Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum energieoptimalen Betrieb eines offenen Pumpensystems zum Flüssigkeitstransport, mit zumindest einem drehzahlregelbaren Pumpenaggregat, das die Flüssigkeit aus einem Behältnis fördert. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum energieoptimalen Betrieb eines Abwasser aus einem Pumpensumpf einer Pumpstation fördernden, drehzahlregelbaren Pumpenaggregats.The present invention relates to a method for energy-optimized operation of an open pump system for liquid transport, with at least one variable-speed pump unit, which conveys the liquid from a container. In particular, the invention relates to a method for the energy-optimal operation of a wastewater from a pump sump of a pumping station promotional, variable speed pump unit.
Pumpensümpfe bilden Zwischensammler, in die das Abwasser über einen oder auch mehrere Zuläufe hineinfließt. Der Zulauf bzw. die Zuläufe sind Abwasserkanäle der Abwasserentsorgung. Je nach Größe dieses Pumpensumpfes fasst dieser eine oder mehrere Pumpen, die das Abwasser aus dem Pumpensumpf über eine Druckleitung in eine geodätisch höher gelegene Ablaufleitung pumpen. Diese Ablaufleitung kann ebenfalls ein Abwasserkanal des Kanalnetzes sein und beispielsweise in einen nächsten Zwischensammler oder zu einer Kläranlage führen.Pump sumps form intermediate collectors, into which the wastewater flows in via one or more inlets. The inlet or the inlets are sewer sewers. Depending on the size of this pump sump this summarizes one or more pumps that pump the wastewater from the pump sump via a pressure line in a geodetically higher drain line. This drain line can also be a sewer of the sewer system and lead, for example, in a next intermediate collector or to a sewage treatment plant.
Die Pumpenaggregate in derartigen Abwasserpumpstationen werden heutzutage überwiegend ungeregelt bzw. mittels Zweipunktregelung betrieben, bei der die Pumpe lediglich zyklisch oder nach Bedarf an und ausgeschaltet wird. Die Aktivierung und Deaktivierung erfolgt in Abhängigkeit des Pegelstandes im Pumpensumpf beispielsweise gesteuert über einen Schwimmer. Häufige Ein-Aus-Wechsel führen jedoch zu einem erhöhten Verschleiß der Pumpenaggregate und zu einem erhöhten Energieverbrauch.The pump units in such sewage pumping stations are nowadays predominantly unregulated or operated by means of two-step control, in which the pump is switched on and off only cyclically or as needed. The activation and deactivation takes place depending on the water level in the pump sump, for example controlled by a float. Frequent on-off changes, however, lead to increased wear of the pump units and increased energy consumption.
Es sind jedoch auch Pumpstationen bekannt, deren Pumpenaggregate Frequenzumformer zur Drehzahlregelung besitzen, so dass die Pumpe bedarfsgerecht geregelt werden kann. Eine solche Abwasserpumpstation ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 007 026.0 bekannt.However, pump stations are also known whose pump units have frequency converters for speed control, so that the pump can be regulated as needed. Such a sewage pumping station is for example from the German patent application DE 10 2013 007 026.0 known.
Die WO 2005/088134 A1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung einer Pumpstation, bei dem die Drehzahl der Pumpe im Hinblick auf die Füllstandshöhe im Pumpensumpf energetisch optimal gewählt wird. Dies gilt jedoch nur für den aktuellen Zeitpunkt. Im Hinblick auf einen zukünftigen Betriebsverlauf ist die in WO 2005/088134 A1 dargestellte Betriebsweise nicht energetisch optimal.The WO 2005/088134 A1 describes a method for controlling a pumping station, in which the rotational speed of the pump is selected optimally in terms of energy level with regard to the filling level in the pump sump. However, this only applies to the current time. With regard to a future course of business, the in WO 2005/088134 A1 shown operation not energetically optimal.
Im Hinblick auf den Energieverbrauch des Pumpenaggregates ist festzustellen, dass der Anteil der Energiekosten an den Lebenszykluskosten bei Abwasserpumpen sowohl bei niedriger als auch bei hoher Betriebszeit mit ca. 40% bis ca. 80% Energiekosten sehr hoch ist. Starke Beschleunigungsvorgänge oder der Betrieb der Pumpe bei hohen Drehzahlen während das zu fördernde Medium stark Stückgut behaftet ist, führen zur hohen Energieverbräuchen, die nicht unbedingt notwendig wären.With regard to the energy consumption of the pump unit, it can be stated that the share of energy costs in the life-cycle costs of wastewater pumps is very high at around 40% to around 80% energy costs, both with low and high operating times. Strong acceleration processes or the operation of the pump at high speeds while the medium to be transported is heavily burdened with general cargo, lead to high energy consumption, which would not necessarily be necessary.
Die Herausforderung einer energieeffizienteren Regelung betrifft offene Pumpensysteme im Allgemeinen.The challenge of more energy-efficient control is open pump systems in general.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Betriebsverfahren für ein offenes Pumpensystem respektive für ein eine Flüssigkeit aus einem Behältnis fördernden Pumpenaggregat bereitzustellen, das einen im Vergleich zum Stand der Technik energieoptimierten Betrieb und damit eine Minimierung der Energiekosten ermöglicht. Es ist folglich Ziel der Erfindung, eine drehzahlregelbare Pumpe energieeffizient zu steuern. Dabei soll eine energieoptimale Drehzahl bestimmt und angewendet werden.It is therefore an object of the invention to provide an operating method for an open pump system or for a liquid pumping from a container pump unit, which allows energy-optimized operation compared to the prior art and thus minimizing energy costs. It is therefore an object of the invention to energy-efficiently control a variable speed pump. In this case, an energy-optimal speed should be determined and applied.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous developments of the method are given in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum energieoptimalen Betrieb eines offenen Pumpensystems zum Flüssigkeitstransport, mit zumindest einem drehzahlregelbaren Pumpenaggregat vorgeschlagen, das die Flüssigkeit aus einem Behältnis fördert, wobei in Abhängigkeit des aktuellen Pegelstands im Behältnis durch Auswertung einer mathematischen Funktion, die einem zu fördernden Förderstrom den dafür benötigten volumenstromspezifischen Energieverbrauch des Pumpenaggregats zuordnet, diejenige Drehzahl berechnet wird, bei der der volumenstromspezifische Energieverbrauch minimal ist, und diese berechnete Drehzahl als optimale Drehzahl am Pumpenaggregat eingestellt wird.According to the invention, a method for energy-optimal operation of an open pump system for liquid transport, proposed with at least one variable speed pump unit, which promotes the liquid from a container, depending on the current level in the container by evaluating a mathematical function, the one to be funded flow the required Associates volume flow specific energy consumption of the pump set, the speed is calculated at which the volume flow specific energy consumption is minimal, and this calculated speed is set as the optimum speed on the pump set.
Das Pumpenaggregat wird somit zumindest sofern keine außergewöhnliche Betriebssituation vorliegt, die eine andere Betriebseinstellung erforderlich macht, stets mit derjenigen Drehzahl betrieben, die zu einem minimalen Energieverbrauch führt.The pump unit is thus at least unless there is an exceptional operating situation that requires a different operating setting, always operated at the speed that leads to a minimum energy consumption.
Das Verfahren ist bei allen offenen Pumpensystemen anwendbar, d. h. solchen Pumpensystemen, die nicht in einem geschlossenen Kreis fördern. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für den Betrieb eines Abwasser aus einem Pumpensumpf einer Pumpstation fördernden, drehzahlregelbaren Pumpenaggregats. Eine andere Anwendung ist beispielsweise der Betrieb einer Bohrlochpumpe, die Grundwasser aus einem Bohrloch fördert. The method is applicable to all open pump systems, ie those pump systems that do not deliver in a closed loop. In particular, the method according to the invention is suitable for the operation of a wastewater from a pump sump of a pumping station, which is capable of speed-controllable pump unit. Another application is, for example, the operation of a well pump that pumps groundwater out of a wellbore.
Es sei angemerkt, dass neben Wasser beliebige Flüssigkeiten gefördert werden können. Das Behältnis für die Flüssigkeit kann eine beliebige offene oder geschlossene, natürliche oder künstliche die Flüssigkeit haltende Stätte sein, insbesondere ein Pumpensumpf, ein Bohrloch, ein Brunnen, Becken, Tank, eine Zisterne, ein Reservoir, See, oder ein Sammler sein.It should be noted that in addition to water any liquids can be promoted. The container for the liquid may be any open or closed, natural or artificial liquid holding site, in particular a sump, a well, a well, basin, tank, a cistern, a reservoir, a lake, or a collector.
Das Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung der beigefügten Figuren beschrieben, das eine Abwasserpumpstation betrifft. Das konkrete Ausführungsbeispiel kann jedoch auf beliebige Pumpensysteme verallgemeinert werden. Es zeigen:The method will be described below with reference to an embodiment using the attached figures, which relates to a wastewater pumping station. However, the specific embodiment can be generalized to any pump systems. Show it:
1: eine Pumpstation mit einem Pumpensumpf und darin angeordnetem Pumpenaggregat 1 a pumping station with a sump and pumping unit disposed therein
2: Ablaufdiagramm des Verfahrens 2 : Flowchart of the procedure
3: Ablaufdiagramm des übergeordneten Verfahrens 3 : Flowchart of the parent procedure
4: Grafische Darstellung des spezifischen Energieverbrauchs 4 : Graph of specific energy consumption
5: Darstellung des zeitlichen Verlaufs des gemessenen Förderstroms bei optimaler Drehzahl. 5 : Representation of the time course of the measured flow at optimal speed.
Für die Ausrüstung einer neuen oder bestehenden Pumpstation mit einer drehzahlregelbaren Abwasserpumpe ist das exakte Beziffern der Energieeinsparung gegenüber der Zweipunktsteuerung ohne Frequenzumrichter oder einen alternativen drehzahlregelbaren Pumpe von großer Bedeutung.For the equipment of a new or existing pumping station with a variable speed sewage pump, the exact quantification of the energy saving compared to the two-point control without frequency converter or an alternative variable-speed pump is of great importance.
