Wie funktioniert eigentlich eine Lambach-Pumpe L-380 ?
Applet
( in separatem Fenster )
ca. 1000 x 650 Pixel
ca. 1170 x 725 Pixel
ca. 1350 x 840 Pixel
ca. 1450 x 890 Pixel
( mit voreingestellten Parametern )
ca. 1000 x 650 Pixel
ca. 1170 x 725 Pixel
ca. 1350 x 840 Pixel
ca. 1450 x 890 Pixel
( mit justierbaren Parametern )
Das Applet simuliert eine Lambach-Pumpe, die seit dem Ende des 19.
Jahrhunderts in vielen kleineren Ansiedlungen zur Trinkwasserversorgung
eingesetzt war, und deren weiterentwickelte und perfektionierte Modelle
( hier : Mod. L-380 ) teilweise erst in den 1970er Jahren
von elektrisch betriebenen Pumpen oder dem Anschluss an ein
größeres Verbundnetz abgelöst wurden.
In der Simulation wird der Zustand dieser Wassersäulenmaschine
( "O-Ton" Gottlieb Lambach, Erfinder und Hersteller )
in konstanten Zeitschritten von 20 [ms]
( ≘ 50 Schritte pro Sekunde ) berechnet und
in Zeitschritten von 40 [ms] ( ≘ 25 Bilder
pro Sekunde ) graphisch dargestellt.
Die zur Simulalionsrechnung und graphischen Darstellung erforderlichen
technischen Daten und Abmessungen der Pumpe sowie mehrere sehr hilfreiche
Abbildungen, technische und schematische Zeichnungen sowie Montage- und
Justieranweisungen wurden von Herrn
Karl-Heinz Warzok und der
Arbeitsgemeinschaft Lambach-Pumpen,
51709 Marienheide, bereitgestellt.
Besonders hilfreich war ein Video von Herrn Warzok, 53804 Much, das
zahlreiche Details einer restaurierten und einsatzfähigen Pumpe L-380 in
74731 Walldürn-Hornbach zeigt.
- Inhalt -
- Erläuterungen ( + Screenshot )
- Zylinder und Kolben
- Ventile
- Ventilsteuerung
- Ablauf der Steuerung
- Kräftebilanz und Bewegungsablauf
- Druckstöße
- Wirkungsgrad
- Simulationsrechnung
- Einige Maße und Parameter
- Bedienungsanleitung ( + Screenshot )
- Ablaufsteuerung
- Echtzeitverhalten
- Parametereinstellung
- Anzeige ( + Screenshot )
- Lupe
- Parameterfenster
- Parameterliste
- Parameterdialog
- Download
- Erläuterungen -
- Arbeitsprinzip :
- Der relativ geringe Druck des Triebwassers wirkt auf die
Querschnittsfläche eines Antriebkolbens, der einen
Förderkolben mit geringerem Querschnitt antreibt, und so
Förderwasser mit einem Vielfachen des Triebwasserdruckes
in eine Steigleitung presst.
- ( Zahlenwerte in den Erläuterungen entsprechen den voreingestellten
Parameterwerten und Maßen )
Screenshot :
( Farbcode : Triebwasser Zulauf = blau,
Ablauf = hellblau, Förderwasser = cyan,
Quellwasserzulauf = cyan hell, rote Pfeile
markieren die Strömungsrichtung des Wassers )
- Die vereinfachte graphische Darstellung ist eine Mischung von
Vertikalschnitt und Seitenansicht.
- Kolbenhub sowie Zahnräder und Zahnstangen der
Ventilsteuerung sind maßstabsgerecht dargestellt,
- 1 Pixel auf dem Bildschirm entspricht
ca. 3 [mm] im Original,
- die Zylinder- und Kolbenlängen sind um ca. 20 %
verkürzt wiedergegeben,
- um bei diesem Abbildungsmaßstab eine Gesamtbreite der Darstellung
von 1000 [Pix] nicht zu überschreiten.
- Zylinder und Kolben :
- Im unteren Teil zeigt die Graphik die liegend angeordneten
Trieb- und Förderzylinder, die wie auch alle
Rohrleitungen auf einem Betonfundament verankert sind.
- Trieb- und Förderkolben sind miteinander
verschraubt, und beide Kolbenpaare sind durch Schildplatten
über Distanzstangen starr miteinander verbunden,
- wodurch die Triebkolben wie auch die Förderkolben jeweils
wie doppelt wirkende Kolben arbeiten.
