DE69407466T2

DE69407466T2 - Pumpensystem und dessen Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE69407466T2
Application number: DE69407466T
Authority: DE
Inventors: Yukio Murai; Seiichi Toguchi
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: EP0619431A1; US5667362A; DE69407466D1; KR940021942A; JP3642578B2; JPH06280783A; EP0619431B1; KR100306204B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pumpensystem und ein Verfahren zum Betrieb davon und insbesondere auf ein Pumpensystem, welches beispielsweise in einem Flußsteuertank von klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstungsgegenständen eingebaut ist.
Die Standardisierung von klein bemessenen kombinierten septischen Tanks ist zuvor begünstigt worden, und zwar zum Zwecke der Verhinderung der Wasserverschmutzung von Flüssen, Seen und Sümpfen. Fig. 8 zeigt schematisch klein bemessene kombinierte septische Tankausrüstungsgegenstände, bei denen eine herkömmliche Pumpe eingebaut ist. Wie in der Figur veranschaulicht, wird Abwasser, welches in einen Flußsteuertank 2 aus einem Rohabwassertank 1 fließt, an einen anaeroben Tank 4 über eine Pumpe 3 geliefert, und das Abwasser wird in dem anaeroben Tank 4 und einem anaeroben Kontaktbelüftungstank 5 gereinigt, und wird dann ausgelassen.
Als die Pumpe 3, die für den oben beschriebenen Zweck eingesetzt wird, wurde eine Gummiflügeltauchpumpe oder eine Allzweck-Tauchsanitärabwasserpumpe mit kleinem Ausgang oder eine nicht verstopfende Abwasserpumpe bis jetzt verwendet.
Die oben beschriebene Gummiflügeltauchpumpe ist eine Pumpe mit positiver Verdrängung, die sich mit relativ niedriger Drehzahl dreht. Daher hat sie das vorteilhafte Merkmal, daß eine geringe Flußrate leicht erhalten werden kann, und daß ein ungefähr konstanter Pumpenauslaß unabhängig vom Pumpenkopf bzw. Pumpendruck erhalten werden kann. Entsprechend ist es möglich, klein bemessene kombinierte septische Tankausrüstungsgegenstände aufzubauen, ohne eine Flußsteuervorrichtung 6 zur Steuerung der Flußrate des Abwassers vorzusehen, welches von dem Flußsteuertank 2 zum anaeroben Tank 4 durch die Pumpe 3 geliefert wird.
Um jedoch die Abnutzung des Gummiflügels der Gummiflügeltauchpumpe zu verringern, und um dadurch eine vorbestimmte Lebensdauer sicherzustellen, ist es notwendig, einen Spezialmotor mit einer mehrpolaren Struktur zu verwenden, wie beispielsweise einen 12-Polmotor. Somit leidet das herkömmliche System unter dem Problem, daß die Herstellkosten der Pumpe unvorteilhaft hoch sind. Zusätzlich ist es unmöglich, eine Steigerung des Leistungsverbrauchs aufgrund der Reibung zu vermeiden, die in dem Gummiflügelteil auftritt, und es ist auch schwierig, die interne Reibung zu überwinden. Entsprechend läßt das herkömmliche System, welches eine Gummiflügeltauchpumpe aufweist, das Problem auftauchen, daß der elektrische Leistungsverbrauch hoch ist und daß eine lange Betriebslebensdauer nicht erwartet werden kann. Da weiterhin diese Pumpenbauart ein hochtönendes Geräusch erzeugt, kann die klein bemessene kombinierte septische Tankausrüstung, die wahrscheinlich nahe einem Wohngebiet eingebaut wird, ein Geräuschproblem bewirken.
Wenn andererseits eine Sanitärabwassertauchpumpe verwendet wird, tauchen die folgenden Probleme auf: Der für die Pumpe 3 erforderliche Pumpenauslaß, der in dem Flußsteuertank 2 der klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung verwendet wird, ist beispielsweise relativ klein, 20 1/min, während der Pumpenauslaß einer Sanitärabwassertauchpumpe übermäßig hoch ist; sogar die kleinste von diesen, die im Handel gegenwärtig erhältlich ist, besitzt einen Pumpenauslaß in der Größenordnung von 100 l/min. Der Grund dafür ist wie folgt: Da die Struktur von Sanitärabwassertauchpumpen die gleiche ist wie die von allgemeinen Zentrifugalpumpen, ist es schwierig, die Größe einer Sanitärabwassertauchpumpe zu verringern, um eine niedrige Flußrate zu erreichen, während man eine verstopfungsfeste Pumpenleistung sicherstellt. Wenn entsprechend diese Pumpenbauart verwendet wird, ist es nötig, eine Flußsteuervorrichtung 6 auf der Auslaßseite der Pumpe 3 vorzusehen, wie in Fig. 3 gezeigt, um den größeren Teil des Abwassers zum Flußsteuertank 2 zurückzuleiten, wodurch eine gesteuerte Abwassermenge an den anaeroben Tank 4 geliefert wird. Somit ist es schwierig, die Größe der obigen Tauchpumpenbaurt zu verringern, und die Flußsteuervorrichtung 6 wird benötigt, der elektrische Leistungsverbrauch ist unvorteilhaft hoch, und die Kosten der Ausrüstungsgegenstände sind relativ hoch. Eine bekannte Anordnung für einen Antrieb mit variabler Frequenz eines bürstenlosen Wechselstrommotors ist beispielsweise bekannt aus EP-A-0 100 390.
Es ist daher bis jetzt verlangt worden, klein bemessene Abwasserpumpensysteme vorzusehen, die an klein bemessene septische Tankausrüstungsgegenstände anpaßbar sind.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein klein bemessenes Pumpensystem vorzusehen, welches die erforderliche Pumpenleistung zeigen kann und die Flußrate und den Pumpendruck steuern kann, und die frei von den oben erwähnten Leistungsverbrauchs-, Kosten-, Abnutzungs- und Geräuschproblemen ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines klein bemessenen Pumpensystems vorzusehen, welches das gleiche Ziel erreichen kann.
