Integriertes fehlertolerantes Sensorsystem zur Zustandsüberwachung von rotodynamischen Pumpen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Roland Werthschützky
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2005 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5441781

Ziel des Forschungsprojektes ist der Entwurf, die Realisierung und Erprobung eines in eine rotodynamische Pumpe integrierten Sensorsystems. Mit Hilfe der im Sensorsystem angeordneten Einzelsensoren sollen die lokalen Druckverläufe in der Pumpe, die Temperatur des Fluids sowie der Körperschall oder die Gehäuseschwingungen erfasst werden. Aus diesen Größen ist der Volumenstrom, die Drehzahl und der Wirkungsgrad der Pumpe zu berechnen. Diese Informationen bilden die messtechnische Grundlage für die im Rahmen der anderen Teilvorhaben des beantragten Paketantrages bearbeiteten Zielstellungen wie - kontinuierliche Pumpen- und Fluidzustandsüberwachung, - Anpassung und Optimierung des Betriebszustandes, - Sicherung von Fehlertoleranz für das mechatronische System Kreiselpumpe, - aktive Beeinflussung von kritischen Betriebszuständen, z.B. Kavitation. Das Sensorsystem umfasst mehrere Miniaturdrucksensoren, einen Temperatursensor und einen Schall- oder Schwingungssensor. Ein ebenfalls integriertes Signalverarbeitungsmodul übernimmt die Verstärkung und Filterung der Einzelsensorsignale, die Berechnung der abgeleiteten Größen, die Korrektur der systematischen Fehler und die Selbstüberwachung des Sensorsystems. Die Schwerpunktaufgaben des beantragten Forschungsprojektes bestehen in der: - Entwicklung von miniaturisierten, korrosionsfesten Miniaturdrucksensoren auf der Basis von vorhandenen langzeitstabilen piezoresistiven Silizium-Messelementen, die für eine Montage ins Pumpengehäuse geeignet sind. - Theoretischen und experimentellen Ermittlung der günstigsten Messstellen innerhalb der Pumpe zur Aufnahme der charakteristischen Druckverläufe, die eine effektive Betriebszustandsüberwachung und reproduzierbare Volumenflussberechnung ermöglichen. - Ableitung eines analytischen und/oder experimentellen Verfahrens zur Volumenflussberechnung aus den aktuellen Druckverläufen und experimenteller Nachweis der Reproduzierbarkeit. - Sicherung der Selbstüberwachung der Einzelsensoren und der Sensorsignalverarbeitung durch ausgewählte Methoden der Fehlererkennung und Fehlerdiagnose. - Inbetriebnahme und Test des integrierten Sensorsystems an einem Demonstrator einer rotodynamischen Wasserpumpe in einem Pumpenprüfstand.

• DFG Programme: Research Grants