1 zeigt eine Abwasserpumpstation 1 umfassend einen Pumpensumpf 3 mit einem Zulauf 4 und einem Ablauf 5 und ein in diesem Pumpensumpf 3 angeordnetes Pumpenaggregat 2, das elektromotorisch angetrieben und in seiner Drehzahl regelbar ist. Wenngleich hier nur ein einziges Pumpenaggregat 2 dargestellt ist, können auch zwei oder mehr Pumpenaggregate im Pumpensumpf 3 vorhanden sein. Die Geometrie des Pumpensumpfes 3 wird als bekannt vorausgesetzt. Das Pumpenaggregat 2 besteht aus einer Pumpeneinheit 2a und einem diese antreibenden Elektromotor 2b. Es pumpt über eine Druckleitung 6 das im Pumpensumpf 3 befindliche Abwasser in den geodätisch höher liegenden Ablauf 5. Von dort fließt das Abwasser weiter zu einer nächsten Pumpstation, einen Vorfluter oder direkt zu einer Wasseraufbereitungsanlage. 1 shows a wastewater pumping station 1 comprising a sump 3 with a feed 4 and a process 5 and one in this pump sump 3 arranged pump unit 2 , which is driven by an electric motor and adjustable in its speed. Although here only a single pump set 2 can also be shown two or more pump units in the sump 3 to be available. The geometry of the pump sump 3 is assumed to be known. The pump unit 2 consists of a pump unit 2a and an electric motor driving this 2 B , It pumps via a pressure line 6 in the sump 3 wastewater located in the geodesically higher drainage 5 , From there, the wastewater continues to a next pumping station, a receiving water or directly to a water treatment plant.
In dem Zulauf 4 kann ein Volumenstromsensor angeordnet sein, der über einen fortschreitenden Zeitraum die über den Zulauf 4 in den Pumpensumpf 3 zufließende Wassermenge pro Zeiteinheit misst. Es ist jedoch auch möglich, die Zuflusswerte aus den Pegeländerungen und dem Förderstrom Q des Pumpenaggregats 2 zu berechnen. In diesem Fall wird der Volumenstromsensor nicht benötigt.In the inlet 4 a volumetric flow sensor can be arranged, which over a progressive period over the inlet 4 in the pump sump 3 inflowing amount of water per unit of time measures. However, it is also possible, the inflow values from the level changes and the flow rate Q of the pump set 2 to calculate. In this case, the volume flow sensor is not needed.
Dagegen ist ein Volumenstromsensor 9 druckseitig des Pumpenaggregats 2 vorhanden, um den Förderstrom Q des Pumpenaggregats 2 zu messen. Der Volumenstromsensor 9 kann alternativ auch an einer anderen Stelle, insbesondere in der Druckleitung 6 oder dem Ablauf 5 angeordnet sein. Ferner ist es auch möglich, die Förderstromwerte zu berechnen. In diesem Fall wird der Volumenstromsensor 9 ebenfalls nicht benötigt.In contrast, a volumetric flow sensor 9 pressure side of the pump set 2 present to the flow rate Q of the pump set 2 to eat. The volume flow sensor 9 may alternatively also at another location, in particular in the pressure line 6 or the process 5 be arranged. Furthermore, it is also possible to calculate the delivery flow values. In this case, the volumetric flow sensor 9 also not needed.
Des Weiteren befindet sich im Pumpensumpf 3 ein Füllstandssensor 11, der den Pegelstand h misst. Ein aktueller Pegelstand h wird durch die Linie 7 dargestellt.Furthermore, it is located in the pump sump 3 a level sensor 11 that measures the water level h. A current level h is indicated by the line 7 shown.
Die Drehzahlregelung des Pumpenaggregats 2 wird von einer Auswerte- und Regelungseinheit 8 durchgeführt, die über entsprechende Mess- und/oder Steuerungsleitungen mit dem Volumenstromsensor 9, dem Füllstandssensor 11 und dem Pumpenaggregat 2, insbesondere dessen Elektromotor 2b verbunden ist. Es sei angemerkt, dass die Auswerte- und Regelungseinheit 8 entgegen der Darstellung in 1 auch durch eine Auswerteeinheit einerseits und eine baulich davon getrennte Regelungseinheit andererseits gebildet sein kann. Diese Einheiten können zudem auch örtlich voneinander getrennt sein.The speed control of the pump set 2 is from an evaluation and control unit 8th carried out via appropriate measuring and / or control lines with the flow sensor 9 , the level sensor 11 and the pump set 2 , in particular its electric motor 2 B connected is. It should be noted that the evaluation and control unit 8th contrary to the illustration in 1 may also be formed by an evaluation unit on the one hand and a structurally separate control unit on the other. These units can also be separated from each other locally.
Die Auswerteeinheit bzw. Auswerte- und Regelungseinheit 8 weist eine Messelektronik oder Rechenelektronik auf, um Messwerte einerseits zu verarbeiten und andererseits numerische Berechnungen durchzuführen. Die Drehzahlregelung des Pumpenaggregats 2 erfolgt durch die Ansteuerung eines Frequenzumrichters, der den Elektromotor 2b mit einer zur Erreichung einer Solldrehzahl erforderlichen Spannung geeigneter Höhe und Frequenz beaufschlagt. Der Frequenzumrichter kann direkt baulich am Elektromotor 2b angeordnet oder ebenfalls Teil der entfernten Auswerte- und Regelungseinheit 8, oder eine weitere separate Leistungselektronik außerhalb des Pumpensumpfs 3 sein. The evaluation unit or evaluation and control unit 8th has measuring electronics or computer electronics in order to process measured values on the one hand and to perform numerical calculations on the other hand. The speed control of the pump set 2 is done by controlling a frequency converter, which is the electric motor 2 B subjected to a required to achieve a desired speed voltage of suitable height and frequency. The frequency converter can be directly structurally on the electric motor 2 B arranged or also part of the remote evaluation and control unit 8th , or another separate power electronics outside the pump sump 3 be.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von dem Grundgedanken aus, dass ein Pumpenaggregat eine Energie ΔE benötigt, um ein bestimmtes Volumen ΔV aus dem Pumpensumpft 3 heraus zu fördern. Aus dieser Erkenntnis kann ein volumenstromspezifischer Energieverbrauch PQ(Q) bestimmt werden, der das Verhältnis der aufgenommenen Leistung P(Q) zum Förderstrom Q beschreibt. Der volumenstromspezifische Energieverbrauch ist ein Maß zur Bewertung der Energieeffizienz und zur größtmöglichen Ausschöpfung des Energieeinsparpotentials. Er bezeichnet gerade die Leistungsaufnahme je gefördertem Kubikmeter Abwasser: ΔE / ΔV = ΔE/t / ΔV/t = P(Q) / Q = PQ(Q) Gl. 1 The inventive method is based on the basic idea that a pump unit requires energy .DELTA.E to a certain volume .DELTA.V from the pump sump 3 to promote it. From this knowledge, a volume flow-specific energy consumption P Q (Q) can be determined, which describes the ratio of the absorbed power P (Q) to the flow Q. The volume-flow-specific energy consumption is a measure for the evaluation of the energy efficiency and the maximum utilization of the energy-saving potential. It just describes the power consumption per cubic meter of wastewater pumped: ΔE / ΔV = ΔE / t / ΔV / t = P (Q) / Q = P Q (Q) Eq. 1
Dieser volumenstromspezifische Energieverbrauch PQ(Q) fällt mit zunehmendem Förderstrom Q ab und steigt dann zu höheren Förderströmen Q wieder an, so dass er im Bereich mittleren Förderstroms Q ein Minimum besitzt. Ein Betrieb in diesem Bereich ist für das Pumpenaggregat 2 energetisch am effizientesten. Das Verfahren sieht nun vor, das Pumpenaggregat gerade so einzustellen, dass dieses energetische Minimum erreicht wird. Nachfolgend werden zwei Varianten beschrieben, dieses Minimum zu ermitteln.This volume flow-specific energy consumption P Q (Q) decreases with increasing flow rate Q and then increases again to higher flow rates Q, so that it has a minimum in the range of medium flow rate Q. An operation in this area is for the pump set 2 energetically most efficient. The method now provides to set the pump set just so that this minimum energy is achieved. Two variants are described below to determine this minimum.
Der prinzipielle Ablauf des Verfahrens nach einer ersten Variante ist in 2 veranschaulicht und wird nachfolgend erläutert. 3 zeigt einen globalen Verfahrensablauf für beide Varianten, der nachfolgend noch näher beschrieben wird.The basic procedure of the method according to a first variant is in 2 illustrated and will be explained below. 3 shows a global procedure for both variants, which will be described in more detail below.
Das Verfahren nach 2 beginnt mit einer Messung des Pegelstands h in Schritt 20.The procedure according to 2 begins with a measurement of the water level h in step 20 ,
Für die konkrete Kombination aus Anlage 1 (Pumpensumpf 3 samt Druckleitung 6 und Kanäle 4, 5 und Pumpenaggregat 2, wird dann zunächst derjenige Förderstrom Qopt gesucht, bei dem die spezifische Energie PQ(Q) minimal ist, Schritt 22. Die Kombination aus Anlage und Pumpenaggregat 2 wird durch die Blöcke 30, 32, 34 und 36 ausgedrückt, welche den mathematischen Zusammenhang bereitstellen, um die volumenstromspezifische Energie PQ(Q) für einen bestimmten Förderstrom zu ermitteln. Die Suche nach dem Minimum der volumenstromspezifischen Energie PQ(Q) kann durch ein beliebiges mathematisches Verfahren nach dem Stand der Technik erfolgen. Im einfachsten Fall wird Q variiert, d. h. die spezifische Energie PQ(Q) für eine Vielzahl verschiedener Förderströme Qi zwischen einem minimalen und einem maximalen Förderstrom jeweils berechnet und anschließend aus den erhaltenen Ergebnissen das Minimum PQ,min gesucht, wobei dann derjenige Förderstrom, der gerade zu diesem Minimum geführt hat, der gesuchte optimale Förderstrom Qopt ist.For the concrete combination of plant 1 (Pump sump 3 including pressure line 6 and channels 4 . 5 and pump unit 2 , then first the flow Q opt is sought, in which the specific energy P Q (Q) is minimal, step 22 , The combination of system and pump unit 2 is through the blocks 30 . 32 . 34 and 36 expressed, which provide the mathematical relationship to determine the volume flow specific energy P Q (Q) for a given flow rate. The search for the minimum of the volume flow specific energy P Q (Q) can be made by any mathematical method of the prior art. In the simplest case, Q is varied, ie the specific energy P Q (Q) is calculated for a multiplicity of different delivery flows Q i between a minimum and a maximum delivery flow, and then the minimum P Q, min is sought from the results obtained, in which case the delivery flow which has just led to this minimum, the sought optimal flow Q opt .
