DE2311642A1

DE2311642A1 - Steuerung von pumpanlagen

Info

Publication number: DE2311642A1
Application number: DE19732311642
Authority: DE
Inventors: Johann Ing Riefenthaler
Original assignee: Pumpenfabrik Ernst Vogel GmbH
Current assignee: Xylem Water Solutions Austria GmbH
Priority date: 1972-04-21
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1973-10-25
Also published as: FR2181297A5; CH561361A5; AT317685B

Description

Spezialfabr»ik moderner Pumpen

Ernst Vogel, Stockerau in Stockerau (Österreich)

Steuerung von Pumpanlagen

Die Erfindung betrifft eine Steuerung von Pumpanlagen mit einer Pumpe, einem Antriebsmotor, einem hydraulischen Speicher, einem Druckgeber und einer Steuereinheit, die in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Verbrauchernetz arbeitet, wobei die Einschaltung der Pumpe druckabhängig und deren Ausschaltung auch zeitabhängig erfolgt.

Es ist bekannt, Pumpanlagen von Hand aus ein- bzw. auszuschalten. Dies ist jedoch insbesondere bei der Versorgung mehrerer Entnahmestellen sehr umständlich und entspricht in

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keiner Weise den an moderne Pumpanlagen gestellten Anforderungen. Es sind weiters automatisch arbeitende Pumpanlagen bekannt, bei welchen der Antriebsmotor der Pumpe in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Verbrauchernetz ein- bzw. ausgeschaltet wird. Dabei wird versucht, die Anlagekosten durch Verwendung kleiner hydraulischer Speicher möglichst gering zu halten. Dies bedingt aber den Nachteil, daß schon bei relativ kleinen, in der Praxis aber durchaus noch üblichen Entnahmemengen die Schalthäufigkeit für den Pumpenantriebsmotor sehr groß wird, was neben einem stark schwankenden Druckniveau im Verbrauchernetz auch die Gefahr der Beschädigung des Antriebsmotors nach sich zieht.

Um den gestellten Anforderungen zu genügen und die angeführten Nachteile zu vermeiden, ist es auch bekannt, eine Steuerung vorzusehen, bei der die Pumpe in Abhängigkeit von dem im Leitungsnetz herrschenden Druck eingeschaltet und in Abhängigkeit von der das Leitungsnetz durchströmenden Plüssigkeitsmenge ausgeschaltet wird. Dabei ist dem Druckschalter ein von der Durchflußmenge bzw. der Strömungsgeschwindigkeit gesteuertes Schaltglied vorgeschaltet, durch welches die Flüssigkeitsleitung zum Windkessel und damit zum druckabhängigen Schaltelement unterbrochen wird, solange eine gewisse Mindestdurchflußmenge durch die Rohrleitung besteht (österr. Patent Nr. 258 721).

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Es ist weiters auch bekannt, den Pumpenantriebsmotor durch den im hydraulischen Speicher herrschenden Druck zu steuern, wobei bei Unterschreitung einer unteren Druckgrenze die Pumpe eingeschaltet und bei Überschreitung einer oberen Druckgrenze die Pumpe ausgeschaltet wird. In diesem Fall kann die Schalthäufigkeit durch einen entsprechend großen Unterschied zwischen diesen beiden Druckwerten herabgesetzt werden. Da bei kleinem Netζvolumen im hydraulischen Speicher diese Methode allein nicht mehr ausreicht, ist es weiters bekannt, hierbei den Druckanstieg im hydraulischen Speicher langsamer vor sich gehen zu lassen als im übrigen Verbrauchernetz, Dies wird dadurch erzielt, daß der Eingang in den hydraulischen Speicher abgedrosselt wird. Auch hierdurch kann jedoch das gesamte Volumen des hydraulischen Speichers nicht wesentlich kleiner gehalten werden, als es der halben Minutenförderleistung der Pumpe entspricht.

Eine im gleichen Ausmaß gegebene Reduzierung des Volumens des hydraulischen Speichers ermöglicht ein ebenfalls bekanntes Verfahren (österr.Pat.¹^¹ 778), bei dem der Antriebsmotor der Pumpe beim Absinken auf einen festgelegten Mindestdruck, z.B. den Einschaltdruck, eingeschaltet wird, während das Ausschalten des Antriebsmotors der Pumpe nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne erfolgt, die beim Ansprechen eines Schaltorgans oder beim vorhergehenden Ausschalten des Motors zu laufen beginnt. Dieses Verfahren weist jedoch den

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Nachteil auf, daß es den unterschiedlichen Betriebsverhältnissen nicht gerecht Wird und ein sehr aufwendiges Schaltorgan :, beispielsweise einen Druckschalter, der befähigt ist, zwei Schaltgrenzen zu erfassen, verlangt und daher relativ teuer ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angeführten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll auch die Verwendung noch wesentlich kleinerer hydraulischer Speicher-Gesamtvolumen gleich oder kleiner 1/10 der Minutenförderleistung der Pumpe ermöglicht und gleichzeitig ein wesentlich vereinfachtes Druckschaltorgan verwendbar gemacht werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß für die druckabhängige Steuerung nur eine einzige, von einem kontaktlos arbeitenden Drucksignalgeber, beispielsweise von einer in Abhängigkeit des Druckes variablen Induktivität, Kapazität oder einem Widerstand, erfaßte Druckgrenze benützt wird, wobei die Einschaltung der Pumpe beim Unterschreiten dieser einen festgelegten Druckgrenze erfolgt und daß die Ausschaltung nur nach Erfüllung beider der zwei nachstehend angeführten voneinander unabhängigen Bedingungen erfolgt, nämlich, daß erstens diese eine Druckgrenze wieder überschritten ist und daß zweitens eine festgelegte Zeitspanne, die in an sich bekannter Weise beim Unterschreiten dieser einen Druckgrenze

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und damit beim Einschalten der Pumpe zu laufen beginnt, verstrichen ist.

Durch die Wahl dieser Zeitspanne mit 20 bis 50 Sekunden ist es möglich, das Volumen des hydraulischen Speichers auf den zur Deckung der Leckwasserverluste unbedingt notwendigen Wert von maximal 5 Liter zu reduzieren, ohne daß im Verbrauchernetz unangenehme Auswirkungen oder eine Gefährdung des Antriebsmotors auftreten.

Nachdem diese Druckgrenze mit ausreichender Sicherheit unter dem maximalen Förderdruck der Pumpe liegen muß, kann es sich ergeben, daß dann, wenn das Wiederüberschreiten der Druckgrenze erst nach Ablauf der festgelegten Zeitspanne erfolgt, der hydraulische Speicher beim Abschalten der Pumpe nicht vollständig gefüllt ist. Zum Auffüllen der auf den maximalen Förderdruck der Pumpe wäre dann ein weiterer, die festgelegte Zeitspanne überdauernder Lauf erforderlich. Dieser in den meisten Fällen nicht besonders ins Gewicht fallende Nachteil kann vermieden und die Wirtschaftlichkeit der ganzen Anlage noch erhöht werden, wenn nach einem vorzugsweisen Merkmal der Erfindung eine zweite, maximal 5 Sekunden dauernde Zeitspanne vorgesehen ist, die beim Wiedererreichen dieser einen festgelegten Druckgrenze zu laufen beginnt, unabhängig davon, wie weit der Ablauf der ersten, 20 bis 50 Sekunden dauernden Zeitspanne fortgeschritten ist und daß die Pumpe erst nach Wiederüberschreitung der Druckgrenze und Ablauf beider

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Zeitspannen abgeschaltet wird.

Um durch Vermeidung bewegter Teile die Betriebssicherheit der Steuerung zu erhöhen, worden nach einem weiteren vorzugsweisen Merkmal der Erfindung die einzelnen Impulse des kontaktlos arbeitenden Drucksignalgebers oder bzw. und auch des bzw. der den Ablauf der festgelegten Zeitspannen überwachenden Zeitgliedes bzw. Zeitglieder von einem elektronischen Schaltkreis, beispielsweise durch Veränderung der Frequenz eines Schwingkreises erfaßt, der das Schaltelement für den Pumpenantriebsmotor, beispielsweise ein Schütz oder Relais, steuert. Der elektronische Schaltkreis kann das Schaltelement für den Pumpenantriebsmotor, beispielsweise einen Leistungstransistor od.dgl., enthalten und dadurch befähigt sein, den vollen Strom eines elektrischen Pumpenantriebsmotors direkt und kontaktlos zu schalten.

Zur Erleichterung der Verpackung und auch der Handhabung bei der Aufstellung und der Montage der Pumpenanlage kann schließlich der kontaktlos arbeitende Drucksignalgeber und bzw. oder die in Form von einer oder mehrerer Platinen gefertigte Steuer- und Schaltelektronik in bzw. an Teilen der Pumpanlage, beispielsweise der Pumpe selbst oder deren An triebsmotor, ein- bzw. angebaut sein.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert .

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Es zeigen :

Die Fig. 1 bis 4 Druck/Zeitablauf-Diagramme und Fig. 5 ein Blockschaltbild der Steuer- und Schaltelektronik.

