DE3236012C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei mit Turbinen angetriebenen Hochleistungs-Zentrifugalkompressoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Verfahren sind aus der DE-OS 23 49 094 sowie der DE-OS 23 65 931 bekannt und dienen dort zur Vergrößerung der Wahrscheinlichkeit des Inbetriebhaltens von mit Elektromotoren angetriebenen Zentrifugalkompressoren derart, daß die auf die Elektromotoren einwirkenden kleineren Spannungsschwankungen ausgesiebt und kurzfristige Netzausfälle überbrückt werden. Dies bedeutet aber, daß die bekannten Verfahren nur in den Fällen einen kontinuierlichen Betrieb bzw. ein kontinuierliches Inbetriebhalten ermöglichen, in denen die Betriebsstörung in einem äußeren System ihre Ursache hat, also in dem elektrischen Netz. Auf Störursachen, die nicht von außen kommen, sondern betriebsintern sind, also beispielsweise in der Hydraulik der Maschinensätze zu suchen sind und ebenfalls nur momentan auftreten, also beispielsweise aufgrund von Gasblasen oder Staubkörnern oder ganz allgemein zeitweiligen Verunreinigungen, haben diese Verfahren keinen Einfluß.

Diese Feststellung gilt auch für das aus der DE-OS 23 43 512 bekannte Verfahren zur Erfassung von Pumpstößen bei Radial- bzw. Axialkompressoren. Bei diesem Verfahren werden solche Pumpstöße erfaßt mit dem Ziel, unbegründete Abschaltungen der Maschine zu verhindern bzw. auf ein Minimum zu beschränken. Dieses "Pumpen" ist jedoch ebenfalls eine externe und keine interne Erscheinung, nämlich eine im saugseitigen Medium begründete Wirkung, die darin ihre Ursache hat, daß die Strömung auf der Saugseite des Kompressors abreißt, wodurch ein Teil des Fördermediums von der Druckseite zur Saugseite zurückströmt und sich labile Förderzustände einstellen. Diese bewirken stoßartige Motorstromschwankungen, welche bei dem bekannten Verfahren meßtechnisch erfaßt werden und beim Auftreten von zwei Pumpstößen innerhalb einer Zeitspanne von 15 bis 30 Sekunden zur Abschaltung des Antriebsmotors führen.

Somit arbeiten die aus den genannten Druckschriften bekannten Verfahren ausschließlich aufgrund der Erfassung eines Motorparameters, wobei jedoch die Betriebssicherheit des gesamten Systems außer acht gelassen wird, so beispielsweise Störungen, die auf momentane Mängel des Hydrauliksystems zurückzuführen sind. Solche betriebsinternen Störungsursachen sind jedoch in den überwiegenden Fällen die Ursache von Betriebsabschaltungen von mit Turbinen angetriebenen Hochleistungs-Zentrifugalkompressoren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß derartige betriebsinterne Störungsursachen momentaner Art nicht zu Systemabschaltungen führen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist, was den verfahrenstechnischen Ablauf anbelangt, im Anspruch 1 gekennzeichnet, und, was den schaltungstechnischen Teil anbelangt, im Anspruch 3 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird also im Rahmen eines Verriegelungssystems mit selektiver Zeitverzögerung an vorgegebenen betriebsinternen Stellen ein Relais mit einer bestimmten Zeitverzögerung für die Verursachung von Maschinenabschaltungen im Hinblick auf momentane Störungen angeordnet, wodurch unschädliche Störeinflüsse, die beispielsweise eine Maschinenabschaltung als unbegründet erscheinen lassen, "ausgesiebt" werden und nur die Störeinflüsse zu tatsächlichen Maschinenabschaltungen führen, die zur Gewährleistung der Sicherheit des Maschinenbetriebs und der Sicherheit des von dem Maschinenbetrieb jeweils abhängigen technologischen Prozesses unbedingt berücksichtigt werden müssen. Alle übrigen Störwirkungen, deren Dauer innerhalb der eingestellten Zeitverzögerungen liegen, werden eliminiert bzw. bleiben unberücksichtigt.