Zu diesem optimalen Förderstrom Qopt wird dann diejenige Drehzahl n(Q_opt, h) berechnet, die erforderlich ist, damit das Pumpenaggregat 2 gerade den optimalen Förderstrom fördert, Schritt 24. Diese optimale Drehzahl n(Qopt, h) wird dann am Pumpenaggregat 2 eingestellt, Schritt 26. Im Betrieb wird das Pumpenaggregat 2 soweit möglich auf dieser energieeffizienten Drehzahl n(Q_opt, h) betrieben. Zusätzlich können Ausnahmebedingungen in Schritt 28 geprüft werden, welche zu dem Ergebnis führen können, dass für den aktuellen Anlagenzustand eine andere Drehzahl als die berechnete optimale Drehzahl n(Q_opt, h) sinnvoll ist. So ist beispielsweise der Zustand, in dem der Zulauf den Förderstrom übersteigt oder ein bestimmter Maximalpegel im Pumpensumpf 3 erreicht wird, ein Auslöser dafür, dass anstelle der optimalen Drehzahl n(Q_opt, h) die Maximaldrehzahl des Pumpenaggregats 2 eingestellt wird, um ein Überlaufen zu verhindern. Im Rahmen der „Prüfung von Ausnahmebedingungen” in Schritt 28 werden folglich eine oder mehrere Bedingungen geprüft, um bestimmte Situationen und/oder Betriebszustände zu erkennen, die gegebenenfalls eine von der optimalen Drehzahl n(Qopt, h) abweichende Drehzahl erforderlich machen. Diese Prüfung ist jedoch zur Ausführung der Erfindung nicht erforderlich.For this optimum flow rate Q opt is then calculated that speed n (Q_opt, h), which is required for the pump unit 2 just promotes the optimal flow, step 24 , This optimum speed n (Q opt , h) then becomes the pump unit 2 set, step 26 , In operation, the pump unit 2 as far as possible on this energy-efficient speed n (Q_opt, h) operated. Additionally, exceptions in step 28 be checked, which can lead to the result that a different speed than the calculated optimal speed n (Q_opt, h) makes sense for the current system state. For example, the state in which the inlet exceeds the flow rate or a certain maximum level in the sump 3 is achieved, a trigger that instead of the optimal speed n (Q_opt, h), the maximum speed of the pump set 2 is set to prevent overflow. As part of the "Exception Review" step 28 Thus, one or more conditions are tested to detect certain situations and / or operating conditions that may require a speed other than the optimum speed n (Q opt , h). However, this test is not required to carry out the invention.
Wie bereits im Hinblick auf die Blöcke 30, 32, 34 und 36 angemerkt, werden zur Bestimmung der volumenstromstromspezifischen Energieverbrauchs PQ(Q) das Pumpenkennfeld HP(Q, n) und das Leistungsaufnahmekennfeld P(Q, n) des zu untersuchenden Pumpenaggregats 2 sowie die Anlagenkennlinie HA(Q) der Anlage 1, auch Rohrnetzkennlinie genannt, benötigt.As already with regard to the blocks 30 . 32 . 34 and 36 noted, to determine the volume flow stream specific energy consumption P Q (Q), the pump map H P (Q, n) and the power consumption map P (Q, n) of the pump set to be examined 2 as well as the plant characteristic H A (Q) of the plant 1 , also called pipe network characteristic required.
Das Pumpenkennfeld HP(Q, n) beschreibt den Zusammenhang zwischen dem vom Pumpenaggregat 2 geförderten Förderstrom Q bei einer bestimmten Druckdifferenz Δp zwischen der Saugseite und der Druckseite der Pumpe 2a, die in einer entsprechenden Förderhöhe H zum Ausdruck kommt, für eine bestimmte Drehzahl n. Die grafische Darstellung dieses Zusammenhangs erfolgt zumeist im sogenannten HQ-Diagramm. Für jede Drehzahl n besitzt das Pumpenaggregat 2 eine bestimmte Pumpenkennlinie HP,n(Q, n), die für die Nenndrehzahl n0 beispielsweise mittels eines Polynoms 2. Grades beschrieben werden kann, das aufgrund der konstanten Drehzahl n = n0 keine Abhängigkeit von n besitzt. Die Koeffizienten a0, a1 und a2 sind Konstanten. In entsprechender Weise kann auch das Leistungsaufnahmekennfeld P(Q, n) aufgestellt werden, das aus einer Vielzahl Leistungskennlinien Pn(Q, n) besteht, die jeweils für eine bestimmte Drehzahl n den Zusammenhang zwischen dem Förderstrom Q und der Leistungsaufnahme P beschreiben. Für die Nenndrehzahl n0 kann die Leistungskennlinie Pn0(Q, n) beispielsweise mittels eines Polynoms 3. Grades beschrieben werden kann, das aufgrund der konstanten Drehzahl n = n0 keine Abhängigkeit von n besitzt. Die Koeffizienten b0, b1, b2 und b3 sind ebenfalls Konstanten. Das Pumpenkennfeld HP(Q, n) und das Leistungskennfeld P(Q, n) werden vom Pumpenhersteller üblicherweise für eine Vielzahl verschiedener Drehzahlen, insbesondere für Nenndrehzahl n0 vermessen und als Messwerte oder in Kurvendiagrammdarstellungen bereitgestellt. Gegebenenfalls werden die Pumpen- und Leistungskennlinien auch direkt vom Pumpenhersteller in mathematischer Darstellung in der Art einer Funktion nach Gleichung 2 oder 3 angegeben. Sofern dies nicht erfolgt, können aus den angegebenen Messwerten oder Kurvendarstellungen durch Interpolation oder Approximation nach einer im Stand der Technik an sich bekannten Art und Weise Polynome nach Gleichungen 2 oder 3 mit den entsprechenden Koeffizienten zur Beschreibung der Pumpenkennlinie oder -kennlinien bzw. Leistungskennlinie oder -kennlinien gefunden werden. Daher können die Gleichungen 2 und 3 grundsätzlich als bekannt oder zumindest leicht ermittelbar vorausgesetzt werden. The pump map H P (Q, n) describes the relationship between that of the pump set 2 funded flow Q at a certain pressure difference Ap between the suction side and the pressure side of the pump 2a , which is expressed in a corresponding head H, for a certain speed n. The graphical representation of this relationship is usually in the so-called HQ diagram. For every speed n the pump unit has 2 a certain pump characteristic H P, n (Q, n), that for the rated speed n 0, for example by means of a polynomial 2nd degree can be described, which has no dependence on n due to the constant speed n = n 0 . The coefficients a 0 , a 1 and a 2 are constants. Similarly, the power consumption map P (Q, n) can be set up, which consists of a plurality of power characteristics P n (Q, n), each describing the relationship between the flow rate Q and the power consumption P for a certain speed n. For the rated speed n 0 , the power characteristic P n0 (Q, n) can be determined, for example, by means of a 3rd order polynomial can be described, which has no dependence on n due to the constant speed n = n 0 . The coefficients b 0 , b 1 , b 2 and b 3 are also constants. The pump map H P (Q, n) and the performance map P (Q, n) are usually measured by the pump manufacturer for a variety of speeds, in particular for nominal speed n 0 and provided as measured values or in curve diagrams. Optionally, the pump and performance characteristics are also presented directly by the pump manufacturer in mathematical representation in the manner of a function according to Equation 2 or 3. If this is not done, polynomials according to equations 2 or 3 with the corresponding coefficients for describing the pump characteristic curve or characteristic curve or performance characteristic curve can be obtained from the measured values or curve representations by interpolation or approximation according to a manner known per se in the prior art. characteristics are found. Therefore, equations 2 and 3 can basically be assumed to be known or at least easily ascertainable.
Dasselbe gilt letztendlich auch für die Anlagenkennlinie HA(Q), die der Betreiber der Pumpstation aufgrund der vorgesehenen Dimensionierung von Zu- und Ablauf 4, 5 sowie der Druckleitung 6 angeben können muss; letztendlich schon deshalb, um den Pumpenhersteller in die Lage zu versetzen, ein geeignetes Pumpenaggregat auswählen und anbieten zu können. Die Anlagenkennlinie ist in der Regel eine Parabel mit einer durch den Rohrleitungswiderstand definierten Steigung, die um die geodätische Höhe Hgeo angehoben ist, wie Gleichungen 4 und 5 beispielhaft beschreiben: HA(Q) = Hgeo + d1Q + d2Q2 Gl. 4 HA(Q, h) = d0 – h + d1Q + d2Q2 Gl. 5 wobei die Koeffizienten d0, d1 und d2 Konstanten sind und h der Wasserstand (Pegel) im Pumpensumpf 3 ist. Da die Anlagenkennlinie auch vom Wasserstand h abhängig ist, beschreibt Gleichung 5 genauer gesagt ein Anlagenkennfeld. Das Anlagenkennfeld HA(Q, h) reduziert sich für ein bestimmtes konstantes h auf die Anlagenennlinie HA(Q). d0 ist der Abstand zwischen dem höchsten Punkt in der angeschlossenen Druckrohrleitung 6 und dem Pumpensumpfboden, sodass sich die geodätische Höhe Hgeo durch d0 – h gegebenen ist.The same applies ultimately to the system characteristic H A (Q), which the operator of the pumping station due to the proposed dimensioning of inlet and outlet 4 . 5 and the pressure line 6 must be able to specify Ultimately, therefore, in order to enable the pump manufacturer to be able to select and offer a suitable pump set. The plant characteristic curve is usually a parabola with a slope defined by the pipe resistance, which is raised by the geodetic height H geo , as equations 4 and 5 describe by way of example: H A (Q) = H geo + d 1 Q + d 2 Q 2 Eq. 4 H A (Q, h) = d 0 - h + d 1 Q + d 2 Q 2 Eq. 5 where the coefficients d 0 , d 1 and d 2 are constants and h is the water level (level) in the sump 3 is. Since the system characteristic is also dependent on the water level h, equation 5 describes in more detail a system map. The plant map H A (Q, h) is reduced to the plant characteristic H A (Q) for a specific constant h. d 0 is the distance between the highest point in the connected penstock 6 and the sump bottom, so that the geodesic height H geo is given by d 0 - h.
