Verfahren zur Vermeidung des Pumpens von mehrstufigen Kreiselverdichtern. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung des Pumpens von mehrstufigen Kreiselverdichtern.
Bekanntlich tritt bei solchen Förder maschinen die Erscheinung des Pumpens, welches sich durch periodisches Rückwärts strömen des geförderten Mittels durch die Laufräder äussert, dann ein, wenn die För dermenge einen bestimmten Grenzwert unter schreitet. Da die dabei auftretende unregel mässige Förderung nicht erwünscht ist und ferner durch das Pumpen unzulässige Bean spruchungen und Ermüdungserscheinungen des Werkstoffes der Kreiselverdichter auf treten können, so sind schon Vorrichtungen zum Verhüten dieser Erscheinung vorgesehen worden.
Die bekannteste derselben weist ein Abblaseventil auf, das für gewöhnlich selbst tätig beim Unterschreiten der mindest zuläs sigen Fördermenge auf der Druckseite des Verdichters geöffnet wird. Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung lässt sich erreichen, dass bei zu kleinem Bedarf des geförderten Mit tels der Verdichter doch noch über der Pump- grenze arbeitet, denn die überschüssige För dermenge wird einfach ins Freie oder in die Saugleitung des Verdichters abgeblasen.
Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen. welches bei dessen Anwendung zu vermeiden ermöglicht, dass bei zu niedrigem Bedarf an Fördermenge ein Teil des Fördermittels auf der Druckseite des Verdichters ins Freie oder in die Saugleitung abgeblasen werden muss. Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wird bei mehrstufigen Kreiselverdichtern, deren Stufen in Gruppen mit mindestens einer Stufe unterteilt sind,
bei Teillastbetrieb zuerst ein Teil der Fördermenge vom Aus tritt der letzten Gruppe zum Eintritt dieser Gruppe abgeblasen, dann bei weiterer Ver minderung der Fördermenge in gleicher Weise ein Teil des Fördermittels vom Aus tritt der vorletzten Gruppe zum Eintritt der selben zurückgeführt und in derselben Weise mit zunehmender Verminderung der Förder menge nacheinander in immer mehr vorher gehenden Gruppen von dar Auslassseite nach der Einlassseite der jeweiligen Gruppe ein Teil des Fördermittels abgeblasen.
Dieses Verfahren trägt dem Umstande Rechnung, dass bei vielstufigen Kreiselver dichtern bei Abnahme der Fördermenge die letzten Stufen zuerst die Pumperscheinung auslösen. Letzteres hängt damit zusammen, dass zur Erreichung besten Wirkungsgrades die Laufräder sämtlicher Stufen unter Be rücksichtigung der Volumenabnahme, welche durch die Verdichtung des kompressiblen Fördermittels bedingt ist, bemessen werden müssen. Jede Einzelstufe würde, wenn sie allein zu arbeiten hätte, bei einem gewissen Bruchteil ihrer Normalfördermenge Pump erscheinungen ergeben.
Da aber jede Einzel stufe eine mit abnehmender Fördermenge an steigende Druckerhöhung ergibt, so wird bei einem Betrieb mit sich gleichbleibender Drehzahl beispielsweise die zweite Stufe eines Verdichters schneller die Pumpgrenze erreichen als die erste Stufe, weil bei einer Verminderung der Fördermenge die zweite Stufe nicht nur die an sich verminderte För dermenge, sondern ein nochmals verkleiner tes Fördervolumen infolge der bei Teillast betrieb erhöhten Verdichtung in der vorher gehenden Stufe erhält.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind bei spielsweise Ausführungsformen von Einrich tungen zur Ausführung des Verfahrens in vereinfachter Darstellungsweise gezeigt. An Hand derselben wird auch das erfindungs gemässe Verfahren beispielsweise erläutert.
