DE3726630A1 - Einrichtung zum konstanthalten einer foerdermenge, vorzugsweise fuer druckabhaengige anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Konstanthalten einer Fördermenge, vorzugsweise für druckabhängige Anlagen, die vorwiegend bei Be- und Verarbeitungsanlagen der Milch­ industrie zur Anwendung kommt, insbesondere immer dann, wenn es erforderlich ist zur gleichmäßigen thermischen Behandlung eines Produktes, wie z. B. Milch, Rahm usw., die Bearbeitungs­ anlagen mit einer konstanten Fördermenge zu beaufschlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Um eine konstante Durchflußmenge pro Zeiteinheit zu erreichen, sind Mengenbegrenzungseinrichtungen bekannt, die im wesent­ lichen nach einer Kreiselradpumpe in einem senkrecht angeord­ neten Rohr eingebaut werden und die aus einem kegelförmigen Schwebekörper bestehen, der in diesem senkrecht angeordnetem Rohr in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit und damit vom Durchsatz pro Zeiteinheit der durchströmenden Flüssigkeit steigt oder abgesenkt wird. Dieser Schwebekörper ist über ein Gestänge direkt oder über Winkelhebel mit einem dem Schwebe­ körper vorgeschalteten Drosselorgan verbunden, welches in Ab­ hängigkeit von der Stellung des Schwebekörpers den Durchfluß­ querschnitt mehr oder weniger öffnet oder schließt, so daß in Abhängigkeit von der Ausbildung und dem Gewicht des Schwebe­ körpers im Zusammenhang mit der geometrischen Abmessung des senkrecht angeordneten Rohres eine annähernd konstante Durch­ flußmenge pro Zeiteinheit von vorzugsweise Milch den Mengen­ begrenzer durchströmt, die der nachfolgend angeordneten Be- und Verarbeitungsanlage, wie z. B. einer Anlage zur Pasteuri­ sierung von Milch, zugeführt wird.

Diese bekannten Mengenbegrenzungseinrichtungen, die im wesent­ lichen durchgängig in der Milchindustrie zur Anwendung kommen, können grundsätzlich nur für eine bestimmte Durchsatzmenge pro Zeiteinheit eingesetzt werden, da durch die Durchflußmenge die geometrische Form und das Gewicht des Schwebekörpers in Ver­ bindung mit dem gewählten Drosselorgan in einem entsprechenden Rohrdurchmesser bestimmt wird und unveränderlich ist. Sie haben weiterhin den Nachteil, daß sie auf Grund der Einbau­ teile im Flüssigkeitsstrom und des erweiterten Reglergehäuses in der Rohrleitung bei der chemischen Umlaufreinigung, die nach jedem Normalbetrieb durchgeführt werden muß, nur ungenügend ge­ reinigt werden können, wodurch günstige Voraussetzungen zur Bildung von Bakterienherden gegeben sind, die sich negativ auf die Qualität und die Haltbarkeit des nachfolgend zu behandelnden Produktes, wie z. B. Milch oder ähnliche Produkte, auswirken. Aus diesem Grund ist es notwendig, die bekannten Mengenbegren­ zungseinrichtungen einer zusätzlichen manuellen Nachreinigung zu unterziehen.

