DE1428033C - Verfahren zur Regelung kondensatfreier Zwischenkühlung verdichteter Gase - Google Patents

Description

Nach dem Kühler 5 wird mit Hilfe eines ersten Taupunktfühlers 9 der Taupunkt dieses Gases bestimmt, es gelangt hierauf in eine zweite Verdichtungsstufe 11 und über eine Zwischenleitung 13 in einen zweiten 5 Zwischenkühler 15, anschließend in eine dritte Verdichtungsstufe 17, durch eine Zwischenleitung 19 in einen dritten Zwischenkühler 21, von dort in die vierte Verdichtungsstufe 23 und über eine Zwischenleitung 25 in einen Endkühler 27. Nach diesem Endkühler wird

Bei mehrstufigen Verdichtern werden zum Zwecke
der Wirkungsgraderhöhung die verdichteten Gase
zwischen einzelnen Stufen abgekühlt. Wenn diese
Gase nicht völlig frei von Feuchtigkeit sind, so fällt bei io durch einen zweiten Taupunktfühler 29 die Taupunkt-Unterschreitung der Taupunkttemperatur Kondensat temperatur des verdichteten und gekühlten Gases aus. Dieses Kondensat kann sehr korrosiv sein, ermittelt, wonach es in die fünfte Verdichtungsstufe 31 weshalb beispielsweise bei Turboverdichtern die ent- und von dort zum Verbraucher gelangt,
sprechenden Kühlelemente in diesen Fällen aus rost- Der Verdichter kann auch aus mehr oder weniger

freiem Stahl hergestellt werden. Rostfreier Stahl ist 15 Stufen, als in F i g. 1 dargestellt, aufgebaut sein. In nicht nur ein teures Baumaterial, sondern weist den allen Fällen ist zwischen je zwei sich folgenden Verbeträchtlichen Nachteil auf, daß er ein schlechterer dichtungsstufen ein Zwischenkühler angeordnet. Der Wärmeleiter ist als die gewöhnlich verwendeten zweite Taupunktfühler 29 kann auch in eine andere Kühlerbaustoffe. Kühlungsstufe eingebaut sein, beispielsweise in der

Zur Vermeidung der Kondensatbildung wegen 20 Zwischenleitung 19 nach dem Kühler 21.
Unterschreitung der Taupunkttemperatur ist es be- Das der Zwischenkühlung dienende Kühlwasser

kannt, die Kühlleistung in Abhängigkeit vom Istwert- fließt durch eine Leitung 33 einer Kühlwasserpumpe 35 Sollwert-Vergleich bestimmter Temperaturdifferenzen zu und von dieser über eine Druckleitung 40 zu einem vorzunehmen. Die Regelung erfolgt dabei von Hand. Dreiwegeregelventil 37, das als Motorventil ausgebildet Bei plötzlichen Änderungen der Ansaugverhältnisse 25 und mittels eines Motors 38 betätigt wird. Der Motor (Gewitter, schnelle Temperaturänderung) gelingt eine 38 wird über eine Steuerleitung 39 gesteuert. Nach erforderliche Regelung nicht rechtzeitig, so daß die diesem Dreiwegregelventil gelangt das Kühlwasser Taupunkttemperatur unterschritten werden kann. Ein — es kann auch eine andere Kühlflüssigkeit sein — weiterer Nachteil des bekannten Regelverfahrens liegt durch die Druckleitung 41 in eine Kühlschlange 45 darin, daß der tatsächliche Feuchtigkeitsgehalt am 30 des ersten Zwischenkühlers 5, wobei mittels eines Verdichtereintritt nicht berücksichtigt wird, weshalb Temperaturfühlers 43 die Temperatur des Wassers größeren Feuchtigkeitsschwankungen am Eintritt vor dem Eintritt in den Kühl er 5 gemessen wird,
durch Vorgabe eines größeren Sollwertes der zulässigen Das Kühlwasser erwärmt sich im ersten Zwischen-

Temperaturdifferenz begegnet werden muß. kühler und gelangt hierauf über eine Zwischen-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch 35 leitung 47 in die nächste Kühlschlange 49 des zweiten Erfassung der Zustandsgrößen des zu verdichtenden Zwischenkühlers 15 und von dort in eine dritte Kühl-Gases eine selbsttätige und verläßliche Zwischen- schlange 53 des dritten Zwischenkühlers 21. In einer kühlung zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungs- Zwischenleitung 55 nach dem Zwischenkühler 21 begemäß dadurch gelöst, daß an mindestens einer Stelle findet sich ein Temperaturfühler 57, welcher der die Taupunkttemperatur des verdichteten Gases durch 40 Temperaturmessung des Kühlwassers vor seinem einen Taupunktfühler bestimmt, eine charakteristische Eintritt in eine Kühlschlange 59 des Endkühlers 27 Temperatur im Kühlsystem gemessen und aus deren dient, nach deren Durchfließen das Kühlwasser durch Differenz der Istwert gebildet wird. die Leitung 73 zu einem Regelventil 60 gelangt,

Dieses Verfahren bietet den Vorteil, daß der tat- welches mittels eines Motors 61 verstellt wird. Dieser sächliche Feuchtigkeitsgehalt und der Druck des 45 Motor 61 wird über eine Steuerleitung 62 gesteuert. Gases bei der Ermittlung der Taupunkttemperatur Das Regelventil 60 kann auch an einer beliebigen an einer betrachteten Stelle der Anlage berücksichtigt Stelle im Strömungsweg 41, 47, 51, 55, 73 des Kühlwird, wodurch der Sollwert der zulässigen Temperatur- wassers eingebaut sein.

differenz klein gehalten werden kann. Außerdem Sollte die zweite Bestimmung der Taupunktwerden teure Kühler aus nichtrostendem Stahl über- 50 temperatur mittels Fühler 29 beispielsweise nach dem flüssig, da im Kühlsystem mit Sicherheit nirgends die Kühler 21 erfolgen, dann ist der zweite Temperaturfühler 57 in der Zwischenleitung 51 anzuordnen.

Die Temperaturfühler 43, 57 und die Taupunktfühler 9,29 können als Widerstandselemente aus-55 gebildet sein, die letzteren z. B. zur Messung der Temperatur eines Lithiumchlorid-Elementes.

Vom Temperaturfühler 43 führt eine Meßleitung 64 und vom ersten Taupunktfühler 9 eine Meßleitung 65 zu einer Meßbrücke 67 zum Vergleich der Wider-

F i g. 2 ein Schaubild mit dem Verdichterdruck als 60 stände der Fühler 9 und 43. Die Ausgangsgröße dieser Abszisse und der Temperatur als Ordinate mit dem Meßbrücke 67 ist die Eingangsgröße des Reglers 68, Verlauf von Verdichtungs- und Kühlungsstufen und der über die Steuerleitung 39 den Motor 38 des Dreider Taupunktlinie. wegeregelventils 37 steuert.

In F i g. 1 ist eine mehrstufige, isotherm arbeitende Im gleichen Sinne führt vom Temperaturfühler 57

Verdichtungsanlagc veranschaulicht. In einer ersten 65 eine Meßleitung 69 und vom zweiten Taupunktfühler Verdichtungsstufe 3 wird das angesaugte Gas vor- 29 eine weitere Meßleitung 70 zu einer zweiten Meßdichtet und gelangt über eine Zwischenleitung 7 in brücke 71 zum Vergleich der Widerstände der Fühler einen ersten Zwischenkühler 5, wo es abgekühlt wird. 29 und 57. Die Ausgangsgröße dieser Meßbrücke 71

Taupunkttemperatur unterschritten wird.

Die Erfindung wird anschließend an Hand eines Ausführungsbeispiels und eines Schaubildes erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines mehrstufigen, isotherm arbeitenden Verdichters mit in Serie angeordneten Zwischenkühlcrn und der Regelvorrichtung,

Claims (1)

1. 3 4

   ist die Eingangsgröße des Reglers 72, der über die temperaturen sind in F i g. 2 durch die Werte i₁₀und U₀ Steuerleitung 62 den Motor 61 des Regelventiis 60 dargestellt.

   steuert. In der Meßbrücke 67 des ersten Regelkreises werden

   Von der Abflußleitung 74 des erwärmten Kühl- die Widerstände der Fühler 9 und 43, welche die wassers zweigt eine Umwälzleitung 76 ab, in der eine 5 Taupunkttemperatur t_n bzw. die Kühlwasser-Eintrittsständig laufende Umwälzpumpe 78 angebracht ist, temperatur i₁₉ messen, miteinander verglichen zwecks deren Druckleitung 77 in einen der Anschlüsse des Bildung eines Steuersignals, das als elektrischer Strom Dreiwegeregelventils 37 führt. Prinzipiell könnte das ausgesandt wird und proportional dem Temperatur-Warmwasser an einer beliebigen Stelle im Strömungs- unterscheid At₁ = (i₁₉—I₁₁) ist. Dieses Steuersignal weg 47, 51, 55, 73 des Kühlwassers nach dem Kühler 5 io wird dem Regler 68 als Istwert ZIi₁ der Differenz zuentnommen werden, es wäre aber auch eine Fremd- geführt und in diesem Regler mit dem Sollwert Δί\_α speisung möglich. dieser Differenz verglichen. In Abhängigkeit der je-

   In F i g. 2 ist der in der Anlage gemäß F i g. 1 im weiligen Regelabweichung (ZIi₁-ZIiI₀) zwischen Ist-Betrieb sich ergebende Zustand des zu verdichtenden wert und Sollwert verstellt ein Impuls den Motor 38 Gases graphisch dargestellt. Als Abszisse ist der 15 des Dreiwegeregelventils 37.

   Absolutdruck ρ eingetragen sowie die in den ver- Bei positiver Regelabweichung (ZIi₁-ZlZi₀), d. h. bei

   schiedenen Verdichtungsstufen 3, 11, 17, 23 und 31 zunehmendem Istwert ZIi₁, wird das Ventil 37 in dem erreichten Enddrücke p₂, p₃, p_it Ps, Pt, während P₁ den Sinne betätigt, daß die Umwälzpumpe 78 weniger, Anfangs- und normalerweise atmosphärischen Außen- die zweite Pumpe 35 jedoch mehr Kühlwasser in die druck bezeichnet. 20 Zuleitung 41 zum ersten Kühler 5 fördert. Demzufolge

   Als Ordinate ist die Temperatur t eingetragen, die sinkt die vom Fühler 43 gemessene Temperatur i₁₀, Ausgangstemperatur des angesaugten Gases ist mit i_x wodurch der Istwert ZIi₁ und die Regelabweichung bezeichnet. Dieses Gas besitzt nach dem Verlassen (ZIi₁-ZIiI₀) wieder abgesenkt werden,
   der ersten Verdichtungsstufe 3 eine Temperatur i», von Bei negativer Regelabweichung (ZIi₁-ZIiI₀) ist der

   welcher es im ersten Zwischenkühler 5 auf die Tempe- 25 Regelvorgang umgekehrt.

   ratur i₃ abgekühlt wird. In ähnlicher Weise wird das In ähnlicher Weise wird in der Meßbrücke 71 des

   Gas in den anderen Kühlern auf die Temperaturen /₅, zweiten Regelkreises der Istwert At₂ = (t₂₀—t_u) 8^e" i₇ und i₉ zurückgekühlt. Der Verlauf der Taupunkt- bildet und im Regler 72 mit dem Sollwert zli2₀ vertemperatur ist durch die Kurve r_t dargestellt. Aus der glichen. Vom Regler 72 wird über die Steuerleitung 62 Taupunkttemperatur i₀ des angesaugten Gases und 3° der Motor 61 des Regelventils 60 betätigt. Bei positiver dessen Druck- läßt sich diese Kurve unter der An- Regelabweichung (ZIi₂-zli2₀), d. h. bei zunehmendem nähme berechnen, daß an keiner Stelle Kondensation Istwert ZIi₂, wird das Ventil 60 in öffnendem Sinn verauftreten soll. Die Kurve stellt also eine Linie von stellt. Dadurch wird der Kühlwasserdurchsatz durch konstanter absoluter Feuchtigkeit dar. die Zwischenkühler erhöht, was ein Absinken der vom

   Um jegliche Kondensation in den Zwischenkühlern 35 Temperaturfühler 57 gemessenen Temperatur i₂₀ zur zu vermeiden, müssen die niedrigsten Kühlwand- Folge hat. Die Regelabweichung (ZIi₂-ZIi₂₀) wird temperaturen in allen Kühlern höher sein als die dadurch verkleinert.

   örtlichen Taupunkttemperaturen des Gases. Die Tau- Bei negativer Regelabweichung (ZIi₂-ZIi₂₀) ist der

   punkttemperaturen bei den verschiedenen Zwischen- Regelvorgang umgekehrt.

   drücken /?₂, p₃, />₄ und p₅ sind in F i g. 2 durch die 4° Das hier beschriebene Regelverfahren kann unver-Temperaturen i_u bzw. i₁₂, i₁₃, /₁₄ dargestellt. Die ändert beibehalten werden,, wenn an Stelle der Kühl-Werte i₁₅, f₁₆, i₁₇ und i₁₈ bedeuten die tiefsten Kühl- wassertemperaturen i₁₉ und i₂₀ die tiefsten Kühlwandwandtemperaturen an der kältesten Stelle des be- temperaturen i₁₅ und /₁₈ oder die Temperaturen t₃ treffenden Zwischenkühlers. Aus der oben gestellten und f₀ des verdichteten Gases beim Verlassen der Bedingung, daß jegliche Kondensation vermieden 45 Kühler 5 und 27 gemessen und in den Meßbrücken 67 werden muß, geht hervor, daß alle Temperatur- und 71 mit den Taupunkttemperaturen i_u und i₁₄ verdifferenzen (i₁₅—i_n), (ί_1β—i₁₂), (i₁₇—i₁₃) und (t_ls—t₁₄) glichen werden,
   positive Werte aufweisen müssen. In jenen Fällen, in denen die Temperatur des bei 33

   Die Forderung nach einem hohen Wirkungsgrad zugeführten Kühlwassers immer höher ist als die Taubedeutet, daß die Gastemperaturen i₃, i₅, i₇ und t₉ 50 punkttemperatur t_n des Gases beim Verlassen des möglichst niedrig sein sollen. Demzufolge müssen die ersten Kühlers 5, kann auf den ersten Regelkreis mit obenerwähnten Temperaturdifferenzen positiv, sollen den Organen bzw. Systemen 9,37,38,39,43, 64, 65, 67, jedoch möglichst klein sein. Es läßt sich dabei nicht 68, 76, 77 und 78 verzichtet werden,
   vermeiden, daß bei gewissen raschen Regel vorgängen In jenen Fällen, in denen der Durchsatz und Ansauge-

   Kondensationsbildung auftreten kann. Dies würde 55 zustand des Gases sowie das Druckverhältnis (p_e: P₁) jedoch nur kurzzeitig der Fall sein. angenähert konstant bleiben, kann auf den zweiten

   Durch die kühlwasserseitige Serienschaltung der Regelkreis mit den Organen 29, 57, 60, 61, 62, 69, 70, Zwischenkühler ist es möglich, nach der einmal vor- 71 und 72 verzichtet werden. Der Kühlwasserdurchgenommenen Wahl von zwei der oben erwähnten satz muß dann jedoch so klein gewählt werden, daß vier Temperaturdifferenzen zu gewährleisten, daß bei 60 auch im ungünstigsten Fall keine Kondensatbildung Einhaltung der zwei vorgewählten Temperaturdiffe- auftritt.

   renzen nicht nur diese, sondern auch die übrigen beiden Selbstverständlich ist in allen genannten Fällen

   positive Werte aufweisen. auch eine Regelung von Hand aus auf Grund der

   Im Beispiel nach F i g. 1 werden die Temperaturen Temperaturmessungen möglich,
   der Kühlwand i₁₅ und i₁₈ nicht direkt, sondern indirekt 65 ..

   durch die Temperaturfühler 43 und 57 erfaßt, welche Patentansprucne:

   die Kühlwasser-Eintrittstemperatur vor den Kühlern 5 1. Verfahren zur Regelung kondensatfreier Zwi-

   und 27 messen. Die entsprechenden Kühlwasser- schenkühlung mehrstufig verdichteter Gase, bei

   dem eine Temperaturdifferenz gebildet und bei Abweichung dieser Differenz von einem vorbestimmten Sollwert die Kühlleistung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle die Taupunkttemperatur des verdichteten Gases durch einen Temperaturfühler (9, 29) bestimmt, eine charakteristische Temperatur im Kühlsystem gemessen und aus deren Differenz der Istwert gebildet wird.
   2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

   nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Widerstandsmeßbrücke (67, 71) zur Bildung des Istwertes der Differenz zwischen den zu vergleichenden Temperaturen.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Regler (68, 72) der den von der Widerstandsmeßbrücke (67 bzw. 71) gebildeten Istwert der Temperaturdifferenz mit dem vorbestimmten Sollwert dieser Differenz vergleicht und bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert ein Regelventil (37 bzw. 60) verstellt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen