DE2349094A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines zentrifugalkompressors - Google Patents

Description

PATENT ANWÄLTE

DH. ing. H. NE GENDANK dipl.-ing. H. HAXICK 0IFL-JHr?. W. SCHMITZ

dipping. E. GRAALFS · dipping. ™. W2HNI]ßT 7 3 Λ 9 0 9 A

HAMBURG-MÜNCHEN ZTJSTELLÜNGSAWSCHRIFT: IfAMBTTBG 36 · IVTiTTER WAIT, 41

TEL·. 86 74 28 UND 36 41 15 IElEGB. NBGEDAPATENT HAMBURG

OWENS-ILLINOIS, INC. München 15 · mozartstr. 23

TEL·. 5 38 05 88

Toledo, Ohio 43001/USA teiege. negedapateni München

Hamburg, den 20. Sept. 1973

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines
Zentrifugalkompressors

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines von einem Elektromotor angetriebenen Zentrifugalkompressors, um ein "Pumpen" des Kompressors
und einen Betrieb bei Motorströmen oberhalb des maximal
zulässigen "Wertes zu verhindern und den Kompressor nach
kurzzeitigen Netzausfällen automatisch wieder in Betrieb zu setzen. Der Wert des Stromes durch den Kompressormotor

■bewird zwecks Anzeige von/vorstehenden "Pumpen" erfaßt.

Wenn der Strom unter einen vorgewählten Minimalwert fällt, wird ein Abblasventil im Kompressorausgang langsam geöffnet, um Überschußmengen in die Atmosphäre entweichen zu lassen, und dadurch "Pumpen" vermieden. Der Motorstrom wird ebenfalls als Anzeige für einen Kompressorbetrieb oberhalb der
maximal zulässigen Motorleistung erfaßt. Wenn der Motorstrom über einen vorgewählten Wert ansteigt, wird ein Einlaßventil zum Kompressor geschlossen« Dadurch wird das für die

5098U/019A

Kompression zur Verfügung stehende Volumen beschränkt und ein/tiberlastbetrieb des Mbtors verhindert« Beim Auftreten eines kurzzeitigen Netzausfalls oder einer Netzschwankung bleiben Kontaktpaare, die von Zeitverzögerungsrelais gesteuert werden, für eine kurze Zeit geschlossene Diese Kontaktpaare schließen parallele Umgehungsleitungen um die herkömmliche Motoranlaßschaltung und gestatten einen automatischen Wiederanlauf, wenn die Zeit nicht überschritten worden ist. Der Kompressor wird während dieser kurzzeitigen Netzausfälle durch den Schwungradeffekt seines Hauptantriebsrades angetrieben. Wenn der Netzausfall lange genug dauert, öffnen sich die Kontaktpaare in den Umgehungsleitungen, und der Kompressor muß nach den herkömmlichen Verfahren angelassen werden,,

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Zentrifugalkompressoren. Sie bezieht sich besonders auf Steuersysteme für solche Kompressoren. Vorzugsweise bezieht sich die irfindung auf ein integriertes Steuersystem für einen Zentrifugalkompressor, das "Pumpen" verhindert, einen Betrieb oberhalb der Nennleistung des Motors verhindert und den Kompressor nach kurzzeitigen Netzausfällen automatisch wieder anläßt.

Zentrifugalkompressoren sind seit langer Zeit als extrem nützliche Geräte anerkannt und werden εllgemein in der Industrie verwandt₀ Es gibt jedoch zwei sehr kritische

5098U/0194

Betriebsgrenzen zentrifugaler Kompressoren, die eine Steuerung erforderlich machen. An der einen Grenze muß "Pumpen" verhindert werden. Im einfachsten Sinne ist "Pumpen" ein Vorwärts-Rückwärts-Schwingen des komprimiert werdenden Gases, das auftritt, wenn der Gegendruck des Prozesses größer als der Kompressordruck wird. Um dies zu verhindern, ist ein Abblasventil im Kompressorausgang vorgesehen, um den Kompressor zu entlüften, wenn der Durchfluß unter einen vorgewählten Minimalwert fällt. In herkömmlichen Anordnungen mißt ein Differentialdruck-(oder^ P)-Element im Kompressorausgang den Druckabfall über dem^ P-Element, setzt den Druckabfall in eine Durchflußrate um und öffnet und schlie^fcdas Abblasventil, wenn der Druck (oder der eigentlich verwandte Durchfluß) einen vorgewählten Wert erreicht, der bevorstehendes "Pumpen" anzeigt. Diese Methode ist weniger zufriedenstellend, weil die <Δ P-Elemente sehr empfindlich gegenüber Verschmutzung sind, nicht automatisch gegenüber Schwankungen der Temperatur des einströmenden Gases kompensiert sind und sorgfältige Auswahl und Kalibrierung für jeden Kompressor erforderlich machen. Außerdem ist der Parallelbetrieb zweier Kompressoren auf eine gemeinsame Ausgangsleitung extrem schwierig. Wenn der Ausgangsdruck der beiden Kompressoren nicht exakt gleich ist, muß das ti P-Element eines Kompressors rückwärts arbeiten und zeigt fälschlicherweise einen "Pump-Zustand" an_o Unnötigerweise wird dadurch das Abblasventil des einen Kompressors geöffnet

509814/0194

- k—

und komprimiertes Gas vergeudet. Außerdem wird dabei der Ausgang des anderen Kompressors durch das geöffnete Abblasventil teilentlüftet, wodurch weitere ungünstige Wirkungen hervorgerufen werden. Die andere kritische Grenze wird bei dem dem "Pumpen" entgegengesetzten Extrem erreicht. Wenn der Systemwiderstand sehr gering ist, kann der Kompressormotor genügend Strom für einen Betrieb oberhalb des Nennstromes ziehen. Das hat eine Überhitzung des Motors und schließlich eine Betriebsstörung aufgrund dieser Überhitzung zur Folge„ In herkömmlichen Anordnungen wird durch den Betrieb eines Einlaßventils das verfügbare Einlaßvolumen für den Kompressor begrenzte Eine Drucküberwachung fühlt den Prozeßdruck und steuert das Einlaßventil in Abhängigkeit vom Prozeßdrucke Der Motorstrom wird ebenfalls überwacht und in ein Drucksignal umgesetzt, mit dem ein pneumatisches Flip-Flop gespeist wird. Das Flip-Flop, dessen Eingang unmittelbar das Einlaßventil steuert, wird außerdem vom Signal der Drucküberwachung gespeist. Das Flip-Flopigibt dabei immer das niedrigere der beiden Eingangssignale an das Einlaßventil. Wenn Überlastbetrieb für den Motor droht, ist das Signal vom Motor niedriger, und das Einlaßventil wird geschlossen. Dadurch wird der Motor entlastet, und das Signal von der Drucküberwachung wird wirksam. Es ist leicht zu sehen, daß das Flip-Flop, wenn die Ursache für den Überlastbetrieb nicht beseitigt wird, dann sofort wieder das Motorsignal weitergibt und das Einlaßventil schließt. Dies hat offensichtlich unerwünschte Rege!schwingungen zur

5Q98U/0194 - 5 -

Folge, Gemäß der Erfindung lassen sich sowohl "Pumpen" als auch Überlastbetrieb ausregeln, und sie gestattet parallelen Kompressorbetrieb, ohne von bekannten Lösungen Gebrauch zu machen. Schließlich erzwingt beim Stand der Technik jeder Netzausfall eine Abschaltung des Kompressors. Dies kann bei einem empfindlichen Prozeß sehr schädlich sein. Ein erfindungsgemäßes System überbrückt kurzzeitige Netzausfälle und läßt einen automatischen Wiederanlauf ohne Abschaltung bei Wiederkehr der Netzspannung zu_o

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtung und Verfahren zur Regelung eines von einem Elektromotor angetriebenen Zentrifugalkompressors, um einen Betrieb bei einem Volumen oberhalb des maximal zulässigen Durchflusses zu verhindern, um das Auftreten von "Pumpen" zu verhindern und um den Kompressor automatisch nach einem kurzzeitigen Netzausfall wieder anzulassen. Ein Merkmal der Erfindung ist es, daß der Durchfluß auf den Nennwert des Kompressors begrenzt wird} zu diesem Zweck wird ein Einlaßventil teilweise als Funktion des Motorstromes gesteuert. Der Prozeßdruck am Kompressorausgang wird gefühlt und ein diesem Druck proportionales Signal erzeugt. Dieses proportionale Signal wird mit einem vorgewählten Wert für den Prozeßdruck vergl ichen und ein Steuersignal, das proportional der Abweichung des proportionalen Signals von dem vorgewählten Wert ist, erzeugt_o Zusätzlich wird der Motorstrom mit einem

- 6 509814/0194

vorgewählten maximalen Stromwert verglichen. Solange der Strom unterhalb dem Maximalwert bleibt, wird das Steuersignal unverändert an das Einlaßventil weitergegeben. Wenn der Strom über den Maximalwert steigt, wird das Steuersignal als Funktion der Abweichung von dem vorgewählten Maximalwert moduliert, wodurch das Einlaßventil als Funktion des veränderten oder unveränderten Steuersignals gesteuert wirdo Ein anderes Merkmal der Erfindung ist es, "Pumpen" durch die Betätigung eines Abblasventils im Kompressorausgang als Funktion des Motorstromes zu verhindern. Der Motorstrom wird erfaßt und ein ihm proportionales Signal erzeugt. Dieses proportionale Signal wird mit einem vorgewählten Minimalwert für das proportionale Signal verglichen. Wenn das proportionale Signal unter den vorgewählten Minimalwert fällt, wird ein moduliertes Steuersignal erzeugt, das das Abblasventil als Funktion des modulierten Steuersignals öffnet. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, den Kompressor nach einem kurzzeitigen Netzausfall automatisch wieder anzulassen, und zwar durch das Herstellen von zeitabhängigen Umgehungsleitungen um die herkömmlichen AnI aß schaltungen für den Motor. Wenn der Netzausfall kürzer als eine vorgewählte Zeit ist, wird der Betrieb automatisch wieder aufgenommen, ohne daß das Bedienungspersonal zum Wiederanlassen des Motors eingreifen muß ο

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In den Zeichnungen ist:

509814/0194 - 7 -

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild des

elektrischen Steuerkreises der Erfindung;

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der

Meß- und Steuereinrichtungen zur Begrenzung des Durchflusses und zur Verhinderung des "Pumpens" gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild der Anlaßschaltung für den Motor gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Kettenleiterschaltung 10 für das elektrische Steuersystem der Erfindung. Die Kettenleiterschal tung 10 wird in üblicher Weise von einem Transformator 12 versorgt. Die Schaltelemente in Fig. 1 sind in der Ruhelage, d.h. bei nichtlaufendem Kompressor und längere Zeit nach Abschalten der Netzspannung, gezeigt. Außerdem entsprechen die durchgehend in Fig. 1 verwendeten Bezeichnungen den üblicherweise bei der Beschreibung, von Kettenleiterschaltbildern gebrauchten. Das heißt, die Spule eines Relais wird mit einem bestimmten Buchstaben und einer bestimmten Zahl bezeichnet. Die Kontaktpaare des Relais erhalten dann denselben Buchstaben und dieselbe Zahl wie die Spule und zusätzlich eine Zahl zur Identifizierung. Um den Kompressor in Betrieb zu

509814/0194

setzen, ist das Verfahren wie folgt: Der Anlagenbediener schließt durch Betätigung eines selbstrnckstelXenden Riieks schalters 14 einen Arbeitskontakt . Dadurch kann Strom von einer Seite des Kettenleiterschaltbildes 10 zur anderen durch eine Relaisspule 3CR fließen. Ersichtlich ist eine Anzahl von Sicherheitsverriegelungselementen 16, 18, 20, 22, 1CR1 und 2 TR1 in Serie zwischen den Schalter 14 und die Spule 3CR geschaltet. Das Element 16 ist ein Schalter und wird benutzt, um den Kompressor völlig zum Stillstand zu bringen, wenn der Kompressor abgeschaltet werden soll_o Bei der Inbetriebnahme wird der Schalter 16 geschlossen. Element 18 hat die Form eines druckbetätigten Schalters, der mit dem Schmiersystem des Kompressors verbunden ist und öffnet, wenn der Druck des Schmieröles zu niedrig für einwandfreien Betrieb äst, um den Kompressor anzuhalten,, Das Schaltelement 18 ist normalerweise bei der Inbetriebnahme geschlossen und zeigt dadurch an, daß der Öldruck ausreichend ist, um den Betrieb zu beginnen. Element 20 in der Form eines temperaturbetätigten Schalters liegt in der Druckleitung für das Schmieröl und fühlt dessen Temperatur. Wenn die Temperatur des Schmieröles zu hoch für einwandfreien Betrieb wird, öffnet das Schaltelement 20, unterbricht damit den Stromkreis und bewirkt die Abschaltung des Kompressors. Auch hier wird bei der normalen Inbetriebnahme des Schaltelement 20 geschlossen sein und dadurch anzeigen, daß die Öltemperatur normal ist.

