[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ein- und Ausschalten von Einrichtungen
oder Maschinen in einem über Rohrleitung betriebenen Strömungssystem, insbesondere
für die Schaltung von elektromotorisch angetriebenen Pumpen, wobei das Strömungssystem
über einen in einem Beipaß angeordneten mit dem Betriebsdruck des Strömungssystems
mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch vorgespannten Druckausdehnungsbehälter verfügt.
[0002] Die Schaltung von Einrichtungen und Maschinen in Strömungssystemen kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen. In Wasserversorgungsanlagen, die durch eine oder mehrere Pumpen gespeist
werden, erfolgt das Ein- und Ausschalten der Pumpen meist in Abhängigkeit von dem
in der Rohrleitung der Anlage herrschenden Druck. Diese Methode hat allerdings den
Nachteil, daß man flache Pumpenkennlinien nur zum geringen Teil nutzen kann und daß
der Vordruck stabil sein muß.
[0003] Durch druckabhängiges Ein- und strömungsabhängiges Ausschalten läßt sich die Pumpenkennlinie
nutzen, nachteilig sind jedoch die begrenzte Einsetzbarkeit wegen Meßungenauigkeiten
der Strömung bei größeren Rohrleitungsquerschnitten. Eine in den Querschnitt der Förderleitung
eingreifende Strömungs- bzw. Mengenmessung muß dem jeweiligen Rohrquerschnitt angepaßt
sein, wobei mit dem Rohrquerschnitt auch die Kosten steigen. Rotierende oder pendelnde
Strömungsfühler werden durch Ablagerungen aus dem Durchfllußmedium in ihrer Funktion
gestört. Je größer der Rohrquerschnitt und damit das Meßgerät ist, um so größer wird
der Schlupf und damit die minimale Ausschaltmenge.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß der eingangs zitierten
Art zu schaffen, welches die Pumpenkennlinie besser nutzt und das aufgrund einer hohen
Meßgenauigkeit nur geringe Druckschwankungen innerhalb des Strömungssystems zuläßt.
[0005] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das über den Beipaß
erfolgende Ein- und Ausströmen von Fluid von einer Meßeinrichtung erfaßt wird, die
die zum Auslösen der Schaltvorgänge notwendigen Signale liefert.
[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren schaltet also strömungsabhängig ein und aus. Es nutzt
den Umstand, daß sich Veränderungen innerhalb des Strömungssystems, die sich als Reaktion
auf äußere Einwirkungen ergeben, in den Beipaß und in den Druckausdehnungsbehälter
fortpflanzen. So haben beispielsweise das Öffnen und Schließen von Armaturen jeweils
eine Strömung zur Folge, die aus dem Druckausdehnungsbehälter über den Beipaß in die
zu den Armaturen führende Rohrleitung bzw. aus der Rohrleitung über den Beipaß in
den Druckausdehnungsbehälter verläuft.
[0007] Um die notwendigen Schaltvorgänge, z. B. das Einschalten einer Pumpe, auszulösen,
kann die im Beipaß erfolgende Strömung in ihrer Richtung und/oder Menge durch eine
Meßeinrichtung erfaßt werden. Hiernach wird das Meßsignal ausgewertet und bei Erreichen
eines vorgegebenen Wertes wird der entsprechende Schaltvorgang ausgelöst.
[0008] Da die Strömung innerhalb eines kleinen Querschnittes stattfindet, kann sie mit geringen
Mitteln und hoher Genauigkeit gemessen werden.
[0009] Eine andere Möglichkeit, den Zu- oder Abfluß über den Beipaß zu messen, liegt in
der Überwachung des im Druckausdehnungsbehälter vorhandenen Fluids. So können Mengenänderungen
durch eine Meßeinrichtung erfaßt, ausgewertet und gegebenenfalls hieraus resultierende
Schaltvorgänge ausgelöst werden.
[0010] Die Ein- und Ausflußmengen des Druckausdehnungsbehälters können, da das erfindungsgemäße
Verfahren das über den Beipaß erfolgende Ein- und Ausströmen von Flüssigkeit erfaßt,
leicht festgestellt werden. Somit ist über die Schaltungshäufigkeit eine zusätzliche
Aussage zur Durchströmung des Druckausdehnungsbehälters möglich.
[0011] In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für Pumpenanlagen
eine zusätzliche, den Druck innerhalb des Strömungssystems erfassende permanente Messung
vorgeschlagen, die bei einem Druckabfall unter einen vorgegebenen Wert das Signal
zum Einschalten einer oder mehrerer Pumpen gibt, wobei die Abschaltung wieder in Abhängigkeit
von der Erfassung in den Beipaß einströmender Flüssigkeit erfolgt.