Fig. 1 veranschaulicht die obere Hälfte eines axialen Längsschrittes durch einen dreistufigen Fliehkraftkreiselverdiehter, wo bei jede Stufe eine Gruppe bildet; Fig. 2 zeigt einen Teil eines Schnittes nach der Linie II-II der Fig. 1, und Fig. 3 zeigt zum Teil eine Ansicht und zum Teil einen axialen Längsschnitt eine Kreiselverdichters mit drei Gruppen von Stu fen und zwei Zwischenkühlern.
In Fig. 1 und 2 bezeichnen 1, 2, 3 die hintereinandergeschalteten drei Stufen eines Fliehkraftkreiselverdichters, der ein Mittel in Richtung der Pfeile A fördert. Jede Stufe bildet in diesem Falle eine "Gruppe". 4 be zeichnet einen Servomotor, dessen Kolben mit einer Stange 5 verbunden ist. An dieser sind so viele Nocken 6 angebracht, als der Verdichter Stufen aufweist. Der Stufe 1 ist ein Ventil 7 zugeordnet, welches das Abbla sen von Fördermittel von einer Stelle hinter dem Austritt der Stufe 1. in der Förderrich- tung gesehen, durch Bohrungen 8, 8Ú und 9 im Verdichtergelhäuse unmittelbar zum Ein tritt dieser Stufe 1 beherrscht.
In ähnlicher Weise beherrscht ein Ventil 10 das Abblasen von Fördermittel von einer Stelle hinter der Stufe 2 durch Bohrungen 1l, 12 und 13 im Verdiclitergehäuse unmittelbar zum Eintritt dieser Stufe 2. und ein Ventil 14 beherrscht das Abblasen von einer Stelle hinter der Stufe 3 durch Bobrungen 15, 16 und 17 im Verdichtergehäuse unmittelbar zum Eintritt dieser Stufe 3.
Die Nocken 6 sind in bezug auf die Stange 5 so angeordnet, dass bei einer Verschiebung der letzteren aus einer neutra len Lage zuerst durch Vermittlung einer Rolle 18 das Ventil 14, dann bei einer wei teren Verschiebung der Stange 5 in derselben Richtung durclh Vermittlung einer Rolle 19 das Ventil 10 und bei einer noch weiteren Verschiebung der Stange 5 in derselben schliesslich durch Vermittlung einer Rolle 20 das Ventil 7 geöffnet wird. Im wei teren bezeichnet 31 Federn, welche die Ven tile 7, 10 und 14 in der Schliesslage ztt hal ten trachten.
Der Servomotor 4 wird von einem in der Figur nielit veranschaulichten Mengenregler aus in Abhängigkeit von der tatsächlich benötigten Fördermittelmenge ge steuert.
Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung lässt sich erreichen. dass in einem bestimmten Teillastgebiet ziii- Vermeidung des Pumpens beispielsweise ntir das Ventil 14 der letzten Stufe 3 geöffnet: wird, bei weiter verminder ter Fördermenge dann das Ventil 10 und schliesslich bei noch zweiter verminderter För dermenge auch das Ventil 7 geöffnet wird.
Es ist leicht einzusehen, dass für die betref fenden verschiedenen Teillastgebiete der Lei stungsbedarf des Kreiselverdichters niedriger ausfällt, als wenn die überschüssige Förder menge in bisheriger Weise vollständig ins Freie bezw. auf den Ansaugedruek der ersten Stufe abgeblasen würde.
Als Impulsgeber für den den Servomotor 4 steuernden, nicht gezeigten Mengenregler kann ein Staugerät, z. B. eine Messdüse oder ein Venturirohr, welches in die Druckleitung des Verdichters eingesetzt ist, dienen. Eben sogut kann aber auch der Enddruck des Ver dichters als Impulsgeber verwendet werden.
Das nacheinander erfolgende Öffnen der Abblaseventile, welche den verschiedenen Verdichterstufen zugeordnet sind, kann auch hydraulisch erfolgen. In einem solchen Falle wird jedem Abblaseventil zweckmässig ein eigener Servomotorkolben zugeordnet. Die be treffenden Servomotoren können in bezug auf die zu deren Betätigung dienende Druck flüssigkeit derart hintereinandergeschaltet sein, dass das Abblaseventil der letzten Ver dichterstufe den Zutritt von Druckflüssig keit zur Betätigung des Abblaseventils der vorletzten Stufe erst freigibt, nachdem das erstgenannte Ventil vollständig geöffnet ist, und dass das Abblaseventil der nächst vor hergehenden Stufe erst betätigt werden kann, nachdem das Abblaseventil der vorletzten Stufe vollständig geöffnet worden ist.
Zweckmässig werden die Bohrungen 9, 13 und 17, durch welche der abgeblasene Teil des Fördermittels zum Eintritt der Stufe 1 bezw. 2, 3 gelangen kann, in der in Fig. 2 Für die Bohrungen 13 gezeigten Weise schräg ausgebildet, so dass die Rückführung der bei Teillastbetrieb vom Austritt einer Stufe zu deren Eintritt zurückgeführte Fördermittel- menge mit einem Drall in der Drehrichtung des Kreiselverdichters vor das betreffende Laufrad gelangt. Die Rückführung von För dermittel unter Drall im Drehsinn kann auch auf andere Art erreicht werden, so zum Bei spiel durch Anbringen von Umlenkblechen oder -schaufeln nach jeder Bohrung.
Durch diese Massnahme lässt sich erreichen, dass ge rade bei Teillastbetrieb Ablösungserscheinun gen beim Eintritt in das Laufrad, welche das sogenannte Pumpen auslösen können, bis zu einem gewissen Grade vermieden werden, da, wie aus den Geschwindigkeitsdreiecken be kanntermassen hervorgeht, bei Teillastbetrieb nur unter Eintrittsdrall stossfreier Eintritt in die Laufradschaufelung stattfinden kann. Folglich bedingt die schräge Ausbildung der Bohrungen vor dem Laufrad, dass bereits eine verhältnismässig geringe Abblasemenge die Pumpgrenze der betreffenden Stufe an sich schon heruntersetzen kann.
Diese Möglichkeit kann durch entsprechende Steuerung der sich bei Teillastbetrieb hintereinander öffnenden Abblaseventile der einzelnen. Stufen mit berücksichtigt werden, was sich in einer wei teren Ersparnis an Antriebsleistung bei Teil lastbetrieb ausdrückt.
Fig. 3 zeigt einen Fliehkraftkreiselver- dichter, bei dem die Verdichterstufen in drei Gruppen 22, 23 und 24 unterteilt sind. Die Gruppe 22 umfasst drei Stufen und die Gruppen 23 und 24 besitzen je vier Stufen. Zwischen dem Austritt der ersten Gruppe 22 und dem Eintritt der zweiten Gruppe 23 ist ein Zwischenkühler 25 und zwischen dem Austritt der zweiten Gruppe 23 und dem Eintritt der letzten Gruppe 24 ein Zwischen kühler 26 eingeschaltet. Vom Austritt des Zwischenkühlers 25 führt eine Leitung 27 zum Eintritt der Gruppe 22.
In diese Lei tung 27 ist ein Abblaseventil 28 eingebaut. Vom Austritt des Zwischenkühlers 26 führt eine Leitung 29 zum Eintritt der zweiten Gruppe 23; in diese Leitung 29 ist ein Ab blaseventil 30 eingebaut. Schliesslich führt vom Austritt 31 der dritten Gruppe 24 eine Leitung 32 zum Eintritt dieser Gruppe. In die Leitung 32 ist ein Abblaseventil 33 ein gebaut.
Die Betätigung der Abblaseventile 28; 30 und 33 erfolgt auch bei dieser Aus führung in Abhängigkeit von der vom Ver dichter geförderten Menge derart, dass bei Teillastbetrieb in nicht gezeigter Weise vor erst das Abblaseventil 33, dann bei weiterer Verminderung der Fördermenge das Abblase ventil 30 und bei nochmaliger Verminderung der Fördermenge schliesslich das Abblaseven- til 28 geöffnet wird.