Anlagen der Milchindustrie, insbesondere für die Be- und Verar­ beitung von Milch usw., werden in den meisten Fällen im Umlauf gereinigt, wobei die Durchflußmenge bei der chemischen Reinigung und bei der Neutralisierung der Anlage gegenüber dem Normalbe­ trieb mit Milch u. a. Produkten etwa um das Doppelte erhöht wird. Für diese Reinigung ist es dann erforderlich, die Mengen­ begrenzungseinrichtung aus der Anlage auszubauen, da ansonsten die Durchflußmenge an Reinigungsflüssigkeit und Neutralisations­ flüssigkeit pro Zeiteinheit durch die Mengenbegrenzungseinrich­ tung genau so begrenzt wird, wie das im Normalbetrieb bei Milch und anderen Produkten erfolgt, d. h., daß mit der Mengenbegren­ zungseinrichtung keine erhöhte Durchsatzmenge während des Rei­ nigungsprozesses gefahren werden kann.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Mengenbegrenzungseinrich­ tungen besteht darin, daß auf Grund von Ansetzungen an der nachfolgenden Anlage, beispielsweise eines Wärmeaustauschers, Druckerhöhungen in den Anlagen auftreten, die sich negativ auf das Regelverhalten des Schwebekörpers und damit auf die Mengen­ begrenzungseinrichtung auswirken. So z. B. führt diese Drucker­ höhung zum Verkanten oder zu Flattererscheinungen des Schwebe­ körpers, was Ungenauigkeiten in der Durchsatzmenge zur Folge hat. Es sind auch stufenlose Drehzahlregelungen bei Pumpen für flüs­ sige und gasförmige Medien mittels Wechsel- oder Drehstrom­ motoren zur Konstanthaltung des Drucks bekannt, bei denen die Regelung elektrisch durch Halbleiterbauelemente erfolgt und der Meßwert über einen Druckmeßumformer erfaßt wird. Diese Einrichtungen sind in mehreren Variationen bekannt und arbei­ ten ausschließlich mit Druck bzw. Differenzdruckmessung und werden für konstante Förderdrücke von Flüssigkeiten eingesetzt, bei denen die Fördermenge unberücksichtigt bleibt. Für Anlagen, insbesondere dann, wenn sich der Strömungswiderstand in einer Nachfolgeanlage verändert, sind diese Einrichtungen nicht an­ wendbar, da sich trotzdem die Fördermenge ändert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, eine Einrichtung zum Konstanthalten einer Fördermenge, vorzugsweise für druckabhängige Anlagen zu schaffen, die in einer Anlage zur thermischen Behandlung von flüssigen Medien, vorzugsweise Milch, Anwendung findet, die in den chemischen Reinigungskreislauf einbezogen werden kann und eine Erhöhung der Durchsatzmenge pro Zeiteinheit während des chemischen Kreislaufes ermöglicht und die gewährleistet, daß durch Druckveränderungen in der nachfolgenden Anlage die er­ forderliche Durchsatzmenge pro Zeiteinheit während der ther­ mischen Behandlung von durchströmenden Produkten konstant ge­ halten wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, in der frei wählbare Durchsatzmengen pro Zeiteinheit einstellbar sind und die auftretende Druckveränderungen in einer Durchflußanlage, die mit einer Kreiselradpumpe mit einer be­ stimmten Durchsatzmenge pro Zeiteinheit betrieben wird, durch Kontrolle der Durchsatzmenge und deren Regelung, unabhängig von sich einzustellenden Druckverhältnissen, konstant zu halten. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in der Rohrlei­ tung zwischen einer Anlage, vorzugsweise einer Pasteurisierungs­ anlage von Milch und einer mit einem Induktionsmotor betriebenen Pumpe, ein druckunabhängiger Mengenmesser, vorzugsweise Wirbel­ durchflußmesser angeordnet ist, der mittels eines Gebers und einem Regler mit einem Drehstromfrequenzumrichter elektrisch verbunden ist, der in Abhängigkeit der Fördermenge der Pumpe die Drehzahl des Induktionsmotors durch Veränderung der Fre­ quenz einstellt. Aus wirtschaftlichen und technischen Gründen ist es zweckmäßig, als Induktionsmotor einen Drehstromasynchron­ kurzschlußläufermotor einzusetzen, da dieser eine ausreichende Regelgenauigkeit über die Veränderung der Frequenz gewährleistet, die zum Betreiben derartiger Nachfolgeanlagen in der Molkerei­ industrie ausreichend sind. Sollte aus irgendwelchen Gründen eine höhere Regelgenauigkeit notwendig sein, als es mit einem Drehstromasynchronkurzschlußläufermotor möglich ist, ist es zweckmäßig, einen Drehstromsynchronmotor als Antriebsaggregat für die Pumpe einzusetzen.

