DE2046629C

DE2046629C - Device for controlling a turbo compressor

Info

Publication number: DE2046629C
Application number: DE19702046629
Authority: DE
Inventors: Wendelin 6000 Frankfurt Kraemer
Original assignee: Brown Boven Sulzer Turbomaschinen AG, Zurich (Schweiz)
Priority date: 1970-06-23
Filing date: 1970-09-22
Publication date: 1973-04-19

Description

würde. Umgekehrt hilft aber die Pumpverhütungsregelung durch öffnen des Ausblaseventils den Druck zu regehi.would. Conversely, however, the anti-surge control helps to regulate the pressure by opening the blow-off valve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schädliche Wirkung des Druckregler-Ausgangs auf die Pumpverhütungs-Regelung zu kompensieren.The invention is based on the detrimental effect of the pressure regulator output on the object to compensate for the anti-surge control.

Die Lösung dieser Ausgabe wird durch ein Entkopplungsrelais erreicht, in welchem das Ausgangssignal des Bumpverhütungsreglers und das Ausgangssignal des Druck- bzw. Fördermengenreglers addiert werden, und dessen Ausgangssignal auf das Ausblaseventil einwirkt.The solution to this issue is through a decoupling relay achieved in which the output signal of the bump prevention controller and the output signal of the pressure or flow rate regulator are added, and its output signal on the blow-off valve acts.

Mit einer derart funktionierenden Einrichtung lassen sich zahlreiche Vorteile erzielen: Die Stabilitätsverhältnisse der Regelung, d.h. die Einstellmöglichkeiten an den Reglern werden schon bei dieser einseitigen Entkopplung wesentlich verbessert. — Die als regeldynamisoh besonders ungünstig bekannte Verdichterregelung wird allgemein gut beherrschbar. — Der Enddruck des Verdichters kann genauer geregelt lund das ausblasefreie Gebiet des Verdiohterkennfeldes wesentlich erweitert werden, da die Sicherheitszone für die Pumpverhütungsregelung auf ein Minimum reduziert werden kann. — Das Pumpen kann auch bei den schärfsten Störungen vom Prozeß her vermieden werden. — Bei wesentlicher regeldynamischer Verbesserung ist der Mehraufwand gering. With a device that functions in this way, numerous advantages can be achieved: The stability conditions the control, i.e. the setting options on the controllers are already available with this one-sided decoupling significantly improved. - The one known to be particularly unfavorable for control dynamics Compressor control is generally easy to manage. - The final pressure of the compressor can be regulated more precisely and the blow-free area of the Verdiohter map can be significantly expanded, since the safety zone for the anti-surge control is on Minimum can be reduced. - Pumping can be used even with the sharpest disturbances in the process to be avoided. - If there is a significant improvement in the control dynamics, the additional effort is low.

An Hand der schematischen Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise erläutert werden. Der Axialverdichter 1, der vom Motor 2 angetrieben wird, saugt durch die Ansaugleitung 3 das Gas an und fördert es in die Förderleitung 4, in der das Rückschlagventil 5 angeordnet ist. Vor dem Rückschlagventil 5, in Strömungsrichtung gesehen, zweigt die Ausblaseleitung 6 ab, die vom Ausblaseventil 7 geschlossen gehalten wird.The invention is to be explained, for example, with the aid of the schematic drawing. The axial compressor 1, which is driven by the motor 2, sucks in the gas through the suction line 3 and conveys it into the delivery line 4, in which the check valve 5 is arranged. Before the check valve 5, in the direction of flow seen, the blow-out line 6 branches off, which is kept closed by the blow-out valve 7 will.

Mit der Förderleitung 4 steht die Druckmeßleitung 8 in Verbindung, die sich im Punkte 9 teilt. Der eine Ast führt zum Druckregler 10, der andere Ast /um Pumpverhütungsregler 11.The pressure measuring line 8, which divides at point 9, is connected to the delivery line 4. One branch leads to pressure regulator 10, the other branch / to anti-surge regulator 11.

