DE2947618A1 - Regelverfahren fuer eine mehrstufen- kreiselverdichteranlage - Google Patents
Regelverfahren fuer eine mehrstufen- kreiselverdichteranlageInfo
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- F04D27/02—Surge control
Description
HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Regelverfahren für eine Mehrstufen-Kreiselverdichteranlage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rege 1 verfahren für eine
Mehrstufen-Kreiselverdichter anlage, bei der jede Stufe Eintrittsleitschaufeln
und Diffusorschaufein aufweist, insbesondere derart, daß die Soll-Arbeitsbedingungen so schnell
wie möglich erreicht werden und ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um in herkömmlichen Kreise 1 Verdichtern die Leistung oder den Durchsatz
zu regeln und einen energiesparenden Betrieb zu
erreichen, indem die Winkel der Eintrittsleitschaufeln
und der DiffusorschaufeIn verstellt werden. Kreiselverdichter
dieser Art sind z. B. in den US-PS'en 3 362 62k und 3 362 625 angegeben. Normalerweise gibt es zwei Verfah-
9 / 0 5 9
ren zum Regeln der von diesen Schaufeln geleisteten Arbeit.
Bei einem Verfahren wird die Schaufelarbeit so eingestellt, daß der Ist-Durchsatz des strömenden Mediums mit dem Soll-Durchsatz
in Übereinstimmung gebracht wird, während ein Bediener die Bedingungen, unter denen das Medium in den
Verdichter gesaugt wird, und die Last, mit der der Verdichter beaufschlagt wird, überwacht. Bei einem anderen
Verfahren wird der Betriebszustand des Verdichters erfaßt, und die Schaufeln werden derart verstellt, daß der Durchsatz
des strömenden Mediums unter Anwendung von Steuermitteln mit einem Erfasser, einer Steuereinheit und einer Antriebseinheit
auf den Sollwert gebracht und die von den Schaufeln verrichtete Arbeit mittels einer Stellvorrichtung
nach Maßgabe eines vorher erstellten Signalverarbeitungssystems bestimmt wird.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, ein mehrstufiges Verdichtersystem,
das in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln und Diffusorschaufein aufweist, so zu betreiben, daß die
Eintrittsleitschaufeln und die Diffusorschaufein gleichmäßig
arbeiten, um innerhalb eines großen Durchsatzbereichs einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Z. B. im Fall einer
Vierstufen-Verdichteranlage sind die Eintrittsleitschaufeln
und die Diffusorschaufein, da sie in jeder Stufe vorgesehen
sind, in acht verschiedenen Stellungen angeordnet. Bei einer solchen Verdichteranlage ergeben sich Schwierigkeiten
bei der Durchführung der Regelung des Betriebs der Eintrittsleitschaufeln und der Diffusorschaufein mit den
vorstehend angegebenen herkömmlichen Verfahren zur schnellstmöglichen Erzielung des Soll-Durchsatzes und eines hohen
Wirkungsgrads unter allen Bedingungen innerhalb eines größeren Durchsatzbereichs als bisher, und zwar aufgrund
der Vielzahl von Stellungen, in denen die zu verstellenden
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Schaufeln angeordnet sind, und der Komplexität des zur
Durchführung der Regelung erforderlichen Mechanismus sowie
der Nichtlinearität der Beziehungen zwischen den Schaufelwinkeln
und den Arbeitsbedingungen. Es ist also erforderlich,
bereits im vorhinein ein Rege 1 verfahren auszuarbeiten,
das ausreichend komplex ist, um die vorstehenden bekannten Regel verfahre η ersetzen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Regelverfahrens für eine Mehr stufen-Kreiselverdichteranlage , bei der
in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln und Diffusor schaufeln
vorgesehen sind, wobei mit diesem Verfahren der Wirkungsgrad der Verdichteranlage über einen großen Bereich
von Arbeitsbedingungen auf einem hohen Niveau gehalten
werden kann, indem die Winkel der Schaufeln verstellt werden; gleichzeitig soll die Verdichteranlage mit sehr
niedrigem Energieverbrauch betrieben werden können.
Das Regelverfahren nach der Erfindung für eine Mehrstufen-Kreise
lverd ichteranlage , bei der in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln
und DiffusorschaufeIn winkelverste1lbar vorgesehen
sind, ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
Feststellen, ob die Ist-Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage in einem Bereich nahe den Soll-Ar beitsbedingungen
oder in einem davon fernen Bereich liegen, und Einstellen einer vorher bestimmten Kombination der von den
Eintrittsleitschaufeln und den DiffusorschaufeIn verrichteten
Arbeit längs einer Arbeitslinie der Verdichteranlage
in der Weise, daß die Ist-Ar beitsbedingungen in die Nähe
der Sol1-Arbeitsbedingungeη gebracht werden, wenn festgestellt
wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in dem von
den Soll-Arbeitsbedingungen fernen Bereich liegen, und Feineinstellen
der EintrittsIeitschaufeIn und der Diffusorschaufel
zur Verschiebung des Wirkungsgrads auf einen höheren
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Wert innerhalb eines solchen Bereichs, daß die Ist-Arbeitsbedingungen nicht von den Soll-Arbeitsbedingungen
abweichen, wenn festgestellt wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen nahe den Soll-Arbeitsbedingungen liegen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des beispielsweisen Aufbaus einer Mehrstufen-Kreiselverdichteranlage, bei der das Regelverfahren anwendbar ist;
Fig. 2 eine Darstellung der Kenndaten der Kreiselverdichteranlage nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Erläuterung der Art und Weise, in der die erfindungsgemäße Regelung erfolgt, um
einen Zustand zu erreichen, in dem die Verdichteranlage mit hohem Wirkungsgrad arbeitet;
Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Verarbeitungsschritte einer Steuereinheit erläutert, die
bei der Durchführung des Verfahrens eingesetzt wird; und
der nach dem Verfahren geregelten Kreiselverdichteranlage .