Mit der erfinderischen Lösung wird erreicht, daß durch die druckunabhängige Messung der Durchsatzmenge pro Zeiteinheit in der Rohrleitung zur nachfolgenden Anlage die Fördermenge über den gesamten Betriebszeitraum der Anlage, unabhängig von sich einzustellenden Druckverhältnissen, in der nachfolgenden Anlage konstant gehalten werden kann.

Gleichzeitig wird gewährleistet, daß durch Veränderung der Frequenzeinstellung am Drehstromfrequenzumrichter die für die gewünschte Durchsatzmenge pro Zeiteinheit entsprechende Dreh­ zahl der Pumpe eingestellt werden kann, so daß diese erfinde­ rische Mengenbegrenzungseinrichtung ermöglicht, daß entsprechend dem zu fahrenden Programm der Anlage die gewünschte Durchsatz­ menge pro Zeiteinheit frei wählbar eingestellt werden kann und gleichzeitig garantiert ist, daß für die entsprechend gewünschte Durchsatzmenge pro Zeiteinheit der Förderstrom durch die Nach­ folgeeinheit während des Betreibens konstant gehalten wird. Folglich ist es also möglich, die für die chemische Reinigung erhöhte Durchsatzmenge für die Anlage mit dieser erfinderischen Mengenbegrenzungseinrichtung einzustellen, so daß diese in die chemische Umlaufreinigung der Anlage einbezogen werden kann, d. h., daß der gleiche Reinigungsgrad in der Mengenbegrenzungs­ einrichtung wie in der Gesamtanlage erreicht wird. Damit sind die Ursachen zur Bildung von Bakterienherden in der Mengenbe­ grenzungseinrichtung ausgeschlossen und auf eine zusätzliche nachfolgende manuelle Reinigung der Mengenbegrenzungseinrich­ tung kann verzichtet werden.

Ausführungsbeispiele

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist das Vorlaufgefäß 1 mit der Pumpe 2 verbunden, wobei die Pumpe 2 über einen Drehstrom­ asynchronkurzschlußläufermotor (in der Zeichnung nicht zu sehen) betrieben wird. Die Pumpe 2 ist über die Rohrleitung 4 mit der nachfolgenden druckabhängigen Anlage 3, vorzugsweise eine Pasteurisierungsanlage für Milch, verbunden. In der Rohrleitung 4 zwischen der Pumpe 2 und der druckabhängigen Anlage 3 ist ein druckunabhängiger Mengenmesser 5, vorzugsweise ein Wirbeldurch­ flußmesser, vorgesehen, der mittels einem Geber 6 und einem Regler 7 mit einem Drehstromfrequenzumrichter 8 elektrisch verbunden ist, der in Abhängigkeit der Fördermenge der Pumpe 2 die Frequenz des Drehstromasynchronkurzschlußläufermotors und damit die Drehzahl des Motors der Pumpe 2 einstellt. Die Strom­ versorgung zum Drehstromfrequenzumrichter 8 erfolgt über die Stromzuführungsleitung 9. Von dem Vorlaufgefäß 1 wird mittels der Pumpe 2 die Milch durch eine Rohrleitung 4 zu der Anlage 3, vorzugsweise einer Pasteurisierungsanlage, gefördert. Durch den in der Rohrleitung 4 zwischen der Pumpe 2 und der druckabhängigen Anlage 3 angeordneten druckunabhängigen Mengenmesser 5 wird die durchströmende Milch pro Zeiteinheit kontinuierlich während des gesamten Betriebes der Anlage gemessen. Das Ergebnis des druck­ unabhängigen Mengenmessers 5 wird durch den Geber 6 in ein Si­ gnal umgesetzt und dem Regler 7 zugeführt. Der Regler 7 ver­ gleicht den eingegebenen Sollwert mit dem vom Signal signali­ sierten Istwert. Weicht der Istwert von dem Sollwert ab, erfolgt ein Signal auf dem Drehstromfrequenzumrichter 8 und dieser ver­ ändert entsprechend des Differenzwertes die Frequenz des Dreh­ stromasynchronkurzschlußläufermotors und damit die Drehzahl der Pumpe 2, so daß sich unmittelbar die eingestellte Förderlei­ stung und damit eine konstante Fördermenge, unabhängig von den auftretenden Druckverhältnissen in der nachfolgenden Anlage 3 einstellt.