Die erfindungsgemäß auf die selektive Zeitverzögerung eingestellten Relais passen sich dem ursprünglichen Blockierungssystem an, indem einer der Kontakte der signalleitenden Relais R 1 bis R 4 ein akustisches oder Lichtsignal auslöst, während der andere Kontakt die Zeitverzögerungsrelais IR 1 bis IR 4 aktiviert. Das an dem Zeitverzögerungsrelais eingestellte Zeitintervall bietet die Möglichkeit, bei Erreichen der Blockierungswerte für einige Sekunden und unter mit den Blockierungs- bzw. Abschaltbedingungen identischen Umständen die Maschineneinheit in Betrieb zu halten. Nach Überschreiten des eingestellten Zeitintervalls und bei dann noch vorhandenem Blockierungswert wird durch das Relais ein elektrohydraulisches Magnetventil betätigt, um die Maschineneinheit abzustellen.

Somit werden auf diese Weise kontinuierliche Verarbeitungs- und/oder Herstellungsprozesse, die mit dem Betrieb derartiger Hochleistungs-Zentrifugalkompressoren verbunden sind, nur in tatsächlich wichtigen Ausnahmefällen unterbrochen, nämlich dann, wenn die aufgetretenen Störwirkungen auch dann noch vorhanden sind, wenn die eingestellten Verzögerungswerte an den verschiedenen Meßstellen überschritten werden.

Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Verriegelungssystem wird anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verriegelungssystems für inerte Gase fördernde Zentrifugalkompressoren,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Verriegelungssystems an brennbare Gase fördernden Zentrifugalkompressoren und

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Verriegelungssystems für eine der Förderung von kaustischen, reizenden Gasen dienende Anordnung.

Das Verriegelungssystem mit selektiver Zeitverzögerung kann zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei Luft- und Stickstoffkompressoren sowie bei Erdgas-, Synthesegas- und Ammoniakkompressoren in der Kunstdüngerindustrie sowie bei in der Olefinindustrie zur Komprimierung ungesättigter Kohlenwasserstoffe verwendeten Turbokompressoren benutzt werden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit bietet der Schutz der Zentrifugalkompressoren, die zur Ammoniaksynthese nach der Kellogg-Technologie eingesetzt werden.

Die von den Zentrifugalkompressoren gelieferten Gase können grundsätzlich den folgenden drei Gruppen zugeordnet werden:

• a) Gase mit zumindest teilweise inerten Eigenschaften, wie N₂, Luft u. dgl.;
• b) brennbare Gase, wie Erdgas, Wasserstoff, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Synthesegase u. dgl.;
• c) Gase mit kaustischer, aggressiver Wirkung, wie Ammoniak, Nitrosegase, Schwefeldioxyd u. dgl.

Die Kompressor- und Turbineneinheiten der mit Turbinen angetriebenen Hochleistungs-Zentrifugalkompressoren sind mehrstufig und mit einem oder meheren Gehäusen ausgestattet. Sowohl bei den Antriebseinheiten wie auch bei den Zentrifugalkompressoren wird die Ölversorgung durch eine Zwangsumlaufschmierung bewerkstelligt. Neben den Schmierungs- und Stopfbüchsenverschlußfunktionen spielt das Öl eine wichtige Rolle bei der Regelung der Drehzahl der Maschineneinheit, wobei das durch die Zwangsumlaufschmierung geförderte Öl das eigentliche Schaltmedium für das Verriegelungssystem darstellt. Eine momentane Störung im Ölsystem, die beispielsweise auf die Schwingung eines Regelventils zurückzuführen ist oder auf den langsameren Lauf einer Hilfsölpumpe, kann dazu führen, daß der Schmierölspiegel oder der unbefriedigende momentane Sperrölbehälterstand die Maschine "frühzeitig" abstellt.

In den Betrieben, die die Ammoniaksynthese nach der Kellog- Technologie durchführen, bewirkt dieser "momentane unbefriedigende Zustand" einen unmotivierten Ausfall des Kompressors, wodurch bei einem einspurigen technologischen Prozeß immer ein Produktionsausfall bewirkt wird.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik wird die Abdichtung der Stopfbuchsen der Zentrifugal-Kompressoren zur Komprimierung der unter b) und c) genannten Gase mit Hilfe eines Sperrölsystems durchgeführt. Der zuverlässige Betrieb eines solchen Systems bzw. der Schutz der Maschine wird durch die an dem sogenannten Sperrölbehälter angeordneten, den niedrigen und den hohen Füllstand anzeigenden Verriegelungssysteme sichergestellt. Der Druck des in dem Sperrölbehälter über dem Ölniveau liegenden Gasraums hängt von dem saugseitigen Gasdruck des Zentrifugalkompressors ab, dessen stoß- oder impulsartige Änderung eine so schnelle Niveauänderung in dem Sperrölbehälter hervorruft, daß diese durch den Standregler nicht kompensiert werden kann. In diesem Fall bleibt die Maschineneinheit nach Erreichen der Verriegelungswerte des niedrigen oder hohen Füllstands stehen.

