CH641907A5

CH641907A5 - Device for monitoring the operational characteristic of the valves of a piston compressor

Info

Publication number: CH641907A5
Application number: CH280879A
Authority: CH
Inventors: Konrad Scheuber; Ulrich Dr Bolleter
Original assignee: Burckhardt Ag Maschf
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1979-03-27
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE2916490C2; DE2916490A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Betriebsverhaltens der Ventile eines Kolbenkompressors, insbesondere Höchstdruckkompressors.

Für den wirtschaftlichen Betrieb von Kolbenkompressoren, insbesondere Höchstdruckkompressoren, wie sie in verfahrenstechnischen Anlagen z.B. zum Verdichten von Äthylengas verwendet werden, ist das gute Funktionieren der Ventile von entscheidender Bedeutung. Während eines Arbeitsspiels des Plungers des Kolbenkompressors unterliegen das Saugventil und das Druckventil, die beide im Zylinderkopf angeordnet sind, einem bestimmten Bewegungsablauf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der sich bei relativ geringem konstruktivem Aufwand das Verhalten der Ventile im Betrieb auf einfache Weise überwachen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass am oder im Zylinderkopf jedes Zylinders des Kolbenkompressors mindestens ein Schwingungsaufnehmer und im Bereich des Kurbeltriebes des Kolbenkompressors ein die jeweilige Lage des Kurbelwinkels erfassender Phasengeber angeordnet sind und dass Mittel vorgesehen sind, die auf die von dem Schwingungsaufnehmer und dem Phasengeber abgegebenen Signale ansprechen.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass sich der bei normalem störungsfreiem Betrieb ergebende Bewegungsablauf der Ventile als Schwingungskurve auftragen lässt und dass bei Störungen an den Ventilen Abweichungen von dieser Kurve auftreten, die sich mit den Mitteln erfassen lassen und zur Alarmgebung und/oder Abschaltung des Kompressors ausnützen lassen. Durch die Zuordnung des den Kurbelwinkel erfassenden Phasengebers zu dem Schwingungsaufnehmer wird erreicht, dass im Falle einer Störung festgestellt werden kann, ob das Saugventil und/oder das Druckventil betroffen ist, weil der Bewegungsablauf jedes Ventils vom Kurbelwinkel abhängig ist. Störungen an den Ventilen können sich durch Schlagen und/oder sogenanntes Blasen, was Undichtheit des Ventiles bedeutet, bemerkbar machen. Solches Schlagen und Blasen sind einwandfrei erkennbare Abweichungen vom Normalverlauf der Schwingungskurve, so dass mit der erfindungsgemässen Anordnung eine sichere Überwachung der Ventile möglich wird.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Höchst-druckkolbenkompressoranlage mit einer Vorrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht der Anlage nach Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Axialschnitt durch einen Zylinderkopf des Kolbenkompressors,

Fig. 4a ein Diagramm über den zeitlichen Druckverlauf im Kompressionsraum eines Zylinders,

Fig. 4b-d je ein Diagramm über Schwingungsverläufe der Ventile im Zylinderkopf und

Fig. 5 ein Blockschaltschema einer elektronischen Schaltung für mehrere Schwingungsaufnehmer.

Gemäss Fig. 1 und 2 weist die Höchstdruckkompressoran-lage, die beispielsweise zur Verdichtung von Äthylen-Gas auf mehr als 2000 bar bestimmt ist, mehrere - in diesem Fall vier - Zylinderanordnungen 1,2,3 und 4 auf, die nebeneinander angeordnet und von einer gemeinsamen Kurbelwelle 5 angetrieben sind. Die Kurbelwelle 5 ist in bekannter Weise in einem für alle Zylinder gemeinsamen Kurbelgehäuse 6 gelagert, an das sich vier Schubstangengehäuse 7 anschliessen, in denen je ein Kreuzkopf untergebracht ist, der die Verbindung zwischen der Schubstange und dem Plunger herstellt. An jedes Schubstangengehäuse 7 schliesst sich ein Zylinder 8 an, in dem das Gas mittels des Plungers verdichtet wird. Jeder Zylinder 8 weist einen Zylinderkopf 9 auf, in dem je ein Saug-und Druckventil untergebracht ist, was in Fig. 3 näher dargestellt ist. Am Kurbelgehäuse 6 ist ein Phasengeber 10 angeordnet, der die jeweilige Winkellage der Kurbelwelle, d.h. den Kurbelwinkel erfasst. An jedem Zylinderkopf 9 ist ein Schwingungsaufnehmer 11,12,13 bzw. 14 vorgesehen. Das zu verdichtende Gas wird über einen Ansaugstutzen 15 in den jeweiligen Zylinder geleitet und verlässt diesen über einen Austrittstutzen 16.

Gemäss Fig. 3 ist im Zylinder 8 der Plunger 21 geführt. Im Zylinderkopf 9 ist seitlich ein winkelförmiger Kanal 22 vorgesehen, durch den das vom Ansaugstutzen 15 kommende, zu verdichtende Gas dem Kompressionsraum 23 im Zylinder 8 zugeführt wird. Zwischen dem Kanal 22 und dem Kompressionsraum 23 ist das auf einer Feder 24 abgestützte Säugventil 26 vorgesehen. Ausserdem weist der Zylinderkopf 9 einen Kanal 28 auf, der vom Kompressionsraum 23 zum Druckventil 29 führt, das auf einer Feder 27 abgestützt ist. Die Verlängerung des Kanals 28 führt das verdichtete Gas vom Druckventil 29 zum Austrittstutzen 16. Am Flansch des Austrittstutzens 16 ist ein Schwingungsaufnehmer 35 lösbar befestigt, der das Schwingungsverhalten der beiden Ventile 26 und 29 erfasst.

Gemäss Fig. 5 ist der Schwingungsaufnehmer 35 über einen Vorverstärker 36 mit einem Multiplexer 33 verbunden. Auf diesen Multiplexer sind ausserdem die Schwingungsaufnehmer der übrigen Zylinder des Kompressors über je einen Vorverstärker geschaltet. Über den Multiplexer 33 können

.5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

o5

3

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nacheinander alle Aufnehmer an die dem Multiplexer folgende Schaltung angeschlossen werden. Diese Schaltung weist einen Verstärker 37 auf, der über eine einen Detektor 38 für die Pulsdauer enthaltende Signalleitung 39 auf ein Logikglied 40 geschaltet ist. Der Detektor 38 spricht nur auf Signale 5 an, deren Amplitude einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Das Logikglied 40 weist einen zweiten Eingang auf, auf den der Phasengeber 10 über einen Markenschieber 41 geschaltet ist, der seinerseits mit dem Multiplexer 33 in Wirkungsverbindung steht. An den Ausgang des Logikgliedes 40 10 ist ein Schreiber 42 angeschlossen. Die Schaltung weist ferner ein an den Ausgang des Verstärkers 37 angeschlossenes Glied 43 auf, in dem die Hüllkurve der vom jeweiligen Schwingungsaufnehmer erfassten Schwingung ermittelt wird. Der Ausgang des Gliedes 43 ist mit einem Integrator 44 verbun- 15 den, in dem die Integration der Hüllkurve stattfindet und dessen Ausgang auf ein Vergleichsorgan 45 geschaltet ist. Der zweite Eingang des Vergleichsorgans 45 ist unter Zwischenschaltung eines Verzögerungsgliedes 46 mit einem Grenzwertgeber 47 verbunden. Der Ausgang des Vergleichsorgans 45 20 führt zu einem Alarmgeber 48. Über eine Signalleitung 49 ist an den Ausgang des Verstärkers 37 ein Glied 50 angeschlossen, das jeweils den Spitzenwert der Schwingungen erfasst und einem Vergleichsorgan 51 zuführt. Der zweite Einang des Vergleichsorgans 51 ist über ein Verzögerungsglied 52 mit 23 einem Grenzwertgeber 53 für den Spitzenwert verbunden. Der Ausgang des Vergleichorgans 51 führt ebenfalls zum Alarmgeber 48. Schliesslich kann die Schaltung über eine Signalleitung 54 mit nicht dargestellten Registriergeräten verbunden sein. 30

Im Betrieb des Kolbenkompressors entstehen Ventilschwingungen, die von den schlagartigen Bewegungen der Verschlussteile der Saug- und Druckventile sowie von der Strömung des Mediums in den Ventilspalten herrühren und sich als Körperschall durch den Zylinderkopf fortpflanzen. In 35 Fig. 4b bis 4d sind drei mögliche Schwingungsverläufe in Beziehung zum Bewegungsablauf des Plungers (Fig. 4a) dargestellt. Fig. 4b zeigt den Schwingungsverlauf in einem Zylinderkopf mit normal arbeitenden Ventilen, Fig. 4c den Schwingungsverlauf eines blasenden Ventiles, d.h. ein Druckventil ist während der Saugperiode undicht, und Fig. 4d den Schwi-nungsverlauf eines schlagenden Ventiles, das heisst zum Beispiel die Ventilfeder im Druckventil ist defekt.

Diese Schwingungen werden von den Schwingungsaufnehmern erfasst, die entsprechende Signale über den Vorverstärker 36 und den Multiplexer 33 an den Verstärker 37 abgeben, wobei also jeweils das Schwingungssignal desjenigen Schwingungsaufnehmers 35 zum Verstärker 37 gelangt, das vom Multiplexer 33 auf diesen Verstärker geschaltet ist. Das vom Verstärker 37 verstärkte Signal gelangt zum Detektor 38, sowie zu den Gliedern 43 und 50. Im Detektor 38 wird bei über dem Grenzwert liegender Amplitude des Signals dessen Pulsdauer ermittelt und ein entsprechendes Signal zum Logikglied 40 geleitet. Im Logikglied 40 wird unter Berücksichtigung des vom Phasengeber 10 zugeführten Signals festgestellt, ob ein Ventil schlägt oder bläst. Über den vom Multiplexer 33 beeinflussten Markenschieber 41 findet die Zuordnung des Phasensignals zum jeweiligen Zylinder des Kompressors statt. Schläge machen sich durch eine kurze Pulsdauer, beispielsweise kleiner als 10 ms, bemerkbar, wogegen beim Blasen eine grosse Pulsdauer, beispielsweise mehr als 80 ms, auftritt. Aus den ermittelten Pulsdauern in Verbindung mit dem Phasensignal wird dann ermittelt, an welchem Zylinder ein Ventil schlägt oder bläst, was am Schreiber 42 abzulesen ist.

Für das vom Verstärker 37 abgegebene Schwingungssignal wird im Glied 43 die Hüllkurve ermittelt und im Integrator 44 die Fläche unter der Hüllkurve integriert. Wenn dieses Integrationssignal das vom Grenzwertgeber 47 abgegebene Grenzwertsignal übersteigt, so wird über das Vergleichsorgan 45 ein entsprechendes Signal zum Alarmgeber 48 weitergeleitet. Aufgrund eines solchen Alarms kann dann der Kompressor abgeschaltet werden. Das gleiche kann eintreten, wenn der Spitzenwert des vom Verstärker 37 kommenden Schwingungssignals, der vom Glied 50 erfasst wird, den vom Grenzwertgeber 53 abgegebenen Grenzwert übersteigt und das Vergleichsorgan 51 ein entsprechendes Signal zum Alarmgeber 48 weiterleitet.

G

4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zum Überwachen des Betriebsverhaltens der Ventile eines Kolbenkompressors, insbesondere Höchst-druckkompressors, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Zylinderkopf jedes Zylinders des Kolbenkompressors mindestens ein Schwingungsaufnehmer und im Bereich des Kurbeltriebes des Kolbenkompressors ein die jeweilige Lage des Kurbelwinkels erfassender Phasengeber angeordnet sind und dass Mittel vorgesehen sind, die auf die von dem Schwingungsaufnehmer und dem Phasengeber abgegebenen Signale ansprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Detektor für die Pulsdauer sowie ein Logikglied enthalten und dass das vom Schwingungsaufnehmer abgegebene Signal über den Detektor und das vom Phasengeber abgegebenen Signal auf das Logikglied geschaltet sind.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Logikgliedes an ein Registriergerät angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein Glied zum Ermitteln der Hüllkurve des vom Schwingungsaufnehmer abgegebenen Signals, einen Integrator für die ermittelte Hüllkurve, sowie ein Vergleichsorgan mit Grenzwertgeber enthalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Vergleichsorgans ein Alarmgeber und/ oder Registriergerät angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein Glied zum Erfassen des Spitzenwertes des vom Schwingungsaufnehmer abgegebenen Signals sowie ein Vergleichsorgan mit Grenzwertgeber enthalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des vorgenannten Vergleichsorgans ein Alarmgeber und/oder Registriergerät angeschlossen ist.