DE2151885A1

DE2151885A1 - Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines UEberdruckes in einem Verteilersystem fuer ein Stroemungsmedium

Info

Publication number: DE2151885A1
Application number: DE19712151885
Authority: DE
Inventors: Francois Duveau
Original assignee: POMPES ESSA MICO SA
Current assignee: POMPES ESSA MICO SA
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1972-04-27
Also published as: FR2110599A5; GB1363736A; IT939961B

Description

P ΑΤΓΝΤΑΝ V/A LTE

SOCIETE ANONYME POMPES ESSA-MICO, 78 Carrieres s/Seine, Prankreich

Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines Überdruckes in einem Verteilersystem für ein Strömungsmedium

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines Überdruckes in einem Verteilersystem für ein Strömungsmedium, insbesondere in-einem hydraulischen Verteilersystem, mit einer oder einer Anzahl von Druckpumpen. .

Einrichtungen der vorstehend genannten Art dienen dazu, gleichzeitig eine Steigerung des Durchsatzes und der Druckhöhe in einem System, beispielsweise in einem Hydrauliksystem zu erzielen, das von einem allgemeinen Wasserverteilungswerk Druckwasser abzweigt und ein Verteilersystem speist, dessen Durchsatz starken Schwankungen unterworfen sein kann, wie dies z.B. bei großen Wohnblöcken der Pail ist. Es handelt sich dabei darum, den jeweils auftretenden Spitzenbedarf ohne einen Abfall des Druckes unter einen vorbestimmten Druckwert zu decken.

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In den letzten Jahren ist dieses Problem mittels einer Einrichtung hydro-pneuiaatischer Art gelöst v/orden, bei der eine oder mehrere Kreiselpumpen, gesteuert durch, eine nach dem Prinzip "Alles oder nichts" arbeitende steuervorrichtung, einen, eine bestimmte Luftmenge umschließenden Druckraum speisen, welche ein elastisches Druckpolster "bildet und deren Volumensänderungen zwischen zwei vorbestimmten und von einer geeigneten Einrichtung gemessenen Drücken dazu herangezogen werden, auf einfache Weise die Arbeitszeit der Pumpe bzw. der Pumpen festzuliegen. Abgesehen von ihren ungünstigen Charakteristiken bedingt diese Einrichtung die Verwendung einer elektrischen Kompressorgruppe und der zugehörigen Ausrüstung. Bas bedingt eine zwar einfache, jedoch nicht vernachlässigbare Wartung, um dafür Gewähr zu tragen, daß das Luftpolster stets aufrechterhalten wird, da dieses, sei es durch Mikrorisse oder durch natürliche Auflösung im Wasser stets zur Verringerung neigt. ' ■ " . .

In dem Bestreben, den Investitionsaufwand und den Platzbedarf, die Anzahl der benötigten Arbeitskräfte und den elektrischen Energieverbrauch nach Möglichkeit zu verringern, ist man in letzter Zeit dazu übergegangen, Oberdruckanlagen ohne Reservoir - und infolgedessen auch ohne Kompressor - auf den Markt zu bringen, in denen eine Pumpe zur Aufrechterhaltung des Druckes dauernd läuft, um den notwendigen und ausreichend hohen Druck in dem Verteilersystem aufrechtzuerhalten und dabei zusätzlich den vom Stadtwerk angelieferten Druck auf seiner richtigen manometrischen Höhe zu halten. Dies geht ohne Schwierigkeiten, zumindest bei geringen Durchsätzen. Eine bestimmte Schwie-

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rigkeit entsteht lediglich im Zusammenhang mit der Notwendigkeit, auch den Spitzenbedarf zu decken, ohne unvernünftigerweise die Pumpe überzudimensionieren. Diese Schwierigkeit tritt insbesondere bei Wohnblöcken oder in Bürogebäuden auf, in denen der Spitzenbedarf, wenn er auch nur für eine sehr kurze Zeitdauer anhält, außergewöhnlich hoch ist« Dies hat dazu geführt, eine oder mehrere Gruppen sehr geringer Leistungsfähigkeit einzusetzen, die einer oder mehreren anderen, im Betrieb befindlichen Gruppen überlagert werden, um den Spitzenbedarf zu decken. Die funktioneile Ungleichheit der Gruppen eines solchen Systems untereinander bringt jedoch eine zusätzliche Komplikation insofern mit sich, als auf Grund der unbedingt notwendigen Sicherstellung der Wasserversorgung im allgemeinen eine Reserveanlage oder -gruppe aufgestellt werden muß.