509814/0194

Element 22, ein zweiter temperaturbetätigter Schalter, ist mit dem Auslaß des Kompressors verbunden und fühlt die Temperatur der Auslaßluft. Das Schaltelement 22 ist so eingestellt, daß es öffnet, wenn die Temperatur der Auslaßluft einen vorher bestimmten Maximalwert erreicht und unterbricht dann ebenfalls den Stromkreis. Bei der Inbetriebnahme ist das Schaltelement 22 ebenfalls geschlossen. Eine Relaisspule 1CR (siehe Fig. 3)» die an die Versorgungsleitungen einer Motoranlaßschaltung 2k für einen Kompressormotor 25 angeschlossen ist, steuert das Element 1CR1, das die Form eines Kontaktpaares hat und in Reihe mit den Elementen 18, 20 und 22 liegt_o ¥enn Spannung an der Motoranlaßschaltung 2k liegt, steht die Spule 1CR unter Strom, und das Kontaktpaar 1CR1 ist geschlossen und erlaubt ebenfalls den Stromfluß durch die Relaisspule 3CRo Das Element 2TR1 schließlich, das die Form eines Kontaktpaares hat, wird durch eine Spule 2TR eines Zeitverzögerungsrelais gesteuert. Die Funktion des Kontaktpaarelementes 2TR1 wird später im Zusammenhang mit der Behandlung der Spule 2TR beschriebene Die Spule 3CR schlißt beim Ansprechen das Kontaktpaar 3CR1 und hängt sich damit

-1-7; eHerüber den Sicherheitsyeinschaltkreis auf₀ Wenn alle Elemente anzeigen, daß der Kompressor einschaltbereit ist, kann jetzt der Kompressoranlaßschalter gedrückt werden, worauf der Kompressor anläuft. Die Spule 3CR betätigt außerdem das Kontaktpaar 3CR2 in der Leitung zur Kompressoranlaßschaltungo Bei geschlossenem Kontaktpaar 3CR2 drückt der

5098.U/0194 -10-

Anlagenbediener jetzt zur Fortsetzung der Inbetriebnahme einen Kompressoranlaßschalter 28. Der Strom durch das geschlossene Kontaktpaar 3CR2 und den Anlaßschalter 28 muß außerdem durch einen Grenzwertschalter 30 fließen, der geschlossen ist, wenn ein Einlaßventil 46 geschlossen isto Das Einlaßventil 46 muß geschlossen werden, bevor der Kompressor angelassen werden kann_o Der Strom fließt außerdem über einen Grenzwertschalter 31» der geschlossen ist, wenn ein Abblasventil $6 voll geöffnet ist. Das Abblasventil 56 muß in voll geöffneter Stellung sein, bevor der Kompressor angelassen werden kann. Schließlich liegt noch ein vom Minimalwert der Öltemperatur betätigter Schalter 32 in diesem Stromkreis« Dieser Öltemperaturschalter 32 ist so eingestellt, daß der Stromkreis unterbrochen ist, wenn die Temperatur des Schmieröles nicht einen vorgewählten Minimalwert erreicht hat. Der Stromfluß aktiviert schließlich eine Spule 4CR eines Relais„Die Aktivierung der Spule 4CR schließt das Kontaktpaar 4CR1 und überbrückt damit den Kompressoranlaßschalter 28. Jetzt läuft die Inbetriebnahme weiter,und der Anlagenbediener kann den Kompressoranlaßschalter 28 loslassen. Wie ersichtlich werden neben dem Kompressoranlaßschalter 28 auch dieG-renzwertschalter 30 und 31 und der Schalter für niedrige Öltemperatur 32 überbrückto Dies ist zulässig, da diese drei Funktionen nur für die Inbetriebnahme überwacht werden und keinen

des Einfluß auf den eigentlichen Betrieb/Kompressors haben=,

- 11 -

5098U/019 4

' Bei geschlossenem Kontaktpaar 4CR1 kann der Strom durch die Kontaktpaare 3CR2 und 4CR1 fließen und damit die Spule 4CR aktiviert halten. Die Spule 4CR betätigt außerdem ein Kontaktpaar 4CR2 (siehe Fig. 3) im Motoranlasser 24. Durch das Schließen des Kontaktpaares 4CR2 wird, wie später erläutert wird, der Stromkreis für den Motor 25 geschlossen und dadurch der Kompressor angelassen. Die Aktivierung der Spule 4CR schließt zusätzlich ein Kontaktpaar 4CR3 und damit den Stromkreis für eine Spule 5TR eines Zeitverzögerungsrelais₀ Das Zeitverzögerungsrelais, zu dem die Spule 5TR gehört, ist so gestaltet, daß es das Schließen eines Kontaktpaares 5TR1 des Relais für eine Zeit nach der Aktivierung der Spule 5CR verzögert. Der Zweck der Zeitverzögerung ist es, den Motor 25 auf volle Drehzahl kommen zu lassen, bevor der Regelkreis in Betrieb genommen wird. Dadurch kann der Antriebsmotor 25 im unbelasteten Zustand angelassen werden und Betriebsdrehzahlen erreichen, bevor das Einlaßventil 46 und das Abblasventil angesteuert werden. Eine Zeitverzögerung von ca. 20 Sekunden hat sich als ausreichend erwiesen, um diesen Zustand zu erreichen_c 20 Sekunden nach der Aktivierung der Spule 5TR schließt das Kontaktpaar 5TRI> wodurch die Spule 5CR eines einfachen Relais aktiviert wird. Die Aktivierung der Spule 5CE schließt ein Kontaktpaar 5CR1, mit dem sich die Spule 5CR aufhängt. Außerdem betätigt die Spule 5CR auch ein Kontaktpaar 5CR2, das einen Teil des Steuerkreises für den Kompressor mit Spannung versorgt. Insbesondere wird eine

-12-

509814/0194

Spule A-SV aktiviert, die ein Magnetventil 38 (siehe Fig. 2) öffnet. Außerdem wird auch eine Spule 6tR eines Zeitverzögerungsrelais zu diesem Zeitpunkt aktiviert. Das Zeitverzögerungsrelais, zu dem die Spule 6tR gehört, verzögert das Öffnen seiner Kontakte für eine vorher bestimmte Zeitdauer, wenn die Versorgung der Spule 6TR abgeschaltet wird. Wie ersichtlich liegt ein Kontaktpaar 6 TR1, das von der Spule 6TR betätigt wird, parallel zu dem Kontaktpaar 4CR1. Es hat sich erwiesen, daß das von der Spule 6tR gesteuerte Relais am günstigsten eingestellt ist, wenn es eine Zeitverzögerung von ca. 5 Sekunden für das Öffnen des Kontaktpaares 6TR1 nach Abschaltung der Spule 6tR liefert. Zusätzlich wird eine Spule 9TR, die zu einem anderen Zeitverzögerungsrelais gehört, ebenfalls durch das Schließen des Kontaktpaares 5TR2 aktiviert. Dieses von der Spule 9tR gesteuerte Zeitverzögerungsrelais dient dazu, sicherzustellen, daß der Kompressor eine vorgewählte Zeitdauer, in diesem Fall ungefähr 1 Minute, in Betrieb war, bevor die später beschriebene Vorrang-schaltung für Netzausfall wirksam wird. Es hat sich gezeigt, daß, wenn der Kompressor etwa 1 Minute gelaufen hat, angenommen werden kann, daß das Versorgungsnetz stabil ist und der Kompressor zufriedenstellend arbeitet. Die Spule °TR schließt daher nach einer Zeitdaue^von ungefähr 1 Minute ein Kontaktpaar 9TR1. Das Schließen des Kontaktpaares 9TRI aktiviert eine Spule 7TR eines weiteren Zeitverzögerungsrelais ο Das von der Spule 7TR gesteuerte Zeitverzögerungsrelais verzögert ebenfalls das Öffnen der

5098U/019A

Kontaktpaare für eine vorgewählte Zeitdauer,nachdem die Spule 7TR abgeschaltet worden ist. Wie ersichtlich ist ein Kontaktpaar 7TR1 in Reihe mit dem Kontaktpaar 6TR1 geschaltet, wobei diese Reihenschaltung parallel zum Kontaktpaar 4CR1 liegt. Es hat sich gezeigt, daß die Zeitverzögerung bei der Spule 7TR am günstigsten auf ungefähr 10 Sekunden eingestellt wird. Eine Ruhekontaktpaar 4CR4, das von der Spule 4CR gesteuert wird, ist bei der Aktivierung der Spule 4CR geöffnet worden. Dies unterbricht die Versorgung einer Spule 5SV eines in der Ruhelage geschlossenen Magnetventils 4O, das sich daraufhin schließt. Beim Einschalten der Versorgung für die Kettenleiterschaltung 10 wird eine Spule 1TR eines Zeitverzögerungsrelais aktiviert_o Die Charakteristik des von der Spule TTR gesteuerten Zeitverzögerungsrelaxs ist so, daß ein Kontaktpaar TTR1 eine kurze Zeit nach der Aktivierung der Spule TTR öffnet. Daher wird nach einem ersten Stromfluß durch die Spule 1TR das Kontaktpaar 1TR1 geöffnet. Zuvor gestattet jedoch das Kontaktpaar 11R1 einen Stromfluß durch die Spule 2CR. Dieser Stromfluß durch die Spule 2CR schließt das Kontaktpaar 2CR1 parallel zum Kontaktpaar 3CR1. Zusätzlich wird eine Spule 2TR, die ein weiteres Zeitverzögerungsrelaxs steuert, für die gleiche Zeit wie die Spule 2CR aktiviert. Die Charakteristik der Spule 2TR ist so gewählt, daß das Kontaktpaar 2TR1 eine kurze Zeit nach der Aktivierung der Spule 2TR öffnet. Daher wird, falls aus irgendeinem Grund

5 098 H/0 194

die von der Spule 1TR erzeugte Zeitverzögerungsfunktion nicht arbeiten sollte und das Kontaktpaar 1TR1 geschlossen bleiben sollte, die Spule 2TR das Kontaktpaar 2TR1 öffnen und den Betrieb des Kompressors abbrechen. Die Spule 2CR öffnet bei ihrer Aktivierung ein Kontaktpaar 2CR2 und ein Kontaktpaar 2CR3. Die Kontaktpaare 2CR2 und 2CR3

"reten

sind normalerweise geschlossen und öffnen nur beim/Einschalten der Versorgung für die Kettenleiterschaltung Der Stromfluß über das Kontaktpaar 2CR2 steuert eine Spule 2SV, die ein in der Ruhelage geschlossenes Magnetventil 42 (siehe Fig. 2) öffnet, solange der Kreis mit Leistung versorgt wird. Der über das Kontaktpaar 2CR3 fließende Strom steuert eine Spule 3SV eines in der Ruhelage geöffneten Magnetventils 44 (siehe Fig. 2). Deshalb bleibt, solange die Kettenleiterschaltung 10 mit Spannung versorgt wird, das Magnetventil 44 geschlossen. Schließlich ist ein Kontaktpaar 6TR2 in Serie mit dem Kontaktpaar 2CR1 verbunden, und ein Kontaktpaar 6η^13 liegt

1 parallel zum Kontaktpaar 5CR1. In der Tabelle/sind unter der Bezeichnung "Normalbetrieb" die Zustände der Kontaktpaare und Elemente nach Fig. 1 für den normalen "Netz-Eki"-Betrieb tabellarisch aufgeführt.

509814/01 94

	TABELLE 1	Netzausfall
Kont aktp aare und Elemente	Normalbetrieb	offen
14	offen	offen
3CR1	geschlossen	offen
2CR1	offen	geschlossen
6TR2	geschlossen	geschlossen
16	geschlossen	geschlossen
18	geschlossen	geschlossen
20	geschlossen	geschlossen
22	geschJ οssen	offen
1CR1	geschlossen	geschlossen
2TR1	ge s chlo s s en	geschlossen
1TR1	offen	geschlossen
2CR2	geschlossen	geschlossen
2CR3	geschlossen	geschlossen
kCRk	offen	offen
3CR2	geschlossen	offen
28	offen	offen
4CR1	geschlossen	geschlossen
7TR1	geschlossen	geschlossen
6TR1	geschlossen	unbestimmt
30	unbestimmt	unbestimmt
31	unbestimmt	geschlossen
32	geschlossen	offen
4CR3	geschlossen	offen
5TR1	geschlossen	offen
5CR1	geschlossen	offen
5CR2	geschlossen	offen
9TR1	geschlossen	geschlossen
6TR3	geschlossen

- 16 -

509814/0194

Vor der Beschäftigung mit dem in Fig. 2 gezeigten Steuersystem ist es notwendig, auf einige Grundtatsachen im Zusammenhang mit dem Betrieb von zentrifugalen Luftkompressoren hinzuweisen. Für ins einzelne gehende weitere Informationen über den Betrieb von zentrifugalen Luftkompressoren wird auf das Kapitel 3 des Compressed Air and Gas Handbook, 3· Ausgabe, 1961, Compressed Air and Gas Institute, verwiesen. Die Betriebscharakteristiken und dementsprechend die Anforderung für die Steuerung eines Luftkompressors vom zentrifugalen Typ und eines Luftkompressors mit Kolben sind erheblich verschieden. Der mit Kolben ausgestattete Typ von Luftkompressor ist im wesentlichen ein Gerät mit konstantem Ausgangsvolumen bei variablem Ausgangsdruck. Im Gegensatz dazu ist ein zentrifugaler Kompressor ein Gerät mit variablem Ausgangsvolumen bei konstantem Ausgangsdruck. In dem hier zur Diskussion stehenden Anwendungsgebiet wird der zentrifugale Kompressor im wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Antriebsmotor angetrieben. Beim Betrieb mit dieser Geschwindigkeit liefert der Kompressor eine zwischen etwa 5° $ ^und 100 °/-> der Nennleistung liegende Luftmenge bei im Prinzip konstantem Ausgangsdruck. Es gibt zwei Grenzen oder Extreme, zwischen denen der Betriebsbereich des zentrifugalen Kompressors gesteuert werden muß. Bisher war die Steuerung an diesen beiden Extremen des Betriebsbereiches recht ungleichmäßig, dem Steuersystem der vorliegenden Erfindung ist es jedoch gelungen, den

- 17 -

50981 4/0194

zentrifugalen Kompressor an beiden Grenzen seines Betriebsbereich.es exakt zu steuern. Im einen Extrem wird die Beschränkung Tür die Ausgangsleistung des zentrifugalen Kompressors so niedrig, daß der Kompressor weit über seine-. Nennleistung liegende Luftmengen ansaugen kann. Wenn dies geschieht, kann der Kompressormotor überlastet und dadurch thermisch zerstört werden. Diese Funktion ist herkömmlicherweise durch den Gebrauch eines Einlaßsteuerventils gesteuert worden, aber die Steuerung dieses Ventils war nicht völlig mit der Steuerung der Kompressorausgangsleistung integriert. Am anderen Ende des Betriebsbereiches des Kompressors kann eine als "Pumpen" bekannte Erscheinung auftreten. Die Erscheinung des "Pumpens" kann durch ein Zitat aus dem Compressed Air and Gas Handbook , Seiten 3-22, wie folgt erklärt werden:

"Bei einer bestimmten Geschwindigkeit wird, während der Fluß verringert wird und der "RUck"-Druck des Kompressors (der ein Resultat aller Beschränkungen ist) vergrößert oder gleich gehalten wird, ein Punkt im Durchfluß erreicht, an dem der Rückdruck das von dem Kompressor erzeugte Druckverhältnis übersteigt, was einen Zusammenbruch des. Durchflusses zur Folge hat. Dies bewirkt unmittelbar eine Umkehr in der Flußrichtung und verringert den Kompressorrückdruck. Sowie dies geschieht, wird die normale Kompression

- 18 -

509814/0194

wieder aufgenommen, und der Zyklus wiederholt sich. Dieser zyklische Betrieb ist zutreffend als "Pumpen" bezeichnet worden."

Verstand!icherweise kann das Auftreten von "Pumpen" sehr teuer für einen Prozeß werden und hat, wenn seine Fortsetzung nicht unterbunden wird, auch Schaden am Kompressor selbst zur Folge. Um das Auftreten von "Pumpen" zu vermeiden, wird allgemein ein Abblasventil an den Ausgangsrohren des Kompressors vorgesehen. In herkömmlichen Anordnungen wird, wenn "Pumpen" auftritt, das Abblasventil geöffnet, um Druck in die Atmosphäre abzulassen und den Durchfluß durch den Kompressor zu vergrößern. Die Betätigung des Abblasventi!s ist dort nicht völlig integriert mit dem gesamten Kompressorkreis, wodurch Unzulänglichkeiten im Betrieb des Kompressors auftreten, indem zugelassen wird, daß das Abblasventil offen ist, was unnötig Luft verschwendet oder zur Abschaltung des Kompressors führt, falls "Pumpen" auftritt.

Gemäß dem Steuerkreis nach Fig. 2 gelangt atmosphärische Luft über ein Einlaßventil 46 i'ji ein Einlaßrohr 47. Das Einlaßventil 46 kann ein Fisher-Modell 7810 mit einer 656 Membranbetätigung, hergestellt von der Fishear Control

Company of Marshalltown, Iowa 50158» sein. Die Arbeitsweise des Einlaßventils 46 ist so, daß as einen

- 19 -

5098U/0194

dem Druck eines an es gegebenen I/uftsignals entsprechenden Grad geöffnet ist. Das Ein!aßventil 46 1st so eingestellt, daß der "Einlaß von atmosphärischer Luft durch das Einlpßrohr 47 nicht vollständig blockiert^ wenn es vo3.1 geschlossen ist. Dadurch kann der Kompressor anlaufen, während das Einlaßventil 46 im Prinzip geschlossen ist. Atmosphärische Luft, die durch das Einlaßventil 46 kommt, gelangt dann durch ein Kompressoreinlaßrohr 49 an den Kompressor 48. Der Kompressor 48 kann irgendeine der zur Zeit erhältlichen Kompressoren vom zentrifugalen Typ sein. Beispielsweise kann der Kompressor 48 ein Clark Isopac 4, Hersteller Dresser Industries, Incorporated, Olark Turbo Compressor Division, Olean, New York 1476O, sein. Für Zwecke dieser Erläuterung soll angenommen werden, daß der Kompressor 48 am Atisgang komprimierte Luft mit einem Überdruck von etwa 3i5 atm. (50 pounds per square inch) abgibt. Diese komprimierte Luft wird an eine Auslaßrohrleitung 50 geliefert. In der Auslaßrohrleitung $0 ist ein Rückschlagventil 52 vorgesehen, um einen überraässigen entgegengesetzten Fluß von Luft dxirch die Rohrleitung 50 zum Kompressor 48 zu verhindern. Von der Rohrleitung 50 zweigt vor dem Rückschlagventil eine AbblaszweigrohrXeitung 54 ab, die zum Abblasventil führt. Das Abblasventil 56 kann ein Fisher Modell EK mit einer 657 Betätigung, hergestellt von Fisher Controls, MarshalItown, Iowa 50158» sein. Gemäß der Charakteristik des Abblasventils 56 wird der Grad der Öffnung durch ein ^n

S098U/01 SU

- 20 -

23A9094

Signaldruck bestimmt, der dem Betriebsnechanisnms des Abblasventils 56 zugeführt wird. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das Abblasventil 56 völlig geschlossen. Das Abblasventil 56 ist nur unter Bedingungen geöffnet, bed denen "Pumpen" im System unmittelbar bevorsteht. Der Ausgang des Abblasventils 56 ist durch eine atmopshärische Entlüftungsleitung 58 mit der Atmosphäre verbunden. Eine Quelle 60 von Steuerluft unter Drtick liefert Steuerluft über eine Rohrleitung 61 an einen Steuerluftverteiler 62. Eine Drucküberwachungsleitung 64 ist mit der Ausgangsrohrleitung ^O verbunden, um den Prozeßdruck fühlen zu können. Die Drucküberwachungsleitiing ist mit einem Driickübersetzer 66 verbunden, der ein Foxboro Modell M45> hergestellt von der Foxboro Company, Foxboro, Massachusetts 02035» sein kann. Ein weiterer Eingang des Druckübersetzers 66 ist über die Steuerluftleitung 68 mit dem Steuerluftverteiler 62 verbunden. Der Druckübersetzer 66 arbeitet in der Weise, daß er über eine Ausgangsrohrleitung 70 ein dem durch die Drucküberwachungsleitung 64 übertragenen Druck proportionales Steuerluftsignal abgibt. Der Steuerluftdruck liegt vorzugsweise im Bereich von 1,4 atü (20 pounds per square inch)_o Das Ausgangssignal des Druckübersetzers 66 liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,2 und 1,1 atü (3 bis I5 pounds per square inch), wobei auch hier die Abstimmung mit Bezug auf den tatsächlichen Prozeßdruck erfolgt_a Die

- 21 -

S098U/019Ä

Ausgangsleitung 70 von dem Druckübergetzer 66 ist mit einem Drucküberwacher 72 verbunden. Der Drucküberwacher 72 kann ein Foxboro Modell M/52A-7M4-B, hergestellt von der Foxboro Company, Foxboro, Massachusetts 02035» sein. Ein weiterer Eingang des Drucküberwachers 7² is* über eine Steuerluftleitung 74 mit dem Steuerluftverteiler 62 verbunden. Der Druckübervacher 72 wird auf den gewünschten Prozeßdruck eingestellt. Gemäß der Änderung des Prozeßdruckes erzeugt der Drucküberwacher 72 ein Korrektursignal und gibt dies an eine Ausgangsleitung j6, Wie zuvor erläutert, wird tatsächlich ein dem Prozeßdruck proportionales Signal von dem Druckübersetzer 66 an den Drucküberwacher 72 geliefert. Der Drucküberwacher 72 vergleicht dieses proportionale Signal mit dem eingestellten Wert und liefert ein Steuerluftausgangssignal in die Ausgangsleitung 76, das der Abweichung des Druckes von dem eingestellten Wert proportional ist. Das Ausgangssignal des Drucküberwachers 72 in die Ausgangsleitung 76 ist ein moduliertes Drucksignal. Dieses von der Ausgangsleitung 76 übertragene modulierte Drucksignal wird auf einen Strom-Druckwandler 78 gegeben,, Der Strom-Druckwandler 78 kann ein Modell 775 mi* entgegengesetzt arbeitendem übertrager, hergestellt von Moore Products Company, Spring Hill, Pennsylvania 19477, sein. Die Aufgabe des Strom-Druckwandlers 78 ist zu verhindern, daß der Kompressormotor 25 auf einem Niveau oberhalb seiner maximal

