DE3019749A1 - Feuerloeschkreiselpumpe mit einer druckregelungseinrichtung - Google Patents

Description

Feuerlöschkreiselpumpe mit einer Druckregelungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Feuerlöschkreiselpumpe mit einer Druckregelungseinrichtung, die in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe über ein Verstellgestänge od. dgl. die Drehzahl des Pumpenmotors ändert.

Bei Löscheinsätzen ist es besonders wichtig, den Förderdruck der Feuerlöschkreiselpumpe je nach Art der Pumpe bzw. des Löschangriffes auf einen bestimmten Wert zu bringen und während des Pumpenbetriebes auch auf diesem Förderdruckwert zu halten, was durch entsprechende Änderung der Antriebsdrehzahl erfolgt. Zusätzlich zu dieser Förderdrucküberwachung ist es notwendig, die Pumpe vor Kavitation zu schützen, die durch mangelnde Wasserversorgung oder auch durch eine zu große Wasserentnahme u. dgl. entstehen kann. Um eine solche Steuerung der Feuerlöschkreiselpumpe automatisieren zu können, gibt es bereits Druckregler, die über einen einerseits vom Pumpenförderdruck anderseits von einem bestimmten in einem Druckspeicher aufgebauten Vorwahldruck beaufschlagbaren Steuerkolben das Verstellgestänge des Pumpenmotors im Maße des Druckunterschiedes zwischen Förderdruck und Vorwahldruck betätigt. Dabei muß der Vorwahldruck vorerst durch händische Motorverstellung über die Kreiselpumpe im Druckspeicher aufgebaut werden, worauf durch geeignete Umschaltungen dann die Beaufschlagung des Steuerkolbens möglich wird. Es ergeben sich recht komplizierte Vorbereitungsarbeiten für diese Druckregelung, die außerdem auf kleinste Druckdifferenzen in unnötiger Weise reagiert und eine gewisse Instabilität der Steuerung mit sich bringt. Außerdem kommt es mit diesem bekannten Druckregler nur

130CU9/0U5

zu einem sehr ungenügenden Kavitationsschutz, da der Regler mir bei Auftreten sehr großer Druckverluste Kavitation erkennt und dann zwangsweise den Antriebsmotor auf Leerlaufdrehzahl zurücksteuert. Ist durch Kavitation der Druckabfall nur gering oder tritt sie während der Einstellung des Vorwahldruckes auf, spricht der Druckregler überhaupt nicht an,und stellt sich Kavitation erst bei höheren Absolutdrücken ein, kann der Druckregler ebenfalls nicht reagieren, da die Vorspannung einer Feder für die Erkennung der Kavitation maßgebend ist und diese Feder "bei hohem Druckniveau auch durch einen entsprechenden Druckabfall nicht wirksam werden kann. Dazu kommt noch, daß bei erkannter Kavitation die Pumpe durch die Rückstellung des Motors auf Leerlaufdrehzahl praktisch außer Funktion gesetzt wird und dem Feuerwehrmann daher von vornherein die Möglichkeit genommen ist, ohne Rücksicht auf die Lebensdauer der Pumpe vielleicht notwendige Rettungsmaßnahmen zu setzen und während des Pumpenbetriebes entsprechende Maßnahmen zum Beseitigen der Kavitation ergreifen zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und eine Feuerlöschkreiselpumpe der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die auf Grund ihrer Druckregelungseinrichtung einen vollautomatischen Betrieb/erlaubt, den gewünschten Förderdruck ohne händisches Zutun anfährt und konstant hält sowie auftretende Kavitation sicher erkennt und sie in feuerwehrtechnisch sinnvoller Weise zu beseitigen ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Druckregelungseinrichtung ein Steuergerät und einen dem Verstellgestänge zugeordneten Stellmotor aufweist, wobei das SteuergerätinAbgleichung des von einem Druckgeber gelieferten Förderdruck-Istwertes mit einem vorwählbaren Förderdruck-Sollwertbereich den Stellmotor bei einem Istwert unterhalb des Sollwertbereiches im Sinne einer Dreh-

