DE1009927B

DE1009927B - Method for determining and obtaining the operating point of the best efficiency in a flow machine with flow of the conveying means through a spiral

Info

Publication number: DE1009927B
Application number: DED16956A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Pfau
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1954-02-06
Filing date: 1954-02-06
Publication date: 1957-06-06

Description

Verfahren zur Bestimmung und Erlangung des Betriebspunktes besten Wirkungsgrades bei einer Strömungs -Arbeitsmaschine mit Abströmung des Fördermittels durch eine Spirale Im allgemeinen arbeiten Strömungsmaschinen, insbesondere Pumpen und Verdichter, nur bei einem jeder Drehzahl zugeordneten bestimmten Betriebszustand mit ihrem maximalen Wirkungsgrad. Es. ist aber aus wirtschaftlichen Gründen von großer Bedeutung, daß sie in Zusammenarbeit mit dem Verbraucher auch stets auf diesem Betriebspunkt gehalten «-erden. Es sind zwar Verfahren bekannt, bei denen diese Maschinen mittels entsprechender Regeleinrichtungen in ihren günstigsten Betriebszustand versetzt werden sollen. Da dieser Betriebspunkt aber einmal von der Drehzahl der Maschine, zum anderen von der Temperatur sowie vom Druck des Fördermittels abhängig ist, kann er nur durch gleichzeitige Messung mehrerer Betriebsgrößen und nur annäherungsweise erfaßt werden. Darüber hinaus ist es bei den bisher üblichen Regelungseinrichtungen notwendig, die günstigsten Betriebspunkte der Maschine vorher durch eine Wirkungsgradmessung festzustellen. In solchen Fällen, in welchen z. B. infolge unzureichender Einrichtungen derartige Messungen nicht durchgeführt werden können, besteht über die Lage des günstigsten Betriebspunktes überhaupt keine Klarheit.Method for determining and obtaining the operating point best Efficiency in a fluid flow machine with outflow of the conveying medium through a spiral In general, flow machines, especially pumps, operate and compressor, only in a specific operating state associated with each speed with their maximum efficiency. It. but is from for economic reasons It is of great importance that they are always on this in cooperation with the consumer Operating point held «- earthed. Although there are known methods in which this Machines in their most favorable operating condition by means of appropriate control devices should be moved. Since this operating point depends on the speed of the Machine, on the other hand on the temperature and pressure of the conveying medium it can only be achieved by measuring several operating parameters at the same time and only approximately can be detected. In addition, it is the case with the control devices that have been customary up to now necessary, the most favorable operating points of the machine beforehand by means of an efficiency measurement ascertain. In such cases, in which z. B. due to inadequate facilities such measurements cannot be carried out, is about the location of the the most favorable operating point no clarity at all.

Es ist bekannt, zur Bestimmung und Erlangung des Betriebspunktes besten Wirkungsgrades bei einem Spiralgebläse an verschiedenen Stellen des Gebläses den statischen Druck der Strömung zu messen und miteinander zu vergleichen. Die ermittelten Druckunterschiede werden zur Regelung benutzt, indem das Verhältnis zwischen dem Druckanstieg innerhalb des Laufrades und dem innerhalb des Diffusors, d. h. des mit verstellbaren Schaufeln versehenen Ringraumes, konstant gehalten wird. Dieses Regelverfahren isst für ein Gebläse gedacht, dessen Drehzahl häufig verändert wird, und ist gebunden an das Vorhandensein von verstellbaren Schaufeln im Ringraum.It is known to best determine and obtain the operating point The efficiency of a spiral fan at different points on the fan to measure the static pressure of the flow and to compare it with one another. The determined Differences in pressure are used for regulation by determining the ratio between the Pressure rise inside the impeller and that inside the diffuser, d. H. of with adjustable blades provided annulus, is kept constant. This Control method is intended for a fan whose speed is changed frequently, and is tied to the presence of adjustable blades in the annulus.

Es wurde auch schon festgestellt und beschrieben, «-elchen Verlauf die Drücke an verschiedenen Stellen längs des Umfanges im radialen Ringraum zwischen Laufradumfang und Gehäusespirale eines Spi:ralgebläses in Abhängigkeit von der Fördermenge haben und daß bei 100'°/o der Auslegefördermenge diese Drücke gleich sind. Gemäß einer anderen Literaturstelle wurde im Widerspruch hierzu bei der Auslegefördermenge keine Druckgleichheit an umfangsverteilten Meßstellen festgestellt, sondern erst bei einer bedeutend höheren Fördermenge, und zwar hat sich dieses Verhalten bei einer Spirale ergeben, die nicht nach dem Flächensatz berechnet ist, wie auch bei einer nach dem Flächensatz berechneten Spirale im Auslegepunkt des Gebläses eine starke Unsymmetrie der Druckverteilung längs des Umfanges durch Versuche, festgestellt sein soll. Irgendwelche Zusammenhänge zwischen den längs des Umfanges im Ringraum gemessenen Drücken und den jeweiligen Wirkungsgraden einer Strömungsmaschine bei den verschiedenen Betriebszuständen, z. B. den verschiedenen Fördermengen, wurden in den vorbehandelten Literaturstellen nicht erörtert.It has also already been established and described, «- the same course the pressures at different points along the circumference in the radial annulus between Impeller circumference and housing spiral of a spiral blower depending on the flow rate and that at 100% of the delivery rate these pressures are equal. According to Another literature reference contradicted this with regard to the delivery rate no pressure equality found at circumferentially distributed measuring points, but only at a significantly higher flow rate, and this behavior has changed at result in a spiral that is not calculated according to the area theorem, as is the case with a spiral calculated according to the area law at the design point of the fan Strong asymmetry of the pressure distribution along the circumference determined by tests should be. Any connections between the circumference in the annulus measured pressures and the respective efficiencies of a turbomachine the different operating states, e.g. B. the different delivery rates were not discussed in the pre-treated references.

Es wurde nun erkannt, daß unabhängig vom Betriebszustand einer Strömungs-Arbeitsmaschine, d'. h. also auch bei vom Auslegepunkt abweichenden Fördermengen, die längs des Umfanges im Ringraum gemessenen Drücke dann gleich sind, wenn die Maschine im Kennfeld auf dem Betriebspunkt des besten Wirkungsgrades läuft. Es wurde weiter erkannt, daß im Gegensatz zu einer erwähnten Vorveröffentlichung es eine Voraussetzung hierfür ist, die Spirale nach dem Flächensatz zu berechnen und auszuführen.It has now been recognized that regardless of the operating state of a fluid-flow machine, d '. H. thus also with delivery quantities deviating from the design point along the circumference The pressures measured in the annulus are the same when the machine is on in the map the operating point of the best efficiency. It was further recognized that in contrast to a previous publication mentioned, it is a prerequisite for this is to calculate and execute the spiral according to the theorem of areas.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung und Erlangung des Betriebspunktes besten Wirkungsgrades bei einer Strömungs-Arbeitsmaschine mit Abströmung des Fördermittels durch eine Spirale, wobei an verschiedenen Stellen des Strömungsweges des Fördermittels innerhalb der Arbeitsmaschine der statische Druck festgestellt und die festgestellten Drücke oder Druckverhältnisse mittels einer Regelvorrichtung konstant gehalten werden. Das kennzeichnende Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei einem Spiralgehäuse, das in an sich bekannter Weise nach dem Flächensatz berechnet ist, an zwei in Umfangsrichtung hintereinanderliegenden, in gleichem Abstand von der Drehachse angeordneten Meßstellen im radialen Ringraum zwischen Laufradumfang und Gehäusespirale Druckgleichheit hergestellt und eingehalten -#vnrd.The invention is based on a method for determining and obtaining the operating point with the best efficiency in a fluid flow machine Outflow of the conveying means through a spiral, with at different points of the flow path of the conveying medium within the working machine is static Pressure determined and the determined pressures or pressure ratios by means of a control device are kept constant. The distinguishing feature of the The method according to the invention is that in a spiral housing, which in is calculated in a manner known per se according to the area set, on two in the circumferential direction one behind the other, at the same distance from the axis of rotation arranged measuring points in the radial annular space between the impeller circumference and the casing spiral Pressure equality manufactured and adhered to - # vnrd.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Regelverfahrens besteht darin, daß das Kennfeld der Maschine nicht bekannt zu sein braucht, um sie ohne Vorhandensein von verstellbaren Schaufeln im Ringraum auf den Betriebspunkt besten Wirkungsgrades zu fahren. Es ist nämlich das Kriterium zur Anzeige des Betriebspunktes, d. h. die Druckgleichheit an den Meßstellen, unabhängig von der Kenntnis der jeweiligen Betriebsgrößen, die für den gewünschten Betriebspunkt besten Wirkungsgrades auf der Kennlinie der Maschine einander zugeordnet sind. Die Abweichungen von der Druckgleichheit geben durch ihre Tendenz an, ob die durch die Pumpe oder den Verdichter strömende Menge, bezogen auf den Punkt besten Wirkungsgrades, zu groß oder zu klein ist. Der Impuls für die Steuerung der Regelung wird durch diese Ab- 'veichungen gegeben. So kann beispielsweise bei einem druckveränderlichen Netz die Drehzahl eines Verdichters im Sinne besten Wirkungsgrades verändert werden, sofern die Druckänderung nicht gerade den gleichen parabolischen Verlauf hat wie die Wirkungsgradänderung. Es kann auch bei einer Entnahmepumpe die Entnahmemenge so gesteuert werden, daß alle Stufen einer mehrstufigen Pumpe günstig arbeiten. Ebenso kann bei einer großen Speicherpumpe, deren günstigster Betriebspunkt" auf andere Weise nicht genau zu ermitteln ist, nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag die Drehzahl entsprechend eingeregelt werden.A major advantage of this control method is that the engine map does not need to be known in order to drive it to the operating point of best efficiency without the presence of adjustable blades in the annulus. This is because it is the criterion for displaying the operating point, ie the pressure equality at the measuring points, regardless of the knowledge of the respective operating variables which are assigned to one another on the characteristic curve of the machine for the desired operating point with the best efficiency. The tendency of the deviations from the pressure equality indicates whether the amount flowing through the pump or the compressor is too large or too small in relation to the point of best efficiency. The pulse for the control of the control is given by this waste 'veichungen. For example, in the case of a pressure-variable network, the speed of a compressor can be changed for the best efficiency, provided that the pressure change does not have exactly the same parabolic course as the change in efficiency. In the case of a withdrawal pump, the withdrawal amount can also be controlled in such a way that all stages of a multistage pump work favorably. Likewise, in the case of a large storage pump whose most favorable operating point cannot be precisely determined in any other way, according to the proposal according to the invention, the speed can be adjusted accordingly.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist neben dem geringen vorrichtungsmäßigen Aufwand darin zu sehen, daß die Empfindlichkeit mit der Zunahme der Förderhöhe ansteigt.Another advantage of the method according to the invention is besides the low device-related effort to see that the sensitivity increases with the increase in the head.