[0012] Ein solches Verfahren kann in zweierlei Hinsicht genutzt werden: Zum einen ist man
in der Lage, hiermit auch solche Pumpenanlagen zu überwachen, bei denen es zu längeren
Entnahmepausen mit einer unterhalb der Ansprechgenauigkeit des Strömungssensors erfolgenden
Leckrate kommen kann, was bei Stillstand der Pumpenanlage zu einem schleichenden Druckabfall
führt. Hier würde die Anlage zum Befüllen wieder kurz eingeschaltet, während die Ausschaltung
wiederum strömungsabhängig erfolgte. Zum anderen können über den Druckschalter bei
Mehrpumpenanlagen zusätzliche Spitzenlastpumpen zugeschaltet werden. Die Abschaltung
erfolgt wieder strömungsabhängig.
[0013] Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt in
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Wasserversorgungsanlage mit druckabhängiger Ein-
und Ausschaltung der Pumpe, in
- Fig. 2
- die Kennlinie der Pumpe der Fig. 1 mit ihren Ein- und Ausschaltpunkten, in
- Fig. 3
- eine der Wasserversorgungsanlage der Fig. 1 entsprechende Anlage mit druckabhängiger
Ein- und strömungsabhängiger Ausschaltung, in
- Fig. 4
- die zur Fig. 3 gehörende Pumpenkennlinie mit Schaltpunkten, in
- Fig. 5
- eine das erfindungsgemäße Verfahren nutzende Wasserversorgungsanlage, und in
- Fig. 6
- die zur Pumpe der Fig. 5 gehörende Kennlinie, ebenfalls mit ihren Schaltpunkten.
[0014] Die drei dargestellten Wasserversorgungsanlagen besitzen folgende gemeinsame Merkmale:
[0015] Durch eine Kreiselpumpe 1 wird das Wasser einer hier nicht näher zu erläuternden
Quelle über einen Rückflußverhinderer 2 in eine Rohrleitung 3 eingespeist, an die
verschiedene Entnahmestellen angeschlossen sind. In der Zeichnung ist jeweils stellvertretend
für eine Mehrzahl von Entnahmestellen eine einzelne Armatur 4 dargestellt.
[0016] Über einen Beipaß 5 ist ein Druckausdehnungsbehälter 6 an die Rohrleitung 3 angeschlossen.
Er dient der Zwischenspeicherung von Wasser: Bei beginnender Entnahme aus der Rohrleitung
3 wird zunächst Wasser aus dem Druckausdehnungsbehälter 6 in die Rohrleitung 3 abgegeben;
bei Beendigung jeglicher Entnahme aus der Rohrleitung 3 wird der Druckausdehnungsbehälter
6 durch die Kreiselpumpe 1 wieder auf seinen möglichen Höchstwasserstand aufgefüllt.
[0017] Die zum Ein- und Ausschalten der Kreiselpumpe 1 notwendigen Signale werden in allen
drei dargestellten Anlagen jeweils über zwei elektrische Leitungen 7 zum - nicht dargestellten
- Elektromotor der Kreiselpumpe 1 geleitet.
[0018] Unterschiedlich ist die Entstehung der Signale in den verschiedenen Anlagen:
[0019] Bei der Ausführung der Fig. 1 ist ein Druckschalter 8 an die Rohrleitung 3 angeschlossen.
Es ist sowohl für den Einschalt- wie für den Ausschaltpunkt der Kreiselpumpe 1 zuständig.
Bei Öffnen einer Entnahmestelle 4 strömt zunächst Wasser aus dem Druckausdehnungsbehälter
6 in die Rohrleitung 3, um so den dort durch die Entnahme eintretenden Druckverlust
auszugleichen. Eine über die Kapazität des Druckausdehnungsbehälters 6 hinausgehende
Entnahme führt aber schließlich zu einem Druckabfall in der Rohrleitung 3. Sobald
der dortige Wert unter einen vorgegebenen Einschaltdruck absinkt, schaltet der Druckschalter
8 den Elektromotor der Kreiselpumpe 1 ein. Nach Beendigung der Entnahme wird der Druckausdehnungsbehälter
6 wieder gefüllt, der Druck in der Rohrleitung 3 erhöht sich auf einen vorgegebenen
Ausschaltdruck, wodurch der Druckschalter 8 veranlaßt wird, den Elektromotor der Kreiselpumpe
1 auszuschalten.