- Bei einer Kolbenbewegung nach rechts wird
- der Inhalt des rechten Förderzylinders in die
Steigleitung gepresst und
- in den linken Förderzylinder strömt Wasser aus dem
Quellwasserzulauf,
- bei einer Bewegung nach links
- presst der linke Förderkolben Wasser in die
Steigleitung und
- der rechte Förderzylinder füllt sich mit
Quellwasser.
- Das ablaufende Triebwasser muß in einem sogenannten
"Wasserkasten" ein Gefälle von ca. 0.3 [m]
überwinden,um zu gewährleisten, dass, auch beim Abbremsen der
Kolbenbewegung,
- der Triebwasserablauf-Anschluß immer mit
Wasser gefüllt ist, und keine Luft in die
Triebzylinder gelangt.
- Ventile :
- Während der Wasserfluß in den Förderleitungen
- durch je zwei selbsttätig arbeitende
Rückschlagventile ( am rechten / linken Bildrand
vereinfacht dargestellt )
- gesteuert wird, sind zur Steuerung von Triebwasserzulauf und
-ablauf
- für die beiden Triebzylinder Einlaß- und
Auslaßventile ( in der Bildmitte schematisch
dargestellt )
- erforderlich :
- Einlaß rechts und Auslaß links geöffnet
sowie Einlaß links und Auslaß rechts geschlossen
- => Füllung des rechten Triebzylinders, Bewegung nach
rechts und Entleerung des linken Triebzylinders,
- Einlaß links und Auslaß rechts geöffnet
sowie Einlaß rechts und Auslaß links geschlossen
- => Füllung des linken Triebzylinders, Bewegung nach
links und Entleerung des rechten Triebzylinders.
- In den Endpositionen der Kolben muß
- relativ schnell und exakt synchronisiert zwischen den beiden
Zuständen umgeschaltet werden,
- was das "Herzstück" der Anlage,
- die im oberen Teil der Graphik dargestellte Ventilsteuerung,
- eine mechanische zwangsgesteuerte Freilaufsteuerung, übernimmt.
- Ventilsteuerung :
- Die beiden Zahnrräder sitzen auf einer gemeinsamen,
gestellfesten Achse ( senkrecht zur Bildebene ) und sind
in der Graphik, zusammen mit den zugehörigen Zahnstangen,
untereinander dargestellt,
- oben : das fest mit der Achse verbundene Antriebszahnrad
( im Original "hinten" ) und
- darunter : das auf der Achse frei drehbare, größere
Steuerzahnrad ( im Original "vorne" ).
- ( Um die Drehung der Achse für den Beobachter besser erkennbar zu
machen, ist der auf der Achse befestigte Mitnehmer -rot-,
der in das Steuerzahnrad eingreift, in beide Zahnräder
eingezeichnet. )
- Ein ca. 1 [m] langer Fallhebel mit einem Metallgewicht
( rot ) am freien Ende ( im betriebsinternen Sprachgebrauch
"Hammer" ) ist mit der Achse fest verbunden und
- liegt im Original zwar "hinter" dem
Antriebszahnrad, ist aber in der Graphik ganz im Vordergrund
dargestellt.
- ( Unbewegliche Teile der Anlage können so in einem Hintergrundbild
abgelegt werden, und nur die beweglichen Elemente müssen 25 x
pro Sekunde neu gezeichnet werden. )
- Die in das Antriebszahnrad eingreifende Zahnstange
- ist auf dem von den Kolben mitbewegten Rahmen in Längsrichtung
frei verschiebbar und
- überträgt die Kolbenbewegung auf das
Antriebszahnrad, sobald eine der beiden justierbaren
Begrenzungen das Ende der Zahnstange erreicht hat.
- Der "Hammer" wird dadurch angehoben und
fällt nach dem Überschreiten des oberen Totpunktes
( "12 Uhr" Position ) nach unten,
- - schneller als es dem Kolbenvorschub
entspricht - und die Antriebszahnstange löst sich von
der Begrenzung.