Nachdem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Herstellen von Druckgleichheit an zwei in gleichem Abstand von der Drehachse angeordneten Meßstellen ein Betriebspunkt besten Wirkungsgrades ermittelt worden ist, kann in einer Abwandlung des Verfahrens die weitere Regelung dadurch erfolgen, daß an zwei in Umfangsrichtung hintereinanderliegenden, in voneinander verschiedenen Abständen von der Drehachse angeordneten Meßstellen des Spiralgehäuses ein Druckverhältnis hergestellt und eingehalten wird, das dem vorher ermittelten Betriebspunkt besten Wirkungsgrades entspricht. Hierdurch kann das Regelverfahren auch bei Maschinen angewendet werden, bei denen die Meßstellen am besten an den Kanalwandungen der Spiralen anzubringen sind. Eine der beiden Meßstellen soll dabei möglichst im schaufellosen radialen Ringraum zwischen Laufradumfang und Gehäusespirale liegen.After using the method according to the invention by establishing pressure equality an operating point at two measuring points equally spaced from the axis of rotation best efficiency has been determined, can be in a modification of the process the further regulation takes place in that at two in the circumferential direction one behind the other, measuring points arranged at different distances from the axis of rotation the spiral housing a pressure ratio is produced and maintained that the previously determined operating point corresponds to the best efficiency. This can the control method can also be used in machines in which the measuring points are best to be attached to the duct walls of the spirals. One of the two measuring points should be in the vane-less radial annular space between the impeller circumference and Housing spiral lie.

Um die Empfindlichkeit des Anzei:geverfahrens möglichst groß zu machen, werden erfindungsgemäß die beiden Druckmeßstellen so gelegt, daß die eine am Anfang und die andere am Ende der Spirale angeordnet ist.To make the display process as sensitive as possible, According to the invention, the two pressure measuring points are placed so that one is at the beginning and the other is located at the end of the spiral.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch und im Schnitt dargestellt. Mit 1 ist das Laufrad, mit 2 der radiale Ringraum, mit 3 die Spirale und mit 4 und 5 sind die Meßstellen bezeichnet.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention shown schematically and in section. With 1 is the impeller, with 2 the radial one Annular space, with 3 the spiral and with 4 and 5 the measuring points are designated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Procedure for determining and obtaining the operating point best efficiency in a fluid flow machine with outflow of the conveying medium by a spiral, at different points of the flow path of the conveyor the static pressure and the established pressure within the working machine Pressures or pressure ratios are kept constant by means of a control device. characterized in that in a spiral housing, which in a known manner is calculated according to the area theorem, on two circumferentially one behind the other, at the same distance from the axis of rotation arranged measuring points in the radial annular space Pressure equilibrium between the impeller circumference and the casing spiral is established and maintained will.

2. Procedure for determining and obtaining the operating point of best efficiency in a fluid flow machine with outflow of the conveying medium through a Spiral, being at different points of the flow path of the conveyor within the static pressure of the working machine and the determined pressures or pressure ratios are kept constant by means of a control device, characterized in that in a spiral housing, which is known per se @ 7 # Teise is calculated according to the area theorem, on two circumferentially one behind the other, measuring points arranged at different distances from the axis of rotation the spiral housing a pressure ratio is produced and maintained that the best efficiency operating point determined by the method according to claim 1 is equivalent to.

3. Fluid flow machine for performing the method according to claim 2, characterized in that at least one of the two measuring points in the blade-less radial annular space between Laufra.doskop and housing spiral.

4. Fluid flow machine for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that one pressure measuring point is attached at the beginning and the other at the end of the spiral is. References considered: British Patent No. 590,300; Wise, "Centrifugal blowers and centrifugal compressors", Springer-Verlag, 1953, pp. 60, 66, 67; K r i s a m, "New Findings in Centrifugal Pump Construction", ZdVDI (1953), 11/12, p. 323; Step anof f, "Centrifugal and Axial Flow Pumps," John Wiley & Sons, Inc., New York 1948, p. 128.