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Die Bedeutung der gerichteten Durchflussmessung
Einführung
Das VPFlowScope® Druckluft flowmeter ist nach einem einzigartigen Messprinzip aufgebaut. Damit können Sie nicht nur die Größe des Durchflusses messen, sondern auch die Richtung. Warum ist das wichtig? In diesem Artikel zeigen wir zwei Beispiele, bei denen die bidirektionale Durchflussmessung eine Schlüsselrolle spielt, um die richtigen Schlussfolgerungen zu ziehen. Im ersten Beispiel wird der Fall einer Elektronikfabrik beschrieben, die über ein großes zusammenhängendes Ringnetz mit zwei Kompressorräumen verfügt, die sich in verschiedenen Gebäuden befinden. Die beiden Kompressorräume sind etwa 500 Fuß voneinander entfernt. Im zweiten Beispiel wird die Wirkung der Durchflussmessung vor einem lokalen Sammelbehälter beschrieben.
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Thermabridge™-Technologie
Der weltweit erste thermische Durchflusssensor in einem Silizium- (nichtSilikon!) Chip wurde vor 40 Jahren von einem der Gründer von VPInstruments, Anton van Putten, im Jahr 1974 erfunden. Sein einzigartiges Design kann als Blaupause für viele thermische Massendurchflusssensoren angesehen werden, die in der Automobil-, HLK- und Industrietechnik eingesetzt werden. Der ursprüngliche Thermabridge™-Sensor kombiniert die Messung der Durchflussrichtung mit der Erfassung des thermischen Massendurchflusses über einen vollen Bereich von 0...150 mn/sec. Dadurch können Sie den Durchfluss in komplexen Ringnetzen messen, in denen andere Durchflussmesser sehr unzuverlässige Messergebnisse liefern würden. Wer hätte gedacht, dass seine Erfindung für die genaue Druckluftmessung so wichtig werden würde?
Fall 1. Zwei Kompressorräume
Bei einem großen Hersteller von elektronischen Bauteilen wird Druckluft für den gesamten Produktionsprozess verwendet: Spritzgießmaschinen (Handhabung und Verpackung von Produkten), Kommissionierung und Platzierung von Bauteilen, Beschichtung und Galvanisierung von Metallteilen. Es wurde ein Energiemanagementprogramm eingeleitet, um den Gesamtenergieverbrauch des Werks zu senken. Die Druckluft war eine der Versorgungseinrichtungen, die Aufmerksamkeit erforderte. Die Kompressoren in der Fabrik waren ziemlich alt (> 10 Jahre), und es gab Raum für Verbesserungen, was die Effizienz anbelangt. Um den richtigen Kompressor auszuwählen, musste das Bedarfsprofil des Werks gemessen werden. Das Unternehmen erkannte jedoch, dass eine ständige Überwachung der Schlüssel zu langfristigen Einsparungen ist. Anstatt also eine Wirtschaftsprüfungsgesellschaft mit einer vorübergehenden Prüfung zu beauftragen, entschied man sich für VPInstruments , um eine permanente Überwachungslösung zu implementieren. Diese könnte schließlich auf andere Versorgungsunternehmen ausgeweitet werden.
In Phase 1 des Projekts installierten wir vier Durchflussmesser, um ein klares Bild des durchschnittlichen Bedarfs zu erhalten. Nach einigen Monaten stießen wir jedoch auf eine interessante Situation, in der unidirektionale Standard-Luftdurchflussmesser unbrauchbare Ergebnisse lieferten. In dieser besonderen Situation verursachte der Rückfluss zu den Empfängertanks falsche Messwerte, was zu erheblichen Messfehlern führte.
Beschreibung des Systems
Die folgende Zeichnung zeigt eine vereinfachte Darstellung des Druckluftsystems. Das Druckluftsystem besteht aus zwei Kompressorräumen (A und B). Von diesen beiden separaten Kompressorräumen wird ein Druckluft-Ringnetz versorgt. Die Kompressorräume werden mit einem druckbasierten Steuersystem gesteuert.
Im Kompressorraum B sind zwei Durchflussmesser in einem Ringnetz installiert, um die von einem Kompressor in das Netz gelieferte Luft zu messen. Zwischen diesem Kompressor und dem Netz ist ein großer Sammelbehälter (5m3) installiert.
In Raum A befanden sich drei Schraubenkompressoren von Atlas Copco (ZR3A, ZR3A, ZR145). Die Maschinen wurden für die tägliche Grundlast verwendet. Jeder Kompressor ist mit einem Trommeltrockner für die Verdichtungswärme ausgestattet. Zwischen den Rohrleitungen und den Verdichtern sind zwei große Sammelbehälter mit einem Volumen von jeweils 5m3 installiert. Von den Behältern aus versorgen zwei separate Rohre die Produktionsprozesse mit Luft.
