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: DE2916490A1; DE2916490C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Betriebsverhaltens der Ventile eines Kolbenkompressors, insbesondere Höchstdruckkompressors. The invention relates to a device for monitoring the operating behavior of the valves of a piston compressor, in particular ultra-high pressure compressor.

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. For the economical operation of piston compressors, especially high pressure compressors, such as those used in process engineering systems e.g. To compress ethylene gas, the proper functioning of the valves is essential. During a working cycle of the plunger of the piston compressor, the suction valve and the pressure valve, both of which are arranged in the cylinder head, are subject to a specific movement sequence.

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. The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, with which the behavior of the valves in operation can be monitored in a simple manner with relatively little design effort.

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. According to the invention, this object is achieved in that at least one vibration sensor is arranged on or in the cylinder head of each cylinder of the piston compressor, and in the region of the crank drive of the piston compressor there is a phase sensor which detects the respective position of the crank angle and that means are provided which are based on the vibration sensor and the Address signals from the phase encoder.

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. The invention makes use of the knowledge that the movement sequence of the valves which results in normal, trouble-free operation can be plotted as a vibration curve and that, in the event of faults on the valves, deviations from this curve occur which can be detected by the means and for alarming and / or switching off of the compressor. The assignment of the phase encoder that detects the crank angle to the vibration sensor means that, in the event of a fault, it can be determined whether the suction valve and / or the pressure valve is affected, because the movement sequence of each valve is dependent on the crank angle. Faults in the valves can be noticed by knocking and / or blowing, which means valve leakage. Such beating and blowing are perfectly recognizable deviations from the normal course of the oscillation curve, so that the arrangement according to the invention enables reliable monitoring of the valves.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Some embodiments of the invention are explained in the following description with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Höchst-druckkolbenkompressoranlage mit einer Vorrichtung gemäss der Erfindung, 1 is a schematic view of part of a high-pressure piston compressor system with a device according to the invention,

Fig. 2 eine Draufsicht der Anlage nach Fig. 1, 2 is a plan view of the system of FIG. 1,

Fig. 3 einen schematischen Axialschnitt durch einen Zylinderkopf des Kolbenkompressors, 3 shows a schematic axial section through a cylinder head of the piston compressor,

Fig. 4a ein Diagramm über den zeitlichen Druckverlauf im Kompressionsraum eines Zylinders, 4a is a diagram of the pressure over time in the compression space of a cylinder,

Fig. 4b-d je ein Diagramm über Schwingungsverläufe der Ventile im Zylinderkopf und Fig. 4b-d each a diagram of the vibration profiles of the valves in the cylinder head and

Fig. 5 ein Blockschaltschema einer elektronischen Schaltung für mehrere Schwingungsaufnehmer. Fig. 5 is a block diagram of an electronic circuit for multiple vibration sensors.

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. 1 and 2, the ultra-high pressure compressor system, which is intended, for example, to compress ethylene gas to more than 2000 bar, has several - in this case four - cylinder arrangements 1, 2, 3 and 4, which are arranged next to one another and from a common crankshaft 5 are driven. The crankshaft 5 is mounted in a known manner in a crankcase 6 common to all cylinders, to which four connecting rod housings 7 are connected, in each of which a crosshead is accommodated, which establishes the connection between the connecting rod and the plunger. A cylinder 8 is connected to each push rod housing 7, in which the gas is compressed by means of the plunger. Each cylinder 8 has a cylinder head 9, in each of which a suction and pressure valve is accommodated, which is shown in more detail in FIG. 3. A phase encoder 10 is arranged on the crankcase 6 and detects the respective angular position of the crankshaft, i.e. recorded the crank angle. A vibration sensor 11, 12, 13 and 14 is provided on each cylinder head 9. The gas to be compressed is fed into the respective cylinder via an intake port 15 and leaves it via an outlet port 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. 3, the plunger 21 is guided in the cylinder 8. In the cylinder head 9, an angular channel 22 is provided on the side, through which the gas to be compressed coming from the intake port 15 is supplied to the compression space 23 in the cylinder 8. Between the channel 22 and the compression space 23, the sucking valve 26 supported on a spring 24 is provided. In addition, the cylinder head 9 has a channel 28 which leads from the compression chamber 23 to the pressure valve 29 which is supported on a spring 27. The extension of the channel 28 leads the compressed gas from the pressure valve 29 to the outlet port 16. A vibration sensor 35 is detachably attached to the flange of the outlet port 16 and detects the vibration behavior of the two valves 26 and 29.

