Verfahren und Vorrichtung zur Regelung verschiedener Betriebsparameter bei Pumpen und Verdichtern

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung verschiedener Betriebsparameter, insbesondere der Förderhöhe H, des Förderstroms Q, des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl n, bei Pumpen und Verdichtern, vorzugsweise Kreiselpumpen und Ventilatoren.
Nach dem bekannten Stand der Technik werden die Regelgrößen für eine Regelung des Förderstroms Q und der Förderhöhe H im Fördermedium selbst gemessen. Die Meßfühler unterliegen an ihrem Einsatzort starken Beanspruchungen und verursachen durch die aufwendige Meßtechnik erhebliche Kosten. Die Erfindung löst diese Probleme dadurch, daß die Regelung nach Kennlinien der Betriebsparameter gemäß der gewünschten Betriebsart erfolgt, wobei die Messung einzelner Betriebsparameter zur Berechnung der Stellgröße außerhalb des Fördermediums erfolgt. Zweckmäßigerweise werden die Drehzahl n und der Leistungsbedarf P als elektrische meßgrößen zur Beschreibung der Kennlinien verwendet Die ermittelten Kennlinien bzw. Kennfelder werden in einen Rechner fest einprogrammiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung verschiedener Betriebsparameter, insbesondere der Förderhöhe H, des Förderstroms Q, des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl n, bei Pumpen und Verdichtern, vorzugsweise Kreiselpumpen und Ventilatoren.

[0002] Kreiselpumpen haben die Aufgabe, einen bestimmten Flüssigkeitsstrom pro Zeiteinheit auf ein höheres Druckniveau zu fördern. Die dem Pumpenmotor zugeführte elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt und an die Förderflüssigkeit übertragen. Durch die Fliehkrafteinwirkung eines rotierenden Laufrades kommt es zu einer Förderung und Drucksteigerung.

[0003] Die charakteristischen Betriebsparameter einer Pumpe sind der Förderstrom Q, die Förderhöhe H, der Leistungsbedarf P sowie die Drehzahl n. Der Förderstrom Q stellt die in der Zeiteinheit geförderte Flüssigkeitsmenge dar. Die Einheit des Förderstroms ist m /h. Die Förderhöhe H charakterisiert die Zunahme des Energieinhaltes beim Durchgang durch die Pumpe. Sie wird in Meter angegeben und ist unabhängig von der Dichte. Der Leistungsbedarf P entspricht der von der Pumpe an der kupplung aufgenommenen Leistung in KW.

[0004] Das Verhalten der Kreiselpumpen im Betrieb läßt sich aus ihren Kennlinien bestimmen. Den Zusammenhang zwischen Förderstrom und Förderhöhe bei konstanter Drehzahl gibt die Q-H-Kurve wieder. Wichtig für die Beurteilung des Betriebszustandes ist außerdem noch die Q-P-Kennlinie.

[0005] Es gibt verschiedene Möglichkeiten um den Betriebspunkt einer eingebauten Kreiselpumpe in einer Anlage zu ermitteln. Zum einen kann der Betriebspunkt über die Messung des Förderstroms ermittelt werden. Dabei wird der Förderstrom direkt mit einer in der Leitung eingebauten Meßeinrichtung gemessen. Ferner kann er durch die Niveauabnahme im Saugbehälter oder durch die Zunahme im Druckbehälter pro Zeiteinheit bestimmt werden. Der Betriebspunkt einer Kreiselpumpe kann aber auch durch Druckmessung bestimmt werden. Dabei wird die Differenz des Druckes zwischen dem Austritts- und dem Eintrittsquerschnitt der Pumpe gemessen. Die Förderhöhe erhält man dann durch Quotientenbildung zwischen Druckdifferenz und Dichte des Fördermediums und einer Korrekturrechnung. Weiterhin besteht die Möglichkeit den Betriebspunkt einer Kreiselpumpe durch elektrische Messung zu bestimmen, wobei aus einer Strom- und Spannungsmessung die abgegebene Motorleistung unter Berücksichtigung der Leistungsfaktoren des Motors berechnet wird. Zur Vermeidung von Schäden sollten Kreiselpumpen möglichst im Bereich des ermittelten Betriebspunktes je nach gewünschter Betriebsart gefahren werden.