Eine Leitung ist mit einem anderen Gebäude verbunden, in dem sich der Kompressorraum B befindet. Die Entfernung zwischen den beiden Kompressorräumen beträgt etwa 500 Fuß.
Umkehrung des Flusses oder nicht?
Nachdem wir uns die Konfiguration des Kompressorraums B genauer angesehen haben, sind wir zu dem Schluss gekommen, dass es eine Rückströmung geben muss, wenn der Kompressor ausgeschaltet ist. Die folgenden Bilder erklären diesen Effekt im Detail.
Kompressor in Raum B aus: Verhalten des Empfängertanks
Während der Leerlauf- und Ruhezeiten zeigten die beiden unidirektionalen Durchflussmesser einen Verbrauch an, während man einen Null-Durchfluss erwarten würde. Der große Sammelbehälter wird von den anderen Kompressoren (aus Raum A) gefüllt, wenn der lokale Luftbedarf im Ringnetz niedrig ist, und er liefert Luft an das Netz, wenn der lokale Bedarf hoch ist. Sie können die
Empfängertank als ein großer Ballon, der mit dem Netz interagiert.
Kompressor im Raum B bei "fließendem Verkehr"
Wenn der Kompressor unter Last läuft, wird Druckluft in das Ringnetz eingespeist. In der T-Kreuzung vermischt sich der Strom mit dem bestehenden "Verkehr", je nachdem, wie der Verbrauch im Ringnetz ausgeglichen ist. Wenn der Verbrauch gut ausgeglichen ist, kann er perfekt symmetrisch sein (50 % links, 50 % rechts), aber wenn der Verbrauch auf einer Seite viel höher ist, wird sich der Luftstrom anders verteilen. Auch ein pulsierender Bedarf kann die Verteilung des Luftstroms für einen kurzen Zeitraum verändern.
Die vom Kompressor kommende Luft vermischt sich mit der Luft, die bereits durch das Ringnetz strömte. Dies kann zu einem hohen oder niedrigen Messwert führen, je nach dem tatsächlichen Bedarf und der daraus resultierenden Strömungsrichtung.
Unidirektional versus bidirektional
Ein unidirektionales flowmeter hat keine Ahnung, woher die Luft kommt. Dies führt zu großen Fehlern. Dies gilt für die meisten thermischen Massendurchflussmesser, die auf thermischer Dispersion, konstanter Temperaturanemometrie usw. basieren. Andere Beispiele für unidirektionale Durchflussmesser sind Wirbelzähler und Turbinenradzähler, wenn sie über einen Standard-Impulsgeber ausgelesen werden (das eigentliche Zählwerk des Turbinenradzählers dreht sich rückwärts). Venturi-Messgeräte sind ebenfalls unidirektional. Das Differenzdrucksignal ändert sich nicht ins Negative, wenn der Durchfluss umgekehrt wird. Blendenmessgeräte können auch den rückwärts gerichteten Durchfluss messen, sind aber wegen ihres permanenten Druckverlustes für Druckluft weniger geeignet.
Wenn Sie die bidirektionale Messfunktion des VPFlowScope einschalten, wird die Änderung der Durchflussrichtung sofort angezeigt. Jetzt wird der umgekehrte Fluss in den Diagrammen als negative Werte angezeigt. Werfen wir einen Blick auf einige reale Daten: In den nachstehenden Diagrammen zoomen wir in einen bestimmten Zeitraum der Messungen im Kompressorraum B. Die ursprünglichen Daten von den bidirektionalen Durchflussmessern wurden verarbeitet, um den Unterschied zwischen bidirektionalem und unidirektionalem Durchfluss zu zeigen.
Am Ende dieses Zeitraums ist der Effekt sehr deutlich zu sehen: Im linken Diagramm, in dem sich die beiden bidirektionalen Durchflussmesser gegenseitig aufheben, ist der resultierende Durchfluss fast Null. Im rechten Diagramm hebt sich der Durchfluss nicht auf, was zu einem Artefaktsignal von fast 13 m3/Minute führt.
Unidirektional ist gut genug?