Die Kreiselverdichteranlage nach Fig. 1, bei der das Regelverfahren anwendbar ist, umfaßt eine erste Verdichterstufe
^, eine zweite Verdichterstufe 5, eine dritte Verdichterstufe 6 und eine vierte Verdichterstufe 7, die sämtlich
von einem Elektromotor 2 und einem Zahntrieb 3 getrieben werden, einen der ersten Stufe zugeordneten Zwischenkühler
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8, einen der zweiten Stufe zugeordneten Zwischenkühler 9 und einen der dritten Stufe zugeordneten Zwischenkühler
10. Durch eine Saugöffnung der ersten Verdichterstufe ^
angesaugte Luft wird nacheinander in den vier Verdichterstufen h-1 bzw. den drei Zwischenkühlern 8-10 verdichtet
und gekühlt und durch eine Abströmöffnung der vierten Verdichterstufe
7 einer Verarbeitungsstation der Anlage zugeführt, welche die die Verdichteranlage beaufschlagende
Last darstellt.
Eintrittsleitschaufeln 11, 12, 13 und 1Λ sind jeweils an
der Saugseite der vier Verdichterstufen k-1 angeordnet.
Durch Verstellen der Winkellage einer Gruppe dieser Eintrittsleitschaufeln
können die Bedingungen, unter denen Luft in jede Verdichterstufe einströmt, verstellt werden.
DiffusorschaufeIn 15, 16, 17 und 18 sind jeweils an der
Abströmseite der vier Verdichterstufen k-1 angeordnet.
Durch Verstellen der Winkellage einer dieser Diffusorschaufel-Gruppen
können die Bedingungen, unter denen Luft aus jeder Verdichterstufe abströmt, geändert werden. Die Schaufeln
11-18 sind mit einer Antriebseinheit 19 verbunden, so daß sie von einem entsprechenden Antriebselement der Antriebseinheit
19 jeweils unter irgendeinem erwünschten Winkel betrieben werden. Die Bedingungen, unter denen Luft
in die erste Verdichterstufe k strömt, bzw. der Durchsatz,
der Druck und die Temperatur dieser Luft werden von einem Durchsatzerfasser 20, einem Temperaturerfasser 21 und
einem Druckerfasser 22 erfaßt. Die Temperatur der aus der
ersten Verdichterstufe ^ austretenden Luft wird von einem
Temperaturerfasser 23 erfaßt. Die Temperatur der in die bzw. aus der zweiten Verdichterstufe 5 strömenden Luft wird durch
Temperaturerfasser 26 bzw. 27 erfaßt. Die Temperatur der in
0 3. j 9 / Q 5 9
die vierte Verdichterstufe 7 strömenden Luft wird von
einem Temperaturerfasser 28 erfaßt, und die Temperatur und
der Druck der aus der vierten Verdichterstufe 7 abströmenden
Luft werden von einem Temperaturerfasser 29 bzw.
einem Druckerfasser 30 erfaßt. Zwischen den Erfassern
20-30 und der Antriebseinheit 19 ist eine Steuereinheit 32
zur Durchführung des Rege 1 verfahre ns angeordnet. Von den
Erfassern 20-30 erzeugte Ausgangssignale werden in die Steuereinheit 32 eingegeben. Das mit der Steuereinheit
32 durchgeführte Regel verfahren wird nachstehend erläutert.
Γ ig. 2 zeigt die Kenndaten der Kreiselverdichtercinlage nach
Eig. 1. Dabei ist auf der Abszisse der Ansaug-Durchsatz Q und auf der Ordinate der Förderdruck P„ aufgetragen. Anstelle
des Durchsatzes kann auch der Eintritts-Mengendurchfluß,
der Massenfluß etc. und anstelle des Förderdrucks auch das isothermische Gefälle, das Druckverhältnis etc. eingesetzt
werden. Die Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage
sind durch nach rechts unten geneigte Kurven C,-C. angegeben. Diese Kurven C, -C. entsprechen c, , c.,, c-. und c. ,
die Kombinationen der von jeder Gruppe Eintrittsleitschaufeln
11-14 und jeder Gruppe Diffusorschaufe1 η 15-18 geleisteten
Arbeit darstellen. Dabei wird eine Kombination der Arbeit jeder Gruppe Eintrittsleitschaufeln mit der Arbeit jeder
Gruppe Diffusorschaufe1 η wie folgt ausgedrückt:
indem die Winkel v. bzw. v? bzw. v, bzw. v. der Eintrittslei tschaufe In 11-15 der vier Stufen und die Winkel d, bzw.
d ? bzw. d bzw. d. der Diffusorschaufel η 15-18 der vier Stufen
verwendet werden. Der Wirkungsgrad y , der jeder der Kurven C,-C. entspricht, ist durch die Kurven E,-L. bezeichnet,
die konvexe Form haben (vgl. oberen Teil von Fig. 2).