- Wenn der Mitnehmer der Achse die Nocke
( grün ) im Steuerzahnrad erreicht hat,
- wird das Zahnrad gedreht und
- verschiebt ruckartig die Steuerzahnstange mit den an beiden
Enden montierten Hebewulsten,
- die jeweils zwei Ventilgestänge anheben und
- ein Absenken der beiden anderen durch das Eigengewicht,
unterstüzt durch die Strömung des Wassers, zulassen.
- ( Zusatzgewichte an den oberen Enden der Gestänge sind in der
Graphik nicht dargestellt. )
- Ablauf der Steuerung :
- Bei einer Kolbenbewegung nach rechts
- stehen die beiden Wulste unter den Steuergestängen des
rechten Einlaßventils und des
linken Auslaßventils
( beide Ventile göffnet ),
und Einlaß links sowie Auslaß rechts sind
geschlossen.
- Der Fall des "Hammers" schiebt beide Wulste nach
rechts :
- Einlaß rechts und Auslaß links werden durch
das Eigengewicht des Ventilgestänges
synchron innerhalb ca. 0.15 ... 0.20 [s]
geschlossen,
- während ca. 0.05 [s] sind alle vier
Ventile geschlossen, und
- anschließend werden die Wulste unter das Gestänge von
Einlaß links sowie Auslaß rechts geschoben,
- beide Ventile werden synchron innerhalb ca.
0.15...0.40 [s] geöffnet :
- => Kolbenbewegung nach links.
- ! Bei einer Kolbenbewegung nach links
läuft der gleiche Vorgang seitenverkehrt in umgekehrter
Richtung ab !
- Durch den Einsatz des Fallhebels wird der zeitliche Verlauf der
Ventilumschaltung von der relativ langsamen Kolbenbewegung
entkoppelt :
- die Postion der Anschläge der Antriebszahnstange bestimmt, bei
welcher Kolbenposition der "Hammer" seinen oberen
Totpunkt erreicht,
- ca. 1 ... 10 [º] hinter dem O.T. wird die
Winkelgeschwindigkeit des Fallhebels größer als die
des antreibenden Zahnrades, d.h. der "freie Fall"
beginnt, und
- die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile
hängen nur noch von der Fallgeschwindikeit des
"Hammers" ab, d.h. von dessen Dämpfung.
- Durch die Fallgewichtssteuerung
- läuft der Umschaltvorgang der Ventile während des
freien Falls des "Hammmers",
- unabhängig von der aktuellen Kolbenbewegung, immer
vollständig ab,
- und
- außerhalb dieser kurzen Zeitspanne, befinden sich
die Ventile immer in einer der beiden "Arbeitsstellungen"
- Schub nach rechts oder Schub nach links.
- ! Bei einem Ausfall der Triebwasserversorgung oder
beim völligen Schließen des Drosselschiebers
( od. eines Absperrhahns am oberen Ende der Steigleitung )
bleibt die Pumpe stehen und
- läuft bei der Wiederkehr der Triebwasserversorgung / dem
Öffnen des Schiebers ( Absperrhahns ) selbsttätig
wieder an.
- Die Kolbenbewegung wird in der Schließphase der Ventile
abgebremst,
kommt aber erst bei völlig geschlossenen Ventilen zum
Stillstand,
- wodurch der Hub der Kolben von deren Geschwindigkeit vor Beginn des
Schaltvorgangs abhängt.
- In der Simulation wird daher vor dem Start die bei völlig
geöffnetem Drosselschieber zu erwartende Kolbengeschwindikeit
berechnet und
- daraus die Position der Anschläge so bestimmt,
- dass
bei den Schubkräften von z.T. mehreren [to]
- eine
"Beschädigung" der Pumpe durch Überschreiten des
maximal zulässigen Hubs vermieden wird.
Ablauf der Steuerung
Ventilsteuerung
Ventile
Zylinder und Kolben
Erläuterungen ( Screenshot )
Inhaltsverzeichnis
Anfang
- Kräftebilanz und Bewegungsablauf :
- Das Verhalten der Pumpe wird aus der Kräftebilanz am
Kolbensystem abgeleitet :
- der Antriebskraft = Triebwasserdruck x Triebkolbenfläche +
Quellwasserdruck x Förderkolbenfläche
- wirken
- die Förderkraft = Förderwasserdruck x
Förderkolbenfläche und
- die relativ geringe Kraft aus Druck im Triebwasserablauf x
Triebkolbenfläche
- entgegen.