130049/0U5

zahlsteigerung und bei einem Istwert oberhalb dieses Sollwertbereiches im Sinne einer Drehzahlsenkung ansteuert. Es braucht also nur mehr auf einem entsprechenden Wahlschalter des Steuergerätes der gewünschte Förderdruck-Sollwertbereich eingestellt zu werden und der Pumpenmotor wird über den Stellmotor automatisch auf eine Drehzahl gebracht, mit der die Löschkreiselpumpe einen innerhalb des Sollwertbereiches liegenden Förderdruck liefert. Dieser Sollwertbereich kann dabei unterschiedlich breit gewählt werden, wobei eine gewisse Bereichsbreite vorteilhaft ist, um den Stellmotor nicht dauernd zu aktivieren und zu überfordern. Eine Förderdruckschwankung innerhalb dieses Sollwertbereiches ist außerdem durchaus zulässig. Ist nun durch den entsprechenden Wahlschalter ein Sollwert eingestellt, kann die Pumpe auch bereits bei ihrer Inbetriebnahme diesen Wert selbständig anfahren, was vor allem in Verbindung mit einer automatischen Ansaugpumpensteuerung besonders günstig ist. Der Stellmotor, der ein elektrischer oder ein pneumatischer bzw. hydraulischer Motor sein kann, betätigt nun das Verstellgestänge des Pumpenmotors solange, bis die untere Grenze des Sollwertbereiches erreicht ist, worauf der Stellmotor abgeschaltet wird. Je nachdem, ob nun der Förderdruck-Istwert den Sollwertbereich nach oben oder nach unten verläßt, wird über das Steuergerät der Stellmotor wieder im Sinne einer gewünschten Abgleichung von Istwert und Sollwertbereich aktiviert, und, unabhängig davon, ob die Pumpenbelastung steigt oder durch Abschalten von Verbrauchern die Belastung sinkt, wird der Förderdruck innerhalb des Sollwertbereiches gehalten. Zum Einstellen dieses Solldruckbereiches dient vorzugsweise ein Potentiometer aber genauso könnten auch entsprechende Druckschalter od. dgl. Verwendung finden. In einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist ein dem Steuergerät die Pumpendrehzahl ein-

13 0049/0145

speisender Drehzahlgeber vorgesehen und das Steuergerät vergleicht den dieser Drehzahl entsprechend dem Pumpenkennlinienfeld zugeordneten Förderdruck-Normalwert mit dem Förderdruck-Istwert, wobei eine bestimmte Abweichung des Istwertes vom Normalwert eine Signaleinrichtung auslöst und/oder den Stellmotor im Sinne einer DrehzahlSenkung einsetzt. Um auf Kavitation richtig geagieren zu können, muß die Regelungseinrichtung diese auch erkennen, wozu es sicher nicht genügt, wenn #ie bisher nur extrem starker Druckabfall als Zeichen für das Auftreten von Kavitation heranziehbar ist. Kavitation kann ja bereits beim Anfahren des vorgewählten Förderdruckes entstehen, sie kann aber auch eintreten, wenn durch einen zusätzlich eingeschalteten Verbraucher die von der Pumpe gerade noch ohne Kavitation bewältigbare Fördermenge überschritten wird. Um daher auf jeden Fall Kavitation aufzuzeigen, muß auch geringster Druckabfall erkannt werden, wofür nun das Verhalten der Druckregelungseinrichtung selbst als Parameter herangezogen wird. Erreicht nämlich der Förderdruck nicht den eingestellten Wert, wird über den Stellmotor die Drehzahl gesteigert. Bei Auftreten von Kavitation ergibt dies aber keine gleichwertige Drucksteigerung,· was das Steuergerät als Erkennungsmerkmal für Kavitation erfaßt. Für das Steuergerät ist daher Kavitation dann gegeben, wenn der bei der entsprechenden Antriebsdrehzahl gemäß dem Pumpenkennlinienfeld zugeordnete Normalwert des Förderdruckes nicht erreicht wird, sondern der Förderdruck-Istwert unterhalb dieses Normalwertes bleibt. Ist die Kavitation so von der Druckregelungseinrichtung erkannt, wird ein optisches oder akustisches Signal ausgelöst, um dem Feuerwehrmann die Möglichkeit zu geben, ohne die Löscharbeiten zu unterbrechen, Maßnahmen zur Kavitationsbeseitigung ergreifen zu können. Zusätzlich kann auch automatisch der Stellmotor die Antriebsdrehzahl senken,

130049/OUS

um auf diese Weise aus der Kavitation herauszukommen, welcher Weg bei einem Feuerwehreinsatz aber nicht immer optimal ist, da oft das zu rettende Gut einen größeren Wert als die Pumpe darstellt.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das Steuergerät nur die bei maximaler Pumpendrehzahl herrschenden Druckverhältnisse erfaßt, wobei vorzugsweise für die maximale Drehzahl die entsprechende Endlage des Stellmotor und für die Druckverhältnisse ein auf den erforderlichen Förderdruck-Normalwert eingestellter Druckschalter maßgebend sind. Dem Steuergerät braucht also nicht das gesamte Kennlinienfeld der Kreiselpumpe eingespeichert zu werden, sondern es wird abgewartet, bis die Regelungseinrichtung automatisch auf die maximale Motordrehzahl geregelt hat. Wird der zu dieser maximalen Drehzahl gehörende Förderdruck-Normalwert nicht erreicht, ergibt sich das gesuchte Kavitationsmerkmal. Konstruktiv einfach läßt sich dies dadurch verwirklichen, daß einerseits ein am entsprechenden oberen Totpunkt des Stellmotors vorgesehener Endschalter das Erreichen der maximalen Drehzahl signalisiert und anderseits ein auf den jeweiligen Pumpentypus eingestellter Druckschalter das Nichterreichen des Förderdruck-Normalwertes anzeigt.

Um außerdem Mißdeutungen beim Auftreten von Druckabweichungen vermeiden und die Möglichkeit berücksichtigen zu können, daß nicht Kavitation vorliegt, sondern Luft in die Saugleitung eingedrungen ist, was ebenfalls zu Drucksenkungen führt und trotz Drehzahlerhöhung nicht den Normalwert des Förderdruckes entstehen läßt, ist erfindungsgemäß in der Pumpensaug- oder -druckleitung ein Strömungswächter od. dgl. eingebaut, der bei fehlender Strömung die ein Auslösen der Signaleinrichtung und/ oder einen Einsatz des Stellmotors auf Grund einer Abweichung des Förderdruck-Istwertes vom Forderdruck-Normal-

130049/0145

wert unterbindet. Spricht nämlich dieser Strömungswächter an, ist keinesfalls Wassermangel gegeben, da ja Strömung vorliegt, und der Druckabfall ist ausschließlich auf Kavitation zurückzuführen. Ist aus Gründen abgeschlossener Druckleitungenkeine Strömung vorhanden, würde zwar der Strömungswächter nicht ansprechen, doch wird bei Wasserfüllung der Pumpe in diesem Fall der gewünschte Druck sicher erreicht werden, d.h. Kavitation kann bei diesen Betriebsverhältnissen ohnehin nicht auftreten, so daß es keine Fehlanzeigen mehr gibt.

Erfindungsgemäß kann als Strömungswächter ein auf einen niederen, etwa dem inneren Widerstand der Pumpenanlage entsprechenden Druck, z.B. 2 bar eingestellter Druckschalter in der Pumpendruckleitung dienen. Da Kavitation erst bei einem Druck auftritt, der größer ist als der innere Widerstand der Pumpenanlage, reicht es vollkommen aus, einen echten Strömungswächter durch einen derartigen Druckschalter zu ersetzen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise- in einem reinen Schaltschema veranschaulicht.

Eine Feuerlöschkreiselpumpe 1 wird mittels eines Motors 2 angetrieben, dessen Drehzahl ober ein Verstellgestänge 3 oder eine andere Verstelleinrichtung variiert werden kann. Der Verstelleinrichtung 3 ist ein Stellmotor 4 zugeordnet, der über ein elektronisches Steuergerät 5 in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe 1 ansteuerbar ist. Ein Druckgeber 6 liefert dazu dem Steuergerät 5 den Förderdruck-Istwert und das Steuergerät 5 vergleicht nun diesen Istwert mit dem über einen an ein Potentiometer oder dgl. angeschlossenen Drehschalter 7 vorwählbaren Förderdruck-Sollwertbereich. Liegt der Istwert unterhalb des Sollwertbereiches, wird der Stellmotor 4 im Sinne einer Drehzahlerhöhung,und liegt der Istwert oberhalb des Sollwertbereiches, wird der Stell-

130049/OUS

motor 4 im Sinne einer Drehzahlsenkung angesteuert, wodurch der Förderdruck der Pumpe auf einem innerhalb des gewählten Sollwertbereiches liegenden Wert gehalten wird.

