EP0864755B2 - Doppelpumpe mit Einzel- und Synchronbetrieb - Google Patents

Doppelpumpe mit Einzel- und Synchronbetrieb Download PDF

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EP0864755B2
EP0864755B2 EP98104145A EP98104145A EP0864755B2 EP 0864755 B2 EP0864755 B2 EP 0864755B2 EP 98104145 A EP98104145 A EP 98104145A EP 98104145 A EP98104145 A EP 98104145A EP 0864755 B2 EP0864755 B2 EP 0864755B2
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Jürgen Hübner
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/029—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions for pumps operating in parallel

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a double pump with a first pump for generating smaller flow Q kl at specifiable differential pressure between the Pumpenansaug- and the Pumpenauslouseite and a second pump switchable to the first pump for generating larger flow Q gr and one of the two pumps controlling pump control.
  • Double pumps are well known in the art and are used i.a. used in heating circuits to cover peak demand of the subsidized heating water can. Modern double pumps are controlled by changing the speed to a constant or predetermined variable end pressure.
  • Two control concepts are used for the double pumps.
  • the two pumps of the double pump are synchronized over the entire control range to cover the required flow rate, i. at the same speed, operated.
  • the second concept only one of the two pumps is initially used to cover the required flow rate. Once this pump has reached its maximum speed, the second pump is switched on and continuously upshifted to cover even larger flow rates, the first pump continues to run at maximum speed.
  • a method according to the preamble of claim 1 is known from a controller PMU 2000 in conjunction with pumps called UPE series 2000 Grundfos.
  • the object of the invention is to improve the efficiency of a conventional double pump without changing the structure of the double pump.
  • Such a controller has the advantage that the two pumps of the double pump promote almost in the entire delivery range closer to their respective optimum efficiency, so that thereby increases the overall efficiency of the double pump according to the invention.
  • Such an operation of the double pump has the further advantage that a good control accuracy can be achieved without a separate pressure sensor, only by detecting and evaluating the pump-internal parameters speed, current and absorbed power.
  • This control accuracy is ensured because the connection of the second pump falls within a range in which the power consumption increases steeply enough with increasing flow rate of the first pump, so that a change in performance is sufficiently accurately determined and thus at the achieved flow rate Q * the second pump can be switched on.
  • This is not guaranteed in known double pumps, which are operated by the second control concept, since in the range of maximum speed, the power curve is flat or falling and by monitoring the power consumption of the first pump, the connection point of the second pump can not be determined with sufficient accuracy.
  • the second pump is not switched off when the demand is not at the same flow rate Q *, in which it was previously switched on, so that an unstable operating state is avoided.
  • the so specified hysteresis prevents a permanent switching on and off of the second pump and a concomitant rapid wear of the double pump.
  • FIG. 1 shows a delivery-height flow diagram with marked pumps and load curves for the two known from the prior art control concepts.
  • FIG. 2 shows for a certain constant head, the power consumption of the two known from the prior art and explained above control concepts for double pumps. It can be clearly seen that the power required to achieve a certain flow rate Q for small flow rates in synchronous operation (first control concept) is greater than the load-dependent Zuschalt bride (second control concept), in which Reaching the maximum speed of the first pump, the second pump is connected.
  • the power curves of the two control concepts intersect with increasing flow rates at the flow rate Q *. With flow rates Q greater than Q *, the power consumption of the synchronous operation of the double pump is significantly lower than that of the connection operation when the maximum speed of the first pump is reached. Consequently, the performance curves coincide with very high flow rates when both pumps deliver at maximum speed.
  • the inventive connection of the second pump at the flow rate Q * is achieved that the power consumption P of the double pump respectively corresponds to the lowest curve above and below the flow rate Q * of the two control concepts.
  • FIG. 4 shows the power consumption of the first pump for a constant speed. It can be clearly seen that the curve shape for delivery flows Q greater than Q * flattening and even falling at even larger flow rates. If no external pressure sensor was used to determine the pressure difference between Pumpenansaug- and Pumpenauslouseite, but only the pump's internal parameters speed, power absorbed and power consumption observed so can not be determined by the up to the maximum flow flat or falling waveform of power consumption when the maximum flow rate of the pump is reached.

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  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Doppelpumpe mit einer ersten Pumpe zur Erzeugung von kleineren Förderströmen Qkl bei vorgebbarem Differenzdruck zwischen der Pumpenansaug- und der Pumpenauslaßseite und einer zur ersten Pumpe zuschaltbaren zweiten Pumpe zur Erzeugung von größeren Förderströmen Qgr und einer die beiden Pumpen steuernden Pumpensteuerung.
  • Doppelpumpen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden u.a. in Heizkreisläufen eingesetzt, um Bedarfsspitzen des geförderten Heizungswassers abdecken zu können. Moderne Doppelpumpen werden dabei durch Veränderung der Drehzahl auf konstanten oder vorgegebenen variablen Endruck geregelt.
