DE102015011487A1

DE102015011487A1 - Method for reducing the energy consumption of a feed pump, which promotes water from a well into a pipeline network, as well as system for conveying water from at least one well into a pipeline network

Info

Publication number: DE102015011487A1
Application number: DE102015011487.5A
Authority: DE
Inventors: Jens-Christian Magnussen; Jörg Bülow
Original assignee: Magnussen Emsr-Technik GmbH
Current assignee: Magnussen Emsr-Technik GmbH
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Energieverbrauchs einer Förderpumpe (14), die Wasser aus einem Brunnen (12) in eine Leitung (10) oder ein Leitungsnetz (50) fördert, sowie eine Brunnenanlage (10, 50) mit mindestens einer solchen Förderpumpe (14). Um es zu ermöglichen, dass die Förderpumpe (14) stets möglichst nahe bei ihrem energetisch günstigsten Betriebspunkt arbeitet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Steuer- oder Regeleinheit (30) die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe (14) durch Veränderung der Antriebsdrehzahl eines elektrischen Antriebsmotors (15) der Förderpumpe (14) an eine Soll-Durchflussmenge heranführt, wobei die Soll-Durchflussmenge der Durchflussmenge (Q1) im Betriebspunkt der Förderpumpe (14) mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf entspricht.The invention relates to a method for reducing the energy consumption of a feed pump (14), which promotes water from a well (12) in a line (10) or a pipeline network (50), and a well system (10, 50) with at least one such feed pump (14). To make it possible that the feed pump (14) always works as close as possible to its lowest energy operating point, the invention proposes that a control unit (30) the actual flow rate of the feed pump (14) by changing the drive speed of an electric drive motor (15) of the feed pump (14) to a target flow rate, wherein the target flow rate of the flow rate (Q1) corresponds to the operating point of the feed pump (14) with the lowest specific power or energy consumption.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verahren zur Reduzierung des Energieverbrauchs einer Förderpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anlage zum Fördern von Wasser aus mindestens einem Brunnen in ein Leitungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a method for reducing the energy consumption of a feed pump according to the preamble of claim 1 and a system for conveying water from at least one well into a pipe network according to the preamble of claim 9.

Verfahren und Anlagen der eingangs genannten Art werden vor allem in Wasserwerken eingesetzt, um aus Trinkwasserbrunnen Trinkwasser in ein Wasserleitungsnetz zu fördern, können jedoch auch in Industrieanlagen eingesetzt werden, die große Frischwassermengen benötigen.Processes and plants of the type mentioned are mainly used in water works to promote drinking water wells in a water supply network, but can also be used in industrial plants that require large amounts of fresh water.

Bei den Förderpumpen handelt es sich zumeist um elektrische Kreiselpumpen, die als Tauchpumpen innerhalb des Brunnens eingesetzt werden. Die Förderpumpen liegen entweder direkt am Netz oder sind mit einem Frequenzumrichter ausgestattet, mit dem die Antriebsdrehzahl der Förderpumpe entsprechend einer Soll-Durchflussmenge geregelt wird.The feed pumps are usually electric centrifugal pumps, which are used as submersible pumps within the well. The feed pumps are located either directly on the mains or are equipped with a frequency converter with which the drive speed of the feed pump is regulated according to a set flow rate.

Während bei direkt am Netz liegenden Förderpumpen der Energieverbrauch überhaupt nicht beeinflussbar ist, stellt er bei Förderpumpen mit Frequenzumrichter zumeist nur einen zweitrangigen Faktor bei der Steuerung oder Regelung der Pumpen dar.While energy consumption can not be influenced at all on feed pumps located directly at the mains, in feed pumps with frequency converters it is usually only a secondary factor in the control or regulation of the pumps.

Da jedoch Förderpumpen zum Fördern von Wasser aus Brunnen einen großen Energiebedarf besitzen, bietet eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch einen verbrauchsoptimierten Betrieb der Förderpumpen ein erhebliches Energieeinsparungspotenzial.However, since feed pumps for conveying water from wells have a large energy requirement, a reduction in energy consumption through consumption-optimized operation of the feed pumps offers a considerable energy saving potential.

In der noch unveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 des Anmelders wurde bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Reduzierung des Energieverbrauchs einer Förderpumpe vorgeschlagen, wobei die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe durch Veränderung der Antriebsdrehzahl der Förderpumpe an eine Soll-Durchflussmenge herangeführt wird, und wobei die Soll-Durchflussmenge der Durchflussmenge im berechneten Schnittpunkt einer Pumpenwirkungsgradkennlinie mit hohem Wirkungsgrad und einer dynamischen Anlagenkennlinie entspricht, die aus der geodätischen Höhe, der Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen und Leitungsverlusten in der Leitung oder im Leitungsnetz berechnet wird.In the still unpublished German Patent Application 10 2015 005 373.9 the applicant has already proposed a method of the type mentioned for reducing the energy consumption of a feed pump, wherein the actual flow rate of the feed pump is brought by changing the drive speed of the feed pump to a desired flow rate, and wherein the target flow rate of the flow rate in the calculated intersection a pump efficiency curve with high efficiency and a dynamic system characteristic curve, which is calculated from the geodetic height, the lowering of the water level in the well and line losses in the line or in the pipeline network.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die Förderpumpe möglichst nahe bei oder in ihrem energetisch günstigsten Betriebspunkt arbeitet, wobei das Verfahren und die Anlage sowohl eine Verbesserung des Verfahrens und der Anlage gemäß der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 darstellen, aber auch unabhängig von diesen eingesetzt werden können.Proceeding from this, the present invention seeks to provide a further method and a system of the type mentioned, in which the feed pump works as close to or in its most energetically favorable operating point, the method and the system both an improvement of the process and the system according to the German Patent Application 10 2015 005 373.9 represent, but also independently of these can be used.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 und bei der erfindungsgemäßen Anlage durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 9 gelöst. Danach wird die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe mittels einer Steuer- oder Regeleinheit durch Veränderung der Antriebsdrehzahl eines elektrischen Antriebsmotors der Förderpumpe an eine Soll-Durchflussmenge herangeführt, wobei diese letztere der Durchflussmenge in einem Betriebspunkt der Förderpumpe mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf entspricht.This object is achieved in the inventive method by the features in the characterizing part of claim 1 and in the inventive system by the features in the characterizing part of claim 9. Thereafter, the actual flow rate of the feed pump is brought by means of a control or regulating unit by changing the drive speed of an electric drive motor of the feed pump to a desired flow rate, this latter corresponds to the flow rate at an operating point of the feed pump with the lowest specific power or energy requirements.

Bei dem Betriebspunkt mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf handelt es sich um denjenigen Betriebspunkt der Förderpumpe, in dem eine Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs der Förderpumpe, vorzugsweise einschließlich des Antriebsmotors, eines zur Regelung der Förderpumpe dienenden Frequenzumrichters und einer zur Stromzufuhr zum Antriebsmotor dienenden Stromleitung, ein Minimum aufweist.The operating point with the lowest specific power or energy requirement is that operating point of the feed pump in which a characteristic of the specific power or energy demand of the feed pump, preferably including the drive motor, a serving for controlling the feed pump and a power supply to Drive motor serving power line, a minimum.

Diejenige Durchflussmenge, die bei dem Minimum des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs von der Förderpumpe in die Leitung oder das Leitungsnetz gefördert wird, bildet bei dem Verfahren und der Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung die Soll-Durchflussmenge, an welche die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe durch Veränderung von deren Antriebsdrehzahl herangeführt wird.The flow rate, which is promoted at the minimum of specific power or energy demand from the feed pump in the line or the mains, in the method and the system according to the present invention, the target flow rate, to which the actual flow rate of the feed pump through Change is introduced by the drive speed.

Der spezifische Leistungs- oder Energiebedarf ist dabei ein fördermengenbezogener Leistungs- oder Energiebedarf, das heißt der Leistungs- oder Energiebedarf, der zur Förderung von einem m³ Wasser aus dem Brunnen in die Leitung oder das Leitungsnetz erforderlich ist, wobei er zweckmäßig in kWh pro m³ ausgedrückt wird.The specific power or energy requirement is a supply-related power or energy demand, that is, the power or energy required to extract a m ^{3 of} water from the well into the pipe or pipeline, conveniently in kWh per m ^{3 is} expressed.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, für jede Förderpumpe einer Brunnenanlage unabhängig von den anderen Förderpumpen der Brunnenanlage den zu einem gegebenen Zeitpunkt energetisch günstigsten Betriebspunkt zu ermitteln und diesen Betriebspunkt dann durch eine Veränderung der Antriebsdrehzahl der jeweiligen Förderpumpe einzustellen.The solution according to the invention makes it possible to determine for each pump of a well independently of the other pumps of the well system at a given time energetically most favorable operating point and then adjust this operating point by changing the drive speed of the respective pump.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Ermittlung des Betriebspunkts mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf der Förderpumpe eine Kennlinie berechnet wird, die den jeweiligen spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf der Förderpumpe in Abhängigkeit von einer dynamischen Anlagenkennlinie angibt, die wiederum aus der geodätischen Höhe, der Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen und Leitungsverlusten in der Leitung oder im Leitungsnetz berechnet wird. Das Minimum dieser Kennlinie stellt den erfindungsgemäßen Betriebspunkt mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf dar.A preferred embodiment of the invention provides that to determine the operating point with the lowest specific power or energy requirement of the feed pump, a characteristic curve is calculated which corresponds to the respective specific power output. or the energy requirement of the feed pump as a function of a dynamic system characteristic curve, which in turn is calculated from the geodetic height, the lowering of the water level in the well and line losses in the line or in the line network. The minimum of this characteristic represents the operating point according to the invention with the lowest specific power or energy requirement.

Bei der Anlagenkennlinie handelt es sich um eine ”dynamische” Kennlinie, in deren Berechnung die konstante geodätische Höhe sowie eine ”dynamische” Kennlinie der Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen und eine ”dynamische” Kennlinie der Leitungsverluste im Leitungsnetz einfließen. Aus der Anlagenkennlinie lässt sich entnehmen, welchen Widerstand das Leitungsnetz der Pumpe bei einer bestimmten Förder- oder Durchflussmenge entgegensetzt, wodurch wiederum berechnet werden kann, welcher Druck notwendig ist, um die bestimmte Förder- oder Durchflussmenge durch das Leitungsnetz zu fördern. Aus der aktuellen Anlagenkennlinie lässt sich entnehmen, welchen Widerstand das Leitungsnetz der Pumpe bei der aktuellen Förder- oder Durchflussmenge entgegensetzt.The system characteristic curve is a "dynamic" characteristic, which includes the calculation of the constant geodetic height as well as a "dynamic" characteristic of the lowering of the water level in the well and a "dynamic" characteristic of the line losses in the line network. From the plant characteristic curve it can be deduced which resistance the pipeline network opposes to the pump at a certain delivery or flow rate, which in turn can be used to calculate what pressure is necessary in order to convey the specific delivery or flow rate through the pipeline network. From the current system characteristic curve it can be seen which resistance the pump's line network opposes with the current delivery or flow rate.

Die Anlagenkennlinie wird ständig neu berechnet, wobei die Berechnung kontinuierlich, in kurzen Zeitabständen und/oder immer dann erfolgen kann, wenn sich die Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen oder Leitungsverluste in der Leitung oder im Leitungsnetz und somit auch die Anlagenkennlinie verändern.The system characteristic curve is constantly recalculated, whereby the calculation can take place continuously, at short intervals and / or whenever the lowering of the water level in the well or line losses in the line or in the line network and thus also the system characteristic change.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Berechnung der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs eine Gesamtwirkungsgradkennlinie berechnet, die den Gesamtwirkungsgrad der Förderpumpe einschließlich des Antriebsmotors, des Frequenzumrichters und der Stromleitung in Abhängigkeit von der aktuellen Anlagenkennlinie anzeigt oder wiedergibt.According to a further advantageous embodiment of the invention, an overall efficiency curve is calculated to calculate the characteristic of the specific power or energy demand, indicating or reproducing the overall efficiency of the feed pump including the drive motor, the frequency converter and the power line in dependence on the current system characteristic.

