CH91668A - Method and device on centrifugal compressors to prevent the flow rate fluctuating. - Google Patents

Method and device on centrifugal compressors to prevent the flow rate fluctuating.

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CH91668A
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Cie Aktiengesellschaft Boveri
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Bbc Brown Boveri & Cie
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
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    • F04D27/0246Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
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Description

  

  Verfahren und Einrichtung an Kreiselverdichtern zur Verhütung des Pendelns  der Fördermenge.    Man ist von jeher bestrebt gewesen, das  Pendeln der Fördermenge bei Gebläsen und  Kompressoren durch passende     Massnahmen     zu bekämpfen. Bis dahin haben zu diesem  Zweck Auspuffventile nach     Rateau,    sowie  Drosselvorrichtungen im Saugstutzen Anwen  dung gefunden.  



  Die Drosselverfahren haben aber den  Nachteil, dass für alle Räder, für welche die       Druckvolumenkurve    im     Pendelungsgebiet    eine       Knickung    oder eine Unstetigkeit aufweist,  eine sehr starke Drosselung zur Verhütung  des Pendelns erforderlich ist. Da aber die  Drosselung einen Arbeitsverlust darstellt,  so entsteht dadurch ein verhältnismässig  kleiner Enddruck und schlechter Wirkungs  grad. Die hieraus sich ergebenden Verhält  nisse sind aus den in     Fig.    1 dargestellten  Kurven zu ersehen.

   Kurve a ist die Druck  volumenkurve des     ungedrosselten    Verdichters,  a' ist die Fortsetzung dieser Kurve im Be  reich der     Pendelungen.    Der Verlauf dieses  Teiles a' der Kurve ist aus den entsprechen  den Kurven für Wasserpumpen bekannt. Durch  direkte Messung kann dieser Teil der Kurve  wegen der in diesem Gebiet     auftretenden            Pendelungen    nicht bestimmt werden. Seine  Werte lassen sich aber aus denen der Kurven       ai        a9        a3    usw., unter Berücksichtigung der  Drosselung und dem erreichbaren Druckver  hältnis ausrechnen.

   Es zeigt sich, dass viele  Räder nach einer Kurve     ci    arbeiten, welche  eine Unstetigkeit aufweist; diese     Knickung     tritt auch noch im entsprechenden Teil der  Kurven     ai        a2        a3    für Betrieb mit Drosselung  hervor. Um nun     Pendelungen    zu verhüten,  muss die Drosselung so weit getrieben werden,  dass der Druck     1)    bei abnehmender Förder  menge im     Knickungspunkt    immer noch zu  nimmt. Der hieraus sich ergebende Verlauf  für die     Grenzkurve,    über welche hinaus ein  Pendeln der Fördermenge sich einstellt, ist  durch die Kurve G dargestellt.

   Die Kurve d  zeigt den Verlauf der zur Vermeidung der       Pendelungen    erforderlichen     kleinsten    Drosse  lung. Infolge dieser Drosselung wird die  ideelle     Wirkung$gradkurve        ig    auf     rJG    herab  gedrückt.  



  Vorliegende Erfindung ermöglicht,     Pende-          lungen    der Fördermenge bei Kreiselverdich  tern zu vermeiden, ohne dass der Wirkungsgrad  durch Drosselung wesentlich vermindert wird.      Dies wird dadurch erreicht, dass bei Förder  mengen, die unterhalb der kritischen liegen,  die freien     Durchtrittsöffnungen    der     Leitkanäle     mit abnehmender Fördermenge verkleinert  und mit zunehmender Fördermenge vergrössert  werden. In den Kurven nach     Fig.2    sind  die Vorgänge veranschaulicht, welche bei  Anwendung dieses Verfahrens sich einstellen.

    Kurve a. ist normale     Druckvolumenkurve.    Ihre  durch Rechnung bestimmte Verlängerung mit  dem     Saugdrosselverfahren    ist     a'        #        a",    dagegen  ist die umhüllende Kurve, die durch stetige  Verkleinerung der     Durchtrittsöffnungen    bei  beweglichen Leitapparaten tatsächlich erreicht  werden kann und zum Vergleich auch in       Fig.    1 eingetragen ist. Die Kurven     ai   <I>a2 a3</I>  sind     Druckvolumenkurven    für drei verschie  dene Stellungen der Leitapparate.

   Aus dem  Verlauf der entsprechenden Wirkungsgrad  kurven     9i    r2 r, ist ersichtlich, dass es sich  hier nicht bloss um das äusserliche Merkmal  einer Verlegung der Drosselung vom Saug  stutzen in den Leitapparat handelt, sondern  dass dadurch gleichzeitig die     innern    Strö  mungsverhältnisse im Verdichter eine wesent  liche Änderung erfahren haben.

   In der Tat  weisen die Kurven des Wirkungsgrades     r,     <I>r2</I>     ij@    höhere     3taximalwerte    auf als die aus  Berechnung und Messung abgeleiteten Wir  kungsgradkurven     ri   <I>r2</I> r3 für den Betrieb mit  Drosselung im Saugstutzen und es können  diese Kurven durch eine     Grenzkurve    r" um  hüllt werden, welche den geometrischen Ort  der maximal möglichen Wirkungsgrade dar  stellt.

   Ausserdem ergibt sich aus einem Ver  gleich der mit dem vorliegenden Verfahren  erreichbaren Kurve     a"    nach     Fig.    2 mit der  beim     Saugdrosselverfahren    einzuhaltenden  Grenzkurve G nach     Fig.    1, dass das neue  Verfahren gegenüber dem bis dahin für diesen  Zweck verwendeten     Saugdrosselverfahren    nicht  allein den Vorteil eines höheren Wirkungs  grades bietet, sondern auch einen wesentlich  höheren Druck erreichen lässt als jenes.  



  Das Verfahren gemäss vorliegender Erfin  dung lässt sich     ebensowohl    bei Kreiselverdich  tern mit einer einzigen Stufe als auch bei  solchen mit mehreren Stufen     verwenden.    Im    letzteren Falle kann die Veränderung der       Durchtrittsöffnungen    bei einigen oder bei allen  Stufen vorgenommen werden.  



  Zur Ausübung des Verfahrens werden die  Leitschaufeln verstellbar angeordnet, derart,  dass bei ihrer Verstellung eine Änderung der  durch sie begrenzten     Durchströmungsquer-          schnitte    eintritt. Diese Verstellung kann von  Hand oder selbsttätig erfolgen. Die selbst  tätige Einstellung kann durch Einrichtungen  bewirkt werden, welche unter dem Einfluss  des Druckes oder der Menge des geförderten  Mediums sich verstellen oder unter dem Ein  fluss beider Grössen.  



  In beispielsweiser Ausführung ist eine  Einrichtung zur     Ausübung    des     Verfahrens     nach vorliegender Erfindung in     Fig.    3 sche  matisch dargestellt. Die Verstellung der  Leitschaufeln erfolgt hier selbsttätig unter  der gleichzeitigen Einwirkung des Druckes  und der Menge des geförderten Mittels.  



  Die um die Drehpunkte B schwenkbaren  Leitschaufeln A werden mit Hilfe eines  drehbaren Kranzes C, an welchen dieselben       angelenkt    sind; verstellt. Die Drehung des  Kranzes C erfolgt vom Kolben F aus, welcher  über den dreiarmigen Winkelhebel ; mit den  Stangen D an dem Kranz C angreift. Der  Kolben F steht einerseits unter der Einwir  kung einer Feder G, anderseits unter der  eines Druckes     IH,    welcher von der Druck  leitung     K    aus durch die Blende     t7    je nach  der Stellung des     Ausflussventiles    L im Raum  hinter dem Kolben F sich einstellt.

   Das       Ausflussventil    L steht seinerseits unter der  Einwirkung einer Feder     l71    und zweier Kolben  N und 0, von denen der eine, N, die Feder  kraft unterstützt und mit zunehmender Menge  des geförderten Mittels das     Ausflussventil    L  schliesst, der andere, 0, entsprechend dem  Druck des Fördermittels auf     Öffnen    des Ven  tilgis L wirkt.  