0 3 Γ : 3 9 / 0 5 9 Λ
Als Wirkungsgrad kann der isotherme Wirkungsgrad, der
polytrope Wirkungsgrad etc. verwendet werden. Ein Lastwiderstand,
z. B. eine Anlage, die an die Abströmseite
der Verdichteranlage mit den vorstehenden Kenndaten angeschlossen
ist, wird als Widerstandskurve R in Fig. 2
angegeben, die eine Arbeitslinie der Verdichteranlage
darstellt.
Wenn nach Fig. 2 der Durchsatz entsprechend dem Betriebszustand der Last eingestellt ist, wird der Förderdruck der
Verdichteranlage durch den Schnittpunkt der Durchsatz-Kurven
mit der Lastwiderstands-Kurve R bestimmt. Ls gibt eine
Mehrzahl Kombinationen der Arbeit der Eintrittsleitschaufeln
11-14 mit der Arbeit der Diffusorschaufel η 15-18, die
für die Lastwiderstands-Kurve R geeignet sind, und der Wirkungsgrad
schwankt in Abhängigkeit von der gewählten Kombination.
Z. B. gibt es zwei Kombinationen c? und c' der
Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11- IA- mit der Arbeit der
Diffusorschaufel η 15-18, die einen gleichmäßigen Förderdruck
mit einem Durchsatz q ergeben. Die den Kombinationen
c» und C-,1 entsprechenden Wirkungsgrade sind durch Kurven
E-, bzw. E,' bezeichnet, wobei der Wirkungsgrad Ep höher als
der Wirkungsgrad E ' ist, wenn der Durchsatz q ist. Das bedeutet, daß mit der Kombination c? ein höherer Wirkungsgrad
als mit der Kombination c ' erzielbar ist. Die Kombinationen
c., Cp, c und c der Schaufelarbeit werden als
diejenigen Kombinationen der Arbelt der Ein tri11s Ieitschaufeln
11-14 und der Arbeit der Diffusorschaufe In 15-18
bestimmt, die den Wirkungsgrad jederzeit mit dem bestimmten
Durchsatz längs der Lastwiderstands-Kurve R maximieren.
Die Verdichteranlage, die mit dem vorgenannten Lastwiderstand
beaufschlagt ist, erfüllt beim Betrieb längs der Lastwiderstands-Kurve R mit der vorbestimmten Arbeit die
Spezifikationen der Last in bezug auf verdichtete Luft und
hat einen hohen Wirkungsgrad.
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in Fig. 2 ist R1 eine Lastwiderstands-Kurve, die den Wirkungsgrad-Kurven
zugeordnet ist, die erhalten werden, wenn die Schnittpunkte D]-Dj, der Lastwider stand s-Kur ve R
mit den Wirkungsgrad-Kurven E1-E. in Beziehung gesetzt werden. S ist eine Verdichtungs-Startlinie. Aufgrund der
Kenndaten-Kurven nach Fig. 2 ist es möglich, eine Regel-Tabelle zu erstellen, in der eine Kombination der Arbeit
der Eintrittsleitschaufeln 11-14 mit der Arbeit der Diffusorschaufeln 15-18 einem Ansaug-Durchsatz Q entspricht.
In der Praxis wird somit der vorbestimmte Wirkungsgrad, der durch die Wirkungsgrad-Kurven im oberen
Teil von Fig. 2 bezeichnet ist, erzielt, wenn die Kombination c der Schaufelarbeit entsprechend dem Ansaug-Durchsatz
Q gewählt und die Einstellung der Schaufeln dementsprechend durchgeführt wird.
Ein konkretes Beispiel der erwähnten Regel-Tabelle wird
nachstehend erläutert. Bei einer Art einer solchen Regel-Tabelle werden die Winkellagen der Eintrittsleitschaufeln
11-14 und der Diffusorschaufeln 15-18 jeder Stufe aus einer
funktionellen Beziehung, die vorher in bezug auf den Betrieb der Verdichteranlage eingestellt wurde, erhalten, und die
Einstellung der Schaufeln erfolgt auf der Grundlage dieser Winkellagen. Die funktioneile Beziehung ist in der Tabelle
1 angegeben.
030 0 39/0594
libelle 1
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Ar bei t
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Di'iirk , I c m |)c ι
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■ i t. s c h a u f e 1 - u η d Diffusor-.se
h.uifc J - W i nke 1 in jeder Stufe
'UO
-ι ) , v?() f 2(a) ,
<ya),
= f8(a)
- f3(a),
-
f6(a)'
1 1
f j(b ) ,
f2(b),
' d
21
= f3(b), fß(b),
f8(b)
Dabe i q i 11 :
f - Funktion zum Lr ha It des Winkels v. der Lintrittsleit·
schaufeln 11 der ersten Stufe;
f. - Funktion zum Lrhalt des Winkels νΛ der lintrittsleit·
schaufeln 1? der zweiten Stufe;
f - Funktion zum Irhalt des Winkels ν, der Lintrittsleit-
schaufeln 13 der dritten Stufe;
03
/ 0 5 9
f = Funktion zum Erhalt des Winkels v. der Eintrittsleitschaufeln
14 der vierten Stufe; Funktion zum Erhalt des Winkel:
schaufeln 15 der ersten Stufe; Funktion zum Erhalt des Winkel: schaufeln 16 der zweiten Stufe;
Funktion zum Erhalt des Winkels schaufeln 17 der dritten Stufe; und
Funktion zum Erhalt des Winkels schaufeln 18 der vierten Stufe.
