DE3343284C2

DE3343284C2 - Strömungsarbeitsmaschine

Info

Publication number: DE3343284C2
Application number: DE3343284A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Carolus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1983-11-30
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DE3343284A1

Abstract

Es handelt sich um eine Turbomaschine, deren Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie nicht mehr, wie bisher, durch die Gestalt der Turbomaschine und die Drehzahl des Laufrades festgelegt ist. Vielmehr wird eine zur Turbomaschine gehörende Regeleinrichtung, z. B. ein Drallapparat (7), eine Laufschaufelverstelleinrichtung oder eine Drossel aufgrund der Signale eines Meßwertaufnehmers (12) für den Druck oder Massenstrom bzw. Volumenstrom und eines Positionsgebers (11) für die augenblickliche Position der Regeleinrichtung laufend so von einer Steuereinheit (9) verstellt, daß die Turbomaschine eine in die Steuereinheit (9) eingegebene, frei gewählte Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie aufweist.

Description

a) es sind wenigstens zwei Analog-Digital-Wandler (13,14) vorgesehen, die die analogen Signale des Meßwertaufnehmers (12) und des Positionsgebers (11) jeweils in digitale Signale umwandeln,

b) den Analog-Digital-Wandlern (13, 14) nachgeschaltet ist ein Mikrorechner (15) mit mindestens einem Speicher, der aus den Signalen der beiden Analog-Digital-Wandler (13,14) anhand einer in den Speicher eingegebenen Kennlinie und dem abgespeicherten Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennfeld nach einem ebenfalls abgespeicherten Rechenprogramm ein Steuersignal errechnet,

c) eine nachfolgende Ansteuereinrichtung (16), die zur Ansteuerung der Steileinrichtung (10) dient

Die Erfindung betrifft eine Strömungsarbeitsmaschine mit frei wählbarer Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie, mit einem Gehäuse, das eine Eintrittsöffnung sowie eine Austrittsöffnung für das durchströmende Medium besitzt, einem motorisch angetriebenen Laufrad mit Laufschaufeln und einer mittels Stelleinrichtung verstellbaren mechanischen Regeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Strömungsarbeitsmaschinen finden in axialer und radialer Bauart z. B. Verwendung als Ventilatoren, Pumpen, Verdichter. Aufgabe einer Strömungsarbeitsmaschine ist es, einen bestimmten Massen- oder Volumenstrom eines Mediums durch eine Anlage gegen einen Druck zu fördern. Sowohl die Strömungsarbeitsmaschine als auch die Anlage weisen je eine Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie auf. Der sich einstellende Betriebspunkt des Gesamtsystems ist immer der Schnittpunkt beider Kennlinien. Ändert sich während des Betriebes die Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Anlage (z. B. durch öffnen oder Schließen eines Ventils), dann hängt das Betriebsverhalten des Gesamtsystems allein von der Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Strömungsarbeitsmaschine ab. Zur Erreichung eines gewünschten Betriebsverhaltens muß die Druck-Massenstrom- bzw. Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Strömungsarbeitsmaschine eine ganz bestimmte Form aufweisen.

Die Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie einer Strömungsarbeitsmaschine wird durch die Aerodynamik des Laufrades, des Gehäuses und der mechanischen Regeleinrichtung sowie durch die Laufraddrehzahl bestimmt Eine beliebige Änderung der Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Keunlinie ist bisher bei einer gegebenen Strömungsarbeitsmaschine nicht möglich. Eine Änderung der Laufraddrehzahl oder der Stellung der mechanischen Regeleinrichtung z. B. ergibt lediglich ein für die betreffende Strömungsarbeitsmaschine typisches Druck- Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennfeld mit einer Schar ähnlicher Kennlinien fest vorgegebener Form.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsarbeitsmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie frei gewählt werden kann, ohne daß die konstruktive Gestaltung der Strömungsarbeitsmaschine oder die Laufraddrehzahl geändert werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Strömungsarbeitsmaschine gemäß dem Patentanspruch. Der Einsatz von Analog-Digital-Wandlern ermöglicht die digitale Weiterverarbeitung der analogen Signale dts Meßwertaufnehmers und des Positionsgebers in einem Mikrorechner mit Speicher. Im Speicher des Mikrorechners ist neben dem für die jeweilige Strömungsarbeitsmaschine typischen Druck-Massenstrom- bzw. Druck-Volumenstrom-Kennlinienfeld ein Rechenprogramm abgespeichert, mit dem der Mikrorechner aus den Signalen des Meßwertaufnehmers und des Positionsgebers entsprechend der ebenfalls abgespeicherten, frei gewählten Kennlinie laufend ein Steuersignal errechnet, das über eine Ansteuereinrichtung und Stelleinrichtung die mechanische Regeleinrichtung so einstellt, daß die Strömungsarbeitsmaschine die frei gewählte Druck-Volumenstrom- oder Druck-Massenstrom-Kennlinie aufweist Der Einsatz eines Mikrorechners besitzt insbesondere Vorteile hinsichtlich Kosten und Flexibilität. Die Eingabe der gewählten Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie oder eine Anpassung an verschiedene Strömungsarbeitsmaschinen ist leicht und billig möglich.

Im Gegensatz zum Stand der Technik handelt es sich nicht um eine einfache Regelung des Drucks oder des Massen- bzw. Volumenstroms oder einer anderen Regelgröße. Vielmehr wird aufgrund der momentanen Signale des Meßwertaufnehmers und des Porütionsgebers für die Stellung der mechanischen Regeleinrichtung diese Regeleinrichtung laufend so eingestellt, daß sich alle resultierenden Betriebspunkte auf einer gewählten, in den Mikrorechner eingegebenen Kennlinie befinden.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Strömungsarbeitsmaschine ohne Änderung ihrer konstruktiven Gestaltung frei wählbare Kennlinien aufweist. Weiterhin ist nicht notwendig, die Drehzahl des Laufrades zu verändern, so daß als Antriebsaggregat der erfindungsgemäßen Strömungsarbeitsmaschine z. B. Asynchronmotoren ohne teure Getriebe eingesetzt werden können.

Als mechanische Regeleinrichtung, die mittels der Stelleinrichtung betätigt wird, kann ein in der Eintrittsöffnung des Gehäuses angebrachter Drallapparat Verwendung finden; auch eine mechanische Laufschaufelverstelleinrichtung zur Verstellung des Anstellwinkels der Laufschaufeln oder eine in der Eintritts- oder Austrittsöffnung des Gehäuses angebrachte, verstellbare Drossel kommen in Betracht.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeich-

nungen ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strömungsarbeitsmaschine mit Drallapparat und Druckmeßw ertgeber,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Strömungsarbeitsmaschine gemäß F i g. 1,

F i g. 3 schematisch vier frei gewählte Kennlinien im Druck-Volumenstrom-Kennlinienfeld der Strömungsarbeitsmaschine gemäß F i g. 1. iü

In Fig 1 ist eine radiale Strömungsarbeitsmaschine dargestellt, die ein Gehäuse 1 mit Eintrittsöffnung 2 und Austrittsöffnung 3, ein mit konstanter Drehzahl von einem Motor 4 angetriebenes Laufrad 5 mit Laufschaufein 6 sowie einen Drallapparat 7 mit Leitschaufeln 8, die durch ein Signal von der Steuereinheit 9 über die Stelleinrichtung 10 verstellt werden können, besitzt Die Position der Leitschaufeln 8 wird durch einen Positionsgeber 11, der Druck am Gehäuseaustritt durch einen Druckmeßwertgeber 12 registriert und laufend an die Steuereinheit 9 übermittelt. Gemäß Fig.2 besteht die Steuereinheit 9 aus zwei Analog- Digital-Wandlern 13, 14, einem Mikrorechner mit Speicher 15, z. B. einem handelsüblichen Einplatinenrechner, und einer Ansteuereinrichtung 16. Als Stelleneinrichtung 10 kann z. B. ein Elektromotor mit Getriebe zur Anwendung kommen; als Ansteuereinrichtung 16 ist dann eine entsprechende Motoransteuerung erforderlich, die die Rechnerausgangssignale in für die gewünschte Bewegung des Μο-tors nötige Signale umwandelt.

Jede Änderung des Signals des Druckmeßwertgebers 12 veranlaßt den Mikrorechner zu einem Rechenvorgang, der als Ergebnis unter Zuhilfenahme des abgespeicherten Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinienfeldes der Strömungsarbeitsmaschine, der eingegebenen, frei gewählten Kennlinie und der aktuellen Position des Drallapparates 7 der Ansteuereinrichtung 16 den Befehl zu einer Neueinstellung des Drallapparates so gibt, daß der neue Betriebspunkt des Gesamtsystems auf der gewählten Druck-Massenstrom- bzw. Druck-Volumenstrom-Kennlinie liegt.

In F i g. 3 sind das bei konstanter Drehzahl des Laufrades 5, aber mit verschiedenen konstanten Positionen des Drallapparates 7 erreichbare Druck-Volumenstrom-Kennlinienfeld mit der begrenzenden Kennlinie 17 sowie beispielhaft vier verschiedene, frei wählbare Druck-Volumenstrom-Kennlinien 18, 19, 20, 21 der erfindungsgemäßen Strömungsarbeitsmaschine dargestellt.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Strömungsarbeitsmaschine mit frei wählbarer Druck-Massenstrom- oder Druck-Volumenstrom-Kennlinie, mit einem Gehäuse, das eine Eintrittsöffnung sowie eine Austrittsöffnung für das durchströmende Medium besitzt, mit einem motorisch angetriebenen Laufrad mit Laufschaufeln und einer mittels Stelleinrichtung verstellbaren mechanischen Regeleinrichtung, mit wenigstens einem Meßwertaufnehmer im Bereich der Aufstrittsöffnung zur Erfassung des momentanen Drucks oder Massen- bzw. Volumenstroms des das Gehäuse durchströmenden Mediums sowie mit einem PositionsgeL^.\ der die jeweilige Stellung der mechanischen Regeleinrichtung aufnimmt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: