专利名称：用于确定做功机械的工作点的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定做功机械(Arbeitsmaschine)和/或驱动该做功机械的异步电动机的工作点的方法，其中，由做功机械所消耗的功率和/或其输送量表征工作点， 做功机械的一个或多个取决于工作点的测量参数通过一个或多个传感器来检测且测量值在做功机械的运行期间被评估并且/或者保存。另外，本发明涉及一种用于监控工作点的方法。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的装置。
背景技术：
为了确保做功机械的可靠的且有效率的运行，其工作点必须是已知的。在由泵和驱动该泵的异步机器构成的泵组件、尤其离心泵组件的运行中，关于其工作点的说明经常是必需的。流动做功机械、尤其离心泵(在其输送流量-扬程 (Foerderhoehe)特性曲线或Q-H特性曲线上)的工作点尤其通过其输送流量(下面也称为输送量)来表征。对于它的确定，存在不同的可能性。它可经由输送流量的测量或通过压力测量来确定。在后者的情况下，通常测量在泵的压力侧与抽吸侧之间的压力差。扬程作为由压力差、密度和重力加速度构成的商数被估量。在水作为输送流体的情况下，Ibar压力差对应于大约10米的扬程。此外，离心泵的工作点通过电气的测量来确定，其中，在考虑电动机的效率的情况下由电流测量和电压测量来计算所发出的电动机功率。输送量的直接测量通常要求磁感应的流量测量仪。输送量在计算的路径上的间接确定关联有附加的困难。如果输送量例如从输送流量-扬程特性曲线OhH特性曲线)(在其中关于输送流量描绘扬程H)的或输送流量-功率特性曲线OhP特性曲线)(在其中关于输送流量Q描绘功率P)的值中被推导出，则这在那些在其中存在平的或不连续上升的Q-H 特性曲线或Q-P特性曲线的情况中是困难的或完全不可能的。如果输送量应利用从离心泵的Q-H特性曲线中测得的压力来确定，则Q-H特性曲线须是单一的(eindeutig)，即每个H 值可精确地关联有一个Q值。在实践中，该条件经常不被满足。Q-H特性曲线或者太平或者完全不明确。当输送量Q借助于从输送流量-功率特性曲线OhP特性曲线)测得的功率消耗来确定时，也存在相同的问题。Q-P特性曲线的走向也经常是平的或完全不单一的。通过文件WO 2005/064167A1已知一种上述方法的组合。它引起巨大的在测量技术上的成本，这是因为不仅须测量泵的压力差而且须测量电气功率。在实践中，电动机-泵总成的电气功率消耗的测量关联有一些成本。有效功率测量在开关柜中实现，在该处要求尤其用于通过电流转换器测量电动机电流的地方且引起可由电工花费的装配成本。在文件DD 258 467 Al中描述了一种用于确定感应电动机的功率和/或力矩的组件和方法。无接触开关布置在感应电动机的转子处用于检测电动机轴的每次旋转的一个或多个脉冲，并且用于从网络频率(Netzfrequenz)确定同步转速的脉冲形成器级 (Impulsformerstufe)在电网与微计算器之间被接通。附加地，该组件具有用于检测电动机的温度的装置和微计算器(在其中所有测量数据被检测且为了调整进一步的流程而被评估)。感应电动机的功率和/或力矩由电动机转速的一个或多个周期的时间和同步转速的一个或多个周期的时间来确定。感应电动机的功率和/或力矩通过电动机轴在所谓的门时间(Torzeit)(其通过同步转速的一个或多个周期来确定)内的脉冲的计数来确定。为了确定功率和/或力矩使用“Kloss方程”。该方法要求多个输入变量，其中也包括由电气测量参数确定的同步转速。附加地，结果须根据电动机的工作温度来修正，这以每种电动机类型需要的修正因子的事先的在测量技术上的确定和保存为前提。该组件设计较复杂。在工业实践中，该方法证实为不合适的。特别不利的是，如即使在异步电动机的有效功率消耗通过有效功率测量仪和电流转换器的传统的测量中，这种组件通过电工安装是一定需要的。通过文件DE 10 2006 049 440 Al已知一种用于识别在泵设备中的泵、尤其离心力泵或容积式泵的工作状态的方法。该方法和其装置用于相比所保存的正常状态识别泵、 泵设备和液压设备的错误的工作状态。