SE540018C2 - Metod för avstängning av en pump samt pumpstationsarrangemang - Google Patents

Abstract

Enligt en första aspekt hänför sig den föreliggande uppfinningen till en metod för avstängning av en pump (2) avsedd för pumpning av vätska via en rörledning (4), varvid pumpen (2) före avstängning drivs vid en driftsfrekvens (F) medelst en styrenhet (6). Metoden är kännetecknad av stegen att till följd av en avstängningsinstruktion rampa ner pumpens (2) frekvens, varvid nedrampningens slutfrekvens skall vara lika med pumpens (2) driftsfrekvens (F) minus åtminstone 10Hz och nedrampningstiden skall vara åtminstone en reflektionstid (T) för den aktuella rörledningen, och varvid nedrampningens slutfrekvens inte ska underskrida 10Hz, och efter nämnda nedrampning stoppa pumpen (2). Enligt en andra aspekt hänför sig den föreliggande uppfinningen till ett pumpstationsarrangemang inrättat att utföra avstängningsmetoden ovan.

Description

METOD FÖR AVSTANGNING AV EN PUMP SAMT PUMPSTATIONS-ARRANGEMANG Uppfinningens tekniska område Den föreliggande uppfinningen hänför sig i allmänhettill en metod för avstängning av en pump som är avsedd attpumpa vätska via en rörledning, varvid pumpen före avstäng-ning drivs vid en driftsfrekvens medelst en styrenhet. Isynnerhet hänför sig den föreliggande uppfinningen till enavstängningsmetod för en pump avsedd att pumpa avlopps-vatten. I en andra aspekt hänför sig den föreliggandeuppfinningen till ett pumpstationsarrangemang innefattandeen pump, en styrenhet och en rörledning förbunden medpumpens utlopp, vilket pumpstationsarrangemang är inrättat att utföra avstängningsmetoden ovan.

Uppfinningens bakgrund och teknikens ståndpunkt I dylika pumpstationsarrangemang är vätskeflödes-hastigheten vanligtvis i storleksordningen O,7-l meter persekund, vilket medför stort vätskeflöde med stor rörelse-mängd i rörledningen som leder från pumpen. Vätskeflödes-hastigheten är vanligtvis större än 0,7 meter per sekund föratt undvika sedimentering i rörledningen och överskridervanligtvis inte l meter per sekund för att inte erhålla förstora friktionsförluster. Vidare kan rörledningen varatusentals meter lång. Om tillförsel av vätska från pumpentill rörledningen stoppas abrupt kommer en tryckvåg ivätskan att skapas vilken transporteras genom rörsystemetoch därmed kommer olika delas av vätskan ha olika hastighet.Denna bekymmersamma situation kan medföra att vacuumbubbloruppstår i rörledning och när dessa imploderar, dvs. olikavätskedelmängder rör sig i olika riktning i rörledningen,uppstår så kallade tryckslag vilket riskerar att förstörarörledningen och dess ingående enheter. Vidare när vätske- pelaren vänder tillbaka mot pumpen kommer den sedvanliga backventilen som är belägen nedströms pumpen att smälla igenoch riskera att skadas.

För att reducera tryckslagseffekterna är dettraditionellt känt att rampa ner pumpens frekvens fråndriftsfrekvens till noll till följd av en automatiskt ellermanuellt genererad avstängningsinstruktion. Syftet mednedrampning är att pumpen hela tiden ska tillhandahållapositiv pumpkraft och därmed hålla backventilen öppen så attden pumpade vätskans flödeshastighet sänks långsamt så attFör att helt eliminera vacuumbubblor måste nedrampningstiden vara mycket inga vacuumbubblor uppstår i rörledningen.lång, vilket drar onödigt mycket energi.

Vidare medför nedrampning från driftsfrekvens till nolli realiteten att backventilen kommer att stänga trots attpumphjulet fortfarande aktivt drivs för att skapa ettvätskeflöde men pumpkraften och/eller vätskeflödet är förlitet för att orka pumpa vätska in i rörledningen. Dvs.pumpen konsumerar energi utan att tillhandahålla nyttigt arbete.