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, the vibration sensor 35 is connected to a multiplexer 33 via a preamplifier 36. The vibration sensors of the other cylinders of the compressor are also connected to this multiplexer via a preamplifier. About the multiplexer 33 can

.5 .5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

o5 o5

3 3rd

641 907 641 907

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 successively all transducers are connected to the circuit following the multiplexer. This circuit has an amplifier 37 which is connected to a logic element 40 via a signal line 39 containing a detector 38 for the pulse duration. The detector 38 responds only to signals 5, the amplitude of which exceeds a certain limit. The logic element 40 has a second input to which the phase generator 10 is connected via a mark shifter 41, which in turn is operatively connected to the multiplexer 33. A recorder 42 is connected to the output of the logic element 40 10. The circuit also has a link 43 connected to the output of the amplifier 37, in which the envelope of the vibration detected by the respective vibration sensor is determined. The output of the element 43 is connected to an integrator 44, in which the envelope curve is integrated and the output of which is connected to a comparison element 45. The second input of the comparison element 45 is connected to a limit indicator 47 with the interposition of a delay element 46. The output of the comparator 45 20 leads to an alarm transmitter 48. A link 50 is connected via a signal line 49 to the output of the amplifier 37, which element detects the peak value of the vibrations and feeds it to a comparator 51. The second input of the comparison element 51 is connected via a delay element 52 to a limit value transmitter 53 for the peak value. The output of the comparator 51 also leads to the alarm transmitter 48. Finally, the circuit can be connected via a signal line 54 to recording devices (not shown). 30th

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. Valve vibrations occur during operation of the piston compressor, which result from the sudden movements of the closure parts of the suction and pressure valves and from the flow of the medium in the valve gaps and propagate as structure-borne noise through the cylinder head. In Fig. 4b to 4d three possible oscillation courses are shown in relation to the movement course of the plunger (Fig. 4a). Fig. 4b shows the waveform in a cylinder head with normally working valves, Fig. 4c shows the waveform of a blowing valve, i.e. a pressure valve is leaking during the suction period, and FIG. 4d shows the course of the vibration of a striking valve, that is to say, for example, the valve spring in the pressure valve is defective.

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. These vibrations are detected by the vibration pickups, which emit corresponding signals via the preamplifier 36 and the multiplexer 33 to the amplifier 37, the vibration signal of the vibration pickup 35 reaching the amplifier 37 which is connected from the multiplexer 33 to this amplifier. The signal amplified by the amplifier 37 passes to the detector 38 and to the elements 43 and 50. In the detector 38, if the amplitude of the signal is above the limit value, its pulse duration is determined and a corresponding signal is sent to the logic element 40. In logic element 40, it is determined, taking into account the signal supplied by phase generator 10, whether a valve is blowing or blowing. The assignment of the phase signal to the respective cylinder of the compressor takes place via the marker slide 41 influenced by the multiplexer 33. Blows are noticeable by a short pulse duration, for example less than 10 ms, whereas blowing has a large pulse duration, for example more than 80 ms. From the pulse durations determined in connection with the phase signal, it is then determined at which cylinder a valve is blowing or blowing, which can be read on the recorder 42.

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. For the vibration signal emitted by the amplifier 37, the envelope 43 is determined in the link 43 and the area under the envelope is integrated in the integrator 44. If this integration signal exceeds the limit signal emitted by the limit transmitter 47, a corresponding signal is forwarded to the alarm transmitter 48 via the comparator 45. The compressor can then be switched off due to such an alarm. The same can occur if the peak value of the oscillation signal coming from the amplifier 37, which is detected by the element 50, exceeds the limit value given by the limit value transmitter 53 and the comparison member 51 forwards a corresponding signal to the alarm transmitter 48.

G G

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

641 907

1.Device for monitoring the operating behavior of the valves of a piston compressor, in particular a high-pressure compressor, characterized in that at least one vibration sensor and in the area of the crank mechanism of the piston compressor a phase sensor which detects the respective position of the crank angle are arranged on or in the cylinder head of the piston compressor and that means are provided which respond to the signals emitted by the vibration sensor and the phase generator.

2. Device according to claim 1, characterized in that the means contain a detector for the pulse duration and a logic element and that the signal emitted by the vibration sensor via the detector and the signal emitted by the phase generator are connected to the logic element.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claim 2, characterized in that the output of the logic element is connected to a recording device.

4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the means include a member for determining the envelope of the signal emitted by the vibration sensor, an integrator for the determined envelope, and a comparator with limit transmitter.

5. The device according to claim 4, characterized in that an alarm transmitter and / or recording device is connected to the output of the comparison member.

6. Device according to one of claims 1, 2 or 4, characterized in that the means contain a member for detecting the peak value of the signal emitted by the vibration sensor and a comparator with limit transmitter.

7. The device according to claim 6, characterized in that an alarm transmitter and / or recording device is connected to the output of the aforementioned comparison member.