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
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
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:
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
Auch in dieser Ausführungsvariante gemäß
Die in den
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Doppelpumpenaggregats 1 gemäß
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise auf ein Multipumpenaggregat gemäß
Beginn des Verfahrens ist gemäß
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
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.
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
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
Unter Bezugnahme auf
Für den Betriebspunkt 11 in
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
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
In diesem Fall wird von Schritt 27 in
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
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.
Des Weiteren ist in
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
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
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
In
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
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
Gemäß
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
In
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 P1_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
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