Die abgeblasene Fördermittelmenge wird jeweils vom Austritt der betreffenden Gruppe, und zwar, wenn hinter dieser noch eine Zwi schenkühlung oder Nachkühlung vorgesehen ist, erst nach erfolgter Kühlung, von der Hauptströmung abgezweigt und dann zum Eintritt der betreffenden Gruppe zurückge führt.
Procedure for avoiding pumping of multistage centrifugal compressors. The invention relates to a method for avoiding the pumping of multistage centrifugal compressors.
As is known, occurs in such conveyor machines the phenomenon of pumping, which is expressed by periodic backward flow of the conveyed agent through the impellers, when the amount of För falls below a certain limit. Since the irregular promotion that occurs is undesirable and further stresses and fatigue phenomena of the material of the centrifugal compressor can occur due to the pumping, so devices have already been provided to prevent this phenomenon.
The best-known of these has a relief valve that is usually opened automatically when the flow rate falls below the minimum permissible flow rate on the pressure side of the compressor. With the help of such a device it can be achieved that the compressor still works above the surge limit if the pumped medium is not required, because the excess pumped amount is simply blown off into the open air or into the suction line of the compressor.
The purpose of the invention is to create a method of the type mentioned at the beginning. which, when used, makes it possible to avoid having to blow off part of the conveying medium on the pressure side of the compressor into the open air or into the suction line if the demand for delivery volume is too low. According to the method according to the invention, in multi-stage centrifugal compressors, the stages of which are divided into groups with at least one stage,
at partial load first part of the delivery rate occurs from the last group to the entry of this group blown off, then with further reduction in the delivery rate in the same way a part of the delivery from the exit occurs the penultimate group to the entry of the same returned and in the same way with increasing Reduction of the delivery amount one after the other in more and more preceding groups from the outlet side to the inlet side of the respective group, part of the conveying means is blown off.
This method takes into account the fact that in multi-stage centrifugal compressors, when the flow rate decreases, the last stages trigger the pumping phenomenon first. The latter is related to the fact that in order to achieve the best degree of efficiency, the impellers of all stages must be dimensioned taking into account the volume decrease which is caused by the compression of the compressible conveying means. Each individual stage, if it had to work alone, would produce pumping phenomena at a certain fraction of its normal delivery rate.
However, since each individual stage results in a pressure increase with a decreasing delivery rate, if the speed remains the same, for example, the second stage of a compressor will reach the surge limit faster than the first stage, because if the delivery rate is reduced, the second stage will not only reach the reduced delivery rate per se, but an even smaller delivery volume due to the increased compression in the previous stage during partial load operation.
In the accompanying drawings, embodiments of Einrich lines for executing the method are shown in a simplified manner in example. The method according to the invention is also explained, for example, using the same.
Fig. 1 illustrates the upper half of an axial longitudinal step through a three-stage centrifugal gyroscope, where each stage forms a group; Fig. 2 shows part of a section along the line II-II of Fig. 1, and Fig. 3 shows partly a view and partly an axial longitudinal section of a centrifugal compressor with three groups of Stu fen and two intercoolers.
In Fig. 1 and 2, 1, 2, 3 designate the three stages of a centrifugal centrifugal compressor connected in series, which promotes a medium in the direction of the arrows A. In this case, each level forms a "group". 4 is a servomotor whose piston is connected to a rod 5. As many cams 6 are attached to this as the compressor has stages. A valve 7 is assigned to stage 1, which controls the blow-off of the conveying medium from a point behind the exit of stage 1, viewed in the conveying direction, through bores 8, 8Ú and 9 in the compressor housing directly to the entrance of this stage 1.
In a similar way, a valve 10 controls the blowing off of funds from a point behind stage 2 through bores 1l, 12 and 13 in the Verdicliter housing immediately to the entry of this stage 2 and a valve 14 controls the blowing off from a point behind stage 3 through bores 15, 16 and 17 in the compressor housing directly at the entrance of this stage 3.
