Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Pumpenanlagen mit mehreren Pumpen. Selbsttätige, ohne Hochbehälter arbeitende Pumpenwerke wurden bisher derart ausgeführt, dass dein veränderlichen Wasserbedarf ent sprechend eine Anzahl meist gleich grosser Pumpen vorgesehen wurde, die das zu spei sende Rohrnetzbei beliebigem Wasserverbrauch unter annähernd konstantem hohen Drucke hiel ten.
Beim Fallen des Druckes im Druckluftbe- hälter, der zum Ausgleich der Schwankungen in die Druckleitung geschaltet wird, unter einen bestimmten Wert wird durch einen Druckschalter die erste Pumpe eingeschaltet, bei weiter sinkendem Druck die zweite Pumpe dazugeschaltet, bei noch grösserer Wasser entnahme und noch weiterem Sinken des Druckes tritt die dritte und schliesslich die vierte Pumpe dazu, derart, dass bei der grössten Wasserentnahme im Verbrauchsrohrnetz der niedrigste Druck von den Pumpen erzeugt wird, bei dem geringsten Wasserverbrauch hingegen der höchste Druck.
Dieses bisher übliche Verfahren besitzt den grossen Nachteil, dass die Drücke gerade in umgekehrter Weise hergestellt werden, als es dem Bedürfnis entspricht. Bei einer Wasserversorgungsanlage muss man fast stets damit rechnen, dass von der Pumpenanlage eine Hauptrohrleitung bis zum Verteilungs netz führt. In der Hauptrobrleitung und im Verteilungsnetz sind die Reibungswiderstände zu überwinden; die bekanntlich mit dein Quadrate der Liefermenge wachsen.
Während daher bei geringem Wasserver brauch, etwa in der Nacht, die Reibungs widerstände entsprechend klein sind, werden sie zu einem Höchstwert beim grössten Was serverbrauch. Die ermittelte Höchstleistung muss einen Höchstbetriebsdruck ergeben, auf den alle Pumpen drücken müssen, so dass also bei normalem oder durchschnittlichem Wasserverbrauch ein viel zu hoher Druck unter entsprechender Arbeitsvergeudung er zeugt wird.
Anderseits wird man zur Ver meidung zu hoher Betriebskosten die Rohr leitungen hauptsächlich unter Berücksichtigung der maximalen Durch flussmenge mit verhält nismässig grosser Lichtweite bemessen müssen, um für den Betriebsfall des Auftretens der grössten Widerstandshöhe den beabsichtigten effektiven Druck an der Verbrauchsstelle zu erhalten.
Man macht also hierbei den Fehler, die Rohrleitung für einen mir ganz kurze Zeit vorkommenden Ausnahme-Betriebszustand zu bemessen, so dass sie für den am meisten vorkommenden Durchschnittswasserverbrauch, dem mit Rücksicht auf die weit grössere Betriebsstundenzahl auch die entsprechend grössere Bedeutung zukommt, in ihren Ab messungen zu gross ist, und die Anschaffungs kosten und damit auch die Kosten für die Verzinsung und Amortisation des Anlagekapi tals, also die Betriebskosten zu hoch werden.
Diese Nachteile können durch das vor liegende Verfahren zum Betrieb von Pumpen anlagen mit mindestens zwei Pumpen mit verschiedenen Liefermengen und Widerstands höhen vermieden werden. Dieses Verfahren besteht darin, dass die Eierschaltung einer dem jeweiligen Wasserverbrauch und der zu gehörigen Widerstandshöhe entsprechenden Pumpe und die Ausschaltung der in Betrieb befindlichen, für einen geringeren oder grösseren Wasserverbrauch und eine entsprechende Widerstandshöhe bestimmten Pumpe in Ab hängigkeit von der in das Verbrauchsnetz abfliessenden Wassermenge erfolgt.
Die Pumpenanlage zur selbsttätigen Durch führung dieses Verfahrens besteht erfindungs gemäss aus mindestens zwei, dasselbe Lei tungsnetz speisenden Pumpen mit verschiedenen Liefermengen und Widerstandshöhen und einem zu deren Ein- und Ausschaltung die nenden, von der in das Verbrauchsnetz ab fliessenden Wassermenge abhängig arbeitenden elektrisch-hydraulischen Schalter.