Aus dieser Gesamtwirkungsgradkennlinie wird für jede Durchflussmenge bzw. für eine Mehrzahl von inkrementalen Durchflussmengenstützpunkten die jeweilige Gesamtleistung berechnet. Zur Berechnung der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs braucht die jeweilige Gesamtleistung nur noch durch die jeweils zugehörige Durchflussmenge dividiert werden, um die Kennlinie bzw. eine Mehrzahl von inkrementalen Stützpunkten der Kennlinie zu erhalten.From this overall efficiency characteristic, the respective total power is calculated for each flow rate or for a plurality of incremental flow rate support points. In order to calculate the characteristic curve of the specific power or energy requirement, the respective total power only needs to be divided by the respectively associated flow rate in order to obtain the characteristic curve or a plurality of incremental interpolation points of the characteristic curve.

Die Berechnung der Gesamtwirkungsgradkennlinie erfolgt bevorzugt im mehreren Schritten, wobei in einem ersten Schritt aus einer in der Regel vom Hersteller der Förderpumpe zur Verfügung gestellten Pumpenkennlinie für die maximale Frequenz oder Drehzahl Pumpenkennlinien für eine Reihe von anderen Frequenzen oder Drehzahlen abgeleitet werden. Bevorzugt werden dabei Pumpenkennlinien der Förderpumpe für etwa fünf bis zehn verschiedene Frequenzen ermittelt. Diese Frequenzen umfassen zweckmäßig die maximale Frequenz, die vom Frequenzumrichter am Antriebsmotor angelegt wird, sowie eine Reihe von weiteren Frequenzen in vorbestimmten Frequenzabständen zwischen der maximalen Frequenz und der niedrigsten, vom Frequenzumrichter einstellbaren Frequenz, bei der die Förderpumpe noch arbeiten darf. Bei einer Förderpumpe, die für eine maximale Frequenz von 100 Hz ausgelegt ist, beträgt die maximale Frequenz 100 Hz, während die niedrigste Frequenz etwa 65 Hz beträgt.The calculation of the overall efficiency characteristic curve is preferably carried out in several steps, wherein in a first step pump characteristics for a number of other frequencies or speeds are derived from a pump characteristic curve usually provided by the manufacturer of the feed pump for the maximum frequency or speed. Preferably pump characteristics of the feed pump are determined for about five to ten different frequencies. These frequencies suitably include the maximum frequency applied by the frequency converter to the drive motor and a number of other frequencies at predetermined frequency intervals between the maximum frequency and the lowest frequency adjustable by the frequency at which the delivery pump is still allowed to operate. For a feed pump designed for a maximum frequency of 100 Hz, the maximum frequency is 100 Hz, while the lowest frequency is about 65 Hz.

In einem zweiten Schritt werden dann die Schnittpunkte der aktuellen Anlagenkennlinie mit den im ersten Schritt berechneten Pumpenkennlinien berechnet und für jeden dieser Schnittpunkte die zugehörige Durchflussmenge ermittelt.In a second step, the intersection points of the current system characteristic curve are then calculated with the pump characteristic curves calculated in the first step, and the associated flow rate is determined for each of these intersection points.

In einem dritten Schritt werden aus einer in der Regel vom Hersteller der Förderpumpe zur Verfügung gestellten Pumpenwirkungsgradkennlinie für die maximale Frequenz oder Drehzahl Pumpenwirkungsgradkennlinien für eine Reihe von anderen Frequenzen oder Drehzahlen abgeleitet, wie zuvor für die Pumpenkennlinie beschrieben.In a third step, pump efficiency curves for a number of other frequencies or speeds are derived from a maximum efficiency or speed pump efficiency curve typically provided by the pump manufacturer, as previously described for the pump characteristic.

In einem vierten Schritt wird aus jeder der im zweiten Schritt ermittelten Durchflussmengen und aus der zugehörigen im dritten Schritt ermittelten Pumpenwirkungsgradkennlinie der Pumpenwirkungsgrad η bei der jeweiligen Frequenz ermittelt.In a fourth step, the pump efficiency η at each frequency is determined from each of the flow rates determined in the second step and from the associated pump efficiency curve determined in the third step.

In einem fünften Schritt wird aus den erhaltenen Wertepaaren von Durchflussmenge und Pumpenwirkungsgrad η eine Pumpenwirkungsgradkennlinie zu der aktuellen Anlagenkennlinie berechnet. Diese Berechnung erfolgt vorzugsweise durch Polynomregression (polynomiale Regression).In a fifth step, a pump efficiency curve is calculated from the obtained value pairs of flow rate and pump efficiency η to the current system characteristic curve. This calculation is preferably carried out by polynomial regression (polynomial regression).

Aus der Pumpenwirkungsgradkennlinie wird dann in einem sechsten Schritt eine aktuelle, ebenfalls von der Anlagenkennlinie abhängige Gesamtwirkungsgradkennlinie berechnet, in die neben der Pumpenwirkungsgradkennlinie vorzugsweise auch Wirkungsgradkennlinien des elektrischen Antriebsmotors, des Frequenzumrichters und ggf. der Stromleitung eingehen. Die Berechnung der Gesamtwirkungsgradkennlinie erfolgt durch Multiplikation der Pumpenwirkungsgradkennlinie mit den anderen zu berücksichtigenden Wirkungsgradkennlinien.From the pump efficiency curve, a current overall efficiency curve, which is also dependent on the system characteristic curve, is then calculated in a sixth step, into which efficiency characteristics of the electric drive motor, the frequency converter and, if appropriate, the power line are preferably included in addition to the pump efficiency characteristic. The calculation of the overall efficiency characteristic is carried out by multiplying the pump efficiency characteristic with the other efficiency characteristics to be considered.

Die Wirkungsgradkennlinien des elektrischen Antriebsmotors der Förderpumpe, des Frequenzumrichters und der zur Stromzufuhr zum Antriebsmotor dienenden Stromleitung sind in der Regel von den Herstellern dieser Komponenten erhältlich, so dass sie nicht berechnet werden brauchen.The efficiency characteristics of the electric drive motor of the feed pump, the frequency converter and the power supply to the drive motor serving power line are usually of the Manufacturers of these components available, so they do not need to be calculated.

Die aus der Anlagenkennlinie abgeleiteten bzw. von der Anlagenkennlinie abhängigen Kennlinien, wie zum Beispiel die Gesamtwirkungsgradkennlinie und die Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs werden wie die Anlagenkennlinie ständig neu berechnet, vorzugsweise in kurzen Zeitabständen und/oder immer dann, wenn sich die Anlagenkennlinie verändert.The derived from the system characteristic curve or dependent on the plant characteristic curves, such as the overall efficiency curve and the characteristic of the specific power or energy demand are constantly recalculated as the plant characteristic, preferably at short intervals and / or whenever the system characteristic changes ,

Die Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs wird vorteilhaft auf einem Bildschirm dargestellt, was es ermöglicht, im Minimum dieser Kennlinie diejenige Durchflussmenge abzulesen, bei welcher der spezifische Leistungs- oder Energiebedarf der Förderpumpe am geringsten ist.The characteristic curve of the specific power or energy requirement is advantageously displayed on a screen, which makes it possible to read off in the minimum of this characteristic that flow rate at which the specific power or energy requirement of the feed pump is the lowest.

Sofern nur das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, dient die bei diesem Verfahren im Minimum der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs abgelesene Durchflussmenge als Soll-Durchflussmenge, an welche die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe durch Veränderung der Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors der Förderpumpe herangeführt wird.If only the method according to the invention described above is carried out, the flow rate read in this method in the minimum of the characteristic of the specific power or energy requirement serves as a target flow rate to which the actual flow rate of the feed pump is brought by changing the drive speed of the drive motor of the feed pump ,

Um eine maximale Reduzierung des Energieverbrauchs der Förderpumpe zu ermöglichen, wird jedoch vorzugsweise neben dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren auch noch das Verfahren gemäß der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 durchgeführt und die Ergebnisse dieser beiden Verfahren verglichen, um das jeweils optimale Verfahren zu finden. Bei diesem Vergleich grundsätzlich drei Ergebnisse möglich:

1) Die Durchflussmenge im Betriebspunkt der Förderpumpe mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf gemäß dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist identisch mit der Durchflussmenge im berechneten Schnittpunkt einer Pumpenwirkungsgradkennlinie mit hohem Wirkungsgrad und der dynamischen Anlagenkennlinie gemäß dem Verfahren aus der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 . In diesem Fall stellt diese identische Durchflussmenge die Soll-Durchflussmenge dar, an welche die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe durch Veränderung von deren Antriebsdrehzahl herangeführt wird.
2) Die Durchflussmenge im Betriebspunkt der Förderpumpe mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf gemäß dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist größer als die Durchflussmenge im berechneten Schnittpunkt einer Pumpenwirkungsgradkennlinie mit hohem Wirkungsgrad und der dynamischen Anlagenkennlinie gemäß dem Verfahren aus der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 . In diesem Fall wird die Durchflussmenge im Betriebspunkt der Förderpumpe mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf als Soll-Durchflussmenge gewählt, an welche die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe herangeführt wird, weil dann der spezifische Leistungs- oder Energiebedarf trotz einer größeren Durchflussmenge geringer ist.
3) Die Durchflussmenge im Betriebspunkt der Förderpumpe mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf gemäß dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist kleiner als die Durchflussmenge im berechneten Schnittpunkt einer Pumpenwirkungsgradkennlinie mit hohem Wirkungsgrad und der dynamischen Anlagenkennlinie gemäß dem Verfahren aus der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 . In diesem Fall wird wie folgt vorgegangen: Solange die Durchflussmenge erreicht wird, die gemäß dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt wurde, wird die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe an diese Soll-Durchflussmenge herangeführt. Wenn die Durchflussmenge hingegen von der Förderpumpe nicht mehr erreicht wird, dann wird die Ist-Durchflussmenge der Förderpumpe an diejenige Soll-Durchflussmenge herangeführt, die gemäß dem Verfahren aus der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 ermittelt wurde.

In order to allow a maximum reduction of the energy consumption of the feed pump, however, preferably in addition to the method according to the invention described above, the method according to the German Patent Application 10 2015 005 373.9 and compared the results of these two methods to find the best possible method. In this comparison basically three results possible:

1) The flow rate at the operating point of the feed pump with the lowest specific power or energy requirement according to the inventive method described above is identical to the flow rate in the calculated intersection of a high efficiency pump efficiency curve and the dynamic system characteristic according to the method of German Patent Application 10 2015 005 373.9 , In this case, this identical flow rate represents the target flow rate to which the actual flow rate of the feed pump is brought by changing the drive speed.
2) The flow rate at the operating point of the feed pump with the lowest specific power or energy demand according to the inventive method described above is greater than the flow rate in the calculated intersection of a high efficiency pump efficiency curve and the dynamic system characteristic according to the method of German Patent Application 10 2015 005 373.9 , In this case, the flow rate at the operating point of the feed pump with the lowest specific power or energy consumption is selected as the target flow to which the actual flow rate of the feed pump is introduced, because then the specific power or energy demand is lower despite a larger flow rate.
3) The flow rate at the operating point of the feed pump with the lowest specific power or energy requirement according to the inventive method described above is smaller than the flow rate in the calculated intersection of a high efficiency pump efficiency curve and the dynamic system characteristic according to the method of German Patent Application 10 2015 005 373.9 , In this case, the procedure is as follows: As long as the flow rate is reached, which was determined according to the inventive method described above, the actual flow rate of the feed pump is brought to this target flow rate. If the flow rate, however, is no longer reached by the feed pump, then the actual flow rate of the feed pump is brought to that target flow rate, which according to the method of the German Patent Application 10 2015 005 373.9 was determined.

