DE102008058799A1

DE102008058799A1 - Verfahren zum Betrieb eines mehrstufigen Verdichters

Info

Publication number: DE102008058799A1
Application number: DE200810058799
Authority: DE
Inventors: Georg Winkes
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: WO2010058002A1; CN102224346B; CN102224346A; DE102008058799B4; US20140334911A1; US8939704B2; US20110229303A1; EP2350458A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mehrstufigen Verdichters (CO) mit einer Überwachung der Pumpgrenze (SL) bei dem mindestens eine während des Betriebs gemessene erste Messgröße mit einer Referenzgröße verglichen wird, welche Referenzgröße charakteristisch für das Erreichen der Pumpgrenze (SL) oder einen bestimmten Abstand des Betriebspunktes (OP1, OP2) zu der Punktgrenze (SL) ist. Daneben betrifft die Erfindung einen mehrstufigen Verdichter. Um den Betriebsbereich zu vergrößern ohne die Sicherheit zu gefährden, wird vorgeschlagen, jede Stufe (ST1 bis ST4) einzeln auf das Auftreten des Pumpens zu überwachen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mehrstufigen Verdichters mit einer Überwachung der Pumpgrenze bei dem mindestens eine während des Betriebs gemessene erste Messgröße mit einer Referenzgröße verglichen wird, welche Referenzgröße charakteristisch für das Erreichen der Pumpgrenze oder einen bestimmten Abstand zu des Betriebspunktes zu der Punktgrenze ist. Daneben betrifft die Erfindung einen mehrstufiger Verdichter mit einem Auswertemodul zur Überwachung des Erreichens der Pumpgrenze oder eines bestimmten Abstands zur Pumpgrenze mit einer Messvorrichtung zum Erfassen einer ersten Messgröße während des Betriebes, welches Auswertemodul derart ausgebildet ist, dass es die erste Messgröße mit einer Referenzgröße vergleicht, welche Referenzgröße charakteristisch für das Erreichen der Pumpgrenze oder einen bestimmten Abstand zur Pumpgrenze ist.
Die Pumpgrenze eines Verdichters bezeichnet einen Übergang von einer aerodynamisch stabilen zu einer aerodynamisch instabilen Betriebsweise, wobei unter einer Stabilität das Strömen eines Prozessfluids in die vorgesehene Strömungsrichtung verstanden wird. Mit dem Eintritt des Pumpens bei einem Verdichter treten beträchtliche Rückströmungen auf, die Druckschwankungen und Temperaturerhöhungen verursachen, welche bereits nach verhältnismäßig kurzer Betriebsdauer in diesem Zustand zu Schäden führen. Das Erreichen der Pumpgrenze ist – selbst für einen unerfahrenen Betreiber – deutlich wahrnehmbar, da die Druckschwankungen erhebliche Schwingungen verursachen, deren Geräusche den Pegel des üblichen Betriebes übersteigen.
Der Betrieb eines Turboverdichters erfordert daher Maßnahmen, welche das Erreichen der Pumpgrenze vermeiden und den Zustand des Pumpens auf möglichst kurze Zeitabschnitte begrenzen.
Dementsprechend hält die Regelung eines Verdichters stets einen definierten Sicherheitsabstand zu einer Pumpgrenze des Betriebskennfeldes. Zusätzlich ist in der Regel ein Pumpgrenzregelventil vorgesehen, das am Austritt des Turboverdichters ein Absenken des Druckes ermöglicht, wenn ein bestimmter Abstand zu der Pumpgrenze unterschritten wird oder das Pumpen bereits eingetreten ist. Der Zustand des Pumpens beziehungsweise eine enge Nähe zu der Pumpgrenze ist charakterisiert durch einen reduzierten Massen-, Mengen- beziehungsweise Volumenstrom des zu fördernden Prozessgases und mit einem korrespondierenden Druckverhältnis über den Verdichter.
Herkömmliche Strategien zur Überwachung der Pumpgrenze beziehungsweise zum Vermeiden des Pumpens sind bereits in der DE 27 30 789 C2 , der DE 42 02 226 C2 oder der DE 43 16 202 C2 beschrieben. Die dortigen Verfahren sehen z. B. vor, dass ein Eingangsdruck in ein Verhältnis zu einem Ausgangsdruck eines mehrstufigen Verdichters gesetzt wird und ggf. noch ein Volumenstrom und eine Temperatur des Prozessgases entlang des Verdichtungspfades, vorzugsweise nach einer Zwischenkühlung aufgenommen werden und diese Messgrößen der Ermittlung einer Pumpgrenze der Maschine zu dem aktuellen Betriebspunkt zugrunde gelegt werden.
Die Erfahrung zeigt jedoch, dass derartige Ermittlungen ungenau sind und diese herkömmlichen Überwachungsverfahren einen verhältnismäßig großen Sicherheitsabstand zu der Pumpgrenze erfordern, der den zur Verfügung stehenden Betriebsbereich des Turboverdichters ungünstig einschränkt. Wird dieser Sicherheitsbereich verringert, kommt es in bestimmten Betriebszuständen zu hohen Belastungen des Turboverdichters in Folge des Pumpens, so dass die mechanische Integrität gefährdet ist.
Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren der eingangs genannten in der Art zu verbessern, dass der Betriebsbereich des Turboverdichters vergrößert wird ohne die Sicherheit gegen das Pumpen zu beeinträchtigen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe schlägt ein Verfahren zum Betrieb eines Turboverdichters der eingangs genannten Art vor, bei dem zusätzlich die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs vorgesehen sind. Daneben wird ein mehrstufiger Verdichter der eingangs genannten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Die rückbezogenen Unteransprüche beinhalten jeweils vorteilhafte Weiterbildungen.
In der Begriffswelt dieser Patentanmeldung bedeutet das Wort Stufe eine oder mehrere Verdichterstufen, wobei innerhalb der Stufe keine Zwischenkühlung vorgesehen ist. Eine Zwischenkühlung kann eingangs oder ausgangs der Stufe vorgesehen sein. Bei der Stufe gemäß der Erfindung handelt es sich um einen Verdichtungsabschnitt – also eine Druck- beziehungsweise Dichteerhöhung – welche nicht von einer Zwischenkühlung unterbrochen wird.
Die Lage der Pumpgrenze zwischengekühlter Verdichter wird eindeutig durch beispielsweise Saugdruck, Saugtemperatur, Rückkühltemperaturen und die Positionen verstellbarerer Eintrittsleitapparate bestimmt. Andere Parameterkonstellationen sind ebenfalls geeignet, die Lage der Pumpgrenze eindeutig zu bestimmen.
In der Regel weisen gattungsgemäße Verdichter ein einziges Pumpgrenzregelventil auf, das von einem Pumpgrenzregler angesteuert wird, der in der bisherigen Praxis auf die Erfassung der Rückkühltemperaturen und die Positionen der Leitapparate verzichtet. Meist ist ein Zusammenhang zwischen Enddruck einer Pumpgrenze und Fördermenge in Form der Regellinie für das Pumpgrenzregelventil hinterlegt. Manchmal ist eine Temperaturkorrektur basierend auf theoretischen Vorhersagen über die Veränderung der Gesamtmaschinenpumpgrenze bei verschiedenen Saugtemperaturen vorgesehen.
Die Vorteile der Erfindung lassen sich schnell erfassen, wenn Beispiele konkreten Betriebes eines Turboverdichters betrachtet werden.
