DE102004005396B4

DE102004005396B4 - Druckminderungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004005396B4
Application number: DE102004005396.0A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. M. Sc. Eur.-Ing. Schmid Andreas; Wolfgang Geier
Original assignee: Wilo SE
Current assignee: Wilo SE
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: DE102004005396A1

Abstract

Vorrichtung zur Druckminderung in einem Wasserversorgungssystem, insbesondere in Abgabebauwerken in der Trinkwasserversorgung, wobei zur Druckminderung eine Pumpeneinheit (2), insbesondere eine Druckmantelpumpe, vorgesehen ist und die Durchströmungsrichtung (3) der Pumpeneinheit (2) gegenüber einem Pumpenbetrieb umgekehrt ist und wobei an der Pumpenwelle (9), auf der ein Laufrad (11) montiert ist, ein Generator (6) zur Erzeugung elektrischer Energie direkt oder über Zwischenteile verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlust über der Pumpeneinheit (2) (Maß der Druckminderung) durch die Leistungsabnahme am Generator (6) gesteuert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckminderung in einem Wasserversorgungssystem, insbesondere in Abgabebauwerken in der Trinkwasserversorgung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, den Wasserdruck in Abgabebauwerken zur Wasserversorgung, insbesondere Trinkwasserversorgung, von einem Vordruck von beispielsweise 5 bar auf einen Versorgungsdruck von beispielsweise 2 bar zu entspannen, mit dem das Wasser nachfolgend dem Verbraucher zur Verfügung steht. Zur Druckreduzierung ist in den Abgabeschächten ein Drosselventil installiert. Nachteilig hierbei ist, dass die Druckminderung mittels einer Drosselung ohne eine mögliche, zumindest teilweise Ausnutzung der potentiellen Energie des unter höherem Vordruck stehenden Wassers bei der Drosselung auf den Versorgungsdruck erfolgt.
Weiterhin nachteilig ist, dass diese Abgabeschächte bzw. Abgabebauwerke, die sich in der Regel in entlegenen Regionen ohne Anschluss an das öffentliche Stromnetz befinden, unter sehr hohem Aufwand mit einer Stromversorgung für die Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik auszurüsten sind. Dabei ist die geforderte elektrische Leistung zum Betrieb der Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik mit einigen hundert Watt relativ gering.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 86 29 082 U1 ist es bekannt, eine Serienpumpe 5 innerhalb einer Bypassleitung 7 zu einer Hauptzuleitung 1, welche zu einem Speicherbehälter 2 führt, als Turbine, d. h. zum Antreiben eines Generators 13 zu verwenden, wobei innerhalb der Hauptzuleitung 1 ein Schieber 3 angeordnet ist, der eine Druckminderung bewirkt. Durch die Verwendung der Bypassleitung 7 kann eine Einstellung des Drucks bzw. Volumenstroms zum Speicherbehälter 2 erfolgen, indem über ein Absperrorgan 8, was in Strömungsrichtung (Zufluss 4) der Pumpe/Turbine 5 vorgelagert ist, betätigt wird, wodurch der Druck in der Bypassleitung erhöht oder reduziert werden kann. Darüber hinaus beschreibt das Gebrauchsmuster, dass alternativ zu einer Kupplung 19 zwischen Pumpe 5 und Generator 13 in 2 dem Generator 13 eine Bremse 20 zugeordnet sein kann, die den Generator und die Turbine 5 bei Stromausfall festbremst, so dass im Bypass 7 eine größere Wassermenge fließen kann. Durch eine solche mechanische Feststellung der Pumpenwelle kann somit die Druckminderung über der Pumpe minimiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Abgabeschächte und Abgabebauwerke der Wasserversorgung, insbesondere der Trinkwasserversorgung, mit geringem Aufwand mit einer Stromversorgung für die Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik zu versorgen und gleichzeitig die erforderliche Druckminderung von dem anliegenden Vordruck auf den Versorgungsdruck vorzunehmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Druckminderung eine Pumpeneinheit, insbesondere eine Druckmantelpumpe, vorgesehen ist, wobei die Durchströmungsrichtung der Pumpeneinheit gegenüber einem Pumpenbetrieb umgekehrt ist und an der Pumpenwelle, auf der ein Laufrad montiert ist, ein Generator zur Erzeugung elektrischer Energie direkt oder über Zwischenteile angeflanscht ist und der Druckverlust über der Pumpeneinheit (Maß der Druckminderung) durch die Leistungsabnahme am Generator gesteuert ist.