Im Druckregler 10 wirkt der Druck der Meßleitung 8 auf den Federbalg 12, der über das Gestänge 13 mit dem Ölablaßventil 14 in Verbindung steht. Der minimale Druck, bei dom das Ventil 14 öffnen soll, läßt sich mit der Feder 15 durch das Handrad 16 einstellen. Übersteigt der Druck in der Meßleitung 8 den eingestellten Minimaldruck, so öffnet das Ventil 14 entgegen der Zugkraft der Feder 15 und läßt Steueröl aus dem Druoksystem 17 abfließen, dessen Zulauf 18 mit dem Ventil 19 eingestellt wird.In the pressure regulator 10, the pressure of the measuring line 8 acts on the bellows 12, which is via the linkage 13 is in communication with the oil drain valve 14. The minimum pressure at dom the valve 14 should open, can be adjusted with the spring 15 by the handwheel 16. If the pressure in the If the measuring line 8 reaches the set minimum pressure, the valve 14 opens against the tensile force of the spring 15 and allows control oil to flow out of the pressure system 17, the inlet 18 of which is adjusted with the valve 19.

Sobald der Öldruck im System 17 absinkt, 'betätigt der Stellmotor 20 die Leitschaufelverstellung 21 im schließenden Sinne. Die Fördermenge des Verdichters sinkt und der Druck in der Förderleitung 4 nimmt ab. — Unterschreitet der Druck in der Förderleitung 4 und somit auch in der Druckmcßleit'Ung 8 den im Druckregler 10 eingestellten Sollwert, so läuft dei Regelvorgang analog, aber in umgekehrtem Sinne ab. Eine Verbrauchsänderung im Prozeß wirkt sich also zunächst in Form von Änderungen des Verdichter-Enddruckes aus. Die Regeleinrichtung reagiert darauf primär durch eine Veränderung der Fördermenge, die dann sekundär die erwünschte Korrektur des Enddruckes bewirkt.As soon as the oil pressure in the system 17 drops, the servomotor 20 actuates the guide vane adjustment 21 im closing sense. The delivery rate of the compressor drops and the pressure in the delivery line 4 increases away. - If the pressure in the delivery line 4 and thus also in the pressure measurement line 8 falls below the Setpoint set in pressure regulator 10, then the control process is analogous, but in the opposite sense. A change in consumption in the process thus initially takes the form of changes in the final pressure of the compressor out. The control device reacts to this primarily by changing the delivery rate, which then secondary causes the desired correction of the final pressure.

Der Pumpverhütungsregler 11 ist mit einem Differenzdruck-Meßwerk 22 versehen, deren Membran 23 von den Drücken in den Meßleitungen 24 und 15 der Durchsatz-Meßstelle 26 in der Ansaugleitung 3 beidseitig beaufschlagt wird. Nimmt die Durchsatzmenge und damit die Druckdifferenz an der Meßstelle 26 bis auf einen bestimmten Mnümalwert ab, dann unterschreitet die von der Membran 23 ausgeübte, in der Zeichnung naoh aufwärts gerichtete Kraft die Vorspannung der Feder 27 und bewegt nun über das Gestänge 28 das ölablaßventil 29 in öffnendem Sinne.
Das ölablaßventil 29 wird auch geöffnet, wenn derThe anti-surge regulator 11 is provided with a differential pressure measuring mechanism 22, the membrane 23 of which is acted upon on both sides by the pressures in the measuring lines 24 and 15 of the throughput measuring point 26 in the suction line 3. If the throughput rate and thus the pressure difference at the measuring point 26 decreases to a certain minimum value, then the force exerted by the membrane 23, which is directed upwards in the drawing, falls below the preload of the spring 27 and now moves the oil drain valve 29 in via the linkage 28 opening sense.
The oil drain valve 29 is also opened when the

ίο Druck in der Meßteitung8 (zunimmt. In Funktion dieses Druckes verstellt der Federbalg 30 die Kurvenscheibe 31 (in der Zeichnung) nach links, was über das Gestänge 28 ein öffnen des ölablaßventils 29 bewirkt. Aus dem Druckölsystem 32 fließt Steuerölίο Pressure in measuring line8 (increases. In function this pressure adjusts the bellows 30, the cam 31 (in the drawing) to the left, what about the linkage 28 opens the oil drain valve 29 causes. Control oil flows from the pressure oil system 32

ab, das bei 33 über das Ventil 34 angespeist wird.which is fed in via valve 34 at 33.

Der bisher beschriebene Teil der Regeleinrichtung ist bekannt und wird derart verwendet, daß der Druck im System 32 als Ausgangssignal des Pumpverhütungsreglers auf das Ausblaseventil 7 einwirkt; die-The part of the control device described so far is known and is used in such a way that the pressure acts in the system 32 as an output signal of the anti-surge controller on the blow-out valve 7; the-

ses öffnet, wenn ,der Druck im System 32 absinkt.It opens when the pressure in system 32 drops.

Zum Unterschied von dieser konventionellen Schaltung wird gemäß der Erfindung das Eingangssignal des Stellmotors 35, welcher das Ausblaseventil 7 tätigt, im Entkopplungsrelais 36 als SummeIn contrast to this conventional circuit, according to the invention, the input signal of the servomotor 35, which actuates the blow-out valve 7, in the decoupling relay 36 as a sum

zweier Signale gebildet. Der eine Summand ist der Druck im System 32 als unverändertes Ausgangssignal des Pumpverhütungsreglers 11, der andere der modifizierte Druck im System 17 als Ausgangssignal des Druckreglers 10.formed two signals. One summand is the pressure in system 32 as an unchanged output signal of the anti-surge regulator 11, the other the modified pressure in the system 17 as an output signal of the pressure regulator 10.

Das Entkopplungsrelais 36 weist vor allem das Gehäuse 37 mit dem beweglichen Kolben 38 auf. D ; Raum auf der einen Seite des Kolbens steht mit dem Druckölsystem 17 in Verbindung, der Raum auf dei anderen Seite des Kolbens wird vom federbelasteten Speicherkolben 39 begrenzt. Die beiden Druokräume sind durch die Ausgleichsleitung 40 miteinander verbunden, deren Durchfluß durch die einstellbare Drossel 41 gesteuert wird.The decoupling relay 36 primarily has the housing 37 with the movable piston 38. D; Space on one side of the piston is connected to the pressure oil system 17, the space on the dei the other side of the piston is limited by the spring-loaded accumulator piston 39. The two print rooms are connected to one another by the compensation line 40, the flow of which through the adjustable throttle 41 is controlled.

Mit dem Kolben 38 durch eine Stange starr verbunden und im selben Gehäuse 37 untergebracht ist der Kolben 42, dessen eine Seite vom Druckölsystem 32 und dessen andere Seite vom Druckölsystem 43 beaufschlagt ist. Das System 43 wird bei 44 mit Drucköl angespeist; der Druck wird über das Zu- undIs rigidly connected to the piston 38 by a rod and housed in the same housing 37 the piston 42, one side of which is from the pressurized oil system 32 and the other side from the pressurized oil system 43 is applied. The system 43 is fed with pressure oil at 44; the pressure is on the supply and

Abflußventil 47/46 geregelt, das mit dem Doppelkolben 38/42 starr verbunden ist.Regulated drain valve 47/46, which is rigidly connected to the double piston 38/42.

Im Ruhezustand des Systems befindet sich der Doppelkolben 38/42 in einei definierten Mittelstellung. Im Falle einer Druckänderung im System 32When the system is at rest, the double piston 38/42 is in a defined central position. In the event of a pressure change in system 32

infolge eines Regelbefehls läuft der Doppelkolben so lange aus der Ruhelage, bis sich als Folge der damit verbundenen Absteuerung des Druckölsystems 43 in diesem ein entsprechender Ausgangsdruck ausgebildet hat. Für die Übertragung des Eingangsdruckes vomAs a result of a control command, the double piston runs out of the rest position until, as a result, the connected shutdown of the pressure oil system 43 formed in this a corresponding output pressure has. For the transmission of the inlet pressure from

System 32 auf das System 43 wirkt das Entkopplungsrelais 36 also nur als Signalverstärker. System 32 on system 43, the decoupling relay 36 thus only acts as a signal amplifier.