- 22 -

§09814/0194

zulässigen Leistung arbeitet. Eine Spule 80 über einer Phase der Eingangsverdrahtung für den Motor 25 fühlt den Strom, den der Motor 25 zieht» Es ist allgemein bekannt, daß der von einem Motor gezogene Strom ein Maß für die Arbeitsleistung eines jeden Motors sein kann. Wenn der Kompressormotor 25 anfängt, bei immer höheren Stromwerten zu arbeiten, kann der Motor überhitzt verden und schließlich die tiber-lastschutzschaltungen des Motors auslösen, womit der Kompressor 48 abgeschaltet wird. Um sicherzustellen, daß dies niemals auftreten kann, wird der Strom in der Eingangsverdrahtung des Motors 25 an den Strom-Druckwandler 78 übermittelt. Solange der von der Spule 80 gefühlte und an den Strom-Druckwandler 78 übertragene Strom niedriger als der Strom ist, der einen Betrieb des Kompressors 48 bei einem Einlaßvolumen oberhalb des maximal zulässigen Wertes für den Antriebsmotor 25 zur Folge hat, passiert das Steuersignal von dem Drucküberwacher J2 den Strom-Druckwandler 78 ohne Veränderung. Wenn jedoch der Strom den maximalen Wert erreicht, tritt der Strom-Druckwandler 78 in Aktion und moduliert den Ausgangsdruck in der Ausgangsleitung 76 auf einen Wert, der das Einlaßventil 46 eine Lage annehmen läßt, in der das maximale Einlaßvolumen nicht überschritten werden kann. Das Ausgangssignal des Strom-Druckwandlers 78 wird An einer Ausgangsleitung 82 an ein Magnetventil 38 und von dort über eine Ausgangsleitung 83 an einen Volumenverstärker 84 übertragen,. Der Volumenverstärker 84 kann ein Foxboro Modell B102RN,

5098U/0194 -23-

hergestellt von der Poxboro Company, Foxboro, Massachusetts 02035» sein. Ein Eingang des Volumenverstärkers 84 ist über die Rohrleitung 86 mit dem Steuerluftverteiler 62 verbunden» Die Aufgabe des Volumenverstärkers 84 ist es, das Volumen des durch die Rohrleitung 83 ankommenden Steuersignals auf einen Wert zu vergrößern, der das Einlaßventil 46 schnell betätigte Das Einlaßventil 46 wird entsprechend dem Druck eingestellt, den das Einlaßventil in einer Eingangsleitung 88 von dem Volumenverstärker 84

-es
empfängtο Ohne Verwendung ein/VOlumenverstärkers 84 könnte nur der Ausgangsdruck in der Leitung 76 benutzt werden, um das Einlaßventil 46 zu betätigen, aber die Arbeitsgeschwindigkeit des Einlaßventils 46 wäre verhältnismäßig langsam₀ So gestattet der Volumenverstärker 84 einen schnelleren Betrieb des Einlaßventils 46. Wie die Darstellung zeigt, gibt es eine Umwegleitung um den Strom-Druckwandler 78. Diese Umwegleitung besteht aus einer Rohrleitung 89, die unmittelbar an die Ausgangsleitung J6 des Drucküberwachers 72 angeschlossen ist. Die Rohrleitung 89 ist mit einem Magnetventil 44 verbunden. Das Magnetventil 44 ist seinerseits mit der Ausgangsleitung 83 über eine Rohrleitung 90 verbunden«. Unter normalen Arbeitsbedingungen ist das Magnetventil 44, wie vorher erläutert, geschlossen und die Umwegleitung nicht im Betrieb. Die Umwegleitung spielt nur während Netzausfällen eine Rolle; diese Funktion wird später im einzelnen beschrieben. Außerdem ist Vorsorge

609814/0194

- 24 -

getroffen, um jedweden Restdruck in der Ausgangsleitung

-en
während betriebsloser Zeit/in die Atmosphäre abblasen zu können. Diese Aufgabe wird von der Abblasleitung 92 erfüllt, die an den Eingang des Magnetventils 40 angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einer atmosphärischen Abgasleitung 93 verbunden ist.

Fig, 2 zeigt einen zweiten und unabhängigen Steuerkreis, der das Abblasventil 56 steuert, um das Auftreten von "Pumpen" im System zu verhindern. In gleicher Weise wie bereits vorher im Zusammenhang mit dem Begrenzungssystem für das maximale Volumen erklärt, ist es möglich, das bevorstehend von "Pumpen" im System durch Überwachung des von dem Motor 25 gezogenen Stromes zu fühlen. Bei jedem beliebigen Kompressor tritt "Pumpen" bei einem ganz bestimmten Wert dss von dem Kompressormotor 25 gezogenen Stromes auf. Dieser Wert kann für jede Anlage durch einfaches Experimentieren festgestellt werden, bevor die Anlage dem Einsatz zugeführt wird. Ein Strom-Druckwandler 96 erhält Steuerluft durch eine Rohrleitung 97 von dem Steuerluftverteiler 62. Der Strom-Druckwandler 96 kann ein Modell 775 mit vorwärts arbeitendem Übertrager, hergestellt von der Moore Products Company, Spring Hause, Pennsylvania 19^77» sein. Eine Spule 98 fühlt den Strom in einer Phase der Eingangsverdrahtung für den Kompressormotor 25 und überträgt das Stromsignal an den Strom-Druckwandler 96_β Der Strom-Druckwandler 96 gibt ständig ein Drucks^Lgnal ab, das dem

509814/0194

- 25 -

Stronifluß zum Kompressormotor 25 proportional' ist. Das Drucksignal wird durch eine Rohrleitung 99 an das Magnetventil 42 übertragen und von dort durch eine Rohrleitung 100 an einen Durchflußregler 102. Der Durchflußregler 102 kann ein Foxboro Modell m/52A-7M4-B, hergestellt von der Foxboro Company, Foxboro, Massachusetts 02035, sein. Der Durchflußregler 102 erhält über eine Rohrleitung 104 Steuerluft von dem Steuerluftverteiler 62, Der Durchflußregler 102 dient dazu, den von dem Strom-Druckwandler 96 abgegebenen proportionalen Signaldruck in ein Drucksignal umzusetzen, mit dem das Abblasventil 56 arbeiten kann. Das heißt, daß der von dem Strom-Druckwandler 96 abgegebene Signaldruck nicht notwendigerweise in der richtigen Größenordnung für den Betrieb des Abblasventils zur Vermeidung des "Pumpens" liegen muß. Daher liegt der Durchflußregler im Pfad des von dem Strom-Druckwandler 96 abgegebenen Signals und überträgt seinerseits über eine Ausgangsrohrleitung 106 ein Signal, das das Abblasventil 56 betätigen kann. Der Durchflußregler 102 ist so eingestellt, daß er ein maximales Ausgangsdrucksignal abgibt, solange das proportionale Drucksignal des Strom-Druckwandlers 96 oberhalb einem normalen Betrieb anzeigenden Wert bleibt. Dadurch wird das Abblasventil 56 geschlossen, da das Abblasventil, wie vorher erwähnt, normalerweise offen ist und zum Schließen eines Drucksignals bedarf. Wenn jedoch das Signal von dem Strom-Druckwandler 96 unter einen vorge-

- 2.6 -

5098U/0194

wählten Wert zu fallen beginnt, beginnt auch der von dem Durchflußregler 102 an das Abblasventil 56 gelieferte Ausgangsdruck zu fallen,und das Abblasventil 56 beginnt zu öffnen. Die Ausgangsleitung 106 ist mit einem Volumenverstärker 108 verbunden,, Der Volumenverstärker kann ein Foxboro-Modell B102RN, hergestellt von der Foxboro Company, Foxboro, Massachusetts 02035» sein. Der Volumenverstärker 108 erhält Steuerluft durch die Rohrleitung 11O, die mit dem Steuerluftverteiler 62 verbunden ist. Wie bereits vorher erklärt, ist es die einzige Aufgabe des Volumenverstärkers 108, das Volumen des von dem Durchflußregler 102 durch die Rohrleitung 106 übertragenen Signals zu vergrößern. Dies dient dazu, ein schnelleres Arbeiten des Abblasventils /zu erreichen, als es bei Verwendung des Drucksignals in der Rohrleitung IO6 möglich wäre₀ Der Ausgang des Volumenverstärkers ist über eine Ausgangsrohrleitung 112 mit dem Abblasventil 56 verfcmnden. Während der von der Spule 98 gefühlte Strom sich in dem Bereich, in dem "Pumpen" unmittelbar bevorsteht, bewegt, wird der Grad der Öffnung des Abblasventils 56 so durch das aus der Rohrleitung 112 empfangene modulierte Signal gesteuert, dass 'Pumpert' verhindert wird. Solange die gesamte Anlage im vorgewählten Bereich arbeitet, wird das Abblasventil auf und zumodulierto Wenn die "Pump"-Gefahr größer wird, was durch den von der Spule 98 gefühlten Strom angezeigt wird, wird das Abblasventil weiter und weiter geöffnet,

B098U/0194 - ²7 -

bis, unmittelbar vor dem Einsatzpunkt des "Pumpens", das Abblasventil 56 voll geöffnet ist. Mit dem Ablasventil 56 in voll geöffneter Stellung ist das Auftreten von "Pumpen" unmöglich, weil eine Entlüftung für das minimal von dem Kompressor 48 erzeugte Volumen geschaffen wird. 'Indem die Bedingungen, die "Pumpen" in der Anlage hervorrufen konnten, abgebaut werden, steigt der von der Spule 98 gefühlte Strom über den Wert, der bevorstehendes "Pumpen" anzeigt, das Abblasventil 56 wird wieder voll geschlossen und die Anlage arbeitet in einem normalen Betriebszustand. Es sind Maßnahmen getroffen worden, die ein Weiterarbeiten der Anlage auch dann gestatten, wenn die Versorgung 60 für die Steuerluft ausfällt. Eine Rohrleitung 113 ist mit der Drucküberwachungsleitung 6k verbunden. Der Druck in der Rohrleitung 113 ist gleich dem jeweiligen Anlagendruck und wird im allgemeinen zu hoch für den Gebrauch als Steuerluft sein. Daher ist die Rohrleitung II3 mit einem Druckregler '\'\k verbunden, der den Druck auf einen Wert geringfügig unter dem der Steuerluftversorgung 6O reduziert. Der Druckregler 114 idt mit einem Rückschlagventil II6 durch eine Rohrleitung 115 verbunden. Das Rückschlagventil 116 ist mit der Leitung 61 zum Steuerluftverteiler 62 durch eine Rohrleitung 117 verbunden. Solange die Versorgung 60 Luft durch die Rohrleitung 61 liefert, werden die Druckverhältnisse im Rückschlagventil II6 verhindern, daß Luft durch die Rohrleitung II5 zur Rohrleitung 61 strömt.

- 28 -

Β098Η/0Ί9Α

Wenn jedoch der Druck von der Versorgung 60 abfällt, wird das Rückschlagventil 116 öffnen und durch den Druckregler 1i4 im Druck redttzierte Luft durch die Rohrleitung 117 in die Rohrleitung 61 strömen lassen, und damit die Versorgung mit Luft über den Steuerluftverteiler 62 aufrechterhalten. Ein Rückschlagventil 59 in der Rohrleitung 61 zwischen dem Steuerluftverteiler 62 und der Steuerluftversorgung 6o verhindert jeden Rückfluß von Luft in die

nicht arbeitende Steuerluftversorgung 60 während solcher Zeiten,, Das eben beschriebene Verfahren zur Aufrechterhaltung des Betriebes bei Ausfall der Steuerluftversorgung

60 erlaubt ebenfalls den Betrieb des Kompressors 48 ganz ohne jede Steuerluftversorgung. In manchen Fällen, wie z. B. beim Betrieb eines einzigen Kompressors 48, steht keine Steuerluftversorgung zur Verfügungo Dann wird der Kompressor 48 zu Anfang angelassen wie vorher beschrieben. Die Inbetriebnahme erfordert, daß das Einlaßventil 46 geschlossen und das Abblasventil 56 geöffnet ist. In dieser Konfiguration ist der Kompressor 48 in einem stabilen Betriebszustand,, Sobald der Kompressor 48 jedoch anfängt einen Anlagendruck zu erzeugen, wird die Rohrleitung 113 anfangen, Druck durch die Drucküberwachungsleitung 64 zu erhalten. Venn dies geschieht, kann der Druck dann weiter an den Steuerluftverteiler 62 gegeben werden. Sobald der Steuerluftverteiler 62 unter Druck gesetzt ist, können die anderen Elemente der Steuerschaltungen zur

- 29 -

B098U/019A

Verhinderung des "Pumpens" und zur Begrenzung des maximalen Durchflusses von dem Steuerluftverteiler 62 aktiviert ■werden, worauf das Abblasventil gesteuert geschlossen und das Einlaßventil gesteuert geöffnet werden kann. In dieser Lage ist, um es nochmals zu betonen, keinerlei Steuerluftversorgung 60 vorhanden. Die einzige Versorgung mit Steuerluft geschieht durch die von dem Kompressor 48 selbst bei Aufnahme des Betriebes gelieferte Luft.

Das Magnetventil 40 ist in der Ruhelage geschlossen. Daher wird, beim Anlegen von Spannung an die Kettenleit-erschaltung 10, das Ventil 4o geöffnet (es wird über das normalerweise geschlossene Kontaktpaar 4CR4 mit Leistung versorgt) und jedweder Restdruck in der Leitung 83 an die Atmosphäre entlüftet. Im weiteren Verlauf der Inbetriebnahme wird die Spule 4CR aktiviert und dadurch das Kontaktpaar 4CR4 geöffnet, wodurch das Ventil 40 geschlossen wird. Während eines Netzausfalls bleibt das Ventil 40 geschlossen, weil in der Kettenleiterschaltung 10 keine Leistung zur Verfügung steht, um die Spule 5SV zu aktivieren. Wenn die Netzspannung wiederkehrt, wird das Ventil 40 für eine sehr kurze Zeitdauer geöffnet sein, bis die Spule 4CR wieder aktiviert ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß das System zur Verhinderung des Pumpens Änderungen in der Anfangstemperatur des zu komprimierenden Gases im wesentlichen selbst kompensiert.

509814/0194 - 30 -

In den herkömmlichen Anlagen unter Verwendung von ^ P-Zellen konnte sich der Einsatzpunkt des "Pumpens" bei Temperaturänderungen auf den Wert des eingestellten Punktes zu oder von diesem weg ändern, da das "Pumpen" zum Teil eine Volumenerscheinung und damit eine Funktion der Anfangstemperatur des Gases ist. Bei einer Anlage nach der vorliegenden Erfindung steigt und fällt der Strom durch den Motor 25 mit der Temperatur des Gases, da die

nen

zur Kompression eines ge««be/volumens erforderlichd Arbeit von der Gasdichte abhängig ist_o Da die Neigung zum "Pumpen" gemäß der Erfindung als Funktion des Motorstromes erfaßt wird, kompensiert der "schwimmende"Wert des Motorstromes Änderungen im Einsatzpunkt für das "Pumpen" aufgrund von Temperaturänderungen.

Zusätzlich zu einer vollständigen Steuerung des "Pumpens" und des Überlastbetriebes für den Kompressormotor 25» läßt das Regelsystem gemäß der Erfindung den Kompressor 48 auch kurze Fetzausfälle überstehen, ohne daß dabei ein wesentlicher Verlust an Prozeßdruck aufträte oder die Notwendigkeit zur völligen Abschaltung des Kompressors 48 und erneuter Inbetriebnahme gegeben wäre. Bisher wurde es für unmöglich gehalten, zentrifugale Kompressoren während Zeiten kurzer Netzausfälle in Betrieb zu lassen. In herkömmlichen Anlagen ist es üblich, Sieherneitsunterbrechungskreise in der Hauptnetzschalttafel vorzusehen,

B098U/019A

- 31 -

die die Abschaltung des Kompressors bei jedem Netzausfall oder aufgrund herkömmlicher Überwachungsvorrichtungen erzwingen. Dies bedingt die Anwendung des gesamten mühsamen Inbetriebnahmeverfahrens, um den Kompressor wieder in Betrieb zu setzen, sowie einen beträchtlichen Produktionsver lust» Es hat sich erwiesen, daß der Kompressor durch entsprechende Auslegung der erfindungsgemäßen Schaltung schadlos Netzleistungsschwankungen oder Netzausfälle von bis zu 5 Sekunden Dauer unbeachten lassen und im Betriebszustand bleiben kann. Die Antriebsleistung zur Aufrechterhaltung des Kompressorbetriebes während dieser Netzschwankungen wird von dem Hauptantriebsrad des Kompressors 48, das während dieser kurzen Netzunterbrechung als Schwungrad dient, geliefert. Die Schaltung, die das Wiederanlassen des Kompressors 48 nach Rückkehr der Netzspannung ohne Eingreifen des Anlagenbedieners und ohne Notwendigkeit einer vollständigen Anwendung des Inbetriebnahemverfahrens gestattet, ist wie folgt: Es wird zunächst auf die Spalte Netzausfall in der Tabelle I verwiesen. Diese Liste gibt den Zustand jedes Kontaktpaares 'in der Kettenleiterschaltung 10 nach Fig. 1 an. Es sei besonders auf die Kontaktpaare 6TR2, 7TR1, 6TR1 und 6TR3 hingewiesen« ¥ie Tabelle I zeigt, bleiben diese Kontakte im eingeschalteten Zustand, obwohl die Netζversorgung ausgefallen ist. Dies beruht auf den Charakteristiken der Spülen 6TR und

- 32 -

5098U/019A

die die Kontaktpaare für eine kurze Zeitdauer geschlossen halten, nachdem die Spulen nicht mehr versorgt werden. Bislang hat sich gezeigt, daß diese Zeitdauer am vorteilhaftesten in der Grc5ßenordnung von 5 Sekunden gehalten wird, bevor die Schwungradwirkung des Hauptantriebsrades des Kompressors hinreichend abzunehmen beginnt, um Schwierigkeiten ^^eim Wiederanlassen des Kompressors 48 zu verursachen. Bei Annahme der in der Tabelle I in der Spalte Netzausfall beschriebenen Kontaktstellungen ist ersichtlich, daß die Spulen 2SV, 3SV und 4SV, die die Magnetventile 44, 38 und 42 steuern, durch den Netzausfall betroffen worden sind. Im einzelnen ist das Magnetventil 42 und das Magnetventil 38 geschlossen, und das Magnetventil 44 geöffnet worden. Das Regelsystem für den Kompressor 48, das das Einlaßventil 46 und das Abblasventil steuert, ist offensichtlich zum großen Teil pneumatischer Art und unabhängig. Daher unterbricht ein Ausfall des elektrischen Netzes nicht notwendigerweise die Arbeitsfähigkeit des Einlaßventils 46 und des Abblasventils 56. Durch das Schließen des Magnetventils 42 wird dasjenige Drucksignal, das zur Zeit des Netzausfalls über die Einlaßleitung 100 auf den Durchflußregler 102 gegeben wurde, aufrechterhaltene Das bedeutet, daß das Drucksignal für das Abblasventil 56 während der Zeit des Netzausfalls konstant bleibt, und daß das Abblasventil 56 in der Lage, die es unmittelbar vor dem Netzausfall eingenommen hatte, bleibt, bis die

- 33 509814/0194

Netzspannung wiederkehrte "Ebenso wird beim Schließen des

wacher Magnetventils 38 der Pfad vom Einlaßventil 46 zum Drucküber/.

72 blockiert. Jedoch wird durch das Öffnen des Magnetventils 44 eine TJmwegleitung über die Rohrleitungen 89 und 90 und den Volumenverstärker 48 zum Einlaßventil 46 geöffnet. Daher kann das Einlaßventil k6 während der Zeiten von Netzausfällen über den Druckübersetzer 66

-weher

und den Drucküber/ J2 moduliert werden. Der Strom-Druckwandler 78 wird während dieser Zeitdauer völlig umgangen, aber da keine elektrische Leistung zur Verfugung steht, kann die Spule 80 kein Signal an den Strom-Druckwandler 78 liefern, und dieser hat folglich keinerlei Einfluß während Netzausfallszeiten. Es sei nochmals daran erinnert, daß die Dauer der hier behandelten Netzausfälle allgemein kurz ist, 5 Sekunden oder weniger. Daher ist die Zeit, während der die Steuerung des Einlaßventils 46 und des Abblasventils 56 ausschließlich pneumatisch geregelt ist, von verhältnismäßig kurzer Dauer. Die vorgesehene Regelung während dieser Zeit gestattet jedoch das Wiederanlassen des Kompressors 48 in einen im wesentlichen stabilen Betriebszustand und verhindert die Entwicklung großer Schwingungen, wenn das Regelsystem mit der Wiederkehr elektrischer Leistung wieder wirksam wird. Betrachtet man die Kettenleiterschaltung 10 vom Bild von Pig. 1 im stromlosen Zustand und nimmt nun en, daß die Spannung nach einem kurzzeitigen Netzausfall oder einer NetζSchwankung wiederkehrt, so sind die ersten Geräte, die Leistung aufnehmen können, die Spillen 1TR und 2CR.

- 34 -

5098U/0194

Ersichtlich verhindern die Steuerkontakte 3CR1 und 2CR1 einen Stromfluß in den Sicherheitswiedereinschaltkreis, und das offene Kontaktpaar 3CR2 verhindert die Versorgung der Motoranlaßschaltung mit Leistung. Die Spule 1TR öffnet das Kontaktpaar 1TR1 nach einer vorher bestimmten Zeit. Im geschlossenen Zustand aktiviert das Kontaktpaar 1TR1 die Spule 2CR, die ihrerseits das Kontaktpaar 2CR1 aktiviert. Gleichzeitig wird zusätzlich die Spule 2TR aktiviert. Ersichtlich bewirkt das Schließen des Kontaktpaares 2CR1 im Zusammenspiel mit dem Kontaktpaar 6TR2, da.s während kurzzeitiger Netzausfälle, wie erwähnt geschlossen bleibt, die Umgehung des Rücksetzschalters 14 und einen Stromfluß durch die Elemente 16, 18, 20 und 22. Außerdem ist das Kontaktpaar 1CR1 jetzt geschlossen, da am Hauptleistungseingang für den Motoranlasser Zk wieder Spannung anliegt. Das Kontaktpaar 2TR1 bleibt ebenfalls geschlossen, vorausgesetzt 1TR1 arbeitet richtig. Der Strom aktiviert daher die Spule 3<3R wie im Falle eines normalen Verfahrens, Jetzt wird das Kontaktpaar 3CR1 wieder geschlossen und die Motoranlaßschaltung aktiviert, genauso, als ob der Rücksetzschalter lh von dem Anlagenbediener betätigt worden wäre. Ungefähr 2 Sekunden nach der Aktivierung der Spille 1TR öffnet das Kontaktpaar 1TR1 und unterbricht die Versorgung der Spule 2CR und der Spule 2TR₀ Das öffnet als Sicherheitsmaßnahme das Kontaktpaar

- 35 -

5Q98H/0194

'2CR1. Außerdem bleibt das Kontaktpaar 2TR1 geschlossen, da der Stromfluß durch die Spule 2TR unterbrochen wurde, bevor das Kontaktpaar 2TR1 geöffnet "werden konnte. Die Spule 2TR ist ausschließlich als Sicherheitsmaßnahme für den Fall vorgesehen, daß das Kontaktpaar 1TR1 kleben und nicht richtig öffnen sollte, wodurch das Kontaktpaar 2CR1 geschlossen bliebe und die Möglichkeit für ein falsches Wiederanlassen gegeben wäre. Außerdem fließt der Strom über die Kontaktpaare 2CR2 und 2CR3, wodurch das Magnetventil 42 geöffnet und das Magnetventil kh geschlossen wird, nachdem die Spule 2CR abgeschaltet worden ist. Durch die Aktivierung der Spule 3CR wird das Kontaktpaar 3CR2 geschlossen. Wie ersichtlich, ist dadurch eine parallele Leitung um das Kontaktpaar 4CR1 und den Anlaßknopf28 über die Kontaktpaare 7TR1 und 6TR1 geschaffen worden. Auch hier sei daran erinnert, daß die Kontaktpaare 7TR1 und 6TR1 von Relais gesteuert werden, die sie für eine vorgewählte Zeitdauer nach dem Ausfall der Versorgung für die Spulen 6TR und 7TR geschlossen halten. Der Strom kann jetzt durch die Spule '4CR fließen und sie aktivieren. Die Aktivierung der Spule 4CR schließt wieder das Kontaktpaar 4CR1, und der Motor 25 wird durch Schließen des Kontaktpaares '(-CR2 mit Leistung versorgte Ebenso wird das Kontaktpaar 4CR3 geschlossen und die Zeitverzögerungsrelaisspule 5TR und die Spule 5CR über den Parallelkreis des Kontaktpaares 6TR3

- 36 -5098U/0194

wieder mit Spannung versorgt. Außerdem schließt die Spule 5CR bei ihrer Aktivierung das Kontaktpaar 5CRI und hängt sich damit auf. Das Kontalctpaar 5CR2 ist dann geschlossen und versorgt die Spulen 4SV, 6TR und 9CR mit Leistung.Die Aktivierung der Spule 4SV öffnet das Magnetventil 38 und ermöglicht die erneute Steuerung des Einlaßventils 46 durch das vorher beschriebene Regelungssystem. Durch die Aktivierung der Spule 6TR werden die Kontaktpaare 6TR1, 6TR2 und 6TR3 zur Vorbereitung für zukünftige Netzausfälle zurückgesetzt. Außerdem beginnt durch die erneute Aktivierung der Spule 9TR der zeitliche Ablauf für das Schließen des Kontaktpaares 9TR1 zu laufen. Die Zeitverzögerung für die Spule 9TR ist viel langer als die für die Spule 7TR. Daher öffnet das Kontalctpaar .7TR1 vor Beendigung des zeitlichen Ablaufs der Spule 9TR. Es ist daher unmöglich, die Anlage wieder anzulassen, wenn ein weiterer Netzausfall verhältnismäßig kurze Zeit nach dem ersten auftritt. Es wird davon ausgegangen, daß solche schnell nacheinander erfolgenden Netzausfälle ernste Schwierigkeitθΐγ der elektrischen Versorgung anzeigen, und daß der Kompressor 48 auf jeden Fall abgeschaltet werden sollte. Nimmt man aber an, daß sich nicht innerhalb kurzer Zeit, in diesem Fall 6O Sekunden, ein Netzausfall ereignet, wird das Kontaktpaar 9TR1 wiederum geschlossen und dadurch die Spule 7^R aktiviert. Durch

5098U/01 94

die Aktivierung der Spule 7TR wird wieder das Kontaktpaar 7TR1 geschlossen und die parallele Umwegleitung um das Kontaktpaar '+CR1 wieder vervollständigt und für den Fall einos kurzzeitigen Netzausfalls betriebsbereit gemacht.

Um die Einleitung übermäßig hoher elektrischer Signale in die Strom-Druckwandler 96 und 78 während der ersten Inbetriebnahme oder bei dem Wiederanlassen des Motors 25 nach einem Netzausfall zu vermeiden, sind eine Anzahl von parallelgeschalteten Kurzschliißkontaktpaaren in der elektrischen Verdrahtung von der Spule 98 zu dem Strom-Druckwandler 96 und in der Verdrahtung von der Spule 80 zu dem Strom-Druckwandler 78 vorgesehen« In der Verdrahtung von der Spule 98 zu dem Strom-Druckwandler 96 ist ein Ruhekontaktpaar 5CR3 parallel zur Spule 98 vorgesehen. Das Kontaktpaar 5CR3 bleibt bis zur Aktivierung der Spule 5CR geschlossen und schließt jeden Strom in der Spule 98 kurz. Nach der Aktivierung der Spule 5CR im Rahmen der Inbetriebnahme ist das Kontaktpaar 5CR3 geöffnet und der Kurzschluß damit aufgehoben. Ein zweites Kontaktpaar 2CR4 liegt parallel zu den Kontakten 5CR3» Das Arbeitskontaktpaar 2CR4 ist nur

-en
während der Zeit/geschlossen, in denen die Spule 2CR aktiviert ist. Während der Inbetriebnahme wird die Spule 2CR für eine kurze Zeit aktiviert und dadurch das Kontaktpaar 2CR4 geschlossen und ein Kurzschluß hergestellt_o Außerdem wird

- 38 -

5098U/019A

während des Wiederanlassens des Motors 25 nach einem Netzleistungsabfall das Kontaktpaar 2CR4 durch die kurze Aktivierung der Spule 2CR während des Wiederanlaßverfahrens

ist
ebenfalls geschlossen. Dies / während des Wiederanlaßverfahrens nach einem Netzausfall erforderlich, weil der Motor 25 sich auch während eines Netzausfalls weiter dreht und bei Wiederkehr der Netzspannung seine Phasenlage in bezug zur Spannung wieder-hersteilen muß. Während der Zeit der Wiederherstellung der Phasenlage werden·verhältnismäßig große Ströme in der Spule 98 erzeugt. Diese Ströme müssen von dem Strom-Druckwandler ^6 ferngehalten werden, um verzerrte Auswertungen und einen daraus folgenden unregelmäßigen Betrieb des Abblasventils 56 zu vermeiden. In der elektrischen Verdrahtung von der Spule 80 zu dem Strom-Druckwandler 78 sind ein Ruhekontaktpaar 5CR4 und ein Arbeitskontaktpaar 2CR5 in Parallelschaltung vorgesehen. Die beiden Kontaktpaare 5CR4 und 2CR5 dienen auf gleiche Weise wie die vorher beschriebenen Kontaktpaare 5CR3 und 2CR4 dazu, die Einleitung von übermäßig hohen Strömen in den Strom-Druckwandler 78 zu verhindern. In diesem Fall könnten übermäßig hohe Ströme einen unregelmäßigen Betrieb des Einlaßventils 46 zur Folge haben.

Fig. 3 zeigt schematisch die allgemeine Anordnung des Motoranlassers 24. Die ankommende dreiphasige Spannung wird dem Motoranlasser 24 über drei elektrische Anschluß-

- 39 5098U/0194

leitungen 118, 119.und 120 zugeführt. Ein Transformator ist mit den Eingangsleitungen 118 und 120 verbunden. Der Transformator 122 versorgt einen elektrischen Kettenleiterschal tkreis 124 mit Leistung. Wie vorher ausgeführt, liegt parallel zu der Kettenleiterschaltung 124 eine Spule 1CR, deren Arbeitsweise im Zusammenhang mit dem Kontaktpaar 1CR1 beschrieben worden ist. Mit der Spule 1CR wird sichergestellt, daß für den Motor Netzleistung zur Verfugung steht. Ein zweiter paralleler Zweig enthält das Kontaktpaar 4CR2 in Reihe mit einer Spule MR. Wenn das Kontaktpaar 4CR2 geschlossen ist, kann die Spule MR ebenfalls aktiviert werden. Durch die Aktivierung der Spule MR werden die Kontaktpaare MR1, MR2 Tind MR3 geschlossen. Daraufhin wird der Motor 25 über die Hauptausgangsleitungen 126, 127 und 128 mit Leistung versorgt.

Dieses Regelsystem ist in Fabriken zur Herstellung von Glasbehältern ganz besonders nützlich. Maschinen zur Herstellung von Glasbehältern werden fast ausschließlich mit Luft betrieben. Daher ist das Auftreten von "Pumpen" oder die Abschaltung der Luftkompressoren der Fabrik aufgrund eines Netzausfalls oder einer NetzleistungsSchwankung sehr teuer,, So verursacht Z₀ Bo ein Netzausfall von 3 Sekunden, der zu einer Abschaltung der Kompressoren führt, in einer mittleren Fabrik einen Produktionsausfall von 11000 $₀ In einer anderen Fabrik traten durchschnittlich 18 solcher Abschaltungen pro Jahr aufο Die meisten Netzausfälle waren von der sehr kurzzeitigen

- 40 -

5098U/019A

- 4ο -

Art, die dieses Regelsystem erfolgreich übergeht. Mit dem erfindungsgemäßen Regelsystem sind Abschaltungen aufgrund kurzzeitiger Netzausfälle praktisch ausgeschlossen worden«, Beispielsweise traten in einer Fabrik an einem Tag aufgrund eines Eissturmes insgesamt etwa 26 kurzzeitige Netzunterbrechungen auf. Das erfindungsgemäße Regelsystem ließ die Kompressoren alle diese Netzunterbrechungen erfolgreich ohne einen einzigen Fall von "Pumpen" oder Kompressorabschaltung "überlaufen".

Zum besseren Verständnis der Erfindung kann es nützlich sein, die zuvor beschriebenen Einheiten in Untereinheiten mit funktionsgerechten Bezeichnungen einzuteilen, um ihre wechselseitigen Beziehungen besser verstehen zu können. Beispielsweise besteht die Kettenleiterschaltung 10 tatsächlich aus einer Anzahl von Unterschaltkreisen, die anhand ihrer Aufgaben leicht erkannt und bezeichnet werden können» Beispielsweise kann der Kreis, der den Rücksetzschalter 14, das Kontaktpaar 3CR1 , die Sicherheitsverriegelungseinheiten 16, 18, 20, 22, 1CR1 und 2TR1 und die Spule 3CR enthält, als Sicherheitsverriegelungskreis bezeichnet werden» Aufgabe dieses Kreises ist es, den Zustand kritischer Teile des Kompressors 48 zu überwachen und das Anlassen oder die Portsetzung des Betriebes des Motors 25 zu verhindern, falls irgendeines der so überwachten kritischen Teile sich in einem

5098U/019A

anormalen Zustand befindet. Der Rücksetzschalter 14 und das Kreisverrd^elungskontaktpaar 3CR1 zur Selbstaufhängung der Spule 3CR bieten parallele Pfade zur Versorgung des so beschriebenen Sicherheitsverriegelungskreises. Bei. dem beschriebenen Kreis führt ein Netzausfall dazu, daß der Kreis nicht durch eine Wiederkehr der Spannung versorgt Airerden kann, weil das Verriegelungskontaktpaar 3CR1 zur Zeit des Netzausfalls geöffnet wird und der Rücksetzschalter 14 von Hand bedient werden muß. Dagegen stellen die Kontaktpaare 2CR1 und 6TR2, die parallel zu dem Rücksetzschalter 14 und dem Verriegelungskontaktpaar 3CR1 liegen, einen eigenen Kreis dar, der als Sicherheitsverriegelungswiederanlaßkreis bezeichnet werden kann_o Dieser Sicherheitsverriegelungswiederanlaßkreis läßt eine Umgehung der vaher beschriebenen parallelen Bauteile zu, so daß der Kreis nach einem kurzzeitigen Netzausfall durch die wiederkehrende Spannung versorgt werden kann«, Der Kreis, der das Kontaktpaar 3OR2, den Anlaßschalter 28, das Verriegelungskontaktpaar 4ÖR1 zur SeIbstaufhängung der Spule 4CR, die Grenzwertschalter 30 und 31» den Schalter für die minimale Öltemperatur 3² und die Spule 4CR enthält, kann als Vorbereitungskreis bezeichnet

des
werden. Zweck /Vorbereitungslcreises ist es, den Motoranlasser 2h ein Signal empfangen zu lassen, das die Lieferung von Strom an den Motor 25 zur Folge hat. Auch hier sei darauf hingewiesen, daß der Vorbereitungskreis nach einem Netzausfall nicht automatisch wieder in Betrieb genommen wird, und zwar

- 42 -

509SU/0194

aufgrund des offenen Kontaktpaares 3CR2, des offenen Anlaßschalters 28 und des offenen Kreisverriegelungskontaktpaares 4CR1. Die parallel zum Verriegelungskontaktpaar 4CR1 liegenden Kontaktpaare 7TR1 und 6TR1 bilden einen Vorbereitungswiederanlaßkreis, der eine Wiederinbetriebnahme des Vorbereitungskreises nach einem Netzausfall ermöglicht. Der Unterschaltkreis der Kettenleiterschaltung 10, der die Kontaktpaare 4CR3, 5TR1, 5CR1 ^ 6TR3, 5CR2 und 9TR1 und die Spulen 5TR, 5CR, 6TR, 7TR und 9TR enthält, kann als Zeitkreis für Ne tzleistungsSchwankungen bezeichnet werden. Die Funktion dieses Kreises ist es, die Dauer einer Netzleistungsabnahme festzustellen und zu entscheiden, ob der Kompressor k-8 wieder angelassen werden kann, ohne daß zuvor die Durchführung des normalen Inbetriebnahmeverfahrens erforderlich ist. Die vorher beschriebene Zeitfeststellung wird hauptsächlich von den Spulen 6TR und 7TR durchgeführt, aber der gesamte beschriebene Schaltkreis ist wünschenswert, um den Zeitkreis für NetζleistungsSchwankungen in der vorgesehenen Weise arbeiten zu lassen. Als letzter Unterschaltkreis bilden die Spule 1TR, die Spule 2CR, die Spule 2TR und das Kontaktpaar 1TR1 ein redundanten ausfallsicheren Wiederanlaßkreis. Die Arbeitsweise all dieser Teile und ihre Verknüpfung ist vorher beschrieben worden, daher erscheint eine vollständige neue Beschreibung der Wirkungsweise unnötig. Es wird jedoch angenommen, daß die Bezeichnung dieses Kreises seine