Bei der dynamischen Anlagenkennlinie gemäß dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um dieselbe dynamische Anlagenkennlinie wie bei dem Verfahren aus der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 .In the dynamic system characteristic curve according to the inventive method described above is the same dynamic system characteristic as in the method of the German Patent Application 10 2015 005 373.9 ,

Wie in der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 kann auch hier mit der erfindungsgemäßen Lösung selbst in komplexeren Brunnenanlagen jede Förderpumpe einzeln betrachtet und für jede Förderpumpe der Energieverbrauch separat minimiert werden, indem während des Betriebs in kurzen Zeitabständen stets der energetisch günstigste Betriebspunkt berechnet und eingestellt wird.Like in the German Patent Application 10 2015 005 373.9 can here with the inventive solution even in more complex wells each pump individually considered and for each pump energy consumption can be minimized separately by always calculated and adjusted during operation in short time intervals the most energetically favorable operating point.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Förderpumpe um eine mit einem Frequenzumrichter ausgestattete elektrische Förderpumpe, deren Antriebsdrehzahl mittels des Frequenzumrichters gesteuert oder geregelt wird, indem die Frequenz des am Antriebsmotor der Förderpumpe anliegenden Wechselstroms und damit die Antriebsdrehzahl der Förderpumpe verändert oder eingestellt wird. Dabei wird die Soll-Durchflussmenge des energetisch günstigsten Betriebspunkts an die Steuer- oder Regeleinheit übertragen, welche die Soll-Durchflussmenge mit einer gemessenen Ist-Durchflussmenge vergleicht und aus der Differenz der beiden Durchflussmengen einen Stellwert für den Frequenzumrichter generiert. Daraufhin verändert der Frequenzumrichter die Frequenz des Wechselstroms so lange, bis die Ist-Durchflussmenge der Soll-Durchflussmenge entspricht.The feed pump is preferably an electric feed pump equipped with a frequency converter whose drive speed is controlled or regulated by the frequency converter by changing or adjusting the frequency of the alternating current applied to the drive motor of the feed pump and thus the drive speed of the feed pump. In this case, the target flow rate of the lowest energy operating point is transmitted to the control or regulating unit, which compares the target flow rate with a measured actual flow rate and generates a control value for the frequency from the difference of the two flow rates. The frequency converter then changes the frequency of the alternating current until the actual flow rate corresponds to the target flow rate.

Dort, wo neben dem erfindungsgemäßen Verfahren auch noch das Verfahren gemäß der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 durchgeführt und die Ergebnisse dieser beiden Verfahren verglichen werden, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einem zur Kennzeichnung von Förderpumpen in Brunnenanlagen üblichen Diagramm oder Koordinatensystem, in dem auf der Abszisse die Förder- oder Durchflussmenge der Förderpumpe, zweckmäßig in m³/h, und auf der Ordinate die Förderhöhe der Förderpumpe zweckmäßig in mWS (Meter Wassersäule) aufgetragen sind, die Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs der Förderpumpe zusammen mit der Pumpenwirkungsgradkennlinie und der dynamischen Anlagenkennlinie dargestellt.There, where in addition to the method according to the invention even the method according to the German Patent Application 10 2015 005 373.9 carried out and the results of these two methods are compared, according to a preferred embodiment of the invention in a usual for the identification of feed pumps in wells diagram or coordinate system in which the abscissa on the flow or flow rate of the feed pump, expedient in m ³ / h, and on the ordinate the delivery head of the feed pump are expediently plotted in mWS (meter of water column), the characteristic curve of the specific power or energy requirement of the feed pump together with the pump efficiency characteristic and the dynamic system characteristic.

In dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem ist die Pumpenwirkungsgradkennlinie eine ”statische” Kennlinie, die einen bestimmten Wirkungsgrad der Förderpumpe in Abhängigkeit von der Durchflussmenge am Ausgang der Förderpumpe und deren Förderhöhe anzeigt. Die Pumpenwirkungsgradkennlinie ist eine gekrümmte, mit zunehmender Förder- oder Durchflussmenge und zunehmender Förderhöhe ansteigende Kurve, deren Steigung mit zunehmender Förder- oder Durchflussmenge und zunehmender Förderhöhe größer wird. Bei der Pumpenwirkungsgradkennlinie handelt es sich bevorzugt um die Wirkungsgradkennlinie für den maximalen Wirkungsgrad der Förderpumpe, der bei Förderpumpen für Brunnenanlagen, wie Kreiselpumpen, gewöhnlich im Bereich von etwa 70 bis 80 Prozent liegt.In the above-mentioned diagram or coordinate system, the pump efficiency characteristic is a "static" characteristic which indicates a certain efficiency of the feed pump as a function of the flow rate at the outlet of the feed pump and its delivery height. The pump efficiency curve is a curved, increasing with increasing flow or flow rate and increasing head, curve whose slope increases with increasing delivery or flow rate and increasing head. The pump efficiency curve is preferably the efficiency curve for the maximum efficiency of the feed pump, which is usually in the range of about 70 to 80 percent for feed pumps for wells, such as centrifugal pumps.

Die dynamische Anlagenkennlinie stellt den Widerstand der Leitung oder des Leitungsnetzes bei einer bestimmten Förder- oder Durchflussmenge am Ausgang der Förderpumpe dar. Die dynamische Anlagenkennlinie ist ebenfalls eine gekrümmte, mit zunehmender Förder- oder Durchflussmenge und zunehmender Förderhöhe ansteigende Kurve, ist jedoch flacher als die Pumpenwirkungsgradkennlinie und schneidet diese.The dynamic system characteristic represents the resistance of the line or the pipeline network at a certain delivery or flow rate at the output of the feed pump. The dynamic system curve is also a curved, rising with increasing delivery or flow rate and increasing head, but is flatter than the pump efficiency curve and cut them.

Die Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs gibt den zur Förderung von einem m³ Wasser aus dem Brunnen in die Leitung oder das Leitungsnetz erforderlichen Leistungs- oder Energiebedarf an. Bei dieser Kennlinie handelt es sich um eine Kurve, die mit zunehmender Durchflussmenge in der Art einer relativ steilen Parabel bis zu einem Minimum abfällt und dann in Form einer relativ flachen Parabel wieder ansteigt.The characteristic of the specific power or energy demand indicates the power or energy required to extract one m ^{3 of} water from the well into the line or pipeline network. This curve is a curve that drops to the minimum with increasing flow in the manner of a relatively steep parabola and then rises again in the form of a relatively flat parabola.

Zweckmäßig wird auf dem Bildschirm weiter eine Pumpenkennlinie angezeigt, bei der es sich um eine ”dynamische” Kennlinie handelt, die für eine bestimmte Antriebsdrehzahl oder Frequenz der Förderpumpe in dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem deren Betriebspunkte in Form einer Förder- oder Durchflussmenge der Förderpumpe in Abhängigkeit von der Förderhöhe zeigt. Die Pumpenkennlinien sind in dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem gekrümmte, mit zunehmender Förder- oder Durchflussmenge und zunehmender Förderhöhe abfallende Kurven, deren Steigung zumeist mit zunehmender Förder- oder Durchflussmenge und zunehmender Förderhöhe größer wird.Appropriately, a pump characteristic is displayed on the screen, which is a "dynamic" characteristic that for a given input speed or frequency of the feed pump in the above diagram or coordinate system whose operating points in the form of a delivery or flow rate of the feed pump in Dependence on the head shows. The pump curves are in the above-mentioned diagram or coordinate system curved, decreasing with increasing flow or flow rate and increasing head, curves, the slope of which increases usually with increasing flow or flow rate and increasing head.

Damit kann vom Bedienungspersonal am Bildschirm am Minimum der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs die Durchflussmenge abgelesen werden, bei welcher der spezifische Leistungs- oder Energiebedarf der Förderpumpe am geringsten ist. Weiter können gemäß dem Verfahren aus der Deutschen Patentanmeldung 10 2015 005 373.9 auch der Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit der Anlagenkennlinie und der Schnittpunkt der Pumpenwirkungsgradkennlinie mit der Anlagenkennlinie abgelesen werden, von denen der erstere den berechneten momentanen Ist-Betriebspunkt und der letztere den energetisch günstigsten Soll-Betriebspunkt der Förderpumpe darstellt. Dadurch ist für das Bedienungspersonal unmittelbar ersichtlich, ob die beiden Betriebspunkte übereinstimmen oder sich im Falle einer Abweichung aneinander annähern, was eine Kontrolle erleichtert. Außerdem kann das Bedienungspersonal am Bildschirm unmittelbar vergleichen, ob die Durchflussmenge am Minimum der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs oder diejenige am Schnittpunkt der Pumpenwirkungsgradkennlinie mit der Anlagenkennlinie größer oder kleiner ist, um danach eine der zuvor unter 2) bzw. 3) genannten Alternativen zu wählen.This can be read by the operator on the screen at the minimum of the characteristic of the specific power or energy demand, the flow rate at which the specific power or energy consumption of the feed pump is the lowest. Next, according to the method of the German Patent Application 10 2015 005 373.9 Also, the intersection of the pump curve with the system characteristic curve and the intersection of the pump efficiency curve with the system characteristic curve are read, of which the former is the calculated instantaneous actual operating point and the latter represents the lowest energy target operating point of the feed pump. This makes it immediately apparent to the operator whether the two operating points coincide or approach each other in the event of a deviation, which facilitates control. In addition, the on-screen operator can immediately compare whether the flow rate at the minimum of the specific power or energy demand curve or that at the intersection of the pump efficiency curve with the system characteristic is greater or less, thereafter one of the alternatives mentioned above under 2) and 3) to choose.

Der aus dem Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit der Anlagenkennlinie berechnete Ist-Betriebspunkt, der aus dem Schnittpunkt der Pumpenwirkungsgradkennlinie mit der Anlagenkennlinie berechnete Soll-Betriebspunkt und der erfindungsgemäße Betriebspunkt mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf der Förderpumpe werden jeweils in Form einer Förder- oder Durchflussmenge ausgegeben, wobei der erstere die Ist-Förder- oder Durchflussmenge und die letzteren energetisch günstigere Soll-Förder- oder Durchflussmengen darstellen. Eine dieser Soll-Förder- oder Durchflussmengen wird der Steuer- oder Regeleinheit zugeführt, wie zuvor bereits beschrieben, die daraus einen Stellwert für den Frequenzumrichter erzeugt.The actual operating point calculated from the intersection of the pump characteristic curve with the system characteristic curve, the desired operating point point calculated from the intersection of the pump efficiency curve with the system curve and the operating point with the lowest specific power or energy requirement of the feed pump are each in the form of a delivery or flow rate issued, wherein the former represent the actual flow or flow rate and the latter energetically favorable target flow or flow rates. One of these desired delivery or flow rates is fed to the control unit, as previously described, which generates a control value for the frequency converter.

