Optimierung von Abwasserpumpwerken
Die Pumpenleistungen in Pumpzellen werden in Relation zu den schlimmsten Szenarien projiziert, die in diesem Bereich auftreten können, und mit einer gewissen zusätzlichen Redundanz. Daher werden Pumpen in Pumpstationen aufgestellt, die für den Betrieb unter Standardbedingungen überdimensioniert sind,wobei die Standardbedingungen die meiste Zeit vorhanden sind.Durch die Optimierung der Pumpendrehzahl können erhebliche Einsparungen beim Stromverbrauch für das Pumpensystem erzielt werden. Der optimale Betrieb basiert auf dem Pumpendrehzahlmanagement und dem Einsatz intelligenter Optimierungsalgorithmen.
Die vorgeschlagene Lösung der Pumpenstation basiert auf der Messung des Drucks in der Rohrleitung unmittelbar nach der Pumpe und der Regelung der Pumpendrehzahl (Abbildung 1).
Abbildung 1: Darstellung des optimalen Pumpenmanagements
mit einem Drucksensor (PT) hinter den Pumpen
Beim Flüssigkeittransport müssen folgende Drücke überwunden werden:
- hydrostatischer Druck aufgrund des Gewichts der Fluidsäule über der Pumpe und der Folge der Höhendifferenz zwischen dem Start und dem Ziel (in 1 mit h bezeichnet),
- dynamischer Strömungswiderstand der Fluidströmungsrate,
- Ausgangsdruck am Ende der Pipeline.
Optimale Steuerung der Pumpendrehzahl
Die Erhöhung der Effizienz der Pumpe wird durch die Verringerung der Geschwindigkeit erreicht, wodurch der dynamische Strömungswiderstand der Rohrleitung reduziert und die Strömung der Flüssigkeit auf ein Minimum reduziert wird. Durch Pumpen der Flüssigkeit mit einer zu hohen Geschwindigkeit erhöht sich der dynamische Widerstand der Rohrleitung, und der Ausgangsdruck wird am Ende der Rohrleitung erzeugt, der keine praktische Anwendung findet.
Bei Empfang der Pumpenstartanforderung steigt die Motordrehzahl des Kolbenmotors allmählich an. Durch Erreichen einer optimalen Geschwindigkeit und Durchflussrate erhöht sich der gemessene Druck aufgrund des Anstiegs des hydrostatischen Drucks aufgrund des Anhebens der Flüssigkeitssäule. Wenn sich die Strömung etabliert hat, hört der gemessene Druck auf zu existieren, was anzeigt, dass die optimale Pumpendrehzahl erreicht wurde.
Ein weiterer Vorteil einer solchen Lösung ist die Beseitigung der herkömmlichen Elemente und Sensoren, einschließlich der Pegelmesser und Niveauschalter, deren Funktionalität, die von dem Drucksensor und der Einbau-Telemetriefunktionen des Frequenzumrichters ersetzt wird. Die zum Einbau in die Pumpenstation vorgesehenen Frequenzumrichter enthalten integrierte Funktionen zur Erkennung von Kanalbrüchen und Trockenlaufschutz auf der Grundlage der Pumpimpulszählung.
Verwalten von mehrere Pumpen mit einem Frequenzumrichter
Zusätzliche Einsparungen werden auch mit der neu entwickelten Lösung von Duplico d.o.o erzielt zur Steuerung mehrerer Pumpen mit einem einzigen Frequenzumrichter. Mit dieser innovativen Lösung ist der Frequenzumrichter für das sequentielle Starten und Stoppen aller Pumpen und die präzise Regelung der Drehzahl der Strömungspumpe verantwortlich.
Q-H charakteristik der Pumpen
Die Q-H-Eigenschaften der Zentrifugalpumpe sind in Abbildung 2. für zwei Laufgeschwindigkeiten des Pumpenmotorantriebs (volle und unterbrochene Linie) gezeigt.
Abbildung 2: Q-H Charakteristik der Pumpe für zwei Geschwindigkeiten
Hcn: Pumpenhöhe mit Nenndurchfluss,
Qcn: Nenndurchfluss
Der Querschnitt Qcn und Hcn ist ein Arbeitspunkt.
Die Leistung, mit der die Pumpe arbeitet, wird durch die multiplizierung der Durchflusses und Drucks bestimmt:
Es ist erwähnenswert, dass die Pumpenhöhe H proportional zum Durchflussquadrat ist:
Die obigen zwei Begriffe zeigen an, dass die Leistung, die die Pumpe aus dem Versorgungsnetz bezieht, proportional zu dem dritten potential der Strömung ist:
