Die Erfindung betrifft eine Wasserversorgungsanlage mit mindestens einer Pumpengruppe, die eine Pumpe mit Antrieb enthält.
Es gibt unter den zahlreichen Pumpwerken der öffentlichen oder industriellen Wasserversorgung, insbesondere bei kleineren oder mittleren Anlagen, solche, die mit zwei Pumpengruppen ausgerüstet sind, wobei die eine Gruppe allein für die normale Wasserlieferung im Betrieb bleibt, während die zweite Gruppe dauernd als ständige Reserve zur Verfügung steht; oft muss aber, bei stärkerem Verbrauch, auch diese Gruppe zur Wasserlieferung herangezogen werden. Die Betriebsdaten dieser Pumpengruppen (Fördermenge und -höhe) werden so gewählt, dass eine Gruppe den normalen Bedarf allein zu decken vermag, unter Berücksichtigung der mit der Fördermenge wachsenden Druckverluste in der Förderleitung. Letztere mündet in einem Hochbehälter aus, in welchem die über den Verbrauch geförderten Wassermengen gespeichert werden, um bei Zunahme des Netzverbrauches wieder abgegeben zu werden.
In vielen Fällen führt die Förderleitung nicht unmittelbar in den Hochbehälter, sondern bildet zugleich eine Hauptader des Verteilnetzes, in welchem zeitweise der grössere Teil der gepumpten Menge unmittelbar verbraucht wird. Zur Nachtzeit geht in der Regel der Verbrauch stark zurück und beträgt mitunter nur einen kleinen Bruchteil des Tagesbedarfes, so dass der weitaus grössere Teil der geförderten Menge direkt in den Hochbehälter übergeleitet wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die ein für allemal bestimmte Fördermenge einer Pumpengruppe dem veränderlichen Bedarf nicht angepasst werden kann; übersteigt z. B. der Verbrauch diese Nennfördermenge, so muss diese durch Entzug aus dem Behälter ergänzt werden, was auf die Dauer zu sehr grossem Volumen für das letztere führen kann, oder muss die zweite Pumpengruppe zugeschaltet werden.
Dadurch entsteht aber ein mehr oder weniger grosser Sprung in der WasseRörderung, da in der Regel beide Pumpengruppen aus verschiedenen Gründen (Einheitlichkeit in der Herstellung und im Betrieb, Betriebssicherheit) gleiche Förderdaten aufweisen. Umgekehrt kann aber auch die Fördermenge der einzelnen Pumpengruppen den Verbrauch um einen Betrag übersteigen, der auf die Dauer ein zu grosses Speichervolumen des Behälters erfordern würde. Wohl kann in einem solchen Falle die Fördermenge einer Pumpe durch Drosselung am Schieber verringert werden, was aber mit erheblichen Verlusten verbunden ist, einerseits weil die Pumpe dann in einem ungünstigen Wirkungsgebiet arbeitet, andererseits weil durch die Drosselwirkung des Schiebers ein Teil der Förderhöhe vernichtet wird.
Die Erfindung hat die Schaffung einer Wasserversorgungsanlage der erwähnten Art zum Ziel, die diese Nachteile nicht aufweist und bei welcher die augenblickliche Fördermenge der Pumpe jeweils an den Verbrauch angepasst werden kann.
Die erfindungsgemässe Anlage, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb stufenlos verstellbar ist und eine stetige Drehzahländerung der Pumpe gestattet.
Eine derart ausgebildete Anlage gestattet jeweils eine Einstellung der Fördermenge auf die Weise, dass sie gleich ist wie die augenblickliche Wasserentnahme. Es genügt daher nur ein sehr kleiner Hochbehälter, oder es kann auf diesen überhaupt verzichtet werden.
Es ist dabei möglich, einen Antrieb vorzusehen, der zwischen einer Drehzahl, welche einer Fördermenge Null entspricht, und einer Drehzahl, die höher ist als die Nenndrehzahl der Pumpe, verstellbar ist. Durch diese Massnahme ist eine bedeutende Erhöhung der Fördermenge, insbesondere auch bei bestehenden Anlagen, möglich.
Der Pumpengruppe mit stufenlos verstellbarem Antrieb kann mindestens eine Pumpengruppe gleicher Leistung, jedoch mit einem Antrieb mit konstanter Drehzahl, parallel geschaltet sein. Auf diese Weise wird es mit einfachen Mitteln ermöglicht, die Leistungsfähigkeit der Anlage auf das Doppelte der Fördermenge der stufenlos verstellbaren Pumpengruppe zu erhöhen.