Um das oben beschriebene erste Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung ein Pumpensystem nach Anspruch 1 vor.
Der Flüssigkeitspegeldetektor kann ein Paar von oberen und unteren Schwimmschaltern aufweisen.
Das Pumpensystem ist vorzugsweise ein Tauchpumpensystem, wobei die Steuervorrichtung und der Frequenzwandler in der Pumpe vorgesehen sind.
Das Pumpensystem kann weiter Mittel aufweisen, um die Verstopfung der Pumpe zu detektieren, und die erwähnte Steuervorrichtung gibt ein Steuersignal aus, wenn die Pumpe verstopft ist. Dann versucht der Elektromotor, die verstopfte Pumpe zu starten, und wenn die Pumpe nicht frei wird, versucht der Elektromotor wiederholt, die Pumpe zu starten, nachdem er für eine vorbestimmte Zeit gestoppt hat. Falls die Pumpe immer noch nicht nach einer vorbestimmten Anzahl von Wiederstartversuchen frei wird, wird der Betrieb des elektrischen Motors ausgestellt.
Wenn alternativ die Pumpe nicht frei wird, können die zweiten und darauffolgenden Versuche, sie zu starten, ausgeführt werden durch umgekehrte Drehung des Elektromotors.
Das Pumpensystem wird vorzugsweise als ein Tauchmotorpumpensystem in einer klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung verwendet, die einen Rohabwassertank aufweist, einen Flußsteuertank, einen anaeroben Tank und einen aeroben Kontaktbelüftungstank, die in Serie angeordnet sind, und wobei das Pumpensystem in dem Flußsteuertank eingebaut ist, um Abwasser von dem Flußsteuertank in den anaeroben Tank zu liefern.
Das oben beschriebene zweite Ziel wird durch die vorliegende Erfindung erreicht, die ein Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems nach Anspruch 10 vorsieht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Das Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems kann weiter die folgenden Schritte aufweisen:
Detektieren der Verstopfung der Pumpe und Versuch des elektrischen Motors, die verstopfte Pumpe zu starten, wenn die Pumpe verstopft ist.
Der Elektromotor versucht wiederholt, die Pumpe zu starten, nachdem er für eine vorbestimmte Zeit gestoppt hat, wenn die Pumpe nicht frei wird, und der Betrieb des Elektromotors wird angehalten, wenn die Pumpe immer noch nicht nach einer vorbestimmten Anzahl von Wiederstartversuchen frei wird.
Alternativ können die zweiten und darauffolgenden Versuche, sie wieder zu starten, ausgeführt werden durch umgekehrte Drehung des Elektromotors, falls die Pumpe nicht frei wird.
Das Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems wird vorzugsweise in klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstungen verwendet, die einen Rohabwassertank aufweisen, einen Flußsteuertank, einen anaeroben Tank und einen aeroben Kontaktbelüftungstank, die in Reihe angeordnet sind, wobei das Pumpensystem in dem Flußsteuertank angeordnet ist, um Abwasser von dem Flußsteuertank in dem anaeroben Tank zu liefern, wobei das Pumpensystem gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung betrieben wird.
Bei der vorliegenden Erfindung detektiert der Flüssigkeitspegeldetektor diesen Flüssigkeitspegel und gibt ein Signal an die Steuervorrichtung aus, wenn der Flüssigkeitspegel hoch ist und der tatsächliche Pumpendruck bzw. -kopf tief ist. Die Steuervorichtung gibt ein Steuersignal an den Frequenzwandler aus, um eine niedrige Drehgeschwindigkeit des Elektromotors zu erhalten, und zwar auf der Basis des Signals von dem Flüssigkeitspegeldetektor und einer gegenwärtigen Drehgeschwindigkeit für einen Betrieb mit niedriger Drehzahl. Folglich wird die Pumpe bei einem niedrigen tatsächlichen Pumpendruck betrieben und beginnt, die Flüssigkeit auszulassen. Als eine Folge senkt sich der Flüssigkeitspegel allmählich ab, und dies wird durch den Flüssigkeitspegeldetektor detektiert. Wenn ein Signal vom Flüssigkeitspegeldetektor, der einen hohen Strömungsmittelpegel zeigt, an die Steuervorrichtung gesandt wird, gibt die Steuervorrichtung ein Steuersignal aus, um allmählich die Drehgeschwindigkeit des Frequenzwandlers zu steigern, und zwar auf der Basis einer voreingestellten Drehgeschwindigkeitsinkrement rate. Folglich steigt die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors allmählich, was bewirkt, daß der Pumpendruck allmählich steigt.
Wenn die Steuervorrichtung ein Steuersignal basierend auf einer voreingestellten Drehgeschwindigkeit für einen Betrieb mit hoher Drehzahl ausgibt, dreht sich der Elektromotor mit der maximalen Drehgeschwindigkeit. Wenn der Flüssigkeitspegeldetektor detektiert, daß der Flüssigkeitspegel den niedrigsten Pegel erreicht hat, kann ein Steuersignal zum Anhalten des Elektromotors an den Frequenzwandler durch die Steuervorrichtung ausgegeben werden. Somit kann die Pumpe abgeschaltet werden.
Wenn es jedoch erwünscht ist, die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors auf einem Zwischenflüssigkeitspegel zu verändern, ist es möglich, den Zwischenflüssigkeitspegel zu detektieren und eine Drehgeschwindigkeit für einen Zwischendrehzahlbetrieb und/oder andere Drehgeschwindigkeitsinkrementraten in der Steuervorrichtung voreinzustellen.