Man könnte sagen: Warum sollte man dies nicht mit den Last-/Entlastungsdaten des Kompressors korrelieren? Wenn der Kompressor unbelastet oder ausgeschaltet ist, weiß man, dass der Durchfluss gleich Null ist, und kann dies kompensieren. Wir sind der Meinung, dass dies nicht der beste Weg ist, um das Problem des Rückflusses zu lösen, da es andere (echte) Gründe für den Rückfluss geben könnte, die unbemerkt bleiben würden. Zum Beispiel ein undichtes Rückschlagventil, eine undichte Dichtung oder ein Abblaseventil. In diesem speziellen Fall fanden wir eine undichte Dichtung am Kompressor. Dieses Leck hätte 1.314 Euro pro Jahr kosten können, und es kostete nur 500 Euro, es zu reparieren. Ein weiteres Leck wurde in einem Trockner gefunden. Auch dieses Leck befindet sich vor dem flowmeter, so dass es unbemerkt bliebe, wenn die flowmeter unidirektional ist. Einsparungen: 2.102 Euro pro Jahr. Behoben für 100 Euro durch Austausch eines Schlauchs.
Fall 2. Dezentrale Empfänger
In einigen Fällen wird ein dezentraler Empfängertank verwendet, um die Spitzenlast im Netz "abzufangen". Zum Beispiel, wenn eine Maschine ein stark schwankendes Verbrauchsprofil hat. Eine häufig gestellte Frage lautet: Wo soll die flowmeter platziert werden, und was zeigt uns die flowmeter , wenn die Maschine abgeschaltet wurde. Dieser Teil des Artikels basiert auf einem älteren Audit in einem kartoffelverarbeitenden Betrieb, bei dem wir eine Standard-Wärmemasse flowmeter ohne bidirektionale Empfindlichkeit verwendet haben. Das Bild unten zeigt den Aufbau.
Testaufbau: Die Entnahmestelle flowmeter wurde zwischen dem Sammeltank und dem Ringleitungsnetz installiert. Warum? Weil nach dem Absperrventil nicht genügend gerade Länge vorhanden war.
Der Prüfer rief uns nach ein paar Tagen an, um die Ergebnisse zu besprechen. Die flowmeter zeigte einen erheblichen Verbrauch, während die Maschine vom Netz getrennt war. Der Empfängertank diente lediglich als lokaler Puffer für Maschinen, die weiter unten in der Leitung standen. Er wurde im Rhythmus ihres Verbrauchs gefüllt und geleert, was zu erheblichen Messwerten auf der thermischen Masse flowmeter führte. In diesem Fall konnte das Problem schließlich dadurch gelöst werden, dass die Daten während des Zeitraums, in dem die Maschine abgeschaltet war, ignoriert wurden. In anderen Fällen kann es jedoch vorkommen, dass es keine Möglichkeit gibt, lokale Aktionen oder Ereignisse mit Daten zu korrelieren. In diesen Fällen kann die Betrachtung von Daten aus einem unidirektionalen Durchflussmessgerät zu falschen Schlussfolgerungen führen.
Andere Probleme, die Sie mit bidirektionalen Sensoren entdecken können:
Bidirektionale Durchflussmesser können in vielen Druckluftsystemen wichtige Probleme aufdecken. In diesem Artikel haben wir zwei Fälle beschrieben, in denen bidirektionale Sensoren entscheidend sind, um die richtigen Schlüsse zu ziehen.
Andere Beispiele, bei denen Sie Probleme aufdecken können:
Undichte Rückschlagventile direkt nach dem Kompressor oder undichte Kondensatabflüsse. Das bidirektionale flowmeter zeigt Ihnen, wann dies der Fall ist.
- Undichte Abflüsse im Ölabscheider oder unter dem Nassauffangbehälter
- Das Rückschlagventil schließt nicht vollständig ab
- Das Abblaseventil schließt nicht vollständig
- Oszillationen im Rohrnetz werden als Verbrauch statt als Durchfluss nahe Null angesehen
Zusammenführung der Ergebnisse über virtuelle Kanäle
In der zentralen Energieüberwachungssoftware VPVision können mithilfe eines virtuellen Kanals die Daten von zwei (oder mehr) Durchflussmessern zu einem Signal kombiniert werden. Der Kanal addiert bzw. subtrahiert alle Messwerte auf der Grundlage ihrer Durchflussrichtung. Die resultierenden Werte können in Echtzeitdiagrammen und Berichten verwendet werden.
Schlussfolgerungen
- Bei der Durchflussmessung in Ringnetzen sind bidirektionale Durchflussmesser der Schlüssel zu korrekten Ergebnissen.
- Nur bidirektionale Durchflussmesser können korrekte Daten liefern, wenn sie zwischen Empfängertanks und dem Druckluftnetz installiert sind.
- Unidirektionale Durchflussmesser zeigen einen positiven Durchfluss an, wenn ein umgekehrter Durchfluss stattfindet, was zu falschen Rückschlüssen auf das Systemverhalten führen kann.
- Mit moderner Energieüberwachungssoftware können bidirektionale Durchflussmesser in einem virtuellen Kanal kombiniert werden.
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