DE19541192A1 - Verfahren zum Schutz eines Turbokompressors vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich mittels Armaturen mit zwei Stellgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Turboverdichters vor Betrieb im instabilen Arbeitsbe­ reich mittels einer Abblaseeinrichtung, wobei aus Meß­ werten zumindest für den Verdichterdurchfluß und Ver­ dichterenddruck sowie aus vorgegebenen bzw. vorgeb­ baren Sollwerten ein Regelparameter bestimmt wird, anhand dessen durch einen Pumpgrenzregler eine geregelte Öffnung der Abblasevorrichtung erfolgt sowie eine Vorrichtung, die einen Pumpgrenzregler für eine Verstellung der Abblaseeinrichtung mittels einer Betätigungseinrichtung über ein Druckmedium aufweist sowie mit Steuerleitungen für die Betätigung der Abblaseeinrichtung in Öffnungs- bzw. Schließrichtung.

Zum optimalen Schutz von Turbokompressoren vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich (Pumpen) sind schnell ansprechende Abblase- oder Umblasearmaturen erforder­ lich.

Insbesondere bei Axialkompressoren, die bei Kompressor­ pumpen besonders gefährdet sind, werden bevorzugt hydraulische Abblase- bzw. Umblasearmaturen verwendet, da nur diese Armaturen die geforderten Stellzeiten von 1 bis 2 Sekunden für eine Öffnungsbewegung gewähr­ leisten. Diese Stellzeiten sind nur mit hydraulischen Armaturen sowohl für den gesteuerten Schnellöffnungs­ fall (ein Magnetventil im Kraftölkreis wird betätigt und steuert das Kraftöl ab und die Armatur öffnet mit maximaler Stellgeschwindigkeit) als auch für den Regelfall (der Pumpgrenzregler steuert die Abblase­ armatur in eine Zwischenstellung, um nur soviel Fördermedium abzublasen, wie unbedingt erforderlich ist) zu erreichen. In diesem Fall gibt ein Maschinenschutzregler (Pumpgrenzregler) ein stetiges Stellsignal vor und die Abblasearmatur muß diese vorgegebene Stellung schnellstmöglich einnehmen.

In der Praxis ist eine Positioniereinheit erforderlich, die die aktuell gemessene Stellung mit der gewünschten Stellung vergleicht und bei einer Abweichung Steuer/ Korrektureingriffe derart erzeugt, daß die gewünschte Armaturenstellung eingenommen wird. Es ist bekannt, daß kurze Stellzeiten mit einer Positioniereinheit wesent­ lich schwieriger erreichbar sind als durch gesteuerte Magnetventile, die einen im Prinzip beliebig groß wähl­ baren Absteuerquerschnitt freigeben. Die Positionier­ einheit muß daher so optimiert werden, daß eine stabile Position auch über einen längeren Zeitraum gehalten werden muß. Eine Veränderung der jeweiligen Position der Abblasearmatur als Folge einer Stellgrößenänderung muß so erfolgen, daß ein stabiles Einschwingen in die neue Position gewährleistet ist.

Bekanntlich haben hydraulisch betätigte Armaturen gegenüber pneumatisch betätigten Armaturen den Vorteil, daß sie deutlich kürzere Stellzeiten zulassen. Sie haben allerdings den Nachteil, daß sie deutlich teurer sind, insbesondere auch angesichts der Notwendigkeit einer Ölversorgungseinheit.

Der Vorteil der Hydraulik liegt in der Inkompressibili­ tät des Hydrauliköles. Druckluft ist kompressibel und daher wesentlich schlechter als Steuermedium für schnelle Armaturen geeignet. Während sich mit hydraulisch betätigten Armaturen Stellzeiten von 1 bis 2 Sekunden auch für den geregelten Fall, d. h. bei einer Verstellung über den Stellungsregler problemlos erreichen lassen, ist dies mit pneumatisch betätigten Armaturen nahezu unmöglich. Realistisch mit Pneumatik erzielbare Stellzeiten sind 2 Sekunden für eine Schnellöffnung und 6 Sekunden für eine geregelte Ventilbewegung.