Im Falle einer plötzlichen Druckänderung im System 17 als Folge eines Regelbefehls läuft der Doppelkolben 38/42 zunächst so weit aus seiner Ruhelage, bis sich am Ausgang des Relais eine entsprechend dem vorgegebenen Flächenverhältnis der Kolben 38 und 42 verstärkte Druckänderung im System 43 einstellt. Durch den wegen der Drossel 41 verzögerten Druckausgleich auf den beiden Seiten desIn the event of a sudden change in pressure in system 17 as a result of a control command, the double piston runs 38/42 so far out of its rest position until there is a corresponding the predetermined area ratio of the pistons 38 and 42 increased pressure change in the system 43 sets. Due to the delayed pressure equalization on the two sides of the due to the throttle 41

Kolbens 38 klingt dieser Einfluß mit einer Zeitkonstanten wieder ab. Der Wert dieser Zeitkonstanten läßt sich an der Drossel 41 einstellen.Piston 38, this influence subsides again with a time constant. The value of this time constant can be set at the throttle 41.

Von einem stationären Betriebspunkt des Verdich-From a stationary operating point of the compressor

lers ausgehend, sei beispielsweise eine plötzliche starke Verminderung des Verbrauches an verdichtetem Gas angenommen. Der Enddruck in der Förderleitung 4 steigt an und veranlaßt über den Druckregler 10 den Stellmotor 20 zu einer Verminderung der geförderten Menge, die wegen der nun eintretenden Pumpgefahr kritisch ist. Gleichzeitig wird aber das Ausgangsstgnal des Druckreglers 10 über das Entkopplungsrelais 36 auf das Dmickölsystem 43 aufgeschaltet, was sofort zu einem starken Offnen des Ausblaseventils 7 führt, auch wenn der neue Betriebspunkt die stationäre Charakteristik ρ = / (A ρ) der Pumpverhütungsregelung noch nicht erreicht hat. Durch den über die Drossel 41 verzögerten Druckausgleich innerhalb des Relais 36 beginnt sogleich der Druck im System 43 wieder langsam zu steigen und damit das Ausblaseventil 7 zu schließen, so daß bei Erreichen der Pumpverhütungscharakteristik der Pumpverhütungsregler die stationär notwendige öffnung des Ausblaseventils ohne große Überschwingung ausregeln kann.On the basis of this, assume, for example, a sudden strong reduction in the consumption of compressed gas. The final pressure in the delivery line 4 rises and, via the pressure regulator 10, causes the servomotor 20 to reduce the amount delivered, which is critical because of the risk of pumping that now occurs. At the same time, however, the output signal of the pressure regulator 10 is switched to the Dmickölsystem 43 via the decoupling relay 36, which immediately leads to a strong opening of the blow-out valve 7, even if the new operating point has not yet reached the steady-state characteristic ρ = / (A ρ) of the anti-surge control . As a result of the pressure equalization within the relay 36, which is delayed via the throttle 41, the pressure in the system 43 immediately begins to slowly rise again and thus the blow-out valve 7 to close, so that when the anti-surge characteristic is reached, the anti-surge regulator can regulate the stationary opening of the exhaust valve without large overshoots .

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist gleicherweise für Axial- und Radialverdichter verwendbar, auch kann sie bei Mengenregelung und bei der Kombination Mengenregelung 'mit Druckbegrenaung angewendet werden; ferner kann statt der hydraulischen auch eine elektrische oder pneumatische Regelung vorgesehen werden.The device according to the invention can be used equally for axial and radial compressors, too it can be used for volume control and the combination of volume control with pressure limitation will; Furthermore, an electrical or pneumatic control can also be provided instead of the hydraulic one will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 presentative signal is formed, which is converted into an output signal that acts directly on an exhaust valve

1. Device for controlling a turbo compressor The mentioned control devices remain in condenser usually functionally controlled with at least one pump control system and at least one pressure or one separates, so that in the case of reduced consumption Flow rate regulator, which has two separate controls on a blow-off valve at the same time or are engaged in a device for changing the quantity, which experience has shown - affect, characterized by a special in the combination of anti-pumping «- and Decoupling relay (36), in which the pressure control function - negatively affects stability output signal of the anti-surge controller (11) and / or control quality.

the output signal of the pressure (10) or the for- To remedy the dynamic control difficulties

of the flow rate regulator and its aspects of the combined pressure and pump

output signal acts on the blow-off valve (7). different solutions are possible.

2. Device according to claim 1, characterized in that it is known:

indicates that the pressure regulator or. the for- a) At the moment of the necessary intervention

demiengenroller output signal in the decoupling of the anti-surge control is the assignment

relay (36) with an adjustable time con- between the controllers and the actuators.

stanten is canceled again, so that it swaps when the blow-off valve begins to open !.

Steady state of the control device does not have the disadvantage of this solution that only the character

Share in the output signal of the decoupling relay teristics ρ = f (Ap) of the anti-surge control

(36) has. "Be enough and start opening the blow-off valve

must before the switchover takes place. The blow-out

valve opens just as late as in the conventional

as tional regulation, which is why there is no profit stationary, blow-out-free operating area through a

The invention relates to a device for regular downsizing of the safety zone of the pumping

development of a turbo compressor with at least one guard regulation is to be expected. The coupling of the

Anti-surge controller and at least one pressure rage system is also not compensated, but

or a flow rate regulator that only reduces to an extent.

Blaseventil or a device for volume t>) Improvements can be made to a limited extent affect change. by introducing nonlinearities in the The control device of turbo compressors is often a control device. Such concepts Task set, a constant final pressure of the tions concentrate primarily on possible compressed gas to 35 short opening and long pouring times, regardless of consumption. The corresponding control circuit includes the blower valve in the event of the pump intervening, for example a protection regulation attached to the delivery line as well as to the earliest possible This line for measuring the final pressure or an intervention of the anti-surge regulator, as a non-linear other characteristic pressure, a pressure which, despite the necessarily small control regulator, whose output signal to a servomotor 40 amplifies a sufficiently effective pump combination, to achieve a device to change the amount of guardianship. This solution enables the one blade adjustment, one suction throttle are most of the currently common opening flaps, a pre-rotation or speed adjustment guide. With extreme requirements ment or the like. A consumption such. B. in the steel mill or blast furnace, where Changes in the process initially have an effect as change 45 very abrupt disturbances from the consumer Final pressure. The control system responds, but they do not provide a fully satisfactory one then the results primarily by changing the delivery rate. The relatively low control quality is a must then secondarily the desired correction of the end all with a large safety zone for the pumping pressure causes. Contraceptive regulation and relatively large deviations

The task of the regulating device is to be paid for by earning the final pressure from the setpoint,
The present invention is based on the fact or the discharged useful amount of compressed gas that, as in almost all branch size control systems, is to be controlled to a constant value. The previously mentioned, only one of the couplings between the two control loops, remains the same in these cases as well, if the different types of measurement and the corresponding measuring mechanism of the menu are considered to be really detrimental to the control behavior - must become. This is not the case for the compressor control. in the critical case of sudden consumption min-If there is a change (batch change, switching processes, etc.) on low consumption of compressed gas over a longer or shorter period of time, then the transmission between the pressure regulator output to the contactor of the compressor must be guaranteed that 60 and the actuator for the delivery rate, because the unstable delivery state, the so-called pumping, pressure control is primarily reduced and almost unavoided, since it delays the blades over a longer period of time and can only lead to storage accidents on the compressor. The secondary - delayed by the filling time of the delivery to prevent pumping required in each case - the final pressure to be controlled,
The minimum delivery rate is usually set by a 65 This influence has a far more unfavorable anti-surge controller. From the delivery to the anti-surge control as the actual quantity and the final pressure, in the measuring mechanism of the borrowed disturbance from the process, the anti-surge controller has an effect on the surge limit if only via the filling time delay