5098U/019A

Aufgabe ausreichend beschreibt, um das Zusammenspiel dieses Kreises mit den anderen gerade beschriebenen Unterschaltkreisen verstehen zu lassen. Von den beschriebenen Unterahaltkreisen arbeiten der Sicherheitsverriegelungswiederanlaßkreis, der Vorbereitungswiederanlaßkreis, der redundante Ausfallsichere Wiederanlaßkreis und der Zeitkreis für NetzleistungsSchwankungen zusammen und bilden eine Schaltung, die mit dem Sicherheitsverriegelungskreis und dem Vorbereitungskreis verbunden ist, um den Sicherheitsverriegelungskreis und den Vorbereitungskreis selbsttätig zu reaktivieren, wenn die Dauer eines Ausfalls der Netzversorgung kürzer als eine vorherbestimmte Zeitdauer ist. Die Wiederherstellung dieser Verbindungen hat selbstverständlich die erneute Versorgung des Antriebsmotors 25 mit Leistung zur Folge und bewirkt folglich ein ¥iederanlassen des Kompressors 48 ohne Eingreifen eines Anlagenbedieners.

In ähnlicher Weise kann es nützlich sein, das Regelsystem zur Verhinderung des Konipress or-"Pumpens" und das Regelsystem zur Verhinderung von Überlastung des Kompressormotors 25 in funktionaler Sicht zu betrachten. Die Teile, aus denen dieses Regelsystem besteht, sind als pneumatisch arbeitende Bauteile beschrieben worden. Diese Teile können jedoch in einem weiteren Sinn auch elektrische Steuereinrichtungen sein,und die hierin beschriebenen pneumatischen

509814/0194

Steuervorrichtungen sollen nur als bevorzugtes Beispiel betrachtet werden. Demnach kann in dem Steuersystem zur Begrenzung des maximalen Durchflusses der Druckübersetzer 66 als eine ein Signal erzeugende Vorrichtung betrachtet werden, die den Prozeßdruck fühlt und ein dem Prozeßdruck proportionales Ausgangssignal erzeugt. Entsprechend kann der Drucküberwacher 72 als eine Uberwachungsvorrichtttng betrachtet werden, die in der Lage ist, das proportionale Signal mit einem vorgewählten Wert für den Prozeßdruck zu vergleichen und ein S tetier signal zu erzeugen, das der Abweichung des proportionalen Signals von dem vorgewählten Prozeßwert entspricht,, Der Strom-Druckwandler 78 schließlich kann als eine Vorrichtung betrachtet werden, die auf den in dem Motor 25 fließenden elektrischen Strom reagiert, das Steuersignal ohne Abweichung weitergibt, solange der Stromwert unter einem vorgewählten Wert bleibt, und oberhalb des vorgewählten Wertes das Steuersignal als Funktion des Motorstromes

-end moduliert, um das Einlaßventil 46 entsprech/ dem modulierten Steuersignal einzustellen und damit eine Überschreitung der maximal zulässigen Durchflußrate für den Kompressor 48 zu vermeiden. In gleicher Weise kann in dem Regelsystem zur Vermeidung des "Pumpens" der Strom-Druckwandler 96 als eine Vorrichtung betrachtet werden, die auf den in dem elektrischen Motor 25 fließenden Strom reagiert und ein dem Motorstrom proportionales Signal erzeugt. Der Durchflußregler 102 kann dann als eine Steuervorrichtung betrachtet werden,

- 45 -

B098U/0194

die das proportionale Signal mit einem vorgewählten Minimalwert für das proportionale Signal vergleicht und ein moduliertes Steuersignal zur Öffnung des Abblasventils $6 erzeugt, wenn das proportionale Signal unter den vorgewählten Wert fällt, bzw. das Abblasventil 56 schließt, wenn das proportionale Signal über den vorgewählten Wert steigt.

509814/0194

Claims (1)

1. - k6 -

   Patentansprü c h e

   1.) Verfahren zur Verhinderung des Auftretens von "Pumpen" in einem von einem elektrischen Motor angetriebenen Zentrifugalkompressor durch. Öffnen eines Abblasventils in dem Auslaßrohr des genannten Kompressors, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

   a) Erfassen des Stromes durch den genannten Motor;

   b) Erzeugen eines dem Motorstrom proportionalen Signals;

   c) Vergleichen des proportionalen Signals mit einem vorgewählten Minimalwert für das proportionale Signal;

   d) Erzeugen eines modulierten Steuersignals gemäß dem Abfall des proportionalen Signals unter den Minimalwert; und

   e) Öffnen des Abblasventils in Abhängigkeit von dem modulierten Steuersignal .

   2. Vorrichtung zur Verhinderung des "Pumpens" in einem von einem elektrischen Motor angetriebenen Zentrifugalkompressor, gekennzeichnet durch die gemeinsame Verwendung folgender Teile: einem mit der Ausgangsseite des Kompressors verbundenen einstellbaren Abblasventil} auf den elektrischen Strom durch den elektrischen Motor reagierende Einrichtung zur Erzeugung eines dem Motorstrom proportionalen Signals; und mit der Einrichtung zur Erzeugung eines dem Motorstrom proportionalen Signals und dem Abblasventil verbundene Einrichtung zur Erzeugung

   509814/0194 - 47 -

   - kl -

   eines modulierten Steuersignals zum Öffnen des Abblasventils gemäß dem Abfall des proportionalen Signals unter den vorgewählten Wert und zum Schließen des Abblasventils gemäß dem Anstieg des proportionalen Signals über den vorgewählten Wert.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den elektrischen Strom durch den Motor reagierende Einrichtung einen "Strom-Druckwandler" zur Erzeugung eines dem Strom proportionalen Luftdruck-

   daß
   signals enthält und/die Steuereinrichtung auf das

   Luftdrucksignal reagiert 5 und daß sie außerdem eine mit dem "Strom-Druckwandler" verbundene Vers orgung mit unter Druck stehender Steuerluft enthält.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Einrichtungen zur Erzeugung eines als eine Punktion des proportionalen Signals und des vorgewählten Minimalwertes des proportionalen Signals modulierten Luftdrucksignals enthält; und· daß sie weiter eine mit der Steuereinrichtung verbundene Versorgung von unter Druck stehender Steuerluft enthält.

   5· Vorrichtung nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich zwischen der Steuereinrichtung und dem Abblasventil eine Einrichtung zur Vergrößerung des Volumens des modulierten Luftdrucksignals ohne Änderung

   - 48 -

   5.098 14/0 19A

   mit
   des Druckes und eine Versorgung/ unter Druck stehender

   Steuerluft enthält, die mit der Einrichtung zur Vergrößerung des Volumens des modulierten Luftdrucksignals verbunden ist.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3> 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein normalerweise

   -bares
   geschlossenes elektrisch betätig/ Ventil enthält, das das proportionale Luftdrucksignals durchlaufen-muß und das zwischen der atif den elektrischen Strom durch den Motor reagierenden Einrichtung und der Steuereinrichtung
   angeschlossen ist, um ein konstantes Luftdrucksignal am Eingang der Steuereinrichtung während elektrischer
   Netzausfälle zu halten, wobei das normalerweise geschlossene Ventil elektrisch in einer solchen Weise angeschlossen ist, daß es aktiviert wird, wenn eine Versorgung aus dem
   elektrischen Netz stattfindet.

   7· Verfahren zur Begrenzung des Durchflusses durch einen

   von einem elektrischen Motor angetriebenen Zentrifugalkompressor auf einen vorgewählten Maximalwert durch die Steuerung des Grades der Öffnung eines Einlaßventils an der Einlaßseite des Zentrifugalkompressors, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

   a) Erfassen eines Prozeßdruckes an der Ausgangsseite des Zentrifugalkompressors; ·

   - 49 -5098U/0 194

   b) Erzeugen eines dem Prozeßdruck proportionalen Signals;

   c) Vergleich des proportionalen Signals reit einem vorgewählten Prozeßdruck;

   d) Erzeugen eines der Abweichung des proportionalen Signals von dem vorgewählten Prozeßdruck proportionalen Steuersignals;

   e) Erfassen des Stromes durch den elektrischen Motor;

   f) Vergleich des Steuersignals mit einem vorgewählten Maximalwert für den Motorstrom;

   g) Yeitergabe des Steuersignals an das Einlaßventil ohne Veränderung, solange der Motorstrom nicht den vorgewählten Maximalwert überschreitet; und

   Ii) Modulation des Stettersignals in Abhängigkeit von dem Motorstrom oberhalb des vorgewählten Maximalwertes, wobei der Grad der Öffnung des Einlaßventils unmittelbar durch das Steuersignal bestimmt wird.

   8ο Vorrichtung zur Begrenzung des Stromes durch einen einen Zentrifugalkompressor antreibenden elektrischen Motor auf einen vorgewählten maximalen Strom, gekennzeichnet durch die gemeinsame Verwendung von: einem einstellbaren, durchfliaß-begrenzendem Einlaßventil, das mit der Eirife-ßseite des Zentrifugal-Tcompressors verbunden ist; mit der Auslaßseite des

   - 50 -

   5098U/019A

   Zentrifugalkompressors verbundene Einrichtung zur

   zwecks
   Signalerzeugung / Erfassung des Prozeßdruckes in der Auslaßseite und Erzeugung eines dem Prozeßdruck proportionalen Signals; auf das proportionale Signal reagierende und mit der Einrichtung zur Signalerzeugung verbundene Steuereinrichtung zum Vergleich des proportionalen Signals mit einem vorgewählten Wert für den Prozeßdruck, wobei die Steuereinrichtung ein Steuersignal erzeugt, das der Abweichung des proportionalen Signals von dem vorgewählten Wert für den Prozeßdruck entspricht; und atif den elektrischen Strom durch den Motor reagierende und zwischen der Steuereinrichtung und dem Einlaßventil angeschlossene Einrichtung, die das Steuersignal so lange ohne Abweichu ng an das Einlaßventil zur Einstellung des Einlaßventils entsprechend dem Kontrollsignal gibt, wie der Motorstrom unter dem vorgewählten Wert bleibt, und die das Steuersignal oberhalb des vorgewählten Wertes in Abhängigkeit vom Motorstranmoduliert, um das Einlaßventil entsprechend dem modulierten Steuersignal so einzustellen, daß der maximal zulässige Strom durch den elektrischen Motor nicht überschritten wird.

   9ο Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Signalerzeugung eine Einrichtung

   - 51 -

   509814/0194

   zur Erzeugung eines dem Prozeßdruck proportionalen Luftdrucksignals enthält, wobei die Steuereinrichtung auf das Luftdrucksignal reagiert; und außerdem eine mit der Einrichtung zur Signalerzeugung verbundene

   mit
   Versorgung/unter Druck stehender Steuerluft enthält.

   10_o Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Luftdrucksignals enthält und daß sie zusätzlich eine mit der Steuereinrichtung verbundene

   mit
   Versorgung/unter Druck stehender Steuerluft enthält.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die auf den durch den Motor fließenden Strom reagiert, einen "Strom-Druckwandler" enthält, der ein als Funktion des Motorstromes über dem vorgewählten Wert moduliertes Luftdrucksignal abgibt und daß sie eine mit dem

   mit "Strom-Druckwandler" verbundene Versorgung/unter Druck

   stehender Steuerluft enthalte

   12, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Einrichtung enthält, durch die das Steuersignal laufen muß und die zwischen dem Einlaßventil und dem "Strom-Druckwandler" angeschlossen ist und zur Vergrößerung des Volumens

   - 52 -

   6098U/0194

   des Luftdrucksteuersignals ohne Änderu-ng des Druckes dient und daß eine Versorgung/ unter Druck stehender Steuerluft mit der Einrichtung zur Vergrößerung des Volumens des Luftdrucksignals verbunden ist.

