Die Erfindung betrifft eine Doppelpumpe mit einer ersten Pumpe
zur Erzeugung von kleineren Förderströmen Qkl bei vorgebbarem
Differenzdruck zwischen der Pumpenansaug- und der
Pumpenauslaßseite und einer zur ersten Pumpe zuschaltbaren
zweiten Pumpe zur Erzeugung von größeren Förderströmen Qgr und
einer die beiden Pumpen steuernden Pumpensteuerung.
Doppelpumpen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt
und werden u. a. in Heizkreisläufen eingesetzt, um
Bedarfsspitzen des geförderten Heizungswassers abdecken zu
können. Moderne Doppelpumpen werden dabei durch Veränderung der
Drehzahl auf konstanten oder vorgegebenen variablen Endruck
geregelt.
Dabei kommen zwei Steuerungskonzepte für die Doppelpumpen zum
Einsatz. Beim ersten Steuerungskonzept werden die beiden Pumpen
der Doppelpumpe über den gesamten Regelungsbereich zur Deckung
des benötigten Förderstroms synchron, d. h. mit gleicher
Drehzahl, betrieben. Beim zweiten Konzept wird dagegen zuerst
lediglich eine der beiden Pumpen zur Deckung des geforderten
Förderstroms verwendet. Sobald diese Pumpe ihre maximale
Drehzahl erreicht hat, wird die zweite Pumpe zugeschaltet und
zur Deckung noch größerer Förderströme kontinuierlich
hochgeregelt, wobei die erste Pumpe weiterhin mit maximaler
Drehzahl läuft.
Nachteilig wirkt sich bei diesen Steuerungskonzepten jedoch der
erhöhte Energiebedarf aus. So ist der Wirkungsgrad der Pumpe
bekanntlich stark abhängig vom Förderstrom.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer
herkömmlichen Doppelpumpe zu verbessern ohne den Aufbau der
Doppelpumpe zu verändern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Pumpensteuerung die Drehzahl der ersten Pumpe ausgehend von
kleineren Förderströmen bis zum Erreichen eines bestimmten
größeren Förderstroms Q* kontinuierlich erhöht, wobei bis zum
Erreichen des bestimmten Förderstroms Q* die zweite Pumpe
ausgeschaltet ist, und daß die Pumpensteuerung bei Erreichen
des Förderstroms Q* die zweite Pumpe zur ersten Pumpe
zuschaltet, und für alle Förderströme Q<= Q* (Q größer gleich
Q*) beide Pumpen mit annähernd der gleichen Drehzahl fördern.
Eine derartige Steuerung hat den Vorteil, daß die beiden Pumpen
der Doppelpumpe fast im gesamten Förderbereich näher an ihrem
jeweiligen Wirkungsgradoptimum fördern, so daß sich hierdurch
der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Doppelpumpe
erhöht.
Ein derartiger Betrieb der Doppelpumpe hat weiterhin den
Vorteil, daß ohne einen separaten Drucksensor, nur durch
Erfassung und Auswertung der pumpeninternen Parameter Drehzahl,
Strom und aufgenommene Leistung, eine gute Regelgenauigkeit
erreicht werden kann. Diese Regelgenauigkeit ist deshalb
gewährleistet, da das Zuschalten der zweiten Pumpe in einem
Bereich fällt, in dem die Leistungsaufnahme bei zunehmendem
Förderstrom der ersten Pumpe noch steil genug ansteigt, so daß
eine Leistungsänderung genügend genau ermittelbar ist und somit
bei erreichtem Förderstrom Q* die zweite Pumpe zugeschaltet
werden kann. Dies ist bei bekannten Doppelpumpen, welche
mittels des zweiten Steuerungskonzepts betrieben werden nicht
gewährleistet, da im Bereich der maximalen Drehzahl die
Leistungskurve flach bzw. fallend verläuft und durch die
Beobachtung der Leistungsaufnahme der ersten Pumpe der
Zuschaltpunkt der zweiten Pumpe nicht hinreichend genau
ermittelbar ist.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die zweite Pumpe bei
sinkendem Bedarf nicht bei dem gleichen Förderstrom Q*
abgeschaltet wird, bei dem sie vorher zugeschaltet wurde, damit
ein instabiler Betriebszustand vermieden wird. Die so
vorgegebene Hysterese verhindert ein dauerndes Zu- und
Abschalten der zweiten Pumpe und einen damit einhergehenden
schnellen Verschleiß der Doppelpumpe.
Nachfolgend wird anhand von Diagrammen die Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Ein Förderhöhe-Förderstrom-Diagramm für eine
Doppelpumpe;
Fig. 2 ein Leistungsaufnahme-Diagramm für eine
Doppelpumpe im Synchron- sowie im lastabhängigen
Zuschaltbetrieb;
Fig. 3 ein Förderhöhe-Förderstrom-Diagramm für die
erfindungsgemäße Doppelpumpe;
Fig. 4 ein Leistungsaufnahme-Förderstrom-Diagramm für
eine Pumpe der Doppelpumpe.
Fig. 1 zeigt ein Förderhöhe-Förderstrom-Diagramm mit
eingezeichneten Pumpen und Verbraucherkennlinien für die beiden
aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungskonzepte.
Fig. 2 zeigt für eine bestimmte konstante Förderhöhe die
Leistungsaufnahme der beiden aus dem Stand der Technik
bekannten und oben erläuterten Steuerungskonzepten für
Doppelpumpen. Es ist deutlich zu erkennen, daß die benötigte
Leistung zur Erzielung eines bestimmten Förderstroms Q bei
kleinen Förderströmen im Synchronbetrieb (erstes
Steuerungskonzept) größer ist als beim lastabhängigen
Zuschaltbetrieb (zweites Steuerungskonzept), bei dem nach
Erreichen der maximalen Drehzahl der ersten Pumpe die zweite
Pumpe hinzugeschaltet wird. Die Leistungskurven der beiden
Steuerungskonzepte schneiden sich bei größer werdenden
Förderströmen beim Förderstrom Q*. Bei Förderströmen Q größer
Q* ist die Leistungsaufnahme des Synchronbetriebs der
Doppelpumpe deutlich geringer als die des Zuschaltbetriebes bei
Erreichen der maximalen Drehzahl der ersten Pumpe. Die
Leistungskurven decken sich konsequenterweise bei sehr großen
Förderströmen, wenn beide Pumpen mit maximaler Drehzahl
fördern.
Aus dem Leistungsdiagramm der Fig. 2 ist ferner zu entnehmen,
daß die Leistungsaufnahme beim Zuschalten der zweiten Pumpe
(zweites Steuerungskonzept) sprunghaft steigt.
Durch das erfindungsgemäße Zuschalten der zweiten Pumpe bei dem
Förderstrom Q* wird erreicht, daß die Leistungsaufnahme P der
Doppelpumpe jeweils dem niedrigsten Kurvenverlauf ober- und
unterhalb des Förderstroms Q* der beiden Steuerungskonzepte
entspricht.
Zur Erzielung des stabilen Betriebszustands erfolgt, wie aus
Fig. 3 ersichtlich ist, das Zuschalten der zweiten Pumpe nicht
beim gleichen Förderstrom wie das Abschalten. Dabei muß der
Förderstrom Qzu zur Erzeugung einer Hysterese größer als der
Abschaltförderstrom Qab gewählt werden.
Fig. 4 zeigt die Leistungsaufnahme der ersten Pumpe für eine
konstante Drehzahl. Es ist deutlich zu erkennen, daß sich der
Kurvenverlauf für Förderströme Q größer Q* abflacht und bei
noch größeren Förderströmen sogar fallend ist. Würde kein
externer Drucksensor zur Ermittlung der Druckdifferenz zwischen
Pumpenansaug- und Pumpenauslaßseite verwendet, sondern würden
ausschließlich die pumpeninternen Parameter Drehzahl,
aufgenommene Leistung sowie Stromaufnahme beobachtet, so kann
durch den bis zum maximalen Förderstrom flach bzw. abfallenden
Kurvenverlauf der Leistungsaufnahme nicht sicher festgestellt
werden, wann der maximale Förderstrom der Pumpe erreicht ist.
Durch das erfindungsgemäße Zuschalten der Pumpe bei dem
Förderstrom Q*, welcher deutlich kleiner ist als der
Förderstrom Q bei maximaler Drehzahl der ersten Pumpe, wird
erreicht, daß das Zuschalten der zweiten Pumpe in einen Bereich
der Leistungsaufnahme-Kurve gem. Fig. 4 fällt, bei dem der
Kurvenverlauf noch genügend steil ansteigend ist, so daß mit
der Beobachtung der pumpeninternen Parameter der Zuschaltpunkt
hinreichend genau bestimmbar ist.
Die Ermittlung des Differenzdrucks bzw. des momentan
geförderten Förderstroms Q einer Pumpe mit Hilfe der
pumpeninternen Parameter ist Stand der Technik und soll hier
nicht weiter erläutert werden.