Daher kann ein Kompressor mit einer langsam öffnenden Armatur (6 Sekunden) wesentlich schlechter geschützt werden als ein Kompressor mit einer schnellöffnenden, hydraulischen Armatur (1-2 Sekunden).

Ein weiterer, wesentlicher Kostenfaktor beim Einsatz von Abblase- und Umblasearmaturen für Kompressoren ist die Bauart der Armatur. Am besten geeignet sind Venti­ le, da deren Kennlinie (Druck/Durchflußcharakteristik) durch konstruktive Gestaltung der Ventilsitze an die jeweiligen Bedingungen angepaßt werden kann. Die Ventilkennlinie kann dadurch konstruktiv an die jewei­ ligen Einsatzbedingungen angepaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die ein ähnlich gutes Öffnungs- und Schließverhalten zum Schutz eines Turbo­ verdichters vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich wie bei Verwendung von hydraulisch angetriebenen Abblasearmaturen gewährleistet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und 7.

Die Ansprüche 2-6 sowie 8-13 stellen eine vorteil­ hafte Ausgestaltung der Erfindung dar.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch über­ wunden, daß ein Kompressorschutzsystem, welches mit dem nachfolgend beschriebenen Regelprinzip und pneumatisch betätigten Armaturen ausgerüstet ist, nahezu genau so wirksam ist wie ein System mit bekannter Regelung und mit hydraulischen Abblaseventilen.

Wird der Kompressor im normalen Betriebspunkt gefahren, ist der vom Prozeß abgenommene Durchfluß größer als der Durchfluß an der Abblaselinie und die Stell- bzw. Abblasearmatur ist geschlossen. Reduziert sich der vom Prozeß abgenommene Durchfluß, kann es erforderlich werden, einen Teil des Kompressordurchsatzes über die Abblasearmatur abzublasen, um den minimal erforder­ lichen Kompressordurchfluß sicherzustellen. Hierzu öffnet der Pumpgrenzregler die Stellarmatur.

Erfindungsgemäß wirkt ein Steuersignal eines Steuer­ bausteines mit einer "Dynamischen Abblaselinie" gleichzeitig auf den Ausgang eines Pumpgrenzreglers, der die Abblasearmatur stetig, d. h. mit langsamer Stellgeschwindigkeit verstellt und auf ein Magnet­ ventil, das eine schnelle Öffnung einleitet. Gegenüber dem aus der DE 38 11 230 bekannten Verfahren zum Schützen eines Turboverdichters mittels Abblasens über ein Abblaseventil hat diese Regelung den Vorteil, daß unter kritischen Betriebsbedingungen (und diese liegen immer dann vor, wenn die "Dynamische Abblaselinie" anspricht) die volle Dynamik aller Klappen genutzt wird.

Der Befehl zur Schnellöffnung steht nur so lange an, wie der Gradient der Arbeitspunktverschiebung größer ist als der Abstand des Arbeitspunktes zur Pumpgrenze, d. h. so lange die kritische Betriebssituation ansteht. Hat sich als Folge der einsetzenden Armaturbewegung der Gradient der Arbeitspunktverschiebung verkleinert und ist unter den Grenzwert gesunken, schaltet das Magnet­ ventil wieder zurück und die Armatur geht in den normalen Regelbetrieb (geschlossener Regelkreis) zurück. Idealerweise wird hierdurch die Armatur nur so lange mit einer schnellen Geschwindigkeit verstellt wie es unbedingt erforderlich ist. Die Armatur fährt mit der schnellen Geschwindigkeit zügig in den neuen stationären Arbeitspunkt. In der Praxis wirken sich jedoch Totzeiten, Trägheiten, Reibungseffekte usw. aus und werden dazu führen, daß die Armatur möglicherweise nicht weit genug oder zu weit öffnet. In beiden Fällen wird dies durch die normale Regelung anschließend kompensiert.

Es ist durchaus möglich und häufig sogar der Normal­ fall, daß die "Dynamische Abblaselinie" während einer Prozeßstörung mehrfach anspricht. Der zulässige Grenz­ wert für den Gradienten ist ja, wie oben beschrieben, vom aktuellen Abstand des Arbeitspunktes zur Pumpgrenze abhängig und dieser ändert sich bei einer durch Prozeß­ störung bedingten Arbeitspunktverschiebung ständig.

Die Erfindung verbindet daher in nahezu idealer Weise günstige Kosten und die Vorzüge einer preiswerten Armatur.

Deutlich kostengünstiger als Ventile sind Klappen zur Durchflußregelung herstellbar. Diese haben aber den Nachteil, daß sie eine stark nichtlineare Kennlinie besitzen, die konstruktiv kaum beeinflußbar ist. Dieser Kennlinienverlauf läßt sich durch elektronische Liniearisierungsschaltungen zwar linearisieren, ein weiterer wesentlicher Nachteil von Klappen bleibt aber bestehen. Dieser besteht darin, daß Klappen im unteren Öffnungsbereich, d. h. bei Öffnungswinkel zwischen 0° und 10 bis 20° eine undefinierte Kennlinie besitzen. Eine Linearisierung ist daher in diesem Bereich nicht möglich. Außerdem wird von einschlägigen Herstellern mitgeteilt, daß Klappen generell in diesem Bereich zum Regeln ungeeignet sind. Deshalb wird erfindungsgemäß ein System - Verfahren mit Vorrichtung - vorgestellt, welches diesen Nachteil vermeidet.

Nach der Erfindung werden zwei Stellklappen, eine große und eine kleine, als Abblasearmatur verwendet. Die große Stellklappe ist für ca. 90% des Nenndurchsatzes ausgelegt und die kleine Stellklappe für ca. 10%. Auch ein Verhältnis 80/20% oder ähnlichen Verhält­ nissen ist möglich. Beide Stellklappen werden in Sequenz (Split Range) gefahren. Bei einem Ansprechen des Pumpgrenzreglers wird zunächst die kleine Stellklappe geöffnet und dann die große. Durch diese Auswahl wird erreicht, daß der undefinierte Bereich der Kennlinie der Abblasearmatur nur noch bei sehr kleinen Durchflüssen auftritt und damit für den praktischen Betrieb vernachlässigbar ist.

Bekanntlich haben Klappen im Bereich unter ca. 10° Öffnung keine guten Regeleigenschaften. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine große und eine kleine Armatur signalseitig in Reihe betrieben werden. Das bedeutet, daß bei sinkendem Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers (bei maximalem Reglerausgangs­ signal sind alle Abblase/Umblaseventile geschlossen, bei minimalen Signal geöffnet) zunächst die kleine Armatur öffnet und anschließend die große. Durch die Aufteilung auf z. B. eine 10% und eine 90% Armatur wird der kritische Bereich mit der schlechten Regelcharakteristik auf 10% des Wertes reduziert, der sich bei Einsatz einer einzigen 100% Armatur ein­ stellen würde. Dies reicht aus, da das Meßsignal (Durchfluß) ohnehin mit einem meßtechnisch bedingten Rauschen von 1 bis 2% beaufschlagt ist und sich dieses Rauschen in der Stellgröße zur Abblase/Umblasearmatur wiederfindet.

Hierzu öffnet der Pumpgrenzregler zunächst die kleine Stellklappe. Reicht der Durchsatz durch diese Armatur nicht aus, um den Kompressor außerhalb des instabilen Arbeitsbereich des Kompressors zu betreiben, wird anschließend auch die große Stellklappe geöffnet.

Durch die Ansteuerung der Abblasearmaturen im Split Range verlängern sich die Stellzeiten gegenüber einer Betätigung von nur einer einzigen Armatur oder der Betätigung beider Armaturen parallel. Ungünstigenfalls verdoppeln sich die Stellzeiten.

Dieser Nachteil sowie der bereits zuvor beschriebene Nachteil der langsameren geregelten Stellzeit pneuma­ tischer Stellantriebe wird dadurch kompensiert, daß das Steuersignal der "Dynamischen Abblaselinie" gleich­ zeitig auf alle Armaturen, also auf die große und kleine Armatur, wirkt.

