DE1428043C - Einrichtung zur Regelung eines Turbo Verdichters - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur schaufelverstellung, so daß der Vorteil, mit einem Regelung, vorzugsweise zur Pumpverhütung, eines einzigen Meßwert für die Pumpverhütung auszuvon einem kompressiblen Betriebsmittel durch- kommen, bisher nicht anwendbar war.
strömten Turboverdichters mit verstellbaren Leit- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine oder Laufschaufeln und mit Messung eines charak- 5 Einrichtung zur Regelung, insbesondere für die teristischen Strömungswinkels des Betriebsmittels in Pumpverhütung, zu schaffen, die entgegen den einer Verdichterstufe durch eine Meßsonde, die bei Regeleinrichtungen der eingangs erwähnten beAbweichung des Strömungswinkels von einem vorbe- kannten Art mit einem einzigen Meßwert arbeitet,
stimmten Wert auf einen Regler einwirkt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Es ist bekannt, Turboverdichter zur Regelung mit io löst, daß die Meßsonde verstellbar ist und. ihre

verstellbaren Leit- oder Laufschaufeln auszustatten. Verstellvorrichtung mit der Verstellvorrichtung der

Durch Verstellung des Schaufelwinkels ist es möglich, Schaufeln gekoppelt ist. Dadurch gelingt es, den

die Fördermenge und das Druckverhältnis des Vorteil des relativ zur Leitschaufelstellung zumindest

Verdichters an den jeweils gewünschten Betriebs- annähernd konstanten absoluten Strömungswinkels punkt anzupassen. Dies hat sich vor allem bewährt, 15 nach der Laufschaufelreihe entlang der Pumpgrenze

wenn der Verdichter mit konstanter Drehzahl ange- zur Regelung auszunützen.

trieben wird. Der Betriebspunkt kann sich der Da der charakteristische Strömungswinkel bei Pumpengrenze bis zur sogenannten öffnungskenn- Drehzahländerung oder Saugdrosselung für die verlinie nähern. Es ist das ungefähr eine Äquidistante schiedenen Betriebspunkte bestimmter anderer zur Pumpgrenze mit größerer Fördermenge, bei der 20 Kennlinien (z. B. die Kennlinie optimalen Wirkungsnoch ein stabiles Arbeiten des Verdichters möglich grades) von Reynolds- und Machzahleinflüssen abist. Überschreitet der Betriebspunkt die öffnungs- gesehen, konstant ist, kann die Erfindung mit Vorteil kennlinie, ζ. B. bei kleiner werdender Verbrauchs- auch zur Regelung nach diesen Kennlinien vermenge, so muß ein Arbeiten des Verdichters in wendet werden.

seinem instabilen Betriebsbereich verhindert werden. 25 Die durch die vorliegende Erfindung erstmals auch Das wird durch öffnen eines Auslaßorgans in der für Verdichter mit verstellbaren Schaufeln anwend-Druckleitung des Verdichters erreicht, wodurch bare Methode der Regelung durch Messung eines dieser weiterhin auf einem Punkte der öffnungskenn- charakteristischen Strömungswinkels des Betriebslinie arbeitet und die überschüssige Fördermenge mittels bietet eine Vereinfachung und damit Verabgeleitet wird. 30 billigung der Regelgeräte, da die bisher notwendige

Die Öffnungskennlinie wurde bisher durch eine Funktionsbildung aus zwei Meßgrößen entfällt. Dar-

Funktion aus dem Enddruck des Verdichters und über hinaus bietet sie den Vorteil, daß der gemessene

einem Druckunterschied im Strömungsweg innerhalb Strömungswinkel eine Ähnlichkeitskenngröße dar-

des Verdichters als Kennwert der Fördermenge stellt, die unabhängig vom Ansaugedruck und von

festgelegt oder durch Verbindung eines dieser beiden 35 der Ansaugetemperatur ist.

Meßwerte mit einem Verdichter-Stellglied wie Dreh- Mit Vorteil kann die Verstellung der Meßsonde

zahlverstellung, Saugdrosselklappe oder Schaufel- durch Drehen oder durch radiales Verschieben

verstellung. Aus diesen beiden Meßwerten wird im erfolgen. Da der Strömungswinkel nicht nur durch

Regler z. B. durch eine Kurvenscheibe eine der ge- das Drehen der Schaufeln beeinflußt wird, sondern

wünschten Öffnungskennlinie entsprechende Funk- 40 sich auch entlang einer Schaufel ändert, kann die

tion gebildet. Durch Änderung der Form der Änderung des Strömungswinkels beim Drehen der

Kurvenscheibe wird die Öffnungskennlinie unter Be- Schaufeln durch eine radiale Bewegung der Meß-

rücksichtigung der besonderen Betriebsverhältnisse sonde kompensiert werden, ohne sie drehen zu

jedem einzelnen Verdichter angepaßt. müssen.

Es ist noch ein weiterer Meßwert als Eingangs- 45 Die Verstellung der Meßsonde kann nach einer größe für den Regler bekannt, nämlich der absolute linearen oder beliebigen Funktion in Abhängigkeit Strömungswinkel nach der Laufschaufelreihe eines vom Verstellwinkel der Schaufeln erfolgen, wobei die Turboverdichters, gemessen durch ein fest einge- Meßsonde annähernd in der Mitte der axialen Erbautes Staudruckgerät. Dieser Meßwert kann mit Streckung des beschaufelten Teils des Verdichters Vorteil, da er eine Ähnlichkeitskenngröße darstellt, 50 angeordnet ist.

zusammen mit einer der obengenannten Größen zur Vorteilhaft ist die Anwendung von Zwei- oder

Festlegung einer Betriebskennlinie herangezogen Mehrloch-Winkelsonden.

werden. Dieser Strömungswinkel hat außerdem die Gegenüber den Staudruck-Meßsonden weist eine

günstige Eigenschaft, für bestimmte Betriebskenn- Lamellensonde eine größere Empfindlichkeit auf, ist

linien und Rcgelarten annähernd konstant zu sein, 5s nicht verschmutzungsanfällig und bietet außerdem

z. B. bei Drehzahländerung oder Saugdrosselung für den Vorteil, daß sie auch bei Rückströmung im

eine Kennlinie optimalen Wirkungsgrades oder für die Verdichter ein eindeutiges, richtiges Signal für die

Öffnungskennlinie des Auslaßorgans entlang der Regelung gibt.

Pumpgrenze. Dadurch genügt ein einziger Meßwert, Schließlich kann die Lamellensonde mit Dehnmeß-

und die Regelung vereinfacht sich, da die Funktions- 60 streifen ausgestattet sein.

bildung unnötig wird. in der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele zum

Wird der Verdichter durch Schaufelverstellung ge- Erfindungsgedanken veranschaulicht und deren An-

rcgclt, so ist diese günstige Eigenschaft nicht mehr wendung schematisch dargestellt. Es zeigt

vorhanden. Als Beispiel hierfür sei die Pumpver- Fig. 1 eine Verstellvorrichtung für die Meßsonde

hulling eines Axialverdichters mit verstellbaren 85 in Axialschnitt,

Ixitsch.njfeln betrachtet. In diesem Fall ändert sich Fig. 2 eine Verstellvorrichtung für die Meßsonde

der ab; olute Strömungswinkel nach der Laufschaufel- in Radialschnitt,

reihe entlang der Pumpgrenze stark mit der Leit- F i g. 3 ein Regelschema,

Claims (9)

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   Fig. 4 eine Meßsonde in Draufsicht, welcher auf die Drehvorrichtung der Leitschaufeln,

   F i g. 5 eine andere Meßsonde im Längsschnitt, die bei 3 angedeutet sind, und auf die Verstellvor-

   Fig. 6 dieselbe Meßsonde nach dem Schnitt VI-VI richtung der Meßsonde 11 einwirkt. Diese beiden

   in Fj g. 5. Vorrichtungen sind im Block 28 zusammengefaßt.