Wie die Pumpenwirkungsgradkennlinie werden die Pumpenkennlinien aus gezeichneten Diagrammen der Hersteller durch Extraktion von Wertepaaren und Polynomregression in elektronische Form umgewandelt, so dass sie sich mittels der Software auf dem Bildschirm darstellen lassen. Die Darstellung erfolgt für die jeweilige Antriebsdrehzahl, so dass die zugehörige Frequenz benötigt wird.Like the pump efficiency curve, the pump characteristics are drawn from manufacturers' diagrams by extraction from Value pairs and polynomial regression are converted into electronic form so that they can be displayed on screen using the software. The display is made for the respective drive speed, so that the associated frequency is needed.

Im Betrieb einer Brunnenanlage mit einer oder mehreren Brunnen, aus denen jeweils eine Förderpumpe fördert, verändert sich in der Regel die Anlagenkennlinie jeder Förderpumpe dauernd, zum Beispiel wenn der Wasserspiegel im zugehörigen Brunnen absinkt oder sich die Leitungsverluste im Leitungsnetz verändern oder bei Brunnenanlangen mit mehreren Brunnen eine oder mehrere Förderpumpen zu- oder abgeschaltet werden. Die Veränderung der Anlagenkennlinie bewirkt eine Verschiebung der Anlagenkennlinie in dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem. Dadurch ergeben sich auch eine andere Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs sowie neue Schnittpunkte der Anlagenkennlinie mit der Pumpenwirkungsgradkennlinie. Die Steuer- oder Regeleinheit ermittelt dann erfindungsgemäß das neue Minimum der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs sowie die neuen Schnittpunkte und stellt diese auf dem Bildschirm dar. Zugleich ermittelt sie die zugehörige Soll-Förder- oder Durchflussmenge und vergleicht sie mit der gemessenen Ist-Förder- oder Durchflussmenge, um den Sollwert für den Frequenzumrichter zu erzeugen. Dieser ändert daraufhin die Frequenz und die Antriebsdrehzahl der Förderpumpe, wodurch sich die Pumpenkennlinie und damit der momentane Betriebspunkt der Förderpumpe in dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem so weit verschiebt, bis die Ist-Förder- oder Durchflussmenge der Soll-Förder- oder Durchflussmenge entspricht. Dies ist dann der Fall, wenn entweder die Ist-Förder- oder Durchflussmenge der Durchflussmenge am Minimum der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs entspricht oder wenn der Schnittpunkt der Pumpenkennlinie und der Anlagenkennlinie mit dem Schnittpunkt der Pumpenwirkungsgradkennlinie und der Anlagenkennlinie zusammenfällt.In the operation of a well with one or more wells from each of which promotes a feed pump, the system characteristic of each pump usually changes, for example, when the water level in the associated wells drops or the line losses in the network change or wells with multiple wells one or more feed pumps are switched on or off. The change in the system characteristic causes a shift in the system characteristic in the above-mentioned diagram or coordinate system. This also results in a different characteristic of the specific power or energy requirement as well as new intersections of the system characteristic with the pump efficiency characteristic. According to the invention, the control or regulation unit then determines the new minimum of the characteristic curve of the specific power or energy requirement and the new points of intersection and displays them on the screen. At the same time, it determines the associated desired delivery or flow rate and compares it with the measured actual value. Flow or flow rate to generate the setpoint for the frequency converter. This then changes the frequency and the drive speed of the feed pump, whereby the pump curve and thus the current operating point of the feed pump in the above diagram or coordinate system shifts until the actual flow or flow rate of the desired flow or flow rate corresponds. This is the case when either the actual flow rate or the flow rate equals the minimum of the characteristic of the specific power or energy demand or if the intersection of the pump characteristic and the system characteristic coincides with the intersection of the pump efficiency characteristic and the system characteristic.

Somit wirkt entweder das Minimum der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs oder der Schnittpunkt der Pumpenwirkungsgradkennlinie mit hohem Wirkungsgrad und der Anlagenkennlinie als Führungsgröße bei der Steuerung oder Regelung der Förderpumpe, wobei das energetische Einsparpotenzial darin liegt, dass der jeweilige als Ist-Durchflussmenge ausgedrückte momentane Betriebspunkt der Förderpumpe diesem Minimum oder Schnittpunkt nachgeführt wird.Thus, either the minimum of the characteristic of the specific power or energy demand or the intersection of the high-efficiency pump efficiency curve and the system characteristic acts as a reference in the control of the feed pump, the energy saving potential being that the instantaneous actual flow rate expressed as the actual flow rate Operating point of the feed pump this minimum or intersection is tracked.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt durch eine geeignete Software implementiert, auf die von der Steuer- oder Regeleinheit zugegriffen wird. Da Wirkungsgradkennlinien von Förderpumpen von den Herstellern der Förderpumpen zumeist in Form von gezeichneten Diagrammen bereitgestellt werden, die von der Software nicht direkt verarbeitet werden können, wird die gewünschte Pumpenwirkungsgradkennlinie aus der entsprechenden gezeichneten Pumpenwirkungsgradkennlinie des Herstellers in eine elektronische Form überführt, die sich mittels der Software auswerten bzw. verarbeiten lässt. Dazu werden gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus der Pumpenwirkungsgradkennlinie des Herstellers, vorzugsweise aus der Pumpenwirkungsgradkennlinie für den maximalen Wirkungsgrad, Wertepaare extrahiert und mittels einer Polynomregression (polynomiale Regression) in eine für die Berechnung und Anzeige verwendbare elektronische Form umgewandelt. Auch die Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs, die dynamische Anlagenkennlinie, die Gesamtwirkungsgradkennlinie und die zu deren Berechnung erforderlichen Wirkungsgradkennlinien, wie zuvor genannt, werden in eine Form gebracht, die sich mittels der Software auswerten bzw. verarbeiten lässt.The method according to the invention is preferably implemented by suitable software which is accessed by the control unit. As delivery pump performance characteristics are mostly provided by the suppliers of drawn pumps, which can not be directly processed by the software, the desired pump efficiency curve is converted from the corresponding drawn pump efficiency curve of the manufacturer to an electronic form obtained by software evaluate or process. For this purpose, according to a preferred embodiment of the invention from the pump efficiency curve of the manufacturer, preferably from the pump efficiency curve for the maximum efficiency, value pairs extracted and converted by means of a polynomial regression (polynomial regression) in a usable for the calculation and display electronic form. The characteristic of the specific power or energy requirement, the dynamic system characteristic curve, the overall efficiency curve and the efficiency curves required for their calculation, as mentioned above, are also brought into a form that can be evaluated or processed by means of the software.

Die Ermittlung der dynamischen Anlagenkennlinie aus der geodätischen Höhe, der Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen und den Rohrleitungsverlusten im Leitungsnetz erfolgt vorzugsweise, indem die Kennlinien dieser Größen in dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem durch die verwendete Software elektronisch addiert werden.The determination of the dynamic system characteristic from the geodetic height, the lowering of the water level in the well and the pipe losses in the pipe network is preferably carried out by the characteristics of these variables are electronically added in the above diagram or coordinate system by the software used.

Bei der geodätischen Höhe handelt es sich um die Höhendifferenz zwischen dem höchstgelegenen Punkt des Leitungsnetzes, in das die Förderpumpe fördert, und dem Ruhewasserspiegel in dem Brunnen, aus dem die Förderpumpe fördert. Der Ruhewasserspiegel ist der Wasserspiegel, der sich in dem Brunnen einstellt, wenn kein Wasser aus dem Brunnen gefördert wird. Die geodätische Höhe ist ein konstanter Wert, der von der Förder- oder Durchflussmenge unabhängig ist. In dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem ist die nachfolgend auch vereinfacht als geodätische Kennlinie bezeichnete Kennlinie der geodätischen Höhe daher eine parallel zur Abszisse verlaufende Gerade.The geodetic height is the height difference between the highest point of the pipeline network, in which promotes the feed pump, and the water level in the well from which promotes the feed pump. The calm water level is the water level that sets in the well when no water is pumped out of the well. The geodetic height is a constant value that is independent of the flow or flow rate. In the above-mentioned diagram or coordinate system, the characteristic curve of the geodesic height, which is also referred to simply as the geodetic characteristic curve, is therefore a straight line running parallel to the abscissa.

Die nachfolgend auch vereinfacht als Absenkungskennlinie bezeichnete Kennlinie der Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen ist eine ”dynamische” Kennlinie, die für jeden Brunnen im Normal- oder Regelbetrieb der Förderpumpe durch schrittweise oder bevorzugt kontinuierliche Messungen ermittelt wird. Dabei wird der Ist-Wasserstand im Brunnen zum Beispiel mittels eines Druckmessers am Boden des Brunnens oder in Höhe der Tauchpumpe ermittelt und vom Ruhewasserstand subtrahiert. Die ”dynamische” Kennlinie zeigt den Verlauf der Absenkung des Wasserspiegels in Abhängigkeit von der Förder- oder Durchflussmenge und der Förderhöhe der Förderpumpe an. In dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem ist die Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen eine von der Förder- oder Durchflussmenge abhängige Kennlinie, die in der Regel mit der Förder- oder Durchflussmenge linear ansteigt.The characteristic curve of the lowering of the water level in the well, also referred to below as a simplified lowering characteristic curve, is a "dynamic" characteristic which is determined for each well during normal or controlled operation of the feed pump by stepwise or preferably continuous measurements. The actual water level in the well is determined, for example, by means of a pressure gauge at the bottom of the well or at the level of the submersible pump and subtracted from the calm water level. The "dynamic" characteristic shows the course of the lowering of the water level as a function of the delivery or flow rate and the delivery head to the feed pump. In the above diagram or coordinate system, the lowering of the water level in the well is dependent on the flow or flow rate characteristic curve, which usually increases linearly with the flow or flow rate.

Die Leitungsverluste der Leitung oder des Leitungsnetzes werden für jede Förderpumpe aus dem am Ausgang der Pumpe herrschenden Druck abgeleitet, der während des Normal- oder Regelbetriebs der Pumpe schrittweise oder bevorzugt kontinuierlich ermittelt wird. Bei der nachfolgend auch vereinfacht als Leitungskennlinie bezeichneten Kennlinie der Leitungsverluste handelt es sich um eine ”dynamische” Kennlinie, die in dem oben genannten Diagramm oder Koordinatensystem eine gekrümmte Kurve ist, die mit zunehmender Förder- oder Durchflussmenge und mit zunehmender Förderhöhe ansteigt, wobei die Steigung zunimmt.The line losses of the line or line network are derived for each feed pump from the pressure prevailing at the outlet of the pump, which is determined during normal or regular operation of the pump stepwise or preferably continuously. In the following also simplified referred to as a line characteristic curve of the line losses is a "dynamic" curve, which is a curved curve in the above diagram or coordinate system, which increases with increasing delivery or flow rate and with increasing head, the slope increases.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to two embodiments shown in the drawing.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brunnenanlage mit einem Brunnen und einer Förderpumpe; 1 shows a schematic representation of a well system according to the invention with a well and a feed pump;

2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brunnenanlage mit mehreren Brunnen und mehreren Förderpumpen; 2 shows a schematic representation of a well system according to the invention with several wells and several feed pumps;

3 zeigt ein Diagramm der aus einer geodätischen Kennlinie, einer Absenkungskennlinie und einer Leitungskennlinie zusammengesetzten Anlagenkennlinie der Brunnenanlage aus 1 in Abhängigkeit von der Förder- oder Durchflussmenge und der Förderhöhe der Förderpumpe; 3 shows a diagram of the composite of a geodetic characteristic, a lowering curve and a line characteristic curve of the well system 1 depending on the delivery or flow rate and the delivery head of the feed pump;

4 zeigt ein entsprechendes Diagramm der Anlagenkennlinie aus 3 sowie einer Pumpenwirkungsgradkennlinie und zwei Pumpenkennlinien der Förderpumpe der Brunnenanlage aus 1; 4 shows a corresponding diagram of the system characteristic 3 and a pump efficiency curve and two pump characteristics of the feed pump of the well 1 ;