In den Fig. 1 bis ¹J ist auf der Abszisse der Zeit t und auf der Ordinate der Druck P, z.B. in m Flüssigkeitssäule, aufgetragen. Mit ti ist eine erste, 20 bis 50 Sekunden dauernde Zeitspanne, mit t2 eine zweite, 2 bis 5 Sekunden dauernde Zeitspanne, mit P_max die maximale Förderhöhe der Pumpe, mit Pp die Förderhöhe der Pumpe bei einer bestimmten Entnahmemenge und mit P_D eine festgelegte Schaltgrenze des Drucksignalgebers bezeichnet. Die dicken Linien auf der Zeitachse symbolisieren die Einschaltzeit der Pumpe.

Dem Diagramm nach Fig. 1 ist eine Verbrauchsmenge zugrundegelegt, bei der die Förderhöhe P_p der Pumpe über der Schaltgrenze Pjj liegt. Vom Zeitpunkt 0 ausgehend wird zunächst angenommen, daß der hydraulische Speicher voll gefüllt ist (P_1nJ_{1 x}) und die Pumpe steht. Im Punkt 1 beginnend setzt eine konstante Entnahme ein. Die Entnahme wird zunächst aus dem Speicher gedeckt, wodurch der Druck solange absinkt, bis im Punkt 2 die Schaltgrenze P_D erreicht ist. Hierdurch wird die Pumpe eingeschaltet und beginnt die erste Zeitspanne ti zu laufen. Bedingt durch die Anlaufzeit der Pumpe sinkt der Druck noch weiter ab, steigt jedoch dann wieder an und übersteigt im Punkt 3 die Druckgrenze P_D. Da die Zeitspanne ti noch nicht verstrichen ist, bleibt die Pumpe weiterhin

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eingeschaltet. Der Druck steigt langsam weiter, erreicht im Punkt H den Wert P_p und bleibt auf diesem Wert so lange der konstante Verbrauch besteht. Im Punkt 5 schließlich wird die Pumpe nach Ablauf der Zeitspanne ti abgeschaltet. Da weiterhin eine Entnahme erfolgt, sinkt der Druck wieder ab. Der Schaltvorgang wiederholt sich nun solange, bis im Punkt 8 die Entnahme aufhört, wodurch der Druck bis zum

Wert P im Punkt 6 ansteigt. Die Pumpe wird nach Ablauf max

der Zeitspanne ti im Punkt 7 abgeschaltet und steht bis zur nächsten Entnahme bzw. solange bis das Speichervolumen durch Leckverluste verbraucht ist.

Beim Diagramm nach Fig. 2 ist eine Verbrauchsmenge angenommen, bei der die Förderhöhe Pp der Pumpe unter der Schaltgrenze P_D liegt. Wie beim Diagramm nach Fig. 1 sinkt zunächst der Druck ab, bis im Punkt 2 die Schaltgrenze P_D unterschritten wird, wodurch die Pumpe eingeschaltet wird. Gleichzeitig beginnt die Zeitspanne ti zu laufen, bei deren Ablauf die Schaltgrenze P_D jedoch noch nicht überschritten ist, weswegen die Zeitspanne ti auf die Schaltung ohne Einfluß ist. Sobald im Punkt 8 die Entnahme beendet wird. steigt der Druck wieder an und wird, sobald die Druckgrenze Pj₃ im Punkt 3 überschritten wird, die Pumpe wieder abgestellt. Da der Druck im hydraulischen Speicher nur geringfügig überder Schaltgrenze P_D liegt, sinkt er durch Leckverluste auf den unteren Schaltwert ab und schaltet die Pumpe wieder ein.

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Hierdurch wird der hydraulische Speicher wieder gefüllt, wobei die Pumpe ab dem Punkt 6 bis zum Ende der Zeitspanne ti im Punkt 7 praktisch ohne Förderung weiter eingeschaltet bleibt.

Die Annahmen, die dem Diagramm gemäß Fig. 3 zugrundeliegen, entsprechen denjenigen, die dem Diagramm gemäß Fig. 1 zugrundeliegen, wobei die zweite Zeitspanne t2, die beim Wiederüberschreiten der Schaltgrenze P_D zu laufen beginnt, auf den Arbeitsablauf keinen Einfluß hat.