  • Dabei kommen zwei Steuerungskonzepte für die Doppelpumpen zum Einsatz. Beim ersten Steuerungskonzept werden die beiden Pumpen der Doppelpumpe über den gesamten Regelungsbereich zur Deckung des benötigten Förderstroms synchron, d.h. mit gleicher Drehzahl, betrieben. Beim zweiten Konzept wird dagegen zuerst lediglich eine der beiden Pumpen zur Deckung des geforderten Förderstroms verwendet. Sobald diese Pumpe ihre maximale Drehzahl erreicht hat, wird die zweite Pumpe zugeschaltet und zur Deckung noch größerer Förderströme kontinuierlich hochgeregelt, wobei die erste Pumpe weiterhin mit maximaler Drehzahl läuft.
  • Pumpen gemäß dem zweiten Steuerungskonzept sind z.B. aus den Dokumenten US 3,775,025 , GB 2 253 245 A und US 3,726,606 bekannt, wobei als Steuerungsgrößen Druck, Motorleistung bzw. benötigter Förderstrom herangezogen werden.
  • Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist von einer Steuerung PMU 2000 in Verbindung mit Pumpen der Bezeichnung UPE Serie 2000 der Firma Grundfos bekannt.
  • Nachteilig wirkt sich bei diesen Steuerungskonzepten jedoch der erhöhte Energiebedarf aus. So ist der Wirkungsgrad der Pumpe bekanntlich stark abhängig vom Förderstrom.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer herkömmlichen Doppelpumpe zu verbessern ohne den Aufbau der Doppelpumpe zu verändern.
  • Dies Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Eine derartige Steuerung hat den Vorteil, daß die beiden Pumpen der Doppelpumpe fast im gesamten Förderbereich näher an ihrem jeweiligen Wirkungsgradoptimum fördern, so daß sich hierdurch der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Doppelpumpe erhöht.
  • Ein derartiger Betrieb der Doppelpumpe hat weiterhin den Vorteil, daß ohne einen separaten Drucksensor, nur durch Erfassung und Auswertung der pumpeninternen Parameter Drehzahl, Strom und aufgenommene Leistung, eine gute Regelgenauigkeit erreicht werden kann. Diese Regelgenauigkeit ist deshalb gewährleistet, da das Zuschalten der zweiten Pumpe in einem Bereich fällt, in dem die Leistungsaufnahme bei zunehmendem Förderstrom der ersten Pumpe noch steil genug ansteigt, so daß eine Leistungsänderung genügend genau ermittelbar ist und somit bei erreichtem Förderstrom Q* die zweite Pumpe zugeschaltet werden kann. Dies ist bei bekannten Doppelpumpen, welche mittels des zweiten Steuerungskonzepts betrieben werden nicht gewährleistet, da im Bereich der maximalen Drehzahl die Leistungskurve flach bzw. fallend verläuft und durch die Beobachtung der Leistungsaufnahme der ersten Pumpe der Zuschaltpunkt der zweiten Pumpe nicht hinreichend genau ermittelbar ist.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die zweite Pumpe bei sinkendem Bedarf nicht bei dem gleichen Förderstrom Q* abgeschaltet wird, bei dem sie vorher zugeschaltet wurde, damit ein instabiler Betriebszustand vermieden wird. Die so vorgegebene Hysterese verhindert ein dauerndes Zu- und Abschalten der zweiten Pumpe und einen damit einhergehenden schnellen Verschleiß der Doppelpumpe.
  • Nachfolgend wird anhand von Diagrammen die Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    Ein Förderhöhe-Förderstrom-Diagramm für eine Doppelpumpe;
    Figur 2
    ein Leistungsaufnahme-Diagramm für eine Doppelpumpe im Synchron- sowie im lastabhängigen Zuschaltbetrieb;
    Figur 3
    ein Förderhöhe-Förderstrom-Diagramm für die erfindungsgemäße Doppelpumpe;
    Figur 4
    ein Leistungsaufnahme-Förderstrom-Diagramm für eine Pumpe der Doppelpumpe.
  • Figur 1 zeigt ein Förderhöhe-Förderstrom-Diagramm mit eingezeichneten Pumpen und Verbraucherkennlinien für die beiden aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungskonzepte.
  • Figur 2 zeigt für eine bestimmte konstante Förderhöhe die Leistungsaufnahme der beiden aus dem Stand der Technik bekannten und oben erläuterten Steuerungskonzepten für Doppelpumpen. Es ist deutlich zu erkennen, daß die benötigte Leistung zur Erzielung eines bestimmten Förderstroms Q bei kleinen Förderströmen im Synchronbetrieb (erstes Steuerungskonzept) größer ist als beim lastabhängigen Zuschaltbetrieb (zweites Steuerungskonzept), bei dem nach Erreichen der maximalen Drehzahl der ersten Pumpe die zweite Pumpe hinzugeschaltet wird. Die Leistungskurven der beiden Steuerungskonzepte schneiden sich bei größer werdenden Förderströmen beim Förderstrom Q*. Bei Förderströmen Q größer Q* ist die Leistungsaufnahme des Synchronbetriebs der Doppelpumpe deutlich geringer als die des Zuschaltbetriebes bei Erreichen der maximalen Drehzahl der ersten Pumpe. Die Leistungskurven decken sich konsequenterweise bei sehr großen Förderströmen, wenn beide Pumpen mit maximaler Drehzahl fördern.