In der 1 sind hierzu anhand des Beispiels eines vierstufigen Verdichters mit verstellbaren Eintrittsleitapparaten IGV1, IGV3 vor einer ersten Stufe 1 und einer dritten Stufe 2 jeweils ein Betriebspunkt OP1, OP2 schematisch illustriert. Vier Stufen ST1, ST2, ST3, ST4 eines mehrstufigen Verdichters 5, von denen die erste Stufe 1 und die dritte Stufe 3 jeweils einen Eintrittsleitapparat IGV1, IGV3 aufweisen, werden von einem Prozessfluid PF nacheinander unter Druckerhöhung Δp1, Δp2, Δp3, Δp4 durchströmt. In vier Diagrammen D1, D2, D3, D4 sind die Kennfelder der Stufen skizziert, wobei auf der Abszisse eine erste Größe f(V .) aufgetragen ist, welche mit einem Volumenstrom V . korreliert, und auf der Ordinate eine zweite Größe f(Δpi) aufgetragen ist, welche mit der Druckerhöhung korreliert. Die Stufen ST1, ST3 sind jeweils mit einem Eintrittleitapparat IGV1, IGV3 ausgestattet und weisen ein Kennfeld aus mindestens einer Betriebslinie OPL1–OPL4 mit einer Abhängigkeit von dem Anstellwinkel α des Eintrittsleitapparats IGV1, IGV3 auf, wohingegen diejenigen ohne Eintrittleitapparat IGV1, IGV3 nur ein Kennfeld in Form einer einzelnen Betriebslinie OPL1–OPL5 aufweisen. Zwischen den Stufen ST1–ST4 und hinter der letzten Stufe ST4 ist jeweils eine Zwischenkühlung IC1, IC2, IC3, IC4 vorgesehen, mittels welcher das Prozessgas im Wärmetausch mit einem Kühlmedium CF abgekühlt wird. Am Ende mit dem niedrigsten Volumenstrom V . und dem höchsten Druck der jeweiligen Betriebslinien OPL1–OPL4 werden diese durch die Pumpgrenze SL beziehungsweise Pumpgrenzlinie beendet. Beispielhaft ist hier ein erster bestimmter Betriebspunkt OP1, in jedem der Diagramme D1, D2, D3, D4 eingezeichnet, der sich bei einer bestimmten Temperatur TCO des Kühlmediums CF zur Kühlung von den zwischen den einzelnen Stufen 1 bis 4 befindlichen Zwischenkühlungen IC1, IC2, IC3, IC4 ergibt. In dem dargestellten Betriebspunkt OP1 wird in der ersten Stufe ST1 die Pumpgren ze SL erreicht. In den übrigen Stufen ist unter diesem Betriebsbedingungen noch ein hinreichender Abstand zu der Pumpgrenze gegeben.
Die gleiche Anordnung mit dergleichen Position der Eintrittsleitapparate IGV1, IGV3 jedoch mit niedrigerer Kühlwassertemperatur TCO wird in einem zweiten Betriebspunkt OP2 gezeigt, so dass die Saugtemperaturen der nach den ersten Stufen nachfolgenden Stufen niedriger als im vorhergehenden Beispiel sind. Unter diesen Bedingungen bestimmt nun die dritte Stufe 3 die Lage der Pumpgrenze SL.
Ähnliche Effekte stellen sich ein, wenn beispielsweise in der Zwischenkühlung IC1–IC4 zwischen der dritten und der vierten Stufe der Kühler verschmutzt ist und die Rückkühltemperatur vor der letzten Stufe höher wird oder die Stellung des beispielsweise zweiten Leitapparats IGV1, IGV3 von der Sollposition abweicht.
Die Erfindung vermeidet durch die individuelle Betrachtung jeder einzelnen Stufe auf das Erreichen der Pumpgrenze hin derartige Effekte und optimiert dementsprechend die Ausnutzung des tatsächlich möglichen Betriebsbereichs ohne das Risiko des Pumpens zu erhöhen. Es zeigt sich sogar, dass die erfindungsgemäß stufenspezifische Überwachung eine höhere Sicherheit gegen das Pumpen bietet.
Zweckmäßig wird als erste Messgröße der Druck vor der jeweiligen Stufe gemessen. Als zweite Messgröße kann die Temperatur vor der Stufe ermittelt werden, was die Genauigkeit der Lokalisierung der Pumpgrenze erhöht. Eine besonders günstige Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der Volumen-, Massen- oder Mengenstrom des Prozessfluids nur einmal entlang des Strömungspfades, bevorzugt eingangs des Turboverdichters, gemessen wird. Eine höhere Genauigkeit und eine bessere Ausnutzung des Betriebsbereiches lässt sich erreichen, wenn diese Messung, welche regelmäßig als Druckdifferenzmessung über eine Drossel erfolgt, eingangs oder ausgangs jeder Stufe vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeder Stufe eine eigene Regellinie zugeordnet ist, welche einen Betriebsbereich, in dem der Verdichter ohne zu pumpen betrieben wird, diesseitig beabstandet zu der Pumpgrenze begrenzt. Analog der Regellinie kann eine Steuerlinie zur Steuerung der Öffnung eines Bypassventils beziehungsweise eine Regellinie zur Steuerung des Pumpgrenzregelventils zu jeder Stufe zugeordnet werden.