Die Umschaltung von einer Pumpe auf die andere kann natürlich auch von Hand erfolgen, wenn besondere Umstünde dies wünschenswert erscheinen lassen.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. In Abb. 1 ist in einem Diagramm die Wirkungsweise der ge samten Pumpenanlage sowohl nach dem bis- lierigen Druckschaltungssystem, wie auch nach dem vorliegenden Verfahren gezeigt. Als Abszissen sind die Liefermengen Q und als Ordinaten die Förderhöhen H aufgetragen.
Die Wagrechte _1 stellt den Saugwasserspie- gel, die Gerade B den Aufstellungsort der Pumpen, die Höhe A-B daher die Saughöhe, B-C die Druckhöhe bis zur höchstgelegenen Ausflussstelle und C-D den dort für erfor derlich erachteten Überdruck dar, der zur Erzielung der nötigen Ausflussgeschwindigkeit dient.
Die Höhe A-D ist somit die geo metrische G esamtförderhöhe. Hierzu kommen noch die Reibungswiderstände, die durch die Kurve D.-B dargestellt sind. Die Liefer menge QT ist die kleinste, bei der Anlage überhaupt vorkommende Liefermenge, die Liefermenge Qa die grösste, nur in seltenen Fällen auftretende Verbrauchsmenge.
Bei dem bisherigen Druckschaltungssystein verwendete man beispielsweise vier gleiche Pumpen, die zusammen die Höchstliefermenge Q, ergaben und Drücke erzeugten, die in den Kurven Di, D=, Dr, D.i dargestellt sind.
Bei Anwendung der neuen Schaltung in Abhängig keit von der Liefermenge werden bei dem vorliegenden Beispiel vier Pumpen I, II, III, IV verwendet, mit den zugehörigen Höchst- lieferinengen Qi, QLz, Q3, Qi, welche mano- metrische Förderhöhen erzeugen, die durch die Kurven Li, L-, <I>La,</I> Li dargestellt sind.
Diese Pumpen fördern also nicht wesentlich höher, als es gemäss der Kurve D"-.B der rnano- metrischen Gesamtförderhölie erforderlich ist. Steigt die Liefermenge von Q" bis Q, beim Betriebe mit der Pumpe I, so wird durch einen Liefermengensclialter die Pumpe I aus- und gleichzeitig die Pumpe II eingeschaltet. Steigt die Liefermenge weiter bis Q2, so wird die Pumpe H aus- und die Pumpe HI ein geschaltet und so fort.
Bei Verminderung des Abflusses in das Rohrnetz werden in gleicher Weise die nächst kleineren Pumpen ein- und die zu grossen selbsttätig ausgeschaltet. Wenn daher die am häufigsten vorkommende Liefermenge etwa die der, Pumpe II ist, so ist die Ersparnis an Druckhübe, also auch an Stromverbrauch durch die schraffierte Ar beitsfläche zwischen den Kurven<I>D</I> und<I>L</I> dargestellt. - Sie beträgt in dem gewählten Beispiel ungefähr 40 von Hundert. Wie aus den Wirkungsgradkurven i1, il, i3 und ji ersichtlich, arbeiten die Pumpen nahezu mit konstantem maximalen Wirkungsgrad.
Zu dem beschriebenen Arbeitsverfahren ist bei selbsttätigem Betriebe ein Schalter erforderlich, der bei bestimmten Verbrauchs mengen, wie sie durch den Hauptrohrstrang fliessen, die zugehörige Pumpe mit der ent sprechenden Liefermenge einschaltetund gleich zeitig die in Betrieb befindliche Pumpe mit der zu kleinen oder zu grossen Liefermenge ausschaltet.
Ein solcher Schalter lässt sich auf vieler lei Weise herstellen. Es gibt eine grosse Zahl von Wassermessern, die eine veränder liche Liefermenge anzeigen, und die veränder liche Stellung eines Anzeigeorganes -kann dann auf irgend eine Weise zur Einleitung der Schaltung der einzelnen Pumpenmotoren verwendet werden.
In den Abb. 2, 3, 4 und 5 ist eine der vielfachen Ausführungsmöglichkeiten eines derartigen Schalters dargestellt. In Abb. 2 ist der hydraulisch beeinflusste Teil des Schal ters AS in einem lotrechten Schnitt dargestellt Die Vorrichtung wird mit den Flanschen a und b in die Hauptabflussrohrleitung eingebaut.