Kortfattad beskrivning av uppfinningens syften Den föreliggande uppfinningen tar sikte på att minimeraovannämnda nackdelar och tillkortakommanden hos tidigarekända avstängningsmetoder och att tillhandahålla enförbättrad avstängningsmetod för en pump. Ett grundläggandesyfte med uppfinningen är att tillhandahålla en förbättradavstängningsmetod av inledningsvis definierad typ, vilken påså kort tid som möjligt stänger av pumpen samtidigt somtryckslagseffekterna i rörledningen kraftigt reduceras.

Ett ytterligare syfte med den föreliggande uppfinningenär att tillhandahålla en avstängningsmetod, där storleken påvacuumbubblorna minskas.

Det är ett annat syfte med den föreliggande uppfin-ningen att tillhandahålla en avstängningsmetod, som skonar rörledningar och backventiler.

Det är ett annat syfte med den föreliggande uppfin-ningen att tillhandahålla en avstängningsmetod, som medför minskad energiförbrukning under avstängningen.

Kortfattad beskrivning av uppfinningens särdrag Enligt uppfinningen uppnås åtminstone det grundläggandesyftet medelst den inledningsvis definierade metoden ochpumpstationsarrangemanget, som har särdragen definierade ide oberoende kraven. Föredragna utföranden av den före-liggande uppfinningen är vidare definierade i de beroendekraven.

Enligt en första aspekt av den föreliggande uppfin-ningen tillhandahålls en avstängningsmetod av inledningsvisdefinierad typ, vilken är kännetecknad av stegen att tillföljd av en avstängningsinstruktion medelst styrenhetenrampa ner pumpens frekvens, varvid nedrampningens slut-frekvens skall vara lika med pumpens driftsfrekvens FN minusåtminstone lOHz och nedrampningstiden skall vara åtminstoneen reflektionstid TR för den aktuella rörledningen, ochvarvid nedrampningens slutfrekvens inte ska underskrida 10Hz, och efter nämnda nedrampning stoppa pumpen medelst styr-enheten.

Enligt en andra aspekt av den föreliggande uppfinningentillhandahålls ett pumpstationsarrangemang, vilket inne-fattar en pump, en styrenhet och en rörledning förbunden medpumpens utlopp. Pumpstationsarrangemanget är kännetecknatav, att styrenheten till följd av en avstängningsinstruktionär inrättad att rampa ner pumpens frekvens från en drifts-frekvens FN, varvid nedrampningens slutfrekvens skall varalika med pumpens driftsfrekvens EN minus åtminstone lOHz ochnedrampningstiden skall vara åtminstone en reflektionstid TRför den aktuella rörledningen, och varvid nedrampningensslutfrekvens inte ska underskrida l0Hz, vidare är styr- enheten inrättad att efter nedrampningen stoppa pumpen.

Således är den föreliggande uppfinningen baserad påinsikten att nyttja de positiva effekterna vid början av ennedrampning och undvika de negativa effekterna vid slutet aven nedrampning.

Enligt ett föredraget utförande av den föreliggandeuppfinningen, inbegriper steget att stoppa pumpen efternedrampningen, att medelst styreneheten frikoppla pumpen föratt låta pumpens pumphjul frihjula tills det stannar. Pådetta sätt säkerställs att pumpen inte utför arbete som inteär nyttigt arbete.

Enligt ett alternativt utförande av den föreliggandeuppfinningen, inbegriper steget att stoppa pumpen efternedrampningen, att medelst styrenheten utföra en andranedrampning av pumpens frekvens på sådant sätt att detvridmoment som pumpens motor utsätts för från den pumpadevätskan styrs mot att vara noll. På detta sätt efterliknasatt pumphjulet frihjular tills det stannar, och därmedsäkerställs att pumpen inte utför arbete som inte är nyttigtarbete.

Enligt ett föredraget utförande ska nedrampningensslutfrekvens vara mindre än eller lika med 35 Hz, ochdärtill vara större än eller lika med 25 Hz. På detta sättsker tillräcklig nedrampning för att kraftigt reduceratryckslagseffekterna utan att riskera att pumpen utförarbete som inte är nyttigt arbete.

Ytterligare fördelar med och särdrag hos uppfinningenframgår av övriga osjälvständiga krav samt av den följande, detaljerade beskrivningen av föredragna utföranden.