Die Ölversorgung der die unter a) und b) sowie c) angeführten Gase fördernden Zentrifugal-Kompressoren wird gewöhnlich unter Zuhilfenahme eines Pumpensystems und eines Reservepumpensystems vorgenommen. Beim Abstellen der sich in Betrieb befindenden Ölpumpe wird die Reservepumpe oder Hilfsölpumpe gewöhnlich automatisch in Gang gesetzt und erzeugt in einigen Sekunden den gewünschten Öldruck. Unter recht kalten Witterungsbedingungen oder wenn die Pumpe zuviel Luft enthält, kann es vorkommen, daß der Schmieröldruck einige Sekunden lang, beispielsweise 1 bis 2 Sekunden oder auch nur einen Bruchteil dieser Zeitspanne, unter den Verriegelungswert abfällt und deshalb die Maschine stehen bleibt.

Bei dem gegenwärtigen Stand der Technik wird die Regelung der Maschine, d. h. das Anlassen, Abstellen, die Belastungsänderung u. dgl. sowie der Schutz der Maschine durch Verwendung von Elementen hydraulischen Charakters realisiert. Zu diesem Zweck werden Hilfsleistungen in Anspruch genommen, beispielsweise die Versorgung mit Schmieröl, Sperröl, Regelöl u. dgl., um beispielsweise die rotierenden Teile der Maschinen auf ihre axiale Verschiebung hin zu überwachen. Als Überwachungsmittel dienen zu diesem Zweck Druckschalter, Standfühler, Verschiebungsfühler u. dgl. Die Maschineneinheiten sind mit Schutzvorrichtungen verschiedener Art versehen. Sowohl mechanisch wie auch technologisch kann eine unzulässige axiale Verschiebung der Maschine oder eine abrupte Bewegung derselben zu erheblichen Problemen führen. Die langsame, sich über Zeiträume von mehreren Wochen oder Monaten oder gar Jahren erstreckende axiale Verschiebung kann bei größeren Maschineneinheiten mit Hilfe von Meßinstrumenten ermittelt werden, die während der planmäßigen Maschinenwartung Auskunft über das vorhandene tote Spiel im Vergleich zu dem zulässigen Spiel geben oder andere Ursachen für eine solche axiale Verschiebung erkennen lassen. Auch die Bedienung und kontinuierliche Inbetriebhaltung des Zwangsschmiersystems der Turbokompressoren sowie das Weiterleiten der Signale auf hydraulischem Wege können Fehlerquellen sein, die sich nur schwer eliminieren lassen.

Der druckseitige Öldruck der die Zwangsumwälzung des Öls bewirkenden sogenannten Hauptpumpe, die im allgemeinen einen anderen Antrieb aufweist als die Hilfspumpe, und der Öldruck, der beim Ausfall der Hauptpumpe gewöhnlich automatisch eingeschalteten Hilfspumpe weichen vom druckseitigen Druck der abgestellten Hauptpumpe ab. Beim Ausfall der sich in Betrieb befindlichen Hauptpumpe kann es auch beim vorschriftsmäßigen Einschalten der Reserveeinheit vorkommen, daß der erzeugte Öldruck niedriger ist als derjenige der Hauptpumpe. In diesem Fall sind die einzelnen, die Ölversorgung sicherstellenden Einheiten, beispielsweise die das Schmierölniveau regelnden und/oder den Ölstand im Behälter steuernden Ventile nicht in der Lage, eine schnelle Nachstellung vorzunehmen. So konnte es bisher vorkommen, daß die Werte des Schmierölniveaus und/oder des Ölstands im Sperrölbehälter einige Sekunden lang unter den Pegel fallen, der beim Abstellen der Maschine vorhanden ist.

Die Ursachen für die Verschiebung der Öldruckwerte zwischen Hauptpumpe und Hilfspumpe sind vielfältiger Natur, wie im folgenden kurz erläutert.