Das Wasser fliesst durch das Gehäuse und durchströmt dabei einen hohlkegelförmigen Rohrstutzen c, dessen Querschnitt durch einen Steuerkolben d von kleinerem Durchmesser als die engste Stelle des Rohrstutzens derart vermindert wird, dass zwischen Rohrstutzen und Kolben nur eine ringförmige Durchgangs fläche für den Durchtritt des Wassers übrig bleibt, so dass das Wasser eine höhere Ge schwindigkeit annehmen muss.
Hierdurch entsteht ein nach oben gerich teter, auf den Kolben d wirkender Druck unterschied, durch den das Gewicht des Kol bengestänges überwunden wird, derart, dass sich je nach der Grösse der Durchflussmenge die Kolbenstellungen 1, 2, 3 bezw. 4 ergeben. Der Kolben d ist mit einer Kolbenstange e verbunden, die oben in einer Büchse f leicht gehend geführt ist und am untern Ende einen Kolben y trägt, der in einem Zylinder lt sich bewegt.
Beim Aufsteigen des Kolbens g saugt dieser das Wasser durch einen Kanal i aus dem Gehäuse ab und durch eine einstell bare Drosselschraube k kann die angesaugte Wassermenge so geregelt werden, dass das Kolbengestänge auf plötzliche Schwankungen in der Durchflussmenge nicht sofort ausgiebig anspricht, sondern sich nur ganz langsam aufwärts oder abwärts bewegen kann. Das obere Ende der Kolbenstange e versetzt durch einen Hebel d eine Welle<I>m</I> in Dre hung.
In Abb. 3. ist diese Welle m in einem wagrechten Schnitt der Abb. 2 ersichtlich gemacht. Sie ist in der ganz mit Wasser erfüllten Kappe n gelagert und das eine Ende derselben tritt, durch eine Stopfbüchse o abge dichtet, aus dieser Kappe heraus. An dem freien Ende der Welle na ist ein Steuerungs- bogenstück p befestigt, das die elektrische Umsteuerung der einzelnen Pumpenmotoren in der bereits erwähnten Weise durchführt.
Wenn in Abb. 2 der Kolben d je nach der Grösse der Durchflussmengen in einer der Stellungen 1, 2, 3 oder 4 steht, so nimmt der Hebel l die bezügliche Stellung 11, 12, 13 bezw. 14 ein und das Steuerungsbogen stück p (Abb. 5) wird dabei so bewegt, dass in der Hebelstellung 11 die Mittellinie 1 lot recht steht. Befindet sich der Flebel l (Abb. 2) in Stellung 12, so steht die Mittellinie 2 des Steuerungsbogenstückes in Abb. 5 lotrecht.
Ebenso entspricht der Stellung 13 die .lot rechte Lage der Mittellinie 3 und der Stel lung 14 die lotrechte Lage der Mittellinie 4.
Am Steuerungsbogenstückp (Fig. 4 und 5) sind Klemmen isoliert befestigt, von denen isolierte, elektrische Leitungsdrähte ar und a2 nach aussen geführt sind. Durch eine von zwei Scheiben gebildete Steuerrolle q aus Isolierstoff, die am Umfange Kupferringe r trägt, werden die beiden Drähte ar und a2 kurz geschlossen. Die Steuerrolle q wird durch eine Feder v, welche in einem mit dem Gehäuse starr verbundenen Federhaus unter gebracht ist, ständig abwärts gedrückt.
Die Drähte ai und a2 führen von dem Steuerungs- bogenstück q über die am Träger z befestig ten Klemmen zu dem Schalters, des Motors 21 in Abb. 6. Dieser Schalter ist in der Weise ausgebildet, dass durch die Leitung a:: der positive Strom eine Magnetspule t durch fliesst, wodurch ein Kurzschliesser u den Notor 21 sofort unter Strom setzt und die Pumpe I, die mit diesem Motor gekuppelt ist, in Tätig keit gesetzt wird.
Bewegt sich nun das aus der gezeichneten Lage heraus, so dass die Mittelachse ? in Abb. 5 lotrecht zu stehen kommt, so wird in einer bestimmten Stellung entgegen der Wirkung der Feder v die Rolle y über eine isolierte Kappe wegge hoben und auf die an die Leitungen bi und b. angeschlossenen Bontakte gerollt.
die durch die Kupferringe i- kurzgeschlossen werden, während gleichzeitig die -Unterbrechung des über die Kontakte rri, ((2 fliessenden Stromes erfolgt. Infolgedessen gelangt der Motor 21 zum Stillstand und der Motor 22, der mit der nächst grösseren Pumpe gekuppelt ist, wird in Tätigkeit gesetzt.
