DE10002293B4

DE10002293B4 - Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter

Info

Publication number: DE10002293B4
Application number: DE10002293.6A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Burandt Bodo; Dipl.-Ing. Ulbrich Günter
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: DE10002293A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter zur Verdichtung von Wasserdampf in Kälteanlagen mit Wasser als Kältemittel, gemäß DE 199 33 202.9, wobei – in einem in seiner Größe einstellbaren ersten Zeitintervall (T1) der Mittelwert des Kondensatordruckes (PK) errechnet wird, – durch Addition bzw. Subtraktion eines wählbaren Toleranzwertes von diesem Mittelwert eine obere Toleranzgrenze (MO) und ein untere Toleranzgrenze (MU) gebildet wird, – im nächstfolgenden ersten Zeitintervall (T1) der Mittelwertbildung periodisch mit einem zweiten Zeitintervall (T2), wobei das zweite Zeitintervall (T2) wesentlich kleiner als das erste Zeitintervall (T1) ist, geprüft wird, wie viele Überschreitungen der oberen Toleranzgrenze (MO) oder Unterschreitungen der unteren Toleranzgrenze (MU) im ersten Zeitintervall (T1) auftreten, – wenn der ermittelte Wert, der der Summe der Überschreitungen der oberen Toleranzgrenze (MO) und der Unterschreitungen der unteren Toleranzgrenze (MU) entspricht, eine vorgegebene, einstellbare Größe überschreitet, dies als Abrissverhalten definiert wird, und jedes in einem ersten Zeitintervall (T1) erkannte Abrissverhalten in einem rücksetzbaren Speicher abgelegt wird, – in einem Zeittakt (T3), der ein Vielfaches vom ersten Zeitintervall (T1) beträgt, eine periodische Abfrage des rücksetzbaren Speichers erfolgt, und, wenn in mindestens einem der ersten Zeitintervalle (T1), die im Zeittakt (T3) liegen, ein Abrissverhalten erkannt wird, zum aktuellen Steuerwort ein definierter positiver Wert addiert wird, wodurch ein neues Steuerwort gewählt wird, das für ein höheres Druckverhältnis π und/oder einen höheren Volumenstrom V. steht und in dem eine neue Drehzahlkombination hinterlegt ist, und geprüft wird, ob es sich um ein zulässiges Steuerwort oder ein verbotenes Steuerwort, das einen verbotenen Bereich des Verdichterkennlinienfelds kennzeichnet, handelt, wobei, falls es sich um ein zulässiges Steuerwort mit einer zulässigen Drehzahlkombination handelt, diese Drehzahlkombination eingestellt wird, und – falls es sich beim neuen Steuerwort um ein verbotenes Steuerwort handelt, für alle übrigen Steuerworte, die bezüglich des aktuellen Steuerworts für höhere Druckverhältnissse π und/oder höhere Volumenströme V. stehen, überprüft wird, ob diese zulässig sind, und, falls ein zulässiges Steuerwort gefunden wird, die in diesem Steuerwort hinterlegte Drehzahlkombination eingestellt wird, ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter, vorzugsweise von zweistufigen Turboverdichtern für die Verdichtung von Wasserdampf beim Einsatz von Wasser als Kältemittel, gemäß DE 199 33 202 , mit dem ein energieoptimierter Betrieb bei gleichzeitiger Überwachung der Pump- und Stopfgrenzen erfolgen soll.
Der Betrieb mehrstufiger Verdichter ist dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der gesamten Kälteanlage die Drehzahlen der einzelnen Stufen in den einzelnen Arbeitspunkten in einem bestimmten Verhältnis stehen müssen. Dies ist notwendig, um einerseits die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten, indem Pump- oder Stopfbetrieb vermieden werden. Andererseits soll ein möglichst günstiger Wirkungsgrad erreicht werden. Die Ermittlung der jeweiligen Drehzahlen erfolgt aus komplexen, nichtlinearen, mathematischen Beziehungen und erfordert hohe Rechnerzeiten bzw. wird bei Steuerung der Anlage mittels PC im erweiterten Sinne beim „Absturz” des Rechners zum Sicherheitsrisiko.
