DE2343512B2 - Verfahren zur erfassung von pumpstoessen bei radial bzw. axial arbeitenden kompressionsmaschinen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Pumpstößen bei radial bzw. axial arbeitenden Kompressionsmaschinen mit einem elektrischen Antriebsmotor.

Jede radial bzw. axial arbeitende Kompressionsma- ίο schine beginnt bei gewissen Fördermengen unruhig zu arbeiten. Die Strömung innerhalb der Maschine reißt ab. Ein Rückströmen vom Druckstutzen zum Saugstutzen hin ist die Folge. Im nächsten Augenblick erfolgt die Strömung wieder normal. Dieser Vorgang wiederholt sich in kurzer Zeitfolge mehrmals hintereinander. Man bezeichnet diese Arbeitsweise im labilen Bereich allgemein als »Pumpen«. Dieses Pumpen kann schleichend, d. h mit langsamen und relativ kleinen Druckänderungen, oder stoßartig mit großen Druckänderungen auftreten. Die stoßartigen, größeren Pumpstöße haben meist stärkere Erschütterungen der gesamten Verdichteranlage zur Folge, die unter ungünstigen Umständen zu Schaden an der Maschine führen.

Die Kompressionsmaschine bzw. der Verdichter kann aus diesem labilen Bereich durch Vergrößern der Ansaugmenge oder durch Reduzierung der Förderhöhe wieder in den stabilen Arbeitsbereich geführt werden. In vielen Fällen sind radial oder axial arbeitende Kompressionsmaschinen mit Pumpverhütungsregeleinrichtungen versehen. Diese können jedoch das Pumpen nicht verhindern, wenn eine der Voraussetzungen, die der Einstellung zugrunde gelegt wurden, nicht erfüllt ist. Deshalb wird häufig ein übergeordneter Pumpwächter vorgesehen, der die Maschine bei Pumpstößen abschal- h5 tet.

Zur Erfassung derartiger starker Pumpstöße, die zu Schaden an der Maschine führen könnten, ist unter anderem eine Meßeinrichtung bekanntgeworden, die das Abreißen und die Umkehr des Förderstromes durch Druckdifferenzmessungen zwischen der Druck- und Saugseite erfaßt. Bei einem entsprechend großen Meßwert wird die Maschine abgeschaltet. Nachteilig an dieser Druckdifferenz-Meßmethode ist einmal der große bauliche Aufwand und zum anderen die Trägheit des Meßverfahrens, was zur Folge hat, daß die Maschine unter Umständen nicht schnell genug abgeschaltet wird, so daß es zu Beschädigungen kommt.

Auch durch die Verwendung von üblichen Schmelzsicherungen oder von Motorschutzschaltern (siehe Zeitschrift: »Der Elektro-Meister«, Heft 22, 1965, S. 1606 bis 1613) ist die Kompressionsmaschine nicht zu einem Zeitpunkt zur Abschaltung zu bringen, der den Erfordernissen genügt. Schmelzsicherungen oder auch vergleichbare Automaten sprechen üblicherweise auf die reine Stromhöhe an und würden die Maschine bereits nach einem einzigen kleinen Pumpstoß abschalten, also auch in dem Falle, wenn keine weiteren Pumpstöße dem ersten gefolgt wären, beispielsweise deshalb nicht gefolgt wären, weil eine Pumpverhütungsregeleinrichtung, wie sie oben genannt worden ist, stabilisierend auf die Arbeitsbedingungen eingewirkt hätte. Ein unerwünscht häufiges Abschalten und somit ein häufiger Betriebsausfall würde die Folge sein.

Motorschutzschalter hingegen, die üblicherweise auf die unmittelbaren oder nachgebildeten thermischen Motorverhältnisse abgestellt sind und bewußt eine gewisse Trägheit aufweisen, würden auch nach dem Auftreten von mehreren Pumpstößen mitunter noch nicht den notwendigen Abschaltvorgang auslösen, da nämlich der bei jedem Pumpstoß auftretende Stromanstieg zwar sehr steil, das Fließen eines überhöhten Stromes aber nur von kurzer Dauer ist.

