-
Verfahren und Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung von Pumpwerken
mit kleinem Windkessel Die selbsttätige Steuerung der Kreiselpumpen in Pumpwerken
ohne Hochbehälter erfolgt fast ausschließlich mit Hilfe eines Windkessels, in dem
eine bestimmte Wassermenge mit dem notwendigen Druck gespeichert werden kann. Bei
den meisten Steuerungsverfahren wird der Antriebsmotor der Kreiselpumpe bei sinkendem
Druck im Windkessel beim Erreichen eines festgelegten Mindestdruckes, z. B. des
Einschaltdruckes eines Druckschalters, eingeschaltet, weil dieser Druck zwecks ausreichender
Versorgung der Verbrauchsstellen nicht unterschritten werden darf.
-
Beim bekannten reinen Druckschaltungsverfahren wird der Antriebsmotor
sofort wieder abgeschaltet, wenn bei steigendem Druck im Windkessel ein festgelegter
Druck, z. B. der Ausschaltdruck eines Druckschalters, erreicht wird. Der für die
Betriebskosten maßgebende Arbeitsverbrauch in kWh/m3 geförderten Wassers ist dabei
so klein wie möglich, weil die Pumpe immer nur zwischen dem Ein- und Ausschaltdruck
arbeitet und dieser Arbeitsbereich in die Nähe des Punktes besten Pumpenwirkungsgrades
gelegt werden kann. Das Volumen des Windkessels muß aber bei diesem Verfahren in
einem bestimmten Verhältnis zur Pumpenliefermenge stehen, damit die für das elektrische
Schaltgerät zulässige größte Schalthäufigkeit bei keiner Verbrauchsmenge überschritten
wird. Es sind daher große und teure Windkessel notwendig.
-
Ein sehr kleiner Windkessel genügt bei einem bekannten Steuerungsverfahren,
bei dem der Antriebsmotor ebenfalls bei einem festgelegten Mindestdruck eingeschaltet
wird, dann aber dauernd läuft und fördermengenabhängig erst abgeschaltet wird, wenn
der Verbrauch unter eine festgelegte Grenzverbrauchsmenge sinkt. Bei kleinen Verbrauchsmengen,
die kleiner als diese Grenzverbrauchsmenge sind, arbeitet das Pumpwerk nach dem
reinen Druckschaltungsverfahren. Das Ausschalten des Antriebsmotors erfolgt dann
entweder beim Erreichen des Ausschaltdruckes eines Druckschalters oder dadurch,
daß nach dem Auffüllen des Windkessels bis zum Maximaldruck der Pumpe die Pumpenlieferinenge
unter die festgelegte Grenzverbrauchsmenge sinkt, wobei als Ausschaltdruck der Maximaldruck
der Pumpe auftritt. Bei sehr kleinem Windkessel muß die Grenzverbrauchsmenge sehr
klein im Verhältnis zur Pumpenliefermenge gewählt werden, damit die Schalthäufigkeit
nicht zu groß wird, wenn eine Verbrauchsmenge, die nur wenig kleiner ist als die
Grenzverbrauchsmenge, entnommen wird. Häufiger kommen jedoch mittlere Verbrauchsmengen
vor, die zwischen der Grenzverbrauchsmenge und jener Verbrauchsmenge liegen, bei
der die Pumpe auch beim reinen Druckschaltungsverfahren bereits dauernd läuft. Bei
diesen mittleren Verbrauchsmengen wird der Arbeitsverbrauch in l<Wh/m3 viel größer
als beim reinen Druckschaltungsverfahren, weil die Pumpe dauernd mit schlechtem
Wirkungsgrad arbeitet. Nur bei großen Verbrauchsmengen, bei denen auch beim reinen
Druckschaltungsverfahren die Pumpe dauernd läuft, wird der Arbeitsverbrauch so klein
wie bei diesem.
-
Bei den bisher bekannten Steuerungsverfahren mußte man also entweder
bei kleinen Betriebskosten große Anschaffungskosten oder bei kleinen Anschaffungskosten
große Betriebskosten in Kauf nehmen.
-
Diese Nachteile werden beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch vermieden,
daß das Abschalten des Motors zeitabhängig erfolgt. Die kleinste Zeitdauer einer
Schaltperiode kann dann direkt zeitabhängig so festgelegt werden, daß die größte
zulässige Schalthäufigkeit auch bei extrem kleinem Windkessel nicht überschritten
wird. Von der Größe des Windkessels hängt nur noch der auftretende Arbeitsverbrauch
ab. Es genügt aber schon ein sehr kleiner Windkessel, um bei den mittleren Verbrauchsmengen
einen viel kleineren Arbeitsverbrauch zu erzielen als beim früher beschriebenen
Verfahren mit fördermengenabhängiger Ausschaltung des Antriebsmotors, weil die Pumpe
nicht dauernd läuft, sondern bei jeder zeitabhängig gesteuerten Schaltperiode ein
erheblicher Teil des Kesselspeichervolumens von der Pumpe mit kleinem Arbeitsverbrauch
gefördert und dann während des Pumpenstillstandes ohne weiteren Arbeitsverbrauch
an die Verbrauchsstellen abgegeben wird.
Die Wirkungsweise und die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen am deutlichsten aus Diagrammen hervor,
die unter gleichen Voraussetzungen die Arbeitsweise der verschiedenen Verfahren
darstellen. In Fig. 1 ist das reine Druckschaltungsverfahren und in Fig.
2 das Verfahren mit fördermengenabhängiger Abs . chaltung des Antriebsmotors
dargestellt, während die Fig. 3 und 4 die Arbeitsweise von zwei Varianten
des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen.
-
Bei allen Verfahren wurde angenommen, daß die gleiche Pumpe, und zwar
als Beispiel eine kleine Hauswasserkreiselpumpe mit einem Windkessel von 251 nutzbarem
Inhalt zusammenarbeitet. Mit »nutzbarem« Inhalt wird jener Teil des Windkessel-Gesamtinhaltes
bezeichnet, der bei voll belüftetem Kessel beim Einschaltdruck mit Druckluft gefüllt
sein kann, also das größtmögliche für die Wasserspeicherung wirksame Luftvolumen.
Der unterste Teil des Kessels muß nämlich auch bei voller Belüftung noch etwas Wasser
enthalten, damit im normalen Betrieb ein Eindringen der Druckluft in die Wasserrohrleitung
vermieden wird. Der Windkessel für 251 »nutzbaren« Inhalt muß deshalb mit
einem Gesamtinhalt von etwa 301 ausgeführt werden.
-
Das oberste Diagramm der Fig. 1 bis 4 zeigt dünn gezeichnet
die Förderhöhe H der Pumpe in Abhängigkeit von der Pumpenliefermenge Q und stark
gezeichnet die bei den verschiedenen Verbrauchsmengen q im Windkessel auftretenden
Drücke. Alle Drücke und die Förderhöhe H der Pumpe sind wie üblich auf den Saugwasserspiegel
bezogen.
-
Das mittlere Diagramm der Fig. 1 bis 4 zeigt dünn ausgezogen
den Arbeitsverbrauch A in kWh;.'m3 geförderten Wassers, der bei dauernd laufender
Pumpe in Abhängigkeit von der Pumpenliefermenge Q auftritt, und stark gezeichnet
den tatsächlichen Arbeitsverbrauch, der bei dem betrachteten Verfahren bei den verschiedenen
Verbrauchsmengen. q entsteht. Der Arbeitsverbrauch A
bei dauernd laufender
Pumpe ergibt sich aus der im mittleren Diagramm der Fig. 1 angegebenen kW-Aufnahme
N des Motors. Im oberen und mittleren Diagramm der Fig. 1 bis 4 bedeuten
also die auf der Abszissenachse angegebenen Fördermengen für die Pumpenkennlinien
H, A, N die Pampenliefermenge Q bei dauernd laufender Pumpe,
während sie für die Kennlinien des betrachteten Verfahrens die Verbrauchsmenge q
angeben. Daraus ergibt sich, daß bei allen Verbrauchsmengen q, bei denen
die Pumpe bei dem betrachteten Verfahren dauernd läuft, die Kennlinien des Verfahrens
sich mit den Pumpenkennhnien decken.
-
Im untersten Dia- gramm der Fig. 1 bis 4 ist stark gezeichnet
die bei den verschiedenen Verbrauchsmengen q
auftretende Schalthäufigkeit
pro Stunde angegeben. In den Fig. 1, 3 und 4 sind auch die Füll- und Entleerungszeiten,
sowie die Dauer einer ganzen Schaltperiode dünn eingezeichnet.
-
Bei der Berechnung der Dia,-ramme wurde angenommen, daß die jeweils
betrachtete Verbrauchsmenge q
längere Zeit konstant bleibt, weil nur unter
dieser Voraussetzung vergleichbare Dia,-ramme entwickelt werden können, aus denen
aber auch die Vorgänge im Pumpwerk bei rascher Änderung der Verbrauchsmenge erkannt
werden können. Die Dia,-ramme wurden auf Grund genauer Berechnungen gezeichnet und
die in der Beschreibung genannten Zahlenwerte entsprechend diesen Berechnungen angegeben.
Infolge der unvermeidlichen Zeichenungenauigkeiten können sie aus den Diagranimen
manchmal nicht mit der gleichen Genauigkeit abgelesen werden. C
Fig.
1 zeigt die Arbeitsweise des bekannten reinen Druckschaltungsverfahrens.
Geht man von gefälltem Windkessel bei abgeschalteter Pumpe aus, so wird die Verbrauchsmenge
von z. B. q = 0,2 1 /sec vom Windkessel abgegeben, und der Druck sinkt.
Beim Erreichen des Einschaltdruckes He # 24 m schließt der Druckschalter seinen
Kontakt, die Pumpe läuft an und fördert entsprechend der Pumpenkennlinie H bei 24
m Druck 0,93 1/sec. Davon werden 0,2 11/sec verbraucht, der Rest von
0,73 lisec wird in den Kessel gefördert, und der Druck steigt. Entsprechend
der Pumpenkennlinie H vermindert sich dabei die Pumpenliefermenge, und kurz vor
Erreichen des Ausschaltdruckes Ha = 30 m fördert die Pumpe nur mehr
0,7 1"sez, davon 0,5 1,!sec in den Kessel. Beim Erreichen des Ausschaltdruckes
Ha = 30 m öffnet der Druckschalter seinen Kontakt, und die Pumpe wird
abgestellt. Die Verbrauchsmenge q = 0,2 1/sec wird jetzt vom Kessel
abgegeben, bis nach Absinken des Druckes auf 2-1 m die Pumpe durch Schließen des
Druckschalterkontaktes wieder ein-eschaltet wird. Diese Arbeitsweise bleibt bei
allen Verbrauchsmengen zwischen 0 und 0,7 1/sec gleich. Bei diesen
kleinen und mittleren Verbrauchsmengen schwankt also der Druck im Windkessel zwischen
He # 24 m und Ha # 30 m, und die Pumpe arbeitet immer in dem durch
diese Drücke bestimmten Stück der Pumpenkennlinie H zwischen Q = 0,93
und 0,7 1,7sec. Das Wasser wird daher entsprechend der Kennlinie
A unmittelbar nach dem Einschalten mit einem Arbeitsverbrauch von 0,22 kWh
'"m3 und unmittelbar vor dem Abstellen mit 0,26, also im Mittel mit 0,2-1
kWh!,'m3 gefördert. Da beim Stillstand der Pumpe kein weiterer Arbeitsverbrauch
erfolgt, werden alle Verbrauchsmengen zwischen 0 und 0,7 1"isez mit
diesem kleinen Arbeitsve# brauch gefördert, wie die Arbeitsvarbrauchskennlinie
Ad
des reinen Druckschaltungsverfahrens für diesen Bereich angibt.
Bei Verbrauchsmengen über q = 0,7 1"'Sec läuft die Pumpe dauernd,
weil die ganze Pampenliefermenge SUV verbraucht wird und der Ausschaltdruck Ha nicht
erreicht werden kann. Die Kennlinien des Verfahrens decken sich in diesem Verbrauchsbereich
daher mit den Pampenkennlinien H und A. Bei z. B. q = 0,8 1,!se##
stellt sich im Windkessel ein konstanter Druck H = 28,0 m ein, und das Wasser
wird dauernd mit einem Arbeitsverbrauch A = 0,24 kWh ' !m3 gefördert.
-
Die Periodenzeit Pd, also die Zeitdauer einer Schaltperiode, und damit
die Schalthäufigkeit Sd pro Stunde ist sehr stark von der Verbrauchsmenge
q und dem Belüftungszustand des Windkessels abhängig. Die diesbezüglichen
Zusammenhänge sind zwar bekannt, werden aber trotzdem nachstehend sehr ausführlich
behandelt, weil sie als Grundlage des Vergl?iches der bekannten mit dem erfindungsgem-Ißen
Verfahren dienen.
-
Im richtig b-.lüfteten Zustand ist der ganze nutzbare Inhalt des Kessels
von 251 beim Einschaltdruck He = 24 m mit Luft von diesem auf den Sau,-%vasserspiegel
bezogenen Überdruck erfüllt. Nimmt man an, daß eine übliche Saughöhe von 4m vorhanden
ist, Pumpe und Windkessel also 4m über dem Saugwasserspiegel liegen, so
3 31
steht beim Einschalten die Luft im Windk-essel unter einem auf den Atmosphirendruck
bezogenen Überdruck von 24 - 4 = 20 m = 2,0 atii, was einem
Absolutdruck von 2,0 + 1,0 = 3,0 ata entspricht. Wird nun der Kessel durch
die Pumpe bis zum Ausschaltdruck von Ha = 30 m gefüllt, so
vergrößert sich der Druck der im Kessel eingeschlossenen Luft um Ha -He =
30 -24 = 6 m = 0,6 at, und der Absolutdruck steigt um denselben
Betrag von 3,0 auf 3,6 ata. Nimmt man angenähert isothermen Verlauf
der Kompression an, so ändert sich dabei das Luftvolumen im um.-,elehrten Verhältnis
der absoluten Drücke, also von 25 1 auf 25 - 3,013,6 = 20,83 1. Beim
Füllen des Kessels vom Einschaltdruck He = 24 m bis zum Ausschaltdruck Ha
= 30 m werden also 25 -20,83 = 4,17 1
Wasser
in den Kessel gepumpt, die dann bei stillstehender Pumpe wieder entnommen werden
können, Diese Menge von 4,17 1 ist das größte Speichervolumen, das bei
251 nutzbarem Kesselinhalt und dem angenornmenen Ein- bzw. Ausschaltdruck
erreicht werden kann, wenn der Kessel voll beläftet, also der nutzbare Inhalt voll
ausaenutzt ist. Aus der Größe des Speichervolumens und der Förderhöhenkennlinie
der Pumpe kann die Periodenzeit Pd, die sich aus der Entleerungszeit Ed und der
Füllzeit Fd zusammensetzt, für die verschiedenen Verbrauchsmengen q wie folgt
ermittelt worden: Die Entlegrungszeit Ed des Kessels, also die Zeitspanne vom Abschalten
der Pumpe bis zum Wiedereinschalten, erhält man, wenn man das Speichervolumen 4,171
durch die Verbrauchsmenge q in l/sec dividiert. Auf diese Weise ergibt
sich die Linie c' Ed im untersten Abschnitt der Fig. 1.