Vorzugsweise kann der verstellbare Antrieb ein hydrostatisches Getriebe enthalten, das einen hydrostatischen Motor aufweist, der an mindestens eine hydrostatische Pumpe angeschlossen ist. Ein derartiger Antrieb gestattet mit verhältnismässig einfachen Mitteln die erforderliche Regelung, vor allem über die Nenndrehzahl der Pumpe hinaus.
Es ist dabei möglich, zwischen dem hydrostatischen Motor und der hydrostatischen Pumpe einen hydraulischen Ener- giespeicher zu schalten. Der Energiespeicher gestattet die Überbrückung kurzzeitiger Leistungsspitzen, so dass der Antriebsmotor der Pumpengruppe mit dem verstellbaren Antrieb für eine kleinere Grundlast ausgelegt werden kann.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Pumpwerkes einer Wasserversorgungsanlage mit zwei Pumpengruppen,
Fig. 2 ein Q-H-Diagramm zur Erläuterung des Einflusses einer Drehzahländerung auf die Kennlinie einer Kreisel.pum- pe,
Fig. 3 die Kennlinien von Kreiselpumpen mit konstanter Drehzahl bei Einzel- und Parallellauf und
Fig. 4 die Betriebskennlinien zweier Pumpengruppen einer erfindungsgemässen Anlage.
Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemässes Pumpwerk mit zwei Pumpengruppen. In einem Pumpenraum 1, in welchen eine Zuführleitung 2 führt, ist eine Pumpengruppe I und eine Pumpengruppe II angeordnet. Beide Pumpengruppen enthalten Kreiselpumpen 3 und elektrische Antriebsmotoren 4. Die Pumpen 3 sind jede an eine Saugleitung 5 mit einem Absperrorgan 6 angeschlossen und fördern über Förderleitungen 7 mit Pumpenarmaturen 8, die je aus einem Rückschlagorgan und einem Absperrschieber bestehen, in eine gemeinsame Ausgangsleitung 10. Im Pumpenraum ist ein Schaltkasten 11 mit den erforderlichen elektrischen Anschluss- und Regelorganen angeordnet.
Bei der Pumpengruppe II ist der Elektromotor 4 in bekannter Weise über eine feste Kupplung 12 direkt an die Welle der Pumpe 3 angeschlossen. Die Pumpengruppe list hingegen mit einem stufenlos verstellbaren Antrieb 13 versehen, weicher eine stetige Drehzahländerung der Pumpe 3 gestattet. Nach der Figur 1 enthält der stufenlos verstellbare Antrieb eine hydrostatische Pumpe 14, die durch Leitungen 15, 16 mit einem hydrostatischen Motor 17 verbunden ist.
Der hydrostatische Motor ist durch eine Kupplung 18 mit der Welle der Pumpe 3 verbunden.
Aus dem Q-H-Diagramm (Fördermenge/Förderhöhe) in der Figur 2 ist die Wirkung der stufenlosen Drehzahländerung ersichtlich. Von der Kennlinie A bei Nenndaten Homo, Q00 für 100 o/o ausgehend, ändern sich die Förderdaten Q linear und H quadratisch zu einer Kurvenschar (A-Ae), aus der hervorgeht, dass der Wirkungsgrad W innerhalb eines sehr weiten Bereiches in annehmbaren Grenzen bleibt.
Die Figur 3 zeigt die Betriebsmöglichkeiten eines mit zwei gleichen Pumpengruppen ausgerüsteten Pumpwerkes der übli chen Bauart, bei welchem die beiden Pumpengruppen konstante Drehzahlen haben. Beim Pumpwerk nach der Figur 1 entstehen die gleichen Verhältnisse, wenn die Pumpe der Pumpengruppe II mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird, die gleich ist wie dieDrehzahl derPumpengruppe I. Im Diagramm bezeichnet I die Kennlinie einer Pumpe, deren Fördermenge 100 o/o bei Förderhöhe 100 o/o dem Betriebszu stande mit optimalem Wirkungsgrad entspricht (Kurve A in der Figur 2).
Genügt diese Fördermenge dem derzeitigen Bedarf nicht mehr, so muss die zweite Pumpengruppe zugeschal- tet werden, was einem Sprung der Förderung von 100 0/0 auf etwa 160 0/0 (in der Figur) entspricht. Dieser Sprung QII-QI ist von der Leitnngskennlinie L, d. h. von den mit der Durchflussmenge wachsenden Druckverlusten abhängig. Er würde 100 /0 von QI betragen, wenn die Leitung verlustlos wäre.