[0020] Das Diagramm der Fig. 2 zeigt die Kennlinie 9 der Kreiselpumpe 1 im Bezug auf die
Förderhöhe H und die Fördermenge Q. Außerdem zeigt das Diagramm die durch den Druckschalter
8 vorgegebenen Schaltpunkte der Kreiselpumpe 1, mit dem für die Einschaltung geltenden
Druck P
E und dem Ausschaltdruck P
A. Schließlich ist die Differenz ΔP zwischen dem Einschaltdruck P
E und dem Ausschaltdruck P
A dem Diagramm entnehmbar.
[0021] Da die an die Kreiselpumpe 1 der Fig. 1 zu übermittelnden Schaltsignale allein in
Abhängigkeit des in der Anlage gemessenen Druckes gegeben werden, ist es notwendig,
die Anlage mit einem stabilen Vordruck zu beaufschlagen.
[0022] Im übrigen ist zu berücksichtigen, daß der Druckschalter 8 mit einer unvermeidbaren
Meßungenauigkeit behaftet ist. Selbst bei einer sehr geringen Meßungenauigkeit darf
der Ausschaltdruck P
A nicht auf den Punkt höchsten Druckes der Kennlinie 9 gelegt werden. Da der Druckschalter
8 aber eine aussagekräftige Druckdifferenz ΔP für eine störungsfreie Funktion benötigt,
können flache Kennlinien zu einem großen Teil nicht oder nur mit Einschränkungen genutzt
werden. Eine wesentliche Einschränkung ergibt sich vor allem dadurch, daß der nutzbare
Bereich einer flachen Kennlinie oft nur in größerer Entfernung von der maximalen Förderhöhe
anzusiedeln ist.
[0023] Die Anlage der Fig. 3 arbeitet ebenfalls mit einer druckabhängigen Einschaltung der
Kreiselpumpe 1. Auch sie besitzt einen Druckschalter 8. Im Gegensatz zur Anlage der
Fig. 1 erfolgt jedoch bei der Anlage der Fig. 3 die Ausschaltung strömungsabhängig.
Hierzu besitzt diese Anlage einen Strömungssensor 10, der mit einem die Strömung in
der Rohrleitung 3 messenden Organ ausgestattet ist. Fällt diese Strömung unter einen
vorgegebenen Wert ab, wird vom Strömungssensor 10 das Ausschaltsignal an den Elektromotor
der Kreiselpumpe 1 gegeben.
[0024] Die Fig. 4 zeigt die Ein- und Ausschaltpunkte, bezogen auf die Pumpenkennlinie 9.
Da die Ausschaltung strömungsabhängig bei einem Förderstrom Q
A erfolgt, kann auch der obere Bereich der Kennlinie 9 weitgehend genutzt werden. Mit
anderen Worten: wird der Ausschaltpunkt Q
A in die Nähe des Nullförderstromes (Q=0) gerückt, so läßt sich auch eine Ausschaltung
in einem Druckbereich verwirklichen, der bei einer flachen Kennlinie für eine druckabhängige
Ausschaltung nicht zur Verfügung stände. Allerdings muß hier bei größerem Querschnitt
der Rohrleitung 3 mit unvermeidlicher Meßungenauigkeit und großen Kosten gerechnet
werden. Druckschwankungen zwischen Ein- und Ausschaltung sind wegen der Schalthysterese
ähnlich groß wie bei der in der Fig. 1 dargestellten Anlage.
[0025] Die in der Fig. 5 dargestellte, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Anlage
wird strömungsabhängig ein- und ausgeschaltet. Hier wird allerdings kein in der Rohrleitung
3 gemessener Wert für die zum Elektromotor der Kreiselpumpe 1 zu übermittelten Schaltimpulse
herangezogen. Der Strömungssensor 11 dieser Anlage ist in der zum Druckausdehnungsbehälter
6 führenden Beipaßleitung 5 angeordnet.
[0026] Ein bei einer Entnahme einsetzender Druckabfall in der Rohrleitung 3 hat zunächst
die gleiche Folge wie bei den vorher geschilderten Anlagen: Aus dem Druckausdehnungsbehälter
6 wird Wasser über die Beipaßleitung 5 in die Rohrleitung 3 eingespeist. Die hierbei
in der Beipaßleitung 5 entstehende Strömung wird vom Strömungssensor 11 gemessen.
