EP2469094A2 - Verfahren zum Betrieb eines Doppelpumpen- oder Multipumpenaggregates - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Doppelpumpen- oder Multipumpenaggregates Download PDF

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EP2469094A2
EP2469094A2 EP11009716A EP11009716A EP2469094A2 EP 2469094 A2 EP2469094 A2 EP 2469094A2 EP 11009716 A EP11009716 A EP 11009716A EP 11009716 A EP11009716 A EP 11009716A EP 2469094 A2 EP2469094 A2 EP 2469094A2
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EP
European Patent Office
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pump
speed
load
glp
value
Prior art date
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EP11009716A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2469094A3 (de
EP2469094B1 (de
Inventor
Jürgen Hübner
Christian Roos
Sergej Merkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wilo SE
Original Assignee
Wilo SE
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Publication date
Application filed by Wilo SE filed Critical Wilo SE
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Publication of EP2469094A3 publication Critical patent/EP2469094A3/de
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Publication of EP2469094B1 publication Critical patent/EP2469094B1/de
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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
    • 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 present invention relates to a method for operating a pump unit with at least one base load-operated first pump and at least one second peak-load pump, which is switched on as needed and operated in parallel to the at least one first pump, wherein the pump unit regulated in such a predetermined control characteristic will be that the recorded power is minimal. Furthermore, the invention relates to a computer program with instructions for carrying out this method and a pump unit of the type mentioned with an electronic control system, which is set up for carrying out the method according to the invention.
  • Pump units consisting of two parallel pumps are called double pumps.
  • pumps with more than two parallel pumping pumps are called multipumps or pressure stations.
  • the pumps are usually driven by an electric motor.
  • the fields of application of such pumps are, for example, in heating systems as circulating pumps or in the supply of fresh water for pressure generation.
  • a double pump and a corresponding control thereof is for example from the European patent specification EP 0 864 755 B1 known. Further shows also the EP 2 161 455 A1 a double pump.
  • Two different control concepts can be used for the control of double or multi-pumps.
  • the pumps of the unit over the entire control range to cover the required flow rate synchronously, ie operated at the same speed.
  • initially only one of the pumps of the pump unit is used to cover a required delivery flow.
  • This pump is called base load pump and is responsible for covering the flow rate in the so-called base load range.
  • the second or a second pump is connected, then to deliver the required flow together with the base load pump.
  • This second or further pump can be referred to as peak load pump, which allows with its additional hydraulic power that the double pump or multi-pump unit operating points beyond the maximum characteristic of the base load pump, ie achieved in the so-called peak load range.
  • peak load pump two or more pumps can be jointly responsible for covering the base load and therefore together form a base load pump to which a peak load pump isstructureschaltbar. Subsequently, therefore, "base load pump” is used in the singular, knowing that for the purposes of this application, two or more pumps can be understood by it.
  • the base-load pump is operated at maximum speed, whereas the peak-load pump delivers only that hydraulic power contribution that is required to achieve the additionally required delivery flow. If the operating point can not be reached in a multi-pump unit with the second or further, connected pump at maximum speed, then another pump is connected. This is done until the required flow rate is reached.
  • the peak load range in a double pump and multi-pump unit includes all those operating points in the characteristic field that are not reachable by the base-load pump alone.
  • the base load range includes all those operating points that can basically be achieved by the base-load pump alone.
  • a performance-optimized operation in double pumps and multipumps is therefore achieved in that in the said characteristic range a peak load pump is connected and both or all pumps run synchronously. Such operation at a reduced speed is then energetically cheaper than a sole operation of the base load pump with a correspondingly high speed.
  • a boundary line which characterizes the theoretical transition between the operation of the pump unit in the base load range with only the base load pump to the efficiency-optimized range with base load and peak load pump is according to the prior art in the control electronics of the pump unit deposited.
  • operation of the pump unit can then be determined by measuring the differential pressure between the suction side and pressure side and estimating or measuring the flow, if an operating point of the unit is below the limit and thus only the base load pump should be operated, or if the operating point is above the limit line and The pump set should be operated with base load and peak load pump.
  • the limit line therefore indicates for each delivery pressure at which volume flow the peak load pump should be connected for energy reasons.
  • the object of the present invention is to operate a double pump or multi-pump aggregate efficiency-optimized, without a prior metrological recording and evaluation of characteristics of the pump set is required to determine the limit for switching from base load operation in the peak load operation.
  • a method for operating a pump unit having at least one base load-operated first pump and at least one second-pump operating at peak load, which is activated as needed and operated in parallel to the at least one first pump, with the pump unit being regulated on a predetermined control characteristic in that the power consumed is minimal, wherein the pump unit is operated in dependence on an upper and a lower limit either with at least two pumps or with at least one pump switched off, starting from a synchronous operation of the pumps at an operating point in which the pumps with operated in the same speed and / or power, in a first step, the value of at least one operating variable of the pump unit is stored as a reference value, in a second step, the funded by the second pump flow is reduced in one third step depending on the reactions of the regulated first pump a Assignment of the operating point to a load range is done and replaced in a fourth step, the upper or lower limit by the reference value.
  • the inventive method makes it possible to make do without the measurement of the characteristic area of the pump unit before its commissioning. Rather, the boundary line or the switching point for a set during operation of the pump set control characteristic during operation is determined as a kind of "limit band". This is done by determining at each current operating point whether this operating point lies in the peak load range, in the efficiency-optimized range or in the base load range of the pump set, the limit band being limited in its width by the lower and upper limit values. A measurement of the volume flow, the delivery head or the differential pressure for the determination of the switching point is no longer necessary by the proposed method.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that the position and width of the boundary strip are adapted and reduced during operation of the pump unit. This causes wear and wear on the pump set to require no change in the operating setting. Also, software and / or firmware updates remain unaffected.
  • the pump set is always operated energy-optimized.
  • the synchronous speed of the pump unit is used as the operating variable for determining the upper and lower limit values, and these are stored as a reference speed.
  • the synchronous speed is that speed at which the base-load pump and the peak load pump are operated synchronously, ie at the same speed.
  • the rotational speed can be determined in a simple manner, for example by calculation on the basis of current and voltage, which are determined metrologically or present numerically in a model (observer). Alternatively, the speed may be determined by means of a speed sensor well known in the art.
  • the electrical power consumed by the pump unit can also be used as the operating variable.
  • the volume flow delivered by the second pump can be reduced by reducing the speed of the second pump. This can be done in a simple manner by appropriate control of the pump. Alternatively, the volume flow of the second pump can also be reduced in that an arranged between the second pump and the confluence point of the flow rate of the second pump to the total volume flow of the pump unit valve is increasingly closed. However, this requires additional structural and control measures on the pump unit.
  • the power absorbed by the pump unit in synchronous operation can be determined and stored as a reference power. This makes it possible to carry out a performance comparison of the absorbed power of the pump unit for the assignment of the current operating point to a load range, in particular to the efficiency-optimized range. The comparison of the power is then carried out before the reduction of the volume flow of the second pump and after the reduction of this volume flow.
  • the reference value in particular the reference speed as an upper limit, in particular a speed limit can be stored if after the volume flow reduction at least a first condition is met, which is assigned to one of the load areas peak load range or efficiency-optimized range.
  • a first condition is met, which is assigned to one of the load areas peak load range or efficiency-optimized range.
  • the reference value in particular the reference speed can be stored as a lower limit, in particular speed limit, when at least one second condition is assigned, which is assigned to the base load range. If this second condition is satisfied, it can thus be determined that the current operating point of the pump set lies in the base load range.
  • the reference value is set as the lower limit value.
  • the reference value is set as the upper limit value.
  • This procedure can be performed according to the invention for all operating points on a respectively set control characteristic of the pump unit on which the pump unit is operated according to a higher-level control, the upper and lower limit is dynamically adjusted during operation, if a new operating point is present closer to the theoretical limit line.
  • the pump unit according to the invention is provided with at least two pumps, i. in the case of a double pump operated with both pumps. Further, the pump set will be at the lower limit or below the lower limit with at least one pump off, i. operated in the case of a double pump with only one pump. If the synchronous rotational speed of the pump assembly used by the process according to the invention always starts when a new operating point sets, it can be easily determined on the basis of a comparison of the current synchronous rotational speed with the stored upper rotational speed limit value and the stored lower rotational speed limit value whether the current operating point is equal to or above the upper limit value or equal to or below the lower limit value. In these cases no adjustment of the limit values takes place.
  • the method according to the invention is carried out separately for each predetermined control characteristic.
  • an upper and a lower limit of the operating variable, in particular the synchronous speed is set on each control characteristic on which a higher pressure regulator regulates the pump unit, between which the transition from the base load range to the efficiency-optimized range and depending on which the unit with at least one shut down pump or at least two pumps is operated.
  • the control characteristic may be such a characteristic in which the pressure generated by the pump unit is kept constant over the volume flow. Such a control characteristic is known as ⁇ p-constant characteristic. Alternatively, control characteristics are known in which the pressure of the pump unit is adjusted proportionally to the volume flow. Such characteristics are known as ⁇ p-variable. Since the transition from the base load range to the efficiency-optimized range for each control characteristic lies at a different operating point, it makes sense, when the current control characteristic changes, to determine the determined limit values in a characteristic-specific manner, ie. store assigned to this last characteristic. Thus, in the case that is changed back to a previous control characteristic, the limit values previously determined for this control characteristic can be reused.
  • new limit values are used when changing the control characteristic. Like the limit values for the previous control characteristic, these new limits are set to initial values and then determined numerically based on the setting of operating points. In this case, the synchronous speed can be used again as a reference variable.
  • Commissioning can be performed without the knowledge of characteristic characteristics, so that it is possible to dispense with a factory analysis of the characteristic field of the pump unit before its commissioning.
  • the reference value of the operating variable can be stored as an upper limit value if, after the volume flow reduction, in particular the speed reduction of the second pump, at least one first condition is met.
  • This condition may be, for example, reaching or exceeding the maximum speed of the first pump. If this condition is met, it follows from the conclusion that the current operating point is in the peak load range, in which a flow is required, which can not be supplied by the at least one base load pump alone. Because by reducing the volume flow, in particular the speed of the second pump, the base load pump must apply the missing flow rate of the second pump, i. be operated at a higher flow rate. If the speed of the base-load pump rises to or above the maximum speed with this volume flow transfer, the first condition would be met and the current operating point is in the peak load range.
  • a comparison with the stored reference power may be used as the first condition, wherein the current power consumption of the first pump, i. the base-load pump is compared with this reference power and is checked as the first condition exceeding this reference power. With this condition, it can be determined whether the current operating point of the pump set is in the efficiency-optimized range.
  • This finding is based on the finding that, in the case of a current operating point of the pump set, the first pump can achieve an assumption of the volume flow of the second pump below the maximum speed characteristic of the first pump.
  • the power consumption of the base-load pump is higher than the previously recorded in synchronous operation of the pump unit with base load pump and peak load pump power, it is energetically favorable to operate for this operating point, the base load pump and the peak load pump simultaneously, in particular synchronously.
  • Increases The power consumption of the first pump after the volume flow reduction of the second pump via the stored reference power it is thus determined that the current operating point is in the effective wheel-optimized range of the characteristic field of the pump unit.
  • the comparison of the power consumption to the stored reference power represents the stricter criterion, because even in the case of an operating point in the peak load range, the power of the base-load pump will rise above the reference value.
  • the two aforementioned first conditions can also be applied in a commuative manner, whereby they are examined in a ranking order.
  • the exceeding of the maximum speed of the first pump can be checked and, if this maximum speed is not reached or exceeded, the current power consumption of the first pump determined and compared with the stored reference power.
  • the speed can be easily determined because the higher-level pressure regulator, which regulates the pump set to a predetermined control characteristic, outputs a speed setpoint, the amount of which can be easily determined. If this reaches a maximum value, the resource-intensive and more complex metrological and mathematical determination of the power consumption of the first pump or a numerical comparison of this value with the stored reference power can be saved.
  • the reference value of the operation quantity may be stored as a lower limit value when at least a second condition associated with the base load range is satisfied.
  • a second condition the case may be used that the power consumption of the first pump in response to a volume flow reduction of the second pump, at least on average substantially no longer changed, ie in particular no longer increased. This condition is reached at an unchanged operating point in the base load range at some point.
  • the volume flow reduction should be carried out continuously or successively stepwise such that the time period from the last to the next reduction is less than the time constant of the system response to the volume flow reduction. The following is true Consider: starting from a synchronous operation of the first and the second pump, these contribute 50% to the volume flow of the pump set.
  • this criterion can be used as a second condition of the case that the volume flow or the speed of the second pump due to the reduction reaches or falls below a minimum value.
  • This criterion can be used if the former criterion is not met, i. the power consumption of the first pump, in particular fluctuates on average, so that on the basis of this determination can not be made a clear statement about the operating point, unless in any case the power consumption does not rise above the stored reference power.
  • the volumetric flow of the second pump in particular the rotational speed of the second pump, is gradually reduced to such an extent that the volumetric flow and / or the rotational speed reaches or falls below a minimum value and the power consumption of the first pump is still not exceeded the stored reference power has risen, this is a proof that the current operating point of the pump unit is in the base load range, the required flow can be provided by the base load pump alone and the operation of the base load pump alone causes a lower power consumption of the pump unit, as if base load and peak load pump are operated synchronously.
  • the value of an operating variable of the first pump is additionally stored as the base load reference value.
  • This base load reference value represents a comparison value with which the current value of the considered operating variable of the first pump in the base load operation can be compared in order to detect a change in state of the first pump.
  • the base load operation here is that operation in which only the at least one base load pump operates, i. in which at least one pump of the pump set is switched off.
  • its speed can be used as the operating variable of the first pump, since it can be determined in a simple manner on the basis of the speed information of the superordinate pressure regulator of the pump unit.
  • the volume flow reduction of the second pump can take place stepwise or continuously. This has the advantage over an abrupt shutdown of the second pump that the higher-level pressure regulator is not affected in its control task and a sudden pressure drop in the hydraulic system is avoided. In addition, responding to a sudden volume flow request quickly by re-starting the second pump.
  • a stepwise reduction can be made with values between 200 rpm and 50 rpm, in particular about 75 rpm to 150 rpm, preferably about 100 rpm.
  • this can be done, for example, with a negative slope of 50-150 U / min per second, in particular 100 U / min per second.
  • the volumetric flow reduction it is possible after the volumetric flow reduction to return to the synchronous operation of the pump unit when the power consumption of the first pump decreases.
  • This can be used as a third condition that is applicable in addition to the other two conditions. It is fulfilled when, during the implementation of the method steps according to the invention, in particular after the volume flow reduction, the required delivery rate decreases, i. the operating point of the pump set changes in the direction of low volume flows. In this case, checking the first and second conditions would be negative. For this reason, it is advantageous, in the case of a sinking power consumption of the first pump after the volume flow reduction of the second pump to return to the synchronous operation and continue from this operation, the method, i. repeat the assignment of the new operating point to one of the load ranges.
  • the third condition is thus a fallback condition.
  • volume flow of the second pump is further reduced if none of the conditions is met. In any case, this can be done as long as no minimum value for the volume flow, in particular the minimum speed of the second pump, has yet been reached.
  • each state of the method according to the invention can be converted into a synchronous operation, when the first pump reaches an inadmissible operating state, in particular when the speed of the first pump reaches or exceeds a maximum value.
  • This procedure takes into account the fact that in the short term, an increased volume flow demand can be made of the pump unit, which can not be operated with the operation of one or more base-load pump alone. Accordingly, in this case, all pumps of the pump set are switched on again and operated synchronously, so that the method for the changed operating point can start anew.
  • the first condition is immediately returned to the synchronous mode and the reference value is stored as the upper limit value only when the operating state before the volume flow reduction is restored after the return.
  • This procedure represents a plausibility check and takes into account the case that changes during the review of the first condition of the operating point of the pump set. Because only in the case of no change in the operating point, the pump unit will return to the original operating state in the reversal of the volume flow reduction, in which the synchronous speed and / or power consumption of the pump unit again corresponds to / before the volume flow reduction. Only in this case is it possible to conclude that the operating state is in the peak load range or in the efficiency-optimized range, so that the reference value can be correctly stored as the upper limit value.