In gleicher Weise werden, je nach Grösse der Durchflussmenge, die Pumpenmotoren 213 bezw. 24 eingeschaltet, wobei stets nur eine Pumpe arbeitet, da die vorher in Betrieb gewesene gleichzeitig ausgeschaltet wird. In Abb. G ist der einfacheren Darstellung wegen die unmittelbare Einschaltung aller Motoren ohne Vorschaltwiderstand angenommen, was aber nur bei ganz kleinen Drehstrom-Kurz- schlussankermotoren oder Gleielistromserien- motoren zulässig ist.
Bei grösseren 'Motor leistungen müssen natürlich besondere Selbst anlasser mit mehreren Widerstandsstufen zum Anlassen verwendet werden, wobei aber die eigentliche Schaltung durch einen mittelst Widerstand gedrosselten wattlosen Strom genau in-der vorstehend beschriebenen reise durchgeführt werden kann.
Uni den richtigen Zeitpunkt der Umschal- tung bei dem fertig aufgestellten Apparat nachträglich in Abhängigkeit von der für die Umschaltung gewählten Liefermenge einstellen zu können, wird zweckmässig die Feder ilachstellbar gemacht,
um ihren Einfluss auf das (Tewicht der Rolle q verändern zu kennen. Gleichzeitig wird das Eigengewicht des Kol- bengestänges n (Abb. 2) uni die Wirkung des Gewichtes x (Abb. 5)), vermehrt,
das Vel#- grössert oder verkleinert werden kann und durch einen Arm mit der Welle in fest ver- bunden ist.
Während der Umschaltung wird das Was ser in das '-Netz aus dem Druckwindkessel 11' gedrückt, der in Abb. 1 schematisch darge stellt ist.
Ton hier gelangt das Wasser durch den Lieferrnengenschalter <B><I>S</I></B> in die Druckleitung. Die Grüsse des Windkessels ZU ist somit nur für den zugelassenen Druckab- fall während der An1a Pdauer der AIotore zu bemessen und ergibt sich viel kleiner als bei Druckschaltungsanlagen, so dass auch hier durch eine Kostenverminderung erzielt wird.
-Um für grül)ere Anlagen eine grössere Steuerkraft für den Liefermengenschalter zu erhalten, kann nian diesen in einer Ausfüh- rung herstellen, die in den Abb. 7 und 8 beispielsweise in doppelter Anordnung dar gestellt ist.
Bei diesem Ausführung bewegt sich in einem zylindrischen Rohre c, das zum Teil konisch sein kann, ein Steuerkolben (l niit Spielraum, indem er für den Wasser durchgang nur einen Ringspalt frei lässt. Das Wasser tritt bei ((. ein, strömt bei G aus und passiert dabei beide Steuerkolben (l, in deren Ringspalt eine erliiihte (Teschwindigkeit ein tritt.
Entspreebend dieser erhöhten (.Te- scliwindigkeit ist vor jedem Kolben, in der Bewegung5riclituiig des Wassers betrachtet, ein höherer Druck als hinter dem Kolben wirksam, der durch Lenker e' und den dop pelarmigen Hebel l auf die Steuerwelle<B>in</B> übertragen wird. Dabei werden die Steuer- kolben <I>(l</I> durch Stanen h in ihrer zentrischen Lage innerhalb der' Rohre c geführt.
Die Steuerwelle ist durch eine Stopfbüchse o nach aussen geführt und trägt am freien Ende einen (Tewiclitsliebel .i , der in der Stellung I (I'ig. 7), also bei der kleinsten Durchflussmenge, ungefähr senkrecht stellt und sich mit der Zunallcne der Durchflussmenge nacheinander in die Stellungen II, III und IV einstellt,
in welchen er deal anwachsenden Druck vor den Steuerkolben ein entsprechendes Gegen drehmoment entgegenstellt. Den Stellungen 1-1V des Gcwichtshebels x entsprechen die Stellungen I-IV der Steuerkolben d.
Auf der Steuerwelle sitzt der Steuerhebell), der die Umsteuerung von einer zur andern Pumpe durchzuführen hat.
Die Art der Umsteuerung ist in Abb. 9 schematisch dargestellt. Der Steuerhebel p bewegt ein Kontaktorgan qi, das je nach seiner Stellung die Kontakte a1, a2 oder bi, b2 oder<B>ei,</B> c2 oder di, <I>da</I> miteinander kurz schliesst. In der gezeigten Stellung sind zum Beispiel die Kontakte<B>ei,</B> c2 kurz ge schlossen, was der Stellung HI des Gewichts hebels x und des Steuerkolbens d in Fig. 7 entspricht.