- Falls die statische Antriebskraft ( Druckwerte ≘
Gefällehöhen ) nicht größer ist als die
statische Förderkraft,
- bewegt sich die Pumpe nicht,
- da bei exakt schließenden Rückschlagventilen im Förderkreis
ein "rückwärts" Laufen der Pumpe nicht
möglich ist.
- Sobald sich die Kolben bewegen, strömt Wasser durch die
Zuleitungen, die Ventile und den Drosselschieber,
und die Strömungswiderstände dieser Bauteile führen
- im Bereich "hinter" den Widerständen
( in Richung der Strömung gesehen ) zu einem
Druckabfall gegenüber dem statischen Druck,
- d.h. im Triebwasserzufluß ( = "aktiven"
Triebzylinder ) und im Quellwasserzufluß
( = "passiver" Förderzylinder ),
- und
- erfordert zur Aufrechterhaltung der Strömung eine
Druckerhöhung
gegenüber dem statischen Druck im Bereich "vor" den
jeweiligen Widerständen,
- d.h. am Fuß der Steigleitung ( = "aktiver"
Förderzylinder ) und im Triebwasserabfluß
( = "passiven" Triebzylinder ).
- Die Druckänderungen an Einzelwiderständen ( Ventile,
Drosselschieber ) und, bei turbulenter
Strömung¹⁾, auch in Rohrleitungen
- hängen vom Quadrat den jeweiligen
Strömungsgeschwindigkeiten ab, und
- diese sind wegen der Inkompressibilität des Wassers
- proportional zur Kolbengeschwindigkeit
über das jeweilige Querschnittsverhältnis²⁾ von
Kolben / Zuleitung.
- ¹⁾ Laminare Strömung mit linearer
Abhängigkeit des Druckverlustes von der Geschwindigkeit tritt bei den
i.A. gebräuchlichen Rohrdimensionen lediglich in den Quell- und
Förderleitungen bei relativ unwirtschaftlichen Förderleistungen
< ca. 7 [l/min] auf.
- ²⁾ Voreingestellte Kolben- und Zuleitungsdurchmesser
- => Triebwassergeschwindigkeit = ca.
12.7 x Kolbengeschwindigkeit,
- => Förder- und Quellwassergeschwindigkeit = ca.
5.9 x Kolbengeschwindigkeit.
- In einer Bilanz der dynamischen Kräfte müssen, außer
den statischen Drücken und den Druckänderungen durch
die Strömungswiderstände, auch die Beiträge
- der geschwindigkeitsabhängigen mechanischen Reibung,
vor allem in den Stopfbuchsenpackungen der Zylinder,
- und, bei Änderungen der Geschwindigkeit der Kolbenbewegung,
- der Beschleunigung der beweglichen Teile der Pumpe und
der Wassersäulen in den Zuleitungen
- beücksichtigt werden.
- Beim Anlaufen der Pumpe aus dem Stand, nach jedem Richtungswechsel
der Kolbenbewegung oder beim Öffnen des Drosselschiebers,
- wirken die statischen Drücke auf die Kolben, und
- die Pumpe setzt sich wegen der großen
Trägheitskräfte³⁾ langsam in Bewegung.
- ³⁾ Trägheitskräfte, bezogen auf die
Kolbenbeschleunigung,
- bewegliche Pumpenteile => geschätzt
ca. 5 [to] x Kolbenbeschleunigung,
- Triebwassersäule =>
ca. 17.7 [to] x 12.7 x Kolbenbeschleunigung,
- Förder- und Quellwassersäulen =>
ca. 5.5 [to] x 5.9 x Kolbenbeschleunigung,
- => insgesamt
ca. 262 [to] x Kolbenbeschleunigung.
- In einer Beschleunigungsphase, während i.A. ca. 10 %
des Hubs,
- wächst mit der Kolbengeschwindikeit die Wirkung der
mechanischen Reibung und der Strömungswiderstände
- ( Abfall des Antriebsdrucks und Anstieg des erforderlichen
Förderdrucks )
- bis ein Gleichgewicht von dynamischen Antriebskräften
und geschwindigkeitsabhängigen Verlusten erreicht ist, und
- die Kolben sich mit kostanter Geschwindigkeit
( Beschleunigung = 0 ) bewegen.
- Kurz vor Erreichen des maximalen Hubs, während des
Schließens der Steuerventile ( innerhalb ca.