Weiter ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors bei mehreren Zwischenflüssigkeitspegeln zu verändern, und zwar durch Detektieren von solchen Zwischenpegeln und Voreinstellung von unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten für jeden Zwischendrehzahlbetrieb und/oder unterschiedliche Drehgeschwindigkeitsinkrementraten in der Steuervorrichtung.
Zusätzlich ist es möglich, allmählich die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors von der maximalen Drehgeschwindigkeit zum Anhalten abzusenken, wenn der Flüssigkeitspegel den niedrigsten Pegel erreicht hat, und zwar durch Voreinstellung einer Drehgeschwindigkeitssenkungsrate.
Weiterhin ist es möglich, die Drehgeschwindigkeitssenkungsrate bei einem Zwischenflüssigkeitspegel oder bei -pegeln zu senken.
Die Drehgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeitsinkrement- oder -senkungsrate des Elektromotors wird abhängig vom Flüssigkeitspegel basierend auf der erforderlichen Pumpenleistung bestimmt.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlicher, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft gezeigt ist.
Fig. 1 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Pumpensystems gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1 die äußere Erscheinung des Pumpensystems zeigt;
Fig. 2 zeigt schematisch eine klein bemessene kombinierte septische Tankausrüstung, in der das in Fig. 1 gezeigte Pumpensystem eingebaut ist;
Fig. 3 ist eine Kurve, die die Pumpleistung der Pumpen zeigt;
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Flüssigkeitspegel und der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors der Pumpe gemäß des Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Pumpensystems in einem Fall, wo es einen bürstenlosen Gleichstrommotor besitzt;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines Pumpensystems mit einem Induktionsmotor;
Fig. 7 zeigt graphisch den Betrieb des Pumpensystems, wobei (A) eine Kurvendarstellung ist, die die Drehgeschwindigkeitscharakteristiken bezüglich der Zeit zeigt, und wobei (B) eine Kurvendarstellung ist, die den Betrieb der oberen und unteren Schwimmschalter zeigt; und
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht äquivalent der Fig. 2, die eine klein bemessene kombinierte septische Tankausrüstung zeigt, bei der eine herkömmliche Pumpe eingebaut ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen der Fig. 1 bis 7 beschrieben. Fig. 1 zeigt die äußere Erscheinung eines Pumpensystems gemäß dieses Ausführungsbeispiels Fig. 2 zeigt schematisch eine klein bemessene kombinierte septische Tankausrüstung, bei der das in Fig. 1 gezeigte Pumpensystem eingebaut ist. Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung, die die Pumpenleistung zeigt. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Flüssigkeitspegel und der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors der Pumpe gemäß dieses Ausführungsbeispiels Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Pumpensystems mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines Pumpensystems mit einem Induktionsmotor. Fig. 7 ist eine Kurvendarstellung, die den Betrieb dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein Pumpensystem 10 eine gewöhnliche Pumpe 11 auf, und zwar mit einem Zentrifugallaufrad, die eine Wirbelpumpe aufweist, die durch einen Elektromotor 14 zur Drehung angetrieben wird, und ein Paar von oberen und unteren Schwimmschaltern 12 und 13, die einen Flüssigkeitspegeldetektor bilden, um einen Wasserpegel als Flüssigkeitspegel zu detektieren. Als der Elektromotor 14 kann ein Induktionsmotor oder ein Gleichstrommotor verwendet werden. Der obere Schwimmschalter 12 ist geeignet, um ein hohes Wasserniveau HWL zu detektieren, während der untere Schwimmschalter 13 geeignet ist, um einen tiefen Wasserpegel LWL zu detektieren.
Das Pumpensystem 10 weist weiter eine Steuervorrichtung 15 auf, die ein Steuersignal auf der Basis der voreingestellten Drehgeschwindigkeiten für einen Betrieb mit niedriger oder hoher Drehzahl und eine voreingestellte Drehgeschwindigkeitsinkrementrate ausgibt, und zwar zusammen mit Ausgangssignalen von den oberen und unteren Schwimmschaltern 12 und 13 und einen Frequenzwandler 16 zum Variieren der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 14 auf der Basis des Steuersignals von der Steuervorrichtung 15.
Das Pumpensystem 10 wird beispielsweise als ein Tauchmotorpumpensystem für Abwasser verwendet, welches in klein bemessener kombinierter septischer Tankausrüstung eingebaut ist, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt. In der klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung wird Abwasser 17, welches dort hinein fließt, temporär in einem Rohabwassertank 1 gespeichert und fließt dann in einen Flußsteuertank 2 durch ein Überflußrohr 18. Das in Fig. 1 gezeigte Pumpensystem 10 ist in dem Abwasser eingebaut, welches in dem Flußsteuertank 2 gespeichert ist, um das Abwasser in einen anaeroben Tank 4 durch den Betrieb des Pumpensystems 10 zu liefern. Durch Steuerung des Pumpensystems 10 wird der Wasserpegel in dem Flußsteuertank 2 zwischen dem hohen Wasserpegel HWL und dem tiefen Wasserpegel LWL variiert.