Die Öltemperatur im Gehäuse der ausgeschalteten Hilfspumpe kann niedriger sein als die im Zwangsschmierungskreis der Hauptpumpe herrschende Temperatur. Ferner können im Gehäuse der Hilfspumpe oder in ihrem Leitungssystem Luft- oder Gasblasen vorhanden sein. Des weiteren kann die Ursache eine nicht vollständige Entlüftung oder Entgasung beim Austausch des Ölkühlers und/oder des Filters sein. Schließlich können die auf den Schmieröldruck ansprechenden Schalter aufgrund von Ölverunreinigungen oder von Auftreten von Luftblasen fehlerhaft arbeiten.

Bis zum Anlauf der Hilfsölpumpe bzw. bis zur Sicherstellung des erforderlichen Öldrucks können beim Ausfall der Hauptpumpe 1 bis 2 Sekunden vergehen, die aber ausreichen, um den Öldruck auf einen Minimalwert zu senken und über den Öldruckminimum-Verriegelungsschalter die Maschine stillzusetzen, wodurch in aller Regel andere Funktionen des Systems, in das die Maschine integriert ist, beeinflußt werden und dann möglicherweise auch ein Produktionsausfall stattfindet. Als weiteres Beispiel für die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darauf verwiesen, daß das Sperren der Stopfbuchsen der zur Druckerhöhung von brennbaren Gasen verwendeten Turbokompressoren durch Sperrölsysteme sichergestellt wird. Der sich in einem solchen System befindende Sperrölbehälter ist mit Minimum- und Maximumstandschiebern versehen. Die an der Gasseite der Turbokompressoren auftretenden Druckschwankungen wirken sich grundsätzlich auf die Niveauregelung in den Sperrölbehältern aus. Eine sprunghafte Druckerhöhung in dem in Richtung der Maschineneinheit strömenden Gasstrom kann die Abnahme des Ölstandes im Sperrölbehälter bewirken, während ein Druckabfall zu einer Füllstanderhöhung führt. Das zur Regelung des Ölstands dienende System ist nicht imstande, der plötzlichen Änderung des Füllstands im Behälter zu folgen, so daß der Füllstand im Behälter schwingt. In Abhängigkeit vom Ausmaß sowie von der Dauer der Änderung des Gasdrucks kann die Amplitude der "Ölstandsschwankung" einen so hohen Wert erreichen, daß sie den Wert, auf den die Minimum- bzw. Maximumstandschieber eingestellt worden sind, überschreitet, wodurch der Turbokompressor stillgesetzt wird.

Aufgrund langjähriger Betriebserfahrungen, Beobachtungen und Versuche wurde erkannt, daß bei der Mehrheit der oben beschriebenen Ereignisse der Maschinenstillstand und die damit verbundenen Schäden vermieden werden können, wenn, dem Vorschlag der Erfindung folgend, in das übliche Verriegelungssystem Relais mit selektiver Zeitverzögerung eingebaut werden, wodurch der Weiterbetrieb gewährleistet wird, ohne daß dadurch die Betriebssicherheit sinkt.

Das mit Relais mit selektiver Zeitverzögerung ausgestattete Verriegelungssystem kann insbesondere bei solchen Hochleistungs-Turbokompressoren Verwendung finden, die bei in einer Fertigungsstraße vor sich gehenden technischen Prozessen, beispielsweise der Ammoniaksynthese, verwendet werden oder bei hintereinander ohne Reserve arbeitenden Maschineneinheiten oder bei technischen Prozessen, bei denen bei minutenlangem Ausfall einer Maschineneinheit zahlreiche Maschinen und Einrichtungen zum Stillstand kommen, wodurch ein langdauernder Produktionsausfall bewirkt wird.

