesetze unter Berücksichtigung hinterlegter Kennlinien sowie eines Korrekturwertes für die mechanischen Leistungsver luste der Pumpe. Die Affinitätsgesetze sind in der Literatur allgemein bekannt und besa gen, dass sich Leistung, Förderstrom und Förderhöhe bei einer Änderung der Drehzahl wie folgt verhalten:

Des Weiteren werden in der Pumpensteuerung die Zusammenhänge von mechanischer Leistung und Förderstrom sowie Förderhöhe und Förderstrom bei Nenndrehzahl in Form von Kennlinien hinterlegt. Das Diagramm a) zeigt für die Nenndrehzahl nw den Zu sammenhang zwischen Förderstrom und mechanischer Leistung P mech , die vom Motor abgegeben wird. Das Diagramm b) zeigt den Zusammenhang zwischen Förderhöhe und Förderstrom bei Nenndrehzahl PN·

Die mechanische Leistung P meCh entspricht der Summe aus hydraulischer Leistung Phydr, hydraulischer Verlustleistung Phydrjoss sowie der mechanischen Verlustleistung P mechjoss Figur 2 stellt die einzelnen Leistungskurven in Abhängigkeit des Förderstro mes dar.

Es ist bekannt, dass die hydraulische Pumpenleistung P hydr , sowie die hydraulische Ver lustleistung P hydr oss der Pumpe ausreichend genau den Affinitätsgesetzen folgen. Die mechanische Verlustleistung P mech oss der Pumpe hingegen folgt diesen Gesetzen nicht, kann aber als förderstromunabhängig und annähernd proportional zum Quadrat der Drehzahl angenommen werden. Vergleiche hierzu die Diagrammdarstellung der Figur 5, die die Pumpendrehzahl der mechanischen Verlustleistung gegenüber stellt. Gezeigt sind zum einen die reale Messkurve einer untersuchten Umwälzpumpe sowie die ent sprechende quadratischer Interpolation. Mathematisch lässt sich der Zusammenhang wie folgt beschreiben:

Die mechanischen Verluste sind zwar relativ gering, allerdings müssen sie vor der An wendung der Affinitätsgesetze heraus gerechnet werden, denn der geringe Anteil würde durch die dritte Potenz (Gl. 3) das Ergebnis signifikant verfälschen. Um dies zu verhin dern, wird der Zusammenhang zwischen Drehzahl n und mechanischen Verlusten Pmech joss in der Pumpe hinterlegt. Die Figur 3 zeigt den vollständigen Ablauf einer Betriebspunktschätzung durch das pumpeninterne Betriebspunktmodul. Die Eingangsgrößen sind die von der Motorege- lung bereitgestellten Werte für die Drehzahl n, Sf und die mechanische Leistung P mech . Im Bereich a) der Figur 3 werden die mechanischen Verluste P mech, lass durch den Korrektur wert R /wp - noh der Motorleistung P meCh abgezogen und dadurch eine Anwendung der Af finitätsgesetze ermöglicht.

Im Bereich b) wird die Leistung anhand der Affinitätsgesetze auf die normierte Leistung PN, die bei einer Erhöhung der Drehzahl auf Nenndrehzahl PN vorliegen würde, transfor miert. Mit dieser normierten Leistung PN kann anhand der hinterlegten P/Q-Kennlinie (Figur 1 a) der normierte Förderstrom Q n0rm abgeleitet werden, der sich bei normierter Leistung PN und Nenndrehzahl PN einstellen würde.

Q norm wird im Bereich c) mittels Affinitätsgesetzen auf die aktuell vorliegende Drehzahl rii st rücktransformiert. Auf diese Weise erhält man den geschätzten Förderstrom G Äquivalent zu den Bereichen b) und c) wird in den Bereichen d) und e) die geschätzte Förderhöhe H est bestimmt. Dieser Vorgang wird nochmals anschaulich in Figur 6 an hand der gegenübergestellten Diagramme der Figur 1 wiedergegeben. Zunächst (Figur 6a)) wird anhand des Diagramms der Figur 1 a) der für die normierte Leistung PN pas sende normierte Förderstrom QN bestimmt. Im nächsten Schritt wird für den normierten Förderstrom QN aus dem Diagramm 1 b) die normierte Förderhöhe HN ausgelesen. Falls in der Pumpe ein Drucksensor vorhanden ist, können die geschätzte und die gemes sene Förderhöhe durch Multisensor Datenfusion zusammengeführt und dadurch die Be triebspunktschätzung verbessert werden.