Abwasser, welches von der Wirkung der anaeroben Mikroorganismen in dem anaeroben Tank 4 behandelt worden ist, bewegt sich zu einem aeroben Kontaktbelüftungstank 5 durch ein Überflußrohr 19. In dem anaeroben Kontaktbelüftungstank 5 wird die Belüftung ausgeführt durch Lieferung von Luft in das Abwasser durch ein Gebläse 20, wodurch das Abwasser durch die Wirkung von aeroben Mikroorganismen behandelt wird. Danach wird das Abwasser als behandelter Ausfluß 21 ausgelassen. Eine Pumpe 22 ist in dem aeroben Kontaktbelüftungstank 5 eingebaut, um einen Teil des Abwassers zum anaeroben Tank 4 zurückzubringen.
Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung, die die Pumpenleistung zeigt, die mit einer herkömmlichen Tauchpumpe erhalten wird, und jene, die für das Pumpensystem 10 erforderlich ist, welches in dem Flußsteuertank 2 der klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung eingebaut ist, wobei die Abszissenachse den Pumpenauslaß darstellt, und wobei die Ordinatenachse den Nettopumpendruck bzw. -kopf darstellt. In der Kurvendarstellung zeigt die Charakteristikkurve A&sub1; die erwünschte Pumpenleistung, mit der ein annähernd konstanter Pumpenauslaß unabhängig vom Pumpendruck erhalten werden kann, und die Charakteristikkurve A&sub2; zeigt die minimale Leistung, die mit einer herkömmlich verwendeten Sanitärabwassertauchpumpe erhalten wird, die von einem 2-Pol-Motor angetrieben wird.
Die Charakeristiken A&sub2; sehen einen übermäßig hohen Pumpenauslaß im Vergleich zu den Charakteristiken A&sub1; vor. Wenn jedoch eine allgemeine Sanitärabwasserzentrifugaltauchpumpe mit den Charakteristiken A&sub2; bezüglich der Konstruktion in eine Struktur geändert wird, die einen niedrigeren Pumpenauslaß vorsieht, senkt sich der Pumpendruck auch. Somit kann eine praktische Leistung nicht verwirklicht werden.
Entsprechend verwendet das Pumpensystem der vorliegenden Erfindung (siehe Fig. 1) eine Pumpe mit einem Zentrifugallaufrad, ändert jedoch die Pumpenleistung durch Steuerung der Betriebsdrehgeschwindigkeit der Pumpe 11, wodurch die Probleme des Standes der Technik gelöst werden.
Fig. 4 ist eine Kurvendarstellung, die den Betrieb des Pumpensystems 10 zeigt, wobei die Abszissenachse die Zeit darstellt, und wobei die Ordinatenachse den Wasserpegel und die Betriebsdrehgeschwindigkeit darstellt. Die durchgezogene Linie N zeigt die Veränderung der Betriebsdrehgeschwindigkeit. Die Bezugszeichen N1 und Nr bezeichnen die Drehgeschwindigkeiten für einen Betrieb mit niedriger bzw. hoher Drehzahl, die jeweils in der Steuervorrichtung voreingestellt worden sind. Der Betrieb des Pumpensystems 10 wird später erklärt werden.
Fig. 5 zeigt die innere Struktur des Pumpensystems 10 mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor wie dem Motor 14. Wie in der Figur veranschaulicht, weist die Pumpe 11 einen Elektromotor 14 auf, und zwar mit einer Hauptwelle 32, die in der Mitte eines Motorrahmens 31 angeordnet ist, mit einem Pumpengehäuse 33, welches am Unterteil des Motorrahmens 31 befestigt ist, mit einem Zentrifugallaufrad 34, welches in dem Pumpengehäuse 33 angeordnet ist und zur Drehung durch die Hauptwelle 32 angetrieben wird, eine Motorabdeckung 35, die das Oberteil des Motors 14 abdeckt, und einen Frequenzwandler 16 und eine Steuervorrichtung 15 dafür, die in der Motorabdeckung 35 aufgenommen sind.
Ein Stator 36 des Motors 14 ist an der Innenfläche des Motorrahmens 31 befestigt. Ein Rotor 37 mit einem Permanentmagneten ist an der Hauptwelle 32 befestigt. Die Hauptwelle 32 wird drehbar durch ein Paar von oberen und unteren Lagern 38 und 39 getragen, die an dem Motorrahmen 31 angebracht sind. Eine mechanische Dichtung 40 ist an der Hauptwelle 32 angebracht, um die Innenseiten des Pumpengehäuses 33 und des Motors 14 zu dichten. Ein Positionsdetektor 41 zum Detektieren der Winkelposition des Rotors 37 ist in der Motorabdeckung 35 aufgenommen.
Eine sich vertikal erstreckende Tragstange 42 ist an der Außenseite der Motorabdeckung 35 angebracht. Die oberen und unteren Schwimmschalter 12 und 13 werden auf der Tragstange 42 getragen, so daß die Positionen der Schwimmschalter 12 und 13 eingestellt werden können. Zusätzlich trägt die Motorabdeckung 35 ein Leistungskabel 43, welches mit dem Frequenzwandler 16 verbunden ist, und welches sich durch die Motorabdeckung 35 erstreckt.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der das Pumpensystem 10 einen Induktionsmotor besitzt wie dem oben beschriebenen Motor 14.
Eine Gleichrichter- und Glättungsschaltung 51 besitzt eine einphasige Brückengleichrichterschaltung zur Gleichrichtung und Glättung eines Wechselstroms von einer Wechselstrom-Leistungsversorgung 52, um einen Gleichstrom 53 zu erhalten. Der von der Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 51 erhaltene Gleichstrom 53 wird an den Frequenzwandler 16 geliefert. Der Frequenzwandler 16, der ein Spannungsinverter genannt wird, weist sechs Schaltelemente Q&sub1; bis Q&sub6; auf, und zwar mit einer Selbstabschaltfähigkeit und sechs Feedback- bzw. Rückkoppelungsdioden 77, die zusammen in Form einer Dreiphasenbrücke verbunden sind. Die Steuerung der Ausgangsfrequenz wird bewirkt durch Steuerung der AN/AUS-Zeitsteuerung der Schaltelemente Q&sub1; bis Q&sub6;- In diesem Ausführungsbeispiel werden Leistungstransistoren als die Schaltelemente Q&sub1; bis Q&sub6; verwendet.