Die Wahl der an den Relais mit selektiver Zeitverzögerung eingestellten bzw. einstellbaren Zeitintervalle findet in den verschiedenen Fällen auf unterschiedliche Weise statt. Die für die Relais gewählte Zeitdauer ist bei allen Verriegelungswerten Erfahrungstatsache. An dem selektiv eingestellten Verzögerungsrelais kann die "Zeitverschiebung" bei einer gegebenen Charakteristik, also einem gegebenen Verriegelungswert, in Abhängigkeit vom Maschinentyp, der Baugröße u. dgl. innerhalb eines engen Zeitintervalls vorgeschrieben werden. Die Wahl der Einstellung zwischen dem unteren und dem oberen Grenzwert dieses Zeitintervalls ist sehr wichtig, da bei einer Zeiteinstellung unter dem unteren Grenzwert sich die Wahrscheinlichkeit der Betriebsfähigkeit vermindert, während bei einer Zeiteinstellung über dem oberen Grenzwert das Schutzsystem der Maschine die Betriebsbedingungen sich von den technisch noch vertretbaren Zuständen entfernen läßt. Selbstverständlich können auch die über und unter dem genannten Intervall liegenden Werte bei gewissen Anlagen die Betriebssicherheit erhöhen, jedoch setzt die Einstellung über und unter dem Grenzwert die Wirksamkeit weitgehend in Frage und bietet Schutz nur auf einem niedrigeren Niveau.

Die von den an den Relais eingestellten vorgeschlagenen Zeitintervallen ausgeübte Wirkung wird an verschiedenen Beispielen im folgenden erläutert.

Bei dem die axiale Verschiebung der Maschineneinheiten in gewissen Grenzen haltenden Schutzsystem, das Verriegelungssystem genannt wird, beträgt die an den einbaubaren Zeitverzögerungsrelais einstellbare Zeit in Abhängigkeit vom Maschinentyp 1 bis 4 Sekunden. Das enge Zeitintervall siebt die sich aus den momentanen Störungen, die durch Fehlersignale gemeldet werden, ergebenden Stillstände aus und bietet gleichzeitig im Hinblick auf den möglichen Verschleiß der Stützlager einen noch sicheren Schutz, und zwar auch bei einer tatsächlichen axialen Verschiebung. Weicht man jedoch von dem Zeitintervall ab, wobei der eingestellte Wert unter 1 Sekunde liegt, so wird die Möglichkeit der Eliminierung des momentanen Fehlers beseitigt. Andererseits wird, wenn der eingestellte Wert über 4 Sekunden liegt, die Maschineneinheit der Gefahr der Zerstörung ausgesetzt. Die axiale Verschiebung wird bei Turbokompressoren mit hydraulischen oder pneumatischen Meßinstrumenten gemessen. Diese Instrumente stellen bei einem vorgegebenen Öldruck oder pneumatischen Druck, der der axialen Lage proportional ist, den Turbokompressor ab. In der Praxis ist schon oft vorgekommen, daß infolge einer geringen Vergasung des Öls, eines geringen Schwebestoffgehalts oder einer geringen Ansammlung von Schmutzstoffen an den Elementen des pneumatischen Signalfördersystems ein Falschsignal erzeugt wurde und die Maschineneinheit stillsetzte. Eine durch ein Staubkörnchen oder ein Schwebeteilchen im Öl verursachte Signalverfälschung dauert oft nur einige Sekunden und wird dann erfindungsgemäß von dem auf 1-4 Sekunden eingestellten Zeitrelais ausgesiebt. Bei einer tatsächlichen axialen Verschiebung beeinflußt die Zeitverzögerung von 1-4 Sekunden die Betriebssicherheit der Maschineneinheit nicht. Die Wahl des Zeitwerts innerhalb des gegebenen Intervalls hängt von der Größe des zulässigen Spiels der axialen Bewegung ab, die beispielsweise bei einer aus einem Clark-Kompressor und einer Siemens-Turbine bestehenden Einheit, deren Drehzahl zwischen 8000 U/min und 10 000 U/min liegt, 2 Sekunden beträgt, dagegen in einem niedrigeren Drehzahlbereich oder bei Maschineneinheiten mit einem größeren zulässigen axialen Spiel 4 Sekunden beträgt.

Bei den brennbare Stoffe komprimierenden Turbokompressoren beträgt der Einstellwert des einzubauenden, auf selektive Zeitverzögerung einstellbaren Relais bei den Verriegelungen für den Minimum- und Maximumölstand des Sperrölbehälters 2 bis 6 Sekunden.

