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Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Schaltung von Hauswasserwerken
kleiner Leistung Es sindVerfahren und Einrichtungen zum selbsttätigen Ein- und Ausschalten
der Pumpen von Wasserversorgungsanlagen bekannt, bei welchen sowohl der Ein- als
auch der Ausschaltimpuls von dem jeweiligen Druck in der Rohrleitung abhängig ist.
Darüber hinaus berücksichtigen die sog. Verbrauchsschaltungssysteme die Rohrreibungsverluste
in der Weise, daß Ein- und Ausschaltdruck in Abhängigkeit von der jeweiligen Verbrauchsmenge
stehen, d. h. daß bei großer Verbrauchsmenge der Ein- und der Ausschaltdruck höher
liegen, als wenn die Verbrauchsmenge klein ist. Dadurch ist es möglich, an den Auslaufstellen
des Rohrsystems nahezu konstante Drücke zu erzielen.
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Weiter wurde. um die Schalthätthgkeit insbesondere bei :\nwendung
kleiner Druckkessel herabzusetzen, vorgeschlagen, zusätzlich zu der druckabhängigen
Ein- und Ausschaltung letztere auch noch in Abhängigkeit von der Pumpenförderrnenge
zu steuern. Hierdurch wird erreicht, daß z. B. bei fortgesetzter Wasserentnahme
trotz Erreichens des Ausschaltdruckes im Kessel die Pumpe weiterläuft und erst dann
stillgesetzt wird, wenn die Entnahme unter ein gewisses Maß abgesunken ist. Ist
hingegen die Entnahme bereits vor Erreichen des Ausschaltdruckes unter dieses Maß
abgefallen oder hat sie ganz aufgehört, erfolgt Abschalten der Pumpe ebenso wie
bei den eingangs genannten Verfahren nur druckabhängig.
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I)ei allen bekannten Systemen werden sog. Druckschalter verwendet,
und zwar solche, bei denen der :\ttsschaltdruck im allgemeinen tim 1o
bis
12111 Wassersäule häller liegt als der Einschaltdruck. Bei Klein- und Kleinstanlagen,
deren Verbrauchsdruck an und für sich niedrig liegt, erfordert ein um i,o bis 1,2
at über dem Verbrauchsdruck liegender maximaler Arbeitsdruck einen prozentual erheblichen
Mehraufwand an Betriebs- und Anlagekosten, wobei letztere durch erhöhte Stufenanzahl
der Pumpe und Motorstärke gegeben sind. Dies trifft insbesondere auch bei dem mit
zusätzlicher fördermengenabhängiger Ausschaltung arbeitenden Verfahren zu, weil
hierbei der maximale Arbeitsdruck der Pumpe über den Ausschaltdruck des Druckschalters
hinausgeht.
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Ein weiterer Mangel dieser Systeme liegt darin, daß beim Arbeiten
in dem oberen, bereits ziemlich flachen Ast der Pumpenkennknie insbesondere die
Ausschaltkennlinie des Schalters die Pumpenkennlinie unter einem verhältnismäßig
flachen Winkel schneidet, wodurch ein exakter Ausschaltpunkt nur schwer zu erzielen
ist.
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Durch die Erfindung werden diese Mängel dadurch behoben, daß die Einschaltung
des Pumpenantriebsmotors zwar in 'bekannter Weise bei Erreichen eines einstellbaren
Mindestdruckes, hingegen die Ausschaltung des Motors rein fördermengenabhängig vorzugsweise
bei Erreichen einer einstellbaren Mindestfördermenge erfolgt.
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Zur Erzielung des Einschaltimpulses reicht erfindungsgemäß eine erheblich
geringere Druckabsenkung aus als bei den bekannten Systemen, die, wie erwähnt, um
die Schaltvorgänge zu bewirken, einer Druckstufe von etwa 10 bis 12 m Wassersäule
bedürfen, und zwar deshalb, weil nach der Erfindung -die Ausschaltung mengenmäßig
erfolgt, also eine derartige Druckstufe nicht erforderlich ist. Um nunmehr diese
geringe Druckabsenkung zu bewerkstelligen, wird gemäß der Erfindung oberhalb der
höchstgelegenen Wasserentnahmestelle an das Rohrsystem ein etwa i m langes Standrohr
angeschlossen, bei dessen Entleerung die Druckminderung eintritt, welche ein Einschaltorgan,
zweckmäßig einen bekannten Druckschalter (Kontaktmanometer), zur Wirkung bringt.