f = Funktion zum Erhalt des Winkels άγ der Diffusor-
f. = Funktion zum Erhalt des Winkels d, der Diffusor-6
^-
schaufeln 16 der zweiten Stufe;
f_ = Funktion zum Erhalt des Winkels d der Diffusorschaufel
17 der dritten Stufe; un
f = Funktion zum Erhalt des Winkels d^ der Diffusor-
Diese Funktionen sind solcher Art, daß sie vor oder in den Anfangsphasen des Betriebs der Kreiselverdichteranlage
erhalten werden. Durch vorheriges Festlegen dieser Funktionen und ihre Speicherung in Form der Regel-Tabelle ist
es in einfacher Weise möglich, eine Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11-14 und der Diffusorschaufein 15-18 entsprechend
etwaigen Änderungen der Betriebsbedingungen der Verdichteranlage
zu zielen. Wenn z. B. die Arbeitsbedingungen gemäß der Rubrik a in der Tabelle 1 eingestellt sind, sind
verschiedene Arbeitsmengen auf der Grundlage der funktionelle
Beziehung fi-fft entsprechend den Arbeitsbedingungen
a festlegbar. Die Einstellung der Eintrittsleitschaufeln
11-14 und der Diffusorschaufein 15-18 erfolgt nach Maßgabe
dieser Arbeitsmengen. Wenn die Arbeitsbedingungen sich nach b ändern, wird die Arbeit der Schaufeln auf der Grundlage
der entsprechenden funktioneilen Beziehung in der gleichen Weise erhalten.
Die Regel-Tabelle 1 wird unter Bezugnahme auf die Tabelle 2 konkret erläutert.
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Ansaug-Durchsatz
Eintrittsleitschaufel- und Diffusorschaufe1-Winke1
jeder Stufe
| V1O | = V20 | — v — v ~ 30 " A |
0 = A | |
| a | ||||
| d10 | = d20 | = d 30 = di | 0 = A1 | |
| vll | = V21 | = V31 = VA | Yl = B | |
| b | ||||
| dll | = d21 | = d31 = dL | = B1 | |
| • | • |
In der Tabelle 2 sind die Arbeitsbedingungen der Einfachheit
halber durch den Ansaug-Uurchsatz repräsentiert. Für jeden
Ansaug-Durchsatz werden für die Winkel der Eintrittsleitschaufeln
ll-l^f bzw. diejenigen der Dif f usor schauf e In 15-18
die gleichen Werte gewählt. D. h. also, für den Durchsatz a wird für die Winkel ν, „ , v-„, v,„ und v. () der Eintrittslei tschaufe In H-IA- ein Wert A und für die Winkel d.„, d.
10
d,„ und d „ der Diffusorschaufe1 η 15-18 ein Wert A1 gewählt.
Durch die Wahl der vorstehend angegebenen Beziehung können das Verfahren und die Mittel zum Bestimmen der Arbeit vereinfacht
werden. Zu diesem Zweck braucht man nur einen
Ansaug-Durchsatz entsprechend den Arbeitsbedingungen einzustellen
und eine der vorbestimmten Arbeitsmengen entspre-
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-lachend dem Soll-Durchsatz zu wählen. In der Praxis ist es
also möglich, die Anforderungen durch Anwendung des angegebenen
Regelverfahrens zu erfüllen. Wenn die Anforderungen komplexer sind, kann eine anspruchsvollere Regel-Tabelle
erstellt werden, indem die Arbeitsbedingungen komplexer gemacht und Funktionen mit höherer Präzision
gewählt werden.
Die vorstehend erläuterte funktioneile Beziehung wurde vor
der Inbetriebnahme oder in der Anfangsphase des Betriebs der Verdichteranlage erhalten. Wenn jedoch zeitliche Änderungen
oder Änderungen der die Verdichteranlage beaufschlagenden Last auftreten, kann es geschehen, daß die vorgenannte
funktionelle Beziehung den Anforderungen nicht genügt. In diesem Fall wird die funktionelle Beziehung auf
der Grundlage der vorgenannten Arbeitsbedingungen revidiert
Erforderlichenfalls wird die Arbeitsmenge gemäß dem Unterschied
zwischen dem Ist- und dem Soll-Durchsatz festgelegt, wenn der Ist-Durchsatz ausreichend nahe am Soll-Durchsatz
liegt.
In der Praxis läuft eine Verdichteranlage normalerweise kontinuierlich über einen längeren Zeitraum. Daher ist es
unvermeidlich, daß zeitliche Änderungen oder Leistungsverschlechterungen auftreten, selbst wenn die Kenndaten-Kurven
und eine Regel-Tabelle beim Einbau der neuen Kreiselverdichteranlage sehr genau ausgearbeitet wurden. Dadurch
kann der Fall eintreten, daß selbst dann, wenn die Regelung auf der Grundlage der Regel-Tabelle erfolgt, der
vorbestimmte Wirkungsgrad beim Erreichen des Soll-Durchsatzes nicht erzielbar ist. Daher wird nach der Erfindung
festgestellt, ob der Ansaug-Durchsatz in einem Bereich nahe dem Soll-Durchsatz liegt, der sich in Abhängigkeit
von Änderungen der die Verdichteranlage beaufschlagenden
Last ändern kann, oder in einem vom Soll-Durchsatz weiter
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entfernten Bereich liegt, und gesonderte Stellvorgänge
werden angewandt, um verschiedene Kombinationen der Schaufelarbeit nach Maßgabe der vorgenannten Festlegung
des Ansaug-Durchsatzes einzustellen.
Es ist leicht feststellbar, in welchem der beiden Bereiche
der Ansaug-Durchsatζ liegt, indem z. B. die folgende Gleichung
in bezug auf den Ist-Durchsatz Q angewandt wird:
mit Q = Soll-Durchsatz und
£(Q ) = Parameter zum Einstellen der Grenze zwischen
beiden Bereichen, die zur Durchführung der Regelung vorgegeben werden kann.
Wenn der Ansaug-Durchsatz sich in einem Durchsatzbereich
befindet, der vom Soll-Bereich weit entfernt ist, so daß die Gleichung (1) nicht gilt, wird die Arbeit der Schaufeln
nach Maßgabe des sich von einem Moment zum anderen ändernden Ansaug-Durchsatzes gewählt, während dieser sich dem
Soll-Durchsatz in bezug auf Änderungen der Arbeitsmenge und der die Verdichteranlage beaufschlagenden Last nähert,
wobei in einer Regel-Tabelle enthaltene Information genutzt
wird, die dadurch erstellt wurde, daß die folgenden Tatsachen berücksichtigt wurden: daß der Ansaug-Durchsatz so
schnell wie möglich auf den Sollwert gebracht werden sollte; daß der Wirkungsgrad der Verdichteranlage im Verlauf
der Erzielung des Soll-Durchsatzes auf einem hohen Niveau gehalten werden sollte; und daß unabhängig vom Wert des
Soll-Durchsatzes das gleiche Regelverhalten aufrechterhalten werden sollte. Die gewählte Schaufelarbeit wird an die
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Antriebseinheit 19 übermittelt zum Einstellen der Eintrittslei
tschauf ein 11-14 und der DiffusorschaufeIn
15-18.
Wenn der Ansaug-Durchsatz in einem Durchsatzbereich nahe dem Soll-Durchsatz liegt, so daß die Gleichung (1) gilt,
oder in einen solchen Durchsatzbereich gelangt, dann sind die Arbeitsbedingungen so anzusehen, daß der Soll-Durchsatz
erreicht ist. Allerdings ist es möglich, daß selbst bei Erreichen des Soll-Durchsatzes der Wirkungsgrad nicht
auf dem höchstmöglichen Wert liegt. D. h. also, daß der Wirkungsgrad verbesserungsfähig ist. Somit ist das vorstehend
angegebene Regelverfahren unvollständig ohne einen weiteren Regelvorgang, der zum Einstellen der Kombination
der Schaufelarbeit in solcher Weise anwendbar ist, daß nach Erreichen des Soll-Durchsatzes, wobei die
Gleichung (1) gilt, der momentane Arbeitszustand nach seiner Erfassung in Richtung auf einen Arbeitszustand mit
höherem Wirkungsgrad verschiebbar ist. Ein Beispiel dieses Regelvorgangs wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert,
wobei die Arbeitsbedingungen, bei denen die Gleichung (1) gilt, an einem Punkt P gezeigt sind und die Kombination
der Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11-14 und der Diffusorschaufeln
15-18 durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:
cp = (V V = (V1P' V2p' V3p' V4p' dlp' d2p' d3p'
Die bei dieser Schaufelarbeit-Kombination durchzuführende
Korrektur ist durch die folgende Gleichung gegeben:
Δν = (Av1, Av2, Av3, Av^), Ad = (Ad1 , Ad2 , Ad3 , A
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In Fig. 3 ist auf der Abszisse äv und auf der Ordinate Δ d
aufgetragen. Wenn der Punkt P als Ausgangspunkt betrachtet
wird, kann es einen Punkt geben, an dem angesichts der allgemeinen
kontinuierlichen Kenndaten der Verdichteraη lage
der Wirkungsgrad höher als am Punkt P ist, wie durch die
den Wirkungsgrad bezeichnenden Umrißlinien angegeben ist.
Wenn also der Durchsatz in einem Uereich nahe dem SoIlüurchsatz
liegt, erfolgt die Regelung so, daIi der Punkt P
zu einem Punkt höheren Wirkungsgrads verschoben wird. Bei
der Arbeits-Kombination cp - (v , d ) am Punkt P werden die
Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11 - 1^f für sämt.Liche Stufen
erst um Δ ν vergrößert, und nach dieser Vergrößerung
wird der Wirkungsgrad festgestellt. Wenn dieser höher als
am Punkt P ist, werden die Eintrittsleit schaufeln sämtlicher
Stufen durch Anwendung des Kor rektur be tr ags Δν eingestellt.
Wenn der festgestellte Wirkungsgrad niedriger als
am Punkt P ist, werden die Winkel der Eintrittsleitschaufeln
11 -1^4- sämtlicher Stufen unter die Winkelbeträge am Punkt P
um 6 ν verkleinert, und danach wird der Wirkungsgrad festgestellt.