Die Kontakte sind' in Isolierma terial eingebettet und gemäss der Darstellung in Fig. 6 durch Kabel mit den zugehörigen Elektromotoren bezw. Anlassapparaten ver bunden.
Die praktische Ausführung dieser Ein richtung ist aus den Abb. 10-12 in Seiten ansicht, Draufsicht und Querschnitt ersichtlich. Der Steuerhebel p fasst nicht direkt am Kon taktwagen wi an, sondern mittelst Rolle v2 an einer Kulisse ki, die zwei am Wagen bei g1 und gs geführte und gegen Drehung ge sicherte Stangen si und s2 (siehe auch Abb. 13) verbindet.
Die Stangen stehen unter der Wirkung von Druckfedern fi und f2, die bestrebt sind, die Kulisse ki in einer mittleren Stellung zum Wagen wi zu erhalten. Der Wagen besitzt vier Räder ri, r2, r3 und r4, die in Führungen laufen.
Am Wagengestell sind Bürstenhalter ii und i2 angebracht, in denen Kontaktbürsten nal und 7n2 vorgesehen sind, die durch besondere, in der Zeichnung nicht dargestellte Kabel miteinander verbun den sind. Diese Kontaktbürsten sind durch Gewichte G1 und G2 belastet, um einen ge nügenden Kontakt zwischen den Bürsten mi, ?fa,- und den Kontakten ai, a2 usw. her zustellen.
Um eine Funkenbildung beim Übergang von den Kontakten a1, a2 auf die Kontakte bi, b2 usw. zu vermeiden, erfolgt bei lang samer Bewegung des Steuerhebels p eine schnellere Bewegung des Wagens. Dies wird dadurch erreicht, dass am Wagen noch ein fünftes Rad 7-5 vorgesehen ist; dieses Rad ist in einem einarmigen Hebel h5 gelagert, der um die Wagenachse as schwingen kann und am andern Ende durch ein Gewicht Gs belastet ist.
In der Darstellung der Abb. 10-12 hat der Steuerhebel p das Bestreben, von der Stellung I auf die Stellung II in Abb. 7 überzugehen; der Kontaktwagen wird aber daran durch die Schraube a5 (Fig. <B>10)</B> ver hindert, gegen die die Rolle r5 stösst. Da durch wird die Feder f2 zusammengedrückt, bis die Federspannung den Widerstand der Schraube s5 überwindet.
In diesem Augen blicke springt die Rolle r5 über die Schraube s5 hinweg und der Kontaktwagen rollt plötz lich um ein solches Stück vorwärts, dass die Verbindung der Kontakte ai, a2 plötzlich unterbrochen und jene der Kontakte bi, b2 (Abb. 9) hergestellt wird. Hierdurch kommt in Abb. 6 die Pumpe 21 zum Stillstand und die Pumpe 22 in Betrieb.
Gleichzeitig haben sich in Abb. 7 die Steuerkolben d von der Stellung I in die Stellung II bewegt; auch der Gewichtshebel x hat sich entsprechend der bewirkten Verdre hung der Welle in bis in die Stellung Il gehoben. Durch Verschiebung des Gewichtes x auf dem zugehörigen Hebel kann die Grösse der Durchflussmenge an einer bestimmten festgelegten Stelle (bei den Kolben d) verän derlich einreguliert werden.
Bei einer grösseren Durchflussmenge ent steht in den Rohren c an dem durch die Steuerkolben d freigelassenen Spalt auch eine grössere Geschwindigkeit und entsprechend dieser ein grösserer Druckunterschied vor und hinter dem Steuerkolben, wodurch dem grösser werdenden Moment des Gewichtes ;x das Gleichgewicht gehalten wird.
Sowohl bei der in Abb. 5 als auch 10 dargestellten Schaltvorrichtung wird durch die Steuerwelle in ein Kontaktorgan (Bogen p bezw. Wagen zvi) in der Weise bewegt, dass unter dem Einfluss eines Hindernisses (Rasthöcker bezw. Schraube sä) eine Feder (v bezw. <B>f2)</B> gespannt wird, während nach Überwinden dieses Hindernisses durch die gespannte Feder ein plötzliches Vorschnellen des Kontaktorganes bis zur nächsten Kontakt- bildung erfolgt.