Sobald eine vorgegebene Menge erreicht ist, schaltet der Strömungssensor 11 den Elektromotor
der Kreiselpumpe 1 ein. Nach beendeter Entnahme wird auch hier der Druckausdehnungsbehälter
6 durch die Kreiselpumpe 1 wieder aufgefüllt. Die Strömung im Beipaß 5 verläuft nun
in umgekehrter Richtung. Erreicht auch diese Strömung eine vorgegebene Menge, so schaltet
der Strömungssensor 11 den Elektromotor der Kreiselpumpe 1 ab.
[0027] Als zusätzliches Element besitzt die Anlage der Fig. 5 einen Druckschalter 12, der
zwei voneinander unabhängige Funktionen zu erfüllen vermag: Zum einen ist der Druckschalter
12 in der Lage, in solchen Anlagen, die eine unterhalb der Ansprechgenauigkeit des
Strömungssensors 11 liegende Leckrate besitzen, auch bei einem schleichenden Druckabfall
bei Stillstand der Pumpe ein rechtzeitiges Signal zum Einschalten der Pumpe zu geben.
Zum anderen können über diesen Druckschalter bei Mehrpumpenanlagen zusätzliche Spitzenlastpumpen
zugeschaltet werden. Die Abschaltung erfolgt wiederum strömungsabhängig.
[0028] Das Diagramm der Fig. 6 zeigt die Auswirkungen der verschiedenen Schaltpunkte im
Bereich der Pumpenkennlinie 9. Das strömungsabhängige Einschalten der Kreiselpumpe
1 erfolgt bei Erreichen eines Förderstromes Q
E, das Abschalten bei einem Förderstrom Q
A. Bei einem Druckabfall, wie er sich bei längeren Stillständen der Anlage ergeben
kann, wird eine druckabhängige Einschaltung bei dem Punkt P
E vorgenommen.
[0029] Wie das Diagramm der Fig. 6 zeigt, ist der bei normalem Betrieb zwischen den Schaltpunkten
erreichbare Druckunterschied ΔP
B wesentlich geringer als bei den vorher geschilderten Anlagen. Im normalen Betrieb
treten also nur kleine Druckschwankungen auf. Die Kreiselpumpe 1 kann bis nahe Q=0
betrieben, die Kennlinie also besser genutzt werden.
[0030] Bei einem Bereitschaffsbetrieb der Anlage (Stand-by) ist wegen der Möglichkeit eines
schleichenden Druckabfalls ein größerer Druckunterschied ΔP
S vorgegeben.
[0031] Setzt man anstelle des normalen Druckschalters 12 einen Differenzdruckschalter ein,
verschiebt sich der Punkt P
E mit dem Vordruck der Anlage.
[0032] Folgt man einer alternativen Ausführung der Erfindung und erfaßt statt der Strömung
im Beipaß 5 Mengenänderungen im Druckausdehnungsbehälter 6, so bedarf es des zusätzlichen
Druckschalters 12 nicht, da eine Leckage oder eine erhöhte Entnahme, die das Zuschalten
von Spitzenlastpumpen notwendig machte, bereits von dem Druckausdehnungsbehälter zugeordneten
Meßeinrichtung erfaßt würde.
1. Verfahren zum Ein- und Ausschalten von Einrichtungen oder Maschinen in einem über
Rohrleitung betriebenen Strömungssystem, insbesondere für die Schaltung von elektromotorisch
angetriebenen Pumpen, wobei das Strömungssystem über einen in einem Beipaß angeordneten
Druckausdehnungsbehälter verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß das über den Beipaß (5) erfolgende Ein- und Ausströmen von Fluid von einer Meßeinrichtung
(11) erfaßt wird, die die zum Auslösen der Schaltvorgänge notwendigen Signale liefert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Beipaß (5) erfolgende Strömungen
in ihrer Richtung und/oder Menge durch eine Meßeinrichtung (11) erfaßt, ausgewertet
und gegebenenfalls hieraus resultierende Schaltvorgänge ausgelöst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des im Druckausdehungsbehälter
(6) vorhandenen Fluids überwacht und Mengenänderungen durch eine Meßeinrichtung erfaßt,
ausgewertet und gegebenenfalls hieraus resultierende Schaltvorgänge ausgelöst werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstand im Druckausdehnungsbehälter
(6) durch Füllstandsmessung überwacht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche zum Ein- und Ausschalten
einer Pumpenanlage, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, den Druck innerhalb des
Strömungssystems erfassende permanente Messung, die bei einem Druckabfall unter einen
vorgegebenen Wert das Signal zum Einschalten einer oder mehrerer Pumpen (1) gibt,
wobei die Abschaltung wieder in Abhängigkeit von der Erfassung in den Beipaß (5) einströmender
Flüssigkeit erfolgt.