DE2828124A1

DE2828124A1 - Verfahren zur verhinderung des pumpens von turboverdichtern

Info

Publication number: DE2828124A1
Application number: DE19782828124
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl Ing Blotenberg
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1978-06-27
Publication date: 1980-01-10
Also published as: SU1041043A3; NL183048B; IT7923923A0; FR2429913A1; GB2064164B; FR2429913B1; JPS5510092A; BR7904099A; GB2064164A; US4298310A; NL183048C; IT1125376B; NL7905016A; DE2828124C2; BE877261A; CH645436A5

Description

Anmelder:

GÜTEHOFFNUNGSHÜTTE STERKRADE Aktiengesellschaft

Verfahren zur Verhinderung des Pumpens von Turboverdichtern

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Verfahren zur Verhinderung des Pumpens von Turboverdichtern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Turboverdichtern, bei denen der Durchfluß oder ein aus dem Durchfluß abgeleitetes Signal und der Förderdruck bzw. das Duckverhältnis kontinuierlich gemessen und mit zulässigen Werten verglichen werden, wobei zur Verhinderung des Pumpens, d. h. vor dem Erreichen der Pumpgrenze, beim Erreichen einer zur Pumpgrenze parallel verlaufenden Abblaselinie, ein oder mehrere Abblaseventile geöffnet werden, so daß der Verdichterdurchfluß einen vom Druckverhältnis abhängigen minimalen Wert nicht unterschreitet.

Derartige Pumpgrenzregelungen wurden bereits unter Verwendung von mechanisch-hydraulischen Reglern vorgenommen. Trotz hohen gerätetechnischen Aufwands ist es bei den bekannten Regelungen jedoch nicht möglich, die Abblaselinie exakt nachzubilden, um ein Pumpen sicher zu verhindern. Ein weiterer Nachteil liegt in dem hohen Wartungsaufwand und der erheblichen Störanfälligkeit dieser mechanischhydraulischen Regeleinrichtungen.

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Es ist auch bereits bekannt, eine elektronische Pumpgrenzregelung einzusetzen, siehe Mitteilung 542 der Wärmestelle des Vereins deutscher Eisenhütteieute. Die Pumpgrenzregelung an Verdichtern mit Leitschaufelverstellung ist dabei ähnlich der von Verdichtern mit Drosselverstellung aufgebaut, wobei allerdings der Unterschied besteht, daß wegen der nichtlinearen Pumpgrenzkurve ein Funktionsgeber zur Bildung der Führungsgröße des Pumpgrenzreglers vorgesehen ist.

Als nachteilig hat sich bei diesen bekannten Regelungen gezeigt, daß unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. bei einem Steuereingriff von Hand in die Regelung und bei starken Druckschwankungen das Pumpen des Verdichters nicht sicher genug verhindert werden kann.

Es ist weiterhin bereits aus der Offenlegungsschrift 2 623 899 bekannt, eine elektronische Pumpgrenzregelung einzusetzen, bei welcher die von den Druck-Durchfluß- Istwerten abhängige Regeldifferenz des die Abblaseventile verstellenden Pumpgrenzreglers nichtlinear verstärkt wird, derart, daß die Verstärkung erhöht wird, wenn die Regeldifferenz

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negativ wird, d. h. wenn sich der Betriebspunkt des Verdichters in den unzulässigen Bereich jenseits der Abblaselinie bewegt. Weiterhin ist hier eine Extremwertauswahl dem Regler vorgeschaltet, welche die größte Regelabweichung, nämlich die eigentlichen Regelabweichung oder die Differenz zwischen Reglerausgang und Handsteuerbefehl berücksichtigt .

Bei dieser sehr gut arbeitenden Regelung ist allerdings nachteilig, daß die Änderungsgeschwindigkeit des Istwertes nicht berücksichtigt werden kann bzw. daß nicht berücksichtigt werden kann, ob die Istwert-Abweichung größer oder kleiner wird. Praktisch bedeutet das, daß unabhängig von dem Betriebszustand die Abblaselinie konstant eingestellt bleibt.

Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung bei Turboverdichtern eine verbesserte Vermeidung des Pumpens zu erreichen, wobei die Abblaselinie aus Gründen des Wirkungsgrades so nahe wie möglich an der Pumpgrenzlinie liegen und ihre Lage entsprechend den Änderungen des Istwertes verschieblich sein soll. Der Aufwand für die Regelungseinrichtung

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soll möglichst gering sein, sie soll weitgehend aus handelsüblichen Schaltelementen sich aufbauen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß außerhalb des Reglers die Differenz aus Sollwert und Istwert gebildet wird, dieser einmal direkt und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert, einer Subtrahierstelle zugeleitet und anschließend dem Sollwert aufaddiert wird. Vorteilhaft kann das Signal vor der Addition auf den Sollwert einem Begrenzer zugeführt werden und weiterhin derart durchgeführt werden, daß die Regeldifferenz aus Sollwert und Istwert außerhalb des Reglers gebildet wird, einmal mit dem Faktor 2 multipliziert und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert, einer Subtrahierstelle zugeführt und anschließend dem Regler aufgeschaltet wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 das Schema einer herkömmlichen Regelung mit der Möglichkeit einer manuellen Beeinflussung,

Figur 2 das Regelschema gemäß der Erfindung, ebenfalls mit der Möglichkeit manueller Beeinflussung und

Figur 3 das Regelschema gemäß der Erfindung für ausschließlich automatischen Betrieb.