Sobald die kleine Klappe völlig geöffnet ist, beginnt die große Klappe zu öffnen. Diese wird nun möglicherweise im Bereich mit schlechter Regelgüte betrieben. Dies ist jedoch unkritisch, wenn die Stellgeschwindigkeit der Abblase/Umblasearmatur in Schließrichtung auf sehr kleine Werte begrenzt wird.

Sollte die große Abblasearmatur durch den Eingriff der dynamischen Abblaselinie genau die erforderliche Stellung mit dem erforderlichen Drosselverhalten ein­ nehmen, sind keine weiteren Stelleingriffe erforderlich und das System zeigt ideales Verhalten. In der Regel wird allerdings die große Abblasearmatur zu weit öffnen oder nicht weit genug. Öffnet sie nicht weit genug oder ist die Drosselwirkung noch zu groß, wird der Pump­ grenzregler diese Abblasearmatur weiter öffnen. Hat die Abblasearmatur aber zu weit geöffnet oder ist die Drosselwirkung zu gering, wird der Pumpgrenzregler einen Schließbefehl aussteuern.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die große Abblasearmatur in ihrer Schließgeschwindigkeit begrenzt. Dies kann entweder durch eine entsprechende Einstellung am Antrieb der Armatur oder durch eine Begrenzung des Stellgrößengradienten im Regler erfolgen. Die kleine Abblasearmatur kann ebenfalls mit einer entsprechenden Begrenzung der Schließge­ schwindigkeit ausgestattet sein (ist aus Sicherheits­ gründen oft erforderlich), allerdings ist die große Armatur auf eine wesentlich langsamere Schließgeschwin­ digkeit eingestellt.

Falls die "Dynamische Abblaselinie" die beiden Abblase­ armaturen zu weit geöffnet haben sollte, steuert der Pumpgrenzregler einen Schließbefehl aus.

Da die große Abblasearmatur auf eine sehr langsame Schließgeschwindigkeit eingestellt ist, wird sie auch nur entsprechend langsam schließen. Die kleine Abblasearmatur wird auf eine schnellere Schließgeschwindigkeit eingestellt und gelangt dadurch schneller wieder in den Regelbereich. Hierdurch erhält die kleine Armatur Vorrang beim Ausregeln kleinerer Prozeßstörungen.

Es ist ebenso möglich, den Schließvorgang der großen Abblasearmatur gesteuert so lange zu blockieren, d. h. die große Stellklappe in ihrer einmal eingenommenen Stellung festzuhalten, bis die kleine Abblasearmatur völlig oder nahezu völlig geschlossen ist. Hierdurch wird die große Abblasearmatur in ihrer Stellung "eingefroren" und die Regelung kleinerer Störgrößen erfolgt ausschließlich über die kleine Abblasearmatur. Nur bei größeren Störgrößen oder wenn die kleine Abblasearmatur eine Endlage oder die Nähe einer Endlage erreicht, wird die große Abblasearmatur bewegt.

Alternativ können Pumpgrenzregler und "Dynamische Abblaselinie" auch eine Abblasevorrichtung regeln, die nur eine einzige Abblasearmatur aufweist, wobei sowohl langsame als auch schnelle Schließvorgänge der einzigen Abblasearmatur möglich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von zwei Regelschemen und einem Blockdiagramm erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Regelschema eines Turbokompressors mit zwei Abblasearmaturen,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Steuerung der Abblase­ armaturen,

Fig. 3 ein Regelschema eines Turbokompressors mit nur einer Abblasearmatur.

Entsprechend Fig. 1 ist der Turboverdichter (1) ansaug­ seitig mit einer Ansaugleitung (10) verbunden. Abgabe­ seitig ist der Turboverdichter (1) mit einer Abgabeleitung (11) verbunden, die über eine Rückschlag­ klappe (12) das von dem Turboverdichter (1) verdichtete Medium zu einem nachgeschalteten Prozeß leitet. Vor der Rückschlagklappe (12) zweigt von der Abgabeleitung (11) eine Abblaseleitung (20) zu einer Abblasevorrichtung (2) ab, in der zwei Abblasearmaturen (3, 4) mit einem gemeinsamen Schalldämpfer (5) sowie mit pneumatischen Betätigungseinrichtungen (21) und Magnetventilen (24) angeordnet sind, die einerseits mit zwei Steuerlei­ tungen (23) und andererseits mit den Steuerleitungen (27) und (28) verbunden sind.