5 zeigt ein entsprechendes Diagramm der Anlagenkennlinie, der Pumpenwirkungsgradkennlinie und zwei Pumpenkennlinien der Förderpumpe, von denen eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens so verschoben worden ist, dass sie durch den Schnittpunkt der Pumpenwirkungsgradkennlinie und der Anlagenkennlinie verläuft; 5 shows a corresponding diagram of the plant characteristic, the pump efficiency curve and two pump characteristics of the feed pump, one of which has been moved by means of the method according to the invention so that it passes through the intersection of the pump efficiency curve and the system characteristic;

6 zeigt ein Diagramm entsprechend 4, das auf einem Bildschirm eines Rechners einer Leitwarte der Brunnenanlage dargestellt wird; 6 shows a diagram accordingly 4 , which is displayed on a screen of a computer of a control room of the well system;

7 zeigt ein Diagramm entsprechend 4 und 6, das jedoch zusätzlich eine Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs der Förderpumpe sowie die Förder- oder Durchflussmenge im Minimum dieser Kennlinie und die Förder- oder Durchflussmenge am Schnittpunkt der Pumpenwirkungsgradkennlinie und der Anlagenkennlinie anzeigt; 7 shows a diagram accordingly 4 and 6 but additionally indicating a characteristic curve of the specific power or energy requirement of the feed pump and the delivery or flow rate in the minimum of this characteristic curve and the delivery or flow rate at the intersection of the pump efficiency curve and the system characteristic curve;

8 zeigt ein Diagramm mit Pumpenkennlinien bei verschiedenen Frequenzen sowie der Anlagenkennlinie zur Berechnung von Wirkungsgradkennlinien der Förderpumpe; 8th shows a diagram with pump characteristics at different frequencies and the system characteristic curve for calculating efficiency characteristics of the feed pump;

9 zeigt ein Diagramm mit den berechneten Wirkungsgradkennlinien der Förderpumpe bei verschiedenen Frequenzen, den Wirkungsgradkennlinien eines Antriebsmotors und eines Frequenzumrichters der Förderpumpe, der Wirkungsgradkennlinie einer Stromleitung zum Antriebsmotor, sowie einer Gesamtwirkungsgradkennlinie, die zur Berechnung der Kennlinie des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs dient und auf dem Bildschirm dargestellt werden kann. 9 shows a diagram with the calculated efficiency characteristics of the feed pump at different frequencies, the efficiency characteristics of a drive motor and a frequency converter of the feed pump, the efficiency curve of a power line to the drive motor, and an overall efficiency curve, which is used to calculate the characteristic of the specific power or energy demand and on the screen can be represented.

Die in 1 dargestellte Brunnenanlage 10 besteht im Wesentlichen aus einem einzigen Trinkwasserbrunnen 12 und einer im Brunnen 12 installierten Förderpumpe 14, die Trinkwasser aus dem Brunnen 12 durch eine Leitung 18 in einen Vorratsbehälter 16 pumpt.In the 1 illustrated well plant 10 consists essentially of a single drinking water well 12 and one in the well 12 installed pump 14 drinking water from the well 12 through a pipe 18 in a storage container 16 inflated.

Bei der Pumpe 14 handelt es sich um eine Tauchpumpe, die innerhalb des Brunnens 12 im Wasser untergetaucht und zum Beispiel als Kreiselpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor 15 ausgebildet ist. Der Vorratsbehälter 16 kann beispielsweise ein Hochreservoir oder eine Verdüsung sein.At the pump 14 It is a submersible pump, which is inside the well 12 submerged in the water and, for example, as a centrifugal pump with an electric drive motor 15 is trained. The storage tank 16 For example, it may be a high reservoir or atomization.

Die Brunnenanlage 10 umfasst weiter Mittel 20 zum kontinuierlichen Ermitteln der Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen 12, ein am Brunnenkopf 22 angeordnetes Druckmessgerät 24 zur kontinuierlichen Messung des Wasserdrucks in der Leitung 18 hinter der Pumpe 14 und ein ebenfalls am Brunnenkopf 22 angeordnetes Durchflussmengen-Messgerät 26 zur kontinuierlichen Messung der Förder- oder Durchflussmenge der Pumpe 14.The fountain system 10 includes further funds 20 for continuously determining the lowering of the water level in the well 12 , one at the wellhead 22 arranged pressure gauge 24 for continuous measurement of the water pressure in the pipe 18 behind the pump 14 and also at the wellhead 22 arranged flow meter 26 for continuous measurement of pump flow or flow rate 14 ,

Die Mittel 20 umfassen ein Druckmessgerät 28, das etwa in Höhe der Pumpe 14 im Brunnen 12 angeordnet ist und kontinuierlich den hydrostatischen Druck der Wassersäule oberhalb des Druckmessgeräts 28 erfasst. Wie in 1 durch eine schraffierte Fläche dargestellt, schwankt die Höhe der Wassersäule im Brunnen zwischen einem Ruhewasserspiegel H0, der sich einstellt, wenn die Pumpe 14 längere Zeit kein Wasser aus dem Brunnen 12 fördert, und einem Betriebswasserspiegel H1, der sich im Betrieb der Förderpumpe 14 einstellt, wenn sich die von der Pumpe 14 geförderte Wassermenge und der Wasserzustrom aus der Umgebung in den Brunnen 12 die Waage halten. Aus dem hydrostatischen Druck der Wassersäule im Brunnen lässt sich die jeweilige Absenkung des Wasserspiegels HAbs (1) ermitteln, die der Höhendifferenz ΔH zwischen dem Ruhewasserspiegel H0 und dem momentanen Ist-Wasserspiegel HIst entspricht und in der Regel zwischen den beiden Werten H0 und H1 liegt.The means 20 include a pressure gauge 28 that is about the height of the pump 14 in the fountain 12 is arranged and continuously the hydrostatic pressure of the water column above the pressure gauge 28 detected. As in 1 represented by a shaded area, the height of the water column in the well fluctuates between a H0 water level, which sets when the pump 14 no water from the well for a long time 12 promotes, and a service water level H1, which is in operation of the feed pump 14 adjusts when the pump 14 Promoted amount of water and the water flow from the environment in the well 12 keep the balance. From the hydrostatic pressure of the Water column in the well, the respective lowering of the water level HAbs ( 1 ), which corresponds to the height difference ΔH between the still water level H0 and the current actual water level HIst and is usually between the two values H0 and H1.

Darüber hinaus umfasst die Brunnenanlage 10 eine Steuer- und Regeleinheit 30 zum Steuern und Regeln der Antriebsdrehzahl der Förderpumpe 14. Die Steuer- und Regeleinheit 30 ist durch Signalleitungen 32 mit den Messgeräten 24, 26 und den Mitteln 20 verbunden. Außerdem kommuniziert die Steuer- und Regeleinheit 30 einerseits mit einem Rechner 34 einer Steuerwarte 36 der Brunnenanlage 10 und andererseits mit einem Frequenzumrichter 38, der durch eine Stromleitung 40 mit dem Antriebsmotor 15 der Förderpumpe 14 verbunden ist. Der Rechner 34 umfasst einen Bildschirm 42, auf dem Kennlinien der Brunnenanlage 10 und der Förderpumpe 14 sowie das Ergebnis der Steuerung und Regelung der Antriebsdrehzahl zur visuellen Überprüfung dargestellt werden können. Mittels des Frequenzumrichters 38 kann die Frequenz der am Antriebsmotor 15 der Pumpe 14 anliegenden Wechselspannung verändert und damit die Antriebsdrehzahl der Pumpe 14 stufenlos von der vom Hersteller vorgegebenen Mindestdrehzahl bis zur Nenndrehzahl verändert werden, ohne dass das Antriebsdrehmoment absinkt.In addition, the fountain system includes 10 a control unit 30 for controlling and regulating the drive speed of the feed pump 14 , The control unit 30 is through signal lines 32 with the measuring devices 24 . 26 and the means 20 connected. In addition, the control unit communicates 30 on the one hand with a computer 34 a control room 36 the fountain system 10 and on the other hand with a frequency converter 38 passing through a power line 40 with the drive motor 15 the feed pump 14 connected is. The computer 34 includes a screen 42 , on the characteristics of the fountain 10 and the feed pump 14 and the result of the control and regulation of the drive speed for visual inspection can be displayed. By means of the frequency converter 38 can the frequency of the drive motor 15 the pump 14 applied alternating voltage and thus the drive speed of the pump 14 be continuously changed from the minimum speed specified by the manufacturer to the rated speed, without the drive torque drops.

Das am Brunnenkopf 22 angeordnete Druckmessgerät 24 misst den Wasserdruck in der Leitung 18 in Höhe des Brunnenkopfs 22. Der gemessene Wasserdruck in der Leitung 18 wird über die Steuer- und Regeleinheit 30 zum Rechner 34 übertragen, wo der gemessene Druck und der hydrostatische Druck der Wassersäule zwischen dem Ausgang der Förderpumpe 14 und der Messstelle am Brunnenkopf 22 addiert werden, um den Druck am Ausgang der Förderpumpe 14 zu berechnen. Die Leitungsverluste in der Leitung 18 stehen in einer definierten Beziehung zum Druck am Ausgang der Förderpumpe 14 und können vom Rechner 34 aus dem vom Druckmessgerät 24 gemessenen Druck berechnet werden.The at the wellhead 22 arranged pressure gauge 24 measures the water pressure in the pipe 18 at the height of the wellhead 22 , The measured water pressure in the pipe 18 is via the control unit 30 to the calculator 34 transferred where the measured pressure and the hydrostatic pressure of the water column between the output of the feed pump 14 and the measuring point at the wellhead 22 be added to the pressure at the outlet of the feed pump 14 to calculate. The line losses in the line 18 are in a defined relationship to the pressure at the outlet of the feed pump 14 and can from the calculator 34 from the pressure gauge 24 measured pressure can be calculated.

Bei dem Durchflussmengen-Messgerät 26 handelt es sich um ein induktives Messgerät, von dem aus die gemessene Förder- oder Durchflussmenge in der Leitung zur Steuer- und Regeleinheit 30 und zum Rechner 34 übertragen wird. Da sich die Leitung 18 vor dem Brunnenkopf 22 nicht verzweigt, entspricht die gemessene Förder- oder Durchflussmenge der Förder- oder Durchflussmenge am Ausgang der Pumpe 14.In the flow meter 26 it is an inductive measuring device, from which the measured delivery or flow rate in the line to the control unit 30 and to the computer 34 is transmitted. Because the line 18 in front of the wellhead 22 not branched, the measured delivery or flow rate corresponds to the delivery or flow rate at the outlet of the pump 14 ,

Der vom Druckmessgerät 28 gemessene Druck der Wassersäule wird zur Steuer- und Regeleinheit und von dort zum Rechner übertragen, der aus dem gemessenen Druck die Absenkung des Wasserspiegels HAbs berechnet.The pressure gauge 28 measured pressure of the water column is transmitted to the control unit and from there to the computer, which calculates the reduction of the water level HAbs from the measured pressure.

Für die Steuerung bzw. Regelung der Förderpumpe 14 wird weiter die geodätische Höhe Hgeod benötigt, d. h. die Höhendifferenz zwischen dem Ruhewasserspiegel H0 und dem höchsten Punkt der Steigleitung, wie in 1 dargestellt.For the control or regulation of the feed pump 14 Furthermore, the geodesic height Hgeod is needed, ie the height difference between the level H0 and the highest point of the riser, as in 1 shown.