Mit dieser erfinderischen Lösung wird garantiert, daß über die gesamte Zeit des Betreibens der Anlage einschließlich der che­ mischen Reinigung die je nach Prozeßablauf vorgewählten Durch­ satzmengen pro Zeiteinheit, unabhängig von störenden Einflüssen hinsichtlich Druckveränderungen in den nachfolgenden Einrich­ tungen der Anlage 3, konstant gehalten werden. Darüber hinaus ist es möglich, die gesamte Be- und Verarbeitungsanlage ein­ schließlich der Mengenbegrenzungseinrichtung in den CIP-Reini­ gungsablauf einzubeziehen, d. h., daß ohne manuelle Reinigung einzelner Teile ein gleichmäßiger Reinheitsgrad der gesamten Be- bzw. Verarbeitungsanlage gewährleistet ist. Gleichzeitig garantiert diese Einrichtung eine absolut störungsfreie Ar­ beitsweise und Toleranzen in der Fördermenge, die für den vor­ gesehenen Prozeßablauf absolut unerheblich sind. Auch Energie­ verluste, die durch Überdimensionierung des Motors und Verlust­ leistungen in den bisher bekannten Mengenbegrenzungseinrich­ tungen zu verzeichnen sind, werden vermieden, da über die Rege­ lung mit der Frequenz der Drehstromasynchronkurzschlußläufer­ motor nur so viel elektrische Energie zieht, wie sie für die Förderung des Produktes aus dem Vorlaufgefäß 1 zur Anlage 3 unbedingt notwendig ist, was die Be- und Verarbeitungsanlage energiewirtschaftlich freundlich gestaltet.

• Aufstellung der Bezugszeichen für die Erfindung "Einrichtung zum Konstanthalten einer Fördermenge, vorzugsweise für druckabhängige Anlagen" 1 Vorlaufgefäß
  2 Pumpe
  3 druckabhängige Anlage
  4 Rohrleitung
  5 druckunabhängiger Mengenmesser
  6 Geber
  7 Regler
  8 Drehstromfrequenzumrichter
  9 Stromzuführungsleitung

Claims (4)

1. Einrichtung zum Konstanthalten einer Fördermenge, vorzugs­ weise für druckabhängige Anlagen pro Zeiteinheit, vorzugsweise für Be- und Verarbeitungsanlagen der Milchindustrie, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrleitung (4) zwischen der An­ lage (3) und einer mit einem Induktionsmotor betriebenen Pumpe (2) ein druckunabhängiger Mengenmesser (5) angeordnet ist, der über einen Geber (6) und einen Regler (7) mit einem Drehstromfrequenzumrichter (8) elektrisch verbunden ist, der in Abhängigkeit der Fördermenge der Pumpe (2) die Drehzahl des Induktionsmotors durch Veränderung der Frequenz einstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Pumpe (2) ein Drehstromasynchronkurz­ schlußläufermotor eingesetzt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der druckunabhängige Mengenmesser (5) als Wirbeldurchfluß­ messer ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge pro Zeiteinheit der Pumpe (2) am Drehstrom­ frequenzumrichter (8) in Abhängigkeit der Leistungsaufnahme des Induktionsmotors frei wählbar ist.