  • the lower limit is reset to a minimum value and is returned to the synchronous operation, when the first pump reaches an inadmissible operating state in the base load operation, in particular reaches or exceeds a maximum speed.
  • a safety device is implemented, which applies in the event that the stored lower limit is incorrect.
  • a reset of the lower limit value and went into synchronous operation when the first pump reaches an inadmissible operating state.
  • the above-described method can be implemented in a computer program, ie be formed by a computer program product which contains instructions for carrying out the method according to the invention and which is carried out when it is executed on a microcomputer of an electronic control system.
  • the method can be implemented both in a control electronics of the pump unit and in an external control device, in particular in a control computer.
  • the invention relates to a pump unit with at least one base load-operated first pump and at least one second peak-load pump, which is switched on and operated parallel to the at least one first pump, wherein the pump unit is controllable on a predetermined control characteristic that the recorded power is minimal, and wherein it has a control electronics, which is adapted to carry out the method described above.
  • the aforementioned computer program with the instructions for carrying out the method can be loaded onto a microcomputer of the control electronics.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a double pump, ie a pump unit 1 with two identical pumps 2a, 2b, which are hydraulically connected in parallel. They have a common suction line 4, to which the two pumps 2a, 2b are connected with their suction side. On the pressure side, the pumps 2 a, 2 b open into a common pressure line 5, wherein a check valve 3 a is arranged in the transition region to the pressure line 5.
  • This non-return valve prevents pumped fluid from entering one pump into the pressure side of the other pump, thus creating unnecessary hydraulic resistance. Rather, the non-return valve 3a directs the flow of the two pumps 2a, 2b in the pressure line. 5
  • Each pump 2a, 2b is associated with a pump electronics 6, which controls the electric motor drive unit of the pump 2a, 2b.
  • the pump electronics 6 is connected to an operating voltage and energized the respective electric motor by means of a frequency converter.
  • the frequency converter is controlled by a pulse width modulated (PWM) signal from a microprocessor of the pump electronics in response to a speed reference is produced.
  • PWM pulse width modulated
  • This speed setpoint is output by a controller, which is also part of the pump electronics, in particular implemented in the microprocessor of the electronics.
  • This controller is superior to the method according to the invention and regulates a pump 2a, 2b according to a control characteristic which can be specified at the respective pump electronics 6.
  • the pressure generated by a pump 2a, 2b is regulated, wherein the pumps 2a, 2b are set up for measuring the differential pressure between the suction side and the pressure side.
  • the pump unit 1 may also be pressure-controlled, wherein only the control of one of the two pumps 2a, 2b is needed.
  • the two pump electronics 6 of the pumps 2a, 2b are connected in parallel via a control line 8.
  • the pump electronics 6 of the second pump 2b can receive the same control signal for their frequency converter via this control line 8, which is output by the pump electronics 6 of the first pump 2a.
  • the first pump 2a thus functions, together with its regulating / control electronics 6, as a type of master, whereas the second pump 2b is controlled with its regulating / control electronics 6 as a type of slave.
  • a synchronous operation of the two electromotive drive units of the first pump 2a and the second pump 2b is achieved.
  • the pump electronics 6 of the second pump 2b is completely identical in design to the pump electronics 6 of the first pump 2a and can if necessary control the second pump 2b completely independently of the pump electronics 6 of the first pump 2a.
  • FIG. 2 shows an exemplary second embodiment of the pump unit 1 according to the invention with a plurality of parallel operating pumps 2a, 2b. Of this variety, however, only three pumps in the FIG. 2 shown. In this case, two pumps 2a act as synchronously running base load pumps and a pump 2b as a peak load pump. All pumps are connected to a common suction line 4 and open into a common pressure line 5. Between each pump 2a, 2b and the pressure line 5, a check valve 3 is arranged, which like the non-return valve 3a in FIG. 1 each prevents that under pressure standing pumped medium enters the pressure-side region of a less pumping or pump switched off.
  • each pump 2a, 2b is equipped with a pump electronics 6, which can control the corresponding pump 2a, 2b completely self-sufficient, that can energize the electric motor drive unit such that the pump 2a, 2b is controlled on a predetermined control characteristic.
  • the pump electronics 6 according to FIG. 2 are therefore identical to the pump electronics 6 in FIG. 1 , Basically, the pump electronics 6 can be connected to each other via control lines, not shown, and implement control technology, a master / slave arrangement in this second embodiment.
  • a higher-level central control unit 7 is shown, with which the individual pump electronics 6 are connected via a respective control line 9. About this central control unit 7, the rotational speeds of the individual pumps 2a, 2b of the pump unit 1 in FIG. 2 specified.
  • Pump units 1 shown are preferably used as circulation pumps in heating systems or as printing stations for fresh water delivery.
  • the first pump 2a is used to operate the base load and the second pump 2b to operate the peak load.
  • the first pump 2a is referred to in the context of the invention as a base load pump, whereas the second pump 2b is referred to as a peak load pump.
  • the peak load pump 2 b is required on the one hand to cover a flow requirement that can not be met by the base load pump alone. However, it is also operated synchronously to the base load pump in an area of the characteristic field in which the synchronous operation of both pumps is energetically more favorable than the exclusive operation of the base-load pump.
  • the inventive method can easily on a multi-pump unit according to FIG. 2 can be extended by the base load pump 2a and a connected peak load pump 2a control technology together as a base load pump 2a are considered, to which a further pump 2b, namely the new peak load pump 2b is connected.
  • FIG. 3 shows the superordinate sequence of the method according to the invention. The method is performed immediately when commissioning the pump unit 1 and learns to himself, when it is energetically cheaper to operate only the base load pump or when a synchronous operation of base load and peak load pump 2a, 2b is energetically cheaper.
  • an upper limit value n_o and a lower limit value n_u are defined, and values are given to these limit values in a step 12 labeled "reset".
  • the upper limit n_o is set equal to the maximum speed n_max of the base load pump 2a
  • the lower limit n_u is set equal to the minimum speed n_min of the base load pump 2a. Since the two pumps 2a, 2b are designed to be identical, these limits also correspond to those of the peak load pump 2b and the double pump unit 1 in synchronous operation.
  • n_u_GLP defines a base load reference value of the rotational speed. This reference value is occupied in the course of the process with that speed n_GLP of the base load pump 2a which is applied to the base load pump 2a when the base load operation, i. is transferred to the operation with only the base load pump 2a.
  • This speed value then serves as a reference to the current speed n_GLP of the base-load pump 2 a, by means of which an abnormal speed increase of the base-load pump 2 a can be ascertained. This will be explained in more detail below.
  • FIG. 3 summarized by the APL (Adaptive Peak Load) designated block 20, its implementation FIG. 4 shows and explained below.
  • APL 20 implements a power control of the pump set 1 with dynamic threshold adjustment.
  • a new setpoint presetting 14 i. If the control characteristic changes, the process is restarted and new limit values n_u, n_o, n_u_GLP are set for this control characteristic.
  • the previously determined limit values relative to the original control characteristic i. the original setpoint default are stored so that they can be reused when returning to the previous setpoint setpoint.
  • a new setpoint specification 14 does not mean that the previously determined limit values are deleted. Rather, new limit values n_u, n_o, n_u_GLP are only set when a control characteristic is set in the pump unit 1, which has never been set before. If you change to a previously set characteristic, the limit values already determined for this characteristic will continue to be used. If, on the other hand, there is no change in the control characteristic during the execution of the steps of the APL block 20, these APL steps are repeated cyclically.
  • FIG. 4 graphically illustrates the individual steps of the APL block 20 in FIG FIG. 3 of the method according to the invention in a logical flowchart.
  • the method begins with a synchronous operation 21 of the pump unit 1, in which the pump electronics 6 of the base load pump 2a and the peak load pump 2b regulate them such that the speed of the base load pump n_GLP and the speed of the peak load pump n_SLP are identical and correspond to a predetermined synchronous speed n_sync.
  • the synchronous operation is in FIG. 4 characterized by the block 21.
  • the synchronous speed n_sync is specified by the higher-level controller, which adjusts the pump unit 1 in such a way that the differential pressure ⁇ p or the delivery height H of the pump unit 1 in accordance with the predetermined volume flow Q given by the hydraulic system in which the pump unit 1 is integrated Control characteristic holds.
  • n_sync is smaller than the lower limit value n_u.
  • this condition can not be fulfilled anyway because the lower limit n_u has been set equal to the minimum speed n_min of the base load pump 2a in step 12.
  • the lower limit n_u is dynamically raised and then indicates that each synchronous speed n_sync belongs to an operating point lying in the base load range 17 below this lower limit value n_u.
  • the peak load pump is turned off in step 36, since in the base load range 17, the exclusive operation of the base load pump 2a to provide the required flow Q and sufficient energy is more favorable than the synchronous operation of base load and peak load pump 2a, 2b.
  • the speed n_GLP of the base-load pump 2a should increase only slightly in order to compensate for the reduced volume flow due to the elimination of the peak load pump 2b. However, should the speed n_GLP of the base-load pump 2a increase to the maximum speed n_max, which is subsequently checked in step 37, the lower limit value n_u has been set incorrectly. It is therefore reset to the initial value in the subsequent step 38, i. reset to the minimum speed n_min. In this case, the peak load pump 2 b is immediately connected again and the pump unit 1 is operated in synchronous operation 21.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the family of characteristics of a double pump 1 according to FIG. 1 ,
  • the characteristic field is formed by a plurality of characteristic curves 44 of constant speed and pipe network parabolas 43 whose pitch is predetermined by the pipe network resistance of the hydraulic system in which the pump unit 1 is integrated.
  • the characteristic field is limited to the top by a maximum characteristic 41 of the pump unit 1.
  • This characteristic 41 corresponds to the operating points of the pump unit 1, which can be reached at maximum synchronous speed of the two individual pumps 2a, 2b.
  • the characteristic indicated by the reference numeral 18 is the maximum characteristic of one of the pump 2a, 2b, in particular the base load pump 2a.
  • This characteristic curve 18 identifies all operating points that can be reached during exclusive operation of the base-load pump 2 a at the maximum rotational speed n_max. Between the maximum characteristic 41 of the pump unit 1 and the maximum characteristic curve 18 of the basic load pump 2a is the peak load region 15. Thus, the pump unit 1 can reach an operating point within this peak load range 15, the operation of base load pump 2a and peak load pump 2b is required.
  • the characteristic field is limited by a minimum characteristic 42 of the base-load pump 2 a. Between the minimum characteristic 42 and the maximum characteristic 18, each operating point of the pump unit 1 can be achieved exclusively by the base-load pump 2 a.
  • This intermediate region is divided into the base load region 17, in which it is energetically more favorable to operate only the base load pump 2a, and an efficiency-optimized region 16, in which the pump unit 1 receives less power when base-load pump 2a and peak load pump 2b are operated simultaneously, in particular synchronously , against an exclusive operation of the base load pump 2a.
  • This efficiency-optimized region 16 is substantially in the range of low to medium volume flows Q at low to medium head H.
  • the transition between the base load region 17 and the efficiency-optimized region 16 is characterized by a boundary line 40, whose position has been found by measuring the characteristic field on the test bench according to the prior art. According to the invention, however, the position of this boundary line 14 is found out with increasing accuracy during operation of the pump unit 1.
  • FIG. 6 Referenced.
  • the pump unit 1 is first controlled according to a first control characteristic 19, on which the pressure ⁇ p of the pump unit 1 or the delivery height H is kept constant over the volume flow Q.
  • a first control characteristic 19 on which the pressure ⁇ p of the pump unit 1 or the delivery height H is kept constant over the volume flow Q.
  • n_u and the upper limit value n_o are plotted. It is first assumed that after the commissioning of the pump unit 1 and the set synchronous operation 21, a first Operating point 11 sets, which is in the base load range 17. This is determined by the method as follows.
  • step 22 With reference to FIG. 4 was first determined in step 22 that the currently applied synchronous speed in the operating point 11 is not less than the lower limit n_u. It is then checked in step 23 whether the current synchronous speed n_sync is smaller than the upper limit value n_o. This is the case at the operating point 11 because the upper limit n_o has been set equal to the maximum speed n_max of the base load pump 2a. In step 23 it is also checked whether the synchronous speed n_sync is less than the maximum speed n_max. Since the method according to the invention has not yet set a new upper limit value n_o at this point, the aforementioned second condition is identical to the first one. It therefore only becomes significant if, in the course of the method, the upper limit n_o is set to a value below the maximum speed n_max.
  • step 23 For the operating point 11 in FIG. 6 the conditions tested in step 23 are met. This is followed by a storage of the current synchronous speed n_sync as reference speed n_ref, step 24a. Subsequently, the total electrical power P_ ⁇ is determined and stored in step 24b as a reference power P_ref. Thereafter, in step 25, the speed n_SLP of the peak load pump 2b is reduced, for example, by 100 rpm. As a result, the flow rate of the peak load pump 2b is reduced. The two pumps 2a, 2b are no longer operated synchronously. The reaction of the pump unit 1 to this speed reduction will now be analyzed.
  • the higher-level speed controller now controls the resulting from the speed reduction of the peak load pump pressure drop of the pump unit 1, characterized in that the speed of the base-load pump is increased.
  • any existing valves in the hydraulic system for example, thermostatic valves readjust.
  • a wait time t_wait is waited for in step 35. This is between one and 20 s, preferably between 5 and 15 s, in particular about 10 s, and it can be chosen in particular as a product of the settling time of the pressure regulator and a factor which is preferably between two and five. Wait a counter for the waiting time can be set to zero immediately after a speed reduction in step 25 and then counted up numerically. Only after expiry of the waiting time t_wait is it checked how the pump unit 1 reacts to the speed reduction of the peak load pump 2b in step 25.
  • step 26 it is first checked in step 26 whether the rotational speed n_GLP of the base-load pump 2a reaches or exceeds its maximum value n_max due to the speed reduction of the peak load pump 2b. If this were the case, then the current operating point 11 would be in the peak load range 15. However, this is not the case here.
  • step 26 it is checked in step 26 as an alternative condition whether the now adjusting electrical power consumption P_GLP of the base load pump 2 a rises above the stored power reference value P_ref. If this were the case at the operating point 11, it would either be in the efficiency-optimized range 16 or in the peak load range 15. If the speed condition n_GLP ⁇ n_max is checked before the power condition P_GLP> P_ref and the speed condition is not satisfied, then the power condition would have been checked in that the operating point lies in the efficiency-optimized region 16.
  • step 26 a hierarchical examination of the two conditions in step 26 is not absolutely necessary, since both in the case of performance of the performance condition and in the case of meeting the speed condition in each synchronous operation is transferred, step 29.
  • the procedural response to the occurrence of one of these conditions is therefore the same.
  • step 27 If the power P_GLP of the base-load pump 2 a still changes after the speed reduction, no concrete statement can yet be made as to whether or not the operating point 11 lies in the base load range 17. It then proceeds from step 27 to the next step 28.
  • step 28 Since the peak load pump 2b is given a specific speed by the method according to the invention, only the base load pump 2a remains under the controlled influence of the superordinate pressure regulator so that it downshifts the power of the base-load pump 2a. Whether this is the case is checked in step 28. If this case occurs, then the operating point 11 has changed and a statement about its original position can not be made at this point. From step 28, therefore, the method according to the invention returns to synchronous operation 21, from where it begins anew with the changed operating point.
  • step 28 if the condition in step 28 is not met, the power of the base-load pump 2a either increases or fluctuates as a result of the volume flow transfer, so that no concrete statement can be made about the operating point.
  • step 25 A further speed reduction of the peak load pump 2b is then performed in step 25 and the system response is again awaited. Subsequently, the conditions 26, 27 and 28 are checked again.
  • step 32a the previously stored reference speed r_ref, which is associated with the operating point 11, is stored as the lower limit n_u, since it is now clear that the operating point 11 is in the base load range 17.
  • the peak load pump 2b is then turned off, step 32b. Since in this way the rotational speed n_GLP of the base-load pump 2 a can change again, it makes sense to provide here a further waiting time, which in FIG. 4 but not taken into account.
  • the current speed n_GLP of the base load pump 2 a including an added offset is stored as a base load reference value n_u_GLP, step 32 c.
  • the pump unit 1 is now operated in the base load mode 33, in which the peak load pump 2b is turned off, ie their speed n_SLP is zero, whereas the base load pump 2a continues to be operated at a non-zero speed n_GLP. This is in block 33 in FIG. 4 shown.
  • the rotational speed n_GLP of the base-load pump 2a is constantly checked. If it rises above the stored base load reference value n_u_GLP, it returns directly to synchronous mode 21. For safety reasons, it is also checked in condition 34 for the case of an incorrectly set base load reference value n_u_GLP whether the speed of the base-load pump n_GLP rises above its maximum speed n_max. If this is the case, is also transferred to the synchronous mode 21.
  • Fig. 7 shows that the lower limit n_u is now set to the speed value that existed at the first operating point 11 before the volume flow reduction of the second pump 2b. This means that every other operating point has one speed is also in the base load range 17 below the new lower limit n_u. The area below the lower limit n_u is in FIG. 7 therefore marked hatched.
  • FIG. 7 assumed that sets an operating point in the peak load range 15 as the second operating point 13.
  • the speed n_GLP of the base-load pump will increase considerably compared to the base-load reference value n_u_GLP, in particular increase above the maximum speed n_max.
  • the in step 34 in FIG. 4 mentioned and constantly checked conditions are therefore met and it is transferred to the synchronous mode 21.
  • the then adjusting synchronous speed n_sync must necessarily be above the previously stored in the operating point 11 synchronous speed, so that the condition 22 in FIG. 4 is not fulfilled. Since the upper limit value n_o still corresponds to the maximum synchronous speed value n_max, the condition tested in step 23 or the two conditions mentioned there are fulfilled.
  • the current synchronous speed n_sync is therefore stored again as a speed reference value n_ref, step 24a, and the electrical power P_ ⁇ recorded by the pump unit is determined and stored as reference power P_ref, step 24b.
  • the speed n_SLP of the peak load pump 2b is reduced, step 25, and the reaction of the pump set 1 to this speed reduction is awaited, step 35, and analyzed.
  • step 26 The reduction of the rotational speed n_SLP will cause the rotational speed n_GLP of the base-load pump 2a to reach its maximum value n_max because the operating point 13 conditions a volumetric flow Q which lies beyond the maximum characteristic curve 18 of the basic-load pump 2a. For this reason, the condition in step 26 will be satisfied after a certain time, so that the synchronous operation is returned, step 29 in FIG. 4 ,
  • the new operating point 13 is in the peak load range 15, so that the synchronous speed stored as reference speed n_ref n_sync can be set as the upper limit n_o, step 31.
  • the speed of the base load pump n_GLP returns to its original value, namely to the original synchronous speed n_sync. This condition is in step 30 in FIG. 4 checked. Only if this is the case, the reference value n_ref is set as upper limit n_o. Otherwise, the current operating point has changed again, so that a clear statement about its location is not possible. The procedure is then continued in synchronous mode 21.
  • FIG. 8 the operating point 13 remains unchanged, so that the reference value n_ref is set as upper limit n_o.
  • FIG. 8 FIG. 11 further illustrates that synchronous speeds above the upper limit n_o belong to operating points in which both the base load pump 2 a and the peak load pump 2 b should be operated.
  • a third operating point 45 assumed by way of example, which is now in the efficiency-optimized region 16.
  • step 23 both are met in step 23 to be tested conditions so that the current synchronous speed n_sync can be stored again as a reference value n_ref, step 24. Furthermore, the currently recorded electrical power P_ ⁇ the pump unit 1 is again stored as a reference power P_ref, step 24b. After these storage steps, the speed n_SLP of the peak load pump 2b is again reduced, step 25, and waited until the higher-level pressure regulator has corrected.
  • step 26 Since the new operating point 47 is in the base load range 17, none of the conditions tested in step 26 will be met. This means that the base-load pump 2a neither reaches its maximum speed n_max nor achieves a power consumption which is above the reference power P_ref due to the speed reduction of the peak load pump 2b. The speed reduction of the peak load pump 2b will cause the power P_GLP picked up by the base load pump 2a to initially increase but then reach a saturation value when the base load pump 2a has almost completely taken over the flow rate of the peak load pump 2b. Since the power P_GLP of the base-load pump no longer changes significantly in this case, the condition in step 27 is fulfilled.
  • the reference speed n_ref is then set as the new lower limit n_u, step 32a, the peak load pump 2b turned off, step 32b, and the then present actual speed n_GLP of the base load pump 2a plus an offset set as the new base load reference value n_u_GLP, step 32c.
  • the pump unit 1 is then operated in the base load mode 33, in which the peak load pump 2 a is turned off and the pump unit 1 is controlled exclusively with the base load pump 2 a on the set control characteristic 19.
  • FIG. 11 now the change to a new constant control characteristic 40 is illustrated.
  • a new lower limit n_u and a new upper limit n_o are set, which are assigned a minimum value or maximum value for the rotational speeds.
  • n_u is assigned a minimum value or maximum value for the rotational speeds.
  • n_o is again a new, fifth operating point 48 located, which is in the base load range 17.
  • the method will now be described in accordance with the above-described steps in FIG. 4 as before on the basis of Figures 6-10 explained. Based on FIG. 11 It is still clear that the limit values n_u, n_o determined for the previous control characteristic 19 remain, so that in the case of a return to the original control characteristic 19 these limit values n_u, n_o can be reused.
  • FIG. 12 illustrates the application of the method according to the invention with a further control characteristic 39, according to which the delivery pressure ⁇ p of the pump unit 1 is controlled linearly via the volume flow Q.
  • FIG. 12 are already shown adjusted values for the lower limit n_u and the upper limit n_o, which have been determined during operation. Between the two limits, the boundary line 40 runs.
  • FIG. 13 illustrates the graph of the measured values for the speed n_setpoint specified for the peak load pump 2b, for the total output P1_Sum of the pump set, for the power P1_MA of the base load pump and for the power P1_SL of the peak load pump, for a head H of 15 m and a flow Q of 55 m 3 / H.
  • the speed n_soll of the peak load pump 2b is reduced by 100 rpm.
  • the power consumption P1_SL of the peak load pump 2b decreases significantly, whereas the power P1_MA of the base load pump 2a increases by a higher amount.
  • the power PL_MA the base load pump 2a has reached a value of about 4000 watts.
  • a subsequent further speed reduction of 100 rpm has a reduction in the power P1_SL received by the peak load pump 2b, it does not change the power consumption P1_MA of the base load pump 2a.
  • FIG. 13 shows that this total power is always above the curve of the power P1_MA the base load pump 2a. This means that the operating point from which in FIG. 13 is assumed before the speed reduction is in the base load range 17, in which the power consumption of the base load pump 2a does not increase above the previously recorded in synchronous operation 21 before the speed reduction power P1_Sum the total unit.
  • FIG. 13 therefore illustrates the physical quantities on the pump set 1, when an operating case according to FIG. 6 is present.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat (1) sowie ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Betrieb des Pumpenaggregats (1), das wenigstens eine eine Grundlast bedienende erste Pumpe (2a) und wenigstens eine eine Spitzenlast bedienende zweiten Pumpe (2b) aufweist, die bedarfsweise zugeschaltet und parallel zu der zumindest einen ersten Pumpe (2a) betrieben wird, wobei das Pumpenaggregat (1) derart auf einer vorgegebenen Regelkennlinie (19, 39) geregelt wird, dass die aufgenommene Leistung minimal ist. Das Pumpenaggregat (1) wird in Abhängigkeit eines oberen und eines unteren Grenzwertes (n_o, n_u) einer Betriebsgröße (n_sync) entweder mit mindestens zwei Pumpen (2a, 2b) oder mit wenigstens einer ausgeschalteten Pumpe (2b) betrieben, wobei ausgehend von einem synchronen Betrieb (21) der Pumpen (2a, 2b) in einem Betriebspunkt (11, 13), in dem die Pumpen (2a, 2b) mit derselben Drehzahl (n_sync) und/ oder Leistung betrieben werden, in einem ersten Schritt (24a) der Wert zumindest einer Betriebsgröße (n_sync) des Pumpenaggregats (1) als Referenzwert (n_ref) abgespeichert wird, in einem zweiten Schritt (25) der von der zweiten Pumpe (2b) geförderte Volumenstrom reduziert wird, in einem dritten Schritt (26, 27) in Abhängigkeit der Reaktion der geregelten ersten Pumpe (2a) eine Zuordnung des Betriebspunktes (11, 13) zu einem Lastbereich (15, 16, 17) erfolgt und in einem vierten Schritt (31, 32a) der obere oder untere Grenzwert (n_o, n_u) durch den Referenzwert (n_ref) ersetzt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Pumpenaggregates mit wenigstens einer eine Grundlast bedienenden ersten Pumpe und wenigstens einer eine Spitzenlast bedienenden zweiten Pumpe, die bedarfsweise zugeschaltet und parallel zu der zumindest einen ersten Pumpe betrieben wird, wobei das Pumpenaggregat derart auf einer vorgegebenen Regelkennlinie geregelt wird, dass die aufgenommene Leistung minimal ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm mit Instruktionen zur Durchführung dieses Verfahrens sowie ein Pumpenaggregat der genannten Art mit einer Steuerungselektronik, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Pumpenaggregate, die aus zwei parallel fördernden Pumpen bestehen, werden als Doppelpumpe bezeichnet. Demgegenüber werden Pumpen mit mehr als zwei parallel fördernden Pumpen Multipumpen oder Druckstationen genannt. Die Pumpen werden in der Regel elektromotorisch angetrieben. Die Einsatzgebiete derartiger Pumpen liegen beispielsweise in Heizungsanlagen als Umwälzpumpen oder in der Frischwasserlieferung zur Druckerzeugung. Eine Doppelpumpe und eine entsprechende Steuerung derselben ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 864 755 B1 bekannt. Ferner zeigt auch die EP 2 161 455 A1 eine Doppelpumpe.
  • Für die Steuerung von Doppel- oder Multipumpen können zwei verschiedene Steuerungskonzepte verwendet werden. Gemäß eines ersten Steuerungskonzepts werden die Pumpen des Aggregats über den gesamten Regelungsbereich zur Deckung des benötigten Förderstroms synchron, d.h. mit gleicher Drehzahl, betrieben. Demgegenüber wird bei einem zweiten Steuerungskonzept zunächst lediglich eine der Pumpen des Pumpenaggregats zur Deckung eines geforderten Förderstroms verwendet. Diese Pumpe wird Grundlastpumpe genannt und ist für die Deckung des Förderstroms im so genannten Grundlastbereich zuständig. Wird jedoch ein Förderstrom benötigt, der außerhalb des Grundlastbereichs liegt, d.h. der einen Betriebspunkt jenseits der maximalen Förderdrehzahl der Grundlastpumpe besitzt, wird die zweite oder eine zweite Pumpe hinzugeschaltet, die dann gemeinsam mit der Grundlastpumpe den benötigten Förderstrom zu liefern. Diese zweite oder weitere Pumpe kann als Spitzenlastpumpe bezeichnet werden, die mit ihrer zusätzlichen hydraulischen Leistung ermöglicht, dass das Doppelpumpen- oder Multipumpenaggregat Betriebspunkte jenseits der Maximalkennlinie der Grundlastpumpe, d.h. im sogenannten Spitzenlastbereich erreicht. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einem Multipumpenaggregat zwei oder mehr Pumpen gemeinsam für die Deckung der Grundlast zuständig sein können und daher zusammen eine Grundlastpumpe bilden, zu der eine Spitzenlastpumpe hinzuschaltbar ist. Nachfolgend wird daher "Grundlastpumpe" in der Einzahl verwendet, wohl wissend, dass im Sinne dieser Anmeldung auch zwei oder mehr Pumpen darunter verstanden werden können.
  • Bei dem genannten zweiten Regelungskonzept wird die Grundlastpumpe bei maximaler Drehzahl betrieben, wohingegen die Spitzenlastpumpe lediglich denjenigen hydraulischen Leistungsbeitrag liefert, der zum Erreichen des zusätzlich benötigten Förderstroms erforderlich ist. Kann bei einem Multipumpenaggregat auch mit der zweiten oder weiteren, hinzugeschalteten Pumpe bei maximaler Drehzahl der Betriebspunkt nicht erreicht werden, so wird eine weitere Pumpe hinzugeschaltet. Dies erfolgt so oft, bis der benötigte Förderstrom erreicht wird.
  • Der Spitzenlastbereich bei einem Doppelpumpen- und Multipumpenaggregat umfasst alle diejenigen Betriebspunkte im Kennlinienfeld, die von der Grundlastpumpe allein nicht erreichbar sind. Demgegenüber umfasst der Grundlastbereich alle diejenigen Betriebspunkte, die grundsätzlich von der Grundlastpumpe alleine erreicht werden können. Dabei gibt es im Grundlastbereich Betriebspunkte, bei denen ein synchroner Betrieb von Grundlast- und Spitzenlastpumpe energieeffizienter ist, als ein Betrieb der Grundlastpumpe alleine. Diese Betriebspunkte liegen bezogen auf das Kennlinienfeld der Grundlastpumpe in etwa im Bereich mittleren bis hohen Durchflusses bei geringem bis mittleren Förderdruck. Dieser Bereich wird wirkungsgradoptimierter Bereich genannt. Ein leistungsoptimierter Betrieb bei Doppelpumpen und Multipumpen wird daher dadurch erreicht, dass in dem genannten Kennlinienbereich eine Spitzenlastpumpe hinzugeschaltet wird und beide bzw. alle Pumpen synchron laufen. Ein derartiger Betrieb mit reduzierter Drehzahl ist dann energetisch günstiger als ein alleiniger Betrieb der Grundlastpumpe mit entsprechend hoher Drehzahl.
  • Zur Bestimmung des wirkungsgradoptimierten Bereichs ist ein hoher messtechnischer Aufwand erforderlich, der beim Hersteller der gattungsgemäßen Pumpenaggregate auf dem Prüfstand durchgeführt wird, bevor das Pumpenaggregat auf den Markt kommt. Es wird das gesamte Kennlinienfeld des Pumpenaggregats Betriebspunkt für Betriebspunkt vermessen, die entsprechenden Messdaten abgespeichert und anschließend ausgewertet. Dabei werden zumindest diejenigen Betriebspunkten, die unterhalb der Maximalkennlinie der Grundlastpumpe liegen, zum einen ausschließlich mit der Grundlastpumpe und zum anderen im synchronen Betrieb von Grundlastpumpe und Spitzenlastpumpe angefahren, wobei in jedem der beiden Fälle die jeweils aufgenommene Leistung des Pumpenaggregats bestimmt wird und die beiden Leistungen miteinander verglichen werden. Aus dem Vergleich der Leistungen kann dann festgestellt werden, ob das Pumpenaggregat energetisch günstiger betrieben wird, wenn nur die Grundlastpumpe läuft oder ob der synchrone Betrieb von Grundlast- und Spitzenlastpumpe zu einer geringeren Leistungsaufnahme führt. Das Vermessen des Kennlinienfeldes und die Durchführung der Vergleichsversuche zur Bestimmung des wirkungsgradoptimierten Bereichs innerhalb des Kennlinienfeldes benötigen erhebliche personelle und zeitliche Ressourcen und verteuern damit das Doppel- bzw. Multipumpenaggregat.
  • Eine Grenzlinie, die den theoretischen Übergang zwischen dem Betrieb des Pumpenaggregats im Grundlastbereich mit nur der Grundlastpumpe zum wirkungsgradoptimierten Bereich mit Grundlast- und Spitzenlastpumpe kennzeichnet, wird nach dem Stand der Technik in der Steuerungselektronik des Pumpenaggregats hinterlegt. Im Betrieb des Pumpenaggregats kann dann durch Messen des Differenzdrucks zwischen Saugseite und Druckseite und Abschätzen oder Messen des Durchflusses festgestellt werden, ob ein Betriebspunkt des Aggregats unterhalb der Grenzlinie liegt und damit nur die Grundlastpumpe betrieben werden sollte, oder ob der Betriebspunkt oberhalb der Grenzlinie liegt und das Pumpenaggregat mit Grundlast- und Spitzenlastpumpe betrieben werden sollte. Die Grenzlinie gibt daher für jeden Förderdruck an, bei welchem Volumenstrom die Spitzenlastpumpe aus energetischen Gründen hinzugeschaltet werden sollte.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Doppelpumpen- oder Multipumpenaggregat wirkungsgradoptimiert zu betreiben, ohne dass eine vorherige messtechnische Aufnahme und Auswertung von Kennlinien des Pumpenaggregats erforderlich ist, um die Grenzlinie für die Umschaltung vom Grundlastbetrieb in den Spitzenlastbetrieb festzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb eines Pumpenaggregats mit wenigstens einer eine Grundlast bedienenden ersten Pumpe und wenigstens einer eine Spitzenlast bedienenden zweiten Pumpe vorgeschlagen, die bedarfsweise zugeschaltet und parallel zu der zumindest einen ersten Pumpe betrieben wird, wobei das Pumpenaggregat derart auf einer vorgegebenen Regelkennlinie geregelt wird, dass die aufgenommene Leistung minimal ist, wobei das Pumpenaggregat in Abhängigkeit eines oberen und eines unteren Grenzwertes entweder mit mindestens zwei Pumpen oder mit wenigstens einer ausgeschalteten Pumpe betrieben wird, wobei ausgehend von einem synchronen Betrieb der Pumpen in einem Betriebspunkt, in dem die Pumpen mit derselben Drehzahl und/oder Leistung betrieben werden, in einem ersten Schritt der Wert zumindest einer Betriebsgröße des Pumpenaggregates als Referenzwert abgespeichert wird, in einem zweiten Schritt der von der zweiten Pumpe geförderte Volumenstrom reduziert wird, in einem dritten Schritt in Abhängigkeit der Reaktionen der geregelten ersten Pumpe eine Zuordnung des Betriebspunktes zu einem Lastbereich erfolgt und in einem vierten Schritt der obere oder untere Grenzwert durch den Referenzwert ersetzt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ohne die Vermessung des Kennlinienbereichs des Pumpenaggregates vor dessen Inbetriebnahme auszukommen. Vielmehr wird die Grenzlinie respektive der Umschaltpunkt für eine bei dem Betrieb des Pumpenaggregates eingestellte Regelkennlinie im laufenden Betrieb als eine Art "Grenzband" ermittelt. Dies erfolgt dadurch, dass bei jedem aktuellen Betriebspunkt bestimmt wird, ob dieser Betriebspunkt im Spitzenlastbereich, im wirkungsgradoptimierten Bereich oder im Grundlastbereich des Pumpenaggregats liegt, wobei das Grenzband in seiner Breite durch den unteren und den oberen Grenzwert begrenzt ist. Eine Messung des Volumenstroms, der Förderhöhe oder des Differenzdrucks für die Bestimmung des Umschaltpunktes ist durch das vorgeschlagene Verfahren nicht mehr notwendig.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Lage und Breite des Grenzbandes im laufenden Betrieb des Pumpenaggregats angepasst und reduziert werden. Dies bewirkt, dass Verschleiß und Abnutzungserscheinungen am Pumpenaggregat keine Änderung der Betriebseinstellung erfordern. Auch bleiben Software und oder Firmwareaktualisierungen ohne Einfluss. Das Pumpenaggregat wird stets energieoptimiert betrieben.
  • Vorzugsweise wird als Betriebsgröße zur Festlegung des oberen und des unteren Grenzwertes die synchrone Drehzahl des Pumpenaggregats verwendet, und diese als Referenzdrehzahl abgespeichert. Die synchrone Drehzahl ist diejenige Drehzahl, bei der die Grundlastpumpe und die Spitzenlastpumpe synchron, d.h. mit gleicher Drehzahl betrieben werden. Die Drehzahl kann auf einfache Weise bestimmt werden, beispielsweise durch Berechnung aufgrund von Strom und Spannung, die messtechnisch ermittelt werden oder numerisch in einem Modell (Beobachter) vorliegen. Alternativ kann die Drehzahl mittels eines Drehzahlsensors bestimmt werden, die im Stand der Technik hinlänglich bekannt sind.
  • Alternativ zur synchronen Drehzahl kann als Betriebsgröße auch die von dem Pumpenaggregat aufgenommene elektrische Leistung verwendet werden.
  • Der von der zweiten Pumpe geförderte Volumenstrom kann dadurch reduziert werden, dass die Drehzahl der zweiten Pumpe verringert wird. Dies kann auf einfache Weise durch entsprechende Ansteuerung der Pumpe erfolgen. Alternativ kann der Volumenstrom der zweiten Pumpe auch dadurch reduziert werden, dass ein zwischen der zweiten Pumpe und dem Einmündungspunkt des Volumenstroms der zweiten Pumpe zum Gesamtvolumenstrom des Pumpenaggregats angeordnetes Ventil zunehmend geschlossen wird. Dies erfordert jedoch zusätzliche bauliche und steuerungstechnische Maßnahmen am Pumpenaggregat.
  • Zusätzlich zur synchronen Drehzahl kann die von dem Pumpenaggregat im synchronen Betrieb aufgenommene Leistung bestimmt und als Referenzleistung abgespeichert werden. Dies ermöglicht die Durchführung eines Leistungsvergleichs der aufgenommenen Leistung des Pumpenaggregates für die Zuordnung des aktuellen Betriebspunktes zu einem Lastbereich, insbesondere zum wirkungsgradoptimierten Bereich. Der Vergleich der Leistung wird dann vor der Verringerung des Volumenstroms der zweiten Pumpe und nach der Verringerung dieses Volumenstroms durchgeführt.
  • Vorzugsweise kann der Referenzwert, insbesondere die Referenzdrehzahl als ein oberer Grenzwert, insbesondere ein Drehzahlgrenzwert abgespeichert werden, wenn nach der Volumenstromreduzierung wenigstens eine erste Bedingung erfüllt ist, die einem der Lastenbereiche Spitzenlastbereich oder wirkungsgradoptimierter Bereich zugeordnet ist. Wenn die erste Bedingung erfüllt ist, kann somit festgestellt werden, dass der aktuelle Betriebspunkt in dem Spitzenlastbereich oder dem wirkungsgradoptimierten Bereich liegt.
  • Des Weiteren kann der Referenzwert, insbesondere die Referenzdrehzahl als ein unterer Grenzwert, insbesondere Drehzahlgrenzwert abgespeichert werden, wenn zumindest eine zweite Bedingung erfüllt ist, die dem Grundlastbereich zugeordnet ist. Sofern diese zweite Bedingung erfüllt ist, kann somit festgestellt werden, dass der aktuelle Betriebspunkt des Pumpenaggregats im Grundlastbereich liegt.
  • Nach der Auswertung der ersten und der zweiten Bedingung kann in der Regel festgestellt werden, in welchen Lastbereich der aktuelle Betriebspunkt des Pumpenaggregats fällt, d.h., ob der aktuelle Betriebspunkt im Spitzenlastbereich, im Grundlastbereich oder im wirkungsgradoptimierten Bereich liegt. Liegt er im Grundlastbereich, wird der Referenzwert als unterer Grenzwert gesetzt. Liegt er dagegen im Spitzenlastbereich oder wirkungsgradoptimierten Bereich wird der Referenzwert als oberer Grenzwert gesetzt.
  • Diese Vorgehensweise kann erfindungsgemäß für alle Betriebspunkte auf einer jeweils eingestellten Regelkennlinie des Pumpenaggregates, auf der das Pumpenaggregat gemäß einer übergeordneten Regelung betrieben wird, durchgeführt werden, wobei der obere und untere Grenzwert im laufenden Betrieb jeweils dynamisch angepasst wird, wenn ein neuer Betriebspunkt vorliegt, der näher an der theoretischen Grenzlinie liegt.
  • Bei dem oberen Grenzwert oder oberhalb dieses oberen Grenzwertes wird das Pumpenaggregat erfindungsgemäß mit mindestens zwei Pumpen, d.h. im Falle einer Doppelpumpe mit beiden Pumpen betrieben. Ferner wird das Pumpenaggregat bei dem unteren Grenzwert oder unterhalb des unteren Grenzwertes mit zumindest einer abgeschalteten Pumpe, d.h. im Falle einer Doppelpumpe mit nur einer Pumpe betrieben. Wird als zu referenzierende Betriebsgröße die synchrone Drehzahl des Pumpenaggregates verwendet, von der das erfindungsgemäße Verfahren stets startet, wenn sich ein neuer Betriebspunkt einstellt, kann aufgrund eines Vergleichs der aktuellen synchronen Drehzahl mit dem abgespeicherten oberen Drehzahlgrenzwert und dem abgespeicherten unteren Drehzahlgrenzwert auf einfache Weise festgestellt werden, ob der aktuelle Betriebspunkt gleich oder oberhalb des oberen Grenzwertes bzw. gleich oder unterhalb des unteren Grenzwertes liegt. In diesen Fällen erfolgt keine Anpassung der Grenzwerte.
  • Sofern das Pumpenaggregat in einem Betriebspunkt mit einer synchronen Drehzahl zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert betrieben wird, werden die oben genannten vier Schritte ausgehend vom synchronen Betrieb der laufenden Pumpen wiederholt. Dies bewirkt, dass sowohl der obere Grenzwert als auch der untere Grenzwert dynamisch im laufenden Betrieb angepasst werden, wobei sie zunehmend näher an die Grenzlinie, die den Grundlastbereich vom wirkungsgradoptimierten Bereich trennt, herangeführt werden.
  • Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für jede vorgegebene Regelkennlinie separat durchgeführt. Somit wird auf jeder Regelkennlinie, auf der ein übergeordneter Druckregler das Pumpenaggregat regelt, jeweils ein oberer und ein unterer Grenzwert der Betriebsgröße, insbesondere der synchronen Drehzahl festgelegt, zwischen denen der Übergang vom Grundlastbereich zum wirkungsgradoptimierten Bereich liegt und in Abhängigkeit derer das Aggregat mit wenigstens einer abgeschalteten Pumpe oder zumindest zwei Pumpen betrieben wird.
  • Die Regelkennlinie kann eine solche Kennlinie sein, bei der der von dem Pumpenaggregat erzeugte Druck über den Volumenstrom konstant gehalten wird. Eine solche Regelkennlinie ist als Δp-konstant Kennlinie bekannt. Alternativ sind Regelkennlinien bekannt, bei denen der Druck des Pumpenaggregates proportional zum Volumenstrom eingestellt wird. Derartige Kennlinien sind als Δp-variabel bekannt. Da der Übergang vom Grundlastbereich zum wirkungsgradoptimierten Bereich für jede Regelkennlinie bei einem anderen Betriebspunkt liegt, ist es sinnvoll, bei einem Wechsel der aktuellen Regelkennlinie die ermittelten Grenzwerte kennlinienspezifisch, d.h. dieser letzten Kennlinie zugeordnet abzuspeichern. So können in dem Fall, dass auf eine vorherige Regelkennlinie zurückgewechselt wird, die für diese Regelkennlinie zuvor bestimmten Grenzwerte wieder verwendet werden.
  • Vorzugsweise werden bei einem Wechsel der Regelkennlinie neue Grenzwerte verwendet. Wie die Grenzwerte zu der vorherigen Regelkennlinie werden diese neuen Grenzwerte auf Anfangswerte gesetzt und anschließend anhand der sich einstellenden Betriebspunkte numerisch bestimmt. Dabei kann erneut die synchrone Drehzahl als Referenzgröße verwendet werden.
  • Besonders vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass es im gewöhnlichen laufenden Betrieb des Pumpenaggregates nach seiner
  • Inbetriebnahme ohne die Kenntnis charakteristischer Kennlinien durchgeführt werden kann, so dass auf eine werkseitige Analyse des Kennlinienfeldes des Pumpenaggregats vor seiner Inbetriebnahme verzichtet werden kann.
  • Wie zuvor erläutert, kann der Referenzwert der Betriebsgröße als ein oberer Grenzwert abgespeichert werden, wenn nach der Volumenstromreduzierung, insbesondere der Drehzahlreduzierung der zweiten Pumpe, wenigstens eine erste Bedingung erfüllt ist. Diese Bedingung kann beispielsweise das Erreichen oder Überschreiten der Maximaldrehzahl der ersten Pumpe sein. Ist diese Bedingung erfüllt, so folgt hieraus der Schluss, dass der aktuelle Betriebspunkt im Spitzenlastbereich liegt, bei dem ein Förderstrom benötigt wird, der von der wenigstens einen Grundlastpumpe alleine nicht geliefert werden kann. Denn durch die Reduzierung des Volumenstroms, insbesondere der Drehzahl der zweiten Pumpe, muss die Grundlastpumpe den fehlenden Volumenstrom der zweiten Pumpe aufbringen, d.h. mit höherer Förderleistung betrieben werden. Steigt bei dieser Volumenstromübernahme die Drehzahl der Grundlastpumpe auf oder über die Maximaldrehzahl, wäre die erste Bedingung erfüllt und der aktuelle Betriebspunkt liegt im Spitzenlastbereich.
  • Alternativ kann als erste Bedingung ein Vergleich mit der abgespeicherten Referenzleistung verwendet werden, wobei die aktuelle Leistungsaufnahme der ersten Pumpe, d.h. der Grundlastpumpe mit dieser Referenzleistung verglichen wird und als erste Bedingung ein Überschreiten dieser Referenzleistung geprüft wird. Mit dieser Bedingung kann festgestellt werden, ob der aktuelle Betriebspunkt des Pumpenaggregats im wirkungsgradoptimierten Bereich liegt.
  • Dieser Feststellung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die erste Pumpe im Falle eines aktuellen Betriebspunkts des Pumpenaggregats unterhalb der maximalen Drehzahlkennlinie der ersten Pumpe zwar eine Übernahme des Volumenstroms der zweiten Pumpe bewerkstelligen kann. Ist jedoch in diesem Betriebspunkt die Leistungsaufnahme der Grundlastpumpe höher als die zuvor im synchronen Betrieb des Pumpenaggregats mit Grundlastpumpe und Spitzenlastpumpe aufgenommene Leistung, ist es energetisch günstiger, für diesen Betriebspunkt die Grundlastpumpe und die Spitzenlastpumpe gleichzeitig, insbesondere synchron zu betreiben. Steigt die Leistungsaufnahme der ersten Pumpe nach der Volumenstromreduzierung der zweiten Pumpe also über die abgespeicherte Referenzleistung, ist damit festgestellt, dass der aktuelle Betriebspunkt im wirkungsradoptimierten Bereich des Kennlinienfeldes des Pumpenaggregats liegt.
  • Von den beiden alternativ genannten ersten Bedingungen stellt der Vergleich der Leistungsaufnahme zur abgespeicherten Referenzleistung das strengere Kriterium dar, weil auch im Falle eines Betriebspunkts im Spitzenlastbereich die Leistung der Grundlastpumpe über den Referenzwert steigen wird.
  • Die beiden genannten ersten Bedingungen können jedoch auch kommulativ angewendet werden, wobei sie in einer Rangfolge geprüft werden. So kann zunächst das Überschreiten der Maximaldrehzahl der ersten Pumpe überprüft werden und, sofern diese Maximaldrehzahl nicht erreicht bzw. überschritten wird, die aktuelle Leistungsaufnahme der ersten Pumpe bestimmt und mit der abgespeicherten Referenzleistung verglichen werden. Die Drehzahl kann auf einfache Weise bestimmt werden, da der übergeordnete Druckregler, der das Pumpenaggregat auf einer vorgegebenen Regelkennlinie regelt, einen Drehzahlsollwert ausgibt, dessen Betrag leicht bestimmt werden kann. Erreicht dieser einen Maximalwert, kann die ressourcenintensive und aufwändigere messtechnische und rechnerische Bestimmung der Leistungsaufnahme der ersten Pumpe respektive ein numerischer Vergleich dieses Werts mit der abgespeicherten Referenzleistung eingespart werden.
  • Wie zuvor beschrieben, kann der Referenzwert der Betriebsgröße als ein unterer Grenzwert abgespeichert werden, wenn zumindest eine zweite Bedingung erfüllt ist, die dem Grundlastbereich zugeordnet ist. Als zweite Bedingung kann der Fall verwendet werden, dass sich die Leistungsaufnahme der ersten Pumpe als Reaktion auf eine Volumenstromreduzierung der zweiten Pumpe zumindest im Mittel im Wesentlichen nicht mehr verändert, d.h. insbesondere nicht mehr erhöht. Diese Bedingung wird bei einem unveränderten Betriebspunkt im Grundlastbereich irgendwann erreicht. Hierfür sollte jedoch die Volumenstromreduzierung kontinuierlich oder sukzessiv stufenweise derart erfolgen, dass die Zeitspanne von der letzten bis zur nächsten Reduzierung kleiner als die Zeitkonstante der Systemreaktion auf die Volumenstromabsenkung ist. Dabei ist Folgendes zu berücksichtigen: ausgehend von einem synchronen Betrieb der ersten und der zweiten Pumpe tragen diese jeweils zu 50% zum Volumenstrom des Pumpenaggregats bei. Da druckseitig einer jeden Pumpe des Pumpenaggregats ein Rückschlagventil oder eine Rückschlagklappe angeordnet ist, wie dies beispielsweise bei der europäischen Patentanmeldung EP 2 161 455 A1 der Fall ist, führt bereits eine geringfügige Reduzierung des Volumenstroms der zweiten Pumpe von wenigen Prozent dazu, dass der druckseitige Auslass der zweiten Pumpe weitgehend geschlossen wird. Dadurch dominiert die erste Pumpe den Volumenstrom deutlich. Dies bedeutet, dass eine weitere Reduzierung des Volumenstroms der zweiten Pumpe ohne Einfluss auf die Leistung der ersten Pumpe bleibt. Vor diesem Hintergrund ist eine sich bei der Volumenstromreduzierung der zweiten Pumpe im Mittel nicht wesentlich ändernden Leistungsaufnahme der ersten Pumpe der Beweis dafür, dass der aktuelle Betriebspunkt des Pumpenaggregats im Grundlastbereich liegt.
  • Alternativ zu diesem Kriterium kann als zweite Bedingung der Fall verwendet werden, dass der Volumenstrom oder die Drehzahl der zweiten Pumpe infolge der Reduzierung einen Minimalwert erreicht oder unterschreitet. Dieses Kriterium kann dann verwendet werden, wenn das erstgenannte Kriterium nicht erfüllt ist, d.h. die Leistungsaufnahme der ersten Pumpe, insbesondere im Mittel schwankt, so dass auf der Grundlage dieser Feststellung keine eindeutige Aussage über den Betriebspunkt erfolgen kann, sofern jedenfalls die Leistungsaufnahme nicht über die abgespeicherte Referenzleistung steigt.
  • Wird jedoch in diesem nicht aussagekräftigen Fall der Volumenstrom der zweiten Pumpe, insbesondere die Drehzahl der zweiten Pumpe kontinuierlich oder sukzessiv stufenweise soweit reduziert, dass der Volumenstrom und/oder die Drehzahl einen Minimalwert erreicht oder unterschreitet und die Leistungsaufnahme der ersten Pumpe ist noch immer nicht über die abgespeicherte Referenzleistung gestiegen ist, so ist dies ein Beweis dafür, dass der aktuelle Betriebspunkt des Pumpenaggregats im Grundlastbereich liegt, wobei der benötigte Förderstrom von der Grundlastpumpe allein bereitgestellt werden kann und der Betrieb der Grundlastpumpe alleine eine geringere Leistungsaufnahme des Pumpenaggregats bedingt, als wenn Grundlast-und Spitzenlastpumpe synchron betrieben werden.
  • Es ist daher sinnvoll, wenn die zweite Bedingung nur dann geprüft wird, wenn die erste Bedingung nicht erfüllt ist.
  • Vorzugsweise wird bei oder unmittelbar nach der Abspeicherung des unteren Grenzwerts zusätzlich der Wert einer Betriebsgröße der ersten Pumpe als Grundlastreferenzwert abgespeichert. Dieser Grundlastreferenzwert stellt einen Vergleichswert dar, mit dem der aktuelle Wert der berücksichtigten Betriebsgröße der ersten Pumpe im Grundlastbetrieb verglichen werden kann, um eine Zustandsänderung der ersten Pumpe zu erkennen. Der Grundlastbetrieb ist hierbei derjenige Betrieb, bei dem nur die zumindest eine Grundlastpumpe arbeitet, d.h. in dem wenigstens eine Pumpe des Pumpenaggregats ausgeschaltet ist.
  • Vom Grundlastbetrieb kann dann wieder zurück in den Synchronbetrieb übergegangen werden, wenn der aktuelle Wert der Betriebsgröße der ersten Pumpe über den genannten Grundlastreferenzwert steigt oder gleich oder größer einem Maximalwert dieser Betriebsgröße wird.
  • Vorzugsweise kann als Betriebsgröße der ersten Pumpe ihre Drehzahl verwendet werden, da diese anhand der Drehzahlinformation des übergeordneten Druckreglers des Pumpenaggregats auf einfache Weise bestimmt werden kann.
  • Besonders vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn dem Grundlastreferenzwert ein Offset hinzuaddiert wird. Hierdurch wird eine Hysterese beim Zurückschalten in den Synchronbetrieb erreicht und ein mehrfaches, kurzzeitig hintereinander folgendes Umschalten zwischen Grundlastbetrieb und synchronem Betrieb verhindert.
  • Wie bereits angesprochen, kann die Volumenstromreduzierung der zweiten Pumpe schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Dies hat gegenüber einem abrupten Ausschalten der zweiten Pumpe den Vorteil, dass der übergeordnete Druckregler in seiner Regelaufgabe nicht beeinflusst wird und ein plötzlicher Druckabfall im hydraulischen System vermieden wird. Zudem kann auf eine plötzliche Volumenstromanforderung schnell durch Wiederhochfahren der zweiten Pumpe reagiert werden.
  • Beispielsweise kann eine schrittweise Reduzierung mit Werten zwischen 200 U/min und 50 U/min, insbesondere etwa 75 U/min bis 150 U/min, vorzugsweise etwa 100 U/min erfolgen. Im Falle einer kontinuierlichen Reduzierung der Drehzahl kann diese beispielsweise mit einer negativen Steigung von 50-150 U/min pro Sekunde, insbesondere 100 U/min pro Sekunde erfolgen.
  • Zusätzlich zu den vorgenannten Maßnahmen kann nach der Volumenstromreduzierung wieder in den synchronen Betrieb des Pumpenaggregats übergegangen werden, wenn die Leistungsaufnahme der ersten Pumpe sinkt. Dies kann als eine dritte Bedingung verwendet werden, die zusätzlich zu den beiden anderen Bedingungen anwendbar ist. Sie ist dann erfüllt, wenn während der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte, insbesondere nach der Volumenstromreduzierung, die benötigte Förderleistung sinkt, d.h. sich der Betriebspunkt des Pumpenaggregats in Richtung geringer Volumenströme verändert. In diesem Fall würde die Prüfung der ersten und der zweiten Bedingung negativ sein. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, im Falle einer sinkenden Leistungsaufnahme der ersten Pumpe nach der Volumenstromreduzierung der zweiten Pumpe wieder in den synchronen Betrieb zurückzukehren und von diesem Betrieb das Verfahren weiterzuführen, d.h. die Zuordnung des neuen Betriebspunktes zu einem der Lastbereiche zu wiederholen. Die dritte Bedingung stellt damit eine Auffangbedingung dar.
  • Vorzugsweise wird erst nach einer Wartezeit geprüft, ob zumindest eine der Bedingungen erfüllt ist. Diese Verfahrensweise trägt dem Fall Rechnung, dass unmittelbar nach einer Volumenstromreduzierung noch keine Aussage über die Zuordnung des aktuellen Betriebspunktes zu einem Lastbereich durchführbar ist, weil die Systemreaktion noch nicht erfolgt oder beendet ist, insbesondere eine übergeordnete Druckregelung noch nicht ausgeregelt hat.
  • Des Weiteren kann vorgesehen werden, dass der Volumenstrom der zweiten Pumpe weiter reduziert wird, wenn keine der Bedingungen erfüllt ist. Dies kann jedenfalls solange erfolgen, wie noch kein Minimalwert für den Volumenstrom, insbesondere die Minimaldrehzahl der zweiten Pumpe erreicht ist.
  • Vorzugsweise kann in jedem Stand des erfindungsgemäßen Verfahrens in einen Synchronbetrieb übergegangen werden, wenn die erste Pumpe einen unzulässigen Betriebszustand erreicht, insbesondere wenn die Drehzahl der ersten Pumpe einen Maximalwert erreicht oder überschreitet. Diese Verfahrensweise trägt dem Umstand Rechnung, dass kurzfristig eine erhöhte Volumenstromanforderung an das Pumpenaggregat gestellt werden kann, die mit dem Betrieb einer oder mehrere Grundlastpumpen allein nicht bedient werden kann. Es werden demgemäß in diesem Fall alle Pumpen des Pumpenaggregats wieder eingeschaltet und diese synchron betrieben, so dass das Verfahren für den geänderten Betriebspunkt neu beginnen kann.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn bei Erfüllung der ersten Bedingung unmittelbar in den Synchronbetrieb zurückgekehrt wird und der Referenzwert nur dann als oberer Grenzwert abgespeichert wird, wenn sich nach der Rückkehr wieder der Betriebszustand vor der Volumenstromreduzierung einstellt. Diese Verfahrensweise stellt eine Plausibilitätsprüfung dar und berücksichtigt den Fall, dass sich während der Überprüfung der ersten Bedingung der Betriebspunkt des Pumpenaggregats verändert. Denn nur in dem Fall keiner Veränderung des Betriebspunktes wird das Pumpenaggregat bei der Rückgängigmachung der Volumenstromreduzierung wieder in den ursprünglichen Betriebszustand zurückkehren, in dem die synchrone Drehzahl und/oder die Leistungsaufnahme des Pumpenaggregats wieder derjenigen vor der Volumenstromreduzierung entspricht/entsprechen. Nur in diesem Fall ist der Schluss zulässig, dass der Betriebszustand im Spitzenlastbereich oder im wirkungsgradoptimierten Bereich liegt, so dass der Referenzwert korrekt als oberer Grenzwert abgespeichert werden kann.
  • Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn der untere Grenzwert auf einen Minimalwert zurückgesetzt wird und in den synchronen Betrieb zurückgekehrt wird, wenn die erste Pumpe im Grundlastbetrieb einen unzulässigen Betriebszustand erreicht, insbesondere eine maximale Drehzahl erreicht oder überschreitet. Mit dieser Verfahrensweise wird eine Sicherheitseinrichtung implementiert, die für den Fall Anwendung findet, dass der abgespeicherte untere Grenzwert nicht korrekt ist. Um eine Fehlfunktion des Pumpenaggregates zu vermeiden, wird dann ein Reset des unteren Grenzwerts durchgeführt und in den synchronen Betrieb übergegangen, wenn die erste Pumpe einen unzulässigen Betriebszustand erreicht. Erfindungsgemäß kann das vorbeschriebene Verfahren in einem Computerprogramm implementiert sein, d.h. von einem Computerprogrammprodukt gebildet sein, das Instruktionen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält, und das durchgeführt wird, wenn es auf einem Mikrocomputer einer Steuerungselektronik ausgeführt wird. Das Verfahren kann sowohl in einer Steuerungselektronik des Pumpenaggregats als auch in einem externen Steuergerät, insbesondere in einem Steuercomputer realisiert werden.
  • Die Erfindung betrifft schließlich ein Pumpenaggregat mit wenigstens einer eine Grundlast bedienenden ersten Pumpe und wenigstens einer eine Spitzenlast bedienenden zweiten Pumpe, die bedarfsweise zugeschaltet und parallel zu der zumindest einen ersten Pumpe betreibbar ist, wobei das Pumpenaggregat derart auf einer vorgegebenen Regelkennlinie regelbar ist, dass die aufgenommene Leistung minimal ist, und wobei es eine Steuerungselektronik aufweist, die zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Dabei kann das vorgenannte Computerprogramm mit den Instruktionen zur Durchführung des Verfahrens auf einen Mikrocomputer der Steuerungselektronik geladen sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsvariante unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1:
    schematische Darstellung eines Doppelpumpenaggregats
    Figur 2:
    schematische Darstellung eines Multipumpenaggregates
    Figur 3:
    übergeordnete Schrittfolge des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs
    Figur 4:
    Beispielhafte Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Leistungsregelung des Pumpenaggregats mit dynamischer Grenzwertanpassung als Programmablaufplan
    Figur 5:
    Kennlinienfeld eines Doppelpumpenaggregats
    Figur 6:
    Beginn des Verfahrens mit einem beispielhaften Betriebspunkt im Grundlastbereich
    Figur 7:
    Darstellung des Kennlinienfeldes mit neu gesetzter unterer Grenze und neuem Betriebspunkt im Spitzenlastbereich
    Figur 8:
    Darstellung des Kennlinienfeldes mit gesetzter unterer und neuer obererGrenze und neuem Betriebspunkt im wirkungsgradoptimiertem Bereich
    Figur 9:
    Veranschaulichung der Anpassung der oberen Grenze am Kennlinienfeld
    Figur 10:
    Veranschaulichung der Anpassung der unteren Grenze am Kennlinienfeld
    Figur 11:
    Veranschaulichung des Verfahrens nach der Wahl einer neuen Regelkennlinie Δp-c im Kennlinienfeld mit neuem Betriebspunkt im Grundlastbereich
    Figur 12:
    Veranschaulichung einer neuen Regelkennlinie Δp-v im Kennlinienfeld
    Figur 13:
    Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Leistungen und der Drehzahl der Pumpen und des Pumpenaggregats bei schrittweiser Drehzahlreduzierung der zweiten Pumpe über die Zeit
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Doppelpumpe, d.h. eines Pumpenaggregats 1 mit zwei baugleichen Pumpen 2a, 2b, die hydraulisch parallel zueinander geschaltet sind. Sie besitzen eine gemeinsame Saugleitung 4, an die die beiden Pumpen 2a, 2b mit ihrer Saugseite angeschlossen sind. Druckseitig münden die Pumpen 2a, 2b in eine gemeinsame Druckleitung 5, wobei im Übergangsbereich zur Druckleitung 5 eine Rückschlagklappe 3a angeordnet ist. Durch diese Rückschlagklappe wird verhindert, dass Fördermedium der einen Pumpe in die Druckseite der anderen Pumpe gelangt und somit ein unnötiger hydraulischer Widerstand erzeugt wird. Vielmehr lenkt die Rückschlagklappe 3a den Förderstrom der beiden Pumpen 2a, 2b in die Druckleitung 5.
  • Jeder Pumpe 2a, 2b ist eine Pumpenelektronik 6 zugeordnet, die die elektromotorische Antriebseinheit der Pumpe 2a, 2b steuert. Die Pumpenelektronik 6 ist an eine Betriebsspannung angeschlossen und bestromt den jeweiligen Elektromotor mittels eines Frequenzumrichters. Der Frequenzumrichter wird von einem pulsweitenmodulierten (PWM) Signal gesteuert, das von einem Mikroprozessor der Pumpenelektronik in Abhängigkeit eines Drehzahlsollwerts erzeugt wird. Dieser Drehzahlsollwert wird von einem Regler ausgegeben, der ebenfalls Teil der Pumpenelektronik ist, insbesondere in dem Mikroprozessor der Elektronik implementiert ist.
  • Dieser Regler ist dem erfindungsgemäßen Verfahren übergeordnet und regelt eine Pumpe 2a, 2b gemäß einer Regelkennlinie, die an der jeweiligen Pumpenelektronik 6 vorgegeben werden kann. Dabei wird jeweils der von einer Pumpe 2a, 2b erzeugte Druck geregelt, wobei die Pumpen 2a, 2b messtechnisch zur Erfassung des Differenzdrucks zwischen der Saugseite und Druckseite eingerichtet sind. Alternativ kann das Pumpenaggregat 1 auch druckgeregelt sein, wobei nur die Regelung einer der beiden Pumpen 2a, 2b benötigt wird.