   In allen Figuren sind gleichen Teilen gleiche Hin- 5 Die von den Drücken in den Meßleitungen 12 und

   weiszeichen zugeordnet. 13 der Meßsonde 11 beidseitig beaufschlagte Mem-

   Nach F i g. 1 ist der Läufer 1 eines Axialver- bran 29 steuert über das Ventil 30 den Druck des dichters mit Laufschaufeln 2 versehen, zwischen die Öles, das durch die Blende 31 angespeist wird, für die Leitschaufeln 3 hineinragen. Diese sind drehbar den Kolben 32, der das Ventil 33 in der Ausblaseim Leitschaufelträger 4 gelagert. Ihre Achsen 5 io leitung 34 betätigt, sobald der Strömungswinkel an werden über Kegelräderpaare 6 durch eine Verstell- der Öffnungskennlinie und damit der Druckunterwelle 7 gedreht, deren Antrieb nicht gezeichnet ist. schied in den beiden Meßleitungen einen bestimmten

   Auf der Verstellwelle 7, die sich nicht über alle Grenzwert erreichen. Wenn der Druck in der Meß-Schaufelreihen erstrecken muß, sitzt ein weiteres leitung 13 überwiegt, öffnet das Ventil 30, der Kegelrad 8, das vorteilhafterweise nahe der Mitte des 15 Kolben 32 wird entlastet, das Ventil 33 öffnet, und beschaufelten Teils des Verdichters angeordnet ist die überflüssige Fördermenge bläst ab.
   und mit dem Kegelrad 9 in Eingriff steht. Dieses ist Bei Regelung des Verdichters nach einer anderen auf der drehbaren Hülse 10 befestigt, die gleichfalls Betriebskennlinie, beispielsweise nach einer Kurve im Leitschaufelträger gelagert ist und eine Meßsonde besten Wirkungsgrades, wirkt der gemessene Druck-11 mit den zugehörigen Meßleitungen 12 und 13 20 unterschied auf die Verstellvorrichtung der Verträgt. Die Meßleitungen bestehen zweckmäßig dichterschaufeln ein.

   außerhalb der Hülse 10 aus beweglichen oder In F i g. 4 ist eine an sich bekannte Zweilochelastischen Teilen. Beim Drehen der Verstellwelle 7 Winkelsonde dargestellt, die als Meßsonde 11 verwird die Meßsonde gleichzeitig mit den Leitschaufeln wendet werden kann. Die offenen Enden 35 und 36 verstellt, entweder um den gleichen Schwenkwinkel wie 25 der Meßleitungen 12 und 13 stehen wie üblich im diese oder in linearer Abhängigkeit von der Drehung, rechten Winkel zueinander. Trifft das Betriebsmittel je nachdem, ob die Kegelräder 8 und 9 ein gleiches symmetrisch zur Sonde auf, wie es durch die Pfeiloder unterschiedliches Übersetzungsverhältnis haben richtung angedeutet ist, dann ist der Staudruck in wie die Kegelräder 6. beiden Meßleitungen gleich groß und der Drück-

   Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, den Druck- 3° unterschied Null. Weicht die Strömungsrichtung von unterschied in den beiden Meßleitungen der Meß- der Symmetrieebene ab, so wird der Staudruck in den sonde entlang den obenerwähnten Betriebskenn- beiden Meßleitungen unterschiedlich, und es tritt ein linien des Verdichters konstant, bei Anwendung der positiver oder negativer Druckunterschied auf, der Nullmethode gleich Null zu halten und damit den ebenso wie der Nullwert als Sollwert für die Verdichter zu regeln. Weicht der als Regelgröße 35 Regelung dienen kann. — Gleicherweise sind Mehrausgewählte charakteristische Strömungswinkel von loch-Winkelsonden verwendbar,
   einem vorbestimmten Wert ab, was sich in einer Eine für die Durchführung des Erfindungs-Änderung des gemessenen Druckunterschiedes an- gedanken besonders geeignete Lamellensonde ist in zeigt, so wirkt der Regler auf ein Stellglied ein, bis den F i g. 5 und 6 veranschaulicht. In einem Schlitz sich der vorbestimmte Strömungswinkel wieder ein- 40 des Sondenkörpers 37 ist die Blattfeder 38 zwischen stellt. den verengten Mündungen der Meßleitungen 39 an-

   Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der Sonden- geordnet, die über Blenden 40 mit sauberer Luft Verstellvorrichtung. An Stelle eines Kegelrades sitzt konstanten Druckes bei 41 angespeist werden. Beauf der Verstellwelle 7 eine Kurvenscheibe 14 und findet sich die Blattfeder in der Mittellage, so sind bewegt durch ihre Drehung eine Schieberstange 15, 45 beide Drücke an den Mündungen der Meßleitungen die durch einen Federkolben 16 geführt und über gleich. Wird die Feder durch Strömungskräfte aus eine Rolle 17 gegen die Kurvenscheibe gedrückt der Mittellage ausgelenkt, dann wird der Abströmwird. Ein an der Schieberstange 15 angebrachter querschnitt der einen Mündung vergrößert, der Stift 18 greift in einen Hebel 19, der auf der Hülse andern verkleinert. Es entsteht dadurch ein Druck-10 befestigt ist und dadurch eine Verstellung der 50 unterschied, der der Durchbiegung der Blattfeder Meßsonde 11 bewirkt. und somit der Winkelabweichung der Strömung an-

   Mit Hilfe der Kurvenscheibe 14 kann jede be- nähernd proportional ist. Der Druckunterschied

   liebige Funktion zwischen Meßsondenverstellung wirkt auf die Membran 29 ein, die mit einem Stell-

   und Leitschaufeldrehung gebildet werden. Dies ist glied verbunden ist.

   dann nötig, wenn der Strömungswinkel längs der 55
   gewünschten Betriebskennlinie nicht konstant ist und

   daher der eingestellte Sollwert einer Korrektur be- Patentansprüche:
   darf.

   F i g. 3 zeigt als Anwendungsbeispiel ein Regel- 1. Einrichtung zur Regelung, vorzugsweise zur schema für einen Verdichter mit Leitschaufelver- 60 Pumpverhütung, eines von einem kompressiblen stellung, konstantem Förderdruck und Pumpver- Betriebsmittel durchströmten Turboverdichters hütung durch Messung des Strömungswinkels. Der mit verstellbaren Leit- oder Laufschaufeln und Verdichter 20, der vom Motor 21 angetrieben wird, mit Messung eines charakteristischen Strömungsfördert das Betriebsmittel von der Ansaugleitung 22 winkeis des Betriebsmittels in einer Verdichterin die Druckleitung 23. Der Federbalg 24, der mit der 65 stufe durch eine Meßsonde, die bei Abweichung Druckleitung 23 in Verbindung steht, steuert über des Strömungswinkels von einem vorbestimmten das Ventil 25 den Druck des Öles, das durch die Wert auf einen Regler einwirkt, dadurch Blende 26 angespeist wird, für den Steuerkolben 27, gekennzeichnet, daß die Meßsonde ver-

   stellbar ist und ihre Verstellvorrichtung mit der Verstellvorrichtung der Schaufeln gekoppelt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde drehbar ist.
3. 3. Hinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde radial verschiebbar ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde in linearer Abhängigkeit vom Verstellwinkel der Schaufeln verstellt wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde mit Hilfe einer Kurvenscheibe nach einer beliebigen Funktion in Abhängigkeit vom Verstellwinkel der Schaufeln verstellt wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde annähernd in der Mitte der axialen Erstreckung des beschaufelten Teils des Verdichters angeordnet ist..
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zwei- oder Mehrloch-Winkelsonde als Meßsonde.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lamellensonde als Meßsonde.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellensonde mit Dehnmeßstreifen ausgestattet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen