NL8801897A

NL8801897A - METHOD FOR IMPROVING THE EFFICIENCY IN OPERATING PRESSURE INCREASING PLANTS AND THE LIKE.

Info

Publication number: NL8801897A
Application number: NL8801897A
Authority: NL
Original assignee: Loewe Pumpenfabrik Gmbh
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1988-07-28
Publication date: 1990-02-16
Also published as: FR2635146B1; FR2635146A1; NL193346C; DE3720360C2; DE3720360A1; NL193346B

Description

Werkwijze voor het verbeteren van de efficiëntie bij het bedienen van drukverhogingsinstallaties en dergelijke.Method for improving the efficiency in operating pressure booster systems and the like.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verbeteren van de bedrijfsefficiëntie van drukverhogingsinstallaties en dergelijke met voorafbepaalde streefdruk, waarvan de pompen worden aangedreven door electromotoren met toerentalregelinrichtingen.The invention relates to a method for improving the operating efficiency of pressure booster systems and the like with predetermined target pressure, the pumps of which are driven by electric motors with speed control devices.

Het is reeds bekend om het vermogen van centrifugaalpompen naar behoefte aan te passen, door de aandrijfmotoren van de ponpen te besturen via frequentieomvormers, fase-aansnijdende besturingen en dergelijke maatregelen te besturen met verschillende toerentallen, zo dat ook een willekeurige werklijn met daarop het gewenste werkpunt kan worden ingesteld onder de werklijn voor het streeftoerental. Het voordeel van een dergelijke besturing is, dat voor een centrifugaalpomp met eenvoudige middelen elke willekeurige combinatie van transportdruk en transporthoeveelheid kan worden ingesteld. Het nadeel is, dat daarbij ten opzichte van de rendementkromme voor het nominale toerental altijd een verslechtering van het rendement optreedt, hetgeen een relatieve verhoging van het opgenomen vermogen ten gevolge heeft hetgeen bij langere bedrijfsduur tot niet te verwaarlozen kosten kan leiden.It is already known to adapt the power of centrifugal pumps according to need, by controlling the driving motors of the punches via frequency converters, phase cutting controls and such measures with different speeds, so that also an arbitrary operating line with the desired operating point can be set below the target speed working line. The advantage of such a control is that for a centrifugal pump, any combination of conveying pressure and conveying quantity can be set with simple means. The drawback is that the efficiency curve always deteriorates with respect to the efficiency curve for the nominal speed, which results in a relative increase in the power consumption, which can lead to negligible costs during a longer operating period.

Om deze nadelen te vermijden, stelt de onderhavige uitvinding zich ten doel om, in het bijzonder bij drukverhogingsinstallaties met voorafbepaalde streefdruk, niet alleen energie te besparen bij het besturen van de pompen, maar ook een vereenvoudiging ten opzichte van installaties zonder toerentalregelinrichtingen (echter met zo gering mogelijke drukwisselingen) te bereiken door het gebruik mogelijk te maken van kleinere buffervaten die minder ruimte innemen.To avoid these drawbacks, the present invention aims to save energy, in particular for pressure booster systems with predetermined target pressure, not only when operating the pumps, but also a simplification compared to plants without speed control devices (but with such minimum possible pressure changes) by allowing the use of smaller buffer vessels that take up less space.

De uitvinding gaat daarbij uit van de overweging dat hoge beiasting-wisselingfrequenties van meer dan het volgens DVGW W314 toelaatbare aantal van 30 maal per uur tussen stilstand en bedrijfstoestand van de aandrijfmotoren en de ponpen, de onnodige druktoename tot boven de streefdruk en de grootte van het buffervat klein kunnen houden.The invention is based on the consideration that high load exchange frequencies of more than the allowable number of 30 times per hour between standstill and operating state of the drive motors and the pumps according to DVGW W314, the unnecessary increase in pressure above the target pressure and the size of the keep the storage tank small.

Om dit doel te bereiken wordt volgens de uitvinding voorgesteld om de werkwijze zo uit te voeren, dat wanneer de volumetransportsnelheid resp. de vloeistofafname uit de drukverhogingsinstallaties gelijk is aan of groter is dan de streefafname, de ponpen stationair in het bedrijfsgebied van het maximale ponprendement bij nominaal toerental worden bediend, en wanneer de volumetransportsnelheid resp. de vloeistofafname uit de drukverhogings-installaties kleiner is dan de streefafname, de pompen niet-stationair worden bediend, waarbij wordt afgewisseld tussen het bedrijfsgebied van het maximale pomprendement bij nominaal toerental en een bedrijfsgebied met minimaal toerental en een zo gering mogelijk energieverbruik. De pompen moeten daarbij gelijkmatig wisselend tussen hoge toerentallen nabij het streeftoerental en een toerental van ongeveer nul worden bestuurd. Er zal dus normaliter geen afschakelen van de pompen plaatsvinden. Aangezien het maximaal toelaatbare aantal schakelwisselingen betrekking heeft op het volledig uitschakelen, kunnen volgens de uitvinding de belastingwissel-frequenties aanzienlijk groter zijn dan 30 per uur, en bijvoorbeeld tot ca. 720 per uur bedragen.In order to achieve this object, it is proposed according to the invention to carry out the method in such a way that when the volume transport speed resp. the liquid consumption from the pressure booster systems is equal to or greater than the target decrease, the punches are operated stationary in the operating range of the maximum punching efficiency at nominal speed, and when the volume transport speed resp. the liquid consumption from the pressure booster systems is smaller than the target decrease, the pumps are operated non-stationary, alternating between the operating range of the maximum pump efficiency at rated speed and an operating range with minimum speed and the lowest possible energy consumption. The pumps must be controlled evenly alternating between high speeds close to the target speed and a speed of approximately zero. So normally there will be no shutdown of the pumps. Since the maximum permissible number of switching changes relates to the complete switch-off, according to the invention the load switching frequencies can be considerably greater than 30 per hour, for example up to about 720 per hour.

Tussen de pompen en afnameplaatsen voor de vloeistof kunnen doelmatiger-wijze drukwisselingen-dempende buffervaten worden aangebracht, die nu echter slechts een minimale inhoud hoeven te bezitten, welke slechts een fractie van de inhoud van de drukvaten van de tot nu toe gebruikelijke drukverhogingsinstallaties hoeft te zijn.Pressure-damping buffer vessels can more efficiently be arranged between the pumps and liquid collection points, but these now only need to have a minimal volume, which only needs to be a fraction of the volume of the pressure vessels of the pressure booster installations which have hitherto been used. .

Het is nuttig gebleken te voorzien in een tijdschakelfunctie, waardoor het afschakelen van de aandrijvingen van de pompen zo vroeg mogelijk plaats vindt, op zijn laatst wanneer meer dan 2 minuten geen waterafname plaatsvindt, bijvoorbeeld ' s nachts. De lengte van de tijdsduur tot het afschakelen kan gebaseerd zijn op het aantal en de verdeling van de het laatste uur werkelijk uitgevoerde afschakelingen. De schakelfrequentie ligt daarmee dan onder de toelaatbare schakelfrequentie van 30 per uur. Als toerentalregelinrichtingenvoor de aandrijfmotoren worden faseaansnijdende besturingen (met zachte aanloop) toegepast.It has been found useful to provide a timer function, whereby the pump drives are switched off as early as possible, at the latest when no water drawdown takes place for more than 2 minutes, for example at night. The length of time to shutdown may be based on the number and distribution of shutdowns actually performed in the last hour. The switching frequency is then below the permissible switching frequency of 30 per hour. Phase-controlled (soft start) controllers are used as speed control devices for the drive motors.

De uitvinding wordt in het onderstaande nader verduidelijkt onder verwijzing naar de tekening; hierin toont: fig.l de werklijn van een centrifugaalpomp met daarin aangegeven een gewenst werkpunt; en fig.2 een grafische voorstelling van het toerental als functie van de tijd bij niet-stationaire bedrijfstoestanden.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing; 1 shows the operating line of a centrifugal pump with a desired operating point indicated therein; and Figure 2 is a graphical representation of the speed as a function of time in non-stationary operating states.

In fig.l is van een centrifugaalpomp de werklijn voor het streef- of nominale toerental weergegeven. De werklijn wordt doorlopen in het gebied van de in- en uitschakeldruk voor de drukverhogingsinstallatie. Daarbij ontstaat bij een gemiddelde transportdruk een bepaalde transportstroom. De pomp werkt daarbij, zoals uit de onderste kromme blijkt, ongeveer in het gebied van het beste rendement.Fig. 1 shows the working line for the target or nominal speed of a centrifugal pump. The working line is run in the area of the switch-on and switch-off pressure for the pressure booster system. This results in a certain transport flow at an average transport pressure. As can be seen from the bottom curve, the pump operates approximately in the region of the best efficiency.