  • In der beispielhaften Ausführungsvariante gemäß Figur 1 sind die beiden Pumpenelektroniken 6 der Pumpen 2a, 2b über eine Steuerleitung 8 parallel geschaltet. Die Pumpenelektronik 6 der zweiten Pumpe 2b kann über diese Steuerleitung 8 dasselbe Steuersignal für ihren Frequenzumrichter empfangen, das von der Pumpenelektronik 6 der ersten Pumpe 2a ausgegeben wird. Die erste Pumpe 2a fungiert damit samt ihrer Regel-/ Steuerelektronik 6 als eine Art Master, wohingegen die zweite Pumpe 2b mit ihrer Regel-/ Steuerelektronik 6 als eine Art Slave gesteuert wird. Gemäß dieser steuerungstechnischen Anordnung wird ein synchroner Betrieb der beiden elektromotorischen Antriebseinheiten der ersten Pumpe 2a und der zweiten Pumpe 2b erreicht. Die Pumpenelektronik 6 der zweiten Pumpe 2b ist jedoch vollkommen baugleich zur Pumpenelektronik 6 der ersten Pumpe 2a ausgebildet und kann bei Bedarf die zweite Pumpe 2b vollkommen autark von der Pumpenelektronik 6 der ersten Pumpe 2a steuern.
  • Figur 2 zeigt eine beispielhafte zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats 1 mit einer Vielzahl parallel arbeitender Pumpen 2a, 2b. Von dieser Vielzahl sind jedoch nur drei Pumpen in der Figur 2 dargestellt. Dabei fungieren zwei Pumpen 2a als synchron laufende Grundlastpumpen und eine Pumpe 2b als Spitzenlastpumpe. Alle Pumpen sind an eine gemeinsame Saugleitung 4 angeschlossen und münden in eine gemeinsame Druckleitung 5. Zwischen jeder Pumpe 2a, 2b und der Druckleitung 5 ist ein Rückschlagventil 3 angeordnet, das wie die Rückschlagklappe 3a in Figur 1 jeweils verhindert, dass das unter Druck stehende Fördermedium in den druckseitigen Bereich einer geringer fördernden oder ausgeschalteten Pumpe gelangt.
  • Auch in dieser Ausführungsvariante gemäß Figur 2 ist jede Pumpe 2a, 2b mit einer Pumpenelektronik 6 ausgestattet, die die entsprechende Pumpe 2a, 2b vollkommen autark steuern kann, d.h. die die elektromotorische Antriebseinheit derart bestromen kann, dass die Pumpe 2a, 2b auf einer vorgegebenen Regelkennlinie geregelt wird. Die Pumpenelektroniken 6 gemäß Figur 2 sind daher identisch zu den Pumpenelektroniken 6 in Figur 1. Grundsätzlich können auch bei dieser zweiten Ausführungsvariante die Pumpenelektroniken 6 über nicht dargestellte Steuerleitungen miteinander verbunden sein und steuerungstechnisch eine Master/Slave-Anordnung realisieren. Alternativ zu dieser Variante ist in Figur 2 eine übergeordnete zentrale Steuereinheit 7 dargestellt, mit der die einzelnen Pumpenelektroniken 6 über jeweils eine Steuerleitung 9 verbunden sind. Über diese zentrale Steuereinheit 7 werden die Drehzahlen der einzelnen Pumpen 2a, 2b des Pumpenaggregats 1 in Figur 2 vorgegeben.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Pumpenaggregate 1 werden bevorzugt als Umwälzpumpen in Heizungsanlagen oder als Druckstationen für die Frischwasserlieferung eingesetzt.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Doppelpumpenaggregats 1 gemäß Figur 1 veranschaulicht. Dabei wird die erste Pumpe 2a zur Bedienung der Grundlast und die zweite Pumpe 2b zur Bedienung der Spitzenlast verwendet. Gemäß diesem Verständnis wird die erste Pumpe 2a im Sinne der Erfindung als Grundlastpumpe bezeichnet, wohingegen die zweite Pumpe 2b als Spitzenlastpumpe bezeichnet wird. Die Spitzenlastpumpe 2b wird zum einen benötigt, um einen Förderstrombedarf zu decken, der von der Grundlastpumpe allein nicht gedeckt werden kann. Sie wird zudem jedoch synchron zur Grundlastpumpe in einem Bereich des Kennlinienfeldes betrieben, in dem der synchrone Betrieb beider Pumpen energetisch günstiger ist, als der ausschließliche Betrieb der Grundlastpumpe.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise auf ein Multipumpenaggregat gemäß Figur 2 erweitert werden, indem die Grundlastpumpe 2a und eine hinzugeschaltete Spitzenlastpumpe 2a steuerungstechnisch gemeinsam als eine Grundlastpumpe 2a betrachtet werden, zu der eine weitere Pumpe 2b, nämlich die neue Spitzenlastpumpe 2b hinzugeschaltet wird.
  • Figur 3 zeigt den übergeordneten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren wird sogleich bei der Inbetriebnahme des Pumpenaggregats 1 ausgeführt und lernt sich selbst an, wann es energetisch günstiger ist, nur die Grundlastpumpe zu betreiben bzw. wann ein synchroner Betrieb von Grundlast- und Spitzenlastpumpe 2a, 2b energetisch günstiger ist.
  • Beginn des Verfahrens ist gemäß Figur 3 bei dem mit "Start" gekennzeichneten Schritt 10. Zunächst wird ein oberer Grenzwert n_o und ein unterer Grenzwert n_u definiert und in einem mit "Reset" bezeichneten Schritt 12 diesen Grenzwerten Werte vorgegeben. Dabei wird der obere Grenzwert n_o gleich der maximalen Drehzahl n_max der Grundlastpumpe 2a und der untere Grenzwert n_u gleich der minimalen Drehzahl n_min der Grundlastpumpe 2a gesetzt. Da die beiden Pumpen 2a, 2b baugleich ausgeführt sind, entsprechen diese Grenzwerte auch denjenigen der Spitzenlastpumpe 2b respektive dem Doppelpumpenaggregat 1 im synchronen Betrieb.
  • Bei dem Setzen bzw. Zurücksetzen der Grenzwerte n_u, n_o wird zudem ein weiterer Grenzwert n_u_GLP gesetzt, der einen Grundlastreferenzwert der Drehzahl definiert. Dieser Referenzwert wird im Laufe des Verfahrens mit derjenigen Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a belegt, die bei der Grundlastpumpe 2a anliegt, wenn auf den Grundlastbetrieb, d.h. auf den Betrieb mit ausschließlich der Grundlastpumpe 2a übergegangen wird. Dieser Drehzahlwert dient dann als Referenz gegenüber der aktuellen Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a, mittels welcher ein abnormaler Drehzahlanstieg der Grundlastpumpe 2a festgestellt werden kann. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
  • Die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Figur 3 durch den mit APL (Adaptive Peak Load) bezeichneten Block 20 zusammengefasst, dessen Implementierung Figur 4 zeigt und nachfolgend erläutert wird. APL 20 implementiert eine Leistungsregelung des Pumpenaggregats 1 mit dynamischer Grenzwertanpassung.
  • Erfolgt während der Ausführung der Verfahrensschritte des APL-Blocks 20 eine neue Sollwertvorgabe 14, d.h. eine Änderung der Regelkennlinie, wird das Verfahren neu gestartet und es werden neue Grenzwerte n_u, n_o, n_u_GLP für diese Regelkennlinie gesetzt. Dabei können die zuvor ermittelten Grenzwerte bezogen auf die ursprüngliche Regelkennlinie, d.h. die ursprüngliche Sollwertvorgabe abgespeichert werden, so dass diese bei einer Rückkehr zu der vorherigen Sollwertvorgabe wieder verwendet werden können. Eine neue Sollwertvorgabe 14 bedeutet damit nicht das Löschen der zuvor ermittelten Grenzwerte. Vielmehr werden neue Grenzwerte n_u, n_o, n_u_GLP nur dann gesetzt, wenn bei dem Pumpenaggregat 1 eine Regelkennlinie eingestellt wird, die zuvor noch niemals eingestellt gewesen ist. Wird auf eine zuvor bereits eingestellte Kennlinie gewechselt, so werden die zu dieser Kennlinie bereits ermittelten Grenzwerte weiterverwendet. Erfolgt dagegen während der Ausführung der Schritte des APL-Blocks 20 keine Änderung der Regelkennlinie werden diese APL-Schritte zyklisch wiederholt.
  • Figur 4 veranschaulicht grafisch die einzelnen Schritte des APL-Blocks 20 in Figur 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem logischen Ablaufplan. Das Verfahren beginnt mit einem synchronen Betrieb 21 des Pumpenaggregates 1, bei dem die Pumpenelektroniken 6 der Grundlastpumpe 2a und der Spitzenlastpumpe 2b diese derart regeln, dass die Drehzahl der Grundlastpumpe n_GLP und die Drehzahl der Spitzenlastpumpe n_SLP identisch sind und einer vorgegebenen synchronen Drehzahl n_sync entsprechen. Der synchrone Betrieb ist in Figur 4 durch den Block 21 gekennzeichnet. Die synchrone Drehzahl n_sync wird von dem übergeordneten Regler vorgegeben, der das Pumpenaggregat 1 derart einstellt, dass es bei einem vom hydraulischen System, in dem das Pumpenaggregat 1 integriert ist, vorgegebenen Volumenstrom Q den Differenzdruck Δp respektive die Förderhöhe H des Pumpenaggregates 1 gemäß der vorgegebenen Regelkennlinie hält.
  • Ausgehend von diesem synchronen Betrieb wird zunächst in einem Schritt 22 geprüft, ob die synchrone Drehzahl n_sync kleiner als der untere Grenzwert n_u ist. Zu Beginn des Verfahrens kann diese Bedingung ohnehin nicht erfüllt sein, weil der untere Grenzwert n_u gleich der minimalen Drehzahl n_min der Grundlastpumpe 2a in Schritt 12 gesetzt worden ist. Im Laufe des Verfahrens wird die untere Grenze n_u jedoch dynamisch angehoben und gibt dann an, dass jede synchrone Drehzahl n_sync unterhalb dieses unteren Grenzwerts n_u zu einem im Grundlastbereich 17 liegenden Betriebspunkt gehört. Tritt ein solcher Fall ein, wird in Schritt 36 die Spitzenlastpumpe ausgeschaltet, da im Grundlastbereich 17 der ausschließliche Betrieb der Grundlastpumpe 2a zur Bereitstellung des benötigten Förderstroms Q ausreicht und zudem energetisch günstiger ist als der synchrone Betrieb von Grundlast- und Spitzenlastpumpe 2a, 2b.
  • Sofern der untere Grenzwert n_u korrekt gewesen ist, sollte sich die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a nur geringfügig erhöhen, um den durch den Wegfall der Spitzenlastpumpe 2b verringerten Volumenstrom zu kompensieren. Sollte die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a jedoch auf die Maximaldrehzahl n_max ansteigen, was anschließend in Schritt 37 geprüft wird, ist der untere Grenzwert n_u fehlerhaft gesetzt worden. Sie wird daher in dem nachfolgenden Schritt 38 auf den Anfangswert, d.h. auf die minimale Drehzahl n_min zurückgesetzt. Die Spitzenlastpumpe 2b wird in diesem Fall unverzüglich wieder hinzugeschaltet und das Pumpenaggregat 1 im synchronen Betrieb 21 betrieben.
  • Die weiteren Verfahrensschritte werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 13 erläutert.
  • Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung des Kennlinienfeldes einer Doppelpumpe 1 gemäß Figur 1. Das Kennlinienfeld wird durch eine Vielzahl von Kennlinien 44 konstanter Drehzahl und Rohrnetzparabeln 43 gebildet, deren Steigung durch den Rohrnetzwiderstand des hydraulischen Systems vorgegeben ist, in dem das Pumpenaggregat 1 integriert ist. Das Kennlinienfeld wird nach oben durch eine Maximalkennlinie 41 des Pumpenaggregates 1 begrenzt. Diese Kennlinie 41 entspricht den Betriebspunkten des Pumpenaggregates 1, die bei maximaler synchroner Drehzahl der beiden Einzelpumpen 2a, 2b erreichbar sind. Demgegenüber ist die mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnete Kennlinie die Maximalkennlinie einer der Pumpe 2a, 2b, insbesondere der Grundlastpumpe 2a.
  • Diese Kennlinie 18 kennzeichnet alle Betriebspunkte, die bei ausschließlichem Betrieb der Grundlastpumpe 2a mit maximaler Drehzahl n_max erreichbar sind. Zwischen der Maximalkennlinie 41 des Pumpenaggregates 1 und der Maximalkennlinie 18 der Grundlastpumpe 2a liegt der Spitzenlastbereich 15. Damit das Pumpenaggregat 1 einen Betriebspunkt innerhalb dieses Spitzenlastbereichs 15 erreichen kann, ist der Betrieb von Grundlastpumpe 2a und Spitzenlastpumpe 2b erforderlich.
  • Nach unten hin wird das Kennlinienfeld durch eine Minimalkennlinie 42 der Grundlastpumpe 2a begrenzt. Zwischen der Minimalkennlinie 42 und der Maximalkennlinie 18 kann jeder Betriebspunkt des Pumpenaggregats 1 ausschließlich von der Grundlastpumpe 2a erreicht werden. Dieser Zwischenbereich teilt sich in den Grundlastbereich 17, in dem es energetisch günstiger ist, nur die Grundlastpumpe 2a zu betreiben, und einen wirkungsgradoptimierten Bereich 16, in dem das Pumpenaggregat 1 weniger Leistung aufnimmt, wenn Grundlastpumpe 2a und Spitzenlastpumpe 2b gleichzeitig, insbesondere synchron betrieben werden, gegenüber einem ausschließlichen Betrieb der Grundlastpumpe 2a. Dieser wirkungsgradoptimierte Bereich 16 liegt im Wesentlichen im Bereich geringer bis mittlerer Volumenströme Q bei geringer bis mittlerer Förderhöhe H.
  • Der Übergang zwischen dem Grundlastbereich 17 und dem wirkungsgradoptimierten Bereich 16 ist durch eine Grenzlinie 40 gekennzeichnet, deren Lage nach dem Stand der Technik durch Vermessung des Kennlinienfelds am Prüfstand herausgefunden wurde. Erfindungsgemäß wird die Lage dieser Grenzlinie 14 jedoch mit zunehmender Genauigkeit im laufenden Betrieb des Pumpenaggregates 1 herausgefunden.
  • Zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte gemäß Figur 4 wird zunächst auf Figur 6 Bezug genommen. Das Pumpenaggregat 1 wird zunächst gemäß einer ersten Regelkennlinie 19 geregelt, auf der der Druck Δp des Pumpenaggregates 1 respektive die Förderhöhe H über den Volumenstrom Q konstant gehalten wird. In Figur 6 ist der untere Grenzwert n_u und der obere Grenzwert n_o eingezeichnet. Es wird zunächst angenommen, dass sich nach der Inbetriebnahme des Pumpenaggregates 1 und dem eingestellten Synchronbetrieb 21 zunächst ein Betriebspunkt 11 einstellt, der im Grundlastbereich 17 liegt. Dies wird von dem Verfahren wie folgt festgestellt.
  • Unter Bezugnahme auf Figur 4 wurde zunächst in Schritt 22 festgestellt, dass die aktuell anliegende synchrone Drehzahl in dem Betriebspunkt 11 nicht kleiner ist als der untere Grenzwert n_u. Es wird sodann in Schritt 23 überprüft, ob die aktuelle synchrone Drehzahl n_sync kleiner als der obere Grenzwert n_o ist. Dies ist bei dem Betriebspunkt 11 der Fall, weil der obere Grenzwert-n_o gleich der maximalen Drehzahl n_max der Grundlastpumpe 2a gesetzt worden ist. In Schritt 23 wird zudem geprüft, ob die synchrone Drehzahl n_sync kleiner als die Maximaldrehzahl n_max ist. Da das erfindungsgemäße Verfahren an dieser Stelle noch keinen neuen oberen Grenzwert n_o gesetzt hat, ist die zuvor genannte zweite Bedingung identisch der Ersten. Sie wird daher nur von Bedeutung, wenn im Laufe des Verfahrens die obere Grenze n_o auf einen Wert unterhalb der Maximaldrehzahl n_max gesetzt wird.
  • Für den Betriebspunkt 11 in Figur 6 sind die in Schritt 23 geprüften Bedingungen erfüllt. Es folgt dann eine Abspeicherung der aktuellen synchronen Drehzahl n_sync als Referenzdrehzahl n_ref, Schritt 24a. Anschließend wird die elektrische Gesamtleistung P_Σ bestimmt und in Schritt 24b als Referenzleistung P_ref abgespeichert. Danach wird in Schritt 25 die Drehzahl n_SLP der Spitzenlastpumpe 2b reduziert, beispielsweise um 100 U/min. Hierdurch wird der Förderstrom der Spitzenlastpumpe 2b verringert. Die beiden Pumpen 2a, 2b werden nun nicht mehr synchron betrieben. Es wird nunmehr die Reaktion des Pumpenaggregates 1 auf diese Drehzahlreduzierung analysiert.