压力传感器检测在输送介质中的在时间上的压力曲线。算得的特征值表征压力曲线和/或流动曲线在计算时间间隔中的脉动。通过比较算得的特征值与至少一个预先给定的特征值或与由该预先给定的特征值所限定的特征值范围 (其中，预先给定的特征值或由其所限定的特征值范围对应于泵的感兴趣的工作状态)，确定且发出工作状态。对于带有所联接的压力传感器和附加的振动传感器的诊断仪，泵的转速由压力传感器信号确定且被提供给振动传感器。对此的原因未被公开。转速信息还有任何其它的参数均未提供对此的说明，即，在Q-H特性曲线或者Q-P特性曲线上的哪个工作点和/或在哪个所消耗的功率的情况下运行泵。利用该方法仅指示与事先确定的且保存的参考值的偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法和装置供使用，通过该方法和装置，做功机械和/ 或驱动该做功机械的异步电动机的当前的工作点的较便宜的且可靠的确定和必要时的监控是可能的。该目的根据本发明由此实现，即，工作点在不使用驱动的异步电动机的电气测量参数的情况下被确定，即，由机械的测量参数即压力、压力差、力、振动、固体传声 (Koerperschall)或空气传声，借助于信号分析、尤其频率分析来确定与做功机械的转动声音(Drehklang)线性成比例的频率，其中，由此确定驱动机械的转速且由异步电动机的由转差率决定的转速-转矩相关性确定工作点。根据本发明，工作点在不使用电气测量参数的情况下被确定。代替地，由测得的机械的测量参数的信号曲线确定与做功机械的转动声音线性成比例的频率，尤其做功机械的转动声音频率。接下来简化地讨论转动声音频率。该转动声音频率由转速与振荡的或旋转的构件的激发振动的结构的数量(尤其泵工作轮的叶片数量)的乘积得出。由此确定做功机械的转速且在所保存的数据的辅助下确定由做功机械所消耗的功率(下面也称作轴功率)和/或其输送量。压力(尤其在离心泵的压力侧上的压力)、压力差(尤其在离心泵的抽吸侧与压力侧之间的压力差)、力、振动、固体传声或空气传声(尤其离心泵的或由离心泵所引起)等等适合作为机械的测量参数。做功机械的工作点可由唯一的、非电气测量参数来确定。通过放弃电气测量参数，可相对成本有利地且以最简单的安装耗费执行根据本发明的用于工作点确定的方法。
本发明的一种设计方案设置成，做功机械的所消耗的功率通过以下步骤来确定-尤其通过预先给定的电动机参数即设计功率和设计转速、必要时同步的转速、停转力矩(Kippmoment)、停转转速或停转转差率确定电动机的转速-转矩特性曲线。-由电动机的经确定的驱动转速和转速-转矩特性曲线确定电动机的所消耗的功率或转矩。用于确定电动机的转速-转矩特性曲线的必要的参数由异步电动机的铭牌数据推导出，例如设计转矩或额定转矩Mn由异步电动机的设计功率Pffl和额定转速nN的商数得出= (1) οΝ 2·nN 在异步电动机的已知的停转力矩Mk和/或停转转差率&的情况下，利用Kloss方程
M 2
差率s
Mk
sk s
(2)
描绘出异步电动机的转速-转矩特性曲线、n-M特性曲线。利用异步电动机的转
s 二^^(3)
nO
得出n-M特性曲线的走向
M =——^^--(4)
η0 -η , η0-ηκ
η0-ηκ η0 -η带有停转转速η
Hk(5)
V Mn η0η0 Mn η 替代地，在做功机械的工作范围中异步电动机的转速-转矩特性曲线可以被近似为穿过由在额定转速ηΝ下的额定转矩Mn所给定的点(ΜΝ;ηΝ)和由在同步的转速Iitl下的转矩M等于零所给定的点(Μ = 0;η(ι)的直线。那么得出异步电动机的下面的、近似的或简化的转速-转矩特性曲线、n-M特性曲线，其走向通过下面的公式来描述M(n) = Mn · ""n°(6)
nN "nO由做功机械所消耗的功率的确定由事先确定的驱动转速(下面也称作轴转速)和电动机的转速-转矩特性曲线、n-M特性曲线实现。轴功率P2相对转矩M和转速η的关系通过该方程给定P2 = ω · M = 2 · π · η · M (7)根据本发明，做功机械(尤其泵)的工作点(通过其所消耗的功率来表征)被确定。这利用现有的、布置在泵处的传感器实现。在泵、尤其离心泵作为做功机械的情况下，一种有利的设计方案设置成由其驱动