Zweckmäßig kann die Steuerlinie und/oder die Regellinie sich als eine Auftragung eines Zusammenhangs zwischen einem Volumenstrom oder einem dimensionslosen Äquivalent und der Druckziffer oder einem druckbezogenen Äquivalent darstellen lassen und die Regellinie und/oder Drucklinie durch einen Abstand zu der Pumpgrenze durch ein Verhältnis größer 1 des gemessenen Volumenstroms oder des Dimensionslosen Äquivalents zu demjenigen der Pumpgrenze oder einem Verhältnis kleiner 1 der gemessenen Druckziffer ohne des druckbezogenen Äquivalents zu dem entsprechenden Wert der Pumpgrenze festlegen. Der Vorteil der Regellinie als Funktion dimensionsloser Äquivalente liegt in der Anwendbarkeit auf verschiedene Betriebszustände. Bei einer Auswahl zwischen verschiedenen dimensionslosen Kenngrößen, in denen die Regellinie für das Pumpgrenzregelventil vorliegt, ist es zweckmäßig, wenn das erfindungsgemäße Verfahren diejenige benutzt, welche bei einem bestimmten Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze den größten Fahrbereich ergibt. Weist beispielsweise das Kennfeld Betriebslinien auf mit einer besonders starken Abhängigkeit von dem Druck beziehungsweise einer dimensionslosen Druckziffer ist es zweckmäßig, diese auch als Kriterium für die Regelung des Pumpgrenzregelventils zu benutzen statt einer Volumenstrom bezogenen Kenngröße, da sich auf diese Weise der größere Fahrbereich der Maschine ergibt.
Ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn ergibt sich, wenn neben dem Kriterium mit dem stärksten Einfluss auf die Veränderung der Betriebslinien des Kennfeldes zusätzlich ein zweites Kriterium mit einem geringeren Einfluss auf die Betriebslinien jedoch unter Zugrundelegung eines geringen Abstandes zur Pumpgrenze Basis für die Regelung der Öffnungsstellung des Pumpgrenzregelventils ist. Sollte in der Anwendung des ersten Kriteriums ein Fehler vorliegen, wird das Pumpen trotzdem noch mittels des zweiten Kriteriums unterbunden.
Weitere Verbesserungen der Regelgenauigkeit beziehungsweise Ausnutzung des verfügbaren Fahrbereichs ergeben sich, wenn ein Justierlauf des Verfahrens folgende Schritte umfasst: 1. Anfahren der Pumpgrenze und 2. Messung von Zustandsgrößen an der Pumpgrenze, welche die Pumpgrenze eindeutig festlegen, und drittens Normierung der gemessenen Zustandsgrößen, so dass sich Parameter einer normierten beziehungsweise dimensionslosen, im Wesentlichen von den Betriebsbedingungen unabhängigen Darstellung der Pumpgrenze ergeben.
Mit der Feststellung einer engeren Nähe zu der Pumpgrenze einer Stufe regelt die Punpgrenzregelung mindestens eine aus den folgenden drei Steueroptionen:

a) Öffnen des Pumpgrenzregelventils und/oder
b) Erhöhen der Drehzahl und/oder
c) Öffnen des Leitgitters des Eintrittsleitapparates.

Zweckmäßig kann ein viertes Auswertemodul vorgesehen, welches die Schwankungsbreite der Messwerte (insbesondere die Schwankungsbreite des Eintrittsdrucks und/oder der Temperatur und/oder der Temperatur des Kühlmediums) auswertet und als Auswerteergebnis eine Sicherheitsziffer ermittelt, welche den Abstand der Regellinie (CL) für das Pumpgrenzregelventil (SLCV) zur Pumpgrenze (SL) vergrößert, wenn die Schwankungsbreite der Messung zunimmt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung zum besseren Verständnis beschrieben. Neben der beispielhaften Darstellung ergeben sich für den Fachmann weitere – von dem Beispiel abweichende – Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung. Es zeigt:
1: den bereits eingangs beschriebenen Stand der Technik,
2: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines mehrstufigen Turboverdichters.