   13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Umleitung des Steuersignals um den "Strom-Druckwandler" herum aufweist, um das Einlaßventil im Falle eines Netzausfalls i_n Abhängigkeit nur vom Prozeßdruck betätigen zu können,,

   14« Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Umleitung des Steuersignals folgendes enthält: ein normalerweise geschlossenes,

   -bares

   elektrisch betätig/ Ventil, durch das das Steuersignal laufen muß und das zwischen dem Einlaßventil und dem "Strom-Druckwandler" angeschlossen ist, wobei das normalerweise geschlossene Ventil elektrisch so angeschlossen ist, daß es aktiviert wird, wenn eine Versorgung aus dem elektrischer. Netz stattfindet; eine Umwegrohrleitung, die mit dem Ausgang der Steuereinrichtung und dem Einlaßventil verbunden ist} und ein normalerweise offenes, elektrisch betätigbares Ventil in der Umwegrohrleitung zwischen der Steuereinrichtung und dem Einlaßventil, wobei das normaler-

   509814/0194 - 53 -

   weise offene Ventil elektrisch, so angeschlossen ist, daß es aktiviert wird, wenn elektrische Leistung zur-Verfugung steht.

   15· Vorrichtung zur Vermeidung der Abschaltung eines von einem elektrischen Motor angetriebenen Zentrifugalkompressors während kurzzeitiger Netzaxtsfälle, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes enthält: eine Schalteinrichtung in der elektrischen Verbindung zwischen dem Motor und seiner elektrischen Netzleistungsquelle 5 eine mit der Schalteinrichtung und der Leistungsquelle verbundene elektrisch betätigbare Einrichtung zur Schalterbetätigung, wobei die Einrichtung zur Schalterbetätigung normalerweise bei Netzausfällen die vS ehalt einrichtung öffnet; und eine Schal tungsejnrichtung, die die Schalterbetätigungseinrichtung und die genannte Leistungsquelle elektrisch verbindet

   die
   die /Schalteinrichtung automatisch wieder betätigt,

   wenn die Dauer eines Netzausfalls kürzer als eine vorherbestimmte Zeitdauer ist, und die die Schalteinrichtung nicht wieder betätigt, wenn die Dauer eines Netzausfalls langer als eine vorher-bestimmte Zeitdauer ist_o

   16_O Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Motoranlaßkreis enthält,

   509814/0194 - 5h -

   der elektrisch, zwischen den Motor und dessen Leistungsquelle geschaltet ist; daß die genannte Schalterbetätigungseinrichtung einen Sicherheitsverriegelungskreis enthält, der elektrisch mit der Leistungsquelle verbunden ist und zur Abschaltung des Motors und zur Überwachung des Zustandes kritischer Teile des Kompressors, sowie zur Verhinderung der Einschaltung oder eines fortgesetzten Betriebes des Motors im Falle eines anormalen Zustandes eines der kritischen Teile dient und daß die Schalterbetätigungseinrichtung einen Vorbereitungskreis enthält, der elektrisch mit dem Sicherheitsverriegelungskreis

   durch
   verbunden ist und/diesen aktiviert wird, wobei der

   Vorbereitungskreis elektrisch mit dem Motoranlaßkreis

   daß verbunden ist, tun den Motoranlaßkreis so steuern zu können,/ Strom durch den Antriebsmotor fließen kann und daß der Sicherheitsverriegelungskreis und der Vorberextungskreis bei Ausfall des Versorgungsnetzes energielos werden und dabei die Verbindung von dem Versorgungsnetz zu dem Motor öffnen, um zu verhindern, daß das Versorgungsnetz bei Wiederkehr von Leistung in das Versorgungsnetz erneut mit dem Motor verbunden wird; und daß die Schaltungseinrichtung mit der Netzversorgungsquelle verbunden ist •und die Quelle mit dem Sicherheitsverriegelungskreis tind dem Vorbereitungskreis verbindet, um den Sicherheitsverriegelungskreis und den Vorbereitungskreis automatisch

   - 55 - 5098U/0194

   zu reaktiveren, wenn die Dauer des Ausfalls der Netzversorgungsquelle kürzer als eine vorherbestimmte Zeitdauer ist,und dadurch die Verbindung der Netzversorg^ingsquelle mit dem Motor wieder herzustellen.

   17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitsverriegelungskreis einen Leistungseinlaßteil einschließt, der e±en eelbstrückstellenden Rücksetzschalter und ein dazLi parallelgeschaltetes erstes Kreisverriegelungs-relaiskontaktpaar enthält, derart, daß die elektrische Leistung in den Sicherheitsverriegelungskreis entweder über den Rücksetzschalter oder über das erste Kreisverriegelungskontaktpaar fließen muß und der Sicherheitsverriegelungskreis nicht automatisch über den Rücksetzschalter oder das erste Kreisverriegelungskontaktpaar mit elektrischer Leistung versorgt wird, wenn die elektrische Leistung nach einem Ausfall des elektrischen Versorgungsnetzes in dem Versorgungsnetz wiederkehrt.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbereitungskreis einen Leistungseinlaßteil einschließt, der einen selbstrückstellenden Anlaßschalter

   und ein parallel geschaltetes zweites Rreisverriegelungsrelaiskontaktpaar enthält, derart, daß elektrische

   - 56 - 5098 14./01 94

   Leistung in den Vorbereitungskreis entweder über den Anlaßschalter oder über das zweite Kreisverriege^Tungskontaktpaar fließen muß und daß der Vorbereitungskreis nicht automatisch über den Anlaßschalter oder das zweite Kreisverriegelungskontaktpaar mit Leistung versorgt wird, wenn die elektrische Leistung nach einem Ausfall des elektrischen Versorgungsnetzes in dem Versorgungsnetz wiederkehrt«

   19« Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung einen SicherheitsverriegelungswiederaJttlaßkreis enthält, der parallel zu dem Rücksetzschalter und dem ersten Kreisverriegelungskontaktpaar geschaltet ist, um eine Inaktivierung des Sicherheitsverriegelungskreises nach einem Netzausfall zu ermöglichen,

   Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung zusätzlich einen Vorbereitungswiederanlaßkreis enthält, der parallel zu dem Anlaßschalter und dem zweiten Kreisverriegelungskontaktpaar geschaltet ist, um eine Reaktivierung des Vorbereitungskreises nach einem Netzausfall zu ermöglicheno

   ο Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn-

   509814/0194 - 57 -

   zeichnet, daß die Schaltungseinrichtung zusätzlich einen Zeitkreis für NetzleistungsSchwankungen enthält, der elektrisch mit dem Sicherheitsverriegelungswiederanlaßkreis und dem Vorbereitungswiederanlaßkreis verbunden ist.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung zusätzlich einen redundanten ausfallsicheren Wiederanlaßkreis enthält, der elektrisch mit dem Zeitkreis für NetzleistungsSchwankungen und dem Sicherheitsverriegelungswiederanlaßkreis verbunden ist.

   23· Integriertes, nicht-schwingendes, automatisch temperaturkompensiertes Durchflußregelungssystem für

   von
   einen/ einem elektrischen Motor angetriebenen Zentrifugalkompressor sowohl zur Begrenzung des Stromes durch den elektrischen Motor auf einen vorgewählten maximalen Strom als auch zur Verhinderung des Auftretens von "Pumpen" in dem Kompressor, gekennzeichnet durch die gemeinsame Verwendung von: einem mit der Einlaßseite des Zentrifugalkompressors verbundenen, einstellbaren und durchflußbegrenzenden Einlaßventil; mit der Altslaßseite des Zentrifugalkotiipressors verbundene, signalerzeugende Einrichtung zur Erfassung des Prozeßdruckes in der Auslaßseite und zur Erzeugung eines

   5098U/0194 . "^5S~

   dem genannten Prozeßdruck proportionalen Signals; mit der signalerzeugenden Einrichtung verbundene und auf das proportionale Signal reagierende erste Steuereinrichtung zum Vergleich des proportionalen Signals mit einem vorgewählten Wert für den Prozeßdruck, wobei die erste Steuereinrichtung ein Steuersignal erzeugt, das der Abweictmng des proportionalen Signals von dem vorgewählten Wert für den Prozeßdruck entspricht; auf den elektrischen Strom durch den Motor reagierende und zwischen der ersten Steuereinrichtung und dem Einlaßventil angeschlossene erste Einrichtung, die das Steuersignal ohne Abweichung an das Einlaßventil weitergibt, um das Einlaßventil entsprechend dem Steuersignal einzustellen, solange der Motorstrom unter dem vorgewählten Wert bleibt, und die das Steuersignal als Funktion des Motorstromes oberhalb des vorgewählten Wertes moduliert, um das Einlaßventil entsprechend dem moduliertenSteuersignal so einzustellen, daß der maximal zulässige Strom durch den elektrischen Motor nicht überschritten wird; ein mit der Auslaßseite des Kompressors verbundenes einstellbares Abblasventil j auf den elektrischen Strom durch den elektrischen Motor reagierende zweite Einrichtung zur Erzeugung eines dem Motorstrom proportionalen Signals; und eine zweite Einrichtung zur Erzeugung eines modulierten Steuersignals,

   - 59 -

   5098U/0194

   die mit der zweiten Einrichtung zur Erzeugung eines dem Motorstrom proportionalen Signals und mit dem Abblasventil verbunden ist, um das Abblasventil gemäß dem Abfall des proportionalen Signals unter den vorgewählten Wert zu öffnen und das Abblasventil gemäß dem Anstieg des proportionalen Signals über den vorgewählten Wert zu schließen»

   2k_o Vorrichtung nach Anspruch 23» gekennzeichnet durch den zusätzlichen Einschluß einer Einrichtung zur Vermeidung der Abschaltung des Kompressors während kurzzeitiger Versorgungsnetzausfälle,

   25ο Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Vermeidung der Abschaltung des Zentrifugalkompressors gemeinsam folgendes enthält: eine elektrische Hauptversorgung5 einenmit der elektrischen Hauptversorgung elektrisch verbundenen Sicherheitsverriegelungskreis zur Abschaltung des Motors und zur Überwachung des Zustandes kritischer Teile des Kompressors sowie zur Verhinderung des Anlassens oder des fortgesetzten Betriebes des Motors im Falle eines anormalen Zustandes irgendeines der kritischen Elemente; einen mit der elektrischen Hauptversorgung und dem Antriebsmotor elektrisch verbundenen Motoranlaßkreis zur Übergabe von elektrischem Strom an den Motor; einen

   509814/0194

   - 60 -

   - 6ο -

   Vorbereitungskreis, der elektrisch mit dem Sicherheitsverriegelungskreis verbunden ist und durch diesen mit Energie versorgt wird, wobei der Vorbereitungskreis elektrisch mit dem Motoranlaßkreis verbunden ist, um den

   können, Motoranlaßkreis so steuern zu/ daß Strom durch den Antriebsmotor fließen kann und wobei ferner bei einem Ausfall der elektrischen HauptVersorgung der Sicherheitsverriegelungskreis und der Vorbereitungskreis energielos werden, um dad^^rch. die Verbindung von der Hauptve rs orgung zu dem Antriebsmotor zu öffnen und die Wiederverbindung der elektrischen Hauptversorgung mit dem Motor bei Wiederkehr von Leistung in der elektrischen Hauptversorgung zu verhindern; und mit der elektrischen Hauptversorgung verbundene Schaltungseinrichtung, die die Versorgung mit dem Sicherheitsverriegelungskreis und dem Vorbereitungskreis verbindet, um den Sicherheitsverriegelungskrexs und dem Vorbereitungskreis automatisch zu reaktivieren, wenn die Dauer des Ausfalls der elektrischen Hauptversorgung kürzer als eine vorgewählte Zeitdauer ist, und dadurch die Verbindung der elektrischen HauptVersorgung mit dem Antriebsmotor wieder herzustellen,,

   5098U/0194