Innerhalb des angegebenen Intervalls eliminiert die gewählte Zeitverzögerung in Abhängigkeit vom Maschinentyp das durch die stoßartigen Änderungen des Gasdrucks hervorgerufene sofortige Abstellen der Maschine und die damit verbundenen Probleme. Die Zeitverzögerung bietet somit eine Möglichkeit zur optimalen Intervention in ein niveaugeregeltes System. Wird jedoch ein niedrigerer Wert als der vorgeschlagene eingestellt, so werden die Möglichkeiten der Beseitigung des Auftretens momentaner Störungen ausgeschlossen. Wird aber der obere Grenzwert überschritten, so besteht die Gefahr der Entleerung des Sperrölbehälters, wodurch Gas über die Stopfbuchse ausströmen kann.

Der in dem Gasraum des Behälters herrschende Druck stimmt mit dem Wert des Referenzdruckes überein, wobei dessen Größe dem Druck an der Saugseite des Turbokompressors proportional und ein wenig größer ist. Die plötzliche schnelle Änderung des Drucks an der Saugseite des Turbokompressors ruft eine Niveauschwankung im Sperrölbehälter hervor. Bei einer den Durchschnitt übertreffenden Amplitude stellt dann das Verriegelungssystem bei Erreichen des Maximum- oder Minimum-Füllstandes die Maschine ab.

Im folgenden wird ein erstes Beispiel angeführt.

Ein Druckerhöhungs-Turbokompressor für Erdgas, der in mehreren Stufen den Druck von 15 At auf 42 At erhöht, weist ein entsprechendes Wellen-Sperrölsystem auf. Die Stopfbuchsen an der Saug- bzw. Druckseite des Kompressors sind durch eine Ausgleichsleitung verbunden, so daß die Wellensperre gegenüber einem Gasdruck von 15 At gesichert werden muß. Der saugseitige Druck des Kompressors wird mit einem Ventil geregelt, während der druckseitige Druck durch die Änderung der Drehzahlen der antreibenden Turbine eingestellt wird. Das genannte Ventil glättet die Schwankungen des Erdgasdruckes im Netz und stellt einen Schattengasdruck auf der Saugseite sicher.

Gleichwohl ist das Druckreglersystem auf der Saugseite der Maschine nicht in der Lage, rasche Druckänderungen im Netz schnell, d. h. innerhalb von Sekunden, zu kompensieren, weshalb die zunehmende oder abnehmende Tendenz des Druckimpulses auf der Saugseite den Sperrölbehälterstand in die entsprechende Richtung verschiebt. Gehen diese Änderungen zu rasch vor sich, wird die Schwingungsamplitude des Behälterstandes so groß, daß trotz der schnellen Dämpfung der Schwingung der Verriegelungswert erreicht wird und die Maschine dann unbeabsichtigt zum Stillstand kommt.

Bei der im obigen für das Beispiel 1 verwendeten Maschine siebt ein auf 6 Sekunden eingestelltes Zeitrelais das unbeabsichtigte oder unbegründete Abstellen der Maschine aus.

In einem anderen Fall wird an dem in dem Schmieröldruck- Schutzsystem der Maschineneinheiten angeordneten Zeitverzögerungsrelais ein Wert von 4-8 Sekunden eingestellt.

Die Ölschmierung der Turbokompressoren wird durch eine Zwangsumlaufschmierung realisiert. Die in diesem Umlaufschmierungssystem der Maschineneinheit entstehenden momentanen Störungen, die auf eine geringe Verunreinigung, auf die Schwingung des Regelventils u. dgl. zurückzuführen sind, können innerhalb der an dem Zeitrelais eingestellten Zeit aufhören. In diesem Falle kann dann die Maschine ohne Gefahr von Beschädigungen in Betrieb gehalten werden. Beim Überschreiten des an dem Zeitrelais eingestellten Wertes wird jedoch die Maschine abgestellt, so daß das Verriegelungssystem einem Schaden an den Lagern vorbeugt.

Wenn in Abhängigkeit vom Maschinentyp ein auf 4-8 Sekunden eingestelltes Zeitverzögerungsrelais verwendet wird, wird, wie in dem im folgenden beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel erläutert, ein Überschreiten des Verriegelungswertes nach unten, also bei einer Zeitspanne von weniger als 4 Sekunden, keine schädliche Wirkung auf die Maschineneinheit eintreten, wobei die Probleme, über die im folgenden berichtet wird, eliminiert werden.