Ansaugseitig wird mittels eines in der Ansaugöffnung des Turboverdichters (1) angeordneten Durchflußmessers (31) der zum Verdichter (1) strömende Durchfluß des zu verdichtenden Mediums erfaßt. An der Ansaugleitung (10) ist ferner ein Temperaturmesser (33) angeordnet. Mittels eines mit der Abgabeleitung (11) verbundenen Druckmessers (32) ist der Verdichterenddruck erfaßbar. Der vom Durchflußmesser (31) aktuell gemessene Durch­ fluß-Istwert und der vom Funktionsgeber (38) ausgege­ bene Durchfluß-Sollwert sowie die im Temperaturmesser (33) gemessenen Gastemperatur werden einem Pumpgrenz­ regler (41) zugeführt, der mit einem Baustein "Dyna­ mische Abblaselinie" (42) gekoppelt ist.

Der Pumpgrenzregler (41) sorgt im Zusammenspiel mit der "Dynamischen Abblaselinie" (42) für eine kontinuier­ liche Regelung, d. h. eine stetige Verstellung der Abblasearmaturen (3, 4) in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes im Kennfeld. Hierzu wirkt der Ausgang des Pumpgrenzreglers (41) über einen Gradientenbegrenzer und über zwei Umformer (29) und (30) sowie über Steuerleitungen (27, 28) auf die elektro-pneumatischen Wandler (34, 35), die mit einer Druckversorgungsleitung (39) verbunden sind. Aufgabe dieser Umformer (29, 30) ist es, das Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers (41) so umzuformen, daß zunächst die kleine (3) und danach die große Abblasearmatur (4) öffnet. Über pneumatische Steuerleitungen (36, 37) wird ein Druckmedium zum Öffnen bzw. Schließen auf die Antriebe (21, 24) der kleinen (3) und großen Abblase­ armatur (4) in der Abblasevorrichtung (2) aufgegeben.

Von den Stellantrieben (21) führt eine Druckmedienum­ leitung zu einer Kolben-Zylinder- oder Membran-Einheit (22) für die Erzeugung der Kraft für die Verstellbe­ wegung der Abblasearmaturen (3, 4) in Schließ- und Öffnungsrichtung.

Der Ausgang der Steuerleitungen (27 und 28) wirkt über die Wandler (34, 35) auf die Kolben-Zylinder-Einheiten (22) der pneumatischen Stellantriebe (21). Hierdurch werden die beiden Abblasearmaturen (3, 4) in "Split range" verstellt, bis der Verdichter-Arbeitspunkt in den sicheren Kennfeldbereich wieder zurückgesetzt wird.

Bei größeren Abweichungen steuert die "Dynamische Abblaselinie" (42) über die Steuerleitung (23) die Magnetventile (24) an und leitet dadurch eine schnelle Öffnung beider Abblasearmaturen (3, 4) ein. Ist die Prozeßstörung weitgehend abgeklungen, schaltet die "Dynamische Abblaselinie" (42) zurück und die Abblasearmaturen (3, 4) werden nur noch durch Steuersignale der Steuerleitungen (27 und 28) verstellt.

Wie bereits ausgeführt, kann der Schließvorgang der großen Abblasearmatur (4) so lange blockiert werden und diese Armatur (4) in ihrer einmal eingenommenen Stellung festgehalten werden, bis die kleine Abblase­ armatur (3) völlig oder nahezu völlig geschlossen ist. Hierdurch wird die große Abblasearmatur (4) in ihrer Stellung "eingefroren" und die Regelung kleinerer Störgrößen erfolgt ausschließlich über die kleine Abblasearmatur (3). Nur bei größeren Störgrößen oder wenn die kleinere Abblasearmatur (3) eine Endlage oder die Nähe einer Endlage erreicht, wird die große Abblasearmatur (4) bewegt.

Ein Blockdiagramm einer solchen Struktur ist in Fig. 2 dargestellt.