The cams 6 are arranged with respect to the rod 5 in such a way that when the latter is displaced from a neutral position, first through the intermediary of a roller 18, the valve 14, then with a further displacement of the rod 5 in the same direction by the intermediary of a roller 19 the valve 10 and, with a still further displacement of the rod 5 in the same, finally the valve 7 is opened by means of a roller 20. In the further denotes 31 springs which aim to keep the valves 7, 10 and 14 in the closed position.
The servomotor 4 is controlled by a flow regulator illustrated in the figure as a function of the amount of funds actually required.
With the help of the device described can be achieved. that in a certain partial load area to avoid pumping, for example, the valve 14 of the last stage 3 is opened, with a further reduced delivery rate then the valve 10 and finally with a second reduced delivery rate also the valve 7.
It is easy to see that the power requirement of the centrifugal compressor for the various partial load areas in question is lower than if the excess flow was previously completely released into the open air. on the suction pressure of the first stage would be blown off.
As a pulse generator for the servomotor 4 controlling, not shown quantity controller, a storage device such. B. a measuring nozzle or a Venturi tube, which is inserted into the pressure line of the compressor, are used. But the final pressure of the Ver poet can also be used as a pulse generator.
The successive opening of the blow-off valves, which are assigned to the various compressor stages, can also take place hydraulically. In such a case, each blow-off valve is expediently assigned its own servomotor piston. The relevant servomotors can be connected in series with respect to the pressure fluid used to actuate them, so that the blow-off valve of the last stage only releases pressure fluid to operate the blow-off valve of the penultimate stage after the first-mentioned valve is fully open, and that the blow-off valve of the next preceding stage can only be operated after the blow-off valve of the penultimate stage has been fully opened.
The holes 9, 13 and 17, through which the blown part of the conveying means to the entry of stage 1 respectively, are expedient. 2, 3, in the manner shown in FIG. 2 for the bores 13, so that the return of the conveyed amount returned during partial load operation from the exit of a stage to its entry with a twist in the direction of rotation of the centrifugal compressor in front of the relevant Impeller arrives. The return of För dermittel under twist in the direction of rotation can also be achieved in other ways, so for example by attaching deflector plates or blades after each hole.
With this measure it can be achieved that, especially during partial load operation, detachment phenomena when entering the impeller, which can trigger so-called pumping, can be avoided to a certain extent, since, as is known from the speed triangles, in partial load operation only with inlet swirl shock-free entry into the impeller blades can take place. Consequently, the inclined design of the bores in front of the impeller means that even a relatively small amount of blow-off can in itself reduce the surge limit of the stage in question.
This possibility can be achieved through appropriate control of the blow-off valves of the individual. Levels are also taken into account, which is expressed in further savings in drive power during partial load operation.
3 shows a centrifugal compressor in which the compressor stages are divided into three groups 22, 23 and 24. Group 22 has three levels and groups 23 and 24 each have four levels. An intermediate cooler 25 is connected between the exit of the first group 22 and the entry of the second group 23, and an intermediate cooler 26 is connected between the exit of the second group 23 and the entry of the last group 24. A line 27 leads from the outlet of the intercooler 25 to the inlet of the group 22.
In this Lei device 27, a relief valve 28 is installed. From the outlet of the intercooler 26, a line 29 leads to the inlet of the second group 23; In this line 29 from a blow valve 30 is installed. Finally, a line 32 leads from the exit 31 of the third group 24 to the entry of this group. In the line 32, a relief valve 33 is built.
The actuation of the relief valves 28; 30 and 33 also takes place in this embodiment, depending on the amount conveyed by the Ver denser, in such a way that during partial load operation, in a manner not shown, first the blow-off valve 33, then with a further reduction in the flow rate the blow-off valve 30 and finally when the flow rate is reduced again the blow-off valve 28 is opened.
The amount of funds blown off is branched off from the main flow from the exit of the group in question, namely, if there is an interim cooling or aftercooling behind it, only after cooling has taken place, and then leads back to the group in question.