Gemäß dem hier gewählten zweiten Beispiel wird bei einem mehrstufigen, mit einer Turbine angetriebenen Zentrifugalkompressor, der zwei Gehäuse aufweist, die Ölversorgung ebenfalls durch ein Zwangsumlaufschmiersystem sichergestellt. Der Turbokompressor komprimiert Synthesegas, wobei der Druck von 25 At auf 140 At erhöht wird. Das Zwangsumlaufschmiersystem weist im Hinblick auf die Pumpe, den Kühler und den Filter parallelgeschaltete Reserveeinheiten auf. Diese Einheiten werden in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen umgeschaltet. Das mit dieser Umlaufschmierung arbeitende System erfüllt drei Funktionen, nämlich die Ölversorgung für die hydraulische Regelung, die Ölversorgung für das Schmieren der Lager und Kupplung und die Ölversorgung der Wellensperre. Das System ist mit einem Verriegelungssystem ausgestattet, das die oben geschilderte Aufgabe hat, nämlich die Betriebssicherheit der Maschine zu gewährleisten und bei Überschreitung des sicheren Betriebszustandes die Maschine abzustellen.

Bei dem als Beispiel dienenden System trat in den folgenden Fällen ein unbegründeter Maschinenstillstand ein.

• a) Nach Ausfall der Hauptpumpe wurde die Reserve- oder Hilfspumpe sofort in Gang gesetzt, wobei jedoch die in dem Ölstrom vorhandenen Gasblasen nach Erreichen des Öldruckschalters die Maschine unbegründet zum Stillstand brachten.
• b) Nach dem Ausfall der Hauptpumpe wurde die Reservepumpe automatisch in Gang gesetzt. Da jedoch die Öltemperatur im Pumpengehäuse aufgrund einer zu geringen Ölströmung um 10-15°C niedriger als im Förderstrang der Hauptpumpe war, war der von der Hilfspumpe erzeugte Öldruck um beinahe 1 At niedriger als der Förderdruck der Hauptpumpe. Infolge plötzlichen Druckabfalls fiel der Druck nach dem Regelventil bis auf den Verriegelungswert ab, da das Regelventil die unerwartete Änderung nicht korrigieren konnte.

Durch Einsatz des Zeitverzögerungsrelais wird nun die Maschine in Betrieb gehalten, ohne daß die Betriebsstörungen gemäß a) und b) die Betriebssicherheit der Maschine beeinträchtigen.

Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, daß an dem Verzögerungsrelais in Abhängigkeit von der Bauart und Betriebsfunktion des Turbokompressors Zahlenwerte eingestellt werden sollten, die die folgenden zeitlichen Grenzen markieren:

1-4 Sek.für die axiale Wellenbewegung; 1-4 Sek.für den Ausgleichskolben des Kompressors bei einem hohen Differentialdruck; 2-6 Sek.beim Erreichen des Minimum- bzw. Maximumstandes im Sperrölbehälter; 4-8 Sek.bei einem zu niedrigen Schmieröldruck

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Verriegelungssystems für inerte Gase fördernde Zentrifugalkompressoren ist in Fig. 1 dargestellt.

Die in der Zeichnung verwendeten Bezeichnungen haben die folgende Bedeutung:

AX- Schalter für die axiale Wellenbewegung AONY- Schalter für den niedrigen Schmieröldruck R 1 und R 2- Einheiten für die Signalweiterleitung (Relais) VJ 1 und VJ 2- akustische und visuelle Alarmvorrichtungen IR 1 und IR 2- auf die Sekunde einstellbare Zeitrelais GR- die den turbinengetriebenen Kompressor abstellende Einheit

Sobald eine axiale Wellenbewegung erfolgt oder der Schmieröldruck zu niedrig ist, gibt der den Fehler wahrnehmende Schalter AX bzw. AONY ein Signal an das Relais R 1 und/oder R 2 ab. Danach betätigt das Relais R 1 und/oder R 2 über einen Kontakt ein akustisches und visuelles Signal auf einem Schaltpult, und über den anderen Kontakt werden die Zeitrelais IR 1 und/oder IR 2 betätigt. Nach dem Ablauf der eingestellten Sekunden stellt das Zeitrelais IR 1 und/oder IR 2 über die Abstelleinheit GR den Turbokompressor ab.