Es zeigt die für die Steuerung der kleinen (3) und großen Abblasearmatur (4) erforderlichen Komponenten, die aus dem Pumpgrenzregler (41), der "Dynamischen Abblaselinie" (42) sowie dem Gradientenbegrenzer (50) mit den zugehörigen Steuerleitungen bestehen.

Das Stellsignal für die große Klappe (4) wird über eine Reihenschaltung verschiedener Funktionsblöcke des Gradientenbegrenzers (50) angesteuert, der durch das Relais "REL" (55) ergänzt wurde.

Mit dem Ansprechen der "Dynamischen Abblaselinie" (42) werden beide Magnetventile (24) über die Steuerleitung (23) angesteuert und beide Abblasearmaturen (3, 4) öffnen gleichzeitig mit maximaler Stellgeschwindigkeit. Zusätzlich wird der Integrierer "NFI" (53) auf Nachführmodus geschaltet und der Speicherinhalt dieses Integrierers (53) wird auf die aktuell gemessene Klappenstellung der großen Abblasearmatur (4) nachgefahren. Gleiches kann auch für die kleine Abblasearmatur (3) erfolgen, dies ist in Fig. 2 aber nicht dargestellt. Verschwindet der Schnellöffnungs­ befehl der "Dynamischen Abblaselinie" (42), wird der Integrierer "NFI" (53) auf Integriermodus zurückgeschaltet und der Integrierer (53) folgt dem Ausgangssignal des Limitierers "LIM" (52). In diesem LIM-Block (52) werden die Stellgeschwindigkeiten der Abblasearmaturen (3, 4) eingestellt.

Befindet sich die kleine Abblasearmatur (3) außerhalb der Endlagen, wird über das Oder-Glied "OR" (56) das Relais "REL" (55) auf Null geschaltet und der Integrierer "NFI" (53) verharrt auf seinem Ausgangswert. Erst mit Erreichen einer Endlage der kleinen Abblasearmatur (3) wird das Stellsignal des Pumpgrenzreglers (41) auf die große Abblasearmatur (4) freigegeben und diese kann mit der im Block "LIM" (52) eingestellten Stellgeschwindigkeit (oder einer kleineren) folgen. Gelangt hierdurch die kleine Abblasearmatur (3) wieder in den Betriebsbereich außerhalb der Endlagen, wird mit dem Verlassen der Endlagen das Relais "REL" (55) wieder auf Null geschaltet und die große Abblasearmatur (4) verharrt weiter in der geforderten Stellung.

Es ist sinnvoll, die Meldung der Endlagen der Abblase­ armaturen (3, 4) durch die Endlagenschalter (25, 26) mit einer Hysterese zu versehen, so daß häufige Umschaltungen vermieden werden.

Die Endlagenmeldung kann an den Endlagenschaltern (25, 26) am Stellantrieb ebenso gut abgegriffen wie aus der Positionsrückmeldung (60) mit Positionsgeber (59) abgeleitet werden.

Steht eine stetige Rückmeldung (59) der gemessenen Position der großen Abblasearmatur (4) nicht zur Verfügung, kann statt dessen auch der Ausgang des Integrierers NFI (53) auf den Nachführeingang rückgekoppelt werden.

Fig. 3 zeigt ein Regelschema eines Turbokompressors mit nur einer Abblasearmatur. Der Turboverdichter (1) ist ansaugseitig mit einer Ansaugleitung (10) verbunden. Abgabeseitig ist der Turboverdichter (1) mit einer Abgabeleitung (11) verbunden, die über eine Rückschlag­ klappe (12) das von dem Turboverdichter (1) verdichtete Medium zu einem nachgeschalteten Prozeß leitet. Vor der Rückschlagklappe (12) zweigt von der Abgabeleitung (11) eine Abblaseleitung (20) zu einer Abblasevorrichtung (2) ab, in der eine große Abblasearmatur (4) mit einem Schalldämpfer (5) sowie mit pneumatischen Betätigungs­ einrichtungen (21) und Magnetventilen (24) angeordnet sind, die einerseits mit der Steuerleitung (23) und andererseits mit der Steuerleitung (28) verbunden sind.