Mit dem Verfahren der Betriebspunktschätzung lassen sich aus der mechanischen Leis tung P mech und der Drehzahl nist der Förderstrom Q est und die Förderhöhe H est bestim men. Allerdings funktioniert dies nur unter der Annahme, dass die hinterlegten Kennli nien sowie die hinterlegten Leistungskorrekturwerte P korr exakt stimmen. In der Praxis hingegen sind Abweichungen zwischen hinterlegten Daten und realem Pumpenverhal ten möglich. Dies kann folgende Ursachen haben: Aufgrund von mechanischem Verschleiß sowie Spaltrohrverkalkung verändert sich das Reibverhalten mit der Zeit. Dies führt dazu, dass die Leistungskorrekturwerte P korr nicht mehr stimmen.

Aufgrund von Ablagerungen in der Pumpe sowie durch Spaltaufweitung verändert sich das hydraulische Verhalten der Pumpe. Dies führt dazu, dass die hinterlegten Q/H- und Q/P-Kennlinie nicht mehr stimmen.

Aufgrund von Toleranzen sind die Leistungskorrekturwerte sowie die hinterlegten Kennlinien von Pumpe zu Pumpe unterschiedlich. Da nur eine Pumpe vermessen und die Daten in allen Pumpen dieser Baureihe hinterlegt sind, stimmen die hinter legten Daten nur bedingt.

Aufgrund der genannten Einschränkungen sind Abweichungen von bis zu 15 % bei der Betriebspunktschätzung möglich. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, mit dem Abweichungen zwischen realem Pumpenverhalten und hinterlegten Leistungs korrekturwerten P korr bzw. des Faktors a im geschlossenen Wasserkreislauf detektiert werden können. Dieses Verfahren basiert darauf, dass die Pumpe während des Be triebs kurzzeitig ihre Drehzahl verändert. Die sich daraus ergebenden Änderungen des Betriebspunkts können mittels Affinität aus dem vorherigen Betriebspunkt berechnet so wie aus der mechanischen Leistung Pmech des Motors geschätzt werden. Durch Ver gleich der beiden ermittelten Betriebspunkte lässt sich auf die Qualität der in der Pumpe hinterlegten Leistungskorrekturwerte P korr bzw. des Faktors a schließen.

Diese Bewertung ist nur gültig, wenn die Anlagenkennlinie während der Drehzahlände rung konstant bleibt. Im Heizkreis bedeutet dies, die Thermostatventile dürfen sich nicht anpassen. Da die Drehzahländerung sehr schnell und nur für einen sehr kurzen Zeit raum erfolgt, wird davon ausgegangen, dass diese Voraussetzung erfüllt ist.

Das Verfahren gliedert sich in vier Schritte und wird anhand Figur 4 erläutert. Zunächst wird Schritt 1 (Ausgangssituation) betrachtet. Die Pumpe befindet sich noch im Regel- betrieb; die Betriebsart„Ermittlung des Abnutzungszustands“ ist noch nicht eingeschal tet. Der Motor bekommt eine Solldrehzahl n 0 . Es wird davon ausgegangen, dass Soll- und Ist-Drehzahl identisch sind. Die Betriebspunktschätzung ermittelt die aktuell vorlie gende Förderhöhe {H est, o) sowie den Förderstrom ( Q est, o ).

Wenn die Pumpe in die Betriebsart„Ermittlung des Abnutzungszustands“ schaltet, dann werden die aktuell vorliegenden Werte für no, Qest,o und H est, o gespeichert. Fortan wird Schritt 2 (Vorbereitung Drehzahlvariation) betrachtet. Die Pumpe wird jetzt prüfen, was passieren würde, wenn sich die aktuelle Drehzahl no um den Wert /r ändern würde, ohne die Drehzahl tatsächlich zu ändern. Aufgrund der Affinitätsgesetze (Gl. 1 und Gl.

2) wird erwartet, dass sich in diesem Fall der sich einstellende Förderstrom Q exp um den Faktor /r ändert ( Q exp = k-Q est, o). Entsprechend würde sich die Förderhöhe um den Fak tor /^ ändern ( H exp = k 2 -H est, o).