[0006] Im allgemeinen werden die Pumpen auf konstanten Förderstrom bzw. konstante Förderhöhe eingestellt, wobei der Förderstrom bzw. die Förderhöhe durch Meßfühler im Fördermedium bestimmt werden. Je nach Art des zu fördernden Mediums bzw. den spezifischen Bedingungen am Einsatzort der Meßfühler werden an deren Materialeigenschaften erhöhte Anforderungen zu stellen sein. Abgesehen von hohen Kosten für solche verschleiß- und korrosionbeständigen Materialien handelt es sich hierbei um ein störanfälliges Meßverfahren.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile nach dem bekannten Stand der Technik zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorzustellen, womit insbesondere Pumpen und Ventilatoren je 'nach Konstruktion und Verwendungsfall hinsichtlich ihrer verschiedenen Betriebsparameter auf einfache Weise eingestellt, bzw. einzelne Betriebsparameter verändert werden können. Ferner soll die Regelung den Einsatz von Mikroprozessoren und Frequenzumrichtern ermöglichen.

[0008] Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe dadurch, daß die Regelung nach Kennlinien der Betriebsparameter gemäß der gewünschten Betriebsart erfolgt, wobei die Messung einzelner Betriebsparameter zur Berechnung der Stellgröße außerhalb des Fördermediums erfolgt. Mit dieser Methode kann vorteilhaft auf Durchfluss- und oder Druckmeßgeräte verzichtet werden, die im allgemeinen zum Schutz gegen agressive Fördermedien mit beständiger Auskleidung aus hochwertigen Werkstoff gefertigt sein müssen.

[0009] In Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Drehzahl n und der Leistungsbedarf P als elektrische Messgrößen zur Berechnung der Stellgröße verwendet werden. Die genannten Werte lassen sich auf besonders einfache Weise messen.

[0010] Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Förderstrom Q und die Förderhöhe H als elektrische Meßgrößen zur Beschreibung der Kennlinien verwendet werden.

[0011] Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, daß zwei dreidimensionale Kennfelder aufgestellt werden, und zwar die Förderhöhe H als Funktion des Förderstroms Q und der Drehzahl n, und der Leistungsbedarf P als Funktion des Förderstroms Q und der Drehzahl n.

[0012] Ferner kann die Erfindung dadurch mit weitergebildet werden, daß zwei dreidimensionale Kennfelder aufgestellt werden, und zwar die Förderhöhe H als Funktion des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl h, und der Förderstrom Q als Funktion des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl n.

[0013] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kennfelder des Leistungsbedarfs P sowie der Förderhöhe H mittels eines Meßpunktrasters aufgenommen werden.

[0014] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Kennfelder einmal aufgestellt und in einem Rechner pumpenspezifisch fest einprogrammiert werden.

[0015] In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorteilhaft vorgesehen, daß es für die Fördermengenregelung bei der Regulierung von Heißwassergeräten verwendet wird.

[0016] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Regelung zur Einhaltung eines maximalen Förderstromes verwendet wird.

[0017] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Regelung zur Einhaltung eines konstanten Förderstromes verwendet wird.

[0018] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Regelung zur Konstanthaltung eines Füllstandsniveaus dient.

[0019] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Regelung zur Erreichung eines maximalen Wirkungsgrades bei Angabe eines zulässigen Bereiches eingesetzt wird.

[0020] Vorteilhaft wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Regelung zur Konstanthaltung der Leistungsaufnahme verwendet wird.

[0021] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren mit großem Vorteil zur Konstanthaltung der Förderhöhe verwendet.

[0022] Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung verschiedener Betriebsparameter, insbesondere der Förderhöhe, des Förderstroms, des Leistungsbedarfs und der Drehzahl, bei Pumpen und Verdichtern, vorzugsweise Kreiselpumpen und Ventilatoren, weist einen Rechner, eine Zifferntastatur, Funktionstasten und eine Anzeigeneinheit auf, wobei zweckmäßigerweise als Funktionstasten eine Eingabetaste, eine Abfragetaste, eine Löschtaste, eine Förderstromtaste, eine Förderhöhentaste, eine Drehzahltaste und eine Leistungstaste vorgesehen sind, wobei die Zifferntastatur als Tastenfeld ausgebildet ist und die Anzeige aus mehreren Segmenten besteht.

[0023] Mit Vorteil werden im Rechner Programmkarten als Steckmodule verwendet, und die Tastatur ist als Folientastatur ausgebildet. Eine derartige Ausbildung der Regeleinrichtung eignet sich besonders für den Einsatz unter rauhen Betriebsbedingungen. Reparaturanfällige Teile des Rechners können auf einfache Weise sowie kostengünstig ausgewechselt oder verändert werden.

[0024] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung mehrerer in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele.