Der Aufbau des Verriegelungssystems für brennbare Gase fördernde Zentrifugalkompressoren ist in Fig. 2 dargestellt. Die Bedeutung der in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen ist folgende:

AX - Schalter für die axiale Wellenbewegung KDDNY - Differentialdruckschalter (Ausgleichskolben) AONY - Schalter für den niedrigen Schmieröldruck ZTSZ - Schalter für den Ölstand im Sperrölbehälter R 1, R 2, R 3, R 4- signalleitende Einheiten (Relais) VJ 1, VJ 2, VJ 3, VJ 4- akustische und visuelle Signale IR 1, IR 2, IR 3, IR 4- auf die Sekunde einstellbare Zeitrelais GR - Abstelleinheit für den turbinengetriebenen Kompressor

Wenn nun einer der Schalter AX, KDDNY, AONY und ZTSZ schaltet, gibt der den Fehler wahrnehmende Schalter ein Signal an eines der Relais R 1, R 2, R 3 und R 4 ab. Das das Signal erhaltende Relais betätigt dann über einen seiner Kontakte eines der akustisch-visuellen, eine Alarmvorrichtung darstellenden Signale VJ 1, VJ 2, VJ 3, VJ 4 auf dem Schaltpult. Über den anderen Kontakt wird das entsprechende Zeitrelais IR 1, IR 2, IR 3 oder IR 4 in Gang gesetzt. Nach dem Ablauf der eingestellten, in Sekunden bemessenen Zeit schaltet das betreffende Zeitrelais IR 1, IR 2, IR 3, IR 4 über die Abstelleinheit GR den Turbokompressor ab.

Der Aufbau des Verriegelungssystems für kaustische, reizende Gase fördernde Zentrifugalkompressoren ist in Fig. 3 dargestellt. Hier bedeuten die verwendeten Bezeichnungen:

AX - Schalter für die axiale Wellenbewegung ATONY - Schalter für den niedrigen Turbinenöldruck KDNY - Differentialdruckschalter für den niedrigen Druck des Kompressorschmieröls R 1, R 2, R 3- signalleitende Einheiten (Relais) VJ 1, VJ 2, VJ 3- akustisch-visuelle Signale IR 1, IR 2, IR 3- auf die Sekunde genau einstellbare Zeitrelais GR - Abstelleinheit für den Turbokompressor.

Sobald einer der Schalter AX, ATONY, KDNY schaltet, gibt der den Fehler wahrnehmende Schalter ein Signal an das jeweilige Relais R 1, R 2 oder R 3 ab. Das das Signal erhaltende Relais betätigt dann über den einen Kontakt das akustisch- visuelle Signal auf dem Schaltpult, während über den anderen Kontakt das entsprechende Zeitrelais IR 1, IR 2 oder IR 3 in Gang gesetzt wird. Nach dem Ablauf der eingestellten, in Sekunden bemessenen Zeit schaltet das betreffende Zeitrelais IR 1, IR 2 oder IR 3 über die Abstelleinheit GR den Turbokompressor ab.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei mit Turbinen angetriebenen Hochleistungs-Zentrifugal- Kompressoren, bei dem beim Erreichen der Verriegelungswerte der Turbokompressor-Einheiten die Maschineneinheit zu Schutzzwecken abgestellt wird und die sich aus dem Aufbau des Schutzsystems der Turbokompressor-Einheit ergebenden momentanen Störwirkungen durch selektive Zeitverzögerung der Abstellung ausgesiebt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung bei einer axialen Wellenbewegung auf 1 bis 4 Sekunden, bei Erreichen des Minium- und Maximum-Zustandes des Sperrölbehälters auf 2 bis 6 Sekunden und bei Erreichen des Schmierölmindestdruckes auf 4 bis 8 Sekunden eingestellt wird, wodurch momentane Störwirkungen, die eine geringere Zeitspanne dauern, als die Zeitverzögerung beträgt, nicht zu Abschaltungen der Maschine führen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung bei einem hohen Differenzdruck am Ausgleichskolben des Kompressors auf 1 bis 4 Sekunden eingestellt wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem oder mehreren die Störungen wahrnehmenden Schaltern, signalleitenden Relais, akustischen und visuellen Signalgebern sowie einer den Turbokompressor abstellenden Einheit, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem signalleitenden Relais (R 1 . . . R 4) und der den Turbokompressor abstellenden Einheit (GR) ein die zufällige Abstellung verhinderndes, auf die Sekunde genau selektiv einstellbares Zeitverzögerungsrelais (IR 1 . . . IR 4) geschaltet ist.