Es wird zunächst davon ausgegangen, dass auch die Anlagenkennlinie HA(Q) bekannt ist. Sofern aber ebenfalls nur Messwerte zu Betriebspunkten des Pumpenaggregats 2 vorliegen, können diese zum Erhalt der Anlagenkennlinie HA(Q) interpoliert und durch ein geeignetes Polynom wie beispielsweise in Gleichung 4 oder 5, approximiert werden.It is initially assumed that the system characteristic H A (Q) is known. If, however, also only measurements for operating points of the pump set 2 may be interpolated to obtain the plant characteristic H A (Q) and approximated by a suitable polynomial such as in Equation 4 or 5.
Für die Aufstellung der mathematischen Funktion, die einem zu fördernden Förderstrom Q den dafür benötigten spezifischen Energieverbrauch PQ(Q, h) unter Berücksichtigung des aktuellen Pegelstands h zuordnet, werden nicht nur die Pumpenkennlinien und Leistungsaufnahmekennlinien für bestimmte diskrete Drehzahlen sondern für alle Drehzahlen benötigt. Selbiges ist erforderlich, um zu ermitteln, welche Drehzahl n das Pumpenaggregat 2 benötigt, um einen bestimmten Förderstrom Q zu fördern. Das heißt, es muss das gesamte Pumpenkennfeld und Leistungsaufnahmekennfeld des Pumpenaggregats bekannt sein. Wie bereits ausgeführt, kann eine vollständige Vermessung und Angabe des jeweiligen Kennfelds als Messwerte oder Polynome durch den Pumpenhersteller erfolgen.For the preparation of the mathematical function, which assigns a flow rate Q to be conveyed the required specific energy consumption P Q (Q, h) taking into account the current level h, not only the pump characteristics and power consumption characteristics for certain discrete speeds but for all speeds are needed. The same is required to determine what speed n the pump set 2 needed to promote a certain flow Q. That is, the entire pump map and power consumption map of the pump set must be known. As already executed, a complete measurement and indication of the respective map as measured values or polynomials by the pump manufacturer can be done.
Das Pumpenkennfeld HP(Q, n) und Leistungsaufnahmekennfeld P(Q, n) können alternativ beispielsweise dadurch mathematisch beschrieben werden, dass die Pumpenkennlinie HP,n0(Q) für die Nenndrehzahl n0 und die Leistungsaufnahmekennlinie Pn0(Q) für Nenndrehzahl n0 zu Grunde gelegt und die Affinitätsgesetzte (H ~ n2; P ~ n3) angewendet werden. Auf diese Weise kann für eine beliebige Drehzahl n die entsprechende Pumpenkennlinie HP,n(Q, n) anhand von Gleichung 6 sowie die Leistungsaufnahmekennlinie Pn(Q, n) anhand von Gleichung 7 angegeben werden, wobei ηges einen Gesamtwirkungsgrad beschreibt, der sich aus dem Produkt mehrerer Wirkungsgrade, insbesondere dem Wirkungsgrad des Frequenzumrichters, des Elektromotors 2a und einer etwaigen Kupplung gebildet ist.The pump map H P (Q, n) and power consumption map P (Q, n) may alternatively be mathematically described, for example, by the pump characteristic H P, n0 (Q) for the rated speed n 0 and the power consumption curve P n0 (Q) for rated speed n 0 and the affinity laws (H ~ n 2 , P ~ n 3 ) are used. In this way, for an arbitrary speed n, the corresponding pump characteristic H P, n (Q, n) can be given from equation 6 and the power consumption curve P n (Q, n) can be given from equation 7, where η ges describes an overall efficiency, which consists of the product of several efficiencies, in particular the efficiency of the frequency converter, the electric motor 2a and a possible coupling is formed.
Die Verwendung der Affinitätsgesetzte hat somit den Vorteil, dass lediglich die Pumpenkennlinie HP,n0(Q) und die Leistungsaufnahmekennlinie Pn0(Q) jeweils bei Nenndrehzahl n0 bekannt sein brauchen, um das gesamte Pumpenkennfeld HP(Q, n) bzw. Leistungsaufnahmekennfeld P(Q, n) zu beschreiben.The use of the affinity statements thus has the advantage that only the pump characteristic curve H P, n0 (Q) and the power consumption characteristic P n0 (Q) need to be known at rated speed n 0 in each case in order to calculate the entire pump characteristic field H P (Q, n) or Power consumption map P (Q, n) to describe.
Zur Berücksichtigung eines reduzierten Wirkungsgrades bei abnehmender Drehzahl n kann das den Gesamtwirkungsgrad ηges bildende Produkt z. B. eine Funktion fη(n) der Gestalt enthalten, wobei der Parameter c eine nicht negative Konstante ist. Dabei bedeutet ein Parameter c = 0, dass der Wirkungsgrad trotz abnehmender Drehzahl n konstant bleibt. Liegen Messwerte für verschiedene Drehzahlen vor, so kann der Parameter c so bestimmt werden, dass das resultierende Kennfeld optimal zu den Messdaten passt. Alternativ können sämtliche Messpunkte interpoliert und so ein Leistungsaufnahmekennfeld generiert werden.To take into account a reduced efficiency with decreasing speed n, the overall efficiency η ges forming product z. B. a function f η (n) of the shape contain, wherein the parameter c is a non-negative constant. A parameter c = 0 means that the efficiency remains constant despite decreasing speed n. If measured values for different rotational speeds are available, the parameter c can be determined such that the resulting characteristic map optimally matches the measured data. Alternatively, all measuring points can be interpolated and thus a power consumption map can be generated.
Für die erfindungsgemäße Drehzahlregelung ist zu beachten, dass zwar theoretisch bei jedem beliebigen Wasserstand im Pumpensumpf 3 jeder Punkt auf der Anlagenkennlinie realisiert werden kann, jedoch muss in der Praxis von Pumpenaggregaten in Abwasserpumpstationen berücksichtigt werden, dass die Drehzahl lediglich in gewissen Grenzen geregelt werden sollte, d. h. zwischen einem minimalen Drehzahlwert nmin und einem maximalen Drehzahlwert nmax. Der maximale Drehzahlwert nmax kann beispielsweise mit der Nenndrehzahl n0 gleichgesetzt werden. Der minimale Drehzahlwert nmin kann beispielsweise die halbe Nenndrehzahl n0 betragen.For the speed control according to the invention is to be noted that, although theoretically at any level of water in the sump 3 Any point on the plant characteristic curve can be realized, however, in the practice of pump units in sewage pumping stations must be taken into account that the speed should be controlled only within certain limits, ie between a minimum speed value n min and a maximum speed value n max . The maximum speed value n max can be equated, for example, with the rated speed n 0 . The minimum speed value n min can be, for example, half the rated speed n 0 .