0.15 bis 0.25 [s] ) wird
- die Kolbenbewegung auf ca. 70 bis 50 %
dieser Geschwindigkeit verzögert.
- Druckstöße :
- Die z.B. in Wasserleitungen beim plötzlichen Schließen
eines Ventiles auftretenden Druckstöße werden in der
Triebwasserleitung einer Lambach-Pumpe weitgehen vermieden,
- da bei der geringen Kolbengeschwindigkeit
( i.A. < 2 [cm/s] ) und z.B. einem
Rohrdurchmesser ≥ 150 [mm] die
Strömungsgeschwindigkeit unter 0.25 [m/s] bleibt,
- und vor allem
- da die Ventile nicht abrupt sondern innerhalb
≥ 0.15 [s] geschlossen werden.
- Wirkungsgrad :
- Durch die unterschiedlichen Querschnittsflächen von Trieb- und
Förderkolben ( Voreinstellung : ca.
7.5 : 1 ) kann
- mit einem relativ geringen Arbeitsdruck
( Voreinstellung : ca. 2.8 [bar] ≘ ca.
28 [m] Gefälle ) und einem Triebwasserverbrauch
von ca. 209 [l/min] ( bei ganz geöffnetem
Drosselschieber )
- ein hoher Förderdruck ( Voreinstellung :
ca. 18 [bar] ≘ ca. 180 [m] ) und
ein Fördervolumen von ca. 28 [l/min]
- erreicht werden,
- was einer Förderleistung von ca.
84 [kp∗m/s] = ca. 1.1 [PS] entspricht.
- Da der auf den jeweils "inaktiven" Förderkolben wirkende
Druck im Quellwasserzulauf die Schubkraft des Kolbensystems
ehöht,
- muß der Triebwassereintrag neben dem Reibungsverlust in der
Pumpe lediglich den Höhenunterschied zwischen
Hochbehälter und Quelle überwinden,
- wobei die Strömungswiderstände in den jeweiligen
Zuleitungen
- die effektiv wirksamen ( dynamischen ) Drücke
von Trieb- und Quellwasser verringern
- und
- den erforderlichen Druck am Förderwasserauslauf der
Pumpe vergrößern.
- Da neben dem Reibungsverlust in der Pumpe auch die Strömungswiderstände der
Zuleitungen den Wirkungsgrad bestimmen, ergibt sich mit den
voreingestellten Parameterwerten ( => Kolbengeschwindigkeit
ca. 15.7 [mm/s] )
- für die gesamte Anlage ( bezogen auf die
Gefällehöhen ) ein Wirkungsgrad von ca. 82 %,
- für die Pumpe alleine ( bezogen auf die Drücke an
den Ein- und Ausgangsanschlüssen ) von ca. 83 %.
- Eine Drosselung des Triebwasserzulaufs verringert die
Kolbengeschwindigkeit und damit den Reibungsverlust der Pumpe,
- was zu einer Erhöhung ihres Wirkungsgrades führt,
- gleichzeitig aber die Förderleistung herabsetzt.
- Der Wirkungsgrad der gesamten Anlage ändert sich dabei nicht,
da er nur durch die Gefällehöhen bestimmt ist.
- Simulationsrechnung :
- Die dynamische Kräftebilanz führt zu einer nichtlinearen
Differentialgleichung,
- in der die Kolbengeschwindigkeit v und die
Kolbenbeschleunigung dv/dt ( mit konstanten
Koeffizienten ) mit dem Geschwindigkeitsquadrat v²
verknüpft sind.
- Im "Koeffizienten" von v² ist der Beitrag
- von Ventilen und Schiebern ist konstant und durch
deren Öffnungsquerschnitt bestimmt,
- während der Beitrag
- der Zuleitungen durch deren sog. Widerstandsbeiwerte
bestimmt ist, die implizit durch eine
geschwindigkeitsabhängige Gleichung gegeben sind.
- Die aus der Differentialgleichung abgeleitete Differenzengleichung
wird daher
- für jeden Zeitschritt iterativ gelöst
- mit dem Ergebnis v des vorhergehenden Schrittes als Anfangswert,
- wobei in jedem Iterationsschritt die Widerstansbeiwerte
ebenfalls iterativ berechnet werden müssen.