Auch hier wird ansaugseitig mittels eines in der Ansaugöffnung des Turboverdichters (1) angeordneten Durchflußmessers (31) der zum Verdichter (1) strömende Durchfluß des zu verdichtenden Mediums erfaßt. An der Ansaugleitung (10) ist ferner ein Temperaturmesser (33) angeordnet, in der Abgabeleitung (11) wird der Ver­ dichterenddruck von einem Druckmesser (32) erfaßt. Der vom Durchflußmesser (31) gemessene Durchfluß- Istwert und der vom Funktionsgeber (38) ausgegebene Durchfluß-Sollwert sowie die im Temperaturmesser (33) gemessene Gastemperatur werden einem Pumpgrenzregler (41) zugeführt, der mit einer "Dynamischen Abblaselinie" (42) gekoppelt ist.

Der Pumpgrenzregler (41) sorgt im Zusammenspiel mit der "Dynamischen Abblaselinie" (42) für eine kontinuier­ liche Regelung der Abblasearmatur (4) in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes im Kennfeld. Hierzu wirkt der Pumpgrenzregler (41) über einen Umformer (30) sowie über die Steuerleitung (28) auf den elektro­ pneumatischen Wandler (35), der mit einer Druckver­ sorgungsleitung verbunden ist. Der Umformer (30) formt das Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers (41) so, daß sich die Abblasearmatur (4) öffnet.

Von den Stellantrieben (21) führt eine Druckmedienum­ leitung zu einer Kolben-Zylinder- oder Membran-Einheit (22) für die Erzeugung der Kraft für die Verstellbe­ wegung der Abblasearmatur (4) in Schließ- und Öffnungs­ richtung.

Bei größeren Abweichungen steuert auch hier die "Dynamische Abblaselinie" (42) über die Steuerleitung (23) die Magnetventile (24) an und leitet dadurch eine schnelle Öffnung der Abblasearmatur (4) ein. Ist die Prozeßstörung weitgehend abgeklungen, schaltet die "Dynamische Abblaselinie" (42) zurück und die Abblase­ armatur (4) wird nur noch durch Steuersignale der Steuerleitung (28) verstellt.

Bezugszeichenliste

1 Turboverdichter
2 Abblasevorrichtung
3 Kleine Abblasearmatur
4 Große Abblasearmatur
5 Schalldämpfer
10 Ansaugleitung
11 Abgabeleitung
12 Rückschlagklappe
20 Abblaseleitung
21 Betätigungseinrichtung/Stellantrieb
22 Kolben-Zylinder-Einheit
23 Steuerleitung für gesteuerte Verstellung von 3/4
24 Magnetventil
25 Endlagenschalter
26 Endlagenschalter
27 Steuerleitung für stetige Verstellung von 4
28 Steuerleitung für stetige Verstellung von 3
29 Umformer
30 Umformer
31 Durchflußmesser
32 Druckmesser
33 Temperaturmesser
34 I/P-Wandler mit AS
35 I/P-Wandler mit AS
36 Pneumatische Steuerleitung
37 Pneumatische Steuerleitung
38 Funktionsgeber
39 Druckluftversorger AS
41 Pumpgrenzregler
42 Dynamische Abblaselinie (Steuerbaustein)
43 Steuerleitung
44 Steuerleitung
45 Schaltsignalleitung
50 Gradientenbegrenzer
51 Stellfaktor (Gain)
52 Begrenzer (LIM)
53 Integrierer ((NFI)
54 Rückkoppelung
55 Relais (REL)
56 Oder-Glied (OR)
57 Steuerleitung
58 Steuerleitung
59 Positionsgeber
60 Positionsrückmeldung

Claims (13)