Man hat auch bereits daran gedacht, das Problem der Deckung des Spitzenbedarfes dadurch zu lösen, daß man die Pumpengeschwindigkeit kontinuierlich oder stufenweise verändert. Jedoch verändert sich der Durchsatz eines Elektro-Kreiselpumpensatzes nur linearproportional zur Pumpendrehzahl, so daß es schwierig ist, einer Vervielfachung des Durchsatzes um das Drei- bis Vierfache Rechnung zu tragen, Darüberhinaus aber steigt die Förderhöhe der Pumpe im Verhältnis zum Quadrat der Pumpendrehzahl und die aufgenommene Leistung sogar im Verhältnis zur dritten Potenz der Drehzahl.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines Überdruckes in .einem Verteilersystem für ein Strömungsmedium vorzuschlagen, mittels der in einfacher und wirtschaftlich vertretbarer Weise

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die vorstehend geschilderten Nachteile behoben werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß mindestens eine der in der Einrichtung vorgesehenen Druckpumpen in beiden Drehrichtungen antreibbar und umsteuerbar ist.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß es möglich ist, bei jeder beliebigen Kreiselpumpe den Rotor in beiden Richtungen rotieren zu lassen. Diese immer vorhandene Möglichkeit ist jedoch bisher niemals ausgenützt worden, zunächst deshalb, weil nie die Zweckmäßigkeit eines solchen Vorgehens erkannt worden ist, vor allem aber deshalb, weil der Blick dafür durch das ständige Bestreben nach einem maximalen Wirkungsgrad getrübt wurde. Dieses Bestreben führt nämlich dazu, daß der Betrieb der Pumpe' in einer Drehrichtung stets zu Gunsten der anderen Drehrichtung aufgegeben wird.

Es ist jedoch stets möglich, eine Pumpe im Sinne einer Verringerung des Verhältnisses zwischen dem größten und dem kleinsten Parameter auszulegen, der zur Charakterisierung des Pumpenbetriebes gewählt wird, so daß man einen vernünftigen Kompromiß eingeht. Dies gilt insbesondere für den am meisten auftretenden Fall eines Hydraulikkreislaufes, der an ein Druckwasserverteilungsnetz angeschlossen ist, wobei der Wert dieses Verhältnisses deshalb relativ niedrig ist, weil der Netzdruck zu dem Einspeisedruck hinzu kommt.

Auf Grund des Erfindungsgedankens ist es also möglich, jede Pumpe zu verwenden, die in beiden Drehrichtungen betreibbar ist und die somit für jede Pumpe zwei unterschiedliche Durchsätze liefert, d.h. also 2n verschiedene

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Durchsätze für η Pumpen.

Erfindungsgemäß werden deshalb eine oder mehrere Gruppen verwendet, die jeweils aus zwei Pumpen gleicher Charakteristiken bestehen. Dabei werden durch den Betrieb jeder Pumpe in beiden Drehrichtungen 2n Durchsätze erhalten, die miteinander in allen Kombinationsmöglichkeiten kombiniert v/erden können und es somit möglich machen, im Druck-Durchsatz-Diagramm eine Stufenkurve zu bilden, die sich der Idealkurve umsomehr annähert, je höher die Anzahl der einzelnen Stufen ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es stets möglich ist, nur eine einzige Reservepumpe einzusetzen, weil alle Pumpen untereinander identisch sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen.

Es zeigen:

Pig. 1 ein Betriebsdiagramm für eine aus zwei Pumpen bestehende Pumpengruppe und

Pig. 2 ein elektrisches Schaltechema, das den Betrieb der Pumpen gemäß Pig. 1 sicherstellt.

In dem in*^:Pig. 1 dargestellten Diagramm sind auf der Abszisse die Durchsätze und auf der Ordinate die Drücke aufgetragen. Dieses Diagramm bezieht sich auf eine Gruppe von

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zwei Pumpen, die mit A und B bezeichnet seien, wobei durch den Zusatz des (+) und des (—) angegeben ist, daß die jeweilig betrachtete Pumpe in der direkten Drehrichtung läuft, d.h. in derjenigen mit der höchsten Leistung, oder in der umgekehrten Richtung, in der sie die niedrigste leistung erbringt.

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei als Verhältnis der Druckhöhen in der einen oder anderen Drehrichtung ein Wert von etwa 0,66 angenommen, obwohl sich ein besseres Verhältnis erzielen läßt. Dieses Verhältnis steigert sich, wenn die Pumpen mit ihrer Ansaugseite, an ein Druckverteilungsnetz angeschlossen sind.

In dem Diagramm ist mit N der Punkt bezeichnet, der dem vom Netz garantierten Druck- und Durchsatzwert entspricht. Man kann annehmen, daß die zur Durchsatzachse durch den Punkt N verlaufende Parallele das theoretische piezometrische Niveau des Netzes wiedergibt., obwohl sich tatsächlich die gestrichelt dargestellte Kurve N¹ einstellen wird. Das Verhältnis der Staudruckhöhen verbessert sich somit bei kleinen Durchsätzen. Dies wird jedoch in der Praxis vernachlässigt und dem lediglich insoweit Rechnung getragen, daß dadurch der Unsicherheitsfaktor in der Berechnung verbessert wird.

Pur die nachfolgend noch näher erläuterte gewählte V/irkungsweise v/erden folgende Kurven herangezogen:

PA (-) entsprechend dem lauf nur der Pumpe A; PA (-) +■ PB (-) entsprechend dem Betrieb der Pumpen P A

(-) und B (-) in Parallelschaltung;

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PA (+) entsprechend dem Lauf nur der Pumpe A (+); PA (+) + P3 (+) entsprechend dem Betrieb der beiden

Pumpen A (+) und B (+) in parallelschaltung.

Schließlich ist mit T noch die Kurve angegeben, die der Belastungszunahme in dem Staukreislauf in dem Maße entspricht, in dem auch der Durchsatz wächst. Dies wäre die Kurve, die einem Idealbetrieb entsprechen würde, während die bevorzugte Betriebsweise einer Sägezahnkurve entspricht, die ausgezogen dargestellt ist und sich logischerweise auf der Kurve T abstützt.

Im oberen Teil des Diagrammes sind die Prozentsätze des Tagesablaufes angegeben, während dessen man mit großer Wahrscheinlichkeit annehmen kann, daß sich der Durchsatz in den vorbestimmten Zonen der Kurve einstellt.

Die Wirkungsweise ist folgende; ~

Während des größten Teil des Tages (90 °ß> im Diagramm) läuft die Pumpe A (-) und hält in dem System einen höheren Druck aufrecht, als er dem Punkt M entspricht. Sobald dieser Druck jedoch auf Grund der Entwicklung des Durchsatzbedarfes erreicht wird, überlagert sich die Pumpe B (-) der pumpe A (-) durch entsprechende Parallelschaltung. Wenn der Druck dann immer noch über demjenigen liegt, der dem Punkt P entspricht, dann laufen die beiden Pumpen A (-) und B (-) zusammen parallel während einer vorbestimmten Zeit (z.B. zwei Minuten). Am Ende dieser Zeit wird die Pumpe B (-) stillgesetzt und lediglich die Pumpe A (-) läuft weiter. Wenn dagegen der Druck P erreicht wird, werden beide Pumpen stillgesetzt

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■und die Pumpe A ( + ) läuft nunmehr in der direkten Drehrichtung an. ·

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß für jeden Druck zwischen den repräsentativen Punkten R und Q die Pumpe A (+) im Betrieb bleibt. Wenn der Druck größer als Q wird, wird die Pumpe auf Halt gesteuert mit einer Verzögerung von beispielsweise 1 Minute 30 Sekunden und es wird wieder der Parallellauf der beiden Pumpen A (-) und B (-) eingeleitet. P Y/ird jedoch der Druck R erreicht, so wird die Pumpe B (+)" der Pumpe A (+) parallel zugeschaltet.

Wenn sich der Druck über dem Punkt· S einstellt, dann hält die Pumpe B (+) nach einer vorbestimmten Verzögerung, beispielsweise 1 Minute 30 Sekunden, an und es verbleibt nur die Pumpe A (+) im Betrieb. Wenn sich aber der Druck über 0 einstellt, werden die Pumpen in der Schaltung A (+) und B (-) in Betrieb gesetzt. Pur jeden Druck zwischen S und K bleiben die Pumpen A (+) und B (+") im Betrieb.