转速确定其输送量。由非电气测量参数的信号曲线，借助于信号分析、尤其频率分析例如通
6过快速傅里叶变换(FFT)或自相关来确定转动声音频率。由此确定驱动转速。在离心泵作为做功机械的示例中，转速得出为转动声音频率fD与工作轮的叶片数ζ的商数
权利要求
1.一种用于确定做功机械的和/或驱动该做功机械的异步电动机的工作点的方法，其中，由所述做功机械所消耗的功率和/或其输送量表征工作点，所述做功机械的一个或多个取决于工作点的测量参数通过一个或多个传感器来检测且所述测量值在所述做功机械的运行期间被评估并且/或者保存，其特征在于，所述工作点在不使用所述驱动的异步电动机的电气测量参数的情况下被确定，即，由机械的测量参数即压力、压力差、力、振动、固体传声或空气传声，借助于信号分析、尤其频率分析来确定与所述做功机械的转动声音线性成比例的频率，其中，由此确定所述做功机械的转速(η)且由所述异步电动机(5 的由转差率决定的转速-转矩相关性确定所述工作点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述做功机械的所消耗的功率(P2)通过以下步骤来确定-尤其通过预先给定的电动机参数即设计功率(P2n)和设计转速(nN)、必要时同步的转速( )、停转力矩(Mk)、停转转速(ηκ)或停转转差率( 确定所述电动机(52)的转速-转矩特性曲线(M(n))。-由所述电动机(5 的所确定的驱动转速(η)和转速-转矩特性曲线(Μ(η))确定所述电动机(52)的所消耗的功率(P2)或转矩(M)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在泵、尤其离心泵(51)作为做功机械的情况下，由其驱动转速(η)实现所述泵的输送量(Q)的确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述泵的输送量(Q)从由所述驱动转速 (η)确定的所述所消耗的功率(P2)来确定。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述泵的输送量⑴)由所述电动机 (52)的描述所述电动机(5 的转速-转矩特性曲线(M(n))的参数以及由所述泵的描述输送流量-功率特性曲线(10)的参数和所述驱动转速(η)来确定。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述离心泵(51)的输送量⑴)由示出取决于负荷的转速变化对所述泵的输送量⑴)的特性曲线来确定。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于，用于确定所述泵、尤其所述离心泵(51)的工作点的驱动转速(η)由一个或多个压力传感器(57)的测量值来确定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，用于确定所述做功机械和/ 或所述驱动该做功机械的异步电动机(5 的工作点的驱动转速(η)由一个或多个固体传声传感器和/或空气传声传感器的测量值来确定。
9.一种用于监控做功机械和/或驱动该做功机械的异步电动机的根据权利要求1至 8中任一项所确定的工作点的方法，其特征在于，根据处在预先给定的范围之外的工作点辨认出所述做功机械和/或所述异步电动机(5 的有错误的工作状态、尤其作为过载或欠载。
10.一种用于确定和/或监控做功机械和/或驱动该做功机械的异步电动机的工作点的装置，其中，由所述做功机械所消耗的功率和/或其输送量表征工作点，带有一个或多个用于检测取决于工作点的测量参数的输入端，其特征在于，所述装置(61)具有用于所述做功机械和/或驱动该做功机械的所述异步电动机的技术数据的数据存储器(30，3 且由机械的测量参数即压力、压力差、力、振动、固体传声或空气传声，借助于信号分析、尤其频率分析来确定与所述做功机械的转动声音线性成比例的频率，由此确定所述做功机械的转速(η)且从所述异步电动机(5 的由转差率决定的转速-转矩相关性由非电气测量参数确定且必要时监控所述工作点。