Wenn dieser höher als am Punkt P ist, werden die Eintrittsleitschaufeln 11 -1^ sämtlicher Stufe η durch Anwendung
des Korrekturbe tr ags 6v eingestellt. Wenn der Wirkungsgrad
auch dann nicht steigt, wenn die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11 - I ^ sämtlicher Stufen um Δ ν vergrößert
oder verkleinert werden, werden die Winkel der DiffusorschaufeIn 15-18 sämtlicher Stufen um Ad vergrößert
und dann der Wirkungsgrad festgestellt. Wenn dieser höher
als am Punkt P ist, werden die DiffusorschaufeLn 15-18
durch Anwendung des Korrekturbetrags Ad eingestellt. Wenn
der festgestellte Wirkungsgrad niedriger als am Punkt P
ist, werden die Winkel der Diffusorschaufel 15-18 unter
die Winkelbeträge am Punkt P um Ad verkleinert, und dann
wird der Wirkungsgrad festgestellt. Wenn dieser höher als
am Punkt P ist, werden die DiffusorschaufeIn 15-18 durch
O 3 'J J 3 9 / O 5 9 A
Anwendung des Korrekturbetrags Ad eingestellt. Wenn der
Wirkungsgrad aufgrund der Korrektur der Schaufelarbeit
in vier Richtungen keine Verbesserung zeigt, kann ein verbesserter
Wirkungsgrad dadurch erzielt werden, daß der Kor rek tür be trag Δν oder Δά für die Schaufelarbeit vermindert
und die Regelung in der angegebenen Weise durchgeführt wird. Wenn sämtliche vorgenannten Versuche zur
Erzielung eines über dem Punkt P liegenden Punkts mit höherem Wirkungsgrad fehlschlagen, wird der Punkt P als Punkt
des höchsten Wirkungsgrads angenommen. Durch sequentielles
Suchen nach einem Punkt höheren Wirkungsgrads und Korrektur
der Schaufelarbeit in vier Richtungen ist es möglich, den Arbeitszustand in Richtung zu einem solchen Arbeitszustand
zu verschieben, in dem der Wirkungsgrad höher als am Punkt P ist.
Der oben erläuterte Vorgang der Suche nach einem Punkt höheren Wirkungsgrads wird unter Bezugnahme auf Fig. 3
im einzelnen erläutert. Ein Punkt, an dem der Wirkungsgrad erhöht wird, wenn die Winkel der Eintrittsleitschaufeln
11-14 um Δν über die Winkelbeträge am Punkt P vergrößert
werden, ist mit Q. bezeichnet. Dann wird die Suche nach einem Punkt höheren Wirkungsgrads in bezug auf die Arbeits-Kombination
c , = (v + Δα, d ) am Punkt Q, in der gleichen
Weise durchgeführt, wie sie in bezug auf die entsprechende
Arbeits-Kombination am Punkt P erfolgt ist. Wenn infolge einer Vergrößerung der Winkel der Diffusorschaufeln
15-18 um Ad ein erhöhter Wirkungsgrad relativ zum Wirkungsgrad
am Punkt Q. erzielt wird, wird der durch den Korrekturbetrag Δά eingestellte Arbeitspunkt mit Q- bezeichnet.
Gleichermaßen kann ein Arbeitspunkt Q, erhalten werden, indem die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11-14 um ^v
am Punkt Q-, vergrößert werden, und ein Arbeitspunkt Q.
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kann erreicht werden, indem die Winkel der üiffusorschaufeln
15-18 um Ad am Punkt Q, vergrößert werden. Dann
kann ein Arbeitspunkt Q der Verdichteranlage dadurch erreicht
werden, daß die Winkel der DiffusorschaufeIn 15-18
um &d am Punkt Q. vergrößert werden. Wenn durch Vergrößerung
oder Verminderung der Winkel der Eintrittsleitschaufeln
11-14 um Δν ν oder der Diffusorschaufel 15-18
um Δd am Punkt Q kein erhöhter Wirkungsgrad erzielbar ist,
dann gilt der Punkt Q als der Ar beitszustands-Punkt mit
höchstem Wirkungsgrad. Es braucht nicht betont zu werden,
daß die Existenz der Gleichung (1) die Voraussetzung zur Verwirklichung dieses Arbeitszustands mit höchstem Wirkungsgrad
ist.
Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel handelt
es sich um einen Vorgang zur Auffindung von Arbeitsbedingungen
mit erhöhtem Wirkungsgrad, wobei vier durch £sv und ^d wiedergegebene Kor rektur be tr äge zur aufeinanderfolgenden
Änderung der Winkellagen der Schaufeln genutzt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Vorgang beschränkt;
alternativ kann vorgesehen sein, eine vorgegebene Beziehung zwischen den vier Korrektur betragen zu unterhalten
und die Regelung aufgrund dieser Beziehung durchzuführen.
Bei der Durchführung der Einstellung entsprechend diesem
Rege 1 verfahre η müssen verschiedene Entscheidungen getroffen
werden. Diese betreffen die absoluten Korrekturbeträge
von Av und Δα für die Schaufelarbeit, das Verhältnis zwischen
dem Korrekturbe tr ag für eine Stufe zum Korrektur betrag
einer anderen Stufe, das durch die vorgenannten absoluten Korrekturbe träge gegeben ist, die Reihenfolge, in der die
Auffindung der genannten Arbeitsbedingungen durchgeführt
wird, die Kriterien zur Beurteilung des Falls, daß keine Erhöhung des Wirkungsgrads erzielt wird, die Feststellung,
/ 0 5 9 A
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ob die Durchführung eines erneuten Korrekturvorgangs erforderlich ist, und die abzugebende Beurteilung, wann
ein Punkt höchsten Wirkungsgrads erreicht ist. Diese Entscheidungen werden unter Berücksichtigung der Leistung
der Erfasser und der Antriebseinheit sowie der Funktion
und Leistung der Steuereinheit zur Durchführung des Regelverfahrens
sowie der Kenndaten der vorstehend angegebenen Verdichteranlage getroffen.