Die Figur 4 stellt eine Zusammenstellung der Diagramme der Figuren 2 und 3 dar. Der Kennlinie I der mit konstanter Drehzahl arbeitenden Pumpen werden nacheinander diejenigen der zweiten, regulierten Pumpe zugezeichnet, womit sich die Gesamtförderung von QI bis auf QII, sogar darüber hinaus, durch Überdrehzahl, stufenlos vergrössern lässt. Wird andererseits die regulierte Pumpengruppe allein in Betrieb genommen, so kann deren Fördermenge stufenlos von 0 bis QI oder auch darüber hinaus eingestellt werden.
Es können selbstverständlich nicht nur eine, sondern bei de - oder sogar noch mehr, sofern eine grössere Anzahl Pumpen vorhanden ist - Pumpengruppen des Pumpwerkes mit der stufenlosen Drehzahländerung ausgestattet werden, wobei unter Umständen die zur Speisung der Ölmotoren nötige Druckflüssigkeit je einzeln oder gemeinsam von einer oder von mehreren Ölpumpen geliefert werden kann. Die zur stufenlosen Änderung der Pumpendrehzahlen notwendige Verstellung der Charakteristik der Ölpumpe (in gemeinsamer Aufstellung) oder der einzelnen Ölpumpen (in getrennter Anordnung), sowie auch von dem oder der Ölmotoren, die die Wasserpumpen antreiben, kann vom Schaltkasten 11 aus, oder auch von irgend einer Betriebswarte aus durch Fernsteuerung erreicht werden.
In gewissen Fällen kann es notwendig sein, im Kraftübertragungssystem über eine Energiespeicherung zu verfügen.
Dies ist ohne weiteres durch Zuschalten eines Energiespeichers im Nebenschluss zur Druckölzuleitung 16 möglich.
Auch kann anstelle von Öl im Kraftübertragungssystem eine neutrale, nicht brennbare und nicht verunreinigende Flüssigkeit verwendet werden.
Nach den Figuren 2 bis 4 sind die Pumpengruppen I und II für gleiche Fördermengen Qoo ausgelegt. Unter Umständen kann jedoch auch eine andere Auslegung vorteilhaft sein.
Do kann z. B. die Pumpengruppe I zur Lieferung der kleinsten im Betrieb auftretenden Fördermenge dienen.
The invention relates to a water supply system with at least one pump group which contains a pump with a drive.
Among the numerous pumping stations for public or industrial water supply, especially in the case of small or medium-sized systems, there are those that are equipped with two pump groups, whereby one group remains in operation solely for normal water supply, while the second group is permanently in reserve Available; often, however, with higher consumption, this group must also be used for water delivery. The operating data of these pump groups (delivery rate and head) are selected so that one group is able to cover normal requirements on its own, taking into account the pressure losses in the delivery line that increase with the delivery rate. The latter ends in an elevated tank, in which the water volumes pumped through consumption are stored in order to be released again when the network consumption increases.
In many cases the delivery line does not lead directly into the elevated tank, but at the same time forms a main artery of the distribution network in which the greater part of the pumped amount is used up at times. At night, the consumption usually falls sharply and is sometimes only a small fraction of the daily requirement, so that the much larger part of the conveyed quantity is transferred directly to the elevated tank. This method has the disadvantage that the delivery rate of a pump group, which is determined once and for all, cannot be adapted to changing requirements; exceeds z. B. the consumption of this nominal flow rate, it must be supplemented by withdrawal from the container, which in the long run can lead to a very large volume for the latter, or the second pump group must be switched on.
However, this results in a more or less large jump in the water pumping, since as a rule both pump groups have the same pumping data for various reasons (uniformity in production and operation, operational reliability). Conversely, however, the delivery rate of the individual pump groups can also exceed the consumption by an amount which in the long run would require an excessively large storage volume of the container. In such a case, the delivery rate of a pump can be reduced by throttling the slide, but this is associated with considerable losses, on the one hand because the pump then works in an unfavorable area of activity, on the other hand because part of the delivery head is destroyed by the throttling effect of the slide.
The invention aims to provide a water supply system of the type mentioned, which does not have these disadvantages and in which the current delivery rate of the pump can be adapted to the consumption.
The system according to the invention, by means of which this goal is achieved, is characterized in that the drive is continuously adjustable and allows a constant speed change of the pump.
A system designed in this way allows the delivery rate to be adjusted in such a way that it is the same as the current water withdrawal. A very small elevated tank is sufficient, or it can be dispensed with at all.
It is possible to provide a drive which can be adjusted between a speed which corresponds to a delivery rate of zero and a speed which is higher than the nominal speed of the pump. This measure enables a significant increase in the delivery rate, especially with existing systems.