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述做功机械的所消耗的功率通过以下步骤来确定-尤其通过预先给定的电动机参数即设计功率(P2n)和设计转速(nN)、必要时同步的转速( )、停转力矩(Mk)、停转转速(ηκ)或停转转差率( 确定所述电动机(52)的转速-转矩特性曲线(M(n)),-由所述电动机(52)的驱动转速(η)和转速-转矩特性曲线(Μ(η))确定所述电动机 (52)的所消耗的功率(P2)或转矩(M)。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述做功机械是泵、尤其离心泵 (51)且确定工作点包含由所述驱动转速(η)确定所述泵的输送量⑴)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置(61)从由所述驱动转速(η) 确定的所消耗的功率(P2)来确定所述泵、尤其离心泵(51)的输送量⑴)。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述装置(61)由所述电动机(52) 的描述所述电动机(5 的转速-转矩特性曲线(M(n))的参数以及由所述泵的描述输送流量-功率特性曲线(10)的参数和所述驱动转速(η)来确定所述泵、尤其离心泵(51)的输送量(Q)。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置(61)由示出取决于负荷的转速变化对所述泵的输送量(Q)的特性曲线来确定所述泵、尤其离心泵(51)的输送量⑴)。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(61)具有至少一个用于压力传感器(57)的信号输入端(6 且由所联接的压力传感器(57)的测量值确定用于确定所述做功机械的工作点的驱动转速(η)。
17.根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(61)具有至少一个用于固体传声传感器和/或空气传声传感器的信号输入端且由所联接的固体传声传感器和/或空气传声传感器的测量值确定用于确定所述做功机械和/或驱动该做功机械的所述异步电动机(52)的工作点的驱动转速(η)。
18.根据权利要求10至15中任一项或17所述的装置，其特征在于，用于检测取决于工作点的测量参数的所述装置能够与麦克风(72)相连接或具有集成的麦克风(72)。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置是用于检测所述做功机械的工作噪音和用于工作点确定和/或监控的电话、尤其移动电话(71)。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置(61)利用通讯器件、尤其电话或移动电话(71)和通讯网络(77)，以便在不同于所述做功机械的工作地点(78)的地点 (79)处执行所述工作点确定和/或监控。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定做功机械的和/或驱动该做功机械的异步电动机的工作点的方法和装置，其中，由做功机械所消耗的功率和/或其输送量表征工作点，做功机械的一个或多个取决于工作点的测量参数通过一个或多个传感器来检测且测量值在做功机械的运行期间被评估并且/或者保存。在不使用驱动的异步电动机的电气测量参数的情况下工作点以如下方式来确定，即，由机械的测量参数即压力、压力差、力、振动、固体传声或空气传声中的一个，借助于信号分析、尤其频率分析来确定与做功机械的转动声音线性成比例的频率。由此确定做功机械的转速(n)且由此在使用异步电动机(52)的转速-转矩相关性(M(n))的情况下确定通过由做功机械所消耗的功率(P2)和/或其输送量(Q)表征的工作点。
文档编号F04D15/00GK102439318SQ201080022540
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月27日 优先权日2009年5月20日
发明者C·埃姆德, M·西洛维克, S·劳厄 申请人:Ksb股份公司