Kortfattad beskrivning av ritningarna En mer fullständig förståelse av ovannämnda och andrasärdrag och fördelar hos den föreliggande uppfinningenkommer att framgå av den följande, detaljerade beskrivningenav föredragna utföranden med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig. l är en schematisk illustration av en pumpstationinnefattande ett pumpstationsarrangemang,Fig. 2 är ett diagram som schematiskt visar hur pumpens frekvens, vätskeflöde och tryck, ändras vidavstängning i linje med den föreliggande uppfin-ningen, ochFig. 3 är ett diagram som schematiskt visar hur pumpens frekvens, vätskeflöde och tryck, ändras vid avstängning i linje med tidigare känd teknik.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföranden I figur l visas ett pumpstationsarrangemang innefatt- ande en pumpstation, generellt betecknad l, innefattandeåtminstone en varvtalsreglerad pump 2, anordnad att i ett aktivt till- vanligtvis tvåstycken dränkbara pumpar,stånd pumpa vätska från en i pumpstationen l ingåendepumpgrop 3 till en rörledning 4 som sträcker sig bort frånpumpstationen 1. Rörledningen 4 innefattar en backventil(inte visad) anordnad i nära anslutning till pumpen 2.Vidare innefattar pumpstationen l på konventionellt sättåtminstone ett nivådon 5 anordnat att fastställa vätskenivåni pumpstationen 1, nivådonet 5 kan exempelvis utgöras av ettflytande nivådon som är inrättat att fastställa en i förvägbestämd vätskenivå eller ett kontinuerligt nivådon som ärinrättat att fastställa valbara vätskenivåer. Det skallpåpekas att nivådonet 5 kan vara en enskild anordning som äroperativt förbunden med en extern styrenhet 6, vara opera-tivt förbunden med nämnda åtminstone en varvtalsregleradpump 2, vara inbyggd i nämnda åtminstone en varvtalsregleradpump 2, etc. Nämnda åtminstone en varvtalsreglerad pump 2 ärföreträdesvis operativt förbunden med den externa styr-enheten 6 i syfte att medge reglering av pumpens varvtal,alternativt kan nämnda åtminstone en varvtalsreglerad pump 2Härnedan kommer innefatta en inbyggd styrenhet (inte visad). benämningen styrenhet 6 användas oberoende av densammasfysiska placering.

Pumpen 2 och styrenheten 6 utgör tillsammans åtminstoneen del av ett pumparrangemang, där pumpen 2 innefattar enelektrisk motor 7 som är anordnad att drivas av nämnda styr-enhet 6, och ett pumphjul 8 som är förbundet med motorn 7via en drivaxel 9 på konventionellt sätt. Företrädesvis äroch mest företrädesvis etti förhåll-ande till ett suglock/insatsring vid pumpens inlopp,drift.

Med ordalydelsen ”varvtalsreglerad” omfattas alla tänk- pumphjulet 8 ett öppet pumphjul,pumphjul som är axiellt förskjutbart i pumpen 2, under bara sätt att ändra en pumps varvtal, eller närmare bestämt motorns 7 varvtal/driftshastighet, framförallt avses ström-matningsfrekvensreglering medelst en frekvensomformare (Variable Frequency Drive), som är inbyggd i en pump ellersom är extern, och som utgör ett exempel på nämnda styrenhet6, varvid varvtalet är proportionerligt mot strömmatnings-Dock avses även internt eller Således är det frekvensen vid normal drift.externt styrd matarspänningsreglering, etc.på en övergripande nivå av uppfinningen inte centralt hurpumpens driftshastighet regleras, bara att pumpens 2 varvtalkan regleras/styras.

Pumpen 2 är inrättad att vara operativt förbunden medkraftledningsnätet som i olika delar av värden har olikanätfrekvens, vanligtvis 5OHz eller 6OHz. Enligt ett alter-nativt utförande är pumpen 2 operativt förbunden med ettelaggregat som nyttjar en dieselmotor, eller liknande.Utfrekvensen från elaggregatet kan vara konstant ellervarierbart, och är vanligtvis 5OHz eller 6OHz.

Vid normal drift av pumpen 2 drivs densamma medelststyrenheten 6 vid en driftsfrekvens FN, även betecknaddriftshastighet. Driftsfrekvensen FN kan variera över tideneller vara konstant, och kan exempelvis vara lika med maxfrekvens, dvs. nätfrekvens, eller vara i storleks- ordningen 90-95% av nätfrekvensen.