  • Aus dem Leistungsdiagramm der Figur 2 ist ferner zu entnehmen, daß die Leistungsaufnahme beim Zuschalten der zweiten Pumpe (zweites Steuerungskonzept) sprunghaft steigt.
  • Durch das erfindungsgemäße Zuschalten der zweiten Pumpe bei dem Förderstrom Q* wird erreicht, daß die Leistungsaufnahme P der Doppelpumpe jeweils dem niedrigsten Kurvenverlauf ober- und unterhalb des Förderstroms Q* der beiden Steuerungskonzepte entspricht.
  • Zur Erzielung des stabilen Betriebszustands erfolgt, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, das Zuschalten der zweiten Pumpe nicht beim gleichen Förderstrom wie das Abschalten. Dabei muß der Förderstrom Qzu zur Erzeugung einer Hysterese größer als der Abschaltförderstrom Qab gewählt werden.
  • Figur 4 zeigt die Leistungsaufnahme der ersten Pumpe für eine konstante Drehzahl. Es ist deutlich zu erkennen, daß sich der Kurvenverlauf für Förderströme Q größer Q* abflacht und bei noch größeren Förderströmen sogar fallend ist. Würde kein externer Drucksensor zur Ermittlung der Druckdifferenz zwischen Pumpenansaug- und Pumpenauslaßseite verwendet, sondern würden ausschließlich die pumpeninternen Parameter Drehzahl, aufgenommene Leistung sowie Stromaufnahme beobachtet, so kann durch den bis zum maximalen Förderstrom flach bzw. abfallenden Kurvenverlauf der Leistungsaufnahme nicht sicher festgestellt werden, wann der maximale Förderstrom der Pumpe erreicht ist.
  • Durch das erfindungsgemäße Zuschalten der Pumpe bei dem Förderstrom Q*, welcher deutlich kleiner ist als der Förderstrom Q bei maximaler Drehzahl der ersten Pumpe, wird erreicht, daß das Zuschalten der zweiten Pumpe in einen Bereich der Leistungsaufnahme-Kurve gem. Figur 4 fällt, bei dem der Kurvenverlauf noch genügend steil ansteigend ist, so daß mit der Beobachtung der pumpeninternen Parameter der Zuschaltpunkt hinreichend genau bestimmbar ist.
  • Die Ermittlung des Differenzdrucks bzw. des momentan geförderten Förderstroms Q einer Pumpe mit Hilfe der pumpeninternen Parameter ist Stand der Technik und soll hier nicht weiter erläutert werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Doppelpumpe mit einer ersten Pumpe zur Erzeugung von kleineren Förderströmen Qkl bei vorgebbarem Differenzdruck zwischen der Pumpenansaug- und der Pumpenauslaßseite und einer zur ersten Pumpe zuschaltbaren zweiten Pumpe zur Erzeugung von größeren Förderströmen Qgr, und einer die beiden Pumpen steuernden Pumpensteuerung, wobei die Pumpensteuerung die Drehzahl der ersten Pumpe bis zum Erreichen eines bestimmten Förderstroms Q* kontinuierlich erhöht, wobei bis zum Erreichen des bestimmten Förderstroms Q* die zweite Pumpe ausgeschaltet ist und wobei die Pumpensteuerung bei Erreichen des Förderstroms Q* die zweite Pumpe zur ersten Pumpe zuschaltet, und für alle Förderströme Q >= Q* (Q größer gleich Q*) beide Pumpen mit der gleichen Drehzahl fördern, dadurch gerennzeichnet, daß
    beim Zuschalten die Pumpensteuerung die Drehzahl der ersten Pumpe auf die Drehzahl der zweiten Pumpe absenkt, derart, daß der vor dem Zuschalten der zweiten Pumpe von der ersten Pumpe allein geförderte Förderstrom Q zu nach dem Zuschalten von beiden Pumpen gemeinsam zu gleichen Teilen gefördert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem Förderstrom Q > Q* (Q größer Q*), bei sinkendem Bedarf die Pumpensteuerung die zweite Pumpe abschaltet, sobald der von beiden Pumpen erzeugte Förderstrom Q ungefähr gleich Q* ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pumpe bei einem Förderstrom Q zu zugeschaltet und bei einem Förderstrom Q ab abgeschaltet wird, wobei Q zu > Q ab ist.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeihnet daß beim Abschalten der zweiten Pumpe die Pumpensteuerung die Drehzahl der ersten Pumpe erhöht, derart, daß der von der ersten Pumpe geförderte Förderstrom gleich dem vor dem Abschalten,der zweiten Pumpe von beiden Pumpen gemeinsam geförderte Förderstrom ist.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Doppelpumpe geförderte Förderstrom Q mittels der pumpeninternen Parameter Drehzahl, Stromaufnahme und verbrauchte Leistung ermittelbar ist.
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