[0025] Es zeigen:

Fig. 1 Blockschaltbild eines Regelungscomputers

Fig. 2 Ablaufplan des Regelprozesses

Fig. 3 Schematische Darstellung der rechnerischen Zusammenhänge der einzelnen Kennfelder

Fig. 4 Mengenregelung einer Kreiselpumpe zur Regulierung der Heißwassertemperatur

Fig. 5 Regelung einer Kreiselpumpe auf konstante Förderhöhe

Fig. 6 Regelung einer Kreiselpumpe auf maximalen Förderstrom

Fig. 7 Regelung einer Kreiselpumpe auf konstanten Förderstrom

Fig. 8 Regelung einer Kreiselpumpe auf konstanten Förderstrom bei Zusetzen eines Filters

Fig. 9 Regelung einer Umwälzpumpe auf konstanten Förderstrom bei festgelegten Betriebsgrenzen

Fig. 10 Regelung einer Kreiselpumpe zur Konstanthaltung eines Füllstandsniveaus

Fig. 11 Regelung einer Kreiselpumpe auf maximalen Wirkungsgrad bei Angabe eines zulässigen Bereiches

Fig. 12 Regelung einer Kreiselpumpe auf konstante Leistung

[0026] Die in Figur 1 dargestellte Regelungseinrichtung weist einen Mikrorechner 1 auf, der Regelungsfunktionen ausführt und bedient werden kann. Die Kommunikation mit dem Rechner erfolgt über eine Bedienungs- und Anzeigeeinheit 2, die im einzelnen aus einer Zifferntastatur, einer Anzeige, Funktionstasten und Kontrollleuchten besteht. Über einen peripheren Interface Adapter 3 steht die Bedienungs- und Anzeigeeinheit 2 mit dem Rechner 1 in Verbindung. Über die Bedienungseinheit 2 kann der Rechen- und Regelprozeß gestartet, verändert oder gestoppt werden. Bei Betrieb der Pumpe 4, die über einen Motor 5 angetrieben wird, werden Leistung P und Drehzahl n kontinuierlich gemessen, und zwar liegen diese Werte entweder als Spannungssignale oder als Stromsignale vor und sind über das Stellglied 6 beeinflußbar. Zu Beginn des Betriebes der Pumpe beziehungsweise des Regelprozesses wird entschieden, in Abhängigkeit welcher Größe geregelt werden soll, nämlich, nach der Drehzahl n, der Leistung P, dem Förderstrom Q oder der Förderhöhe H. Die Meßsignale 7, 8 für Leistung und Drehzahl liegen beispielsweise, sofern diese als Spannungssignale verwendet werden, zwischen 0-10 Volt vor. Über einen Meßstellenumschalter 9 gelangen die Meßsignale auf einen Analog-Digital- Wandler 10. Der Meßstellenumschalter 9 wird vom Mikrocomputer 1 über den peripheren Interface Adapter 11 und eine Steuerleitung 12 so gesteuert, daß dieser die gewünschte Meßleitung durchschaltet. Im A/D- Wandler 10 wird das analoge Meßsignal 13 in eine digitale Größe 14 umgewandelt und gelangt über den periheren Interface Adapter 11 in den Mikrocomputer 1, um dort verarbeitet zu werden. Der Rechner 1 führt den Rechen- und Regelprozeß aus (gemäß Figur 2 und 3). Der digitale Ergebniswert 15 gelangt über einen peripheren Interface Adapter 16 zu einem Digital- AnalogWandler 17. Der D/A- Wandler 17 wandelt die digitale Größe 18 in ein Analogsignal 19 um, beispielsweise ein Spannungssignal zwischen 0-10 Volt. Das Ausgangssignal 19 wird nun auf das Stellglied 6 gegeben. Dieses Stellglied 6 ist ein Antriebsumrichter und stellt die Drehzahl des Pumpenmotors ein. Der Antriebsumrichter 6 gibt außerdem die aktuellen Meßwerte für n und P als Spannungssignale 7, 8 aus. Der Regelprozeß kann ebenso über Stromsignale geführt werden. Mit dem Messen dieser Werte beginnt der Rechen- und Regelprozeß von neuem.