In dem Diagramm sind strichpunktiert drei zur Durchsatzachse parallele linien eingezeichnet, die jeweils durch die Punkte Ψ P, R und S hindurch gehen. Sie geben das Druckniveau wieder, bei dem jeweils die Einschaltung der Pumpe A (+), der Pumpe B (+) und das zeitlich gesteuerte Anhalten der Pumpe B (+) erfolgt. Es ist ersichtlich, daß die Relativlage der drei parallelen linien eine Folge und somit eine Charakteristik der Betriebsweise ist, die als bevorzugte Betriebsweise entsprechend dem Erfindungsgedanken gewählt worden ist.

Unter Berücksichtigung der in der Praxis auftretenden Verteilung der Durchsätze von sehr niedrigen bis zu hohen Wer-

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ten im Verlauf von 24 Stunden läßt sich somit erkennen, daß die Pumpen in der Schaltung A (-) und B (~) alleine "bereits. 70 i<> des täglichen Betriebes erfüllen. Pur den Rest der Zeit ermöglichen Überdrücke in der Größenordnung von 1 bis 3 zunehmend höhere Durchsätze. Von Bedeutung ist, daß die Größenordnung dieses Bereiches, der erhöht erscheinen kann, einem Maximaldruck der Größenordnung entspricht, die man durch Verwendung einer klassischen hydro-pneumatischen Überdruckeinrichtung erhalten hätte, deren Regelbereich zwingend vollständig über dem Punkt K hätte liegen müssen. . -. .

Bei dem vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Pumpen installiert sind, wäre es notwendig, eine Pumpe als Reserve'vorzusehen. Es sei jedoch aufgezeigt, daß es möglich ist, dauernd die dritte Pumpe in Betrieb zu setzen, so daß sie in dem Diagramm zwei zusätzliche Sägezähne der Kurve liefern würde. Dies hätte den Effekt, daß die Sägezahnkurve sich der I^ealkurve nähern würde.

Welche der Pumpen auch immer ausfallen würde, es würden stets die beiden verbleibenden Pumpen hinreichen, um den Spitzenbedarf zu decken.

In Fig. 2 ist ein elektrisches Schaltschema für die Steuereinrichtung wiedergegeben, in dem die Relais schematisch durch Kreise angedeutet sind. Darüberhinaus ist an der Seite jedes gesteuerten Schalters das Bezugszeichen des entsprechenden Relais angegeben. Um das Lesen des Schemas zu vereinfachen, sind weiterhin die Leiter, die Pestkontakte der Schalter und die Klemmen der Relais numeriert. Bestimmte Schalter oder Klemmen sind zum Zwecke der Erinnerung

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- ι ο -

doppelt aufgeführt.

Es sei angenommen, daß die Pumpen mit Dreiphasenwechselstrom von 380 V , transformiert auf 24 V Gleichstrom für die ganze Steueranordnung gesteuert und betrieben sind» In dem Dreiphasen-Schaltkreis sind die Pumpen A und B parallelgeschaltet. Schalter 50, 51 für jede Pumpe sind mechanisch untereinander durch eine schematisch bei 52 dargestellte Einrichtung verbunden.

Die Steuereinrichtung umfaßt zunächst einen Wählschalter 53 für vier Positionen; zwei Positionen, die um 180° auseinander liegen, entsprechen den Haltepositionen. Zwei weitere um 180° auseinander liegende Positionen steuern jeweils die Erregung von Relais R- und Rp, die jeweils, die Pumpe A bzw. die Pumpe B in· Betrieb setzen. Auf diese Weise ist somit die Wahl der zuerst anlaufenden Pumpe möglich. Diese Relais arbeiten in der klassischen Schaltweise derart, daß ein Schutzrelais M E T auf das Ausbleiben von Wasser im Ansaugkanal der Pumpen anspricht.

Es sei angenommen, daß die Pumpe PA als erste Pumpe ausgewählt worden sei, so daß die Erregung des Relais R, durch das das Relais R, erregt wird, auch die Erregung des Relais an der Pumpe PA (-) bewirkt. Durch dieses werden die Kontakte 51, 52 geschlossen, die das Anlaufen der Pumpe PA im Sinne des (-) bewirken.