Das vorstehend angegebene Regelverfahren wird in die Praxis
umgesetzt durch Befehle, die von der Steuereinheit 32 bezüglich der Funktion eines Verarbeitungsvorgangs gegeben
werden. Fig. k zeigt ein Flußdiagramm des von der Steuereinheit
32 durchgeführten Verarbeitungsvorgangs. Dabei sind der Fig. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein unter Anwendung des angegebenen Regelverfahrens durchgeführter
Regelvorgang wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. k erläutert. Ausgangssignale der Erfasser 20-30
werden in die Steuereinheit 32 eingegeben, die auf der Grundlage dieser Signale den Ansaug-Durchsatz Q und den
Wirkungsgrad f) zu diesem Zeitpunkt berechnet. Der auf diese
Weise erhaltene Durchsatz wird mit einem Soll-Durchsatz verglichen, um festzustellen, ob die durch die Gleichung (1)
gegebene Beziehung gilt. Wenn die Gleichung (1) nicht gilt, wird eine dem Soll-Durchsatz entsprechende Schaufelarbeit
aus den vorher in einer Regel-Tabelle festgesetzten und gespeicherten Daten gewählt und der Antriebseinheit 19 zugeführt,
die die Eintrittsleitschaufeln 11-JA und die Diffusorschaufein
15-18 dementsprechend treibt, wodurch der Durchsatz zum Soll-Durchsatz hin verschoben wird. Bei
Auftreten einer Änderung des Durchsatzes wird die Arbeits-
030039/0594
Kombination entsprechend dem momentanen Durchsatz gewählt, um die Schaufeln aufeinanderfolgend so zu verstellen, daß
sich der Durchsatz in Richtung zum Soll-Durchsatz ändert.
Damit ist es möglich, den Soll-Durchsatz zu erreichen, wenn die Schaufeln bezüglich ihrer Arbeit so verstellt werden,
und zwar unabhängig davon, ob sich die die Verdichteranlage beaufschlagende Last ändert. Bei diesem Regelvorgang
verschiebt sich der Arbeitspunkt längs der Lastwiderstands-Kurve
R, so daß gefährliche Situationen, z. B. ein Verstopfen oder ein stoßweiser Betrieb, vermieden werden können,
Angenommen, daß der Vergleich des Ist-Durchsatzes mit dem
Soll-Durchsatz ergibt, daß die Gleichung (1) gilt, dann wird die Schaufelarbeit für eine Korrektur der Schaufelwinkel
in solcher Weise, daß der Wirkungsgrad iy gesteigert
wird (vgl. Fig. 3), festgelegt. Die so festgelegte Arbeit wird als Stellsignal von der Steuereinheit 3 2 zur Antriebseinheit
19 übertragen. Infolgedessen werden die Winkel der
Eintrittsleitschaufeln 11-14- und der Diffusorschaufein 15-18
jeder Stufe verstellt, um die festgelegte Schaufelarbeit
zu leisten. Durch diese Serie von Regelvorgängen sind
sofortige Leistungs-Einstellungen möglich, entsprechend
einer Änderung des Soll-Durchsatzes , und indem jeder Änderung der Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage, die
durch Änderungen der sie beaufschlagenden Last oder Änderungen
der Umgebungsbedingungen bewirkt sein kann, gefolgt
wird; diese Serie von Rege 1 vor gärige η wird zyklisch so oft wiederholt, wie dies notwendig ist, um die Verdichteranlage
auf einem hohen Wirkungsgrad zu halten.
Fig. 5 verdeutlicht, wie der Durchsatz Q und der Wirkungsgrad
T) durch die vorgenannte Serie von Stellvorgängen
geregelt werden. Dabei ist auf tier Abszisse der Ansaug-
03ÜÜ39/0594
Durchsatz Q und auf der Ordinate der Wirkungsgrad ^f wie
in Fig. 2 aufgetragen, und vorgegebene Arbeitszustände der Verdichteranlage sind durch die Lastwiderstands-Kurve R1
bezeichnet. Der vor Beginn der Regelung existierende Durchsatz ist mit Q und sein Arbeitspunkt mit D angegeben,
wogegen der Soll-Durchsatz mit Q und sein Arbeitspunkt mit SP bezeichnet sind. In diesem Zustand werden aus
den Daten der Regel-Tabelle Schaufelarbeiten entsprechend dem Durchsatz, zu dem sich der Ist-Durchsatz während sich
ändernder Durchsatzwerte verschiebt, bevor er den Soll-Durchsatz erreicht, gewählt, und die Schaufeln werden auf
der Grundlage dieser Schaufelarbeits-Daten verstellt. Damit verschiebt sich der Arbeitspunkt längs der Widerstands-Kurve
R1, und seine Bewegungsbahn entspricht im wesentlichen der Kurve Lp.