Mit einer inversen Betriebspunktschätzung berechnet die Pumpe daraus die erwartete mechanische Leistung P exp . Der Wert der erwarteten Leistung P exP wird gespeichert. Im nächsten Schritt (Schritt 3: Drehzahl variieren) wird die Pumpe die aktuelle Drehzahl no tatsächlich um den Wert /c erhöhen und aus dem Motormodell eine aktuell vorliegende mechanische Leistung ( P mech, i ) erhalten. Dieser Leistungswert wird gespeichert. Im Schritt 4 erfolgt die Auswertung. Es wurden zwei Leistungswerte P mech, P exp ermittelt, die zum gleichen Betriebspunkt gehören. P exp wurde mittels Affinitätsgesetzen aus ei nem anderen Betriebspunkt berechnet. P mech .i wurde aus dem tatsächlichen zugehöri gen Betriebspunkt bestimmt. Wenn die in der Pumpe hinterlegten Leistungskorrektur werte Pto n - bzw. a exakt stimmen, dann ist die Differenz zwischen beiden Leistungswer ten ( Pmech, 1 und P exp ) gleich null ( P error = 0). Ist Per ungleich null, so ist die hinterlegte Leistungskorrektur fehlerhaft. Dies liegt entweder daran, dass sich aufgrund von me chanischem Verschleiß die Reibverhältnisse verändert haben oder ein nicht mechani scher Einfluss gegeben ist, beispielsweise dass sich aufgrund von Verkalkung das Spaltrohr zugesetzt hat.

Um diese beiden Einflüsse separieren zu können, werden die beschriebenen Schritte eins bis vier mehrfach unter Verwendung unterschiedlicher /c-Werte durchgeführt. Mit dem Wissen, dass die mechanische Verlustleistung quadratisch von der Drehzahl n abhängt, kann der mechanische Verschleißanteil eindeutig separiert werden, indem der Leistungskorrekturwert a (Gl. 4) systematisch variiert wird. Sollte es dadurch gelingen, den Fehler P error für alle /c-Werte gegen null zu bringen, dann sind die Abweichungen auf mechanische Reibung zurückzuführen. Andernfalls lässt sich der Fehler Perror auf nichtmechanische Einflüsse (wie bspw. eine Verkalkung des Spaltrohrs) zurückführen. Diese nichtmechanischen Einflüsse werden anderen mathematischen Zusammenhän gen folgen, die ebenfalls durch Variation des Verstärkungsfaktors k bestimmbar sind. Der exakte Zusammenhang zwischen Verlusten aufgrund von Verkalkung des Spalt rohrs und Drehzahl muss im Experiment bestimmt werden.

Durch die Erfindung sind zusammenfassend die folgenden Anwendungsszenarien denkbar. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine abschließende Aufzählung.

1. Flealth-Monitoring / Conditioning-Monitoring

Mit dem vorgestellten Verfahren ist die Pumpe in der Lage, ihren eigenen Zustand zu erfassen. Sie kann den Fehler ihrer hinterlegten Daten sowohl nach der Inbetriebnahme als auch während der Lebensdauer ermitteln. Der Fehler während der Erstinbetrieb nahme ist auf Fertigungstoleranzen zurückzuführen. Eine Veränderung über die Le bensdauer deutet auf Verschleiß und hydraulische Abnutzung hin. Die Pumpe könnte permanent ihren Zustand dem Anwender mitteilen und ihn kurz vor einem Ausfall war nen.

2. Verbesserung der Betriebspunktschätzung

Die Pumpe kennt den Fehler ihrer hinterlegten Daten und kann bedingt zwischen hyd raulischen Einflüssen und mechanischem Verschleiß unterscheiden. Auf diese Weise kann sie durch Anpassen der hinterlegten Daten ihre eigene Betriebspunktschätzung optimieren. Dies kann durch iteratives Parameter Tuning erfolgen. Alternativ kann mit einem Zeitvarianten extended Kalman-Filter ein permanentes Parametertuning gemäß einer quadratischen Optimierung erfolgen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich sehr genau auf Fehler der hinterleg- ten Leistungskorrekturwerte schließen. Allerdings können Abweichungen der hinterleg ten P/Q- und Fl/Q-Kennlinie (in sensorlosen Systemen) nicht detektiert werden. Aus di versen Versuchen ist jedoch bekannt, dass die dominantesten Abnutzungserscheinun gen auf die Verkalkung des Spaltrohrs und in etwas geringerem Ausmaß auf mechani schen Verschleiß zurückzuführen sind. Somit kann dieses Verfahren zumindest einen relevanten Anteil der Abnutzung erkennen und entsprechend die Betriebspunktschät zung teilweise verbessern.