- Die Rechnung wird in Schritten von 20 [ms]
durchgeführt, und die Kolbengeschwindigkeit wird auf
1 ... 40 [mm/s] begrenzt
( im Original i.A. ca. 10 ... 20 [mm/s] ).
- Damit ergibt sich ein Kolbenvorschub von max. 0.8 [mm]
pro Rechenschritt, d.h. < 0.5 Bildschirmpixel :
- In der Graphik wird daher nur das Ergebnis jedes zweiten
Schrittes ( Δt = 40 [ms] ) dargestellt, und
- der Graphikaufwand, ohne Qualitätseinbuße auf
25 [Bilder/s] begrenzt.
Simulationsrechnung
Wirkungsgrad
Druckstöße
Kräftebilanz und Bewegungsablauf
Ablauf der Steuerung
Ventilsteuerung
Ventile
Zylinder und Kolben
Erläuterungen ( Screenshot )
Inhaltsverzeichnis
Anfang
- Einige Maße und Parameter-
Ventilsteuerung :
Zahnrad / -stange¹⁾ : |
Zähne |
Wälzkreisdurchm. |
Außendurchm. |
/ |
Zähne |
Länge |
Antrieb ( oben ) |
22 |
132 [mm] |
144 [mm] |
|
31 |
584,3 [mm] |
Steuerung ( unten ) |
30 |
180 [mm] |
192 [mm] |
|
24 |
452,4 [mm] |
¹⁾ Modul 6 [mm] nach DIN 780,
s.
Bestimmungsgrößen von Zahnrädern
Abstand der Anschläge zum Verschieben der
Antriebszahnstange 912.6 [mm]
=> Hub ca. 380 [mm] bei Kolbengeschwindigkei ca.
15.7 [mm/s].
Voreingestellte Maße und Parameter :
Kolben : |
Durchmesser |
Fläche²⁾ |
Verdrängung³⁾ |
Triebkolben |
535 [mm] |
2248 [cm²] |
85,42 [l] |
Förderkolben |
195 [mm] |
299 [cm²] |
11,35 [l] |
²⁾ Verhältnis : ca.
7.5 : 1
³⁾ bei Hub = 380 [mm]
Zuleitung : |
Gefälle |
Länge |
Innen-∅ |
Fläche |
Triebwasser |
28 [m] |
1000 [m] |
150 [mm] |
176.7 [cm²] |
Förderwasser |
180 [m] |
1000 [m] |
80 [mm] |
50.3 [cm²] |
Quellwasser |
10 [m] |
100 [m] |
80 [mm] |
50.3 [cm²] |
Die voreingestellten Parameter können in einer Version des Applets,
die mit HTML-Files "xxx_P.html" aufgerufen wird, in weiten
Grenzen verändert werden
( s.u. Parameterfenster ).
Einige Maße
Erläuterungen
Inhaltsverzeichnis
Anfang
- Bedienungsanleitung -
Die Steuerung von Programmablauf und Echtzeitverhalten sowie die
Einstellung von zwei justierbaren Parametern der Anlage
erfolgt in dem orange hinterlgten Menuefeld oberhalb der Graphik.
Screenshot :
Ablaufsteuerung :
- Mit RUN
- wird der kontinuierliche Ablauf gestartet,
- mit HALT
- der aktuelle Zustand "eingefroren",
- mit STEP
- der Ablauf in Einzelschritten ( = je 2 Rechenschritte
= 40 [ms] ) ausgeführt,
- und mit RESET
- wird die Anlage auf den Anfangszustand zurück gesetzt.
- Echtzeitverhalten :
- Mit ZEITLUPE ECHTZEIT ... kann der Ablauf der
Simulation jederzeit
- verlangsamt ( x 1.5 ... x 3.0 ) oder
beschleunigt ( x 0.7 ... x 0.2 )
werden.
- Parametereinstellung :
- Nach RESET
- können mit HUB DEFAULT ... die
Endpositionen der Kolben um bis zu -/+25 [mm]
verkleinert / vergrößert werden
( durch Verschieben der Anschläge für die Zahnstange
am Antriebszahnrad, oben )
- und
- mit HAMMER DMP = DEF ... kann die
Dämpfung des "Hammers" ( +30 ...-30 % )
verändert werden.