Ein Flüssigkeitspegelsignal 57, welches durch die oberen und unteren Schwimmschalter 12 und 13 detektiert wird, wird an die Schnittstelle 58 ausgegeben. Eine CPU bzw. zentrale Verarbeitungseinheit 59 ist mit einer voreingestellten anfänglichen Drehgeschwindigkeit N1 als eine Drehgeschwindigkeit für einen Betrieb mit niedriger Drehzahl versehen bzw. hat diese gespeichert, weiter eine voreingestellte maximale Drehgeschwindigkeit Nr als eine Drehgeschwindigkeit für einen Betrieb mit hoher Drehzahl, und eine voreingestellte Drehgeschwindigkeitinkrementrate.
Die CPU 59, die mit der Schnittstelle 58 durch einen gemeinsamen Bus 60 verbunden ist, führt Berechnungen aus, und zwar auf der Basis der voreingestellten Drehgeschwindigkeiten N1 und Nr und der Drehgeschwindigkeitsinkrementrate, und zwar zusammen mit dem Signal 57 von den oberen und unteren Schwimmschaltern, und gibt das Ergebnis der Berechnung an einen D/A-Wandler 61 durch den gemeinsamen Bus 60 aus. Der D/A-Wandler 61 wandelt das eingegebene Digitalsignal in eine Spannung oder einen Strom um und gibt dann einen Drehzahlbefehl an eine Frequenzwandlersteuereinheit 56 aus. Die Frequenzwandelsteuereinheit 56 gibt ein Steuersignal an den Frequenzwandler 16 durch einen Treiber 62 aus. Es sei bemerkt, daß die Steuervorrichtung 15 mit einer Steuervorrichtungsleistungsversorgungsschaltung 63 als eine Leistungsversorgung für die Steuervorrichtung 15 versehen ist, die mit der Leitung für den Gleichstrom 53 verbunden ist.
Fig. 7 zeigt graphisch den Betrieb dieses Ausführungsbeispiels. In der Figur ist (A) eine Kurvendarstellung, die die Motordrehgeschwindigkeitscharakterstiken bezüglich der Zeit zeigt und (B) ist eine Kurvendarstellung, die den AN/AUS-Betrieb der oberen und unteren Schwimmschalter 12 und 13 zeigt. Das Betriebsmuster (1) in der Figur zeigt den Betrieb des Pumpensystems unter normalen Umständen, und das Betriebsmuster (2) zeigt den Pumpensystembetrieb unter abnormalen Umständen, beispielsweise wenn es ein Versagen aufgrund einer Verstopfung der Pumpe mit Fremdstoffen gibt.
Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird unten mit Bezugnahme auf die Fig. 3, 4, 6 und 7 erklärt werden.
Im Falle des Betriebsmusters (1) in Fig. 7 wird angenommen, daß der Wasserpegel in dem Flußsteuertank 2 über dem hohen Wasserpegel HWL zum Zeitpunkt T&sub1; ist. Zu dieser Zeit weisen sowohl der obere als auch der untere Schwimmschalter 12 und 13 nach oben und sie geben ein AN-Signal aus, wenn das Flüssigkeitspegelsignal 57 und der tatsächliche Pumpendruck tief ist. In diesem Fall gibt die Steuervorrichtung 15 ein Steuersignal an den Frequenzwandler 16 aus, so daß die Pumpe 11 mit einer Drehgeschwindigkeit N1 gestartet wird, die niedriger ist als die gewöhnliche Motordrehgeschwindigkeit in einem System ohne Frequenzwandler 16 (d. h. die Motordrehgeschwindigkeit in dem herkömmlichen System). Nach dem Starten der Pumpe 11 sendet das Pumpensystem 10 das Abwasser von dem Flußsteuertank 2 zum anaeroben Tank 4. Entsprechend senkt sich allmählich der Wasserpegel und der obere Schwimmschalter 12 gibt ein AUS-Signal aus. Wenn sich der Wasserpegel als eine Folge des Pumpbetriebs des Pumpensystems senkt, bewirkt er, daß der tatsächliche Pumpendruck in dem Flußsteuertank 2 allmählich steigt. Folglich wird es unmöglich, mit der niedrigen Drehgeschwindigkeit N1, die in den frühen Stufen des Starts verwendet wird, einen Pumpenauslaßdruck entsprechend dem gestiegenen tatsächlichen Pumpendruck zu erzeugen. Um daher einen solchen Nachteil zu vermeiden, wird in diesem Ausführungsbeispiel zur gleichen Zeit, wenn die Pumpe 11 gestartet wird, die Drehgeschwindigkeit des Motors 14 entweder stufenweise oder kontinuierlich mit vorbestimmter Zeitrate angehoben, und zwar entsprechend eines Befehls von dem Frequenzwandler 16, der unter der Steuerung der Steuervorrichtung 15 ist, die ein Signal basierend auf der voreingestellten Drehgeschwindigkeitinkrementrate ausgibt. Und nach einer vorbestimmten Zeit wird ein Befehl für die maximale Drehgeschwindigkeit Nr ausgegeben. Die maximale Drehgeschwindigkeit Nr sollte vorzugsweise eine Drehgeschwindigkeit entsprechend dem maximalen und tatsächlichen Pumpendruck der klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung sein.
Wenn die Pumpe 11 in dieser Weise betrieben wird, senkt sich der Wasserpegel allmählich ab und erreicht schließlich den niedrigen Wasserpegel LWL, wie durch die unterbrochene Linie M in Fig. 4 gezeigt. Folglich weist der untere Schwimmschalter 13 nach unten, was bewirkt, daß das Flüssigkeitspegelsignal 57 AUS (Zeit T&sub2;) ist. Zu dieser Zeit gibt die Steuervorrichtung 15 ein Steuersignal zum Ausschalten des Motors 14 an den Frequenzwandler 16 aus. Somit wird das Pumpensystem 10 ausgeschaltet und es wiederholt den oben beschriebenen Vorgang unter Verwendung der Zeitperiode von der Zeit T&sub3;, bei der der Wasserpegel zum hohen Wasserpegel HWL zur Zeit T&sub4; zurückkehrt (siehe Fig. 4 und 7).
Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel die Betriebsdrehgeschwindigkeit der Pumpe 11 allmählich von der niedrigen Drehzahl zur hohen Drehzahl verschoben, wodurch die Pumpenleistung verändert wird, beispielsweise von der Charakteristik A&sub2; zu der Charakteristik A&sub1;, in Fig. 3 als der Pfeil C gezeigt.