1. Verfahren zum Schutz eines Turboverdichters vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich mittels einer Abblaseeinrichtung, wobei aus Meßwerten zumindest für den Verdichterdurchfluß und Verdichterenddruck sowie aus vorgegebenen bzw. vorgebbaren Sollwerten ein Regelparameter bestimmt wird, anhand dessen durch einen Pumpgrenzregler eine geregelte Öffnung der Abblasevorrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß die in den Pumpgrenzregler eingegebenen Meßwerte für Temperatur, Durchfluß und Druck mit einer dynamischen Abblaselinie gekoppelt und die beiden Abblasearmaturen der Abblasevorrichtung in Sequenz gefahren werden, wobei diese Steuersignale für eine Schnellöffnung der beiden Abblasearmaturen zunächst an eine kleine Abblasearmatur und nach Öffnung dieser kleinen Abblasearmatur an eine große Abblasearmatur weitergeleitet werden,
daß der Pumpgrenzregler von einer dynamischen Abblaselinie Daten zum Ermitteln der Bewegung des Kompressorarbeitspunktes in Richtung Pumpgrenze enthält,
daß bei langsamen Arbeitspunktverschiebungen die beiden Abblasearmaturen in Sequenz gefahren werden, wobei zunächst die kleine Abblasearmatur und dann die große Abblasearmatur jeweils über I/P-Wandler und Stellungsregler verstellt wird und
daß bei schnellen Arbeitspunktverschiebungen beide Abblasearmaturen gleichzeitig verstellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblasearmaturen bei einer schnellen Arbeitspunktverschiebung über ein Magnetventil verstellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung von Störgrößen die Schließge­ schwindigkeit der großen Abblasearmatur solange unendlich groß eingestellt ist und in ihrer eingenommenen Öffnungsstellung festgehalten wird, bis die kleine Abblasearmatur völlig oder nahezu völlig geschlossen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Regelung kleinerer Störgrößen die große Abblasearmatur auf eine langsamere Schließ­ geschwindigkeit als die kleine Abblasearmatur eingestellt ist und
daß durch die schnellere Schließgeschwindigkeit der kleineren Abblasearmatur diese zuerst in den Regelbereich gelangt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung größerer Störgrößen die große Abblasearmatur erst nach Erreichen der Endlage oder der Nähe einer Endlage der kleinen Abblasearmatur bewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positionsrückmeldung der Stellglieder der Abblasearmaturen an einen Gradientenbegrenzer erfolgt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-6, mit einem Pumpgrenzregler für eine Verstellung der Abblaseeinrichtung mittels einer Betätigungsein­ richtung über ein Druckmedium sowie mit Steuer­ leitungen für die Betätigung der Abblaseeinrichtung in Öffnungs- bzw. Schließrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abblaseeinrichtung (2) aus einer kleinen Abblasearmatur (3) und großen Abblasearmatur (4) mit pneumatischen Betätigungseinrichtungen (21, 24) besteht,
daß zusätzlich zu dem Pumpgrenzregler (41) ein Steuerbaustein (42) mit einer dynamischen Abblase­ linie vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gradientenbegrenzer (50) durch einen weiteren Steuerbaustein (55) erweitert wird
und daß jeweils eine Rückführleitung (60) zwischen der großen Abblasearmatur (4) sowie der kleinen Abblasearmatur (3) und dem Steuerbaustein (53) des Gradientenbegrenzers (50) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventile (24) der Abblasearmaturen (3, 4) über eine Steuerleitung (23) mit dem Steuerbaustein (42) und die pneumatischen Betätigungseinrichtungen (21) der kleinen Abblasearmatur (3) durch eine Steuerleitung (28) und die der großen Abblasearmatur (4) durch eine Steuerleitung (27) mit dem Pumpgrenzregler (41) gekoppelt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerleitungen (27, 28) jeweils mit einem I/P-Wandler (34, 35) gekoppelt sind und
daß von einem Druckluftversorger AS (39) ein pneumatisches Steuermedium an die Betätigungs­ einrichtungen (21, 22) weitergeleitet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Abblasearmatur (3) bzw. die große Abblasearmatur (4) über eine Schaltsignalleitung (45) mit dem Gradientenbegrenzer (50) und dem Steuerbaustein (55) gekoppelt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsignalleitung (45) durch einen OR-Baustein (56) in die Steuerleitung (57) oder (58) übergeht bzw. gesplittet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbaustein (42) über eine Steuerleitung (43) mit dem Steuerbaustein (53) gekoppelt ist.