Die Annahmen, die dem Diagramm gemäß Fig. 4 zugrundeliegen, entsprechen denjenigen, die dem Diagramm gemäß Fig. 2 zugrundeliegen, wobei die zweite Zeitspanne t2 die Pumpe beim Wiederüberschreiten der Druckgrenze P_D noch um etwa 3 Sekunden weiterlaufen läßt, in welcher Zeit der hydraulische Speicher sicher bis zur maximalen Förderhöhe der Pumpe gefüllt und damit in seinem Nutzvolumen voll ausgenützt wird.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild für die beispielsweise Ausführung einer elektronischen Steuereinheit mit Zeitgliedern für die beiden Zeitspannen ti und t2 dargestellt. Die Steuereinheit enthält einen als astabilen Multivibrator auegebildeten Oszillator 9, der mit konstanter Frequenz schwingt. Der Ausgang des Oszillators 9 ist an einen Geberkreis 10 geführt. Die Induktivität 11 des Qeberkreises 10 eteilt den Geber für die Erfassung des druckproportionalen

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Signales dar. Der Oszillator 9 muß dabei so abgestimmt sein, daß bei einer definierten Induktivität des Druckgebers, die einem Druck über der maximalen Förderhöhe der Pumpe entspricht, der Resonanzfall eintritt. Die so gewonnene Regelspannung folgt der Resonanzfunktion. Die Regelspannung wird gleichgerichtet und einem Schwellwertschalter 12 zugeführt. Dieser gibt bei Erreichen bzw. überschreiten eines einstellbaren Schaltdruckes, der sogenannten Druckgrenze, an eine Logikschaltung ein Signal ab.

Die Logikschaltung, die aus einem "Und-Gatter" 13 mit negiertem Ausgang und einem "Oder-Gatter" 14 besteht, bewirkt die Verknüpfung der Drucksignale, die vom Schwellwertschalter 12 abgegeben werden und der Zeitsignale aus den beiden Zeit-

und
gliedern ti und t2 steuert schließlich eine Steuerstufe 15, die aus einem Triac, einer Zünddiode und einem Steuertransietor besteht. Diese Steuerstufe 15 ist bei entsprechender Dimensionierung befähigt, den vollen Strom eines elektrischen Pumpenantriebsmotors 16 zu schalten.

Mit einer derartigen Anlage werden die den bekannten Anlagen anhaftenden Nachteile in einfacher Weise vermieden.

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Claims

Patentansprüche

.) Steuerung von Pumpanlagen mit einer Pumpe, einem Antriebsmotor, einem hydraulischen Speicher, einem Druckgeber und einer Steuereinheit, die in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Verbrauchernetz arbeitet, wobei die Einschaltung der Pumpe druckabhängig und deren Abschaltung zeitabhängig erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für die druckabhängige Steuerung nur eine einzige, von einem kontaktlos arbeitenden Drucksignalgeber, beispielsweise einer in Abhängigkeit des Druckes variablen Induktivität, Kapazität oder einem Widerstand, erfaßte Druckgrenze benützt wird, wobei die Einschaltung der Pumpe beim Unterschreiten dieser einen festgelegten Druckgrenze erfolgt und daß die Ausschaltung nur nach Erfüllung beider, der zwei nachstehend angeführten, voneinander unabhängigen Bedingungen erfolgt, nämlich erstens diese Druckgrenze wieder überschritten ist und daß zweitens eine festgelegte Zeitspanne, die in an sich bekannter Weise beim Unterschreiten dieser einen Druckgrenze und damit beim Einschalten der Pumpe zu laufen beginnt, verstrichen ist.
2. Steuerung von Pumpanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltung der Pumpe nur erfolgt, wenn erstens diese einzige Druckgrenze wieder überschritten

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ist, zweitens die festgelegte Zeitspanne verstrichen ist und drittens eine zweite;vorbestimmte Zeitspanne, die beim Wiederüberschreiten der Druckgrenze zu laufen beginnt, verstrichen ist, wodurch sichergestellt ist, daß der hydraulische Speicher beim Ausschalten der Pumpe voll gefüllt ist und sein Volumen jedenfalls bestmöglich ausgenützt ist.
3. Steuerung von Pumpanlagen nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Impulse des kontaktlos arbeitenden Drucksignalgebers und bzw. oder des den Ablauf der festgelegten Zeitspannen überwachenden Zeitgliedes einen elektronischen Schaltkreis, beispielsweise das die Frequenz steuernde Glied eines Schwingkreises verändern, wodurch das Schaltelement für den Pumpenantriebsmotor, beispielsweise ein Schütz oder Relais, gesteuert wird.
4. Steuerung von Pumpanlagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die einzelnen Impulse verarbeitende elektronische Schaltkreis das Schaltelement für den Pumpenantriebsmotor, beispielsweise einen Leistungstransistor oder dgl., enthält und dadurch befähigt ist, den vollen Strom eines elektrischen Pumpenantriebsmotors direkt und kontaktlos zu schalten.
5. Steuerung von Pumpanlagen nach den Ansprüchen 1 bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktlos arbeitende Druck-

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Signalgeber oder bzw. und die in Form von einer oder mehrerer Platinen gefertigte Steuer- und Schaltelektronik in bzw* an Teilen der Pumpanlage, beispielsweise der Pumpe Selbst oder deren Antriebsmotor, ein- bzw. angebaut ist.

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