Entsprechend ist es in diesem Ausführungsbeispiel möglich, die Pumpleistung zu verwirklichen, die für ein Pumpensystem erforderlich ist, welches in dem Flußsteuertank 2 verwendet wird. Es wird daher unnötig, eine Flußsteuervorrichtung vorzusehen, die bis jetzt verwendet worden ist, was die Verringerung der Größe und der Kosten des Pumpensystems 10 zur Folge hat. Da zusätzlich die Pumpe 11 ein Zentrifugallaufrad 34 besitzt, tritt kein Abnutzungs- oder Geräuschproblem auf. Da weiter die Betriebsdrehgeschwindigkeit der Pumpe 11 entsprechend zum benötigten tatsächlichen Pumpendruck verändert wird, ist es möglich, Leistungsverbrauch zu vermeiden. Obwohl der Betrieb des Ausführungsbeispiels mit Bezug auf ein System beschrieben worden ist, welches einen Induktionsmotor einsetzt, sei bemerkt, daß das gleiche der Fall ist bei einem System, welches einen bürstenlosen Gleichstrom- Motor einsetzt
Als nächstes wird ein Betrieb erklärt, der stattfindet, wenn das in Fig. 7 gezeigte Betriebsmuster (2) verwendet wird, d. h. wenn die Pumpe 11 abnormalen Umständen unterworfen ist. Wenn die Pumpe 11 abnormalen Umständen unterworfen ist, beispielsweise wenn sie mit Fremdstoffen verstopft wird, gibt die Steuervorrichtung 15 in Fig. 6 ein Steuersignal aus, so daß der Motor 14 versucht, die Pumpe 11 zu starten, und wenn die Pumpe 11 nicht frei wird, versucht der Motor 14 wiederholt, die Pumpe 11 nach dem Stoppen für eine vorbestimmte Zeit zu starten, und wenn die Pumpe 11 immer noch nicht nach einer vorbestimmten Anzahl von Wiederstartversuchen frei wird, wird der Betrieb des Motors 14 angehalten. Alternativ kann die Steuervorrichtung 15 ein Steuersignal ausgeben, wenn der Motor 14 nicht frei wird, um die verstopfte Pumpe 11 zu starten, so daß die zweiten und folgenden Versuche zum Starten ausgeführt werden durch umgekehrte Drehung des Motors 14, wie in der gestrichelten Linie in Fig. 7 gezeigt.
Wenn insbesondere der Wasserpegel hoch ist, gibt die Steuervorrichtung 15 einen Befehl für die Anfangsdrehgeschwindigkeit N1 auf der Basis der AN-Signale von den oberen und unteren Schwimmschaltern 12 und 13 aus. Wenn jedoch der Positionsdetektor 41 keine Drehbewegung des Rotors 37 detektiert, wird ein weiterer Versuch nach einer vorbestimmten Zeit durchgeführt. Falls der normale Betrieb auch nicht nach der Anzahl von Wiederstartversuchen erreicht wird, erreicht die Pumpe 11 einen vorbestimmten Wert (5 in Fig. 7), der Betrieb des Motors 14 wird angehalten, um ihn zu schützen, und zwar ungeachtet dessen, ob die Signale von den oberen und unteren Schwimmschaltern 12 und 13 AN oder AUS sind. Es ist sogar noch mehr wünschenswert, zu versuchen, die Pumpe zu starten durch umgekehrte Drehung des Motors 14, wie durch die gestrichelten Linien D in Fig. 7 gezeigt, und zwar mit Hinblick auf die Erleichterung des Freikommens der Pumpe 11.
Es sei bemerkt, das daß das Pumpensystem der vorliegenden Erfindung auch auf ein Pumpensystem angewandt werden kann, welches auf der Erde aufgebaut ist, und zwar zusätzlich zu Tauchmotorpumpensystemen. In diesem Fall sind die Schwimmschalter 12, 13 von einem Pumpenkörper getrennt und in dem Flußsteuertank 2 eingebaut. Das Pumpensystem der Erfindung kann auch für eine andere Flüssigkeit als Abwasser verwendet werden.
Es sei auch bemerkt, daß das Betriebsdrehzahl- bzw. Betriebsgeschwindigkeitsmuster des Elektromotors nicht auf das oben erklärte Muster eingeschränkt ist.
Wenn es beispielsweise erwünscht ist, die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors auf einen Zwischenflüssigkeitspegel zu verändern, ist es möglich, weiter den Zwischenflüssigkeitspegel mittels eines Zwischenflußschalters (12' in Fig. 1) zu detektieren, und die Steuervorrichtung kann eine voreingestellte Drehgeschwindigkeit und/oder eine voreingestellte andere Drehgeschwindigkeitsinkrementrate für einen Zwischendrehzahlbetrieb ausgeben.
Weiter ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors bei mehreren Zwischenflüssigkeitspegeln zu verändern, und zwar durch Detektieren von solchen Zwischenpegeln durch Schwimmschalter und durch Ausgabe einer voreingestellten anderen Drehgeschwindigkeit und/oder einer voreingestellten anderen Drehgeschwindigkeitsinkrementrate für jeden Zwischendrehzahbetrieb.
Zusätzlich ist es möglich, graduell die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors von der maximalen Drehgeschwindigkeit zum Ausschalten abzusenken, wenn der Flüssigkeitspegel den niedrigsten Pegel erreicht hat, und zwar durch Voreinstellung einer Drehgeschwindigkeitssenkungsrate in der Steuervorrichtung. Es ist auch möglich, die Drehgeschwindigkeitssenkungsrate auf einen Zwischenflüssigkeitspegel oder -pegeln zu verändern.
Diese Betriebsdrehzahlmuster des Elektromotors können basierend auf der erforderlichen Pumpenleistung bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung, wie oben beschrieben angeordnet, kann eine erforderliche Pumpleistung und die Steuerung der Flußrate und des Pumpendrucks zeigen. Zusätzlich ist es möglich, den Leistungsverbrauch, die Abnutzung und die Erzeugung von Geräuschen zu verhindern, und die Gesamtgröße und die Kosten des Pumpensystems zu verringern.