The pump group with a continuously adjustable drive can be connected in parallel with at least one pump group of the same power, but with a drive with constant speed. In this way, it is made possible with simple means to increase the performance of the system to twice the delivery rate of the continuously adjustable pump group.
The adjustable drive can preferably contain a hydrostatic transmission which has a hydrostatic motor which is connected to at least one hydrostatic pump. Such a drive allows the necessary control with relatively simple means, especially beyond the nominal speed of the pump.
It is possible to connect a hydraulic energy store between the hydrostatic motor and the hydrostatic pump. The energy store allows short-term power peaks to be bridged, so that the drive motor of the pump group with the adjustable drive can be designed for a smaller base load.
The invention is explained using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. It shows:
1 is a schematic view of a pumping station of a water supply system with two pump groups,
2 shows a Q-H diagram to explain the influence of a change in speed on the characteristic of a centrifugal pump,
3 shows the characteristics of centrifugal pumps with constant speed for single and parallel operation and
4 shows the operating characteristics of two pump groups of a system according to the invention.
FIG. 1 shows a pumping station according to the invention with two pump groups. A pump group I and a pump group II are arranged in a pump room 1, into which a supply line 2 leads. Both pump groups contain centrifugal pumps 3 and electric drive motors 4. The pumps 3 are each connected to a suction line 5 with a shut-off device 6 and convey via delivery lines 7 with pump fittings 8, each consisting of a non-return device and a gate valve, into a common output line 10 A switch box 11 with the necessary electrical connection and control elements is arranged in the pump room.
In the case of pump group II, the electric motor 4 is connected in a known manner via a fixed coupling 12 directly to the shaft of the pump 3. The pump group 1, however, is provided with a continuously adjustable drive 13, which allows a constant speed change of the pump 3. According to FIG. 1, the continuously adjustable drive contains a hydrostatic pump 14 which is connected to a hydrostatic motor 17 by lines 15, 16.
The hydrostatic motor is connected to the shaft of the pump 3 by a coupling 18.
The effect of the stepless speed change can be seen from the Q-H diagram (delivery rate / delivery head) in FIG. Starting from the characteristic curve A with nominal data Homo, Q00 for 100 o / o, the delivery data Q change linearly and H quadratically to form a family of curves (A-Ae), from which it can be seen that the efficiency W is within a very wide range within acceptable limits remains.
FIG. 3 shows the operating possibilities of a pumping station of the usual type, equipped with two identical pump groups, in which the two pump groups have constant speeds. In the pumping station according to Figure 1, the same conditions arise when the pump of pump group II is operated at a constant speed, which is the same as the speed of pump group I. In the diagram, I denotes the characteristic of a pump whose delivery rate 100 o / o at head 100 o / o corresponds to the operational state with optimal efficiency (curve A in FIG. 2).
If this delivery rate no longer meets the current requirement, the second pump group must be switched on, which corresponds to a jump in delivery from 100 0/0 to approximately 160 0/0 (in the figure). This jump QII-QI is from the line characteristic L, i.e. H. depends on the pressure losses increasing with the flow rate. It would be 100/0 of QI if the line were lossless.
FIG. 4 shows a compilation of the diagrams in FIGS. 2 and 3. The characteristic curve I of the pumps operating at constant speed is drawn one after the other that of the second, regulated pump, so that the total delivery from QI to QII, even beyond, is caused by overspeed , can be increased continuously. If, on the other hand, the regulated pump group is put into operation alone, its delivery rate can be set continuously from 0 to QI or beyond.
Of course, not just one, but also de - or even more, if a larger number of pumps are available - pump groups of the pumping station can be equipped with the infinitely variable speed change, whereby the hydraulic fluid required to feed the oil motors may be individually or jointly supplied by one or can be supplied by several oil pumps. The adjustment of the characteristics of the oil pump (in a joint setup) or the individual oil pumps (in a separate arrangement), as well as of the oil motor or motors that drive the water pumps, which is necessary for the continuous change of the pump speeds, can be done from the switch box 11, or from any a control room can be reached by remote control.
In certain cases it may be necessary to have energy storage in the power transmission system.
This is easily possible by connecting an energy storage device in the shunt to the pressure oil supply line 16.
A neutral, non-flammable and non-polluting liquid can also be used instead of oil in the power transmission system.
According to Figures 2 to 4, the pump groups I and II are designed for the same delivery rates Qoo. Under certain circumstances, however, a different design can also be advantageous.
Do can e.g. B. the pump group I serve to deliver the smallest flow rate occurring during operation.