Der Rechner 34 erzeugt aus der geodätischen Höhe Hgeod, der momentanen Absenkung des Wasserspiegels HAbs und dem momentanen Druck am Ausgang der Förderpumpe 14 jeweils eine Kennlinie dieser Größen. Zum besseren Verständnis sind diese Kennlinien in 3 in einem Diagramm oder Koordinatensystem dargestellt, in dem die Abszisse die Förder- oder Durchflussmenge der Förderpumpe in m³/h und die Ordinate die Förderhöhe der Förderpumpe 14 in mWS angibt.The computer 34 generates from the geodetic altitude Hgeod, the instantaneous lowering of the water level HAbs and the instantaneous pressure at the outlet of the feed pump 14 in each case a characteristic of these quantities. For a better understanding these characteristics are in 3 represented in a diagram or coordinate system, in which the abscissa the delivery or flow rate of the feed pump in m ³ / h and the ordinate the delivery height of the feed pump 14 in mWS indicates.

Da es sich bei der geodätischen Höhe Hgeod um eine Konstante handelt, ist die Kennlinie eine zur Abszisse parallele Gerade, die in 3 durch eine punktierte Linie A dargestellt ist. Bei der Kennlinie der Absenkung des Wasserspiegels handelt es sich ebenfalls um eine Gerade, die aber proportional zur Förder- oder Durchflussmenge der Förderpumpe 14 ansteigt, wie in 3 durch eine unterbrochene Linie B dargestellt. Die Kennlinie der Leitungsverluste ist eine gekrümmte Kurve, die aufgrund des steigenden Leitungswiderstands entsprechend dem Quadrat der Förder- oder Durchflussmenge ansteigt, wie in 3 durch eine strichpunktierte Linie C dargestellt.Since the geodesic height Hgeod is a constant, the characteristic is a straight line parallel to the abscissa, which in 3 is shown by a dotted line A. The characteristic of the lowering of the water level is also a straight line, but proportional to the delivery or flow rate of the feed pump 14 rises, as in 3 represented by a broken line B. The characteristic of the line losses is a curved curve which increases due to the increasing line resistance in accordance with the square of the delivery or flow rate, as in FIG 3 represented by a dash-dotted line C.

Aus diesen drei Kennlinien A, B und C wird vom Rechner 34 als Summe der drei Kennlinien A, B und C eine Anlagenkennlinie berechnet, die in 3 durch eine durchgezogene Linie D dargestellt ist. Die Anlagenkennlinie D ist eine dynamische Kennlinie, die sich bei jeder Veränderung des Drucks am Ausgang der Pumpe 14 und jeder Veränderung der Absenkung des Wasserspiegels im Diagramm verschiebt.From these three characteristics A, B and C is from the computer 34 calculated as sum of the three characteristic curves A, B and C a plant characteristic curve, which in 3 is shown by a solid line D. The system characteristic D is a dynamic characteristic which occurs every time the pressure at the outlet of the pump changes 14 and any change in the lowering of the water level in the diagram shifts.

Im Rechner 34 sind für dasselbe Diagramm oder Koordinatensystem eine Pumpenwirkungsgradkennlinie mit maximalem Wirkungsgrad und eine Pumpenkennlinie gespeichert, von denen die erstere eine parabolisch ansteigende Kurve ist, wie in 4 durch eine unterbrochene Linie E dargestellt, und die letztere eine abfallende gekrümmte Kurve ist, wie in 4 durch eine punktierte Linie F dargestellt. Neben diesen beiden Kurven E und F zeigt 4 auch die Anlagenkennlinie D.In the calculator 34 For example, for the same diagram or coordinate system, a maximum efficiency pump efficiency map and a pump map are stored, the former of which is a parabolic rising curve, as in FIG 4 represented by a broken line E, and the latter is a sloping curved curve, as in 4 represented by a dotted line F. Next to these two curves E and F shows 4 also the plant characteristic D.

Die Pumpenwirkungsgradkennlinie E ist eine statische Kennlinie, die den maximalen Wirkungsgrad der Pumpe 14 in Abhängigkeit von der Förder- oder Durchflussmenge und von der Förderhöhe angibt. Bei einer als Kreiselpumpe ausgebildeten Förderpumpe 14 beträgt der maximale Wirkungsgrad zum Beispiel etwa 72 bis 78%. Die Pumpenkennlinie F ist eine dynamische Kennlinie, die für eine bestimmte Frequenz oder Antriebsdrehzahl der Förderpumpe 14 deren Betriebspunkte in Form einer Förder- oder Durchflussmenge in Abhängigkeit von der Förderhöhe zeigt.The pump efficiency curve E is a static characteristic that determines the maximum efficiency of the pump 14 depending on the delivery or flow rate and on the delivery head indicates. In a trained as centrifugal pump feed pump 14 For example, the maximum efficiency is about 72 to 78%. The pump characteristic F is a dynamic characteristic that is suitable for a certain frequency or drive speed of the feed pump 14 their operating points in the form of a delivery or flow rate as a function of the delivery height shows.

Da sowohl Pumpenwirkungsgradkennlinien und Pumpenkennlinien in der Regel nicht in einer Form vorliegen, die eine Verarbeitung der Kennlinien durch Software zulässt, sondern vom jeweiligen Pumpenhersteller in Form von gezeichneten Diagrammen geliefert werden, ist es erforderlich, diese Kennlinien in eine zur elektronischen Verarbeitung geeignete Form umzuwandeln. Wie in 4 für eine Hersteller-Pumpenkennlinie G für die maximale Frequenz oder Antriebsdrehzahl schematisch dargestellt ist, erfolgt dies dadurch, dass aus der gezeichneten Kennlinie eine Reihe von Wertepaaren X extrahiert und anschließend durch Polynomregression eine Kurve erzeugt wird, die von der im Rechner 34 implementierten Software verarbeitet und auf Bildschirm 42 dargestellt werden kann und in 4 als strichpunktierte Linie G dargestellt ist. Bei der genannten Polynomregression handelt es sich um ein bekanntes Verfahren, das daher hier nicht näher beschrieben werden braucht.Since both pump efficiency characteristics and pump characteristics are usually not in a form permitting processing of the characteristics by software, but supplied by the respective pump manufacturer in the form of drawn diagrams, it is necessary to convert these characteristics into a form suitable for electronic processing. As in 4 is schematically shown for a manufacturer-pump characteristic G for the maximum frequency or drive speed, this is done by extracting a set of pairs of values X from the characteristic curve and then a curve is generated by polynomial regression, which of the in the computer 34 implemented software and processed on screen 42 can be represented and in 4 is shown as a dotted line G. The polynomial regression mentioned is a known method, which therefore need not be described in detail here.

Um die Förderpumpe 14 stets in einem energetisch günstigsten Betriebspunkt zu betreiben, werden vom Rechner kontinuierlich die Schnittpunkte S1 und S2 der momentanen Anlagenkennlinie D mit der Pumpenkennlinie F für die momentane Antriebsdrehzahl oder Frequenz sowie mit der Pumpenwirkungsgradkennlinie E für den maximalen Wirkungsgrad berechnet. Der Schnittpunkt S1 in 4 und 5 stellt den momentanen Betriebspunkt der Pumpe 14 dar, während der Schnittpunkt S2 in 4 und 5 einen energetisch günstigeren Betriebspunkt darstellt.To the delivery pump 14 Always operate in an energetically most favorable operating point, the computer continuously the intersections S1 and S2 of the current system characteristic D with the pump characteristic F for the current drive speed or frequency and calculated with the pump efficiency curve E for the maximum efficiency. The intersection S1 in 4 and 5 represents the current operating point of the pump 14 while the intersection S2 in FIG 4 and 5 represents an energetically favorable operating point.

Darüber hinaus berechnet der Rechner 34 kontinuierlich eine Kennlinie, die den jeweiligen spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf der Förderpumpe 14 einschließlich ihres Antriebsmotors 15, ihres Frequenzumrichters 38 und ihrer Stromleitung 40 in Abhängigkeit von der Förder- oder Durchflussmenge am Ausgang der Förderpumpe 14 und von der Förderhöhe angibt. Das Minimum dieser Kennlinie stellt den Betriebspunkt mit dem geringsten spezifischen Leistungs- oder Energiebedarf dar. Diese Kennlinie ist in 7 durch die Kurve J dargestellt.In addition, the calculator calculates 34 continuously a characteristic curve, the specific power or energy requirements of the feed pump 14 including its drive motor 15 , their frequency converter 38 and their power line 40 depending on the delivery or flow rate at the outlet of the feed pump 14 and indicates the funding amount. The minimum of this characteristic represents the operating point with the lowest specific power or energy requirement. This characteristic is in 7 represented by the curve J.

Die Kennlinie J wird vom Rechner 34 in mehreren Schritten berechnet:
Im ersten Schritt wird aus einer gezeichneten Hersteller-Pumpenkennlinie für eine maximale Pumpenfrequenz von 100 Hz eine Reihe von Wertepaaren X extrahiert und anschließend durch Polynomregression eine Kurve G100 erzeugt, die von der im Rechner 34 implementierten Software verarbeitet und auf Bildschirm 42 dargestellt werden kann. Aus dieser Kurve G100 in 8 werden dann weitere Pumpenkennlinien G95, G90, G85, G80, G75, G70 und G65 für niedrigere Frequenzen von 95 Hz, 90 Hz, 85 Hz, 80 Hz, 75 Hz, 70 Hz und 65 Hz abgeleitet, wie in 8 dargestellt. Die genannten Frequenzen sind nur Beispiele. Es können auch andere Frequenzen verwendet werden.The characteristic J is from the computer 34 calculated in several steps:
In the first step, a series of value pairs X is extracted from a drawn manufacturer-pump characteristic curve for a maximum pump frequency of 100 Hz, and subsequently a polynomial regression generates a curve G100 which is different from that in the computer 34 implemented software and processed on screen 42 can be represented. From this curve G100 in 8th Then further pump characteristics G95, G90, G85, G80, G75, G70 and G65 are derived for lower frequencies of 95 Hz, 90 Hz, 85 Hz, 80 Hz, 75 Hz, 70 Hz and 65 Hz, as in 8th shown. The frequencies mentioned are only examples. Other frequencies may be used.

Im zweiten Schritt werden dann die Schnittpunkte S100, S95, S90, S85, S80, S75, S70 und S65 der aktuellen Anlagenkennlinie D mit den Pumpenkennlinien G100, G95, G90, G85, G80, G75, G70 und G65 berechnet und für jeden dieser Schnittpunkte S100, S95, S90, S85, S80, S75, S70 und S65 die zugehörige Durchflussmenge Q100, Q95, Q90, Q85, Q80, Q75, Q70 und Q65 ermittelt, die auf der Abszisse unterhalb des jeweiligen Schnittpunkts S100, S95, S90, S85, S80, S75, S70 und S65 abgelesen werden kann.In the second step, the intersections S100, S95, S90, S85, S80, S75, S70 and S65 of the current system characteristic D are calculated with the pump characteristics G100, G95, G90, G85, G80, G75, G70 and G65 and for each of these intersections S100, S95, S90, S85, S80, S75, S70 and S65 determines the associated flow rate Q100, Q95, Q90, Q85, Q80, Q75, Q70 and Q65 which are on the abscissa below the respective intersection S100, S95, S90, S85 , S80, S75, S70 and S65 can be read.

Im dritten Schritt wird aus einer gezeichneten Hersteller-Pumpenwirkungsgradkennlinie für die maximale Pumpenfrequenz von 100 Hz eine Reihe von Wertepaaren X extrahiert und anschließend durch Polynomregression eine Kurve K100 erzeugt, die von der im Rechner 34 implementierten Software verarbeitet und auf dem Bildschirm 42 in einem Diagramm dargestellt werden kann, wobei die Abszisse die Durchflussmenge und die Ordinate den Wirkungsgrad in angibt. Wie in 9 dargestellt, werden aus dieser Kurve K100 dann weitere Pumpenwirkungsgradkennlinien K95, K90, K85, K80, K75, K70 und K65 für die Frequenzen von 95 Hz, 90 Hz, 85 Hz, 80 Hz, 75 Hz, 70 Hz und 65 Hz abgeleitet.In the third step, a set of value pairs X is extracted from a drawn manufacturer-pump efficiency curve for the maximum pump frequency of 100 Hz, and then a curve K100 is generated by polynomial regression, which differs from that in the computer 34 implemented software and processed on the screen 42 can be represented in a diagram, wherein the abscissa indicates the flow rate and the ordinate the efficiency in. As in 9 from this curve K100 then further pump efficiency curves K95, K90, K85, K80, K75, K70 and K65 for the frequencies of 95 Hz, 90 Hz, 85 Hz, 80 Hz, 75 Hz, 70 Hz and 65 Hz are derived.

Im vierten Schritt wird aus jeder der Durchflussmengen Q100, Q95, Q90, Q85, Q80, Q75, Q70 und Q65 und der zugehörigen Pumpenwirkungsgradkennlinie K100, K95, K90, K85, K80, K75, K70 und K65 der Pumpenwirkungsgrad η100, η95, η90, η85, η80, η75, η70 und η65 (nicht dargestellt) bei der jeweiligen Frequenz von 100 Hz, 95 Hz, 90 Hz, 85 Hz, 80 Hz, 75 Hz, 70 Hz und 65 Hz ermittelt.In the fourth step, from each of the flow rates Q100, Q95, Q90, Q85, Q80, Q75, Q70 and Q65 and the associated pump efficiency characteristics K100, K95, K90, K85, K80, K75, K70 and K65, the pump efficiency η100, η95, η90, η85, η80, η75, η70 and η65 (not shown) at the respective frequency of 100 Hz, 95 Hz, 90 Hz, 85 Hz, 80 Hz, 75 Hz, 70 Hz and 65 Hz.

Im fünften Schritt wird aus den erhaltenen Wertepaaren Q100, η100; Q95, η95; Q90, η90; Q85, η85; Q80, η80; Q75, η75 sowie Q65, η65 von Durchflussmenge Q und Pumpenwirkungsgrad η durch Polynomregression eine zugehörige Pumpenwirkungsgradkennlinie (nicht dargestellt) berechnet, die ebenfalls von der aktuellen Anlagenkennlinie D abhängig ist.In the fifth step, the resulting value pairs Q100, η100; Q95, η95; Q90, η90; Q85, η85; Q80, η80; Q75, η75 and Q65, η65 of flow rate Q and pump efficiency η by polynomial regression an associated pump efficiency curve (not shown) is calculated, which is also dependent on the current system characteristic D.

Im sechsten Schritt wird aus dieser Pumpenwirkungsgradkennlinie sowie einer Wirkungsgradkennlinie KM des elektrischen Antriebsmotors 15, einer Wirkungsgradkennlinie KU des Frequenzumrichters 38 und einer Wirkungsgradkennlinie KL der Stromleitung durch Multiplikation eine Gesamtwirkungsgrad-Kennlinie M berechnet, die den Gesamtwirkungsgrad der Förderpumpe 14 einschließlich ihres Antriebsmotors 15, ihres Frequenzumrichters 38 und ihrer Stromleitung 40 in Abhängigkeit von momentanen Anlagenkennlinie D darstellt. Die Kennlinien KM, KU und KL werden entweder vom Hersteller der jeweiligen Komponente 15, 38 bzw. 40 geliefert oder aus gezeichneten Herstellerkennlinien durch Extraktion von Wertepaaren und anschließende Polynomregression in eine Form überführt, die von der Software verarbeitet und auf dem Bildschirm 42 dargestellt werden kann.In the sixth step, this pump efficiency curve and an efficiency curve KM of the electric drive motor become 15 , an efficiency curve KU of the frequency converter 38 and an efficiency curve KL of the power line by multiplying an overall efficiency curve M calculated that the overall efficiency of the feed pump 14 including their drive motor 15 , their frequency converter 38 and their power line 40 depending on current system characteristic D represents. The curves KM, KU and KL are either from the manufacturer of the respective component 15 . 38 respectively. 40 supplied or drawn manufacturer characteristics by extraction of value pairs and subsequent polynomial regression in a form that is processed by the software and on the screen 42 can be represented.

Im siebenten Schritt wird aus der Gesamtwirkungsgrad-Kennlinie M für eine Mehrzahl von Durchflussmengenstützpunkten, zum Beispiel 60 m³/h, 65 m³/h, 70 m³/h, ... 130 m³/h, 135 m³/h, 140 m³/h die jeweils zugehörige Gesamtleistung berechnet.In the seventh step, from the overall efficiency characteristic curve M for a plurality of flow rate support points, for example 60 m ³ / h, 65 m ³ / h, 70 m ³ / h, ... 130 m ³ / h, 135 m ³ / h , 140 m ³ / h the corresponding total power calculated.

Im achten Schritt wird daraus die Kennlinie J des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs berechnet, indem für jeden Durchflussmengenstützpunkt die zugehörige Gesamtleistung durch die zugehörige Durchflussmenge dividiert wird und die resultierenden Werte zu der Kennlinie J interpoliert werden.In the eighth step, the characteristic curve J of the specific power or energy requirement is calculated from this by dividing the associated total power for each flow rate support point by the associated flow rate and interpolating the resulting values into the characteristic curve J.

Zur Ermittlung des energetisch günstigsten Betriebspunkts der Förderpumpe 14 berechnet dann der Rechner 34 die Förder- oder Durchflussmenge am Minimum der Kennlinie J des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs und zeigt diese auf dem Bildschirm 42 durch eine vertikale Linie Q1 an. Gleichzeitig berechnet der Rechner 34 auch die Förder- oder Durchflussmenge im Schnittpunkt S2 der Pumpenwirkungsgradkennlinie E mit der Anlagenkennlinie D und zeigt diese durch eine vertikale Linie Q2 ebenfalls auf dem Bildschirm an, wie in 7 dargestellt.To determine the most energetically favorable operating point of the feed pump 14 calculates then the calculator 34 the flow or flow rate at the minimum of the characteristic curve J of the specific power or energy requirement and displays this on the screen 42 through a vertical line Q1. At the same time the calculator calculates 34 Also, the delivery or flow rate at the intersection S2 of the pump efficiency curve E with the system characteristic D and displays this by a vertical line Q2 also on the screen, as in 7 shown.

Anschließend vergleicht der Rechner 34 die beiden auf diese Weise berechneten Förder- oder Durchflussmengen Q1 und Q2. Wenn der Vergleich ergibt, dass die Förder- oder Durchflussmengen Q1 und Q2 identisch sind, dann übermittelt der Rechner 34 eine dieser Förder- oder Durchflussmengen Q1, Q2 als Soll-Durchflussmenge an die Steuer- und Regeleinheit 30. Wenn der Vergleich ergibt, dass die Förder- oder Durchflussmenge Q1 größer ist als die Förder- oder Durchflussmenge Q2, übermittelt der Rechner 34 die Förder- oder Durchflussmenge Q1 als Soll-Durchflussmenge an die Steuer- und Regeleinheit 30. Wenn der Vergleich ergibt, dass die Förder- oder Durchflussmenge Q1 kleiner ist als die Förder- oder Durchflussmenge Q2, wie in 7 dargestellt, dann übermittelt der Rechner 34 die Förder- oder Durchflussmenge Q1 als Soll-Durchflussmenge an die Steuer- und Regeleinheit 30, solange diese Förder- oder Durchflussmenge Q1 von der Förderpumpe 14 erreicht wird. Wenn die Förderpumpe 14 diese Förder- oder Durchflussmenge Q1 nicht mehr erreicht, weil die spezifischen Gesamtdruckverhältnisse in der Leitung 18 oder dem Leitungsnetz 52 der Brunnenanlage 10 dies nicht mehr ermöglichen, dann übermittelt der Rechner 34 die Förder- oder Durchflussmenge Q2 als Soll-Durchflussmenge an die Steuer- und Regeleinheit 30.Then the calculator compares 34 the two calculated flow or flow rates Q1 and Q2. If the comparison shows that the flow or flow rates Q1 and Q2 are identical, then the computer transmits 34 one of these delivery or flow rates Q1, Q2 as a target flow rate to the control unit 30 , If the comparison shows that the delivery or flow rate Q1 is greater than the delivery or flow rate Q2, the computer transmits 34 the delivery or flow rate Q1 as a target flow rate to the control unit 30 , If the comparison shows that the delivery or flow rate Q1 is smaller than the delivery or flow rate Q2, as in 7 represented, then the computer transmits 34 the delivery or flow rate Q1 as a target flow rate to the control unit 30 as long as this delivery or flow rate Q1 from the feed pump 14 is reached. If the feed pump 14 this flow or flow Q1 is no longer reached, because the specific total pressure conditions in the line 18 or the line network 52 the fountain system 10 this no longer allow, then transmitted the computer 34 the delivery or flow rate Q2 as a target flow rate to the control unit 30 ,

In der Steuer- und Regeleinheit 30 wird die vom Rechner 34 übermittelte Soll-Durchflussmenge mit der vom Durchflussmengen-Messgerät 26 gemessenen und an die Steuer- und Regeleinheit 30 übermittelten momentanen Ist-Durchflussmenge verglichen. Die Steuer- und Regeleinheit 30 erzeugt dann aus einer eventuellen Differenz der beiden Werte einen Stellwert für den Frequenzumrichter 38, der daraufhin durch eine entsprechende Frequenzänderung die Antriebsdrehzahl der Förderpumpe 14 so lange verändert, bis die Ist-Durchflussmenge mit der Soll-Durchflussmenge übereinstimmt. Je nachdem, ob der Rechner 34 die Förder- oder Durchflussmenge Q1 oder Q2 als Soll-Durchflussmenge an die Steuer- und Regeleinheit 30 übermittelt hat, verschiebt sich durch die Veränderung der Frequenz die Pumpenkennlinie F, bis ihr Schnittpunkt S1 mit der Anlagenkennlinie D entweder genau oberhalb des Minimums der Kennlinie J liegt oder mit dem Schnittpunkt S2 zusammenfällt. Das letztere ist in 5 für die bei der neuen Frequenz berechnete Pumpenkennlinie H dargestellt.In the control unit 30 will be from the calculator 34 transmitted target flow rate with the flow rate meter 26 measured and to the control unit 30 transmitted instantaneous actual flow rate compared. The control unit 30 then generates a control value for the frequency inverter from a possible difference between the two values 38 , which then by a corresponding change in frequency, the drive speed of the feed pump 14 changed until the actual flow rate coincides with the target flow rate. Depending on whether the calculator 34 the delivery or flow rate Q1 or Q2 as the target flow rate to the control unit 30 has transmitted, shifts by the change in the frequency of the pump characteristic F until their intersection S1 with the system curve D is either just above the minimum of the characteristic J or coincides with the intersection S2. The latter is in 5 for the pump characteristic H calculated at the new frequency.

Zur Überwachung der Brunnenanlage 10 und der energieoptimalen Steuerung bzw. Regelung der Förderpumpe 14 wird außerdem das in 7 dargestellte Diagramm auf dem Bildschirm 42 des Rechners 34 angezeigt. Auf diese Weise kann das Bedienungspersonal einerseits auch visuell vergleichen, welche der Förder- oder Durchflussmengen Q1 oder Q2 größer ist. Zum anderen kann das Bedienungspersonal sehen, ob der Schnittpunkt S1 der Pumpenkennlinie F mit der Anlagenkennlinie D wie gewünscht genau oberhalb des Minimums der Kennlinie J liegt oder mit dem Schnittpunkt S2 zusammenfällt bzw. ob der Schnittpunkt S1 wie gewünscht dem Minimum oder dem Schnittpunkt S2 nachgeführt wird, wenn sich der gemessene Druck am Ausgang der Pumpe 14 und/oder die Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen 12 verändern und sich dadurch die Anlagenkennlinie D verschiebt.For monitoring the well system 10 and the energy-optimal control or regulation of the feed pump 14 is also the in 7 Diagram displayed on the screen 42 of the computer 34 displayed. In this way, the operator can on the one hand visually compare which of the delivery or flow rates Q1 or Q2 is greater. On the other hand, the operator can see whether the point of intersection S1 of the pump curve F with the system curve D is as desired exactly above the minimum of the curve J or coincides with the intersection S2 or if the intersection S1 is tracked as desired the minimum or the intersection S2 when the measured pressure at the outlet of the pump 14 and / or the lowering of the water level in the well 12 change and thereby shifts the plant characteristic D.

Grundsätzlich ist es auch möglich, auf die Berechnung des Schnittpunkts S2 der Pumpenwirkungsgradkennlinie E mit der Anlagenkennlinie D zu verzichten und den Schnittpunkt S1 der Pumpenkennlinie F mit der Anlagenkennlinie D nur dem Minimum der Kennlinie J nachzuführen, da sich auch auf diese Weise der Energieverbrauch der Förderpumpe 14 erheblich reduzieren lässt. In diesem Fall bräuchte die Pumpenwirkungsgradkennlinie E nicht auf dem Bildschirm 42 angezeigt werden.In principle, it is also possible to dispense with the calculation of the point of intersection S2 of the pump efficiency curve E with the system characteristic D and the intersection S1 of the pump curve F with the system curve D only the minimum of the characteristic J nachzuführen, as also in this way the energy consumption of the pump 14 can be reduced considerably. In this case, the pump efficiency curve E would not need to be on the screen 42 are displayed.

Neben den in 4 und 5 dargestellten Kennlinien D, E, F und H werden auf dem Bildschirm 42 des Rechners 36 auch die gemessene Ist-Durchflussmenge und die Soll-Durchflussmenge am Ausgang der Pumpe 14 als Zahlenwerte nebeneinander angezeigt. Auf diese Weise kann das Bedienungspersonal die beiden Werte auf einen Blick miteinander vergleichen. In addition to the in 4 and 5 shown curves D, E, F and H are on the screen 42 of the computer 36 also the measured actual flow rate and the target flow rate at the pump outlet 14 displayed as numerical values next to each other. In this way, the operator can compare the two values at a glance.

Darüber hinaus werden auch der momentane spezifische Leistungs- oder Energiebedarf der Förderpumpe 14, der gemessene Druck am Ausgang der Förderpumpe 14, der momentane Wasserspiegel im Brunnen 12, die Ist-Frequenz des zur Förderpumpe 14 zugeführten Wechselstroms und die Förder- oder Durchflussmenge am Ausgang der Förderpumpe 14 als Zahlenwerte angezeigt.In addition, the current specific power or energy requirements of the feed pump 14 , the measured pressure at the outlet of the feed pump 14 , the current water level in the fountain 12 , the actual frequency of the pump to the pump 14 supplied alternating current and the delivery or flow rate at the output of the feed pump 14 displayed as numerical values.

Die Brunnenanlage 50 in 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Brunnenanlage 10 dadurch, dass sie mehrere Brunnen 12 und mehrere Förderpumpen 14 umfasst, die durch ein gemeinsames Leitungsnetz 52 in den Vorratsbehälter 16 fördern, jedoch mittels einer einzigen Steuer- und Regeleinheit 30 und eines einzigen Rechners 34 gesteuert bzw. geregelt werden. Die Förderpumpen 14 können bei Bedarf einzeln zu- oder abgeschaltet werden, wenn die zu fördernde Wassermenge vergrößert oder verkleinert werden soll. Durch die Zu- oder Abschaltung einzelner Förderpumpen 14 ergeben sich für die anderen momentan im Betrieb befindlichen Förderpumpen 14 ständig neue Anlagenkennlinien D, die vom Rechner 34 mit Hilfe der Software kontinuierlich berechnet werden.The fountain system 50 in 2 differs from the well plant described above 10 in that they have several wells 12 and several feed pumps 14 includes, through a common pipe network 52 in the reservoir 16 but by means of a single control unit 30 and a single computer 34 be controlled or regulated. The feed pumps 14 can be switched on or off individually if required, if the amount of water to be pumped is to be increased or decreased. By connecting or disconnecting individual feed pumps 14 arise for the other currently in operation feed pumps 14 constantly new plant characteristics D, from the computer 34 be calculated continuously using the software.

Die Berechnung erfolgt für jede im Betrieb befindliche Förderpumpe 14 separat und unabhängig von den jeweils anderen im Betrieb befindlichen Förderpumpen 14 in der zuvor beschriebenen Art und Weise, indem für jede einzelne der im Betrieb befindlichen Förderpumpen 14 kontinuierlich eine zugehörige Anlagenkennlinie D berechnet wird, indem danach die Kennlinie J des spezifischen Leistungs- oder Energiebedarfs und deren Minimum sowie darüber hinaus auch ggf. die Schnittpunkte S1 und S2 der berechneten Anlagenkennlinie D mit der zugehörigen Pumpenkennlinie F und mit der zugehörigen Pumpenwirkungsgradkennlinie E für den maximalen Wirkungsgrad ermittelt werden und indem schließlich die Ist-Durchflussmenge im Schnittpunkt S1 der berechneten Anlagenkennlinie D mit der zugehörigen Pumpenkennlinie F durch Veränderung der Frequenz und der Antriebsdrehzahl der Pumpe 14 mittels der Steuer- und Regeleinheit und des zugehörigen Frequenzumrichters 38 an die Soll-Durchflussmenge Q1 bzw. Q2 im Minimum der Kennlinie J oder im Schnittpunkt S2 der berechneten Anlagenkennlinie D mit der zugehörigen Pumpenwirkungsgradkennlinie E herangeführt wird.The calculation is made for each pump in operation 14 separate and independent of the other pumps in operation 14 in the manner described above, for each of the feed pumps in operation 14 continuously an associated plant characteristic D is calculated by then the characteristic J of the specific power or energy demand and the minimum and beyond also possibly the intersections S1 and S2 of the calculated system characteristic D with the associated pump curve F and with the associated pump efficiency curve E for the maximum efficiency are determined and finally by the actual flow rate at the intersection S1 of the calculated system characteristic D with the associated pump characteristic F by changing the frequency and the drive speed of the pump 14 by means of the control unit and the associated frequency converter 38 is brought to the target flow rate Q1 or Q2 in the minimum of the characteristic J or at the intersection S2 of the calculated system characteristic D with the associated pump efficiency curve E.

Da die Ermittlung des Drucks am Ausgang jeder Förderpumpe 14 und die momentane Absenkung des Wasserspiegels in jedem Brunnen 12 sowie die Berechnung für jede Förderpumpe 14 unabhängig von den anderen Brunnen 12 bzw. Förderpumpen 14 vorgenommen wird, kann das zuvor beschriebene Verfahren auch zur Steuerung oder Regelung komplexer Brunnenanlagen 50 eingesetzt werden, indem bei allen Förderpumpen 14 der Brunnenanlage 50 auf die zuvor beschriebene Art und Weise kontinuierlich der berechnete energetisch günstigste Betriebspunkt eingestellt wird.Since the determination of the pressure at the outlet of each feed pump 14 and the momentary lowering of the water level in each well 12 and the calculation for each pump 14 regardless of the other fountains 12 or feed pumps 14 is made, the method described above can also be used to control or regulate complex wells 50 be used by all pumping pumps 14 the fountain system 50 in the manner described above, the calculated energetically most favorable operating point is set continuously.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015005373 [0006, 0007, 0028, 0028, 0028, 0028, 0028, 0029, 0030, 0032, 0037]

Claims

Method for reducing the energy consumption of a feed pump ( 14 ), the water from a well ( 12 ) into a line ( 18 ) or a pipeline network ( 52 ), characterized in that the actual flow rate of the feed pump ( 14 ) by changing the input speed of an electric drive motor ( 15 ) of the feed pump ( 14 ) is brought to a desired flow rate, wherein the target flow rate of the flow rate (Q1) at the operating point of the feed pump ( 14 ) with the lowest specific power or energy consumption.

A method according to claim 1, characterized in that a minimum of a characteristic (J) of the specific power or energy requirement of the feed pump ( 14 ) is calculated as a function of a dynamic system characteristic (D), which is derived from the geodetic height (H _geod ), the subsidence of the water level (H _Abs ) in the well ( 12 ) and line losses in the line ( 18 ) or in the pipeline network ( 52 ) is calculated.

A method according to claim 2, characterized in that for calculating the characteristic curve (J) of the specific power or energy requirement of the feed pump ( 14 ) is calculated from the plant characteristic (D) dependent overall efficiency characteristic (M).

A method according to claim 2 or 3, characterized in that the characteristic curve (J) of the specific power or energy requirement of the feed pump ( 14 ) is recalculated continuously, at short time intervals or whenever the system characteristic (D) changes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flow rate (Q1) at the operating point of the feed pump ( 14 ) is compared with the lowest specific power or energy requirement with a flow rate (Q2) in a calculated intersection (S2) of a high efficiency pump efficiency (E) curve and the dynamic plant characteristic (D).

A method according to claim 5, characterized in that as a target flow rate, the flow rate (Q1) at the operating point of the feed pump ( 14 ) with the lowest specific power or energy requirement, if this flow rate (Q1) is greater than the flow rate (Q2) at the calculated intersection point (S2).

Method according to Claim 5 or 6, characterized in that the flow rate (Q1) at the operating point of the delivery pump (Q1) is determined as the target flow rate ( 14 ) with the lowest specific power or energy requirement, as long as this flow rate (Q1) from the feed pump ( 14 ), and in that the flow rate (Q2) in the calculated intersection (S2) of the pump efficiency characteristic (E) and the dynamic system characteristic (D) is selected as the set flow rate, as soon as the flow rate (Q1) from the delivery pump (Q1) 14 ) is no longer achieved.

Method according to one of claims 2 to 7, characterized in that the characteristic curve (J) of the specific power or energy requirement of the feed pump ( 14 ) together with the flow rate (Q1) in the minimum of the characteristic (J) on a screen ( 42 ) is shown.

Fountain system ( 10 . 50 ) with at least one delivery pump ( 14 ) for pumping water from a well ( 12 ) into a line ( 18 ) or a pipeline network ( 52 ), characterized by a control unit ( 30 ), which is an actual flow rate of the feed pump ( 14 ) by changing the input speed of an electric drive motor ( 15 ) of the feed pump ( 14 ) to a target flow rate, wherein the target flow rate of the flow rate (Q1) at the operating point of the feed pump ( 14 ) with the lowest specific power or energy consumption.

Fountain system according to claim 9, characterized by a plurality of delivery pumps ( 14 ), the control unit ( 30 ) the actual flow rate of each of the feed pumps ( 14 ) by changing the drive speed of its electric drive motor ( 15 ) to a desired flow rate, wherein the target flow rate of the flow rate (Q1) at the operating point of the respective feed pump ( 14 ) with the lowest specific power or energy consumption.