Aus der DE 42 02 226 C2 ist ein Verfahren zur Überwachung eines mehrstufigen, zwischengekühlten Turboverdichters bekannt, bei dem die Ansaugtemperatur am Eintritt in eine erste Verdichterstufe des Turboverdichters sowie die Rückkühltemperaturen jeweils nach der Zwischenkühlung gemessen, die Temperaturmeßwerte einer Kontrolleinrichtung mit Datenspeicher zugeführt und die Temperaturdifferenzen von einer vorgegebenen Referenztemperatur ermittelt werden. Außerdem werden der eintrittsseitige Druck und der austrittsseitige Druck sowie der Volumenstrom gemessen und die Meßwerte der Kontrolleinrichtung zugeführt. In der Kontrolleinrichtung werden die Meßwerte mit einer abgespeicherten Pumpgrenzfunktion und den sich daraus ergebenden Pumpgrenzen verglichen. Bei Annäherung an die Pumpgrenze wird ein Warnsignal bzw. ein Steuersignal zum Öffnen eines Absperrventils in einer druckseitig angeordneten Abblasleitung oder in einer Druckund Saugseite des Verdichters verbindenden Umwälzleitung abgegeben.
In DE 197 18 092 A1 ist ein Verfahren zur Verdichtung eines Gases bei anfänglich niedriger Temperatur und niedrigem Druck beschrieben, bei welchem mehrere Turboverdichter in Reihe montiert und so ausgelegt sind, daß sie jeweils entsprechend und aufeinanderfolgend Verdichtungsverhältnisse für einen gleichen Nennmassenstrom des Gases liefern.
Dazu wird die Arbeitsweise der Turboverdichter reguliert, um ein gesamtes Nennverdichtungsverhältnis für einen Gas-Massenstrom, der etwa gleich dem Nennmassenstrom ist, zu gewährleisten. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und nicht für Turboverdichter für Wasserdampf geeignet.
Bei dem Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter gemäß DE 199 33 202 kann es vorkommen, daß instabile Betriebszustände auftreten, so daß ein ständiger Wechsel von Pump- und Stopfbetrieb auftritt, der sich in einem Schwanken des Kondensatordruckes mit einer Frequenz im Bereich von ca. 0,5...5 Hz äußert. Damit ändert sich der eigentlich zu erwartende Wert von z. B. 15 mbar aperiodisch um ca. 0,2 mbar. Diese Schwankungen überlagern sich gegebenenfalls mit einer kontinuierlichen Veränderung des Kondensatordruckes durch Veränderung des Arbeitspunktes der Anlage.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorsteht beschriebenen Nachteile zu beseitigen und die damit verbundenen negativen Auswirkungen, wie erhöhter Schaufelverschleiß, erhöhte Lagerbelastung durch erhöhte Schwingwege in den Lagern und eine schwankende Stromaufnahme des Motors und damit verbunden, erhöhte Oberwellenbelastung der Maschine und des Netzes zu verringern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst, indem in einem in seiner Größe einstellbaren Zeitintervall T1 der Mittelwert des Kondensatordruckes errechnet wird. Durch Addition bzw. Subtraktion eines wählbaren Toleranzwertes wird ein oberer bzw. unterer Wert gebildet. Im nächstfolgenden Zeitintervall der Mittelwertbildung wird periodisch mit einem wesentlich kleineren Zeitintervall T2 geprüft, wie viele Über- bzw. Unterschreitungen des Toleranzwertes auftreten. Überschreitet der ermittelte Wert eine vorgegebene, einstellbare Größe, wird dieses als Abrißverhalten definiert und entsprechende Gegenmaßnahmen in folgender Form eingeleitet:
Unabhängig vom Regelvorgang wird in einem bedeutend größerem Zeitintervall T3 abgefragt, ob Abrißverhalten vorliegt. Ist dieses der Fall, so wird zum Steuerwort ein definierter Betrag addiert und geprüft, ob sich hiermit eine mögliche Drehzahlpaarung ergibt. Ist dies der Fall, werden diese Drehzahlen eingestellt. Ansonsten werden weitere mögliche Drehzahlpaarungen geprüft. Wird keine geeignete Paarung gefunden, wird der Satz abgeschaltet.
An folgenden Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert:
In 1 wird der Verlauf des Kondensatordruckes P_K mit den auftretenden Schwankungen dargestellt.
2 zeigt die daraus erfindungsgemäß abgeleitete Mittelwertbildung M, einschließlich der oberen Grenzwerte M_O und unteren Grenzwerte M_U.

