DE3720360A1 - Verfahren zur verbesserung der wirtschaftlichkeit des betriebes von druckerhoehungsanlagen und dergl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Witschaftlichkeit des Betriebes von Druckerhöhungsanlagen und dergl. mit vorgegebenem Solldruck, bei denen die Pumpen durch Elektromotore mit Drehzahlstellern wie Fre­ quenzumformer oder ähnlichen angetrieben werden.

Es ist bekannt, die Leistung von Kreiselpumpen an unter­ schiedlichen Bedarf dadurch anzupassen, daß die Antriebs­ motore der Pumpen durch Frequenzumformer, Phasenanschnitt­ steuerungen und ähnliche Maßnahmen mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden, so daß also eine beliebige Kennlinie unterhalb der Kennlinie für die Solldrehzahl einstellbar ist, auf der der gewünschte Betriebspunkt liegt. Der Vorteil eines solchen Betriebes ist der, daß mit ein­ fachen Mitteln jede beliebige Zuordnung von Förderhöhe und Fördermenge einer Kreiselpumpe einstellbar ist. Der Nachteil ist der, daß dabei gegenüber der Wirkungsgradkurve für die Nenndrehzahl immer eine Verschlechterung des Wirkungsgrades eintritt, was eine relative Erhöhung der Leistungsaufnahme zur Folge hat, die sich bei längerer Betriebszeit zu nicht zu vernachlässigenden Beträgen summieren kann.

Um diese Nachteile zu vermeiden, soll durch die vorliegende Erfindung die Aufgabe gelöst werden, insbesondere bei Druckerhöhungsanlagen mit vorgegebenem Solldruck nicht nur Energie beim Betrieb der Pumpen einzusparen, sondern auch noch eine Vereinfachung gegenüber Anlagen ohne Drehzahlsteller (jedoch mit möglichst geringen Druckschwankungen) dadurch zu erreichen, daß kleinere Pufferbehälter mit geringem Platzbedarf verwen­ det werden können.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß hohe Lastwechselfrequenzen mit deutlich über den nach DVGW W 314 zulässigen maximalen Schaltspielen von 30/h zwischen Still­ stand und Betrieb der Antriebsmotore und Pumpen den unnötigen Druckanstieg über Solldruck und die Behältergröße klein halten können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, so zu verfahren, daß bei Förderströmen bzw. Flüssigkeits­ entnahmen aus Druckerhöhungsanlagen im Bereich der Soll­ entnahmen oder darüber die Pumpen stationär im Bereich des maximalen Pumpenwirkungsgrades bei Nenndrehzahl betrieben werden und bei Förderströmen bzw. Flüssigkeitsentnahmen aus Druckerhöhungsanlagen unterhalb der Sollentnahme die Pumpen instationär im Wechsel zwischen einem Betrieb im Bereich des maximalen Pumpenwirkungsgrades bei Nenndreh­ zahl und einem Betrieb mit minimaler Drehzahl und geringstem Energieverbrauch betrieben werden. Die Pumpen sollen gleich­ sam taktend zwischen hohen Drehzahlen nahe der Nenndrehzahl und einer Drehzahl in der Nähe von 0 betrieben werden. Es soll also im Normalfall kein Abschalten der Pumpen erfolgen. Da die maximal zulässigen Schaltspiele sich auf das völlige Abschalten beziehen, können gemäß der Erfindung die Last­ wechselfrequenzen deutlich über 30 je Stunde liegen, bei­ spielsweise bis ca. 720 je Stunde betragen.

Zwischen Pumpen und Entnahmestellen für die Flüssigkeit sollen zweckmäßig Druckschwankungen dämpfende Puffer­ behälter eigeschaltet weren, die aber hier nur einen mini­ malen Inhalt aufweisen müssen, der nur einen Bruchteil des Inhaltes der Druckbehälter der bisher üblichen Druckerhöhungs­ anlagen betragen muß.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, einen Zeitschalter vorzusehen, der die Antriebe der Pumpe abschaltet, wenn mehr als 2 Minuten keine Wasserentnahme erfolgt, beispielsweise nachts. Die Lastwechselfrequenzen liegen dann bei völligem Abschalten der Pumpe unterhalb der zulässigen Lastwechsel­ frequenzen von 30/h. Als Drehzahlsteller für die Antriebs­ motore werden Phasenanschnittsteuerungen (mit Sanftanlauf) eingesetzt.