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Der Ausschaltimpuls wird durch die von der Pumpe geförderte Wassermenge
geliefert, in der Art, daß ein Organ in die Pumpenförderleitung eingeschaltet ist,
welches bei einer bestimmten eingestellten Mindestfördermenge anspricht. Um die
Schalthäufigkeit, zumindest bei sehr kleinen Entnahmen, zu begrenzen, ist der Fassungsraum
des Standrohres zweckmäßig durch Erweiterung seines Querschnittes über die ganze
oder einen Teil seiner Länge vergrößert. Diesem Zweck kann z. B. durch Anbringung
eines kleinen .Speicherbehälters am oberen Standrohrende entsprochen werden.
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Wenn die örtlichen Verhältnisse die frostsichere Unterbringung eines
Standrohres nicht zulassen, kann dieses gekürzt oder ganz weggelassen werden, wobei
auf alle Fälle an der höchsten Stelle des Systems ein Behälter angeordnet ist, der,
um die zum Einschaltimpuls nötige Druckabsenkung zu liefern, geschlossen sein muß.
Um gleichzeitig Be-und Entlüftung zu gestatten, ist an der obersten Stelle dieses
Behälters eicl später beschriehcnes Schwimmkugelventil angeordnet.
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Ein solches Schwimmkugelventil kann aber auch im Verein mit einem
Standrohr angewendet werden, und zwar unmittelbar am Scheitel eines solchen oder
in einem dortselbst angeordneten Behälter.
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Fig. i der Zeichnung zeigt ein Diagramm, dessen Abszissen Wassermengen
Q1/min, dessen Ordinaten Druckhöhen Hm bedeuten; P sei eine Pumpenkennlinie, S die
Kennlinie des Einschaltdruckschalters. Wird Wasser entnommen und sinkt der Druck
bis zur Druckschalterkennlinie auf p1 ab, wird bei i, dem Schnittpunkt von P und
S, der Pumpenmotor eingeschaltet, wobei die Pumpe die Menge q,'/min fördert. Bei
laufender Pumpe bewegt sich der Arbeitspunkt auf der Kennlinie nach links, d. h.
die Fördermenge sinkt. Hat sie das Maß q,'/min, auf welches das Mengenschaltongan
eingestellt' ist, erreicht, erfolgt durch dieses Abschaltung des Pumpenmotors. Diesem
Zustand entspricht der Schnittpunkt 2 (der Pumpenkennlinie P mit der parallel zur
Ordinatenachse verlaufenden Kennlinie des mengenabhängigen Ausschaltorgans M.
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Die Pumpenkennlinie P wird sowohl von der Linie S als auch von der
Linie Al unter ziemlich großem Winkel geschnitten, so @daß der Ein- und auch der
Ausschaltpunkt verhältnismäßig genau festliegen.
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Fig.2 ist eine Schemazeichnung eines Ausführungsbeispieles gemäß der
Erfindung, i ist der Pumpenantriebsmotor, 2 die Pumpe mit Saugrohr, 3 die Förderleitung;
.4, 5 und 6 sind Entnahmestellen, und 7 ist das oberhalb der höchsten Entnahmestelle
angeordnete Standrohr mit dem kleinen Behälter 8; 9 stellt einen Druckschalter dar,
der bei Erreichen eines einstellbaren Mindestdruckes anspricht; io ist ein Organ,
welches bei Erreichen einer einstellbaren Mindestfördermenge den Pumpenmotor abschaltet.
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In Fig.3 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Behälters
8 mit einem Schwimmkugelventil in größerem Maßstab im Vertikalschnitt dargestellt.
Die Schwimmkugel ist aus einem Hohlkörper i i, etwa aus Blech, mit einer .aufvulkanisierten
Weichgummischicht 12 gebildet. Diese Kugel legt sich nach Füllung des Systems, das
ist bei Abschalten der Pumpe, an d-ie Abschlußöffnung 13 des Behälters 8 an und
sinkt bei Wasserentnahme und fallendem Niveau herab, so daß Luft durch die Öffnung
13 zutreten scann.