- Mit TRIEBW. ZULAUF ... kann an einem Drosselventil der
Triebwasserzustrom
- mit ∨ / ∧ jederzeit stufenweise
gedrosselt / erhöht
( Anzeige : AUF, -1 ... -7, ZU ),
- mit ⊥ / ⊤ im HALT-Modus in einem Schritt
völlig unterbrochen / freigegeben werden.
- ! Änderungen des Kolbenhubs lassen die Förderleistung
der Pumpe praktisch unverändert, da die Vorschubgeschwindigkeit der
Kolben nur von den Druckverhältnissen und den Reibungs- und
Strömungsverlusten abhängt.
- D.h. Förder- und Triebwasservolumen pro Hub sowie Zeit pro Hub
ändern sich im gleichen Maß, wodurch ihr Quotient konstant
bleibt !
- Zur Vermeidung von "Schäden" an Kolben und
Zylindern ist der Kolbenhub auf max. ±200 [mm]
begrenzt.
- Bei Übershreiten dieser Grenze ( bei rel. hoher
Kolbengeschwindigkeit ) wird
- der Ablauf der Simulation unterbrochen
( HALT-Modus ) und
- in die Graphik eine Fehlermeldung eingeblendet.
- Nach RESET kann
- mit HUB ... der Kolbenhub durch Vershieben der Anschläge
für Antriebszahnstange verkleinert werden,
- oder
- der Triebwasserzulauf kann gedrosselt werden, was ebenfalls
den KolbenHub verringert,
- wodurch der Start der Simulation ( RUN / STEP ) wieder
feigegeben wird.
Anzeige :
( Screenshot )
- Rechts oben in der graphischen Darstellung wird mit S/T_HUB
- die Kolbenposition beim Richtungswechsel und die seit dem
vorhergehenden Wechsel verstrichene Zeit angezeigt,
- und bei aktiviertem INFO
- wird darunter der effektive Zeitlupenfaktor eingeblendet,
der sich aus gessener Zeit und Sollwert für einen Zyklus ergibt.
- Wenn INFO aktiviert ist, werden im Einzelschritt- /
Haltmodus
( STEP / HALT ) und bei Zeitlupe x 3.0 zu jedem
graphisch dargestellten Rechenschritt
( Δt = 40 [ms] ) einige Informationen
zum momentanen Zustand der Anlage eingeblendet :
- Position S [mm] der Kolben,
- Zeit T [s] seit dem vorhergehenden Richtungswechsel,
- Geschwindigkeit V [mm/s] der Kolben ( pos. n.
rechts ),
- Postion φ-HAM [°] des "Hammers"
( 0 [°] = O.T. ),
- Öffnungsgrad A/E_L [%] und
E/A_R [%] des linken und des rechten Ventilpaares
( 100 = AUF, 0 = ZU ).
- Lupe :
- Mit ZOOM kann direkt nach RESET die
Lupenfunktion eingeschaltet werden :
- der Mauszeiger ändert sich in Fadenkreuz,
- mit der linken Maustaste kann ein Rechteck
( orange ) aufgezogen werden, das den ungefähren
Bildausschnitt umrahmt,
- der nach dem Loslassen der Moustaste an Stelle der
ursprünglichen Graphik formatfüllend dargestellt wird.
- Der Vergrößungsfaktor ist auf max. 10 begrenzt,
und solange der gewählte Ausschnitt zu klein ist,
- wird der Rahmen grau gezeichnet, und
- die vergrößerte Darstellung wird verhindert.
Screenshot :
- In der vergrößerten Darstellung werden
- die Informationen S/T_HUB ... und ggf.
- die rot umrahmten Informationen S [mm] ... sowie,
- zur Verdeutlichung des aktuellen Zustands der Pumpe,
- ein symbolischer "Hammer"
- links oben in die Graphik eingebledet.
- Ablaufsteuerung, Parametereinstellung, etc. ( auch im
Parameterfenster, s.u. ) funktionieren auch in
der Vergößerunung wie in der Originaldarstellung,
- zu der man direkt nach RESET mit ZOOM ( rot )
zurückkehren kann.