-
Zum Beispiel erhält man f är q = 0,06 1/se-c
Ed = 4,17:0,06 = 69,5 Sekunden, für q = 0,2 1/sec Ed #
20,9 Sekunden und für q = 0,6 1/sec Ed = 6,95 Sekunden. Die
Entleerungszeit Ed wird also bei kleinen Verkaufsmengen q groß und
bai größeren Verbrauchsmengen q sehr klein.
-
Die Füllzeit Fd des Kessels, also die Zeitspanne vom Einschalten der
Pumpe bis zum Abschalten, ist wesentlich schwieriger genau zu ermitteln, weil sich
während des Füllvorganges nicht nur der Druck im Windkessel, sondern dadurch auch
die Pumpanliefermenge Q entsprechend der Förderhöhenkennlinie H ändert. Die im untersten
Ab-
schnitt der Fig. 1 gezeichnete Linie Fd wurde durch abschnittweise
Inte-ration erhalten. An-enäherte Werte ergeben sich, wenn man der Berechnung die
mittlere Pumpenliefermenge zwischen dem Einschaltdruck He und dem Ausschaltdruck
Ha zu ' g' runde legt. Nach den früher bei der Erklärung der Arbeitsweise
angegebenen Zahlenwerten fördert die Pumpe beim Einschaltdruck 0,93 1/sec
und beim Ausschaltdruck 0,7 1/sec, im Mittel also 0,815 1,lsec. Die
mittlere in den Kessel geförderte Füllmenge ist um die Verbrauchsmenge
q kleiner. Die Füllzeit Fd ergibt sich angenähert, wenn man das Speichervolumen
4,17 1 durch die mittlere FüHmenge dividiert. Zum Beispiel erhält man für
q = 0,06 1/se-- Fd = 4,17 zu (0,815 -0,06) =
5,5 Sekunden, für q = 0,2 1/sec Fd = 6,8 Sekunden und
für q = 0,6 1/s-.c Fd = 19,4 Sekunden. Während bei kleinem
q die genauen Werte nur sehr wenig von den angenäherten abweichen, ist bei
q = 0,6 1/sec der genaue Wert bereits 20,5 Sekunden, und für
noch größere Werte q = 0,7 l/se-. erhält man brauchbare Werte
von Fd nur durch die genaue Berechnung. Die Füllzeit Fd ist also bei kleinen Verbrauchsmengen
q sehr klein und bei größeren Verbrauchsmengen q groß.
-
Die Periodenzeit Pd ist als Summe beider Zeiten bei kleinen Verbrauchsmencren
q im wesentlichen durch die lange Entleerungszeit Ed und bei größeren Verbrauchsmengen
q durch die lange Füllzeit Fd bestimmt. Als Periodenzeit Pd und Schalthäufigkeit
Sd pro Stunde erhält man z. B. für q = 0,06 1/sec Pd = Ed
+ F, d
= 69,5 + 5,5 = 75 Sekunden und Sd =
3600 : 75
= 48 Schaltungen pro Stunde, für q = 0,2 1/sec Pd
= 2019 + 6,8 = 27,7 Sekunden und Sd 130 Schaltungen pro Stunde, für
q 0,6 1/sec Pd 6,95 + 20,5
27,5 Sekunden und Sti
131 Schaltungen pro Stunde. Bei der mittleren Verbrauchsmen- ge q # 0,4 1/sec
wird Pd mit 20,6 Sekunden am kürzesten, und es tritt die größte, bei voll
beläftetem Kessel mögliche Schalthäufigkeit Sd = 3600 : 20,6 = 175 Schaltungen
pro Stunde auf.
-
Die Schalthäufigkeit kann aber praktisch viel größer werden, wenn
z. B. beim Ausbleiben des Stromes die Druckluft aus dem Kessel entweicht und die
Pumpe nach Wiederkehr des Stromes den selbsttätigen Betrieb wieder aufnimmt. Wird
nämlich ein Auslauf geöffnet und der Motor läuft beim Absinken des Druckes unter
d.3n Einschaltdruck wegen gestörter Stromversorgung nicht an, dann expandiert die
Luft im Kessel weiter, dringt in die Rohrleitung und entweicht in wenigen Sekunden
durch den offenen Auslauf. Liegt der Auslauf z. B. auf gleicher Höhe mit dem Kessel,
so erfolgt sehr rasch vollkommerier Druckausgleich mit dem Atmosphärendruck. Bei
Wiederkehr des Stromes ist dann der Gesamtinhalt des Kessels von 30 1 mit
Luft von Atmosphärendruck = 1,0 ata Absolutdruck erfüllt. Füllt die Pumpe
nun den Kessel auf, so wird das Luftvolumen im umgekehrten Verhältnis der absoluten
Drücke kleiner. Da der Einschaltdruck He = 24 m - wie früher
erklärt - einem Absolutdruck von 3,0 ata im Kessel entspricht, wird
beim Auffüllen des Kessels bis zum Einschaltdruck das eingeschlossene Luftvolumen
jetzt auf 30 - 1,013,0 = 10 1
komprimiert. Nur dieses Luftvolumen ist
weiterhin für das Speichervolumeii maßgebend, solange der Kessel nicht neu belüftet
wird. Beim Ansteigen des Druckes bis zum Ausschaltdruck I-Ia = '30
in, der einem Absolutdruck von 316 ata im Kessel entspricht, wird das Luftvolumen
auf 10 - 3,0/3,6 = 8,33 1 komprimiert. Beim Entleeren des Kessels wird die
Pumpe bei einem Absolutdruck von 3,0 ata im Kessel wieder eingeschaltet,
wobei das Luftvolumen auf nur 10 1 expandiert ist, der Kessel also nur
10 - 8,33 = 1,67 1 als Speichervolumen im unbelüfteten Zustand abgeben kann.
Dies ist nur das 0,4fache des Speichervolumens von 4,17 1 bei voll belüftetem
Kessel, Vom nutzbaren Kesselinhalt 25 1
sind im unbelüfteten Zustand eben
nur noch 10 1, also das 0,4fache, wirksam, die übrigen 15 1 bleiben
auch beim Einschaltdruck, also dauernd mit Wasser getüllt und üben keinerlei Einfluß
auf die Schaltvorgänge aus. Die dem Speichervolum,-n proportionalen Entleerungszeiten
Ed, FUllzeiten Fd und Periodenzeiten Pd sinken ebenfalls auf das 0,4fache, und die
Schalthäufigkeiten Sd pro Stunde steigen deshalb auf das 2,5fache. Die größte Schalthlufigkeit,
die bei q = 0,4 1,isec auftritt, wird also bei einem unbelüfteten
Kessel von 30 1 Gesamtinhalt auf Sd = 175 - 2,5 = -138 Schaltungen
pro Stunde ansteigen.
