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Regelungsverfahren für Kreiselverdichter mit Turbinenantrieb. Kreiselverdichter
haben bekanntlich die Eigenschaft, daß sie ohne besondere Hilfseinrichtungen bei
einem bestimmten Verdichtungsdruck in ihrer Fördermenge durch Verringerung der Umlaufzahl
nicht unter eine festliegende Mindestleistung heruntergeregelt werden können, ohne
daß ein Zustand rückweisen, mit gewaltsamen Erschütterungen verbundenen Abfallens
und Ansteigens des Luftdruckes, das- sogenannte Pumpen, eintritt. Das gebräuchlichste
Mittel zur Verhinderung des Pumpens ist bei Kreiselverdichtern mit Turbinenantrieb
ein Ventil; das vom Strome der geförderten Luft beeinflußt wird und bei einem Lufthedarf
des Netzes unterhalb der sogenannten Pumpgrenze einen so großen Teil der verdichteten
Luft ins Freie strömen läßt, daß die geförderte Gesamtmenge über der Pumpgrenze
liegt. Natürlich bringt die Verwendung dieses Abblasev entils einen um so größeren
Arbeitsverlust mit sich, j e tiefer der mittlere Luftbedarf unter der Pumpgrenze
liegt.
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Nun ist von Kreiselverdichtern mit Elektromotorantrieb, bei denen
die bei turbinenbetriebenen Verdichtern übliche Anpassung der Fördermenge an den
Bedarf durch Regelung der Umlaufzahl nicht ausführbar ist, ein Verfahren zur Verringerung
der Arbeitsverluste bekannt, bei dem zeitweilig nach dem Aufpumpen des Netzes bis
zu einem gewissen Überdruck selbsttätig ein Absperrglied in der Saugleitung des
Verdichters geschlossen und nach einem gewissen Rückgang des Netzdruckes wieder
geöffnet wird. Während des Abschlusses der Saugleitung geht der Druck .im Verdichter
und ebenfalls dessen Arbeitsbedarf sehr stark zurück, so daß diese Regelung, besonders
bei sehr kleinem Luftbedarf, gegenüber der Verwendung des Abblaseventils eine Arbeitsersparnis
bedeutet.
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Die Anwendung des gleichen Regelungsverfahrens bei Verdichtern mit
Turbinenantrieb begegnet aber gewissen Schwierigkeiten. Denn der, Kreiselverdichter
wird üblicherweise innerhalb seines Arbeitsgebietes durch eine vom Luftdruck des
Netzes abhängige Regelung beeinflußt, durch die bei fallendem Luftdruck die Zufuhr
des Kraftmittels zur Antriebsturbine und dadurch die Umlaufzahl, die Fördermenge
und der Druck gesteigert werden. Erst oberhalb des für. die Druckregelung vorbehaltenen
Bereiches der Umlaufzahl greift ein als Sicherheitsvorrichtung vorhandener Drehzahlregler
bekannter Bauart ein. Wird nun nach dem für Elektroverdichter üblichen Regelungsverfahren
die Saugleitung geschlossen, so sinkt nach dem oben Gesagten der Arbeitsverbrauch
des Verdichters auf einen kleinen Teilbetrag desselben bei mittlerer Belastung.
Infolgedessen wird seine Umlaufzahlrasch steigenund das ganzeDruckregulierbereich
durchlaufen bis zu derjenigen Grenze,
die durch den Drehzahlregler
gegeben ist. Nachdem der Netzdruck entsprechend gefallen ist, wird beim nunmehrigen
öffnen der Saugleitung und neu einsetzender Förderung die Umlaufzahl schnell so
weit fallen, bis der Verdichter unter dem Eindruck des Luftdruckreglers steht, der
die Umlaufzahl bei steigendem Netzdruck allmählich bis auf diejenige der Pumpgrenze
herunterregulieren wird. In diesem Augenblick erfolgt wieder der Abschluß des Saugschiebers
und das sprunghafte Ansteigen der Umlaufzahl.
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Daß dieses Betriebsverfahren nicht wünschenswert ist, liegt auf der
Hand. Denn einerseits -würde es bei .geringem Luftbedarf ein beständiges, ziemlich
gewaltsames Arbeiten der Reglerorgane bedingen, andererseits durch die Gewöhnung
an das immer wiederholte »Durchgehen« der Turbine innerhalb eines großen Drehzahlbereiches
die Aufmerksamkeit der Bedienungsmannschaft gegenüber einem etwa durch Versagen
der Regelungsorgane eintretenden wirklichen Durchgehen bedenklich schwächen.
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Die Vermeidung dieses plötzlichen Ansteigens der Drehzahl beim Abschluß
der Saugleitung ist daher Aufgabe des in vorliegender Erfindung festgelegten Regelungsverfahrens.
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Es ist dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der zum Abschluß
der Saugleitung dienenden Einrichtung die Zufuhr des KraftmitteIs zur Antriebsturbine
so weit vermindert wird, daß nur der bei geschlossener Saugleitung und der hierbei
verlangten Drehzahl vorhandene Arbeitsbedarf - des Verdichters gedeckt wird.
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In einfachster Weise kann dies dadurch geschehen, daß mit Hilfe einer
mit dem Abschlußgliede der Saugleitung in beliebiger Weise verbundenen Vorrichtung
das oder die Einlaßorgane der Turbine, unabhängig vom Luftdruckregler, so weit geschlossen
werden, daß die bei geschlossener Saugleitung und der verlangten Drehzahl erforderliche
Arbeitsleistung der Turbine gerade erreicht wird. Dies kann ohne besondere Hilfseinrichtungen
nur annähernd geschehen, da bei gleichbleibender Schlußlage der Einlaßorgane die
Arbeitsleistung noch! von der augenblicklichen Arbeitsfähigkeit des Kraftmittels,
bei Dampfturbinen also vom Druck und der Temperatur vor der Turbine, dem Gegendruck
hinter der Turbine abhängig ist. Da aber wenigstens bei Frischdampfturbinen die
Unterschiede in der' Arbeitsfähigkeit des Dampfes meist nicht sehr erheblich sind,
werden die bei einer gleichbleibenden Schlußlage derAbsperrventile - vielleicht
auch einer Nachstellbarkeit von Hand -eintretenden Drehzahlunterschiede nicht sehr
bedeutend sein. Insbesondere wird das Emporschnellen der Drehzahl vollständig verhindert,
wenn die Einstellung für die größte vorkommende Arbeitsfähigkeit des Kraftmittels
erfolgt; es wird dann nur ein gewisses Absinken der Drehzahl bei geringerer Arbeitsfähigkeit
eintreten, das aber ohne Bedenken ist.
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Eine beispielsweise Ausführungsform dieser Einrichtung ist schematisch
in Fig. i dargestellt.
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In dieser Fig. i ist i das Regelventil der Turbine, 2 der Kolben des
Luftdruckreglers, 3 der Gleitring auf der Muffe des Drehzahlreglers, q. eine Drosselklappe
in der Verdichtersaugleitung, 5 ein den Gleitring auf der Muffe des Drehzahlreglers
mit dem Steuerende des Luftdruckreglers verbindender Hebel, an dem mittels des Gelenkstückes
6 die Stange 7 des Regelventils aufgehängt ist. Am unteren Drehpunkt von 6 ist eine
Büchse 8 angelenkt, zwischen deren oberem Rande g und einem auf der Ventilstange
befestigten Federteller io eine Feder i i eingeschaltet ist. Dieselbe drückt unter
normalen Betriebsverhältnissen den Kopf 12 der Ventilstange 7 gegen den Boden 13
der Büchse 8, so daß sich die Verbindyng zwischen dem unteren Gelenkpunkt von 6
und der Ventilstange wie ein starres Glied verhält. Unter den Federteller io greift
der Kopf eines Winkelhebels 1q., dessen anderes Ende durch die Stange 15 mit einem
auf der Welle der Drosselklappe q. befestigten Hebel 16 in Verbindung steht. Wird
nun die Drosselklappe .¢ mit Hilfe einer nicht den Gegenstand dieser Erfindung bildenden
Vorrichtung geschlossen, so wird unabhängig von. der derzeitigen Stellung des Luftdruckreglers
das Regelventil der Turbine entgegen der Wirkung der Feder i i bis zu einer durch
die Konstruktion bedingten Grenze geschlossen, die bei normaler Arbeitsfähigkeit
des Kraftmittels der verlangten Drehzahl entspricht. Beim Öffnen der Drosselklappe
gibt der Hebel 14 das Absperrventil wieder frei, so daß der Luftdruckregler von
neuem eingreifen kann.
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Es ließe sich eine Vervollkommnung dieser Einrichtung denken dadurch,
daß der angedeutete teilweise Schluß _ der Einlaßorgane der Turbine außer von der
.Bewegung des Abschlußgliedes der Saugleitung auch von der Arbeitsfähigkeit des
Kraftmittels, bei Dampfturbinen also vor allem - vom Dampfdruck, sinngemäß beeinflußt
würde; doch würde dies einen übermäßigen Aufwand an Konstruktionsmitteln bedingen.
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Einfacher und in vollständig befriedigender Weise läßt sich die Aufgabe
lösen, indem dieser teilweise Schluß der Einlaßorgane der Turbine herbeigeführt
wird durch einen von der Schlußstellung des Absperrgliedes der Saugleitung in seiner
Wirkung beeinflußten,
die verlangte Drehzahl aufrecht erhaltenden
Drehzahlregler. Es könnte hierfür ein besonderer Drehzahlregler verwendet werden,
der beim Schluß der Absperrglieder der Saugleitung zur Einwirkung auf die Einlaßorgane
der Turbine gebracht würde und ein Steigen der Umlaufzahl über sein Regelbereich
hinaus durch. Abschluß der Einlaßorgane verhinderte.
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Zweckmäßiger erscheint es, hierfür den in üblicher Weise vorhIndenen,
oberhalb des gewöhnlichen Arbeitsbereiches des Verdichters eingreifenden Drehzahlregler
zu verwenden, irdem derselbe in weiten Grenzen in seiner Umlaufzahl verstellbar
wird. Dieser Regler wird beim Abschluß der Saugleitung durch eine mit dem A.bschlußgliede
derselben in beliebiger Weise verbundene Vorrichtung derart verstellt, daß sein
Regelbereich stark nach unten verschoben wird, so daß er bereits bei der für den
Schlußzustand der Saugleitung vellangten.Drehzahl eingreift und eine Veränderung
derselben nur 'innerhalb seines unteren Regelbereiches gestattet. Er wird dementsprechend
beim Abschluß der Saugleitung die Einlaßorgane der Turbine, soweit nötig, schließen,
beim Öffnen der Saugleitung und dementsprechender wieder beginnender Förderung öffnen.
Zu Ende des Öffnungsvorganges der Saugleitung wird der Drehzahlregler wieder auf
sein oberes Regelbereich zurückgestellt, so daß die Turbine in normaler Weise wieder
vom Luftdruckregler beherrscht wird. Durch diese Einrichtung ist das Durchgehen
der Turbine beim Abschluß der Saugleitung und auch ein starkes Schwanken der Drehzahl
bei aufgehobener Luftförderung infolge wechselnder Arbeitsfähigkeit des Kraftmittels
sicher verhindert.
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Diese- Einrichtung ist in Fig. 2 beispielsweise in schematischer Art
dargestellt. Die Teile Nr. i bis 7, Nr. 14, 15 und 16 entsprechen denen der F ig.
i. Die Verbindung des Gelenkstückes 6 mit der, Ventilstange 7 ist aber hier unmittelbar
durch einen Gelenkbolzen 8 ausgeführt. Der Hebel 5 trägt an seinem freien, jenseits
des Drehzahlreglers liegenden Ende in einer Pfanne 9 mittels der Schneide io und
der Hängestange i i ein Belastungsgewicht 1.2 für den Drehzahlregler, bei dessen
Einwirkung der Regler erst bei der oberhalb des gewöhnlichen Arbeitsbereiches liegenden
Sicherheitsgrenze ausschlägt und mittels des Hebels 5 das Ventil i entsprechend
schließt. Wird aber die Drosselklappe 4 geschlossen, so wird mittels der Übertragungsglieder
16, 15, 14 und 13 das Gewicht 12 von der Pfanne 9 abgehoben, der Drehzahlregler
ist entlastet; kommt bereits bei der für den Betrieb mit geschlossener Saugleitung
beabsichtigten niedrigen Drehzahl zum Ausschlag und verhindert ein weiteres Ansteigen
der Umlaufzahl. Umgekehrt wird beim Öffnen der Saugklappe 4 das Gewicht 12 wieder
aufgesetzt, der Drehzahlregler geht in seine untere Ruhelage und überläßt nunmehr
die Regelung allein wieder dem Druckluftregler, solange nicht die obere Grenzdrehzahl
erreicht ist.
