DE19933202A1 - Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter - Google Patents

Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter, vorzugsweise von zweistufigen Turboverdichtern für die Verdichtung von Wasserdampf beim Einsatz von Wasser als Kältemittel, mit dem ein energieoptimierter Betrieb bei gleichzeitiger Überwachung der Pump- und Stopfgrenzen erfolgen soll. DOLLAR A Nach der Erfindung werden die Drehzahlkombinationen mit dem größten inneren Wirkungsgrad mittels eines Rechenprogramms ermittelt und in einer zweidimensionalen Tabelle abgelegt. Die Leistungsanpassung und die Anpassung an veränderte Kühlwasserbedingungen erfolgt in kleinen Schritten entsprechend der in der Tabelle vorgegebenen Drehzahlkombinationen. Eine SPS kennt den aktuellen Platz in der Tabelle vor der letzten Verstellung. Regelgröße kann z.B. die Kaltwasservorlaufemperatur sein. Neben dem steten Vergleich der Kaltwasservorlauftemperatur mit dem vorgegebenen Sollwert wird auch das aktuelle Druckverhältnis mit dem letzten Tabellenwert verglichen. In Abhängigkeit von der Regelabweichung erfolgt die Auswahl einer neuen Drehzahlkombination.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Verdichter, vorzugsweise von zweistufigen Turboverdichtern für die Verdichtung von Wasserdampf beim Einsatz von Wasser als Kältemittel, mit dem ein energieoptimierter Betrieb bei gleichzeitiger Überwa­ chung der Pump- und Stopfgrenzen erfolgen soll.
Der Betrieb mehrstufiger Verdichter ist dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der gesamten Kälteanlage die Drehzahlen der einzelnen Stufen in den ein­ zelnen Arbeitspunkten in einem bestimmten Verhältnis stehen müssen. Dies ist notwendig, um einerseits die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten, indem Pump- oder Stopfbetrieb vermieden werden. Andererseits soll ein möglichst günstiger Wirkungsgrad erreicht werden. Die Ermittlung der jeweiligen Drehzahlen erfolgt aus komplexen, nichtlinearen, mathemati­ schen Beziehungen und erfordert hohe Rechnerzeiten bzw. wird bei Steuerung der Anlage mittels PC im erweiterten Sinne beim "Absturz" des Rechners zum Sicherheitsrisiko.
Aus der DE 42 02 226 G2 ist ein Verfahren zur Überwachung eines mehrstufigen, zwi­ schengekühlten Turboverdichters bekannt, bei dem die Ansaugtemperatur am Eintritt in eine erste Verdichterstufe des Turboverdichters sowie die Rückkühltemperaturen jeweils nach der Zwischenkühlung gemessen, die Temperaturmeßwerte einer Kontrolleinrichtung mit Datenspeicher zugeführt und die Temperaturdifferenzen von einer vorgegebenen Refe­ renztemperatur ermittelt werden. Außerdem werden der eintrittsseitige Druck und der aus­ trittsseitige Druck sowie der Volumenstrom gemessen und die Meßwerte der Kontrollein­ richtung zugeführt. In der Kontrolleinrichtung werden die Meßwerte mit einer abgespei­ cherten Pumpgrenzfunktion und den sich daraus ergebenden Pumpgrenzen verglichen. Bei Annäherung an die Pumpgrenze wird ein Warnsignal bzw. ein Steuersignal zum Öffnen eines Absperrventits in einer druckseitig angeordneten Abblasleitung oder in einer Druck- und Saugseite des Verdichters verbindenden Umwälzleitung abgegeben.
In DE 197 18 092 A1 ist ein Verfahren zur Verdichtung eines Gases bei anfänglich niedriger Temperatur und niedrigem Druck beschrieben, bei welchem mehrere Turboverdichter in Reihe montiert und so ausgelegt sind, daß sie jeweils entsprechend und aufeinanderfol­ gend Verdichtungsverhältnisse für einen gleichen Nennmassenstrom des Gases liefern. Dazu wird die Arbeitsweise der Turboverdichter reguliert, um ein gesamtes Nennverdich­ tungsverhältnis für einen Gas-Massenstrom, der etwa gleich dem Nennmassenstrom ist, zu gewährleisten. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und nicht für Turboverdichter für Wasserdampf geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst einfaches Verfahren zur Leistungsregelung vor­ zugsweise zweistufiger Turboverdichter zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Nach der Erfindung werden die Drehzahlkombinationen mit dem größten inneren Wirkungsgrad mittels eines Rechenprogramms ermittelt und in einer zweidimensionalen Tabelle abgelegt. Die Lei­ stungsanpassung und die Anpassung an veränderte Kühlwasserbedingungen erfolgt in kleinen Schritten entsprechend der in der Tabelle vorgegebenen Drehzahlkombinationen. Die SPS (Speicher-Programmierbare-Steuerung) kennt den aktuellen Platz in der Tabelle vor der letzten Verstellung. Regelgröße kann z. B. die Kaltwasservorlauftemperatur sein. Neben dem steten Vergleich der Kaltwasservorlauftemperatur mit dem vorgegebenen Soll­ wert wird auch das aktuelle Druckverhältnis mit dem letzten Tabellenwert verglichen. In Ab­ hängigkeit von der Regelabweichung erfolgt die Auswahl einer neuen Drehzahlkombination.