-
Diese S-.halthäufivlzeit ist viel zu groß, weil sich die Kontakte
des Selbstschalters sehr rasch abnutzen würden und auch der Motor durch die unmittelbar
aufeinanderfolgenden Einschaltstromstöße überhitzt werden kann. Auf Grund praktischer
Erfahrungen nimmt man in diesem ungünstigsten Betriebszustand bei unbelüftetem Kessel
120 Schaltungen pro Stunde als gerade noch zulässig an, Da die Schalthäufigkeit
im unbelüfteten Zustand umgekehrt proportional dem Kesselgesamtinhalt ist, müßte
ein Kessel von 30 - 438/120 = 110 1 Gesamtinhalt, also mit etwa
100 1 nutzbarem Inhalt, vorgesehen werden, damit auch im ungänstigsten Betriebszustand
120 Schaltungen pro Stunde nicht überschritten werden, Für die im Beispiel angenommene
Pumpengröße werden reine Druckschaltungsanlagen n
praktisch auch wirklich
mit Windkesseln von etwa 100 1
nutzbarem Inhalt ausgerüstet.
-
Demgegenüber genügt, wie später gezeigt wird, beim erfindungsgemäßen
Verfahren ein Windkessel von 251
nutzbarem Inhalt, also mit etwa
30 1 Gesamtinhalt, vollständig, um bei der gleichen größten Schalthäufigkeit
von 120 Schaltungen pro Stunde einen durchschnittlich nur wenig größeren Arbeitsverbrauch
zu erzielen als beim reinen Druckschaltungsverfahren.
-
Fig. 2 zeigt die Arbeitsweise des bekannten Verfahrens mit fördermengenabhängiger
Abschaltung, das meist mit einem Sanderschaltgerät durchgeführt wird, auf das der
Druck im- Windkessel und die Verbrauchsmenge oder
gleichzeitig einwirken.
Der Erklärung wird aber einfacher ein gewöhnlicher Druckschalter und ein von der
Verbrauchsmenge q beeinflußter Mengenschalter zugrunde gelegt, wodurch im
wesentlichen die gleiche Arbeitsweise erzielt wird. Der Kontakt des Mengenschalters,
der parallel zum Druckschalterkontakt geschaltet ist, schließt sich, wenn die im
Diagramm mit 0,065 1/sec festgelegte Grenzverbrauchsmenge überschritten wird,
und öffnet sich- wieder, wenn die Verbrauchsmenge q unter diese Grenzverbrauchsmenge
sinkt.
-
Geht man wieder von gefülltem Windkessel bei abgeschalteter Pumpe
aus und nimmt z. B. an, daß die Verbrauclismenge rasch von 0 -bis
q # 0,2 1/sec steigt, so schließt beim Überschreiten der Grenzverbrauchsmenge
von 0,065 1/sec der Mengenschalter seinen Kontakt und schaltet den Antriebsmotor
ein. Bleibt die Verbrauchsmenge nun mit q = 0,2 1/sec konstant, so
wird sich nach ganz kurzerZeit der der Pumpenkennlinie H entsprechende Druck von
35 m einstellen. Die Pumpe läuft dann in diesem Betriebspunkt dauernd weiter
und fördert entsprechend der Kennlinie A das Wasser mit einem Arbeitsverbrauch
von 0,65 lWh]m2. Der Kontakt des Druckschalters ist dabei offen, aber durch
den geschlossenen Kontakt des Mengenschalters überbrückt. Dieser Betriebszustand,
also das dauernde Laufen der Pumpe, bleibt bei allen mittleren und großen Verbrauchsmengen,
die über der Grenzverbrauchsmenge von 0,065 1/see liegen, aufrecht. Auch
der Kontakt des Druckschalters bleibt offen, wenn die Verbrauchsmenge kleiner als
0,93 1/sec, der Druck also größer als He = 24 m bleibt. Der
Druck im Windkessel und der Arbeitsverbrauch stellen sich dabei nach ganz kurzen
Ausgleichszeiten entsprechend den Kennlinien H und A ein.
-
Sinkt die Verbrauchsmenge unter die Grenzverbrauchsmenge, also z.
B. auf 0,04 1/sec, so öffnet der Mengenschalter seinen Kontakt, und die Pumpe bleibt
sofort stehen, weil der Kontakt des Druckschalters ja noch immer offen ist. (Wird
bei einer anderen Variante der Mengenschalter von der Pumpenliefermenge beeinflußt,
so wird zuerst der Windkessel bis 35 m aufgefüllt und erst beim Absinken
der Pumpenliefermenge unter 0,065 1/sec der Antriebsmotor abgestellt.) Bleibt
nun die Verbrauchsmenge mit q = 0,04 1/sec konstant oder kleiner als
0,065 lisec, so bleibt auch der Kontakt des Mengenschalters dauernd offen,
und das Pumpwerk arbeitet bei diesen kleinen Verbrauchsmengen bis 0,065 1/see
wie bei der reinen Druckschaltung nach Fig. 1. Der Druck im Windkessel schwankt
also zwischen He = 24 und Ha = 30 m, das Wasser wird mit einem
Arbeitsverbrauch von 0,24 kWh/m3 gefördert. Auch die Schalthäufigkeit Sd ist so
groß wie bei der reinen Druckschaltung und erreicht bei q = 0,065
1/sec ihren größten Wert von 52 Schaltungen pro Stunde bei voll belüftetem Kessel
und fällt bei größeren Verbrauchsmengen auf Null ab, weil ja dann die Pumpe dauernd
läuft. Die Grenzverbrauchsmenge muß eben so klein gewählt werden, daß die größte
zulässige Schalthäufigkeit nicht überschritten wird. Im Beispiel Fig. 2 mußten 0,065
1/see festgelegt werden, weil z. B. für q = 0,06 1/see bereits bei
voll belüftetem Kessel, so wie bei der gewöhnlichen Druckschaltung berechnet, eine
Schalthäufigkeit von 48 Schaltungen pro Stunde und bei unbelüftetem Kessel das 2,5fache,
also von 120 Schaltungen pro Stunde auftritt, was gerade noch als zulässig betrachtet
werden kann.
-
Beim Verfahren mit fördermengenabhängiger Ab-
schaltung des
Antriebsmotors kann also mit dem 25-1-Kessel zwar die Schaltbäufigkeit genügend
klein gehalten werden, der Arbeitsverbrauch wird aber bei-den mittleren Verbrauchsmengen
von q = 0,065 1/sec bis q = 0,7 1/sec viel größer als bei der
reinen Druckschaltung und beträgt B. q = 0,2 1/sec 0,65 kWh/m3
gegenüber 0,24 kWh/m". Fig. 3 zeigt die Arbeitsweise einer Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der das Abschalten) des Motors frühestens nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeitspanne erfolgt, die beim Einschalten des Motors beginnt. Dieses Verfahren kann
z. B. mit Hilfe einer Einrichtung nach Fig. 5 durchgeführt werden. Der Antriebsmotor
1 der Pumpe wird in üblicher Weise durch einen Selbstschalter 2 ein- und
ausgeschaltet, dessen Hauptkontakte R, S, T beispielsweise an ein
Drehstromnetz angeschlossen sind. Der Selbstschalter 2 hat außer der Magnetspule
3 und den drei Hauptkontakten R, S, T noch einen zeitabhängigen
Hilfskontakt 4, der bei stromloser Magnetspule 3 geschlossen ist. Beim Anziehen
des Selbstschalters 2 bleibt der Hilfskontakt 4 zunächst noch geschlossen und öffnet
sich durch Wirkung eines Zeitelementes 5 erst nach einer vorbestimmten Zeit,
z. B. erst 30 Sekunden nach dem Anziehen des Selbstschalters 2. Der Druckschalterkontakt
6 schließt sich beim Druck He = 24 m und öffnet sich wieder, wenn
der Druck auf den Ausschaltdruck Ha = 30 m gestiegen ist.
-
Geht man wieder von gefülltem Windkessel bei abgeschalteter Pumpe
aus und nimmt eine konstante Verbrauchsmenge von q = 0,2 lisec an,
so -sinkt der Druck im Windkessel bis beim Erreichen von He = 24 m
der Druchschalter # seinen Kontakt schließt. Dadurch wird die Magnetspule
3 an die Spannung R-T gelegt, der Selbstschalter 2 zieht an, und der Antriebsmotor
1 wird eingeschaltet. Die Pumpe fördert wie bei der reinen Druckschaltung
unmittelbar nach dem Einschalten entsprechend der Pumpenkennlinie H eine Liefermenge
von 0,93 1/sec und füllt den Windkessel. Entsprechend der Füllzeitlinie Fd
in Fig. 1 wird bei q # 0,2 lisec bereits nach
6,8 Sekunden der Druck Ha = 30 m erreicht und der Druckschalterkontakt
6 geöffnet. Der Motor 1 läuft aber trotzdem weiter, weil die Magnetspule
3 über den geschlossenen Hauptkontakt T und den ebenfalls noch geschlossenen
Hilfskontakt 4 noch immer an der Spannung R -T liegt. Die Pumpe füllt daher
den Windkessel weiter auf, und der Druck steigt, bis 30 Sekunden nach dem
Anziehen des Selbstschalters 2, also nach dem Einschalten des Motors, der Hilfskontakt
4 sich öffnet, wodurch die Magnetspule 3 stromlos und der Motor abgeschaltet
wird. Der Druck ist während der durch die zeitabhängige Abschaltung verlängerten
Laufzeit auf 35 m gestiegen, weshalb die im Kessel gespeicherte Wassermenge
jetzt etwa 6,8 1, also größer als bei reiner Druckschaltung ist, bei der
sie nur 4,17 1 war. Die anschließende Entleerungszeit ist deshalb ebenfalls
größer und beträgt bei q # 0,2 1/sec Ez = 6,8 : 0,2 # 34 Sekunden,
wie auch die Entleerungszeitlinie Ez angibt, gegenüber 20,9 Sekunden bei
reiner Druckschaltung entsprechend der früheren Berechnung und der Linie Ed in Fig.
1. Nach Absinken des Druck-es auf He = 24 m, also 34 Sekunden
nach dem Ausschalten des Antriebsmotors, schließt der Druckschalterkontakt
6 wieder, und alle Schaltvorgänge wiederholen si-#h. Da die Füllzeit infolge
der zeitabhängigen Abschaltung 30 Sekunden beträgt, ergibt sich bei einer
Verbrauchsmenge q = 0,2 lisee eine Periodenzeit Pz von 64 Sekunden
und eine Schalthäufigkeit von 56 Schaltungen pro Stunde gegenüber
130 Schaltungen bei reiner Druckschaltung.
-
Bei einer Verbrauchsmenge von q = 0,6 1/sec wird bei
der reinen Druckschaltung entsprechend den dortigen Berechnungen und der Linie Fd
in Fig. 1 der Ausschaltdruck erst 20,5 Sekunden nach dem Einschalten
der Pumpe erreicht. Durch die zeitverzögerte Abschaltung wird also die Laufzeit
bei q = 0,6 1/sec nur um 30 - 20,5
= 9,5 Sekunden verlängert,
und der Druck im Windkessel
steigt entsprechend der Linie Hz in
Fig. 3 dabei nur : auf 31,5 in. Die diesem Druck entsprechende
gespeicherte Wassermenge ist jetzt etwa 5,0 1, und die anschließende Entleerungszeit
beträgt Ez = 5,0 : 0,6
= !8,3 Sekunden. Die Periodenzeit wird
Pz = 30
+ 8,3 = 38,3 Sekunden und die Schalthäufigkeit Sz #
3600 :38,3 = 94 Schaltungen pro Stunde. Führt man diese Berechnung. für alle
Verbrauchsmengen von q = 0
bis 0,65 1/sec durch, so erhält man
die im untersten Ab-
schnitt der Fig. 3 eingezeichneten Linien Ez,
Fz = 30 Sekunden = konstant, Pz und Sz. Die Schalthäufigkeit Sz erreicht
danach bei q = 0,65 1/sec mit Sz = 98 Schaltungen pro Stunde
ihren Höchstwert bei voll belüftetem Kessel. Bei Verbrauchsmengen bis
q = 0,65 1/sec ist die Schalthäufigkeit Sz also infolge der Zeitverzögerung
durchweg wesentlich kleiner als Sd bei der gewöhnlichen Druckschaltung nach Fig.
1.
-
Die Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Arbeitsverbrauch
zeigt die Kennhnie Az. Bei q = 0,2 1/sec beträgt der Arbeitsverbrauch
0,36 kWh/nis gegenüber 0,65 kM%/m3 bei der fördermengenabhängigen
Abschaltung. Die günstige Eigenschaft kommt dadurch zustande, daß nach jeder Einschaltung
zuerst die Verbrauchsmenge und ein erheblicher Teil des Speichervolumens entsprechend
der Kennlinie A wie bei der reinen Druckschaltung mit dem kleinstmöglichen
Arbeitsverbrauch von 0,24 kM'h/m3 gefördert werden und nur während der durch die
zeitabhängige Abschaltung bedingten Verlängerung der Laufzeit eine kleine Wassermenge
mit einem bis zu 0,65 kWh/m3 ansteigenden Arbeitsverbrauch gefördert wird.
Dadurch entsteht ein durchschnittlicher Arbeitsverbrauch, der zwar größer als bei
reiner Druckschaltung, aber erheblich kleiner als bei fördermengenabhängiger Abschaltung
des Antriebsmotors ist.
-
Bei den kleinen und mittleren Verbrauchsmengen bis q = 0,65
1/sec arbeitet das Pumpwerk, wie bisher beschrieben. Die Füllzeit Fz wird also zeitabhängig
mit 30 Sekunden konstant gehalten.
-
Bei Verbrauchsmengen zwischen q # 0,65 und
q
0,7 1/sec ist die Füllzeit bis zum Erreichen des Druckes
Ha = 30 in größer als 30 Sekunden, wie aus dem Verlauf der
Linie Fd in Fig. 1 hervorgeht. Der Druckschalterkontakt 6 ist also
noch geschlossen, wenn 30 Sekunden nach dem Einschalten des Antriebsmotors
der Hilfskontakt 4 öffnet. Das Abschalten des Motors erfolgt dann sofort beim Öffnen
des Druckschalterkontaktes 6. Daraus ergibt sich, daß bei diesen Verbrauchsmengen
die zeitabhängige Abschaltung unwirksam ist und das Pumpwerk in reiner Druckschaltung
arbeitet, weshalb auch die Kennlinien Ha, zld, Ed, Fd, Pd, Sd beim Verfahren
mit zeitabhängiger Abschaltung nach Fig. 3 in diesem Verbrauchsmengenbereich
mit den gleich bezeichneten Kennlinien der Fig. 1 identisch sind. Bei großen
Verbrauchsmengen über 0,7 1/sec läuft die Pumpe wie bei der reinen Druckschaltung
dauernd, weil der Ausschaltdruck Ha 30 in des Druckschalters nicht erreicht
werden kann. Bei unbelüftetem Windkessel wird die Schalthäufigkeit nur wenig größer,
weil die Füllzeit unabhängig, von den Vorgängen im Kessel mit mindestens
30 Sekunden zeitabhängig festgelegt ist. Bei einer Verbrauchsmenge von z.
B. q = 0,6 1/sec ist, wie früher berechnet, bei belüftetem Kessel
die Entleerungszeit Ez = 8,3 Sekunden, die Füllzeit Fz = 30 Sekunden,
die Periodenzeit Pz = 38,3 Sekunden und die Schalthäufigkeit Sz
= 94 Schaltungen pro Stunde. Bei unbelüftetem Kessel verkürzt sich nur die
Entleerungszeit auf das 0,4fache, also auf 8,3 - 0,4 = 3,3 Sekunden,
die FüHzeit Fz = 30 Sekunden bleibt konstant, die Periodenzeit wird
33,3 Sekunden und die Schalthäufigkeit nur 108 Schaltungen pro Stunde.
Bei unbelüftetem Kessel erhöht sich also gegenüber dem voll belüfteten Zustand die
größte Schalthäufigkeit beim erfindungsgemäßen Verfahren nur auf das 108: 98
#--
1,10fache, während sie bei den bekannten Verfahren auf den 2,5fachen Wert
ansteigt.
-
f#n-Vergleich der Kennlinien in den Fig. 1, 2, 3 bestätigt
die früher angegebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Schalthäufigkeit
ist viel kleiner als beim reinen Druckschaltungsverfahren und außerdem nur sehr
wenig vom Belüftungszustand des Kessels abhängig, weshalb der Kessel viel kleiner
gewählt werden kann, ohne daß die zulässige Schalthäufigkeit überschritten wird.
Der Arbeitsverbrauch ist beim Arbeiten mit dem kleinen Kessel bei den am häufigsten
vorkommenden mittleren Verbrauchsmengen von q = 0,065 bis
q = 0,7 1/see wesentlich kleiner als bei der fördermengenabhängigen
Abschaltung des Motors und im Mittel nur wenig größer als bei der reinen Druckschaltung.
Außerdem kann das Verfahren mit einer einfachen und daher betriebssicheren Einrichtung
durchgeführt werden, die zusätzlich in einen normalen Selbstschalter eingebaut werden
kann.
-
Bei einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt
das Abschalten des Motors erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, die bei
steigendem Druck im Windkessel beim Erreichen eines festgelegten Druckes, z. B.
des Ausschaltdruckes, eines Druckschalters beginnt. Diese Variante kann z. B. zusätzlich
zur reinen Druckschaltung nach Fig. 1 angewendet werden und bewirkt eine
Verlängerung der Füllzeit Fd um die vorbestimmte Zeitspanne. Durch passende Wahl
dieser Zeitspanne kann die kleinste Periodendauer und damit die größte Schalthäufigkeit
beliebig festgelegt werden. Bei jener Verbrauchsmenge, bei der die Füllzeit auf
30 Sekunden verlängert wird, wirkt sich diese Maßnahme auf den Arbeitsverbrauch
genauso aus wie bei der Variante nach Fig. 3 und bei anderen Verbrauchsmengen
ähnlich, weshalb keine Diagramme hierfür angegeben werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einer dritten Variante auch
in Kombination mit einem Druckschaltungsverfahren so angewendet werden, daß das
Abschalten des Motors nur dann zeitabhängig erfolgt, wenn die Periodendauer des
reinen Druckschaltungsverfahrens einen festgelegten Mindestwert unterschreiten würde.
Der kleine Arbeitsverbrauch der reinen Druckschaltung wird dann nur bei jenen Verbrauchsmengen
vergrößert, bei denen zwecks Vermeidung zu großer Schalthäufigkeit die Laufzeit
der Pumpe verlängert werden muß.
-
Zur Verlängerung der Laufzeit können z. B. die in der ersten und zweiten
Variante beschriebenen Verfahren angewendet werden. Die dabei entstehenden Arbeitsweisen
werden aber nicht näher behandelt, weil die nachstehend beschriebene Art der Laufzeitverlängerung
bessere Verhältnisse ergibt.
-
Bei der dritten Variante kann nämlich der kleinstmögliche Arbeitsverbrauch
erreicht werden, wenn außerdem erfindungsgemäß die zeitabhängige Abschaltung des
Motors die Verlängerung der Periodendauer nur bis zum festgelegten Mindestwert bewirkt,
z. B. durch Abschalten des Motors nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, die
beim vorhergehenden Abschalten des Motors beginnt und gleich dem festgelegten Mindestwert
der Periodendauer gewählt wird. Die Periodendauer wird dadurch konstant gehalten
und die Laufzeit der Pumpe gerade nur so viel verlängert, daß keine Überschreitung
der größten zulässigen Schalthäufigkeit erfolgt.
-
Fig. 4 zeigt die Arbeitsweise dieser dritten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit konstanter Periodendauer und konstanter Schalthäufigkeit bei den
mittleren Verbrauchsmengen, Das Verfahren kann mit
einer Einrichtung
nach Fig. 6 durchgeführt werden. Außer dem Druckschalter 6 und dem
den Motor 1
steuernden Selbstschalter 2 wird erfindungsgemäß noch ein Zeitschalter
7 verwendet, dessen Kontakt 8 beim Abfallen des Selbstschalters 2
schließt und erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne von z. B.
38 Sekunden wieder öffnet, wobei dieser Zeitschalterkontakt 8 bei
geschlossenem Selbstschalter-Hauptkontakt T den Druckschalterkontakt 6 überbrückt.
Diese Arbeitsweise des Zeitschalters 7 kann z. B. mittels eines besonders
ausgebildeten Hilfskontaktes 9 im Selbstschalter 2 erreicht werden. Dieser
Hilfskontakt 9 besteht z. B. aus einem um eine Achse 10 schwenkbaren
starren Teil 11, der eine Isoherauflage 12 besitzt, und aus einer Blattfeder
13, die bei 14 eingespannt ist. Der Teil 11
wird gleichzeitig mit den
Hauptkontakten R, S, T durch die Magnetspule 3 bewegt. Während
des Anziehens des Selbstschalters 2 biegt die Isolierauflage 12 die Blattfeder
13 zunächst nach oben durch und gibt sie kurz vor Erreichen der angezogenen
Stellung des Selbstschalters 2 wieder frei wodurch die Blattfeder 13 bei
voll angezogenem gelbstschalter 2 wieder in die gezeichnete Mittellage zurückkehrt.
Beim Anziehen des Selbstschalters 2 wird also der Hilfskontakt 9 nicht geschlossen,
auch nicht kurzzeitig, und bleibt daher ohne jede Wirkung. Im angezogenen
Zustand des Selbstschalters 2 liegt der schwenkbare, elektrisch leitende Teil
11 oberhalb der Blattfeder 13. Beim Abfallen des Selbstschalters 2
berührt der Teil 11 kurzzeitig die Blattfeder 13, wodurch der Hilfskontakt
9 kurzzeitig geschlossen, aber bei voll abgefallenem Selbstschalter 2 wieder
geöffnet wird. Der Hilfskontakt 9 kann natürlich auch beliebig anders ausgebildet
sein, wenn er folgende Bedingung erfüllt: Beim Anziehen des Selbstschalters 2 darf
er nicht geschlossen werden, auch nicht kurzzeitig, und beim Abfallen des Selbstschalters
2 muß er kurzzeitig geschlossen, aber spätestens einige Sekunden nach dem Abfallen
wieder geöffnet werden.
-
Gemäß dem Schaltschema Fig. 6 wird die Magnetspule
15 des Zeitschalters 7 nur durch den Hilfskontakt 9 an die
Spannung R-T gelegt, erhält daher nur während des Abfallens des Selbstschalters
2, also nur beim Abschalten des Motors, kurzzeitig Spannung. In diesem Moment schließt
sich der Zeitschalterkontakt 8 und öffnet sich erst 38 Sekunden später.
Die Vorgänge im Pumpwerl, ab dem Abschalten des Motors hängen nun von den Schaltzuständen
des Druckschalterkontaktes 6 ab.
-
a) Der Druckschalterkontakt 6 ist nach Ablauf der
38 Sekunden noch offen. Dies tritt ein, wenn die Entleerungszeit des Windkessels
bei reiner Druckschaltung größer als 38 Sekunden ist, also entsprechend der
Linie Ed bei Verbrauchsmengen bis q = 0,11 1/see. Der Selbstschalter
2 zieht erst wieder beim Schließen des Druckschalterkontaktes 6 an. Der Zeitschalter
7 wird dadurch nicht beeinflußt, der Kontakt 8 bleibt offen, und der
Selbstschalter 2 fällt sofort beim Öffnen des Druckschalterkontaktes wieder ab.
Die Zeitschaltung kommt nicht zur Wirkung, und das Pumpwerk arbeitet in reiner Druckschaltung.
-
b) Der Druckschalterkontakt 6 schließt vor Ablauf der
38 Sekunden und bleibt bis nach Ablauf der 38 Sekunden geschlossen.
Dies tritt ein, wenn die Entleerungszeit kleiner als 38 Sekunden, die Periodenzeit
bei reiner Druckschaltung aber größer als 38 Sekunden ist, also entsprechend
den Linien Ed und Pd bei Verbrauchsmengen von q = 0,11 bis
0,13 und q = 0,66 bis 0,7 l/'Sec.. Durch das Schließen
des Druckschalterkontaktes 6 vor Ablauf der 38 Sekunden zieht der
Selbstschalter 2 an und schaltet den Motor 1 ein. Nach Ablauf der
38 Sekunden öffnet sich der Zeitschalterkontakt 8, der Selbstschalter
2 bleibt aber angezogen, und der Motor läuft weiter, weil der Druckschalterkontakt
6nochgeschlossenist. DerSelbstschalter2 fällt erst beim Öffnen des Druckschalterkontaktes
6 ab. Die Zeitschaltung kommt also auch bei diesen Betriebszuständen nicht
zur Wirkung, und das Pumpwerk arbeitet in reiner Druckschaltung.
-
c) Der Druckschalterkontakt 6 schließt und öffnet sich wieder
vor Ablauf der 38 Sekunden. Dies tritt ein, wenn die Periodenzeit bei reiner
Druckschaltung kleiner als 38 Sekunden ist, also entsprechend der Linie Pd
bei q = 0,13 bis 0,66 lisec. Durch das Schließen des Druckschalterkontaktes
6 zieht der Selbstschalter 2 an und schaltet den Motor 1 ein. Das
Öffnen des Druckschalterkontaktes6 vorAblauf der 38 Sekunden bleibt wirkungslos,
weil der Zeitschalterkontakt 8 noch geschlossen ist und die Magnetspule
3 des Selbstschalters 2 über den ebenfalls geschlossenen Hauptkontakt T weiter
an der Spannung R-T bleibt. Der Selbstschalter 2 fällt also erst dann ab
und schaltet den Motor 1 aus, bis nach Ablauf der 38 Sekunden auch
der Zeitschalterkontakt 8 öffnet und die Magnetspule 3 stronilos wird,
Während des Abfallens des Selbstschalters 2 legt der Hilfskontakt 9 die Magnetspule
15 des Zeitschalters 7 kurzzeitig an die Spannung R-T, wodurch der
Zeitschalterkontakt 8 wieder für eine Zeitspanne von 38 Sekunden geschlossen
Aird. Die Periodendauer vom Abschalten bis zum nächsten Abschalten wird also durch
den Zeitschalter 7 mit 38 Sekunden konstant gehalten durch entsprechende
Verlängerung der Laufzeit der Pumpe.
-
d) Der Druckschalterkontakt 6 bleibt dauernd geschlossen.
Dies tritt ein, wenn der Ausschaltdruck Ha bei Verbrauchsmengen über q
= 0,7 1,isec nicht erreicht werden kann. Der Selbstschalter 2 bleibt
dann dauernd gezogen, und diePumpe läuft dauerndwiebeireinerDruckschaltung.
-
Die vorstehenden Überlegungen zeigen, daß das Pumpwerk bei Verbrauchsmengen
bis q = 0,13 und über q = 0,66 in reiner Druckschaltung
arbeitet, weshalb in Fig. 4 für diese Verbrauchsmengen die Verfahrenskennlinien
Ha, Ad, Fd, Ed, Pd, Sd identisch mit den in Fig. 1
gleich bezeichneten
Linien sind.
-
Bei Verbrauchsmengen q = 0,13 bis 0,66 wird die
Periodendauer Pp = 38 Sekunden = konstant. Die Füllzeit Fp des Kessels,
die gleich der Laufzeit der Pumpe ist, wird nur so weit verlängert, daß sich zusammen
mit der Entleerungszeit Ep diese Periodendauer von 38 Sekunden ergibt. Durch
die verlängerte Laufzeit der Pumpe wird der größte Druck im W indkessel größer als
der Ausschaltdruck Ha des Druckschalters, und es treten größte Drücke entsprechend
der Linie Hp auf. Dadurch wird auch die Entleerungszeit auf die durch die Linie
Ep dargestellten Werte verlängert. Bei einer bestimmten Verbrauchsmenge von
Z. B. q = 0,2 l/sec stellen sich die in Fig. 4 angegebenen
Werte von Hp = 32,3 m, Ep = 28 Sekunden, Fp = 10
Sekunden von selbst ein, wenn die Periodendauer Pp # 38 Sekunden und damit
die Schalthäufigkeit Sp = 95
Schaltungen pro Stunde konstant gehalten wird.
-
Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens nach Fig. 4 liegt in dem
kleinen Arbeitsverbrauch bei kleinen und mittleren Verbrauchsmengen q. Im
mittleren Diagramm der Fig. 4 gibt die Linie Ap den Arbeitsverbrauch bei der zuletzt
besprochenen Variante mit konstanter Periodendauer an, der nur sehr wenig größer
als bei reiner Druckschaltung ist. Zum Vergleich ist die Kennlinie Az der Variante
nach Fig. 3 und die Kennlinie A des bekannten Verfahrens nach Fig.
2 mit fördermengenmäßiger Ab-
schaltung des Motors eingezeichnet. Bei z. B.
q = 0,2 1/sec ist A = 0,66, Az # 0,36, Ap
= 0,25, während bei reiner Druckschaltung A il
= 0,24 kWhj'm3 wäre. Diese Unterschiede sind durch die Laufzeit der Pumpe
während einer
Periode bedingt. Bei dem bekannten Verfahren nach
Fig. 2 läuft die Pumpe dauernd (A'= 0,66), beim Verfahren nach Fig.
3 äuft sie 30 Sekunden (A z = 0,36), beim Verfahren
nach Fig. 4 nur i0 Sekunden (Ap = 0,25), bei der reinen Druckschaltung
nach Fig. 1 nur 6,8.Sekunden (Ad = 0,24).
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. 4 kann also bei gleicher
maximaler Schalthäufigkeit mit einem viel kleineren Windkessel bei allen Verbrauchsmengen
q fast der gleiche Arbeitsverbrauch wie bei der reinen Druckschaltung erreicht werden.
Die Schalthäufigkeit kann auch bei unbelüftetem Windkessel nie größer werden, als
der durch den Zeitschalter vorbestimmten Periodendauer entspricht. Es werden dann
wegen des kleineren Speichervolumens nur die Entleerungszeiten kürzer, die Laufzeiten
der Pumpe daher länger und der Arbeitsverbrauch etwas größer, bis der Kessel wieder
voll belüftet ist. Störungen in den selbsttätigen Schaltgeräten oder im Motor wegen
Entweichens der Druckluft aus dem Kessel und dadurch bedingter zu großer Schalthäufigkeit
können bei allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich nicht
mehr auftreten.
-
Die Arbeitsweisen der verschiedenen Varianten des erfindungsgemäßen
Verfahrens wurden an Hand eines kleinen Hauswasserpumpwerkes erklärt, bei dem nur
eine Pumpe mit kleiner Leistung gesteuert wird, wobei außerdem der Einschaltdruck
bei allen Verbrauchsmengen gleich groß angenommen wurde, entsprechend der Arbeitsweise
eines gewöhnlichen Druckschalters. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber mit
großem Vorteil auch bei mittleren und großen Pumpwerken mit einer oder mehreren
Pumpen und auch in Verbindung mit sogenannten Verbrauchsdruckschaltern angewendet
werden.
-
Bei einem mittleren Pumpwerk mit einer Pumpe, die z. B. beim Einschaltdruck
10 1/sec fördert, müßte bei reiner Druckschaltung ein Windkessel mit etwa
4000 1
Inhalt vorgesehen werden, um die größte Schalthäufigkeit auf den für
Pumpwerke dieser Größe üblichen Wert von 15 Schaltungen pro Stunde, also
die kleinste Periodendauer auf 4 Minuten zu begrenzen. Der Preis dieses Windkessels
würde die Anschaffungskosten erheblich erhöhen. Ein Betrieb mit fördermengenabhängiger
Abschaltung des Motors kann nicht angewendet werden, weil der dabei auftretende
viel höhere Stromverbrauch bei einem Pumpwerk dieser Größe nicht in Kauf genommen
werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Variante nach Fig.
4, ermöglicht die Verwendung eines Windkessels von 1000 1 Inhalt, wobei der
mittlere Stromverbrauch nur wenige Prozente größer als bei reiner Druckschaltung
wird. Die kleinste Periodenzeit würde in diesem Fall zeitabhängig mit 4 Minuten
festzulegen sein. Pumpwerke mit nur einer Pumpe werden üblicherweise nur bis zu
einer größten Pumpenliefermenge von 20 1/sec ausgeführt, wobei bisher ein Windkesselvolumen
von etwa 80001 notwendig war, das beim erfindungsgemäßen Verfahren auf etwa
2000 1 herabgesetzt werden kann.
-
Bei noch größeren Pumpwerken werden mehrere parallel arbeitende Pumpen
vorgesehen, von denen jede durch einen eigenen Druckschalter gesteuert wird. Die
Druckschalter werden so eingestellt, daß der Einschalt-,druck der zweiten, dritten
usw. Pumpe immer etwas niedriger ist als der Einschaltdruck der ersten, zweiten
usw. Pumpe. Bei dieser bekannten Stufendruckschaltung arbeitet bei allen Verbrauchsmengen
immer nur eine Pumpe in Druckschaltung, während sich bei größeren Verbrauchsmengen
für eine entsprechende Anzahl-Pumpen von selbst ein dauerndes Laufen ergibt. Der
Windkessel muß dabei nur entsprechend der Liefermenge einer Pumpe bemessen werden,
wird aber trotzdem sehr groß, weil man nur möglichst wenige große Pumpen vorsieht,
um gute Pumpenwirkungsgrade zu erhalten. Um mit kleinerem Windkessel auszukommen,
wurden i bishe r-'- auch häufig die einzelnen Pumpen rein in Abhängigkeit von der
Verbrauchsmenge zu- und abgeschaltet. Es laufen dann immer eine entsprechende Anzahl
Pumpen dauernd und haben daher einen größeren Arbeitsverbrauch als bei der Stufendruckschaltung,
der im Interesse kleinerer Anschaffungskosten in Kauf genommen wurde. Durch Anwendung
des erfindungsgernäßen Verfahrens nach Fig. 4 bei jeder einzelnen Pumpe kann auch
bei diesen großen Pumpwerken das Windkesselvolumen auf etwa ein Viertel herabgesetzt
und der Stromverbrauch weit niedriger als bei der rein mengenmäßigen Schaltung der
Pumpen gehalten werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei der sogenannten «#7erbrauchs-Druckschaltung
angewendet werden, wenn an Stelle eines gewöhnlichen Druckschalters ein Verbrauchsdruckschalter
(österreichisches Patent 150 811) verwendet wird, dessen Ein- und Ausschaltdruck
mit steigender Verbrauchsmenge größer wird, um die hydraulischen Reibungswiderstände
im zu versorgenden Verbrauchsnetz zu kompensieren. Auch bei der sogenannten Stufen-Verbrauchs-Druckschaltung
(deutsche Patentschrift 709 272, österreichische Patentschrift
709272/195) großer Pumpwerke mit mehreren durch je
einen V#rbrauchsdruckschalter
gesteuerten Pumpen kann so wie bei der gewöhnlichen Stufendruckschaltung bei Anwendung
des Verfahrens nach Fig. 4 ein wesentlich kleinerer Windkessel vorgesehen werden.