Um eventuell auftretende Kavitation erkennen zu können, ist ein Drehzahlgeber 8 vorgesehen, der dem Steuergerät 5 die Pumpendrehzahl eingibt. In das Steuergerät 5 ist nun zusätzlich das der Kreiselpumpe 1 zugehörige Pumpenkennlinienfeld eingespeichert, so daß der jeder Pumpendrehzahl zugeordnete Förderdruck-Normalwert mit dem Förderdruck-Istwert, der ja durch den Druckgeber 6 dem Steugerät 5 zugeleitet wird, verglichen werden kann. So stellt eine auftretende Abweichung des Istwertes vom Normalwert ein Zeichen für Druckverhältnisse dar, die nicht von der Pumpendrehzahl abhängen. Eine solche Druckabweichung kann nun durch Kavitation oder durch Eintreten von Luft in die Ansaugleitung 9 der Kreiselpumpe 1 hervorgerufen werden, und da es um ein Erkennen von Kavitation geht, ist in die Pumpendruckleitung ein Strömungswächter 11 eingebaut, der dem Steuergerät 5 mitteilt, ob Strömung vorliegt, also die Pumpe 1 ordnungsgemäß arbeitet. Ein solches ordnungsgemäßes Arbeiten der Pumpe kommt nicht zustande, wenn Luft in der Saugleitung 9 ist, so daß ein Ansprechen des Strömungswächters 11 ein Merkmal dafür ist, daß der auftretende Druckabfall nur durch Kavitation bedingt sein kann. Auf Grund dieser Information erkennt das Steuergerät 5 eindeutig das Auftreten von Kavitation und löst sofort zur Warnung eine Signaleinrichtung 12 aus. Der Feuerwehrmann kann nun, ohne den Löschvorgang lmnterbrechen zu müssen, entsprechende Maßnahme zur Beseitigung der Kavitation ergreifen, wobei gleichzeitig mit der Signaleinrichtung 12 aber auch statt dieser vom Steuergerät 5 automatisch der Stellmotor 4 im Sinne einer DrehzahlSenkung eingesetzt werden könnte.

1.30 0 49/0145

Leerseite

Claims (5)

PATENTANWALT KOBENHÜTTENWEG 43 lifiÜO SAARBRÜCKEN THLEFON (0ö81)t>5000 Patentansprüche :

1.) Feuerlöschkreiselpumpe mit einer Druckregelungseinrichtung, die in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe über ein Verstellgestänge od. dgl. die Drehzahl des Pumpenmotors ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregelungseinrichtung ein Steuergerät (5) und einen dem Verstellgestänge (3) od. dgl. zugeordneten Stellmotor (4) aufweist, wobei das Steuergerät (5) in Abgleichung des von einem Druckgeber (6) gelieferten Förderdruck-Istwertes mit einem vorwählbaren Förderdruck-SoH.-wertbereich den Stellmotor (4) bei einem Istwert unterhalb des Sollwertbereiches im Sinne einer Drehzahlsteigerung und bei einem Istwert oberhalb dieses Sollwertbereiches im Sinne einer Drehzahlsenkung ansteuert.

2. Feuerlöschkreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Steuergerät (5) die Pumpendrehzahl einspeisender Drehzahlgeber (8) vorgesehen ist und da.s Steuergerät (5)den dieser Drehzahl entsprechend dem Pumpenkennlinienfeld zugeordneten Förderdruck-Normalwert mit dem Förderdruck-Istwert vergleicht, wobei eine bestimmte Abweichung des Istvertes vom Normalwert eine Signaleinrichtung (12) auslöst und/oder den Stellmotor (4) im Sinne einer Drehzahlsenkung einsetzt.

3. Feuerlöschkreiselpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät nur die bei maximaler Pumpendrehzahl herrschenden Druckverhältnisse erfaßt, wobei vorzugsweise für die maximale Drehzahl die entsprechende Endlage des Stellmotors und für die Druckverhältnisse ein auf den erforderlichen Förderdruck-Normalwert eingestellter Druckschalter maßgebend sind.

4. Feuerlöschkreiselpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pumpensaug- oder -druckleitung (9, 10) ein Strömungswächter (11) od. dgl. einge-

130049/OUS

baut ist, der bei fehlender Strömung ein Auslösen der Signaleinrichtung (12) und/oder einen Einsatz des Stellmotors (4) auf Grund einer Abweichung des Förderdruck-Istwertes vom Förderdruck-Normalwert unterbindet.

5. Feuerlöschkreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungswächter ein auf einen niederen, etwa dem inneren ¥iderstand der Pumpenanlage entsprechenden Druck, z.B. 2 bar eingestellter Druckschalter in der Pumpendruckleitung dient.

130049/OUS