An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß gestaltete Tabelle dargestellt. Die energetisch optimalen Drehzahlpaarungen werden zuvor auf der Grundlage empirisch ermittelter Verdichterkennli­ nien mittels eines Simuationsprogrammes in Abhängigkeit vom Druckverhältnis und der Leistung der Anlage errechnet.
Fig. 2 zeigt ein Verdichterkennlinienfeld. In Fig. 3 ist ein Verdichterkennlinienfeld mit verbo­ tenen Bereichen dargestellt.
Aus den gleichen Parametern läßt sich eine Tabelle gemäß Fig. 4 ableiten, in der die Werte für Druck und Leistung in "Steuerworte mit meßtechnischem Inhalt" gewandelt werden.
Durch Kombination der Tabellen aus Fig. 3 und 4 ergibt sich die Tabelle gemäß Fig. 5, in der Steuerwörtern jeweils eine Drehzahlpaarung zugewiesen ist. Außerdem sind Steuer­ wörter enthalten, die einen verbotenen Bereich kennzeichnen. Diese "verbotenen Worte" können entweder das Regelverhalten im nächsten Schritt bestimmen (z. B. 9996 läßt bei Verkleinerung des Druckverhältnisses nur eine Reaktion zu höheren Volumenströmen zu) oder führen zum Abschalten der Anlage. Die beschriebenen Steuerworte werden aus den in einer SPS erfaßten und verarbeiteten Meßwerten gebildet. Ebenso bildet die SPS aus den Steuerworten und diesen zugeordneten und im Speicher der SPS abgelegten Drehzahl­ werten ein Stellsignal für die Frequenzumrichter, mit denen die Drehzahlveränderung der Verdichterstufen realisiert wird.
Fig. 6 zeigt die schematische Darstellung einer zweistufigen Verdichteranlage zur Verdich­ tung von Wasserdampf. Mit V1 und V2 sind die beiden Verdichterstufen bezeichnet, deren Drehzahlen über Frequenzumrichter FU1 und FU2 eingestellt werden. Die SPS ermittelt erfindungsgemäß die jeweilige optimale Drehzahlkombination in Abhänigkeit von der Kalt­ wasservorlauftemperatur und dem Druckverhältnis pK/pO.
Der Regelalgorithmus basiert auf folgenden Grundoperationen:
  • 1. Die Regelabweichung Druckverhältnis Δπges. wird in folgende 6 Kategorien eingeordnet:
    • 1. 0,2 < Δπges. ≧ 0,1 - Auswahl neuer Drehzahlpaarung aus gleicher Spalte, eine Zeile weiter unten
    • 2. 0,3 < Δπges. ≧ 0,2 - Auswahl neuer Drehzahlpaarung aus gleicher Spalte, zwei Zei­ len weiter unten
    • 3. Δπges. ≧ 0,3 - Auswahl neuer Drehzahlpaarung aus gleicher Spalte, drei Zeilen weiter unten
    • 4. -0,1 Δπges. < -0,2 - Auswahl neuer Drehzahlpaarung aus gleicher Spalte, eine Zeile werter oben
    • 5. -0,2 ≧ Δπges. < -0,3 - Auswahl neuer Drehzahlpaarung aus gleicher Spalte, zwei Zei­ len weiter oben
    • 6. Δπges. ≦ -0,3 - Auswahl neuer Drehzahlpaarung aus gleicher Spalte, drei Zeilen weiter oben
  • 2. Regelabweichung Kaltwasservorlauftemperatur Δt wird in folgende 4 Kategorien einge­ ordnet:
    • 1. 0,5 ≧ Δt ≧ 0,2 - neue Drehzahlpaarung aus gleicher Zeile, eine Spalte weiter rechts
    • 2. Δt ≧ 0,5 - neue Drehzahlpaarung aus gleicher Zeile, zwei Spalten weiter rechts
    • 3. -0,2 ≧ Δt < -0,5 - neue Drehzahlpaarung aus gleicher Zeile, eine Spalte weiter links
    • 4. Δt ≦ -0,5 - neue Drehzahlpaarung aus gleicher Zeile, zwei Spalten weiter links

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben mehrstufiger Verdichter, vorzugsweise zweistufiger Turbover­ dichter zur Verdichtung von Wasserdampf in Kälteanlagen mit Wasser als Kältemittel, da­ durch gekennzeichnet, daß
  • - rechnerisch ermittelte Drehzahlkombinationen, die dem jeweils größten Wirkungsgrad entsprechen, mittels einer SPS (Speicher Programmierbare-Steuerung) in einer zweidi­ mensionalen Tabelle abgelegt werden
  • - in durch die Regelabweichung vorgegebenen und damit arbeitspunktabhängigen Zeitin­ tervallen der Soll- und Istwert der Kaltwasservorlauftemperatur verglichen werden
  • - bei Abweichung vom Sollwert der Regelgröße das Druckverhältnis der Anlage geprüft und
  • - eine neue Drehzahlkombination gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstant gebliebenem Druckverhältnis je nach Abweichung des Sollwertes der Regelgröße in der jeweiligen Zeile der Tabelle die vorhergehende bzw. nächste Drehzahlkombination angesteuert bzw. daß bei einer Änderung des Druckverhältnisses in der jeweiligen Spalte die vorhergehende bzw. nächste Drehzahlkombination angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei größeren Abweichungen vom Sollwert der Regelgröße bzw. des Druckverhältnisses in den Spalten bzw. Zeilen Drehzahlkombinationen angesteuert werden, die mehrere Tabellenpositionen von der bis­ herigen Position entfernt sind.
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