Då pumpen 2, eller pumpstationsarrangemanget, på före-kommen anledning erhåller en automatiskt eller manuelltgenererad avstängningsinstruktion, exempelvis från nivådonet5, påbörjar styrenheten 6 kontrollerad nedrampning avpumpens 2 frekvens F från driftsfrekvensen FNoch nedåt.Denna nedrampning kan vara linjär (konstant avtagnings-hastighet) eller olinjär (varierande avtagningshastighet)från driftsfrekvensen FN mot en slutfrekvens för nedramp-ningen.

Hänvisning sker nu till figur 2 vilken schematisktvisar ett diagram med tid mätt i sekunder på X-axeln ochpumpens 2 frekvens F på Y-axeln. Det skall påpekas attY-axeln har relativ skala där pumpens 2 driftsfrekvens FN ärsatt till 1 exempelvis är 50Hz). (motsvarande 100 procent vilket i realiteten Pumpens 2 frekvens F visas medelst denmittersta kurvan. Vidare innefattar Y-axeln även vätske-flödet i rörledningen 4, varvid den övre kurvan visar hurvätskeflödet förändras över tiden, och trycket i rörled-varvid den undre Vätskeflödet ningen 4 i området nedströms pumpen 2,kurvan visar hur trycket förändras över tiden.och trycket är likt pumpens 2 frekvens F angivna medelstrelativ skala.

Nedrampningens slutfrekvens skall vara lika med pumpens2 driftsfrekvens FN minus åtminstone l0Hz och därtill inteunderskrida l0Hz. I exemplet visat i figur 2 är nedramp-ningens slutfrekvens lika med 60% av driftsfrekvensen FN,dvs. 30Hz om driftsfrekvensen FN är 50Hz. Företrädesvisskall nedrampningens slutfrekvens vara mindre än eller likamed 40Hz, är det fördraget att nedrampningens slutfrekvens skall vara allra helst mindre än eller lika med 35Hz. Vidare större än eller lika med 20Hz, allra helst större än eller lika med 25Hz.Nedrampningstiden skall vara åtminstone en reflektions- tid TR för den aktuella rörledningen 4. I exemplet visat i figur 2 är nedrampningstiden ungefär 15 sekunder.

Den aktuella rörledningens 4 reflektionstid TR ärvälkänt i dylika pumpstationsarrangemang och avser den tiddet tar för en tryckvåg i rörledningen 4 att röra sig framoch tillbaka genom rörledningen 4. Reflektionstiden TRärlika med 2*L/C, där L är längden på rörledningen och C är enmaterialspecifik konstant. C är i storleksordningen 300-400om rörledningen 4 är tillverkad av plast och C är istorleksordningen 1000-1200 om rörledningen 4 är tillverkadav stål. Således för en rörledning 4 tillverkad av plast meden längd på 2000 meter är reflektionstiden TR i storleks-ordningen 10-13 sekunder, och motsvarande värde för enrörledning 4 tillverkad av stål är i storleksordningen 3,5-4sekunder.

Enligt ett föredraget utförande skall nedrampningstidenvara åtminstone 10 sekunder, allra helst åtminstone 15sekunder. Detta är användbart åtminstone när rörledningens 4reflektionstid inte är känd av någon anledning.

Efter nedrampningen innefattar den uppfinningsenligaavstängningsmetoden steget att medelst styrenheten 6 stoppapumpen 2.

Enligt det mest föredragna utförandet, vilket visas ifigur 2, inbegriper steget att stoppa pumpen 2 efter ned-rampningen, att medelst styreneheten 6 frikoppla pumpen 2för att låta pumpens 2 pumphjul 8 frihjula tills det(inte visat) inbegriper att medelst stannar. Enligt ett andra utförandesteget att stoppa pumpen 2 efter nedrampningen,styrenheten 6 utföra en andra nedrampning av pumpens 2frekvens F på sådant sätt att det vridmoment som pumpens 2motor 7 utsätts för från den pumpade vätskan styrs mot attvara noll. Den andra nedrampningen slutar när pumpens 2frekvens F är lika med noll. Med andra ord innebär det andrautförandet att frihjulning av pumphjulet 8 efterliknas.Enligt ett tredje utförande (inte visat) kan en andranedrampning äga rum som är brantare än den första nedramp- ningen.