Lupe
Anzeige
Parametereinstellung
Echtzeitverhalten
Ablaufsteuerung
Bedienungsanleitung
Einige Maße
Erläuterungen
Inhaltsverzeichnis
Anfang
- Parameterfenster -
- In der mit einem HTML-File "xxx_P.html" aufgerufenen
Version des Applets werden, wenn INFO aktiviert ist,
- die aktuellen Werte
- von
Kolbendurchmesser, Gefällehöhe, Länge
und Innendurchmesser der Zuleitung
- für Trieb-, Förder- und Quellwasser
- in einem separaten Fenster aufgelistet, gefolgt von
- daraus abgeleiteten, für den Betrieb der Anlage
charakteristischen, Zustandsgrößen
- und/oder
- Warnungen / Fehlermeldungen bei nicht sinnvoller
Parameterwahl.
- Aufgelistet werden
- die statischen Drücke und die daraus resultierende
statische Kolbenkraft,
- die über ca. 90 % des Hubs konstante
Kolbengeschwindigkeit und die
Strömungsgeschwindigkeiten in den Zuleitungen,
- die daraus abgeleiteten dynamischen Drücke und die
resultierende dynamische Kolbenkraft
- sowie
- Schätzwerte für die Förderleistung und den
Wirkungsgrad.
Screenshot :
- Im HALT-Modus des Applets ( nach HALT, STEP od. RESET )
können
- mit LIM die Grenzen der Parameter zusammen mit den aktuell
eingestellten Werten aufgelistet werden.
Screenshot :
- Bei Betätigung von RESET, wenn INFO aktiviert ist,
oder bei Aktivierung von INFO direkt nach RESET
( bevor mit RUN oder STEP der Ablauf der Simulation gestartet
wurde )
- wird das Menuefeld des Parameterfensters aktiviert, das die
Modifizierung und Überprüfung von Parametern
ermöglicht.
Screenshot :
- Mit TRIEBWASSER ... kann
- eine der Parametergruppen Trieb-, Förder- und
Quellwasser angewählt werden,
- mit HÖHE PUMPE die "geodätische" Höhe der
Pumpe verändert werden, was die synchrone Änderung aller drei
Gefällehöhen ermöglicht, oder
- mit ALLE PAR DEF können alle Parameter auf die
voreingestellten Werte zurückgesetzt werden.
- Mit GEFÄLLE bis PUMPE ... kann
- einer der Parameter KOLBEN-DURCHMESSER,
GEFÄLLE bis PUMPE,
LÄNGE der ZULEITUNG und
ROHR-DURCHMESSER angewählt werden, oder
- mit K + H + L + D DEFAULT
können alle Parameter der angewählten Gruppe auf ihre
voreingestellten Werte zurückgesetzt werden.
- Mit - / + kann ein angewählter Parameterwert
- um einen zwischen 100 und 0.1 wählbaren Betrag.
verkleinert / vergrößert werden.
- ( Bei KOLBEN- und ROHR-DURCHMESSER ist die Schrittweite auf
minimal 5 [mm],
- bei LÄNGE der ZULEITUNG auf 1 [m]
begrenzt. )
- Mit DEF ( unter 100 ... ) kann
- der angewählte Parameter auf seinen voreigestellten Wert
zurückgesetzt werden.
- Bei einer Vergrößerung des Gefälles wird
- die Länge
der zugehörigen Zuleitung ggf. angepasst,
- die Länge einer Zuleitung ist minimal
- auf den aktuellen Wert des
zugehörigen Gefälles begrenzt.
- Nach jeder Änderung werden
- die aktuell eingestellten Parameterwerte aufgelistet, und
- mit CHECK PARAM können
- die daraus resultierenden statischen und dynamischen Drücke und
Kräfte berechnet, überprüft und aufgelistet werden.
- Bei Über- / Unterschreiten vorgegebener Grenzen
( z.B. Kolbengeschwindigkeit > 40 [mm/s] )
- wird eine Fehlermeldung ausgegeben und ein Start der Pumpe
verhindert.
Parameterdialog
Parameterliste
Parameterfenster
Bedienungsanleitung
Einige Maße
Erläuterungen
Inhaltsverzeichnis
Anfang
- Download -
Die für eine lokale Installation des Applets benötigten Class- und
Html-Files sind verfügbar als
zip-File und als
tar.gz-File.
Rev. 16-Okt-2011
Viel Spaß wünscht Ihnen
Fritz Keller
( ned gschempfd isch globd gnueg )
Parameterfenster
Bedienungsanleitung
Einige Maße
Erläuterungen
Inhaltsverzeichnis
Anfang