[0027] Figur 2 beschreibt den Ablaufplan des Regelprozesses, der mit einer Sollwertvorgabe 31 beginnt, wobei entweder die Drehzahl n, die Pumpenleistung P, der Förderstrom Q oder die Förderhöhe H vorgegeben werden. Wie in Fig. 1 beschrieben, werden nun Ist- Werte für die Drehzahl und die Pumpenleistung in einem 1. Schritt 32 gemessen. In Stufe 33 werden die Ist- Werte für den Förderstrom Q oder die Förderhöhe H aus den Ist- Werten für die Drehzahl n und die Pumpenleistung P über Flächenfunktionen berechnet. In einem 4. Schritt 34 wird die Regeldifferenz gebildet. In einem 5. Schritt 35 wird der Stellwert mit einem PI- Regelalgorithmus berechnet. In einem 6. Schritt 36 wird die Stellgröße gebildet und auf das Stellglied aufgegeben, wobei die Pumpenleistung P, der Förderstrom Q, und die Förderhöhe H wiederum über Flächenfunktionen in Drehzahl n umgewandelt werden. Die Ja- Nein-Abfrage 37 ergibt entweder, daß neue Ist- Werte von n und P bei Stufe 32 gemessen werden, oder führt dazu, daß die Frage nach dem Ende nach der Abtastzeit wiederholt wird.

[0028] Figur 3 zeigt modellhaft die rechnerischen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Betriebsparametern. Dabei werden zwischen den Hauptachsen Q, -n, sowie H und P die Kennfelder 40 und 41 aufgespannt. Kennfeld 40 stellt die Flächenfunktion für die Förderhöhe H = f (Q, n) dar und Kennfeld 41 die Flächenfunktion für die Leistung P = f (Q, n). Die Linie 42 stellt die Förderhöhe H bei Q = konstant dar, die Linie 43 gilt für H = konstant. Die Linie 44 stellt die Pumpenleistung P für Q = konstant dar, während die Linie 45 P für H = konstant bedeutet. Die Kennfelder 40, 41 weisen starke, nichtlineare Krümmungen auf und liegen räumlich übereinander, da sie die gleichen Abhängigkeiten n und Q besitzen. Für konstante Meßwerte Q und n kann nur ein einziger Funktionswert P und nur ein einziger Funktionswert H ermittelt werden. Da es sich um eine eindeutige Zuordnung handelt, liegen die Funktionswerte P und H exakt übereinander. Hieraus ergibt sich, daß aus zwei gemessenen der verwendeten 4 Betriebsparameter die beiden fehlenden errechnet werden können. Als Meßwerte stehen erfindungsgemäß die Drehzahl und die Leistungsaufnahme zur Verfügung.

[0029] Zwischen den einzelnen Betriebsparametern besteht die bekannte formelmäßige Beziehung:

3 mit Q = Förderstrom in m /s

H = Förderhöhe in m

f = spez.Gewicht in Kg/m

[0030] Die Drosselkurven H = f(Q) einer Pumpe, die mit verschiedenen Drehzahlen betrieben wird, unterliegen einem Ähnlichkeitsgesetz. Jedem Punkt H = f(Q) einer Kurve mit der Drehzahl n ist ein Leistungspunkt P zugeordnet. Sowohl der Punkt H = f(Q) als auch die dazugehörige Leistung P bei der Drehzahl n läßt sich in einem Punkt Hx = f(Qx) und Px = f(Qx) bei der Drehzahl nx umrechnen.

[0031] Dabei ist:

[0032] Der Figur 3 ist zu entnehmen, daß jedem Punkt der Fläche H = f (Q,n) ein Punkt der Fläche P=f(Q,n) zugeordnet ist.

[0033] Die Ermittlung der Flächen erfolgt auf dem Prüfstand durch das Aufnehmen verschiedener Drosselkurven H=f(_Q) bei den Drehzahlen

[0034] Aus den Meßwerten werden die beiden Flächengleichungen ermittelt und in expliziter Form in einem elektronischen Speicherelement (EPROM) hinterlegt. Ein Regelungscomputer, der mit diesem EPROM ausgerüstet wird, benötigt nun durch den eindeutigen Zusammenhang der beiden Flächen lediglich die Meßgrößen P und n und kann damit die hydraulischen Größen Q und H ermitteln.

[0035] Es ist damit also möglich, eine Förderhöhe H vorzugeben und ohne einen Meßwert H in der Anlage aufzunehmen, die Pumpe auf die Förderhöhe H einzustellen durch entsprechende Wahl der Drehzahl lediglich mit Hilfe der Messung der leicht zugänglichen Größen P und n.

[0036] Das gleiche Verfahren wird bei einem gewählten Q angewendet. Bei vorgegebenem P oder n ist der Wert direkt durch Messung also ohne Rechnung verfügbar und kann eingestellt werden. Gleichzeitig ergibt sich die Möglichkeit, die Parameter Q, H, n und P jederzeit abzufragen.

[0037] Bei der Lösung der Drehzahlregelung von Kreiselpumpen ohne Mikrocomputer (pC) werden die aufgenommenen Meßwerte - also eine fast beliebige feine Annäherung der hier vorliegenden Flächen H = f (Q,n) und P = f (Q,n) - in einem EPROM gespeichert. Bei der Regelung können dann aber nur die vorher gemessenen diskreten Punkte angefahren werden, da die Flächen nicht'als Gleichungen vorliegen und damit die Berechnung jedes Flächenpunktes gestatten würden. Außerdem verfügt diese Art der Drehzahlregelung nicht über einen Mikrocomputer, der eine Berechnung durchführen könnte.

[0038] Um beispielsweise eine Regelung nach konstanter Förderhöhe durchzuführen, müßte zuerst aus der Fläche 41 die Fördermenge Q berechnet werden. Dieser Wert wird in die Funktion H = f(Q, n) eingesetzt und die Förderhöhe H auf diese Weise bestimmt. Bei dieser Methode muß allerdings von der einen in die andere Fläche umgerechnet werden, wie vorher beschrieben. Es ist daher günstiger, die Flächen H = f(n, P) und Q = f (n, P) zu verwenden. Dadurch ist möglich, den gesuchten Funktionswert unabhängig von der zweiten Fläche zu bestimmen.

[0039] Eine Regelung kann mit allen verwendeten Größen durchgeführt werden, wobei jedoch nur n eingestellt wird. Bei einer durchgeführten Regelung nach n kann direkt mit n geregelt werden. Es sind keine Umrechnungen in den Flächen notwendig.

[0040] Wird als Regelgröße P gewählt, so wird zuerst Q aus der Funktion Q= f(n,P) bestimmt. Diese Größe wird benötigt, um mit dem Stellwert P das einzustellende n aus der Funktion Q= f(n,P) durch Umstellen nach n zu erhalten.

[0041] Wird nach Q oder H geregelt, so wird zuerst der Funktionswert aus den Meßwerten n und P ermittelt und auf den Regler gegeben. Der sich ergebene Stellwert wird mit der gemessenen Größe P über die Flächengleichung in eine Drehzahl n zurückgerechnet.

[0042] Für konstantes Q oder H erfolgt die Regelung in der Fläche auf einer fest definierten Kennlinie. Auf dieser Kennlinie lassen sich unterschiedliche Leistungs-Drehzahl-Punkte einstellen. Tritt eine Störgröße auf, so bewegt sich der Regler auf der Kennlinie für die konstant zu haltende Größe und stellt einen neuen Drehzahl-Leistungs-Punkt ein.

[0043] Sofern die Kreiselpumpe ein anderes Medium als Wasser fördert, so ist in den Rechnungen ein Umrechnungsfaktor zu berücksichtigen. Da die Kreiselpumpe mit einem Asynchronmotor angetrieben wird, sind die Meßwerte für die Drehzahl durch den auftretenden Schlupf fehlerbehaftet. Im Betrieb gilt dieses für die Läuferdrehzahl. Ein Antriebsumrichter liefert für die eingestellte Motordrehzahl eines angeschlossenen Asynchronmotors ein Meßsignal, das der einzustellenden Synchrondrehzahl proportional ist. Diese Synchrondrehzahl wird mit der Regelung verarbeitet und eine neue Synchrondrehzahl als Stellgröße ausgegeben. Bei diesem Verfahren ist die tatsächliche Läuferdrehzahl nicht von Bedeutung, da sie durch den auftretenden Schlupf von einer einzigen Synchrondrehzahl eingestellt wird. Zu jedem Betriebspunkt stellt sich also immer der ihm eigene Schlupf ein, der die Läuferdrehzahl verringert. Der Fehler durch den Schlupf ist somit ausgeschaltet.

[0044] Vorteilhaft können mit der Erfindung gebrauchte Laufräder zur Aufnahme von Eichmessungen eingesetzt werden, um so deren Kenndaten zu ermitteln, die dann die Grundlage zu einem im Rechner abzuspeichernden, automatisch arbeitenden Korrekturprogramm bilden, das dann den tatsächlichen Betriebsparametern unter Berücksichtigung eines normierten Verschleißverhaltens angenähert ist.

[0045] Die Figuren 4 bis 12 zeigen einige Anwendungsbeispiele für die erfindungsgemäße Regelung. Dabei bedeutet f₁ die Netzfrequenz von beispielsweise 50 Hertz und f₂ die vom Rechner dem Motor aufgegebene Frequenz, die vom Frequenzumrichter kommt. Der verwendete NPSH- Wert bezeichnet die Nettoenergiehöhe, die vorhanden sein muß, damit die Pumpe einwandfrei läuft. Die übrigen verwendeten Symbole entsprechen den in der Beschreibung benutzten Größen.