Steuerungsvorrichtungen, wie sie beispielsweise bei vollautomatischen Pumanlagen Verwendung finden (CH-PS 1 84 235), vermögen die bei Kompressionsmaschinen im Falle des Pumpens auftretenden Kriterien ebenfalls nicht zu erfassen, sondern statt dessen lediglich die Absenkung der Stromhöhe bzw. das Aussetzen des Stromes und den gegenteiligen Fall, nämlich das Ansteigen der Stromhöhe über einen längeren Zeitraum. Hiermit sind Störungsfälle, wie z. B. das Aussetzen des Betriebsstromes, das Aussetzen des zu fördernden Gutes oder mechanische Defekte (schadhafte Lagerstellen od. dgl.), zu signalisieren, nicht aber auch das Auftreten von Pumpstößen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Methode im Zusammenhang mit einer vom Bauaufwand billigen Vorrichtung zur Erfassung von Pumpstößen und zur Abschaltung der Maschine innerhalb einer genau definierten Zeitspanne zu finden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stromanstiegsgeschwindigkeit von infolge eines oder mehrerer Pumpstöße auftretenden stoßartigen Antriebsmotorstromschwankungen erfaßt und als Signal zur Abschaltung des Antriebsmotors innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verwendet wird.

Das Abreißen des Förderstromes und das Rückströmen vom Druckstutzen zum Saugstutzen bei Pumpvorgängen bringt nämlich stärkere Druckstöße in den Förderleitungen mit sich. Diese Druckstöße wirken sich zwangsweise auch in periodischen Be- und Entlastungen des elektrischen Antriebsmotores aus und haben einen plötzlichen Motorstromanstieg um 30 und mehr Prozent des Motornennstromes mit steilen Stromanstiegsflanken zur Folge. Der Abschaltbefehl erfolgt bei Auftreten

von beispielsweise zwei Pumpstößen innerhalb der Zeitspanne, wobei die Zeitspanne zweckmäßigerweise 15 bis 30 Sekunden beträgt.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist derart ausgebildet, daß an den Antriebsmotor eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Stromanstiegsgeschwindigkeit, eine Logik mit Zähleinrichtung, ein Zeitglied sowie eine Steuereinrichtung angeschlossen sind. Die Meßeinrichtung besteht aus einem Stromwandler mit nachgeschaltetem Bürdenwiderstand, einem Spannungswandler, einem Gleichrichter sowie einem Difterenzierverstärker mit nachgeschaltetem Analog-Digital-Umsetzer.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der entsprechenden Vorrichtung zur Durchführung des *> Verfahrens ist der, daß mit einfachen elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen über den Stromanstieg sehr schnell die Meßwerte, die zum Abschalten der Maschine führen, erfaßt werden. Der Bauaufwand der Vorrichtung ist sehr gering, deren Betrieb wenig störanfällig. Es werden keinerlei hydraulischen Leitungen, Ventile, Schieber und sonstige Bauteile benötigt. Der Platzbedarf ist um ein Vielfaches geringer als bei der derzeit bekannten Meßeinrichtung für die Druckdifferenzmessung. :'.·>

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand des Schaltschemas näher erläutert.

Der von einem Turbo-Antriebsmotor 11 kommende Motorstrom wird mittels eines Stromwandlers 1 gemessen. Der Stromwandler 1 ist über einen Bürdenwiderstand 2 abgeschlossen, an dem in linearer Abhängigkeit des Motorstromes eine Spannung abfällt. Diese Wechselspannung wird durch einen Spannungswandler 3 auf einen für die Meßeinrichtung erforderlichen Wert hochtransformiert und über einen Rücken- (5 gleichrichter 4 gleichgerichtet.

Die mit dem Motorstrom veränderliche Gleichspannung wird an den Eingang eines elektronischen Differenzierverstärkers 5 gelegt. Der Differenzierverstärker 5 ist so geschaltet, daß bei schneller Spannungs- to änderung, die durch plötzliche Motorstromänderungen mit steilen Stromanstiegsflanken hervorgerufen wird, am Verstärkerausgang eine kurzzeitige Spannung abgegeben wird. Die Größe dieser Spannung ist abhängig von der zeitlichen Änderung des Motorstromes am Stromwandler 1.

Der Ausgang des Differenzierverstärkers 5 ist auf einen Analog-Digital-Umsetzer 6 mit einstellbarem Analog-Meßeingang geschaltet. Der Ansprechwert dieses Umsetzers 6 ist so eingestellt, daß nur Ausgangsspannungen der. Differen :ierverstärkers 5, die einem Stromanstieg von etwa 2 KA/Sek. und größer des, Motorstromes entsprechen, am Ausgang des Umsetzers 6 einen digitalen Spannungsblock erzeugen.

Der Ausgang des Umsetzers 6 ist über logische Schaltelemente (Logik) 7 an den Eingang eines elektronischen Zeitgliedes 8 mit Ausschaltverzögerung und an eine elektronische Zähleinrichtung 9, bestehend aus zwei Speichern 91 und 92, geschaltet.

Beim Auftreten eines digitalen Spannungssignals am Ausgang des Umsetzers 6 wird das Zeitglied 8 gestartet und über den Ausgang des Zeitgliedes 8 der Speicher 91, nach wieder abgeschaltetem Digitai-Spannungssignal, gesetzt. Der Löscheingang der beiden Speicher 91 und 92 wird auf die Dauer der Ausschaltverzögerungszeit des Zeitgliedes abgeschaltet. Der Ausgang des Speichers 91 gibt den Setzeingang des Speichers 92 frei. Tritt innerhalb der Laufzeit des Zeitgliedes 8 ein weiterer digitaler Spannungsblock am Umsetzerausgang auf, wird der Speicher 92 gesetzt. Der Speicher 92 steuert eine ReJaisschaJtsiufe 10 an. Der Kontaklausgang dieser Relaisschaltstufe 10 wird in der Steuereinrichtung des Verdichtermotors als Abschaltbefehl und zur Signalisation »Verdichter pumpt« verwendet.

Der Speicher 92 bleibt solange gesetzt, bis er durch einen Handsteuerbefehl über einen Drucktaster gelöscht wird.

Tritt vor Ablauf des Zeitgliedes 8 kein zweiter üigitaler Spannungsblock am Ausgang des Umsetzers 6 auf (kein zweiter Pumpstoß des Verdichters), wird mit dem Abschalten des Zeitgliedes 8 der Speicher 91 gelöscht

Bei weiteren Pumpstößen beginnt die Zählung von vorn.

Der Ablauf der Pumpüberwachung sieht nun folgendermaßen aus: Treten beim Betrieb der Turbomaschine in kurzen Zeitabständen hintereinander (15 Sekunden) mindestens zwei Pumpstöße auf, wird durch Messen des Stromanstieges in der elektronischen Meßeinrichtung ein Störungsrelais geschaltet, das die Motorschütze bzw. den Hochspannungsleistungsschalter abschaltet und die Störung meldet. Bei einmaligem Auftreten eines Pumpstoßes erfolgt keine Abschaltung. Bei Widerauftreten von Pumpstößen nach 15 bis 20 Sekunden, in Ausnahmefällen auch erst nach 30 Sekunden, beginnt der Meßvorgang von vorne. Die Zeitspannen können bis zu einem gewissen Grad je nach Auslegung der Maschine variabel gehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erfassung von Pumpstößen bei radial bzw. axial arbeitenden Kompressionsmaschi- ^r> nen mit einem elektrischen Antriebsmotor, d a durch gekennzeichnet, daß die Stromanstiegsgeschwindigkeit von infolge eines oder mehrerer Pumpstöße auftretenden stoßartigen Antriebsmotorstromschwankungen erfaßt und als Signal zur ι ο Abschaltung des Antriebsmotors (11) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, daß der Abschaltbefeh! bei Auftreten von zwei Pumpstößen innerhalb der Zeitspanne erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne 15 bis 30 Sekunden beträgt.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Antriebsmotor (11) eine Meßeinrichtung (1 bis 6) zur Erfassung der Stromanstiegsgeschwindigkeit, eine Logik (7) mit Zähleinrichtung (9, 91, 92), ein Zeitglied (8) sowie eine Steuereinrichtung angeschlossen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrirhtung aus einem Stromwandler (1) mit nachgeschaltetem Bürdenwiderstand (2), einem Spannungswandler (3), einem Gleichrichter (4) sowie einem Differenzierverstärkcr(5) mit nachgeschaltetem Analog-Digital-Umsetzer (6) besteht.