  Je nach der Bemessung der Feder     11,1    und  der Kolben N und 0 lässt sich eine selbst  tätige Einstellung der Leitschaufeln A erzielen,  in der Weise, dass die erreichte     Druckvolu-          menkurve    nach Bedarf geändert werden kann.  Arbeitet man zum Beispiel nur mit dem      Druckkolben O und der Feder     M,    so kann       auf    konstanten Druck geregelt werden (siehe       Fig.    5). Durch die Kombination aller drei  Kräfte kann längs der nach links sinkenden  unteren Kurve f     (Fig.    4) geregelt werden.



  Method and device on centrifugal compressors to prevent the flow rate fluctuating. Efforts have always been made to combat fluctuations in the flow rate in blowers and compressors by taking appropriate measures. Until then, exhaust valves according to Rateau and throttle devices in the suction nozzle have been used for this purpose.



  However, the throttling methods have the disadvantage that a very strong throttling is required to prevent oscillation for all wheels for which the pressure volume curve has a kink or discontinuity in the oscillation area. However, since the throttling represents a loss of work, it results in a relatively small final pressure and poor efficiency. The resulting ratios can be seen from the curves shown in FIG.

   Curve a is the pressure volume curve of the unthrottled compressor, a 'is the continuation of this curve in the area of the oscillations. The course of this part a 'of the curve is known from the corresponding curves for water pumps. This part of the curve cannot be determined by direct measurement because of the oscillations occurring in this area. Its values can be calculated from those of the curves ai a9 a3 etc., taking into account the throttling and the achievable pressure ratio.

   It turns out that many wheels work according to a curve ci, which has a discontinuity; this kink also appears in the corresponding part of the curves ai a2 a3 for operation with throttling. In order to prevent oscillations, the throttling must be driven so far that the pressure 1) still increases with decreasing delivery rate at the inflection point. The curve resulting from this for the limit curve, beyond which the delivery rate oscillates, is shown by curve G.

   The curve d shows the course of the smallest Drosse development required to avoid the oscillations. As a result of this throttling, the ideal effect ig is reduced to rJG.



  The present invention makes it possible to avoid fluctuations in the delivery rate in centrifugal compressors without the efficiency being significantly reduced by throttling. This is achieved by the fact that in the case of delivery quantities that are below the critical, the free passage openings of the guide channels are reduced in size as the delivery rate decreases and are increased as the delivery rate increases. The curves according to FIG. 2 illustrate the processes which occur when this method is used.

    Curve a. is normal print volume curve. Its lengthening determined by calculation with the suction throttle method is a '# a ", on the other hand the enveloping curve which can actually be achieved by steadily reducing the size of the passage openings in movable diffusers and is also shown in FIG. 1 for comparison > a2 a3 </I> are pressure volume curves for three different positions of the guide vanes.

   From the course of the corresponding efficiency curves 9i r2 r, it can be seen that this is not just the external feature of relocating the throttling from the suction nozzle to the diffuser, but that at the same time the internal flow conditions in the compressor are a significant change have experienced.

   In fact, the efficiency curves r, <I> r2 </I> ij @ have higher maximum values than the efficiency curves ri <I> r2 </I> r3 derived from calculation and measurement for operation with throttling in the suction nozzle and these curves can be enveloped by a limit curve r ″, which represents the geometric location of the maximum possible efficiency.

   In addition, a comparison between the curve a ″ according to FIG. 2 that can be achieved with the present method and the limit curve G according to FIG. 1 to be observed in the suction throttle method shows that the new method does not only have the advantage of a suction throttle method compared to the suction throttle method used up until then offers a higher degree of effectiveness, but also allows a much higher pressure to be achieved than that.



  The method according to the present invention can be used both in centrifugal compressors with a single stage and in those with several stages. In the latter case, the passage openings can be changed in some or in all stages.