Wenn der Punkt M des Diagramms erreicht wird, schließt der Kontakt H , der vorzugsweise als Nadelkontakt ausgeführt ist, gesteuert durch den Druck und bewirkt dadurch die Erregung des Relais RA_MQ und somit das Schließen der

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Xontakte 7, 27 und die Erregung des zeitlich gesteuerten Relais RII (ungefähr nach einer Zeit von 1 Minute 30 Sekunden). Dieses schließt die Kontakte 7,29, wodurch das Relais an der Pumpe PB (-) erregt wird und die Kontakte 51, 52 der Pumpe B geschlossen werden. Dadurch läuft die Pumpe P in der durch (■-) gekennzeichneten Richtung an.

Wenn der Druck den dem Punkt P des Diagramms entsprechenden Wert erreicht, bewirkt er das Schließen des Schalters T E 1, wodurch das zeitlich gesteuerte Relais RT₂ und das Relais PA (+) erregt werden und somit der Schalter 17, 12 geöffnet wird. Dadurch wird die Pumpe PA (-) ausgeschaltet und zur gleichen Zeit die Pumpe A im Sinne (+) zum Anlaufen gebracht. Gleichzeitig öffnet sich der Schalter 15, 19, gesteuert durch das Relais PA (+), wodurch die Pumpe PB (-) ausgeschaltet wird.

\ieim. der Druck einen dem Punkt R entsprechenden Wert erreicht, bewirkt er das Schließen-des Schalters PR2, wodurch das Relais RT, und das Relais PB (+) erregt werden und somit die Pumpe PB (+) anläuft.

Der vorstehend geschilderte Ablauf erfolgt in analoger V/eise, wenn der Wählschalter 53 in eine Position gebracht worden ist, in der die Pumpe B als erste Pumpe anläuft.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Schalter 54, 55 durch nicht dargestellte magneto-thermische Relais gesteuert sind, die im Pail einer Überlastung oder eines Ungleichgewichtes der Pumpenmotoren eingreifen. Mit dem Bezugszeichen 56 und 57 sind Anzeigeleuchten bezeichnet, die zueinander parallel liegen. Das unterstützt die Abzweigung der Steueranordnung für eine Hilfspumpe. ·

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Kit den Bezugszeichen MF, MP PR₁'und HP PR₂ sind Druckknöpfe "bezeichnet, die nicht in Punktion treten, sondern lediglich zur Kontrolle der gesamten Anordnung dienen, wenn sie außer Betrieb ist oder der Betrieb auf die erste Pumpe reduziert ist.

Die Erfindung ist selbstverständlich anstelle der im Ausführungsbeispiel gekennzeichneten hydraulischen. Anwendung auch auf pneumatische Verteilersysteme unter Verwendung von Ventilatoren anwendbar.

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines Überdruckes in einem Verteilersystem für ein Strömungsmedium, insbesondere in einem hydraulischen Verteilersystem, mit einer oder einer Anzahl von Druckpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Druckpumpen in beiden Drehrichtungen antreibbar und umsteuerbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens zwei Pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden untersten Durchsatzstufen des Bedarfes an Strömungsmedium die beiden Pumpen in dem ihrer niedrigeren Leistung entsprechenden Drehsinn laufen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß alle Pumpen jeweils in dem einen oder anderen Drehsinn die gleiche leistung und Charakteristik aufweisen.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der zur Deckung des Spitzenbedarfes benötigten Anzahl von Pumpen eine Reservepumpe vorgesehen ist, die jedoch auch im Normalbetrieb eingesetzt ist.
5. Steuerschaltung zur elektrischen Steuerung der Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, daduroh ge-

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-H- V-

kennzeichnet, daß von dem durch die Pumpen gelieferten hydrostatischen Druck gesteuerte SchäTter vorgesehen sind, von denen jeder einem zeitlich gesteuerten Relais zugeordnet ist*
6. Steuerschaltung nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung der einen oder mehreren, im,Drehsinn ihrer niedrigeren Leistung laufenden pumpen ein Steuer-P relais vorgesehen ist, das nach der Erregung desjenigen der zeitlich gesteuerten Relais geschlossen wird, das durch den niedrigsten der genannten hydrostatischen Steuerdrücke beaufschlagt ist.

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