Hierdurch ist es möglich, sowohl die erforderliche Druckminderung von einem Vordruck von beispielsweise 5 bar auf einen Versorgungsdruck von beispielsweise 2 bar vorzunehmen und gleichzeitig die potentielle Energie des unter höherem Vordruck stehenden Wassers, beispielsweise aus einem höher gelegenen Wasserreservoir, zur Versorgung der benötigten Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik mit elektrischer Energie nutzbar zu machen. Da der Bedarf an elektrischer Energie der vorzusehenden Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik mit wenigen hundert Watt relativ gering ist, wird der gegenüber einer Wasserturbine deutlich schlechtere Wirkungsgrad, der beispielsweise bei 10% liegt, bewusst in Kauf genommen, der dadurch zustande kommt, dass eine gewöhnlich als Pumpeneinheit Verwendung findende Strömungsmaschine gegenüber einem Pumpenbetrieb umgekehrt durchströmt wird und einen Generator antreibt. Hierdurch ist es möglich, sowohl die geforderte Druckminderung herbeizuführen als auch die benötigte elektrische Leistung zur Versorgung der Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik bereit zu stellen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Leistung des Generators bevorzugt 3 kW beträgt. Möglich ist auch eine elektrische Leistung des Genrators bis zu 50 kW.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Druckminderung von einem Druckniveau von unter 10 bar, insbesondere von unter 6 bar, auf ein Druckniveau unter 4 bar, insbesondere unter 2,5 bar, d. h. dass hier lediglich das Druckniveau aufgrund eines insbesondere höher gelegenen Wasserreservoirs auf den Versorgungsdruck abzusenken ist, es sich jedoch nicht um eine Druckdifferenz handelt, wie sie bei der Wasserkraftnutzung zur Stromversorgung mit Fallhöhen bis zu einigen hundert Metern vorliegt.
Erfindungsgemäß ist der Druckverlust über der Pumpeneinheit bzw. Pumpe, das heißt das Maß der Druckminderung, durch die Leistungsabnahme am Generator steuerbar, d. h. dass der Strömungswiderstand der als Druckminderungseinheit Verwendung findenden Strömungsmaschine abhängig ist von der Leistungsabnahme am Generator und damit abhängig ist von dem am Generator geforderten Drehmoment.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Akkumulatoren zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen, wobei diese Akkumulatoren von dem Generator gespeist werden. Dadurch ist es möglich, die benötigte elektrische Energie für die Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik auch in solchen Zeiten bereit zu stellen, in denen eine Wasserabgabe durch das Abgabebauwerk an die Versorgungsleitungen nicht erfolgt und somit während dieser Zeiten die Druckminderungsvorrichtung nicht tätig ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Es zeigen
1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckminderung in einem Wasserversorgungssystem,
2 einen Querschnitt der zur Druckminderung vorgesehenen Pumpeneinheit.
Bei dem in 1 schematisch dargestellten Wasserversorgungssystem steht das Wasser, insbesondere Trinkwasser, insbesondere aus einem höher gelegenen Wasserreservoir (Speicher) oder aus der Hauptleitung, am Abgabeschacht an der Vorlaufleitung 1 mit einem Vordruck von ca. 5 bar zur Verfügung. Das Wasser wird in einer zur Druckminderung vorgesehenen Pumpeneinheit 2, die in Richtung des Pfeils 3 durchströmt wird, auf einen Versorgungsdruck von ca. 2 bar entspannt und steht nachfolgend dem Verbraucher über Versorgungsleitungen 4 zur Verfügung. Zur Überwachung des Versorgungsdruckes in den Versorgungsleitungen 4 ist eine Druckmessstelle 5 vorgesehen. Zur Überwachung des Vordruckes, insbesondere zur Ermittlung einer erforderlichen Druckminderung vor der Einleitung in die Versorgungsleitungen, kann eine weitere nicht dargestellte Druckmessstelle vor der Druckminderungseinheit in der Vorlaufleitung 1 vorgesehen sein.
Die Durchströmungsrichtung entsprechend dem Pfeil 3 durch die zur Druckminderung vorgesehene Pumpeneinheit 2 erfolgt in der Weise, dass die Durchströmungsrichtung der Pumpeneinheit 2 gegenüber einem Pumpenbetrieb umgekehrt ist.
Der Pumpenwelle angeflanscht ist ein Generator 6, dessen momentane elektrische Leistung mittels einer Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 7 überwacht wird. Die durch den Generator 6 bereitgestellte elektrische Energie steht über entsprechende elektrische Versorgungsleitungen 8 den Verbrauchern, das heißt der Leit-, Mess-, Steuerungs- und Überwachungstechnik zur Verfügung. Ebenfalls mit elektrischer Energie versorgt werden entsprechende Kommunikationseinrichtungen zur Vernetzung der Leit- und Steuerungstechnik mit einer zentralen Leitwarte.
Ebenfalls kann die elektrische Energie des Generators genutzt werden, um nicht dargestellte Akkumulatoren zur Speicherung elektrischer Energie aufzuladen, so dass die benötigte elektrische Energie für die Leit-, Mess-, Steuerungs- und Kommunikationstechnik auch in solchen Zeiten bereitsteht, in denen eine Wasserabgabe durch das Abgabebauwerk an die Versorgungsleitungen nicht erfolgt und somit während dieser Zeiten die Druckminderungsvorrichtung nicht tätig ist.
In 2 dargestellt ist ein Querschnitt durch die zur Druckminderung vorgesehene Pumpeneinheit 2. Die Durchströmungsrichtung durch die Pumpeneinheit 2 erfolgt entlang der Pfeile 3, 3' und ist gegenüber einem Pumpenbetrieb, d. h. der Auslegungsströmungsrichtung der Pumpe 2, umgekehrt.
Auf der Pumpenwelle 9 ist ein beschaufeltes Laufrad 11 drehfest montiert und mittels entsprechenden Befestigungsmitteln, wie einer Befestigungsschraube 12, befestigt. Das Laufrad 11 weist mehrere Schaufeln 10 auf. Die Anströmung an die Schaufeln 10 erfolgt radial von außen nach innen gerichtet und ist somit der Auslegungsströmungsrichtung, d. h. der Strömungsrichtung der Pumpe im Pumpenbtrieb, umgekehrt.
Der Welle 9 ist angeflanscht ein in 2 nicht dargestellter Generator 6 zur Erzeugung elektrischer Energie. Dabei beträgt die elektrische Leistung des Generators bevorzugt 3 kW.
Die Druckminderung durch die zur Druckminderung vorgesehene Pumpeneinheit 2 erfolgt von einem, an der Vorlaufleitung 1 anliegenden Vordruck von unter 10 bar auf einen Versorgungsdruck von unter 4 bar, der an der Versorgungsleitung 4 anliegt.
Der Druckverlust über der Pumpeneinheit 2, d. h. das Maß der Druckminderung, ist durch die Leistungsabnahme am Generator 6 steuerbar, da der Strömungswiderstand der als Druckminderungseinheit Verwendung findenden Strömungsmaschine 2 abhängig ist von der Leistungsabnahme am Generator 6 und damit abhängig ist von dem am Generator 6 geforderten Drehmoment.
In einer nicht dargestellten Alternative sind Akkumulatoren zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen, die von dem Generator 6 gespeist werden.

Claims

Vorrichtung zur Druckminderung in einem Wasserversorgungssystem, insbesondere in Abgabebauwerken in der Trinkwasserversorgung, wobei zur Druckminderung eine Pumpeneinheit (2), insbesondere eine Druckmantelpumpe, vorgesehen ist und die Durchströmungsrichtung (3) der Pumpeneinheit (2) gegenüber einem Pumpenbetrieb umgekehrt ist und wobei an der Pumpenwelle (9), auf der ein Laufrad (11) montiert ist, ein Generator (6) zur Erzeugung elektrischer Energie direkt oder über Zwischenteile verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlust über der Pumpeneinheit (2) (Maß der Druckminderung) durch die Leistungsabnahme am Generator (6) gesteuert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leistung des Generators (6) 3 kW beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderung von einem Druckniveau von unter 10 bar, insbesondere unter 6 bar, auf ein Druckniveau unter 4 bar, insbesondere unter 2,5 bar, erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Akkumulator vorgesehen ist, der von dem Generator (6) gespeist wird.