  To carry out the method, the guide vanes are arranged to be adjustable in such a way that when they are adjusted, a change in the throughflow cross-sections that they delimit occurs. This adjustment can be done manually or automatically. The automatic adjustment can be brought about by devices which adjust themselves under the influence of the pressure or the amount of the conveyed medium or under the influence of both variables.



  In an exemplary embodiment, a device for performing the method according to the present invention in Fig. 3 is shown cally. The guide vanes are adjusted automatically under the simultaneous effect of the pressure and the amount of the conveyed medium.



  The guide vanes A, which can be pivoted about the pivot points B, are made with the aid of a rotatable ring C to which they are articulated; adjusted. The rotation of the ring C takes place from the piston F, which via the three-armed angle lever; engages with the rods D on the rim C. The piston F is on the one hand under the influence of a spring G, on the other hand under a pressure IH, which is set from the pressure line K through the orifice t7 depending on the position of the outflow valve L in the space behind the piston F.

   The outflow valve L is in turn under the action of a spring 171 and two pistons N and 0, one of which, N, supports the spring force and closes the outflow valve L as the amount of the conveyed medium increases, the other, 0, according to the pressure of the Funding acts on opening the Ven tilgis L.



  Depending on the dimensioning of the spring 11, 1 and the pistons N and 0, an automatic adjustment of the guide vanes A can be achieved in such a way that the pressure volume curve achieved can be changed as required. If, for example, you only work with the pressure piston O and the spring M, you can regulate to constant pressure (see Fig. 5). By combining all three forces, control can be carried out along the lower curve f (FIG. 4), which drops to the left.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH 1: Verfahren zur Verhütung des Pendelns der Fördermenge bei Kreiselverdichtern, da durch gekennzeichnet, dass bei Fördermengen unterhalb der kritischen die freien Durch trittsöffnungen der Leitkanäle bei abnehmen der Fördermenge verkleinert, bei zunehmender Fördermenge vergrössert werden. PATENTANSPRUCH II: Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass die Leitschaufeln des Kreiselver dichters verstellbar eingerichtet werden. UNTERANSPRüCHE: 1. PATENT CLAIM 1: A method for preventing the flow rate fluctuating in centrifugal compressors, characterized in that with flow rates below the critical, the free through openings of the guide channels are reduced when the flow rate decreases and are increased as the flow rate increases. Claim II: device for performing the method according to claim I, characterized in that the guide vanes of the rotary compressor are set up adjustable. SUBCLAIMS: 1. Verfahren nach Patentanspruch I für mehr stufige Kreiselverdichter, dadurch gekenn- zeichnet, dass für Fördermengen unterhalb der kritischen die freien Durehtrittsöffnun- gen der Leitkanäle bei wenigstens einem Teil der Stufen mit abnehmender Förder menge vergrössert werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleinerung, beziehungsweise Vergrösserung der freien Durchtrittsöffriungen der Leitkanäle selbst tätig erfolgt. 3. Method according to patent claim I for multi-stage centrifugal compressors, characterized in that, for delivery rates below the critical one, the free passage openings of the guide channels in at least some of the stages are enlarged as the delivery rate decreases. 2. The method according to claim I, characterized in that the reduction or enlargement of the free passage openings of the guide channels takes place actively. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da[;', die selbsttätige Ein stellung der freien Durchtrittsöffnungen der Leitkanäle unter dem Einfluss des Förder- druckes erfolgt. 4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die selbsttätige Ein stellung der freien Durchtrittsöffnungen der Leitkanüle unter dem gleichzeitigen Einfluss des Förderdruckes und der Förder menge erfolgt. Method according to dependent claim 2, characterized in that the automatic adjustment of the free passage openings of the guide channels takes place under the influence of the delivery pressure. 4. The method according to dependent claim 2, characterized in that the automatic A position of the free passage openings of the guide cannula takes place under the simultaneous influence of the delivery pressure and the delivery amount.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0148101A1 (en) * 1983-12-19 1985-07-10 Carrier Corporation Method and apparatus for the control of a centrifugal compressor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0148101A1 (en) * 1983-12-19 1985-07-10 Carrier Corporation Method and apparatus for the control of a centrifugal compressor

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