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An Stelle eines in seiner Drehzahl verstellbaren Reglers kann auch
ein Regler mit so großem Drehzahlbereich verwendet werden, daß das ganze Arbeits-
und Sicherheitsbereich des Kreiselverdichters dadurch überdeckt wird. Das Übersetzungsverhältnis
zwischen dein Hub des Drehzahlreglers und dem des Einlaßorganes der Turbine ist
dabei so zu wählen, däß der vollständige Schluß dieses Einlaßorganes bereits bei
einem Ausschlag des Drehzahlreglers um einen entsprechenden Bruchteil seines Hubes
erfolgt. Es muß dann zur Erzielung der in vorliegender Erfindung beabsichtigten
Wirkung im normalen Betrieb ein entsprechend hoch gelegener Teil des Drehzahlbereiches
für die,Verstellung des Regelventils benutzt werden, während durch die Schlußbewegung
des Absperrgliedes der Saugleitung ein tief gelegener Teil des Drehzahlbereiches
für den Regelvorgang eingeschaltet wird.
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Diese Ausführungsform der Erfindung wird durch Fig. 3 in schematischer
Weise veranschaulicht. Die Teile Nr. i bis 7, Nr. 14, 15 und 16 entsprechen wieder
denen der Fig. i. Auf der Stange 7 des Regelventiles i ist ein Belastungsgewicht
9 angeordnet, welches das Ventil zu öffnen strebt. Der Hebel 5 ist nur mit dem Kopf
des Druckreglerkolbens 2 gelenkig verbunden, hat dagegen mit der Muffe des Drehzahlreglers
keine unmittelbare Verbindung. Solange der Drehzahlregler nicht eingreift, ruht
der Hebel 5 mit einem Ansatz i i auf einer festen Fläche 12, und wird während des
Arbeitens des Druckreglers durch das Gewicht 9 auf dieser Fläche festgehalten. Der
Hebel 14 hat keinen festen Drehpunkt, sondern stützt sich mit seinem mittleren Zapfen
auf die Muffe des Drehzahlreglers; an seinem rechten Ende greift, wie früher, die
Stange 15 als Verbindung mit dem Hebel 16 und der Drosselklappe 4 an.
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Ist die Drosselklappe geöffnet, so ist der Kopf 13 des Hebels 14 nach
abwärts. geschwungen, und zwar so erheblich, daß bei den niedrigeren Drehzahlen
des. Reglers und entsprechend tiefen Muffenstellungen das Ende i@o des Hebels 5
nicht berührt wird; der Hebel ruht also mit ii auf der Fläche i2 und steht nur unter
dem Einfluß des IDruckreglers. Erst bei einer entsprechend hohen Muffenlage wird
das Ende io von dem Hebelkopf 13 erfaßt und somit das- Absperrventil auch vom Drehzahlregler
beherrscht.
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Wird dagegen die Drosselklappe geschlossen,
so schwingt
der Kopf des Hebels 13
nach aufwärts, so daß das Hebelende io bereits bei
niedriger Muffenlage und entsprechend kleiner Drehzahl angehoben und das Abspzrrv
entil geschlossen wird.
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Das Wesen der Erfindung wird nicht dadurch geändert, daß statt der
beispielsweise dargestellten konstruktiven Mittel andere angewendet werden, insbesondere
statt der dargestellten direkten Regelung in üblicher Weise eine indirekte mittels
einer Hilfskraft benutzt wird. Ebenso fällt es unter diese Erfindung, wenn die in
vorstehendem gekennzeichneten Einrichtungen zur Aufrechterhaltung oder Begrenzung
der dem Abschluß der Saugleitung entsprechenden Drehzahl verwendet werden, um diese
Drehzahl um einen beliebigen Betrag herabzusetzen.