Vindt nu slechts een geringe waterafname uit de drukverhogingsinstallatie plaats, dan wordt het werkpunt verschoven naar een kleinere transportstroom, bijvoorbeeld naar bedrijfspunt PB· Zou de pomp verder op zijn streefwerklijn werken, dan zou een zeer groot opslagvat nodig zijn, opdat de schakeltijden voor de pomp niet ontoelaatbaar kort zouden moeten worden. Een andere mogelijkheid zou zijn, de pomp te laten draaien met een lager toerental, ongeveer op de gestreept weergegeven werklijn. Hierbij zou zich dan echter een slechter rendement instellen, en daarmee ook een buiten alle verhoudingen liggend groot energieverbruik.If now only a small amount of water is removed from the booster system, the operating point is shifted to a smaller transport flow, for example to operating point PB · If the pump continues to operate on its target operating line, a very large storage vessel would be required, so that the switching times for the pump should not become intolerably short. Another possibility would be to run the pump at a lower speed, roughly on the dashed working line. However, this would result in a poorer yield, and with it a large energy consumption beyond all ratios.

Om beide voordelen, namelijk die van een klein drukvat en die van een energiebesparing, die zoals onderzoekingen hebben aangetoond ca. 30 - 50 % kan bedragen, ten volle te kunen benutten, wordt de pomp volgens de uitvinding afwisselend bediend tussen een werklijn bij nominaal toerental en een minimaal toerental zonder of nagenoeg zonder energieverbruik, d.w.z. bij een toerental in de buurt van nul.In order to take full advantage of both advantages, namely that of a small pressure vessel and that of an energy saving, which as studies have shown can amount to about 30 - 50%, the pump according to the invention is operated alternately between a working line at nominal speed and a minimum speed without or virtually without energy consumption, ie at a speed close to zero.

Een dergelijk bedrijf is in de diagrammen van fig.2 aangegeven. De pomp draait dus een korte tijd in het gebied van het nominaal toerental met dienovereenkomstig transportvermogen, en wordt dan teruggeschakeld naar een gering toerental dat nagenoeg geen transportvermogen vereist, zo dat zich gemiddeld een transportvermogen volgens het gewenste werkpunt Ρβ instelt.Such an operation is indicated in the diagrams of Fig. 2. The pump thus runs for a short time in the nominal speed range with corresponding transport power, and is then switched back to a low speed that requires almost no transport power, so that on average a transport power according to the desired operating point Ρβ is set.

Daar de pomp met de aandrijfmotor niet tot stilstand komt, mag het toelaatbare aantal schakelwisselingen aanzienlijk worden overschreden. Bij voorbeeld kan de schakeltijd tussen volledige belasting en kleinste belasting tot ca. 3 seconden worden verminderd, zoals uit het onderste diagram blijkt. In het onderste diagram is ook nog een zachte aanloop van de pomp van 0,5 seconden aangegeven, waardoor het bedrijfslawaai aanzienlijk kan worden verminderd.Since the pump does not come to a standstill with the drive motor, the permissible number of switching changes may be significantly exceeded. For example, the switching time between full load and smallest load can be reduced to approx. 3 seconds, as shown in the bottom diagram. The bottom diagram also shows a soft start of the pump of 0.5 seconds, which can significantly reduce the operating noise.

Claims

A method for improving the operating efficiency of pressure booster systems and the like with predetermined target pressure, the pumps of which are driven by electric motors with speed control devices; characterized in that when the volume transport speed resp. the liquid consumption from the pressure booster systems is equal to or greater than the target decrease, the pumps are operated stationary in the operating range of the maximum pump efficiency at nominal speed, and when the volume transport speed resp. the liquid consumption from the pressure booster systems is smaller than the target decrease, the pumps are operated non-stationary, alternating between the operating range of the maximum pump efficiency at rated speed and an operating range with minimum speed and the lowest possible energy consumption.

2. A method according to claim 1, characterized in that gas-filled pressure fluctuating damping pressure vessels of minimal volume are arranged between the pumps and the liquid take-off points.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the pumps are operated with load changes of more than 30 per hour.

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the drive of the pumps is switched off as early as possible.

Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the drive motors of the pumps are provided with speed control devices with soft start-up.