2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, angewendet auf einen Verdichter CO mit vier Stufen ST1, ST2, ST3, ST4. Die Bezugszeichen der 1 sind auf die 2 zur Bezeichnung der gleichen Elemente (im Wesentlichen der gegenständliche Verdichterstrang) anzuwenden. Der Verdichter CO weist an der ersten Stufe ST1 und der dritten Stufe ST3 jeweils einen verstellbaren Eintrittsleitapparat IGV1, IGV3 auf. Zwischen den Stufen ST1 bis ST4 und nach der letzten Stufe ST4 ist jeweils eine Zwischenkühlung IC1 bis IC4 (die Zwischenkühlung IC4 der letzten Stufe ST4 ist eigentlich eine Nachkühlung, diese Unterscheidung wird in der Folge jedoch vereinfachend nicht gemacht) vorgesehen.
Der Verdichter CO fördert ein Prozessgas PG, dessen Volumenstrom V . mittels einer Differenzdruckmessung FT ermittelt wird. Eingangs jeder Stufe ST1 bis ST4 wird der Eingangsdruck PI1–PI4 mittels einer Druckmessung PT ermittelt. Zusätzlich wird auch die Eingangstemperatur TI mittels einer Temperaturmessung TT festgestellt. Die Stellung des Eintrittsleitapparates IGV1, IGV3 wird mittels eines Stellungsmessers als Winkel α gemessen. Ausgangs des Verdichters CO ist ein Pumpgrenzregelventil SLCV angeordnet, welches im Fall des Pumpens geregelt von einem PI-Regler PI öffnet, um den Austrittsdruck PO aus dem Verdichter CO zu verringern. Sämtliche Messwerte, die einer Stufe ST1 bis ST4 zuzuordnen sind, werden an eine Pumpgrenzregelung SLC1 bis SLC4 übermittelt, wobei jeder Stufe ST1 bis ST4 jeweils eine Pumpgrenzregelung SLC1 bis SLC4 zugeordnet ist. Der Ausgang aus der Pumpgrenzregelung SLC1 bis SLC4 ist jeweils der Abstand zur Pumpgrenze und ein Auswertmodul MIN bestimmt, das Minimum dieses Abstandes, welches in den Regler PIC (welcher hier als PI-Regler ausgebildet ist) für das Pumpgrenzregelventil SLCV eingegeben wird.
Beispielhaft zeigt die 2 die Pumpgrenzregelung SLC1 für die erste Stufe ST1 im Detail.
Ein Stellungsgeber ZT misst an dem Eintrittsleitapparat IGV1 den Winkel α, der in einer ersten Auswertung EV1 in zwei Kennwerte CP1, CP2 umgerechnet wird. Die beiden Kennwerte CP1, CP2 sind unabhängig von den betriebsabhängigen Einflussgrößen, wie z. B. Eintrittsdruck PI, Eintrittstemperatur TI, Drehzahl N und Volumen-, Mengen-, Massen-Strom an Prozessgas PG. Im konkreten Beispiel handelt es sich um die sogenannte Druckziffer ψ beziehungsweise die isentrope Strömungsarbeit, bezogen auf das Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit auf der Ordinate und um die sog. Lieferzahl Φ, beziehungsweise den saugseitigen Volumenstrom V . bezogen auf die Umfangsgeschwindigkeit (die verbleibende Einheit m² entspricht der als konstant anzunehmenden Querschnittsfläche der Einströmung). Die Druckziffer ψ ist in der Auswertung EV1 in dem Diagramm als ψ und die Lieferzahl als Φ-Norm bezeichnet. Mit der Eingabe des Winkels α in die erste Auswertung EV1 wird die Druckziffer der Pumpgrenze SL und der zugehörige normierte Lieferzahl ΦSL-Norm ermittelt. Da die Lieferzahl ΦSL-Norm an der Pumpgrenze noch eine gewisse Abhängigkeit von der Umfangsmachzahl aufweist, kann, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, eine Feinkorrektur EV2 vorgesehen werden, in der das Verhältnis Φ zu Φ-Norm für eine minimal mögliche Umfangsmachzahl Mu_Min und das Maximum der Umfangsmachzahl Mu_Max ermittelt.
Aus den Messwerten eingangs der ersten Stufe ST1 für Temperatur und Druck PI und ausgangs der ersten Stufe ST1 nach der ersten Zwischenkühlung IC1, dem Ausgangsdruck PO die isentrope Förderhöhe YS ermittelt, welche kombiniert mit dem Messwert für die Drehzahl N die tatsächlich vorliegende isentrope Druckziffer ψ ergibt.
In ähnlicher Weise wird die tatsächlich vorliegende Lieferzahl aus der Drehzahl und dem Volumenstrom V . ermittelt. Mit den Werten aus der Auswertung EV1 und der Feinkorrektur EV2 wird schließlich die Pumpgrenzlieferzahl ΦSL und die Pumpgrenzdruckziffer ψSL bereitgestellt, die ins Verhältnis gesetzt werden zu der tatsächlichen Lieferzahl Φ und Druckziffer ψ, wobei eine dritte Auswertung EV3 aus diesen beiden Quotienten denjenigen auswählt, der eine engere Nähe zu der Pumpgrenze angibt und diesen an das Auswertemodul Min zur Ermittlung der kritischsten Stufe ST1, ST2, ST3, ST4 übergibt. Dieses übergibt in beschriebener Weise den Wert der kritischsten Stufe (ST1 bis ST4) an die Pumpstellungsregelung PIC des Pumpgrenzregelventils SLCV.
Wie dies in 1 dargestellt ist, kann jeder Stufe ST1 bis ST4 eine eigene Regellinie CL zugeordnet sein, welche einen Betriebsbereich OA, in dem der Verdichter CO ohne zu pumpen betrieben wird, diesseitig beabstandet zu der Pumpgrenze SL begrenzt. Auch in 1 gezeigt ist, dass jeder Stufe ST1 bis ST4 eine Steuerlinie CLI zur Steuerung der Öffnung des Pumpgrenzregelventils SLCV zugeordnet sein kann, welche einen erweiterten Betriebsbereich EOA, in dem der Verdichter CO ohne zu pumpen betrieben wird, diesseitig beabstandet zu der Pumpgrenze SL begrenzt.
In der Darstellung der 2 ist ein viertes Auswertemodul (EV4) vorgesehen, welches die Schwankungsbreite (vario) der Messwerte auswertet und als Auswerteergebnis eine Sicherheitsziffer ermittelt, welche den Abstand der Regellinie (CL) für das Pumpgrenzregelventil (SLCV) zur Pumpgrenze (SL) vergrößert, wenn die Schwankungsbreite der Messung zunimmt.

CO: Verdichter
ST1: erste Stufe
ST2: zweite Stufe
ST3: dritte Stufe
ST4: vierte Stufe
IGV1: Eintrittsleitapparat erste Stufe
IGV3: Eintrittsleitapparat dritte Stufe
IC1: Zwischenkühlung erste Stufe
IC2: Zwischenkühlung zweite Stufe
IC3: Zwischenkühlung dritte Stufe
IC4: Zwischenkühlung vierte Stufe
FT: Messung Volumenstrom
V: Volumenstrom
PT: Messung Eintrittsdruck
TT: Messung Eintrittstemperatur
PI: Eintrittsdruck
P1: Eintrittsdruck ST1
P2: Eintrittsdruck ST2
P3: Eintrittsdruck ST3
P4: Eintrittsdruck ST4
TI: Eintrittstemperatur
SLCV: Pumpgrenzregelventil
SLC1: Pumpgrenzregelung
SLC2: Pumpgrenzregelung
SLC3: Pumpgrenzregelung
SLC4: Pumpgrenzregelung
PO: Austrittsdruck
PIC: Regelung Pumpgrenzregelventil
MIN: dritte Auswertung
SLC1: Pumpgrenzregelung
SLC2: Pumpgrenzregelung
SLC3: Pumpgrenzregelung
SLC4: Pumpgrenzregelung
EV1: erste Auswertung
EV2: zweite Auswertung
EV4: vierte Auswertung
CP1: Kenngröße
CP2: Kenngröße
vario: Schwankungsbreite
n: Drehzahl
TT: Temperaturmessung
PT: Druckmessung
FT: Volumenstrommessung
V .: Volumenstrom
ST: Drehzahlmessung
PIC: Pumpgrenzregelventilregler
Ψ: Druckziffer
Φ: Lieferzahl
YS: Förderhöhe
EOA: erweiterten Betriebsbereich
OA: Betriebsbereich
A: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2730789 C2 [0005]
- DE 4202226 C2 [0005]
- DE 4316202 C2 [0005]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines mehrstufigen Verdichters (CO) mit einer Überwachung des Erreichens der Pumpgrenze oder eines bestimmten Abstands zur Pumpgrenze (SL) bei dem mindestens eine während des Betriebes gemessene erste Messgröße mit einer Referenzgröße verglichen wird, welche Referenzgröße charakteristisch für das Erreichen der Pumpgrenze (SL) oder einen bestimmten Abstand zur Pumpgrenze (SL) ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. die mindestens erste Messgröße eingangs jeder Stufe (ST1 bis ST4) des Verdichters (CO) gemessen wird, b. mindestens ein Auswertemodul (EV1–EV3) vorgesehen ist, welches jede Stufe (ST1, ST2, ST3, ST4) separat auf das Erreichen der Pumpgrenze (SL) oder einen bestimmten Abstand zur Pumpgrenze (SL) überwacht, indem eine für die Stufe (ST1, ST2, ST3, ST4) spezifische Referenzgröße mit der stufenspezifischen Messgröße vergleicht, c. bei Erreichen eines bestimmten Abstands zur Pumpgrenze (SL) der Zustand des Pumpens festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Messgröße der Eingangsdruck (PI) vor der entsprechenden Stufe (ST1 bis ST4) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine zweite Messgröße eingangs jeder Stufe gemessen wird, welche Messgröße die Temperatur (TI) vor der entsprechenden Stufe (ST1 bis ST4) ist, die der Auswertung des Auswertemoduls (EV1–EV3) zugeleitet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine dritte Messgröße der Volumen (V .)-, Mengen- oder Massenstrom an Prozessgas (PG) ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Volumen (V .)-, Mengen- oder Massenstrom des Prozessgases (PG) nur an einer Stelle des Verdichters (CO) gemessen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Stufe (ST1 bis ST4) eine eigene Regellinie (CL) zugeordnet ist, welche einen Betriebsbereich (OA), in dem der Verdichter (CO) ohne zu pumpen betrieben wird, diesseitig beabstandet zu der Pumpgrenze (SL) begrenzt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Stufe (ST1 bis ST4) eine Steuerlinie (CLI) zur Steuerung der Öffnung eines Pumpgrenzregelventils (SLCV) zugeordnet ist, welche einen erweiterten Betriebsbereich (EOA), in dem der Verdichter (CO) ohne zu pumpen betrieben wird, diesseitig beabstandet zu der Pumpgrenze (SL) begrenzt.
Verfahren nach mindestens Anspruch 6 oder 7, wobei die Steuerlinie (CLI) und/oder die Regellinie (CL) sich als eine Auftragung eines Zusammenhangs zwischen einem Volumenstrom (V .) oder einem dimensionslosen Äquivalent und der Druckziffer (ψ) oder einem druckbezogenen Äquivalent darstellen lässt [lassen] und die Regellinie (CL) und/oder Steuerlinie (CLI) durch einen Abstand zu der Pumpgrenze (SL) durch ein Verhältnis > 1 des Volumenstroms (V .) oder des dimensionslosen Äquivalents zu demjenigen der Pumpgrenze (SL) zuzuordnen ist [sind] oder ein Verhältnis < 1 der gemessenen Druckziffer (ψ) oder des druckbezogenen Äquivalents zu dem entsprechenden Wert der Pumpgrenze (SL) festgelegt [sind].
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Regellinie (RL) oder die Steuerlinie (CLI) durch das Verhältnis festgelegt ist [sind], welches den größeren Betriebsbereich ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6, 7, 8, wobei ein Justierlauf des Verdichters (CO) folgende Schritte umfasst: 1. Anfahren der Pumpgrenze (SL), 2. Messen von Betriebsparametern, mittels derer sich die Pumpgrenze (SL) eindeutig festlegen lässt, 3. Ermitteln normierter Kennzahlen, die keine Abhängigkeiten mehr von jeden einzelnen Betriebsparameter haben und der Pumpgrenze zugeordnet sind, 4. Ablage der ermittelten Kennwerte in der ersten Auswertung (EV1).
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der ersten Auswertung (EV1) eine normierte Pumpgrenze (SL) abgelegt ist, die derart normiert ist, dass keine Abhängigkeit von Betriebsvariablen Einflussgrößen besteht.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpgrenze (SL) zu jeder einzelnen Stufe (ST1 bis ST4) in einem internen Speicher als Druckziffer (ψ) und/oder Lieferzahl (Φ) oder normierte Lieferzahl (ΦNorm) abgelegt ist.
Verfahren nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine oder mehrere Stufen (ST1 bis ST4) einen verstellbaren Eintrittsleitapparat (IGV1, IGV3) aufweisen, dessen Anstellwinkel (α) gemessen wird und in dem internen Speicher die Pumpgrenze (SL) in Abhängigkeit des Anstellwinkels (α) abgelegt ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – in einem ersten Schritt die Drehzahl (N) und/oder der Anstellwinkel (α) eines Eintrittsleitapparats (IGV1, IGV3) gemessen wird, – in einem zweiten Schritt die Pumpgrenze (SL) für jede Stufe (ST1 bis ST4) als mindestens eine normierte Kenngröße ermittelt wird, die unabhängig vom Eintrittsdruck (PI) und/oder der Eintrittstemperatur (TI) und/oder dem Volumenstrom (V.) und/oder dem Massenstrom (M.) und/oder dem Längenstrom (N.) aus einem internen Speicher abgerufen wird, – in einem dritten Schritt der Eintrittsdruck (PI) und/oder die Eintrittstemperatur (TI) und/oder der Volumenstrom (V.) und/oder der Massenstrom (M.) und/oder der Mengenstrom (N.) gemessen wird, – in einem vierten Schritt die Pumpgrenze (SL) für jede Stufe (ST1 bis ST4) und jede normierte Kenngröße anhand der Messung des zweiten Schritts für den Betriebspunkt ermittelt wird und – in einem fünften Schritt diejenige Pumpgrenze (SL) aus denjenigen Kenngröße für jede Stufe (ST1 bis ST4) ermittelt wird, welche den größten Fahrbereich bietet und – in einem sechsten Schritt eine Pumpgrenzregelung (SLC) die Pumpgrenze (SL) derjenigen Stufe (ST1 bis ST4) als Kriterium festlegt, welche die engste Nähe zum aktuellen Betriebspunkt aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein viertes Auswertemodul (EV4) vorgesehen ist, welches die Schwankungsbreite (vario) der Messwerte auswertet und als Auswerteergebnis eine Sicherheitsziffer ermittelt, welche den Abstand der Regellinie (CL) für das Pumpgrenzregelventil (SLCV) zur Pumpgrenze (SL) vergrößert, wenn die Schwankungsbreite der Messung zunimmt.
Mehrstufiger Verdichter mit einem Auswertemodul zur Überwachung des Erreichens der Pumpgrenze oder eines bestimmten Abstands zur Pumpgrenze (SL) mit einer Messvorrichtung zum Erfassen einer ersten Messgröße während des Betriebes, welches Auswertemodul derart ausgebildet ist, dass es die erste Messgröße mit einer Referenzgröße vergleicht, welche Referenzgröße charakteristisch für das Erreichen der Pumpgrenze oder einen bestimmten Abstand zur Pumpgrenze (SL) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemodul derart ausgebildet ist, dass a. die erste Messgröße eingangs jeder Stufe (ST1 bis ST4) des Verdichters (CO) gemessen wird, b. mindestens ein Auswertemodul vorgesehen ist, welches jede Stufe separat auf das Erreichen der Pumpgrenze oder einen bestimmten Abstand zur Pumpgrenze (SL) überwacht, indem eine für die Stufe spezifische Referenzgröße mit der stufenspezifischen Messgröße vergleicht, c. Eine Variable vorgesehen ist, welche mindestens eine erste Belegung für den Zustand des Pumpens aufweist und bei Erreichen der Pumpgrenze (SL) oder einen bestimmten Abstand zur Pumpgrenze (SL) die Variable mit der ersten Belegung belegt wird.
Mehrstufiger Verdichter nach Anspruch 15, wobei der Verdichter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–14 ausgebildet ist.