Wird das Pumpenkennfeld HP(Q, n) gemäß Gleichung 6 gewählt und die Pumpenkennlinie HP,n0(Q) bei Nenndrehzahl n0 durch ein quadratisches Polynom gemäß Gleichung 2 approximiert, kann für jeden Förderstrom Q und jeden Pegelstand h im Pumpensumpf 3 die einzustellende Drehzahl n aus der Erkenntnis berechnet werden, dass sich nur Betriebspunkte entlang der Anlagenkennlinie HA(Q, h) einstellen können. Dies bedeutet, dass für diese Betriebspunkte die eine beliebige Pumpenkennlinie HP,n(Q, n) im Kennfeld beschreibende Gleichung 6 dieselben HQ-Werte ergibt, wie die Anlagenkennlinie HA(Q, h), so dass die Gleichungen 5 und 6 gleichgesetzt und daraus die zur Förderung eines bestimmten Förderstroms Q einzustellende erforderliche Drehzahl n ermittelt werden kann. Denn die gesuchte Drehzahl n ergibt sich gerade als Lösung der Gleichung HP,n(Q, n) = HA(Q, h). Es ergibt sich dann die folgende Funktion: If the pump characteristic H P (Q, n) is selected according to Equation 6 and the pump characteristic H P, n0 (Q) at rated speed n 0 is approximated by a quadratic polynomial according to Equation 2, for each flow Q and each water level h in the sump 3 the set speed n be calculated from the knowledge that only operating points along the system curve H A (Q, h) can be set. This means that for these operating points, the equation 6 describing any pump characteristic curve H P, n (Q, n) in the characteristic map yields the same HQ values as the system characteristic curve H A (Q, h), so equations 5 and 6 are equated and from this the required speed n to be set for delivery of a specific delivery flow Q can be determined. For the sought speed n just results as a solution of the equation H P, n (Q, n) = H A (Q, h). This results in the following function:
Die Leistungsaufnahme P(Q, n) für einen beliebigen Förderstrom Q und eine bestimmte Drehzahl n, berechnet sich nach Gleichung 7. In dieser Gleichung 7 kann die allgemeine Drehzahl n durch diejenige Drehzahl n(Q, h) ersetzt werden, die gerade erforderlich, um bei einer bestimmten Füllstandshöhe h einen bestimmten Förderstrom Q zu erreichen. D. h. Drehzahl n kann durch den rechten Teil von Gleichung 9 ersetzt werden: The power consumption P (Q, n) for an arbitrary flow rate Q and a certain speed n, is calculated according to equation 7. In this equation 7, the general speed n can be replaced by the speed n (Q, h) which is required, to reach a certain flow rate Q at a certain level height h. Ie. Speed n can be replaced by the right part of equation 9:
Man erhält damit einen mathematischen Ausdruck zur Bestimmung der Leistungsaufnahme P, der nicht mehr abhängig von der Drehzahl n, sondern nur noch abhängig vom Pegelstand h und dem Förderstrom Q ist. Somit kann nach Gleichung 11a die Leistungsaufnahme P ~(Q, h) für einen beliebigen Pegel h berechnet werden, wobei gleichzeitig sichergestellt wird, dass der Förderstrom Q auf der Anlagenkennlinie HA(Q) liegt: P ~(Q, h) ≔ Pn(Q, n(Q, h)) Gl. 11a This gives a mathematical expression for determining the power consumption P, which is no longer dependent on the rotational speed n, but only dependent on the water level h and the flow rate Q. Thus, according to equation 11a, the power consumption P ~ (Q, h) be calculated for any level h, while ensuring that the flow rate Q is on the plant characteristic H A (Q): P ~ (Q, h) ≔ P n (Q n (Q, h)) Eq. 11a
Der volumenstromspezifische Energieverbrauch PQ(Q, h) ergibt sich dann dadurch, dass die pegelstandsabhängige Leistungsaufnahme P ~(Q, h) auf den Förderstrom Q bezogen, d. h. durch ihn geteilt wird: The volume-flow-specific energy consumption P Q (Q, h) then results from the fact that the level-dependent power consumption P ~ (Q, h) referred to the flow rate Q, that is shared by him:
4 zeigt eine grafische Darstellung des spezifischen Energieverbrauchs in Abhängigkeit des Förderstroms Q und des Pegelstands h für ein beispielhaftes Pumpenaggregat 2 und eine beispielhafte Anlagenkennlinie. Es wird deutlich, dass der spezifische Energieverbrauch für jeden Pegelstand h ein Minimum etwa im Bereich zwischen 1/3 und 1/2 des Maximalförderstroms aufweist. 4 shows a graphical representation of the specific energy consumption in response to the flow rate Q and the level h for an exemplary pump unit 2 and an exemplary plant characteristic. It becomes clear that the specific energy consumption for each water level h has a minimum approximately in the range between 1/3 and 1/2 of the maximum flow rate.
Der energetisch optimale Förderstrom Qopt wird durch Minimierung des spezifischen Energieverbrauchs PQ(Q, h) über dem Förderstrom Q für einen bestimmten, insbesondere den gemessenen Pegelstand h berechnet.The energetically optimal delivery flow Q opt is calculated by minimizing the specific energy consumption P Q (Q, h) over the delivery flow Q for a specific, in particular the measured, level h.
Das heißt, es wird derjenige Förderstrom Qopt berechnet, bei dem der Energieverbrauch (PQ(Qopt, h)) minimal ist, siehe Schritt 22 in 2. Die zugehörige Drehzahl n(Qopt, h), d. h. diejenige optimale Drehzahl, die erforderlich ist, um den optimalen Förderstrom Qopt zu fördern, wird mit Gleichung 9a bestimmt, siehe Schritt 24 in 1. Diese Drehzahl nopt wird dann am Pumpenaggregat 2 eingestellt.That is, the flow rate Q opt at which the power consumption (P Q (Q opt , h)) is minimum is calculated, see step 22 in 2 , The associated speed n (Q opt , h), ie the optimum speed required to deliver the optimum flow Q opt , is determined by Equation 9a, see step 24 in 1 , This speed n opt is then on the pump unit 2 set.
Die beschriebene erste Variante des Verfahrens sieht folglich vor, dass zunächst der optimale Förderstrom Qopt ermittelt wird, vorzugsweise nach Gleichung 13, und anschließende diejenige Drehzahl n(Qopt, h) berechnet wird, vorzugsweise nach Gleichung 9a, die bei dem Pumpenaggregat 2 eingestellt werden muss, damit es den gewünschten optimalen Förderstrom Qopt fördert.The described first variant of the method therefore provides that first of all the optimum delivery flow Q opt is determined, preferably according to equation 13, and subsequently that rotational speed n (Q opt , h) is calculated, preferably according to equation 9a, that in the pump unit 2 must be adjusted so that it promotes the desired optimum flow Q opt .
Gemäß der zweiten Variante des Verfahrens wird die optimale Drehzahl nopt direkt aus der Minimierung des volumenstromspezifischen Energieverbrauchs berechnet, indem dieser über die Drehzahl n minimiert wird. Dies hat den Vorteil, dass nicht erst der optimale Förderstrom berechnet werden muss. Dies setzt allerdings voraus, dass die den volumenstromspezifischen Energieverbrauch beschreibende Funktion nicht vom Förderstrom Q abhängig ist. Die Herleitung einer entsprechenden Berechnungsmöglichkeit wird nachfolgend wiedergegeben, Nachfolgend werden nur diejenigen Aspekte der zweiten Variante des Verfahrens erläutert, die zu der ersten Variante unterschiedlich sind, Im Übrigen gelten die vorstehenden Erläuterungen zu der ersten Variante für die zweite Variante ebenfalls.According to the second variant of the method, the optimum speed n opt is calculated directly from the minimization of the volume-flow-specific energy consumption by minimizing it over the speed n. This has the advantage that not only the optimum flow must be calculated. This sets However, it is a precondition that the function describing the volume-flow-specific energy consumption does not depend on the delivery flow Q. The derivation of a corresponding calculation option is reproduced below. Only those aspects of the second variant of the method which differ from the first variant will be explained below. Incidentally, the above explanations regarding the first variant also apply to the second variant.
Wie zuvor zur ersten Variante erläutert, liegen alle Betriebspunkte des Pumpenaggregats 2 dort, wo sich das Pumpenkennfeld HP(Q, n) und das Anlagenkennfeld HA(Q, h) schneiden. Diese Schnittmenge kann durch eine Gleichsetzung der Gleichungen 5 und 6 beschrieben und ermittelt werden. In Gleichung 9a war die Schnittmenge nach der Drehzahl n(Q, h) aufgelöst, die für den Erhalt eines bestimmten Förderstroms Q bei einem bestimmten Pegel h erforderlich ist. Die Schnittmenge kann jedoch auch nach dem Förderstrom Q(n, h) aufgelöst werden, der sich bei der Einstellung einer bestimmten Drehzahl n bei einem Pegel h ergibt. Ein bestimmter, gesuchter Förderstrom Q ergibt sich dann gerade als Lösung der Gleichung HP,n(Q, n) = HA(Q, h). Es ergibt sich dann die folgende Funktion: As explained above for the first variant, all operating points of the pump set are 2 where the pump map H P (Q, n) and the plant map H A (Q, h) intersect. This intersection can be described and determined by equating equations 5 and 6. In Equation 9a, the intersection has been resolved to the speed n (Q, h) required to obtain a given flow rate Q at a certain level h. However, the intersection can be resolved even after the flow rate Q (n, h), which results in the setting of a certain speed n at a level h. A specific, sought-after flow Q then results just as a solution of the equation H P, n (Q, n) = H A (Q, h). This results in the following function:
Die Leistungsaufnahme P(Q, n) für einen beliebigen Förderstrom Q und eine bestimmte Drehzahl n, berechnet sich nach Gleichung 7. In dieser Gleichung 7 kann der allgemeine Förderstrom Q durch Q(n, h) ersetzt werden. Dies ist gerade der Förderstrom, der sich bei einer bestimmten Füllstandshöhe h und der Drehzahl n einstellt. D. h. der Förderstrom Q kann durch den rechten Teil von Gleichung 9b ersetzt werden: The power consumption P (Q, n) for an arbitrary flow rate Q and a certain speed n, is calculated according to equation 7. In this equation 7, the general flow Q can be replaced by Q (n, h). This is just the flow that occurs at a certain level height h and the speed n. Ie. the flow Q can be replaced by the right part of equation 9b:
Man erhält damit einen mathematischen Ausdruck zur Bestimmung der Leistungsaufnahme Pn(Q(n, h), n), der nicht mehr abhängig vom Förderstrom Q, sondern nur noch abhängig vom Pegelstand h und der Drehzahl n ist. Somit kann nach Gleichung 11a die Leistungsaufnahme P ~(n, h) für einen beliebigen Pegel h berechnet werden, die sich bei Einstellen einer bestimmten Drehzahl n ergibt: P ~(n, h) ≔ Pn(Q(n, h), n) Gl. 11b This gives a mathematical expression for determining the power consumption P n (Q (n, h), n), which is no longer dependent on the flow rate Q, but only dependent on the water level h and the rotational speed n. Thus, according to equation 11a, the power consumption P ~ (n, h) for an arbitrary level h, which results when setting a certain speed n: ~ P (n, h) ≔ P n (Q (n, h), n) Eq. 11b
Der volumenstromspezifische Energieverbrauch PQ(n, h) ergibt sich wie bei der ersten Variante dadurch, dass die pegelstandsabhängige Leistungsaufnahme P ~(n, h) auf den Förderstrom Q bezogen, d. h. durch ihn geteilt wird. Als pegelstandsabhängige Leistungsaufnahme wird nun jedoch ein mathematischer Ausdruck verwendet, der nur von der Drehzahl und dem Pegelstand abhängig ist: The volume-flow-specific energy consumption P Q (n, h) results, as in the first variant, in that the level-dependent power consumption P ~ (n, h) related to the flow rate Q, that is shared by him. As a level-dependent power consumption, however, a mathematical expression is now used, which depends only on the speed and the level:
Die energetisch optimale Drehzahl nopt wird dann durch Minimierung des spezifischen Energieverbrauchs PQ(n, h) über der Drehzahl für einen bestimmten, insbesondere den gemessenen Pegelstand h ~ berechnet.The energetically optimal rotational speed n opt is then calculated by minimizing the specific energy consumption P Q (n, h) over the rotational speed for a specific, in particular the measured water level h ~.