[0046] Figur 4 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung einer konstanten Temperatur. Bei dieser Art der Regelung findet im Rechner ein Sollwert- Istwertvergleich zwischen dem vorgegebenen Sollwert für die Temperatur und der jeweils vorliegenden Temperatur statt. Der Betriebspunkt der Pumpe stellt sich als Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 1" für die Drehzahl n mit der Anlagenkennlinie "Anlage" ein. Bei sinkender Temperatur kommt es zu einer Regelabweichung ^T soll -^T. Eine Erhöhung der Temperatur auf den Sollwert wird erreicht über die Anhebung der Drehzahl von n auf n mit einer Erhöhung des Förderstromes von Q auf Q₂.

[0047] Figur 5 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung einer konstanten Förderhöhe. Beim Betrieb einer Anlage (hier Heizung) fährt die Pumpe im Betriebspunkt 1. Dieser Punkt stellt sich ein als Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 1" für die Drehzahl n mit der Anlagenkennlinie "Anlage 1". Auf der Leistungskennlinie "Motor 1" für die Drehzahl n läßt sich im Punkt 1 die Leistung P₁ ermitteln. Beim Zuschalten einer weiteren Heizung, durch Öffnen des Ventils, wandert der Betriebspunkt der Pumpe bei gleichbleibender Drehzahl auf den Punkt 2. Dieser Punkt stellt sich als Schnittpunkt der unveränderten Drehzahlkennlinie "Pumpe 1" für die Drehzahl n mit der veränderten Anlagenkennlinie "Anlage 2" ein. Auf der Leistungskennlinie "Motor 1" stellt sich der Betriebspunkt 2 ein. Aus den Meßwerten P₂ und n ermittelt der Rechner die Förderhöhe H und und die Abwei-2 chung zur Förderhöhe H . Die Drehzahl wird erhöht, soll bis sich im Betriebspunkt 3 die Förder^hö^{he H} soll aus den Meßwerten n für die Drehzahl und P für die Leistung ergibt.

[0048] Figur 6 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung eines maximalen Förderstromes bei Berücksichtigung des NPSH-Wertes. Beim Betrieb der Pumpe mit der Drehzahl n stellt sich als Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 1" für die Drehzahl n mit der Anlagenkennlinie "Anlage 1" der Betriebspunkt 1 ein. Die Drehzahlvorgabe n ergibt sich über den maximalen Förderstrom Q _{1 max} aus dem Schnittpunkt der ermittelten NPSH-Kennlinie der Anlage "NPSH Anlage 1" mit der NPSH-Kennlinie der Pumpe "NPSH bei n₁". Ändert sich die Anlagenkennlinie von "Anlage 1" auf "Anlage 2", so kommt es bei gleichbleibender Drehzahl n zum Betriebspunkt 2. Da sich aber mit der Anlagenkennlinie auch die NPSH-Kennlinie der Anlage ändert, ist jetzt die Kennlinie "NPSH Anlage 2" gültig. Somit läuft die Pumpe im Betriebspunkt 2 mit einer Fördermenge Q . Dies bedeutet jedoch bei einer maximal zulässigen

[0049] Fördermenge Q _{2 max} , daß die Pumpe in Kavitation läuft. Der Rechner gibt jetzt eine neue Stellgröße für die Drehzahl an den Frequenzumrichter; die Pumpe wird mit der Drehzahl n₂ betrieben. Es kommt also zum Betriebs- punkt 3 als Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 2" bei der Drehzahl n₂ mit der Anlagenkennlinie "Anlage 2" durch die Drehzahl n , die sich über den Förder- strom Q3 _max errechnet. Die Pumpe wird dadurch mit dem für diese Anlagenkennlinie maximalen Förderstrom betrieben.

[0050] Figur 7 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung eines konstanten Förderstromes. Beim Betrieb der Pumpe nach der Förderkennlinie "Pumpe 1" bei der Drehzahl n ergibt sich der Betriebspunkt aus dem Schnittpunkt der Förderkennlinie mit der Anlagenkennlinie "Anlage 1". Der Förderstrom beträgt hier als Sollwert Q_1/3. Verändert sich die Anlagenkennlinie von "Anlage 1" auf "Anlage 2", so stellt sich bei gleichbleibender Drehzahl n ₁ der Betriebspunkt 2 und damit ein Förderstrom Q₂ ein. Um den Förderstromsallwert Q_1/3 wieder zu erreichen, wird die Drehzahl auf den Wert n₂ erhöht, womit der neue Betriebspunkt 3 als Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 2" mit der Anlagenkennlinie "Anlage 2" entsteht.

[0051] Figur 8 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung eines konstanten Förderstromes bei Zusetzen eines Filters. Die Kreiselpumpe fördert e,in Fluid über ein Filtersystem zu einer Verdüsungsanlage. Bei Inbetriebnahme der Anlage ist das Filter 1 in Betrieb. Die Kreiselpumpe fährt mit der Drehzahl n , im Betriebspunkt 1, dem Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 1" mit der Anlagenkennlinie "Anlage 1". Mit dem fortschreitenden Zusetzen des Filters verändert sich die Anlagenkennlinie von "Anlage 1" auf "Anlage 2". Der Betriebspunkt verschiebt sich von 1 auf 2. Der Förderstrom Q_2/4 entspricht nicht dem Sollwert Q soll Über die Regeleinheit wird daher eine Anhebung der Drehzahl veranlaßt, wodurch sich die neue Förderkennlinie "Pumpe 2" für die Drehzahl n₂ ergibt, deren Schnittpunkt mit der Anlagenkennlinie "Anlage 2" den neuen Betriebspunkt 3 kennzeichnet. Damit ist der geforderte Sollwert Q_soll wieder eingestellt. Ein weiteres Zu- setzen des Filters führt zur Anlagenkennlinie "Anlage 3" und dem Betriebspunkt 4. Als Reaktion des Regelsystems auf den zu geringen Förderstroms Q_2/4 wird die Drehzahl erneut auf n₃ angehoben, auf deren Förderkennlinie "Pumpe 3" der Betriebspunkt 5 liegt. Um ein weiteres Ansteigen der Förderhöhe und damit der Leistung über die Werte H₅ und P₅ hinaus zu vermeiden, kommt es zum Schließen des Filters 1 und zum Öffnen des Filters 2. Zum Betriebspunkt wird damit der Punkt 6 als Schnittpunkt der Anlagenkennlinie "Anlage 1" mit der Förderkennlinie "Pumpe 3" für die Drehzahl n . Die Regelabweichung Q ₆ -Q sol_l führt zu einer Drehzahlabsenkung auf die Drehzahl n und damit auf den Betriebspunkt 1.

[0052] Figur 9 zeigt die Regelung einer Umwälzpumpe (Schnekkenpumpe) zur Erreichung eines konstanten Förderstromes bei festgelegten Betriebsgrenzen. Der Betriebspunkt 1 bildet den Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe l" für die Drehzahl n mit der Anlagenkennlinie "Anlage 1". Eine Veränderung der Anlagenkennlinie von "Anlage 1" auf "Anlage 2" führt zu einer Regelabweichung Q 2 -Q soll Es folgt als Reaktion des Regelsystems eine Anhebung der Drehzahl über n ₂ auf n . Der Betriebspunkt verlagert sich von 3 nach 4, wodurch die Regelabweichung zu Null wird. Bei dem gesamten Regelverfahren kommt es vorteilhaft ständig zu einer Überprüfung der durch die Bauart der Pumpe bedingten festgelegten Betriebsgrenzen.

[0053] Figur 10 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung eines konstanten Füllstandsniveaus. Bei dieser Art der Regelung findet im Rechner ein Sollwert- Istwertvergleich zwischen dem vorgegebenen Sollwert für das Füllstandsniveau und dem jeweils vorliegenden Niveau statt. Der Betriebspunkt stellt sich als Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 1" für die Drehzahl n und der Anlagenkennlinie "Anlage 1" ein. Bei sinkender Abnahme durch den Verbraucher kommt es zu einer Erhöhung des Füllstandsniveaus und damit zu einer Regelabweichung, die durch Einstellung einer niedrigeren Drehzahl n ₂ ausgeglichen wird. Bei stagnierendem Verbrauch kommt es durch eine weiter sinkende Drehzahl im Betriebspunkt 3 zum Förderstrom . Q₃=0. Die Kreiselpumpe bringt lediglich den geodätischen Druck auf, der verhindert, daß das Medium zurückströmt.

[0054] Figur 11 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung eines maximalen Wirkungsgrades bei Angabe eines zulässigen Bereiches. Die Kennlinie η_max stellt die Verbindung der maximalen Wirkungsgrade bei verschiedenen Drehzahlen dar. Der Betriebspunkt 1 bildet den Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 1" für die Drehzahl n mit der Anlagenkennlinie "Anlage 1". Verändert sich die Anlagenkennlinie auf "Anlage 2", so kommt es im Betriebspunkt 2 zu einer Abweichung von der Kennlinie η_max. Durch Anhebung der Pumpendrehzahl auf n₂ wird diese Abweichung im Betriebspunkt 3 wieder ausgeglichen. Bei weiterer Veränderung der Anlagenkennlinie auf "Anlage 3" kommt es wiederum zu einer Abweichung von der Kennlinie ₇ max Diese Abweichung kann allerdings nur zum Teil durch Anhebung der Drehzahl auf n₃ und Einstellung des Betriebspunktes 5 ausgeglichen werden, da der zulässige Bereich bei Überschreitung der Förderhöhe H verlassen werden max würde.

[0055] Figur 12 zeigt die Regelung einer Kreiselpumpe zur Erreichung einer konstanten Leistung. Hier ist die Leistung P soll vorgegeben. Im Betriebspunkt 1, dem Schnittpunkt der Förderkennlinie "Pumpe 1" für die Drehzahl n mit der Anlagenkennlinie "Anlage 1" wird diese Forderung realisiert. Kommt es zu einem Absinken der Leistung durch Veränderung der Anlagenkennlinie auf "Anlage 2" und damit zum Betriebspunkt 2, so reagiert der Rechner mit dem Anheben der Drehzahl auf n₂ und es wird der neue Betriebspunkt 3 erreicht, wodurch die Regelabweichung Psoll P2 ausgeglichen wird.

[0056] Über die geschilderten Beispiele hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung auch zur Regelung anderer Strömungs- und Arbeitsmaschinen benutzt werden, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung verschiedener Betriebsparameter, insbesondere der Förderhöhe H, des Förderstroms Q, des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl n, bei Pumpen und Verdichtern, vorzugsweise Kreiselpumpen und Ventilatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung nach Kennlinien der Betriebsparameter gemäß der gewünschten Betriebsart erfolgt, wobei die Messung einzelner Betriebsparameter zur Berechnung der Stellgröße außerhalb des Fördermediums erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n und der Leistungsbedarf P als elektrische Meßgrößen zur Beschreibung der Kennlinien verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderstrom Q und die Förderhöhe H als elektrische Meßgrößen zur Beschreibung der Kennlinien verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dreidimensionale Kennfelder aufgestellt werden, und zwar

- die Förderhöhe H als Funktion des Förderstroms Q und der Drehzahl n, und

- der Leistungsbedarf P als Funktion des Förderstroms Q und der Drehzahl n.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dreidimensionale Kennfelder aufgestellt werden, und zwar

- die Förderhöhe H als Funktion des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl n, und

- der Förderstrom Q als Funktion des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl n.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennfelder des Leistungsbedarfs P sowie der Förderhöhe H mittels eines Meßpunktrasters aufgenommen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenneichnet, daß die Kennfelder einmal aufgestellt und in einem Rechner pumpenspezifisch fest einprogrammiert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Fördermengen bei der Regulierung von Heißwasser- . geräten verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung zur Einhaltung eines maximalen Förderstromes verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung zur Einhaltung eines konstanten Förderstromes verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung zur Konstanthaltung eines Füllstandsniveaus dient.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung zur Erreichnung eines maximalen Wirkungsgrades bei Angabe eines zulässigen Bereiches eingesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung zur Konstanthaltung der Leistungsaufnahme verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung zur Konstanthaltung der Förderhöhe verwendet wird.

15. Vorrichtung zur Regelung verschiedener Betriebsparameter, insbesondere der Förderhöhe H, des Förderstroms Q, des Leistungsbedarfs P und der Drehzahl n, bei Pumpen und Verdichtern, vorzugsweise Kreiselpumpen und Ventilatoren, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Rechner, eine Zifferntastatur, Funktionstasten und eine Anzeigeeinheit aufweist, wobei als Funktionstasten eine Eingabetaste, eine Abfragetaste, eine Löschtaste, eine Förderstromtaste, eine Förderhöhentaste, eine Drehzahltaste und eine Leistungstaste vorgesehen sind, wobei die Zifferntastatur als Tastenfeld ausgebildet ist und die Anzeigeeinheit aus mehreren Segmenten besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner Programmkarten als Steckmodule verwendet werden und die Tastatur als Folientastatur ausgebildet ist.

Zeichnung