Gemäß Figur 1 wird bei der bekannten Regelung die Differenz zwischen Sollwert und Istwert (Regelabweichung) außerhalb des Reglers gebildet.

Zur Handverstellung des Ventils durch den Regler wird eine zweite fiktive "Regelabweichung" als Differenz zwischen Handsteuersignal und Reglerausgang gebildet. Diese beiden Signale werden über eine Maximalauswahl auf den Regler geschaltet (siehe Figur 1).

Diese Maximalauswahl wählt jeweils die positivste Regelabweichung aus und schaltet sie auf den Regler. Dies ist diejenige, die das Ventil am schnellsten

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öffnet oder am langsamsten schließt. Das Ventil wird so lange verfahren, bis das positivste Signal null ist. Hierdurch ist es möglich, das Ventil durch eine positive Regelabweichung weiter zu öffnen, als es vom Sollwert her vorgegeben ist.

Demgegenüber weist die Regelung nach der Erfindung (Figur 2 und 3) zusätzlich Glieder zur Berücksichtigung einer Zeitkomponente auf, die sich wie folgt auswirkt:

Bei einer Verschiebung des Verdichterarbeitspunktes auf die Abblaselinie zu nimmt der Istwert ab, es ändert sich x, mit positiver Steigung. Diese Größe wird mit einer festen Größe, vorzugsweise 2 multipliziert und direkt sowie durch das PT₁-Glied a verzögert auf die Summierstelle b gegeben. Der Ausgang der Summierstelle b wird damit positiver als χ... Dies ist gleichbedeutend mit einer Verschiebung der Abblaselinie auf den Arbeitspunkt zu. Die Verschiebung ist um so größer, je schneller sich der Arbeitspunkt auf die Abblaselinie zubewegt.

Wenn sich der Arbeitspunkt von der Abblaselinie weg bewegt, verschiebt sich die Abblaselinie auf

die Pumpgrenze zu. Dies ist in den meisten Fällen ohne Einfluß auf die Funktion der Regelung. Wo dies nicht erwünscht ist, kann durch eine parallele Aufschaltung von x·, (gestrichelte Schaltungsergänzung in Figur 2) auf die Maximalauswahl dieser Effekt verhindert werden.

Bei Regelungssystemen, bei denen die Regelabweichung extern nicht beeinflußt werden kann, kann das System gemäß Figur 3 aufgebaut werden. Der Begrenzer bewirkt, daß die Erweiterung nur in einer Richtung wirksam ist.

Ersichtlicherweise ist es durch die Erfindung erstmalig gelungen, die Geschwindigkeit einer Istwertänderung zu berücksichtigen und damit insbesondere bei starken Störungen ein sicheres Regeln zu gewährleisten, d. h. auch dann ein Pumpen sicher zu vermeiden. Da nur bekannte, handelsübliche elektronische Bausteine verwendet werden, die Regelung also wirtschaftlich aufbaubar und für den Fachmann leicht beherrschbar ist, kann von einer idealen Lösung der anstehenden Probleme durch die Erfindung gesprochen werden.

Gemäß Fig. 2 wird das Vergleichssignal z.B. zweifach verstärkt (X2). Selbstverständlich kann diese Verstärkung auch dadurch ersetzt werden, daß z.B. in dem Parallelzweig das Signal X,- eine entsprechende Schwächung erfährt. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang nur das Verhältnis der sich addierenden Signale.

Claims

Patentansprüche:

\ 1J Verfahren zum Betreiben von Turboverdxchtern, bei denen der Durchfluß oder ein aus dem Durchfluß abgeleitetes Signal und der Förderdruck bzw. das Duckverhältnis kontinuierlich gemessen werden, wobei zur Verhinderung des Pumpens, d. h. vor Erreichen der Pumpgrenze beim Erreichen einer zu dieser parallel verlaufenden Abblaselinie durch Öffnen von Abblaseventilen sichergestellt wird, daß der Verdichterdurchfluß einen vom Förderdruck abhängigen minimalen Wert nicht unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Reglers die Differenz aus Sollwert und Istwert gebildet wird, dieser einmal direkt und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert, einer Subtrahierstelle zugeleitet und anschließend dem Sollwert aufaddiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal vor der Addition auf den Sollwert einem Begrenzer zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Regeldifferenz aus Sollwert und Istwert außerhalb des Reglers gebildet wird, einmal mit dem Faktor 2 multipliziert und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert, einer Subtrahierstelle zugeführt und anschließend dem Regler aufgeschaltet wird.

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