I figur 3 visas ett mot figur 2 svarande diagram av ettavstängningsförfarande enligt tidigare känd teknik, däravstängning av pumpen 2 sker genom att vid driftsfrekvensenfrikoppla pumpens 2 pumphjul 8 och låta pumphjulet 8frihjula tills det stannar. Den undre kurvan visar att ettstort undertryck uppstår i rörledningen 4 vilket orsakarstora tryckslag. Den övre kurvan visar på kraftig pulsering i vätskeflödet i rörledningen 4.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad blott till de ovan besk-rivna och på ritningarna visade utförandena, vilka enbarthar illustrerande och exemplifierande syfte. Denna patent-ansökning är avsedd att täcka alla anpassningar ochvarianter av de föredragna utförandena beskrivna häri, ochföljaktligen är den föreliggande uppfinningen definierad avordalydelsen av de bifogade kraven och således kan utrust-ningen modifieras på alla tänkbara sätt inom ramen för debifogade kraven.

Det skall även påpekas att all information om/rörandeskall tolkas/läsas med utrustningen orienterad i enlighet med termer såsom ovanför, under, övre, nedre, etc., figurerna, med ritningarna orienterade på sådant sätt atthänvisningsbeteckningarna kan läsas på ett korrekt sätt.Således, förhållanden i de visade utförandena, indikerar dylika termer enbart inbördes vilka förhållande kanandras om den uppfinningsenliga utrustningen förses med enannan konstruktion/design.

Det skall påpekas att aven om det ej är uttryckligen angivet att särdrag från ett specifikt utförande kan kombi-neras med särdragen i ett annat utförande, skall detta anses uppenbart då så är möjligt.

Claims (10)

1. l. Metod för avstängning av en pump (2) avsedd för pumpning(4),avstängning drivs vid en driftsfrekvens(6), - till följd av en avstängningsinstruktion medelst av vätska via en rörledning varvid pumpen (2) före(FN) medelst enstyrenhetstyrenheten (6) rampa ner pumpens (2) frekvens, varvidnedrampningens slutfrekvens skall vara lika med pumpens (2)(Ey) minus åtminstone l0Hz och nedrampnings-(TR) och varvid nedrampningens slut- driftsfrekvenstiden skall vara åtminstone en reflektionstid för denaktuella rörledningen,frekvens inte ska underskrida lOHz, och- efter nämnda nedrampning stoppa pumpen (2) medelststyrenheten (6).

2. Metod enligt krav l, vari steget att stoppa pumpen (2) inbegriper att medelst styrenheten (6) (2) pumphjul (8) efter nedrampningen,frikoppla pumpen (2) för att låta pumpensfrihjula tills det stannar.

3. Metod enligt krav l, vari steget att stoppa pumpen (2)efter nedrampningen, inbegriper att medelst styrenheten (6)utföra en andra nedrampning av pumpens (2) frekvens påsådant sätt att det vridmoment som pumpens (2) motor (7)utsätts för från den pumpade vätskan styrs mot att varanoll.

4. Metod enligt något av kraven l-3, varvid nedrampningensslutfrekvens skall vara mindre än eller lika med 40Hz.

5. Metod enligt krav 4, varvid nedrampningens slutfrekvensskall vara mindre än eller lika med 35Hz.

6. Metod enligt något av kraven l-5, varvid nedrampningens slutfrekvens skall vara större än eller lika med 2OHz. varvid metoden är kännetecknad av stegen att: 11

7. Metod enligt krav 6, varvid nedrampningens slutfrekvens skall vara större ån eller lika med 25Hz.

8. Metod enligt något av de föregående kraven, vari nedramp-ningstiden ska vara åtminstone lO sekunder.

9. Metod enligt krav 8, vari nedrampningstiden ska varaåtminstone 15 sekunder.

10. Pumpstationsarrangemang innefattande en pump (2), en styrenhet (6) och en rörledning (4) förbunden med pumpens (2) utlopp, varvid pumpstationsarrangemanget år kännetecknatav, att styrenheten (6) till följd av en avstångnings-instruktion år inrättad att rampa ner pumpens (2) frekvens(FN) I frekvens skall vara lika med pumpens (2) från en driftsfrekvens varvid nedrampningens slut- driftsfrekvens (Fmminus åtminstone lOHz och nedrampningstiden skall vara(TQoch varvid nedrampningens slutfrekvens inte ska inrättad att åtminstone en reflektionstid för den aktuella rörled-ningen,underskrida l0Hz, vidare ar styrenheten (6) efter nedrampningen stoppa pumpen (2).