Es sei angenommen, daß die vorgenannten Stellmaßnahmen entsprechend
diesem Regelverfahren getroffen werden und daß die Gleichung (1) gilt, wenn der Arbeitspunkt eines Durchsatzes
einen Punkt P erreicht. Normalerweise besteht kein großer Unterschied zwischen dem am Punkt SP erreichten
Wirkungsgrad ti und dem am Punkt P erreichten Wirkungsgrad
Xi . Um aber einen erhöhten Wirkungsgrad während des Betriebs zu erzielen, werden nach den vorstehend genannten
Stellmaßnahmen die im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. erläuterten Sondierungs-Stellvorgänge durchgeführt. Dabei
werden die Winkel, unter denen die Schaufeln in bezug auf den Arbeitspunkt P arbeiten, nacheinander verstellt,
und der Arbeitspunkt verschiebt sich vom Punkt P in eine Richtung, in der der Wirkungsgrad erhöht wird, bis die
Stellvorgänge an einem Punkt Q beendet werden, an dem der Wirkungsgrad Ti erreicht ist. Bei dieser Serie von Stell
vorgängen muß der Vorgang der Durchführung von Feineinstellungen der Schaufelarbeit und der Sicherstellung einer
03CJ39/0594
Erhöhung des Wirkungsgrads durchgeführt werden, bevor
der Arbeitspunkt sich von P nach Q verschiebt. Es vergeht also eine relativ lange Zeit, bis der Punkt Q erreicht
ist. Ein Soll-Durchsatz Q wird jedoch erreicht, nachdem
sich der Arbeitspunkt von P nach Q längs einer Kurve L verschoben hat, und der Arbeitspunkt verschiebt sich
jederzeit in eine Richtung, in der der Wirkungsgrad erhöht wird, und zwar unabhängig von Störungen aller Art und Änderungen
des Lastwiderstands. Auch wird durch die Aufrechterhaltung
des Betriebs mit hohem Wirkungsgrad sichergestellt, daß die Regelung gleichmäßig und in positiver
Weise durchgeführt wird.
Das Rege 1 verfahre η wurde unter besonderer Betonung von
Ste11 vorgänge η sowie der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Elemente erläutert. Die Regelung könnte mit
erhöhter Wirksamkeit unter Anwendung eines elektronischen
Rechners als Steuereinheit 32 durchgeführt werden. Ferner
wurde das Verfahren unter Bezugnahme auf eine vierstufige Verdichteranlage erläutert, es ist jedoch nicht auf diese
Anzahl Stufen begrenzt.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf
die Leistungs- oder Durchsatz-Regelung, und eine Druckregelung könnte in gleicher Weise durchgeführt werden. Bei
dem Ausführungsbeispiel werden sämtliche Eintrittsleitschaufeln
und Diffusor schaufeln verstellt. Es ist jedoch
auch möglich, den Durchsatz dadurch zu regeln, daß nur diejenigen Schaufeln verstellt werden, die eine effektive
Arbeit leisten, z. B. die Eintrittsleitschaufeln.
Wie im einzelnen angegeben wurde, ermöglicht es das Regelverfahren,
daß die Arbeitsbedingungen einer Verdichteranlage, z. B. der Durchsatz, den Sollwert in Übereinstimmung
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mit einer Änderung der einwirkenden Last so schnell wie möglich erreichen, und ermöglicht ferner eine Erhöhung des
Wirkungsgrads nach Herstellung der Soll-Arbeitsbedingungen. Somit ermöglicht die Anwendung des Regelverfahrens beim
Betrieb einer mehrstufigen Verdichteranlage mit Eintrittsleitschaufeln
und Diffusorschaufein in jeder Stufe die Erzielung
eines erhöhten Wirkungsgrads innerhalb eines weiten Bereichs von Arbeitsbedingungen, wodurch es möglich
ist, die Verdichteranlage mit niedrigem Energieverbrauch zu betreiben.
030039/0594
Claims (3)
- Patentansprüche(IJ Regel verfahre η für eine Mehr stufen-Kreise1 Verdichteranlage, bei der in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln und Diffusor schaufeln winkelverstellbar vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:- Feststellen, ob die Ist-Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage in einem Bereich nahe den Soll-Arbeitsbedingungen oder in einem davon fernen Bereich liegen; und- Einstellen einer vorher bestimmten Kombination der von den Eintrittsleitschaufeln und den Diffusor schaufeln verrichteten Arbeit längs einer Arbeitslinie der Verdichteranlage in der Weise, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in die Nähe der Soll-Arbeitsbedingungen gebracht werden, wenn festgestellt wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in dem von den Soll-Arbeitsbedingungen fernen Bereich liegen, und Feineinstellen der Eintrittsleitschaufeln und der Diffusor schaufeln zur Verschiebung des Wirkungsgrads auf einen höheren Wert innerhalb eines solchen Bereichs, daß die Ist-Ar beitsbedingungen nicht von den Soll-Arbeitsbedingungen abweichen, wenn festgestellt wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen nahe den Soll-Arbeitsbedingungen liegen.81-(A ifl62-02)-Schö030039/0594ORIGINAL INSPECTED-Z-
- 2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Einstellung der Kombination der von den Eintrittsleitschaufeln und den Diffusorschaufein verrichteten Arbeit nach Feststellung, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in einem von den Soll-Arbeitsbedingungen fernen Bereich liegen, nach Maßgabe von Betriebsbedingungen gesteuert wird, zu denen hin sich die Ist-Arbeitsbedingungen jeweils momentan verschieben, bis die Ist-Arbeitsbedingungen mit den Soll-Arbeitsbedingungen übereinstimmen.
- 3. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß nach Feststellung, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in einem Bereich nahe den Soll-Arbeitsbedingungen liegen, die Eintrittsleitschaufeln und die Diffusorschaufein betrieben und verstellt werden, während gleichzeitig zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrads eine Suche nach Arbeitsbedingungen mit erhöhtem Wirkungsgrad durchgeführt wird.03 0 039/0594
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