Beim energieeffizienten Betrieb des drehzahlregelbaren Pumpenaggregats 2 sollte darauf geachtet werden, dass der optimale Förderstrom Qopt nicht unterschritten wird, da der spezifische Energieverbrauch bei kleineren Drehzahlen stark ansteigt. So lange und so oft es möglich ist, sollte das Pumpenaggregat 2 mit der optimalen Drehzahl nopt, n(Qopt, h) betrieben werden. Dies kann insbesondere zumindest dann der Fall sein, wenn der Zufluss Qin den Wert des optimalen Förderstroms Qopt nicht übersteigt, d. h. weniger Wasser in den Pumpensumpf 3 hinein läuft als herausgepumpt wird. For energy-efficient operation of the variable-speed pump set 2 Care should be taken to ensure that the optimum delivery flow Q opt is not undershot, since the specific energy consumption rises sharply at lower speeds. As long and as often as possible, the pump set should 2 with the optimal speed n opt , n (Q opt , h) are operated. This particular can at least be the case if the inflow Q in the value of the optimal discharge flow rate Q does not exceed opt, that is, less water in the sump 3 into it as is being pumped out.
Vorzugsweise wird das Pumpenaggregat 2 in Betriebsintervallen 10 betrieben, wobei die berechnete optimale Drehzahl für ein Betriebsintervall am Pumpenaggregat 2 eingestellt wird. Ein solches Betriebsintervall 10 ist in 5 zu sehen, die Kurvenverläufe des Förderstroms Q (durchgezogene Linie) und des Zulaufs Qin (gestrichelte Linie) zeigt.Preferably, the pump unit 2 in operating intervals 10 operated, with the calculated optimum speed for a service interval on the pump set 2 is set. Such an operating interval 10 is in 5 to see the curves of the flow rate Q (solid line) and the inlet Qin (dashed line) shows.
Geeigneterweise wird das Pumpenaggregat 2 eingeschaltet, wenn ein vorgegebener oberer Pegelgrenzwert ho erreicht oder überschritten wird und abgeschaltet, wenn ein vorgegebener unterer Pegelgrenzwert hu erreicht oder unterschritten wird. Dies entspricht einer Zweipunktsteuerung des Pumpenaggregats 2. Für den Zeitraum dieses Betriebsintervalls wird das Pumpenaggregat 2 mit der berechneten optimalen Drehzahl nopt, n(Qopt, h) betrieben.Suitably, the pump unit 2 switched on when a predetermined upper level limit h o is reached or exceeded and switched off when a predetermined lower level limit h u is reached or fallen below . This corresponds to a two-point control of the pump set 2 , For the period of this service interval, the pump set becomes 2 operated at the calculated optimum speed n opt , n (Q opt , h).
Die Berechnung der optimalen Drehzahl nopt, n(Qopt, h) kann vor dem Betriebsintervall 10 oder unmittelbar zu Beginn des Betriebsintervalls 10 erfolgen, d. h. wenn der obere Pegelgrenzwert ho erreicht oder überschritten wird. Es sei an diese Stelle angemerkt, dass die Berechnung der optimalen Drehzahl nopt, n(Qopt, h) grundsätzlich zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann. Denn der aktuelle Pegelmesswert h ist hierfür nicht erforderlich, weil die Einschaltung des Pumpenaggregats 2 ohnehin erst bei dem oberen Pegelgrenzwert ho erfolgt, so dass die bei diesem oberen Pegelgrenzwert ho dann vorliegende optimale Drehzahl nopt, n(Qopt, h) gesucht ist. Daher kann für die Berechnung der optimalen Drehzahl nopt, n(Qopt, h) vor einem Betriebsintervall 10 der obere Pegelgrenzwerts ho als Pegelstand verwendet werden.The calculation of the optimal speed n opt , n (Q opt , h) can be done before the operating interval 10 or immediately at the beginning of the operating interval 10 take place, ie when the upper level limit h o is reached or exceeded. It should be noted at this point that the calculation of the optimal speed n opt , n (Q opt , h) can always be done at any time. Because the current level measurement h is not required for this, because the activation of the pump set 2 anyway, only at the upper level limit h o , so that at this upper level limit h o then present optimal speed n opt , n (Q opt , h) is sought. Therefore, for the calculation of the optimal speed n opt , n (Q opt , h) before an operating interval 10 the upper level limit h o be used as the level.
Der obere Pegelgrenzwert ho kann beispielsweise zwischen 75% und 85% eines maximalen Pegelstands hmax betragen. Der untere Pegelgrenzwert hu kann beispielsweise der Minimalpegel hmin sein oder zwischen 25% und 35% des maximalen Pegelstands hmax betragen.The upper level limit h o may be, for example, between 75% and 85% of a maximum level h max . The lower level limit h u may, for example, be the minimum level h min or between 25% and 35% of the maximum level h max .
Es ist aber von Vorteil, wenn der Wasserstand im Pumpensumpf 3 so hoch es geht gehalten wird. Hierdurch werden die geodätische Höhe Hgeo und somit die Reibungsverluste reduziert. Dies wird dadurch erreicht, dass der untere Pegelgrenzwert hu vergleichsweise hoch gewählt wird, beispielsweise zwischen 40% und 60% des maximalen Pegelstands hmax. In diesem Fall wird das Pumpenaggregat 2 also so betrieben, dass der Pegel h im Pumpensumpf 3 zwischen 40% und 85%, vorzugsweise zwischen 50% und 75% gehalten wird.But it is advantageous if the water level in the sump 3 as much as possible. As a result, the geodetic height H geo and thus reduces the friction losses. This is achieved by selecting the lower level limit h u comparatively high, for example between 40% and 60% of the maximum level h max . In this case, the pump unit 2 So operated so that the level h in the sump 3 between 40% and 85%, preferably between 50% and 75%.
Wird das Pumpenaggregat 2 bei oder nach dem Erreichen des oberen Pegelgrenzwerts ho eingeschaltet, wird solange gepumpt, bis der untere Pegelgrenzwert hu erreicht ist. Das Pumpenaggregat 2 wird dann wieder abgeschaltet und erst dann wieder eingeschaltet, wenn der obere Pegelgrenzwert ho erreicht ist. Hierdurch wird ein Betrieb in der Art einer Hysterese realisiert.Will the pump set 2 is turned on at or after reaching the upper level limit h o is pumped until the lower level limit h u is reached. The pump unit 2 is then switched off again and only switched on again when the upper level limit h o is reached. As a result, an operation in the manner of a hysteresis is realized.
3 veranschaulicht dieses Verfahren. Analog zu 2 wird der Pegelstand im Pumpensumpf 3 in Schritt 20 gemessen und anschließend die optimale Drehzahl nopt, n(Qopt, h) wie oben anhand einer der Varianten 1 oder 2 berechnet, Schritt 24. Anschließend wird der Pegelstand h ausgewertet. Erreicht oder übersteigt er den oberen Grenzwert h0, siehe Schritt 21, wird das Pumpenaggregat 2 eingeschaltet und mit dieser berechneten Drehzahl nopt, n(Qopt, h) betrieben, Schritt 26. Der Pumpensumpf 3 wird dadurch zunehmend geleert, sofern der Zulauf geringer als der Förderstrom ist. Der Pegelstand h sinkt dann unter den oberen Pegelgrenzwert ho, so dass die Bedingung in Schritt 21 nicht mehr erfüllt ist. Der Betrieb des Pumpenaggregats 2 erfolgt im Normalfall so lange, bis der Pegelstand h unter den unteren Grenzpegel hu abgesunken ist. Dies wird in Schritt 23 überprüft. Ist diese Bedingung erfüllt, wird das Pumpenaggregat 2 wieder abgeschaltet, Schritt 27. 3 illustrates this method. Analogous to 2 the level is in the sump 3 in step 20 measured and then the optimal speed n opt , n (Q opt , h) as calculated above using one of the variants 1 or 2, step 24 , Subsequently, the water level h is evaluated. If it reaches or exceeds the upper limit h 0 , see step 21 , the pump unit becomes 2 switched on and operated at this calculated speed n opt , n (Q opt , h), step 26 , The pump sump 3 is thereby increasingly emptied, provided that the inlet is less than the flow rate. The level h then falls below the upper level limit h o , so that the condition in step 21 is no longer satisfied. Operation of the pump set 2 normally takes place until the water level h has fallen below the lower limit level h u . This will be in step 23 checked. If this condition is fulfilled, the pump set becomes 2 shut off again, step 27 ,
Während des Betriebsintervalls 10 kann das Pumpenaggregat 2 konstant mit der optimalen Drehzahl betrieben werden. Alternativ kann während des Betriebs die optimale Drehzahl immer wieder neu berechnet und eingestellt werden, um den aktuellen Füllstand h zu berücksichtigen. In dem Fall wird das Pumpenaggregat 2 nicht mit einer festen Drehzahl betrieben. Vielmehr wird die Betriebsdrehzahl an den Füllstand 7 im Pumpensumpf 3 angepasst, d. h. die für den jeweiligen Füllstand 7 optimale Drehzahl nopt, n(Qopt, h) eingestellt. Dies kann insbesondere auch dann erfolgen, wenn der obere Grenzpegel ho schon unterschritten, d. h. die Bedingung in Schritt 21 nicht (mehr) erfüllt ist, der untere Grenzpegel hu aber noch nicht erreicht ist, d. h. auch die Bedingung in Schritt 23 noch nicht erreicht ist. Dies ist in 3 nicht dargestellt.During the operating interval 10 can the pump set 2 be constantly operated at the optimum speed. Alternatively, the optimum speed can be recalculated and adjusted again and again during operation in order to take into account the current level h. In that case, the pump unit becomes 2 not operated at a fixed speed. Rather, the operating speed is at the level 7 in the pump sump 3 adapted, ie for the respective level 7 optimal speed n opt , n (Q opt , h) set. This can in particular also take place when the upper limit level h o has already fallen below, ie the condition in step 21 is not (more) fulfilled, but the lower limit level h u has not yet been reached, ie the condition in step 23 not yet reached. This is in 3 not shown.
Sinnvollerweise erfolgt die Zweipunktsteuerung nur dann und insbesondere nur solange der Zufluss Qin kleiner als der berechnete optimale Förderstrom Qopt ist, da der Pegel anderenfalls weiter steigt und der Pumpensumpf 3 unter Umständen überlaufen könnte. Logically, the two-point control is performed only then, and in particular only as long as the flow Q in smaller than the calculated optimal flow rate Q opt, since the level otherwise continues to increase and the pump sump 3 could possibly overflow.
Ist der Zufluss Qin größer als der aktuelle Förderstrom Q, kann anstelle des Betriebs des Pumpenaggregats 2 mit optimaler Drehzahl nopt eine höhere Drehzahl als die optimale Drehzahl nopt, n(Qopt, h) eingestellt werden, beispielsweise die Maximaldrehzahl nmax oder eine solche Drehzahl, mit welcher ein vorgegebener Pegelstand realisiert wird, vorzugsweise der obere Pegelgrenzwert ho. Anstelle einer Überprüfung, ob der Zufluss Qin größer als der berechnete optimale Förderstrom Qopt ist, kann geprüft werden, ob der Pegelstand h im Pumpensumpf 3 einen Maximalpegel hmax erreicht oder überschreitet. Dies ist Gegenstand der Überprüfung in Schritt 25 von 3. Ist dies der Fall kann mit einer höheren Drehzahl als der optimalen Drehzahl, beispielsweise mit einer Maximaldrehzahl gefördert werden, siehe Schritt 29. Ist der Zufluss Qin dagegen nicht größer als der aktuelle Förderstrom oder überschreitet der Pegelstand den Maximalwert hmax während eines Betriebsintervalls 10 nicht, so wird das Verfahren am Anfang fortgesetzt, Schritt 20.If the inflow Q in greater than the current flow Q, instead of the operation of the pump set 2 n opt , n (Q opt , h) are set at an optimal speed n opt a higher speed than the optimal speed, for example, the maximum speed n max or such a speed with which a predetermined level is realized, preferably the upper level limit h o . Instead of a verification that the flow Q is greater than the calculated optimal flow rate Q opt, can be checked whether the water level h in the sump 3 reaches or exceeds a maximum level h max . This is the subject of the review in step 25 from 3 , If this is the case can be promoted with a higher speed than the optimal speed, for example, with a maximum speed, see step 29 , By contrast, if the inflow Q in is not greater than the current delivery flow or if the water level exceeds the maximum value h max during a service interval 10 not, then the procedure is continued at the beginning, step 20 ,
Sofern die Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. das Anlagenkennfeld HA(Q, h) des Pumpensystems zu Beginn des Verfahrens nicht bekannt ist, kann die Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. das Anlagenkennfeld HA(Q, h), d. h. die Koeffizienten d0, d1, d2, nach Gleichung 4 bzw. 5 berechnet werden, Da die Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. das Anlagenkennfeld HA(Q, h) für die Berechnung des optimalen Förderstroms Qopt und der optimalen Drehzahl nopt, n(Qopt, h) erforderlich ist, wird nachfolgend ein Weg gezeigt, die Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. das Anlagenkennfeld HA(Q, h) aus den Förderströmen zu bestimmen.If the plant characteristic H A (Q) or the plant characteristic H A (Q, h) of the pump system at the beginning of the process is not known, the plant characteristic H A (Q) or the plant characteristic H A (Q, h), ie The coefficients d 0 , d 1 , d 2 , are calculated according to Equations 4 and 5, respectively. Since the system characteristic H A (Q) or the system characteristic H A (Q, h) for the calculation of the optimal flow Q opt and the optimal Speed n opt , n (Q opt , h) is required, a path is shown below, the plant characteristic H A (Q) and the plant map H A (Q, h) to determine from the flow rates.
Insbesondere kann dies anhand von mindestens drei Betriebspunkten des Pumpenaggregats 2 erfolgen, wobei insbesondere der Förderstrom Qi für mindestens drei verschiedene Drehzahlen ni ermittelt wird. Der Förderstrom Q kann mittels des Volumenstromsensors 9 gemessen werden. Die Anzahl n von mindestens drei verschiedenen Drehzahlen ni wird innerhalb eines bestimmten Zeitraums gefahren. Dieser Zeitraum kann ein oder mehrere Betriebsintervalle 10, vorzugsweise drei Betriebsintervalle 10 umfassen. Dies hat den Vorteil, dass das Pumpenaggregat 2 in jedem Betriebsintervall 10 mit nur einer Drehzahl n gefahren werden braucht, die dann vorzugsweise die erfindungsgemäß berechnete optimale Drehzahl nopt, n(Qopt, h) sein kann. Der Zeitraum kann beispielsweise 24 Stunden betragen.In particular, this can be done on the basis of at least three operating points of the pump unit 2 be carried out, in particular, the flow rate Q i for at least three different speeds n i is determined. The flow rate Q can by means of the volume flow sensor 9 be measured. The number n of at least three different speeds n i is driven within a certain period of time. This period can have one or more operating intervals 10 , preferably three operating intervals 10 include. This has the advantage that the pump unit 2 in every operating interval 10 needs to be driven with only one speed n, which then preferably the inventively calculated optimal speed n opt , n (Q opt , h) can be. The period can be, for example, 24 hours.
Idealerweise wird das Anfahren der verschiedenen Drehzahlen ni in Abständen, insbesondere regelmäßig, vorzugsweise einmal pro Tag wiederholt, um die Anlagenkennlinie HA(Q) quasi kontinuierlich zu überwachen bzw. eine Veränderung der Anlagenkennlinie (z. B. Ablagerungen, Verstopfung) zu erkennen. Ferner ist es von Vorteil, wenn jede Drehzahl ni eine bestimmte Anzahl m von Malen wiederholt, beispielsweise jeweils zweimal angefahren wird, um Messfehler oder Berechnungsfehler auszugleichen.Ideally, the start-up of different speeds is n i in intervals, in particular periodically, preferably repeated once per day to quasi-continuously monitor the system characteristic curve H A (Q) or to detect a change in the system characteristics (z. B. deposits, constipation) , Further, it is advantageous if each speed a certain number of repeated m n i of times, for example, is approached twice, each time in order to compensate measurement errors or calculation errors.
So kann das Pumpenaggregat 2 beispielsweise während sechs Betriebsintervallen 10 mit drei verschiedenen Drehzahlen ni betrieben werden, d. h. jeweils ein Betriebsintervall 10 mit einer festen Drehzahl n und zwei Betriebsintervalle 10 mit der gleichen Drehzahl. Um die Genauigkeit der Bestimmung der Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. des Anlagenkennfelde HA(Q, h) zu erhöhen, ist es von Vorteil, mehr als drei, beispielsweise vier verschiedene Drehzahlen zu verwenden. Entsprechend können diese vier Drehzahlen ni während acht Betriebsintervallen 10 gefahren werden.This is how the pump unit works 2 for example during six operating intervals 10 be operated with three different speeds n i , ie in each case an operating interval 10 with a fixed speed n and two operating intervals 10 at the same speed. In order to increase the accuracy of the determination of the system characteristic H A (Q) or of the system characteristic H A (Q, h), it is advantageous to use more than three, for example four different speeds. Accordingly, these four rotational speeds n i can be during eight operating intervals 10 be driven.
Für jedes Betriebsintervall 10 kann jeweils ein Förderstrom und ein Pegel als Mittelwert der Förderströme Q bzw. der Wasserstände h des entsprechenden Betriebsintervalls 10 bestimmt werden. Die Pegelbestimmung kann durch Messung des Pegels h mittels Sensor 11 und rechnerische Mittelwertbildung erfolgen. Die Förderstrombestimmung kann ebenfalls durch Messung des Förderstroms mittels Sensor 9 und rechnerische Mittelwertbildung erfolgen.For every operating interval 10 can each have a flow rate and a level as the mean value of the delivery flows Q or the water levels h of the corresponding service interval 10 be determined. The level determination can be done by measuring the level h by means of a sensor 11 and arithmetic averaging done. The flow determination can also by measuring the flow rate by means of a sensor 9 and arithmetic averaging done.
Unter Verwendung des Pumpenkennfeldes HP(Q, n) kann dann für eine der verwendeten Drehzahlen ni die Förderhöhe bestimmt werden, beispielsweise nach Gleichung 6. Alternativ kann die Berechnung der Förderhöhe auch anhand der in Gleichung 6 eingesetzten Gleichung 9a unter Verwendung des Pegelstands erfolgen. Die Drehzahl ni wird dann nicht benötigt.Using the pump characteristic H P (Q, n) can then for one of the speeds used n i the head be determined, for example, according to equation 6. Alternatively, the calculation of the head also using the equation 9a used in equation 6 using the level respectively. The speed n i is then not needed.
Die Anlagenkennlinie HA(Q, ) nach Gleichung 5 respektive ihre Koeffizienten d1, d2 können dann durch Approximation so bestimmt werden, dass die Anlagenkennlinie HA(Q, ) optimal zu den Werte-Tripeln (, , ), i = 1, ..., m·n, für die m Mal verwendeten n Drehzahlen passt. Insbesondere kann dann auch der Abstand d0 zwischen dem Pumpensumpfboden 3 und der geodätisch höchsten Stelle der Druckleitung 6 ermittelt werden.The system characteristic H A (Q, ) according to Equation 5 or their coefficients d 1 , d 2 can then be determined by approximation so that the plant characteristic H A (Q, ) optimally to the value triples ( . . ), i = 1, ..., m · n, for which m times n speeds used will fit. In particular, then the distance d 0 between the pump sump bottom 3 and the geodetically highest point of the pressure line 6 be determined.
Auf diese Weise kann nicht nur zu Beginn des Verfahrens sondern auch dynamisch während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Pumpenaggregats 2 die mathematische Beschreibung des Anlagenkennfeldes HA(Q, h) immer wieder auf den aktuellen Zustand des Pumpensystems 1 angepasst werden. Ein erhöhter Rohrleitungswiderstand, beispielsweise infolge von Ablagerungen in der Druckleitung 6, kann dann unmittelbar bei der energieeffizienten Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden. In this way, not only at the beginning of the process but also dynamically during the intended use of the pump unit 2 the mathematical description of the plant map H A (Q, h) always on the current state of the pump system 1 be adjusted. An increased pipeline resistance, for example due to deposits in the pressure line 6 , can then be taken into account directly in the energy-efficient control according to the present invention.
Auf Basis des aktuellen Leistungsaufnahmekennfeldes P(Q, n) kann im Anschluss an eine Neubestimmung des aktuellen Anlagenkennfeldes HA(Q, h) der spezifische Energieverbrauch PQ(Q, n) und die energetisch optimale Drehzahl nopt, n(Qopt, h) berechnet werden. Dies erfolgt vorzugsweise zwischen zwei Betriebsintervallen 10 für einen bestimmten Pegelstand h, beispielsweise für den oberen Pegelgrenzwert ho oder für eine Vielzahl verschiedener Pegel h. Die berechnete Drehzahl nopt, n(Qopt, h) wird dann für das nächste Betriebsintervall 10 verwendet.On the basis of the current power consumption map P (Q, n), following a redetermination of the current system map H A (Q, h), the specific energy consumption P Q (Q, n) and the energy-optimal rotational speed n opt , n (Q opt , h) are calculated. This is preferably done between two operating intervals 10 for a certain level h, for example for the upper level limit h o or for a plurality of different levels h. The calculated speed n opt , n (Q opt , h) then becomes for the next operating interval 10 used.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können gleitende Werte-Tripel (, , ) verwendet werden. Dies bedeutet, dass zwar die Anzahl der Werte-Tripel gleich bleibt, jedoch ein altes, insbesondere das zeitlich zuerst ermittelte Werte-Tripel (, , ) verworfen und ein neues Werte-Tripel (, , ) hinzugenommen, insbesondere hinten angefügt wird. Hierzu kann nach Beendigung des Betriebsintervalls 10 ein weiterer über das Betriebsintervall 10 gemittelter Förderstrom und Pegel und daraus die Förderhöhe ermittelt, werden.According to an advantageous development of the invention, sliding values triple ( . . ) be used. This means that, although the number of value triples remains the same, but an old value triple (in particular the time first determined . . ) and a new value triple ( . . ) added, in particular added at the back. For this purpose, after completion of the operating interval 10 another over the operating interval 10 averaged flow and level and from that the funding amount be determined.
Anschließend kann dann das Anlagenkennfeld HA(Q, h) unter Hinzunahme der bereits vorhandenen Werte (, , ), i = 1, ..., (m·n) – 1 aktualisiert werden. Unter Verwendung des neuen Anlagenkennfeldes HA(Q, h) kann dann eine neue optimale Drehzahl nopt, n(Qopt, h) berechnet und für das nächste Betriebsintervall 10 verwendet werden. Das Verfahren beginnt dann wieder von vorn.Subsequently, the plant map H A (Q, h) can be added by adding the existing values ( . . ), i = 1, ..., (m · n) - 1 are updated. Using the new plant map H A (Q, h), a new optimal speed n opt , n (Q opt , h) can then be calculated and for the next operating interval 10 be used. The process then starts all over again.
Ist die aktuelle Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. das Anlagenkennfeld HA(Q, h) bekannt, kann eine Überwachung des Pumpensystems erfolgen, indem im Betrieb des System wiederholt die Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. das Anlagenkennfeld HA(Q, h) erneut bestimmt wird und die neuen Koeffizienten d0, d1, d2, mit den ursprünglichen Koeffizienten verglichen werden. Eine Abweichung, insbesondere eine zunehmende Abweichung oder eine Abweichung um einen bestimmten Betrag deutet auf eine Verschlechterung des Anlagenzustands, beispielsweise auf eine Ablagerung hin.If the current system characteristic curve H A (Q) or the system characteristic H A (Q, h) is known, monitoring of the pump system can take place in that the system characteristic H A (Q) or the system characteristic H A (Q , h) is determined again and the new coefficients d 0 , d 1 , d 2 are compared with the original coefficients. A deviation, in particular an increasing deviation or a deviation by a certain amount, indicates a deterioration in the state of the plant, for example a deposition.
Zusätzlich oder alternativ zur Neubestimmung der Anlagenkennlinie HA(Q) bzw. des Anlagenkennfeldes HA(Q, h) kann auch eine Korrektur des Leistungsaufnahmekennfeldes P(Q, n), d. h. eine Neubestimmung der Koeffizienten b0, b1, b2 und b3 in Gleichung 3 erfolgen. Hierfür wird eine Anzahl von mindestens vier verschiedenen Betriebspunkten verwendet und jeweils die Istdrehzahl ni, der Förderstrom Qi und die elektrische Leistungsaufnahme Pi ermittelt. Die elektrische Leistungsaufnahme Pi und die Drehzahl ni können gemessen oder rechnerisch aus elektrischen Größen des Frequenzumrichters bestimmt werden. Der Förderstrom Q kann ebenfalls gemessen werden. Aus diesen Werten Qi, Pi und ni kann das Leistungsaufnahmekennfeld P(Q, n) neu approximiert werden, vorzugsweise durch die mathematischen Methoden der Ausgleichsrechnung. Je mehr Betriebspunkte hierfür zur Verfügung stehen, umso genauer ist die Approximation. Vorteilhafterweise kann daraus dann auch der Parameter c aus Gleichung 8 bestimmt werden. Das Leistungskennfeld P(Q, n) wird dadurch besser abgebildet und damit auch die spezifische Energie genauer berechnet.In addition or as an alternative to redetermining the system characteristic H A (Q) or the system characteristic H A (Q, h), it is also possible to correct the power consumption map P (Q, n), ie to redetermine the coefficients b 0 , b 1 , b 2 and b 3 in equation 3. For this purpose, a number of at least four different operating points is used and in each case the actual rotational speed n i , the flow rate Q i and the electrical power consumption P i determined. The electrical power consumption P i and the rotational speed n i can be measured or calculated from electrical variables of the frequency converter. The flow rate Q can also be measured. From these values Q i , P i and n i , the power consumption map P (Q, n) can be newly approximated, preferably by the mathematical methods of the compensation calculation. The more operating points available, the more accurate the approximation. Advantageously, the parameter c from equation 8 can then be determined therefrom. The performance map P (Q, n) is thus better represented and thus also the specific energy calculated more accurately.
Vorzugsweise kann die Neubestimmung des Anlagenkennfelds HA(Q, h) und/oder des Leistungsaufnahmekennfelds P(Q, n) zwischen zwei Betriebsintervallen 10 des Pumpenaggregats 2 neu bestimmt werden. Dabei können Betriebspunkte aus dem letzten Betriebsintervall verwendet werden, die im Rahmen der Regelung oder speziell zur späteren Neubestimmung des Anlagenkennfelds HA(Q, h) und/oder des Leistungsaufnahmekennfelds P(Q, n) angefahren worden sind.Preferably, the re-determination of the plant map H A (Q, h) and / or the power consumption map P (Q, n) between two operating intervals 10 of the pump set 2 be redetermined. In this case, operating points from the last operating interval can be used, which have been approached in the context of the regulation or specifically for later redetermination of the plant map H A (Q, h) and / or the power consumption map P (Q, n).
Als Ausnahmebedingungen, die in Schritt 28 nach 2 geprüft werden können, sind beispielsweise folgende Maßnahmen sinnvoll:
Übersteigt der Zulauf Qin den Förderstrom Qopt bei optimaler Drehzahl nopt, n(Qopt, h) ist es von Vorteil, die Drehzahl gerade so anzupassen, dass der Pegelstand h nicht weiter steigt. Dies bedeutet, dass der aus dem Pumpensumpf 3 heraus zu fördernde Förderstrom Q gerade dem Zufluss Qin entsprechen muss. Die hierfür erforderliche Drehzahl n(Q = Qin, h) kann z. B. mit Gleichung 9a berechnet werden, indem für den Förderstrom Q der Zulauf Qin eingesetzt wird.As an exception, in step 28 to 2 For example, the following measures may be useful:
If the inlet Q in the flow Q opt at optimum speed n opt , n (Q opt , h), it is advantageous to adjust the speed just so that the water level h does not increase. This means that the pump sump 3 Outflow to be pumped Q must just equal the inflow Q in . The required speed n (Q = Q in , h) can z. B. be calculated by using Equation 9a by the inflow Q is used in for the flow Q.
Um Ablagerungen in der an das Pumpenaggregat 2 angeschlossenen Druckrohrleitung 6 zu vermeiden, kann das Pumpenaggregat 2 bevorzugt in regelmäßigen Abständen, beispielsweise alle 3 Stunden, bei Nenndrehzahl n0 betrieben werden. Dies führt dazu, dass die Druckleitung 6 und der nachfolgende Ablauf 5 durchgespült werden. Alternativ kann eine derartige Spülung dann erfolgen, wenn die Neuberechnung des Anlagenkennfeldes erkennen lässt, dass sich der Rohrleitungswiderstand erhöht, insbesondere um einen bestimmten Betrag erhöht hat.To deposits in the on the pump unit 2 connected pressure pipe 6 To avoid this, the pump set can 2 preferably at regular intervals, for example every 3 hours Rated speed n 0 are operated. This causes the pressure line 6 and the subsequent process 5 be flushed through. Alternatively, such flushing can take place when the recalculation of the plant characteristic field indicates that the pipeline resistance has increased, in particular increased by a certain amount.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
DE 102013007026 [0004] DE 102013007026 [0004]
-
WO 2005/088134 A1 [0005, 0005] WO 2005/088134 A1 [0005, 0005]