An Hand der beiliegenden Zeichnung soll die Erfindung nach­ folgend noch weiter erläutert werden. Auf der Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Kennlinien einer Kreiselpumpe mit der Eintragung eines gewünschten Betriebspunktes und

Fig. 2 Abhängigkeiten der Drehzahlen über der Zeit bei instationären Betriebszuständen.

In Fig. 1 ist die Kennlinie einer Kreiselpumpe für die Soll- oder Nenndrehzahl der Pumpe dargestellt. Die Kennlinie wird im Bereich des Ein- und Ausschaltdruckes für die Druckerhöhungsanlage durchfahren. Dabei ergibt sich bei einer mittleren Förderhöhe ein bestimmter Förderstrom. Die Pumpe arbeitet dabei, wie die untere Kurve erkennen läßt, etwa im Bereich des besten Wirkungsgrades.

Erfolgt nun nur eine geringe Wasserentnahme aus der Druck­ erhöhungsanlage, dann verschiebt sich der Betriebspunkt zum geringeren Förderstrom, beispielsweise zum Betriebspunkt P _B . Würde die Pumpe weiterhin auf ihrer Sollkennlinie ar­ beiten, dann würde ein sehr großer Speicherbehälter benötigt, damit die Schaltzeiten für die Pumpe nicht unzulässig kurz werden müssen. Eine andere Möglichkeit wäre die, die Pumpe mit geringerer Drehzahl zu fahren, etwa auf der gestrichelt angedeuteten Kennlinie. Hierbei würde sich aber ein schlech­ terer Wirkungsgrad einstellen, somit also ein unverhältnis­ mäßig hoher Energieverbrauch.

Um beide Vorteile, nämlich den eines kleinen Druckbehälters und den einer Energieersparnis, die wie Untersuchungen er­ geben haben ca. 30-50% betragen kann, voll nutzen zu können, wird die Pumpe erfindungsgemäß im Wechsel zwischen der Kennlinie bei Nenndrehzahl und einer minimalen Dreh­ zahl ohne oder nahezu ohne Energieverbrauch d.h. bei einer Drehzahl nahe 0 gefahren.

Ein solcher Betrieb ist in den Diagrammen der Fig. 2 ange­ deutet. Die Pumpe fährt also eine kurze Zeit im Bereich der Nenndrehzahl mit entsprechender Förderleistung und wird dann auf eine geringe Drehzahl nahezu ohne Förderleistung zurück­ gefahren, so daß sich im Mittel eine Förderleistung gemäß dem gewünschten Betriebspunkt ^PB ergibt. Da die Pumpe mit dem Antriebsmotor nicht zum Stillstand kommt, können die zulässigen Schaltspiele beträchtlich überschritten werden. Beispielsweise kann die Schaltzeit zwischen voller Last und geringster Last wie das untere Diagramm erkennen läßt, auf etwa 3 Sekunden reduziert werden. Im unteren Diagramm ist auch noch ein Sanftanlauf der Pumpe mit 0,5 Sekunden angedeutet, durch den das Betriebsgeräusch erheblich verringert werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Betriebes von Druckerhöhungsanlagen und dergl. mit vorgegebenem Solldruck, bei denen die Pumpen durch Elektromotore mit Drehzahlstellern angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Förderströmen bzw. Flüssigkeitsentnahmen aus den Druckerhöhungsanlagen im Bereich der Sollentnahmen oder darüber die Pumpen stationär im Bereich des maximalen Pumpenwirkungsgrades bei Nenndrehzahl betrieben werden und bei Förderströmen bzw. Flüssigkeitsentnahmen aus den Druckerhöhungsanlagen unterhalb der Sollentnahmen die Pumpen instationär im Wechsel zwischen einem Betrieb im Bereich des maximalen Pumpenwirkungsgrades bei Nenndrehzahl und einem Betrieb mit minimaler Drehzahl und geringstem Energieverbrauch betrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Pumpen und die Entnahmestellen für die Flüs­ sigkeit Druckschwankungen dämpfende Druckbehälter mit Gaspolstar mit minimalem Inhalt eingeschaltet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen mit Lastwechselfrequenzen von deutlich über 30 je Stunde betrieben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe der Pumpen abgeschaltet werden, wenn mehr als 2 Minuten keine Flüssigkeitsentnahme erfolgt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmotore der Pumpe mit Drehzahl­ stellern mit Sanftanlauf versehen sind.