  • Der übergeordnete Drehzahlregler regelt nunmehr den aus der Drehzahlreduzierung der Spitzenlastpumpe resultierenden Druckabfall des Pumpenaggregats 1 dadurch aus, dass die Drehzahl der Grundlastpumpe erhöht wird. Gleichzeitig werden auch eventuell in dem hydraulischen System vorhandene Ventile, beispielsweise Thermostatventile nachregeln. Um diese Systemreaktion abzuwarten, wird in Schritt 35 eine Wartezeit t_warten abgewartet. Diese beträgt zwischen einer und 20s, vorzugsweise zwischen 5 und 15s, insbesondere ca. 10s, wobei sie insbesondere als Produkt der Ausregelzeit des Druckreglers und eines Faktors gewählt werden kann, der bevorzugt zwischen zwei und fünf liegt. Ein Zähler für die Wartezeit t_warten kann unmittelbar nach einer Drehzahlreduzierung in Schritt 25 auf null gesetzt und anschließend numerisch hoch gezählt werden. Erst nach Ablauf der Wartezeit t_warten wird geprüft, wie das Pumpenaggregat 1 auf die Drehzahlreduzierung der Spitzenlastpumpe 2b in Schritt 25 reagiert.
  • Dabei wird zunächst in Schritt 26 geprüft, ob durch die Drehzahlreduzierung der Spitzenlastpumpe 2b die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a ihren Maximalwert n_max erreicht oder überschreitet. Wäre dies der Fall, dann läge der aktuelle Betriebspunkt 11 im Spitzenlastbereich 15. Dies ist vorliegend jedoch nicht der Fall.
  • Des Weiteren wird in Schritt 26 als alternative Bedingung geprüft, ob die sich nun einstellende elektrische Leistungsaufnahme P_GLP der Grundlastpumpe 2a über den abgespeicherten Leistungsreferenzwert P_ref steigt. Wäre dies bei dem Betriebspunkt 11 der Fall, so läge er entweder im wirkungsgradoptimierten Bereich 16 oder im Spitzenlastbereich 15. Wird die Drehzahlbedingung n_GLP ≥ n_max vor der Leistungsbedingung P_GLP > P_ref abgeprüft und ist die Drehzahlbedingung nicht erfüllt, so stände nach der Überprüfung der Leistungsbedingung fest, dass der Betriebspunkt im wirkungsgradoptimierten Bereich 16 liegt.
  • Eine hierarchische Prüfung der beiden Bedingungen in Schritt 26 ist jedoch nicht zwingend notwendig, da sowohl im Falle der Erfüllung der Leistungsbedingung als auch im Falle der Erfüllung der Drehzahlbedingung jeweils in einen Synchronbetrieb übergegangen wird, Schritt 29. Die verfahrensgemäße Reaktion auf den Eintritt einer dieser Bedingungen ist folglich gleich.
  • Für den Betriebspunkt 11 in Figur 6 ergibt die Überprüfung der genannten Bedingungen in Schritt 26 ein negatives Ergebnis. Es steht daher an dieser Stelle bereits fest, dass der Betriebspunkt 11 im Grundlastbereich 17 liegt.
  • Es wird dann in Schritt 27 geprüft, ob die Grundlastpumpe 2a einen stationären, d.h. stabilen Zustand erreicht hat, d.h. die aufgenommene elektrische Leistung P_GLP im Wesentlichen konstant ist. Dies wird dadurch geprüft, ob die Ableitung der aufgenommenen elektrischen Leistung der Grundlastpumpe P_GLP im Wesentlichen null ist. Anstelle der Ableitung kann für die numerische Berechnung der Größen auf einem Mikroprozessor auch der Differenzenquotient ΔP_GLP/Δt verwendet werden, mit dem die Leistungsaufnahmeänderung ΔP_GLP pro Wartezeit Δt = t_warten ermittelt wird. Des Weiteren kann eine gleitende Mittelwertbildung auf die gemessenen oder berechneten Werte angewendet werden, um Störeinflüsse aus den gemessenen Strom- und Spannungswerten zur Berechnung der Leistung herauszufiltern.
  • Ändert sich die Leistung P_GLP der Grundlastpumpe 2a nach der Drehzahlreduzierung noch, kann noch keine konkrete Aussage darüber getroffen werden, dass bzw. ob der Betriebspunkt 11 im Grundlastbereich 17 liegt. Es wird dann von Schritt 27 in den nächsten Schritt 28 übergegangen. Ein Sonderfall besteht dann, wenn entgegen der Erwartung einer Drehzahlerhöhung der Grundlastpumpe 2a zur Kompensation des fehlenden Volumenstromanteils der Spitzenlastpumpe 2b, die Leistungsaufnahme der Grundlastpumpe 2a sinkt. Dies kann dann der Fall sein, wenn zwischenzeitlich ein geringerer Förderstrom Q als vor der Drehzahlreduzierung der Spitzenlastpumpe 2b benötigt wird und der übergeordnete Druckregler des Pumpenaggregates 1 dieses in der Leistung herunterregelt. Da der Spitzenlastpumpe 2b durch das erfindungsgemäße Verfahren eine konkrete Drehzahl vorgegeben wird, verbleibt lediglich die Grundlastpumpe 2a unter dem geregelten Einfluss des übergeordneten Druckreglers, so dass dieser die Leistung der Grundlastpumpe 2a herunterregelt. Ob dies der Fall ist, wird in Schritt 28 geprüft. Tritt dieser Fall ein, so hat sich der Betriebspunkt 11 verändert und eine Aussage über seine ursprüngliche Lage kann an dieser Stelle nicht mehr getroffen werden. Von Schritt 28 geht daher das erfindungsgemäße Verfahren wieder über in den synchronen Betrieb 21, von wo es mit dem geänderten Betriebspunkt neu beginnt.
  • Ist die Bedingung in Schritt 28 jedoch nicht erfüllt, steigt die Leistung der Grundlastpumpe 2a infolge der Volumenstromübernahme entweder noch an oder schwankt, so dass keine konkrete Aussage über den Betriebspunkt getroffen werden kann.
  • Es wird dann eine weitere Drehzahlreduzierung der Spitzenlastpumpe 2b in Schritt 25 durchgeführt und erneut die Systemantwort abgewartet. Anschließend werden die Bedingungen 26, 27 und 28 erneut geprüft.
  • Im Falle des Betriebspunkts 11 in Figur 6 wird eine Zeit t_warten von ca. 10 Sekunden benötigt bis sich die Leistungsaufnahme der Grundlastpumpe 2a auf einen stationären Zustand einstellt, siehe in Figur 13 die Kurve P1_MA.
  • In diesem Fall wird von Schritt 27 in Figur 4 auf Schritt 32a übergegangen und die zuvor abgespeicherte Referenzdrehzahl r_ref, die dem Betriebspunkt 11 zugeordnet ist, wird als unterer Grenzwert n_u abgespeichert, da nunmehr eindeutig feststeht, dass der Betriebspunkt 11 im Grundlastbereich 17 liegt. Die Spitzenlastpumpe 2b wird anschließend ausgeschaltet, Schritt 32b. Da sich hierdurch die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a erneut verändern kann, ist es sinnvoll, hier eine weitere Wartezeit vorzusehen, die in Figur 4 jedoch nicht berücksichtigt ist. Nach Ausschalten der Spitzenlastpumpe 2b wird die aktuelle Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a samt eines hinzuaddierten Offsets als ein Grundlastreferenzwert n_u_GLP abgespeichert, Schritt 32 c.
  • Das Pumpenaggregat 1 wird nunmehr im Grundlastbetrieb 33 betrieben, in dem die Spitzenlastpumpe 2b ausgeschaltet ist, d. h. ihre Drehzahl n_SLP gleich null ist, wohingegen die Grundlastpumpe 2a weiterhin geregelt mit einer von null verschiedenen Drehzahl n_GLP betrieben wird. Dies ist in Block 33 in Figur 4 dargestellt.
  • Während des Grundlastbetriebs 33 wird permanent die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a überprüft. Sofern sie über den abgespeicherten Grundlastreferenzwert n_u_GLP steigt, wird unmittelbar in den Synchronbetrieb 21 zurückgekehrt. Aus Sicherheitsgründen wird dabei in Bedingung 34 für den Fall eines fehlerhaft gesetzten Grundlastreferenzwerts n_u_GLP auch geprüft, ob die Drehzahl der Grundlastpumpe n_GLP über ihre Maximaldrehzahl n_max steigt. Ist dies der Fall, wird ebenfalls in den Synchronbetrieb 21 übergegangen.
  • Fig. 7 zeigt, dass der untere Grenzwert n_u nunmehr auf den Drehzahlwert gesetzt ist, der beim ersten Betriebspunkt 11 vor der Volumenstromreduzierung der zweiten Pumpe 2b vorlag. Dies bedeutet, dass jeder andere Betriebspunkt mit einer Drehzahl unterhalb der neuen unteren Grenze n_u ebenfalls in dem Grundlastbereich 17 liegt. Der Bereich unterhalb des unteren Grenzwerts n_u ist in Figur 7 deshalb schraffiert gekennzeichnet.
  • Des Weiteren ist in Figur 7 angenommen, dass sich als zweiter Betriebspunkt 13 ein Betriebspunkt im Spitzenlastbereich 15 einstellt. Ausgehend von dem vorherigen Grundlastbetrieb 33 in Figur 4 wird die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe gegenüber dem Grundlastreferenzwert n_u_GLP dadurch erheblich ansteigen, insbesondere über die Maximaldrehzahl n_max steigen. Die in Schritt 34 in Figur 4 genannten und ständig überprüften Bedingungen sind demgemäß erfüllt und es wird in den Synchronbetrieb 21 übergegangen.
  • Die sich dann einstellende synchrone Drehzahl n_sync muss zwangsläufig oberhalb der zuvor in dem Betriebspunkt 11 abgespeicherten synchronen Drehzahl liegen, so dass die Bedingung 22 in Figur 4 nicht erfüllt ist. Da der obere Grenzwert n_o noch dem maximalen synchronen Drehzahlwert n_max entspricht, ist die in Schritt 23 geprüfte Bedingung respektive sind die beiden dort genannten Bedingungen erfüllt. Die aktuelle synchrone Drehzahl n_sync wird deshalb wieder als Drehzahlreferenzwert n_ref abgespeichert, Schritt 24a, und die von dem Pumpenaggregat aufgenommene elektrische Leistung P_Σ ermittelt und als Referenzleistung P_ref abgespeichert, Schritt 24b. Anschließend wird die Drehzahl n_SLP der Spitzenlastpumpe 2b reduziert, Schritt 25, und die Reaktion des Pumpenaggregats 1 auf diese Drehzahlreduzierung abgewartet, Schritt 35, und analysiert.
  • Die Reduzierung der Drehzahl n_SLP wird dazu führen, dass die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a ihren Maximalwert n_max erreicht, weil der Betriebspunkt 13 einen Volumenstrom Q bedingt, der jenseits der Maximalkennlinie 18 der Grundlastpumpe 2a liegt. Aus diesem Grund wird die Bedingung in Schritt 26 nach einer gewissen Zeit erfüllt sein, so dass in den Synchronbetrieb zurückgekehrt wird, Schritt 29 in Figur 4.
  • Es ist damit festgestellt, dass der neue Betriebspunkt 13 im Spitzenlastbereich 15 liegt, so dass die als Referenzdrehzahl n_ref abgespeicherte synchrone Drehzahl n_sync als oberer Grenzwert n_o gesetzt werden kann, Schritt 31. Zuvor wird jedoch geprüft, ob nach der Rückkehr in den Synchronbetrieb in Schritt 29 die Drehzahl der Grundlastpumpe n_GLP wieder auf ihren ursprünglichen Wert, nämlich auf die ursprüngliche synchrone Drehzahl n_sync zurückkehrt. Diese Bedingung wird in Schritt 30 in Figur 4 geprüft. Nur wenn dies der Fall ist, wird der Referenzwert n_ref als obere Grenze n_o gesetzt. Anderenfalls hat sich der aktuelle Betriebspunkt wieder geändert, so dass eine eindeutige Aussage über seine Lage nicht möglich ist. Das Verfahren wir dann im Synchronbetrieb 21 fortgesetzt. Für den rein beispielhaft veranschaulichten Fall bleibt der Betriebspunkt 13 jedoch unverändert, so dass der Referenzwert n_ref als obere Grenze n_o gesetzt wird. Dies ist in Figur 8 dargestellt. In Figur 8 ist veranschaulicht weiter veranschaulicht, dass synchrone Drehzahlen oberhalb des oberen Grenzwerts n_o zu Betriebspunkten gehören, in denen sowohl die Grundlastpumpe 2a als auch die Spitzenlastpumpe 2b betrieben werden sollten, bzw. müssen. Des Weiteren ist in Figur 8 ein dritter Betriebspunkt 45 beispielhaft angenommen, der nunmehr im wirkungsgradoptimierten Bereich 16 liegt. Ausgehend vom synchronen Betrieb 21, in dem sich das Verfahren wegen des vorherigen Betriebspunkts 13 noch befindet, wird sich mit dem neuen Betriebspunkt 45 wieder eine synchrone Drehzahl n_sync oberhalb der unteren Grenze n_u einstellen, so dass die Bedingung in Schritt 22 in Figur 4 nicht erfüllt ist. Demgegenüber sind beide in Schritt 23 zu prüfenden Bedingungen erfüllt, so dass die aktuelle synchrone Drehzahl n_sync wieder als Referenzwert n_ref abgespeichert werden kann, Schritt 24. Des Weiteren wird erneut die aktuell aufgenommene elektrische Leistung P_Σ des Pumpenaggregats 1 als Referenzleistung P_ref abgespeichert, Schritt 24b. Nach diesen Speicherschritten wird die Drehzahl n_SLP der Spitzenlastpumpe 2b erneut reduziert, Schritt 25, und abgewartet, bis der übergeordnete Druckregler ausgeregelt hat.
  • Die Reduzierung der Drehzahl n_SLP der Spitzenlastpumpe 2b wird zum einen dazu führen, dass die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a nicht an ihre Drehzahlgrenze n_max läuft, da der Betriebspunkt 45 unterhalb der Maximalkennlinie 18 liegt. Es wird jedoch der Fall eintreten, dass die von der Grundlastpumpe 2a aufgenommene Leistung P_GLP aufgrund der Volumenstromübernahme durch die Grundlastpumpe 2a über die abgespeicherte Referenzleistung P_ref steigt. Dies wird in Schritt 26 in Figur 4 festgestellt. Es wird dann wieder der für das Pumpenaggregat 1 energetisch bessere Synchronbetrieb 29 eingestellt. Anschließend wird wieder geprüft, ob die Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a wieder zur Referenzdrehzahl n_ref zurückkehrt. Ist dies der Fall, wird die Referenzdrehzahl als neue obere Grenze n_o abgespeichert, Schritt 31. Die Anpassung der oberen Grenze ist in Figur 9 veranschaulicht.
  • Gemäß Figur 10 wird nunmehr angenommen, dass sich ein vierter Betriebspunkt 47 einstellt, der wieder im Grundlastbereich 17 liegt und auf der eingestellten Regelkennlinie 19 einen Volumenstrom Q benötigt, der eine synchrone Drehzahl n_sync oberhalb des unteren Grenzwertes n_u bedingt. Daher wird die Bedingung in Schritt 22 in Figur 4 erneut nicht erfüllt. Dagegen sind beide in Schritt 23 zu prüfende Bedingungen erfüllt, so dass die aktuelle synchrone Drehzahl n_sync erneut als Referenzdrehzahl n_ref abgespeichert wird, Schritt 24a, die aktuelle Leistung P_Σ als Referenzleistung P_ref abgespeichert wird, Schritt 24b, und anschließend die Drehzahl der Spitzenlastpumpe n_SLP reduziert wird, Schritt 25.
  • Da der neue Betriebspunkt 47 im Grundlastbereich 17 liegt, wird keine der in Schritt 26 geprüften Bedingungen erfüllt sein. Dies bedeutet, dass die Grundlastpumpe 2a durch die Drehzahlreduzierung der Spitzenlastpumpe 2b weder ihre Maximaldrehzahl n_max erreicht noch eine Leistungsaufnahme erreicht, die über der Referenzleistung P_ref liegt. Die Drehzahlreduzierung der Spitzenlastpumpe 2b wird dazu führen, dass die von der Grundlastpumpe 2a aufgenommene Leistung P_GLP zunächst steigt, dann jedoch einen Sättigungswert erreicht, wenn die Grundlastpumpe 2a nahezu vollständig den Volumenstrom der Spitzenlastpumpe 2b übernommen hat. Da sich die Leistung P_GLP der Grundlastpumpe in diesem Fall nicht mehr wesentlich ändert, ist die Bedingung in Schritt 27 erfüllt. Die Referenzdrehzahl n_ref wird dann als neue untere Grenze n_u gesetzt, Schritt 32a, die Spitzenlastpumpe 2b ausgeschaltet, Schritt 32b und die dann anliegende aktuelle Drehzahl n_GLP der Grundlastpumpe 2a zuzüglich eines Offsets als neuer Grundlastreferenzwert n_u_GLP gesetzt, Schritt 32c.
  • Das Pumpenaggregat 1 wird dann im Grundlastbetrieb 33 betrieben, in dem die Spitzenlastpumpe 2a ausgeschaltet ist und das Pumpenaggregat 1 ausschließlich mit der Grundlastpumpe 2a auf der eingestellten Regelkennlinie 19 geregelt wird.
  • Die Heraufsetzung der unteren Grenze n_u auf den neuen Betriebspunkt 47 ist in Figur 10 veranschaulicht. Es wird deutlich, dass der Abstand zwischen der oberen Grenze n_o und der unteren Grenze n_u im laufenden Verfahren geringer wird, insbesondere dann, wenn ein neuer Betriebspunkt vorliegt, der näher an der theoretischen Grenzlinie 40 liegt.
  • In Figur 11 ist nunmehr der Wechsel auf eine neue konstante Regelkennlinie 40 veranschaulicht. Es werden eine neue untere Grenze n_u und eine neue obere Grenze n_o gesetzt, die mit einem Minimalwert bzw. Maximalwert für die Drehzahlen belegt werden. In Figur 11 ist erneut ein neuer, fünfter Betriebspunkt 48 eingezeichnet, der im Grundlastbereich 17 liegt. Das Verfahren wird nunmehr gemäß der vorbeschriebenen Schritte in Figur 4 wie zuvor anhand der Figuren 6-10 erläutert, durchgeführt. Anhand von Figur 11 wird noch deutlich, dass die für die vorherige Regelkennlinie 19 ermittelten Grenzwerte n_u, n_o bestehen bleiben, so dass im Falle einer Rückkehr zur ursprünglichen Regelkennlinie 19 diese Grenzwerte n_u, n_o wieder verwendet werden können.
  • Figur 12 veranschaulicht die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer weiteren Regelkennlinie 39, gemäß der der Förderdruck Δp des Pumpenaggregats 1 über den Volumenstrom Q linear geregelt wird. In Figur 12 sind bereits angepasste Werte für die untere Grenze n_u und die obere Grenze n_o dargestellt, die während des Betriebs ermittelt worden sind. Zwischen den beiden Grenzwerten verläuft die Grenzlinie 40.
  • Figur 13 veranschaulicht den grafischen Verlauf der Messwerte für die der Spitzenlastpumpe 2b vorgegebenen Drehzahl n_soll, für die Gesamtleistung P1_Sum des Pumpenaggregats, für die Leistung P1_MA der Grundlastpumpe und für die Leistung P1_SL der Spitzenlastpumpe, bei einer Förderhöhe H von 15m und einem Volumenstrom Q von 55m3/h.
  • Ausgehend vom stationären Zustand des Pumpenaggregats 1 wird die Drehzahl n_soll der Spitzenlastpumpe 2b um 100 U/min reduziert. In diesem Fall sinkt die Leistungsaufnahme P1_SL der Spitzenlastpumpe 2b erheblich ab, wohingegen die Leistung P1_MA der Grundlastpumpe 2a um ein höheres Maß ansteigt. Nach etwa 10 Sekunden hat die Leistung PL_MA der Grundlastpumpe 2a einen Wert von ca. 4000 Watt erreicht. Eine danach folgenden weitere Drehzahlreduzierung von 100 U/min hat zwar eine Reduzierung der von der Spitzenlastpumpe 2b aufgenommenen Leistung P1_SL zu folge, verändert jedoch nicht die Leistungsaufnahme P1_MA der Grundlastpumpe 2a. Dies liegt daran, dass die Rückschlagklappe 3a im Pumpenaggregat 1 dazu führt, dass bereits eine geringe Verschiebung der Förderleistungsbeiträge hin zur Grundlastpumpe 2a diese deutlich dominieren lässt. So führt bereits eine Drehzahlreduzierung von ca. 5% der Nennbetriebsdrehzahl der Spitzenlastpumpe 2b dazu, dass der Volumenstrom Q fast ausschließlich von der Grundlastpumpe 2a geliefert wird. Die Spitzenlastpumpe 2b kann daher bereits nach der ersten Drehzahlreduzierung ausgeschaltet werden, da sie keinen nennenswerten Beitrag liefert.
  • Die Betrachtung der vom Pumpenaggregat 1 aufgenommenen Gesamtleistung P1_Sum in Figur 13 zeigt, dass diese Gesamtleistung stets oberhalb der Kurve der Leistung P1_MA der Grundlastpumpe 2a liegt. Dies bedeutet, dass der Betriebspunkt, von dem in Figur 13 vor der Drehzahlreduzierung ausgegangen wird, im Grundlastbereich 17 liegt, in dem die Leistungsaufnahme der Grundlastpumpe 2a nicht über die zuvor im synchronen Betrieb 21 vor der Drehzahlreduzierung aufgenommenen Leistung P1_Sum des Gesamtaggregats steigt. Figur 13 veranschaulicht daher die physikalischen Größen am Pumpenaggregat 1, wenn ein Betriebsfall gemäß Figur 6 vorliegt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Pumpenaggregat
    2a
    erste Pumpe, Grundlastpumpe
    2b
    zweite Pumpe, Spitzelastpumpe
    3
    Rückschlagventil
    3a
    Rückschlagklappe
    4
    Saugleitung
    5
    Druckleitung
    6
    Pumpenelektronik
    7
    zentrale Steuereinheit
    8
    Steuerleitung
    9
    Steuerleitungen
    10
    Verfahrensbeginn
    11
    erster Betriebspunkt
    12
    Zurücksetzen der Grenzwerte/ Reset
    13
    zweiter Betriebspunkt
    14
    neue Sollwertvorgabe
    15
    Spitzenlastbereich
    16
    wirkungsgradoptimierter Bereich
    17
    Grundlastbereich
    18
    Maximalkennlinie der Grundlastpumpe
    19
    Regelkennlinie Δp-c
    20
    Leistungsregelung des Pumpenaggregats mit dynamischer Grenzwertanpassung
    21
    Synchronbetrieb
    22
    Abfrage Betriebspunkt im Grundlastbereich
    23
    Abfrage Betriebspunkt im Spitzenlastbereich
    24a
    Abspeicherung Referenzdrehzahl
    24b
    Abspeicherung Referenzleistung
    25
    Drehzahlreduzierung
    26
    Überprüfung einer ersten Bedingung
    27
    Überprüfung einer zweiten Bedingung
    28
    Überprüfung einer dritten Bedingung
    29
    Synchronbetrieb
    30
    Betriebspunktänderungsprüfung
    31
    Anpassen der oberen Grenze
    32a
    Anpassen der unteren Grenze
    32b
    Übergang in Grundlastbetrieb
    32c
    Abspeicherung eines Grundlastreferenzwerts
    33
    Grundlastbetrieb
    34
    Überprüfung des Betriebszustands der Grundlastpumpe
    35
    Überprüfung eines Wartezeitablaufs
    36
    Übergang in Grundlastbetrieb
    37
    Überprüfung des Betriebszustands der Grundlastpumpe
    38
    Zurücksetzen des unteren Grenzwerts
    39
    Regelkennlinie Δp-v
    40
    Grenzlinie
    41
    Maximalkennlinie des Pumpenaggregats
    42
    Minimalkennlinie der Grundlastpumpe
    43
    Rohrnetzparabeln
    44
    Kennlinien konstanter Drehzahl
    45
    dritter Betriebspunkt
    46
    neue Regelkennlinie Δp-c
    47
    vierter Betriebspunkt
    48
    fünfter Betriebspunkt

Claims (22)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Pumpenaggregats (1) mit wenigstens einer eine Grundlast bedienenden ersten Pumpe (2a) und wenigstens einer eine Spitzenlast bedienenden zweiten Pumpe (2b), die bedarfsweise zugeschaltet und parallel zu der zumindest einen ersten Pumpe (2a) betrieben wird, wobei das Pumpenaggregat (1) derart auf einer vorgegebenen Regelkennlinie (19, 39) geregelt wird, dass die aufgenommene Leistung minimal ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat (1) in Abhängigkeit eines oberen und eines unteren Grenzwertes (n_o, n_u) einer Betriebsgröße (n_sync) entweder mit mindestens zwei Pumpen (2a, 2b) oder mit wenigstens einer ausgeschalteten Pumpe (2b) betrieben wird, wobei ausgehend von einem synchronen Betrieb (21) der Pumpen (2a, 2b) in einem Betriebspunkt (11, 13), in dem die Pumpen (2a, 2b) mit derselben Drehzahl (n_sync) und/ oder Leistung betrieben werden,
    a. in einem ersten Schritt (24a) der Wert zumindest einer Betriebsgröße (n_sync) des Pumpenaggregats (1) als Referenzwert (n_ref) abgespeichert wird,
    b. in einem zweiten Schritt (25) der von der zweiten Pumpe (2b) geförderte Volumenstrom reduziert wird,
    c. in einem dritten Schritt (26, 27) in Abhängigkeit der Reaktion der geregelten ersten Pumpe (2a) eine Zuordnung des Betriebspunktes (11, 13) zu einem Lastbereich (15, 16, 17) erfolgt und
    d. in einem vierten Schritt (31, 32a) der obere oder untere Grenzwert (n_o, n_u) durch den Referenzwert (n_ref) ersetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgröße die synchrone Drehzahl (n_sync) des Pumpenaggregats (1) ist, die als Referenzdrehzahl (n_ref) abgespeichert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Pumpenaggregat (1) im synchronen Betrieb (21) aufgenommene Leistung (P_E) bestimmt und als Referenzleistung (P_ref) abgespeichert wird (24).
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert (n_ref), insbesondere die Referenzdrehzahl (n_ref), als ein oberer Grenzwert (n_o), insbesondere ein Drehzahlgrenzwert (n_o) abgespeichert wird (31), wenn nach der Volumenstromreduzierung (25) wenigstens eine erste Bedingung (26) erfüllt ist, die einem der Lastbereiche (15, 16) Spitzenlastbereich (15) oder wirkungsgradoptimierter Bereich (16) zugeordnet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert (n_ref), insbesondere die Referenzdrehzahl (n_ref), als ein unterer Grenzwert (n_u), insbesondere Drehzahlgrenzwert (n_u) abgespeichert wird (32a), wenn zumindest eine zweite Bedingung (27) erfüllt ist, die dem Grundlastbereich (17) zugeordnet ist.
  6. Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat (1) in einem Betriebspunkt (11) mit einer synchronen Drehzahl (n_sync) gleich oder oberhalb des oberen Grenzwerts (n_o) mit mindestens zwei Pumpen (2a, 2b) und gleich oder unterhalb des unteren Grenzwerts (n_u) mit zumindest einer abgeschalteten Pumpe (2b) betrieben wird.
  7. Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat (1) in einem Betriebspunkt (13) mit einer synchronen Drehzahl (n_sync) zwischen dem oberen Grenzwert (n_o) und dem unteren Grenzwert (n_u) die Schritte a. bis d. ausgehend von einem synchronen Betrieb (21) der Pumpen (2a, 2b) wiederholt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte (n_o, n_u) bei einem Wechsel der Regelkennlinie (19, 39, 46) dieser alten Kennlinie (19, 39, 46) zugeordnet abgespeichert werden und für die neue Regelkennlinie (19, 39, 46) ein neuer oberer und unterer Grenzwert (n_o, n_u) verwendet werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bedingung (26) dann erfüllt ist, wenn die Drehzahl (n_GLP) der ersten Pumpe (2a) eine Maximaldrehzahl (n_max) erreicht oder überschreitet, oder wenn die Leistungsaufnahme (P_GLP) der ersten Pumpe (2a) die Referenzleistung (P_ref) überschreitet.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bedingung (26) dann erfüllt ist, wenn die Leistungsaufnahme (P_GLP) der ersten Pumpe (2a) im Mittel im Wesentlichen gleich bleibt, oder wenn die Drehzahl (n_SLP) der zweiten Pumpe (2b) einen Minimalwert erreicht oder unterschreitet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bedingung (27) nur dann geprüft wird, wenn die erste Bedingung (26) nicht erfüllt ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abspeicherung (32a) des unteren Grenzwerts (n_u) der Wert einer Betriebsgröße (n_GLP) der ersten Pumpe (2a) als Grundlastreferenzwert (n_u_GLP) abgespeichert wird (32c).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vom Betrieb (33) mit wenigstens einer ausgeschalteten Pumpe (2b) in einen synchronen Betrieb (21) mit mindestens zwei Pumpen (2a, 2b) übergegangen wird (34), wenn der aktuelle Wert der Betriebsgröße (n_GLP) der ersten Pumpe (2a) über den Grundlastreferenzwert (n_u_GLP) steigt oder gleich oder größer einem Maximalwert (n_max) dieser Betriebsgröße (n_GLP) wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsgröße der ersten Pumpe (2a) ihre Drehzahl (n_GLP) verwendet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Grundlastreferenzwert (n_u) ein Offset hinzuaddiert wird (32c).
  16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Volumenstromreduzierung (25) wieder in einen synchronen Betrieb (21) übergegangen wird, wenn als eine dritte Bedingung (28) die Leistungsaufnahme (P_GLP) der ersten Pumpe (2a) sinkt.
  17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass erst nach einer Wartezeit (t_warten) geprüft wird, ob zumindest eine der Bedingungen (26, 27, 28) erfüllt ist.
  18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der zweiten Pumpe (2b) weiter reduziert wird (25), wenn keine der Bedingungen (26, 27, 28) erfüllt ist.
  19. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einen synchronen Betrieb (21) übergegangen wird, wenn die Drehzahl (n_GLP) der ersten Pumpe (2a) einen Maximalwert (n_max) erreicht oder über überschreitet, oder dass bei Erfüllung der ersten Bedingung (26) unmittelbar in einen synchronen Betrieb (29) zurückgekehrt wird und der Referenzwert (n_ref) nur dann als oberer Grenzwert (n_o) abgespeichert wird (31), wenn sich nach der Rückkehr wieder der Betriebszustand vor der Volumenstromreduzierung einstellt (30).
  20. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Grenzwert (n_u) auf einen Minimalwert zurückgesetzt wird (38) und in einen synchronen Betrieb (21) zurückgekehrt wird, wenn die erste Pumpe (2a) einen unzulässigen Betriebszustand erreicht, insbesondere eine maximale Drehzahl (n_max) erreicht oder überschreitet.
  21. Computerprogramm mit Instruktionen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, wenn es auf einem Mikrocomputer einer Steuerungselektronik (6, 6a, 6b) ausgeführt wird.
  22. Pumpenaggregat (1) mit wenigstens einer eine Grundlast bedienenden ersten Pumpe (2a) und wenigstens einer eine Spitzenlast bedienenden zweiten Pumpe (2b), die bedarfsweise zugeschaltet und parallel zu der zumindest einen ersten Pumpe (2a) betreibbar ist, wobei das Pumpenaggregat (1) derart auf einer vorgegebenen Regelkennlinie (19, 39) regelbar ist, dass die aufgenommene Leistung minimal ist, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuerungselektronik (6, 6a, 6b) aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20. eingerichtet ist.
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