Claims

Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter zur Verdichtung von Wasserdampf in Kälteanlagen mit Wasser als Kältemittel, gemäß DE 199 33 202.9, wobei – in einem in seiner Größe einstellbaren ersten Zeitintervall (T1) der Mittelwert des Kondensatordruckes (P_K) errechnet wird, – durch Addition bzw. Subtraktion eines wählbaren Toleranzwertes von diesem Mittelwert eine obere Toleranzgrenze (M_O) und ein untere Toleranzgrenze (M_U) gebildet wird, – im nächstfolgenden ersten Zeitintervall (T1) der Mittelwertbildung periodisch mit einem zweiten Zeitintervall (T2), wobei das zweite Zeitintervall (T2) wesentlich kleiner als das erste Zeitintervall (T1) ist, geprüft wird, wie viele Überschreitungen der oberen Toleranzgrenze (M_O) oder Unterschreitungen der unteren Toleranzgrenze (M_U) im ersten Zeitintervall (T1) auftreten, – wenn der ermittelte Wert, der der Summe der Überschreitungen der oberen Toleranzgrenze (M_O) und der Unterschreitungen der unteren Toleranzgrenze (M_U) entspricht, eine vorgegebene, einstellbare Größe überschreitet, dies als Abrissverhalten definiert wird, und jedes in einem ersten Zeitintervall (T1) erkannte Abrissverhalten in einem rücksetzbaren Speicher abgelegt wird, – in einem Zeittakt (T3), der ein Vielfaches vom ersten Zeitintervall (T1) beträgt, eine periodische Abfrage des rücksetzbaren Speichers erfolgt, und, wenn in mindestens einem der ersten Zeitintervalle (T1), die im Zeittakt (T3) liegen, ein Abrissverhalten erkannt wird, zum aktuellen Steuerwort ein definierter positiver Wert addiert wird, wodurch ein neues Steuerwort gewählt wird, das für ein höheres Druckverhältnis π und/oder einen höheren Volumenstrom V . steht und in dem eine neue Drehzahlkombination hinterlegt ist, und geprüft wird, ob es sich um ein zulässiges Steuerwort oder ein verbotenes Steuerwort, das einen verbotenen Bereich des Verdichterkennlinienfelds kennzeichnet, handelt, wobei, falls es sich um ein zulässiges Steuerwort mit einer zulässigen Drehzahlkombination handelt, diese Drehzahlkombination eingestellt wird, und – falls es sich beim neuen Steuerwort um ein verbotenes Steuerwort handelt, für alle übrigen Steuerworte, die bezüglich des aktuellen Steuerworts für höhere Druckverhältnissse π und/oder höhere Volumenströme V . stehen, überprüft wird, ob diese zulässig sind, und, falls ein zulässiges Steuerwort gefunden wird, die in diesem Steuerwort hinterlegte Drehzahlkombination eingestellt wird, – falls kein zulässiges neues Steuerwort gefunden wird, das für höhere Druckverhältnissse π und/oder höhere Volumenströme V . steht, der mehrstufige Verdichter abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Zeitintervall (T1, T2), der Zeittakt (T3), die untere sowie die obere Toleranzgrenze (M_O, M_U) und die minimale Anzahl der Überschreitungen der oberen Toleranzgrenze (M_O) oder Unterschreitungen der unteren Toleranzgrenze (M_U), die als Abrissverhalten definiert ist, anlagentypisch eingestellt werden.