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Die Wirkungsweise der Wasserversorgungsanlage ist folgende: Normal
ist das Standrohr und, wenn ein solcher vorhanden, auch der Behälter 8 gefüllt und
das System in Ruhe. Werden nun einer oder mehrere Ausläufe geöffnet, sinkt der Wasserspiegel
ab, das Ventil 11 bis 13 öffnet sich, und Kommunikation mit der Außenluft
wird hergestellt. Bei fortgesetzter Entnahme entleert sich der Behälter, dann das
Standrohr, und Luft tritt bei der Öffnung 13 ein. Ist -der Wasserspiegel um die
ganze Standrohrlänge gefallen, also der Druck (s. Fig. i) um pd, die Druckdifferenz
zwischen den Punkten 2 und 1 auf p1 abgesunken, schaltet der
Druckschalter
den Pumpenmotor ein, und die Pumpe beginnt bei Punkt i der Kennlinie P zu arbeiten.
Da bei richtiger Bemessung der Anlage die Pumpe praktisch immer mehr fördert, als
entnommen werden kann, bewegt sich der Arbeitspunkt auf der Pumpenkennlinie von
i weg nach links, der Wasserspiegel steigt an und das Standrohr sowie der Behälter
füllen sich. Ist der Punkt 2 der Kennlinie mit der Fördermenge q2 erreicht, schaltet
das mengenabhängige Schaltorgan io den Pumpenmotor ab. Inzwischen hat der Wasserspiegel
auch @die Schwimmkugel gehoben und die Öffnung 13 geschlossen. Bei fortgesetzterEntnahme
wiederholt sich nun das Spiel so lange, als die Entnahme andauert.
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Ist nur ein gekürztes oder Überhaupt kein Standrohr vorhanden, muß
ein Behälter, in diesem Falle ein Druckbehälter, der erfindungsgemäß ein Schwimmkugelventil
enthält, vorhanden sein. Das System sei nun in Ruhe und bis auf einen Luftpolster
im Behälter mit Wasser gefüllt. Setzt Entnahme ein, expandiert zuerst die Luft,
Druck und Wasserspiegel sinken ab, und hat letzterer ein bestimmtes Niveau erreicht,
öffnet das Ventil. Der weitere Verlauf der Vorgänge gleicht jenem bei Anwendung
eines Standrohres mit voller Länge; lediglich das Ausschalten des Pumpenmotors erfolgt
nicht bereits beim Schließen des Ventils, sondern erst später, d. h. nach Bildung
eines Luftpolsters.
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Praktisch arbeitet die Pumpe immer nur zwischen den Punkten i und
2 der Kennlinie. Nur bei sehr großem Abfluß, etwa bei Rohrbruch, kann es vorkommen,
daß die Pumpe auf einer Stelle der Kennlinie rechts unterhalb des Punktes i fördert.
Ein Arbeiten links vom Punkt 2 ist jedoch wegen -des Mengenaibschaltorgans nicht
möglich.
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Als förderrnengenabhängiges Organ verwendet man zweckmäßig das bekannte
Schaltklappenventil, welches den Vorteil aufweist, daß der Verdrehungswinkel der
Klapperwelle bei kleinen Durdhflußmengen groß ist und daher große Schaltwege und
somit bedeutende Schaltgenauigkeit zur Folge hat.
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Zusammenfassend ergeben sich gemäß der Erfindung gegenüber den bekannten
selbsttätigen Schaltsystemen bei Wasserversorgungsanlagen folgende Vorzüge: i. Auslegung
der Pumpe und des Motors nur für die verlangte Förderhöhe ohne zusätzliche Druckhöhen
für die Schaltdifferenz eines das Ein- und Ausschalten bewirkenden Druckschalters,
also geringe Anschaffungskosten; 2. Förderung praktisch nur auf die verlangteDruckliöhe,
somit auch geringe Betriebskosten; 3. große Betriebssicherheit und Schaltgenauigkeit;
4. einfache und wirkungsvolle Ausgestaltung der Be-und Entlüftungseinrichtung durch
Anwendung eines Schwimmkugelventils.