Claims

1. Pumpensystem (10), das folgendes aufweist:

eine Pumpe (11) mit einem durch einen Elektromotor (14) in Drehungen versetzten Zentrifugallaufrad (34), wobei folgendes vorgesehen ist:

ein Flüssigkeitspegeldetektor zum detektieren vorbestimmter hoher und niedriger Flüssigkeitspegel HWL und LWL,

eine Steuervorrichtung (15) zur Abgabe eines Steuersignals auf der Basis voreingestellter Drehzahlen und einer voreingestellten Drehgeschwindigkeisterhöhungs- bzw. -inkrementrate zusammen mit einem Ausgangssignal von dem Flüssigkeitspegeldetektor, und ein Frequenzwandler (16) zum Verändern der Drehzahl des Elektromotors (14) auf der Basis des Steuersignals von der Steuervorrichtung (15), wobei die voreingestellten Drehzahlen mindestens Drehzahlen für Niedrig- und Hoch-Drehzahlbetriebsarten (N1; Nr) der Pumpe aufweisen, wobei der Elektromotor (14) mit der erwähnten voreingestellten Niedrig-Drehzahlbetriebsart bei dem erwähnten vorbestimmten Hoch- Flüssigkeitspegel HWL betrieben wird, und wobei die Drehzahl des Elektromotors (14) mit der erwähnten voreingestellten Drehgeschwindikeitsveränderungs- oder -inkrementrate von der erwähnten Niedrig- Drehzahlbetriebsart zu der erwähnten Hoch- Drehzahlbetriebsart verändert wird und bei dem erwähnten vorbestimmten Niedrig-Flüssigkeitspegel LWL suspendiert oder beendet wird.

2. Pumpensystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitspegeldetektor ein Paar von oberen und unteren Schwimmschaltern (12, 13) aufweist.

3. Pumpensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Pumpensystem (10) ein untertauchbares Pumpensystem bzw. Tauchpumpensystem ist.

4. Pumpensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung (15) und der Frequenzwandler (16) in der erwähnten Pumpe (11) eingebaut sind.

5. Pumpensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Motor (14) ein bürstenloser DC-Motor oder ein Induktionsmotor ist.

6. Pumpensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ferner Mittel vorgesehen sind zum Detektieren des Drosselns der Pumpe (11), und wobei die Steuervorrichtung (15) ein Steuersignal dann abgibt, wenn die Pumpe (11) verstopft oder gedrosselt ist, derart, daß der Elektromotor (14) versucht, die verstopfte oder gedrosselte Pumpe zu starten, und wobei dann, wenn die Pumpe (11) nicht freikommt, der Elektromotor (14) wiederholte Versuche, den Motor zu starten, vornimmt, nachdem für eine vorbestimmte Zeit gestoppt wurde, und wobei dann, wenn die Pumpe (11) selbst dann nicht freikommt, nachdem der Elektromotor (14) versucht hat, die Pumpe eine vorbestimmte Anzahl von Malen zu starten, der Betrieb des Elektromotors (14) suspendiert oder abgeschaltet wird.

7. Pumpensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ferner Mittel zum Feststellen des Drosselns oder Verstopfens der Pumpe (11) vorgesehen sind, wobei die Steuervorrichtung (15) ein Steuersignal dann abgibt, wenn die Pumpe (11) verstopft ist, so daß der Elektromotor (14) versucht, die gedrosselte bzw. verstopfte Pumpe zu starten, und wobei dann, wenn die Pumpe (11) nicht freikommt, die zweiten und darauffolgenden Versuche des Wiederstartens durch umgekehrte Drehung des Elektromotors (14) ausgeführt werden.

8. Pumpensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Pumpensystem (10) als ein untertauchbares Motorpumpensystem bzw. Tauchmotorpumpensystem verwendet wird, und zwar in einer klein bemessenen kombinierten septische Tankausrüstung einschließlich eines Flußsteuertanks (2) und eines anaeroben Tanks (4), wobei das Pumpensystem (10) in dem erwähnten Flußsteuertank (2) eingebaut ist, um Abwasser (17) vom Strömungssteuertank (2) in den anaeroben Tank (4) zu liefern.

9. Pumpensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Pumpensystem (10) als ein untertauchbares Motorpumpensystem bzw. Tauchmotorpumpensystem verwendet wird, und zwar in einer klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung einschließlich eines Rohabwassertanks (1), eines Flußsteuertanks (2), eines anaeroben Tanks (4) und eines aeroben Kontaktbelüftungstanks (5) angeordnet in Serie, wobei das Pumpensystem (10) in dem erwähnten Flußsteuertank (2) installiert ist, um Abwasser (17) von dem Flußsteuertank (2) in den erwähnten anaeroben Tank (4) zu liefern.

10. Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems (10), wobei folgendes vorgesehen ist:

eine Pumpe (11) mit einem Zentrifugallaufrad (34), angetrieben mittels eines Elektromotors, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

Detektieren eines herauszupumpenden Flüssigkeitspegels, wobei der erwähnte Flüssigkeitspegel vorbestimmte Hoch- und Niedrig-Flüssigkeitspegel HWL und LWL aufweist,

Abgabe eines Steuersignals auf der Basis voreingestellter Drehzahlen und einer voreingestellten Drehgeschwindigkeitsinkrement- oder -veränderungsrate, und zwar zusammen mit dem erwähnten detektierten Flüssigkeitspegel, und

Verändern der Drehzahl des Elektromotors (14) auf der Basis des Ausgangssteuersignals, wobei die voreingestellten Drehzahlen mindestens Drehzahlen (N1; Nr) für Niedrig- und Hoch-Geschwindigkeits- oder Drehzahloperationen der Pumpe aufweisen, wobei der Elektromotor (14) bei dem voreingestellten Niedrig- Drehzahlbetrieb mit dem erwähnten vorbestimmten Hoch-Flüssigkeitspegel HWL betrieben wird, wobei die Drehzahl des Elektromotors (14) mit der voreingestellten Drehgeschwindigkeitsinkrementrate von dem Niedrig-Drehzahlbetrieb zu dem Hoch-Drehzahlbetrieb verändert wird und bei dem erwähnten vorbestimmten Niedrig-Flüssigkeitspegel LWL abgeschaltet wird.

11. Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems (10) nach Anspruch 10, wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Detektieren der Verstopfung bzw. des Drosselns der erwähnten Pumpe (11),

Versuch des Startens der gedrosselten oder verstopften Pumpe mittels des Elektromotors (14) dann, wenn die Pumpe (11) gedrosselt oder verstopft ist,

wiederholtes Versuchen des Startens der Pumpe (11) mittels des Elektromotors (14) nach einem Stoppen für eine vorbestimmte Zeit, wenn die Pumpe (11) nicht freikommt, und

Beenden oder Suspendieren des Betriebs des Elektromotors (14) dann, wenn die Pumpe selbst dann nicht freikommt, nachdem der Start der Pumpe (11) eine vorbestimmte Anzahl von Malen versucht wurde.

12. Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Detektieren des Drosselns bzw. der Verstopfung der Pumpe (11),

Versuch des Startens der gedrosselten oder verstopften Pumpe (11) mittels des Elektromotors (14), wenn die Pumpe (11) gedrosselt oder verstopft ist,

Ausführen der zweiten und darauffolgenden Versuche des erneuten Startens durch umgekehrtes Drehen des Elektromotors (14), wenn die Pumpe (11) nicht freikommt.

13. Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems (10) in einer klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung einschließlich eines Flußsteuertanks (2) und eines anaeroben Tanks (4), wobei das Pumpensystem (10) in den erwähnten Flußsteuertank (2) eingebaut ist, um Abwasser (17) von dem Flußsteuertank (2) in den anaeroben Tank (4) zu liefern, wobei das Pumpensystem (10) nach einem Verfahren betrieben wird, das in einem der Ansprüche 10 bis 12 beansprucht ist.

14. Verfahren zum Betrieb eines Pumpensystems in einer klein bemessenen kombinierten septischen Tankausrüstung einschließlich eines Rohabwassertanks (1), eines Flußsteuertanks (2), eines anaeroben Tanks (4) und eines aeroben Kontaktbelüftungstanks (5) angeordnet in Serie, wobei das Pumpensystem (10) in den erwähnten Flußsteuertank (2) installiert ist, um Abwasser (17) von dem Flußsteuertank (2) in den erwähnten anaeroben Tank (4) zu leiten, wobei das Pumpensystem (10) gemäß einem Verfahren betrieben wird, wie es in einem der Ansprüche 10 bis 12 beansprucht ist.