DE346942C

DE346942C - Process for the control of centrifugal compressors with variable speed and movable guide vanes

Info

Publication number: DE346942C
Application number: DE1919346942D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1919-02-13
Filing date: 1919-02-26
Publication date: 1922-01-11

Description

Verfahren zur Regelung von Kreiselverdichtern mit veränderlicher Drehzahl und beweglichen Leitschaufeln. Es ist bekannt, daß bei der graphischen Darstellung der Betriebsverhältnisse von Kreiselverdichtern in Druckvolumenkurven ähnliche Punkte (wie z. B. die Grenzpunkte des stationären Betriebes) bei Änderungen der Umdrehungszahl auf Parabeln sich bewegen, die ihren Scheitel in 0 haben. (Abb. z, gestrichelte Kurve.) A sei ein Betriebspunkt mit einer Tourenzahl ia auf der Gegendruckkurve 0A. Für eine Tourenzahl n' hat man den Betriebspunkt A' auf der gleichen Gegendruckkurve. Ist letztere eine Parabel durch 0, so wird A' ein ähnlicher Punkt zu A sein, beide werden z. B. den zu der entsprechenden Tourenzahl konespondierenden, maximalen Wirkungsgrad haben (y,_A und yiA auf die Wirkungsgradkurven 5,. und y'lA).Method for controlling centrifugal compressors with variable speed and movable guide vanes. It is known that when graphing points similar to the operating conditions of centrifugal compressors in pressure volume curves (such as the limit points of stationary operation) when the number of revolutions changes move on parabolas that have their vertex at 0. (Fig.z, dashed Curve.) A is an operating point with a number of revolutions in general on the back pressure curve 0A. For a number of revolutions n 'one has the operating point A' on the same back pressure curve. If the latter is a parabola through 0, then A 'will be a point similar to A, both of them are z. B. the conesponding to the corresponding number of revolutions, maximum efficiency have (y, _A and yiA on the efficiency curves 5,. and y'lA).

Es ergibt sich weiter aus dem Patent 337315, daß für eine gegebene Tourenzahl beim Schließen der Leitschaufelöffnungen die Druckvolumenkurven nach Abb. z von der Form z immer steiler nach den Kurven a, 3, .l usw. sich verändern. Dabei ändert sich der entsprechende Wirkungsgrad nach den Kurven v1, 3#.=, y3, y,,.It is further evident from the patent 337315 that for a given Number of revolutions when closing the guide vane openings according to the pressure volume curves Fig. Z of the shape z becomes more and more steep after the curves a, 3, .l etc. change. The corresponding efficiency changes according to the curves v1, 3 #. =, Y3, y ,,.

Ist die Gegendruckkurve die Parabel 0.4, so ist der maximale '\.#"irkungsgrad mit der Leitrad-Stellung i zu erreichen. Wenn dagegen die Gegendruckkurve die Parabel 0C ist, so ist der beste Wirkungsgrad mit der Leitschaufelstellung 3 zu erreichen. Mit Stellung Z wäre man schon in der Gegend der periodischen Förderung, auch, wenn die Förderung stabil wäre, könnte nur Y, erreicht werden bei Betriebspunkt C. :1lit Schaltung q. ergibt sich der Betriebspunkt C" tief auf dem fallenden Ast; der entsprechende Wirkungsgrad y,, wäre schlecht. Es folgt aus dem, daß zu jeder Gegendruckkurve eine gegebene Stellung der Leitschaufeln den maximal möglichen `Virkungsgrad gibt.If the back pressure curve is the parabola 0.4, the maximum efficiency can be achieved with the stator position i. If, on the other hand, the back pressure curve is the parabola 0C, the best efficiency can be achieved with the guide vane position 3. With position Z if one were already in the area of the periodic pumping, even if the pumping were stable, only Y, could be reached at operating point C .: 1lit circuit q., operating point C "results low on the falling branch; the corresponding efficiency y ,, would be bad. It follows from this that for each back pressure curve a given position of the guide vanes gives the maximum possible efficiency.

Insofern die Gegendruckkurven Parabeln durch 0 sind, bleibt diese unveränderte Stellung die beste auch bei veränderlicher Drehzahl, da die Gegendruckkurve gleichzeitig die Kurve ähnlicher Punkte ist.Insofar as the back pressure curves are parabolas through 0, this remains unchanged position the best even with variable speed, because the back pressure curve at the same time is the curve of similar points.

Für andere Fornzen der Gegendruckkurve bleibt die Wirkung dieselbe, aber es muß dann dafür gesorgt werden, daß die Stellung der Leitschaufeln nicht mehr von der Gegendruckkurve, sondern von den Parabeln ähnlicher Punkte abhängig gemacht wird.For other shapes of the back pressure curve the effect remains the same, but it must then be ensured that the position of the guide vanes does not depends more on the back pressure curve, but on the parabolas of similar points is made.

Das Wesen des vorliegenden Verfahrens besteht in dem Einstellen der Leitschaufeln nach 'der oben angegebenen Art. d. h. in der Weise, daß jeweils der bestmögliche Wirkungsgrad erzielt wird, welches auch die Tourenzahl sei.The essence of the present method consists in setting the Guide vanes according to the type indicated above. D. H. in such a way that each of the the best possible efficiency is achieved, whatever the number of revolutions.

Die Tourenzahl kann beispielsweise selbsttätig konstantem Volumen entsprechend eingestellt werden. (Abb. 3, Linie II-l%'). Betrachtet man die Gegendruckkurven 0 I, 0 1I und 0 11I, so sind für die Tourenzahl n z. B. die Betriebspunkte mit den jeweiligen besten Stel- Lungen der Leitschaufeln die Punkte D, E, :1. (Analog der Punkte d. B, (' der rlbb. z). Längs der Gegendruckkurve bleibt die Stellung der Leitschaufeln konstant. Wenn wir also die Tourenzahl auf konstantes Volumen einstellen, wie oben erwähnt, so werden die Betriebspunkte C, B, A sein, «wobei jeweils in D und C. in E und B, in A und A. die Leitschaufeln die gleichen Stellungen haben. Die Tourenzahl ist dann in A, B und C verschieden, und zwar bei C am kleinsten.The number of revolutions can, for example, be automatically set according to a constant volume. (Fig. 3, line II-l% '). If one considers the back pressure curves 0 I, 0 1I and 0 11I, then for the number of revolutions n z. B. the operating points with the respective best positions of the guide vanes the points D, E,: 1. (Analogous to points d. B, ('der rlbb. Z). The position of the guide vanes remains constant along the back pressure curve. So if we set the number of revolutions to constant volume, as mentioned above, the operating points will be C, B, A , «Where the guide vanes have the same positions in D and C. in E and B, in A and A. The number of revolutions is then different in A, B and C, and at C is lowest.

Abb. ¢ zeigt einen Apparat, der die Stellung der Diffusoren a in Abhängigkeit von den Parabeln I, II, III (Abb. 3) mittels eines Kraftkolbens b einstellt und längs einer Parabel konstant hält.Fig. ¢ shows an apparatus which the position of the diffusers a as a function of the parabolas I, II, III (Fig. 3) by means of a power piston b and keeps constant along a parabola.

Der Druck unter dem Kolben b wird eingestellt mit Hilfe der Lage des Offnungsschlitzes d; der dem Öldruck, der in c eintritt und in i durch eine Blende gedrosselt wird, Zutritt ins Freie gestattet oder denselben mehr oder weniger drosselt. Zu einer gegebenen Lage vom Schlitz d gehört ein gegebener Öldruck unter Kolben b und damit eine gewisse Lage dieses Kolbens sowie der Leitschaufeln. Die Lage von d wird eingestellt durch die Stange e, die unter dem gleichzeitigen Einfluß eines Volumenkolbens f und eines Druckkolbens g steht. In der Zuleitung in zu diesem ist eine Blende k als Drosselorgan eingefügt. Um den Druckkolben g führt ein Bypaß h, der für jede Lage des Kolbens verschiedene Weite aufweist. Für eine gegebene Höhe haben wir Gleichgewicht zwischen f und g; dieses Gleichgewicht bleibt erhalten längs einer Parabel durch U, da der Luftdruck sowohl auf den Kolben f als auch auf g mit dem Quadrat der geförderten Menge zunimmt (Proportionalitätsgesetz). rindert sich aber die Gegendruckkurve z. B. von I auf II (Abb. 3), so wird bei gleichem Volumen der Druck höher, die Spindel e bewegt sich nach oben. Bei dieser höheren Stellung des Kolbens ist der Raum des Bypasses k größer, und der Druck unter Kolben g wird weniger wirken wegen der Drosselung in k. Es ergibt sich daraus eine neue Gleichgewichtslage und eine andere Schlitzstellung d, also auch eine andere Stellung der Leitschaufeln. Durch passende Wahl der Schlitzform kann für jede Gegendruckkurve die richtige Leitschaufelstellung erreicht werden. L ist die Druckleitung des Kreiselverdichters, in die Verbindungsleitung zum Druckkolben g; n und o diejenigen zum Volumenkolben f, wobei je die Totalenergie und o die statische angibt.The pressure under the piston b is adjusted with the help of the position of the opening slot d; which allows the oil pressure, which enters c and is throttled in i by an orifice, access to the open air or throttles the same more or less. For a given position of the slot d, there is a given oil pressure under piston b and thus a certain position of this piston and the guide vanes. The position of d is set by the rod e, which is under the simultaneous influence of a volume piston f and a pressure piston g. In the supply line to this a diaphragm k is inserted as a throttle member. A bypass h, which has a different width for each position of the piston, leads around the pressure piston g. For a given height we have equilibrium between f and g; this equilibrium is maintained along a parabola through U, since the air pressure both on piston f and on g increases with the square of the amount delivered (law of proportionality). but the back pressure curve z. B. from I to II (Fig. 3), the pressure is higher for the same volume, the spindle e moves upwards. At this higher position of the piston, the space of the bypass k is larger, and the pressure under piston g will have less effect because of the throttling in k. This results in a new equilibrium position and a different slot position d, i.e. also a different position of the guide vanes. By choosing the right slot shape, the correct guide vane position can be achieved for each back pressure curve. L is the pressure line of the centrifugal compressor, in the connection line to the pressure piston g; n and o are those for the volume piston f, where the total energy and o the static energy.

Abb. 5 zeigt eine Einrichtung wie Abb. q. aber mit dem Unterschied, daß der Bypaß k und die Blende k ersetzt sind durch eine Feder P. Für eine gegebene Gegendruckparabel I (Abb. ,,) z. B. seien alle drei Kräfte, also Feder, Druck-und Volumenkolben im Gleich.gewicht. Für eine. andere Parabel ist z. B. bei gleichbleibendem Volumen der Druck unter dem Druckkolben höher (Parabel II), die Spindel a bewegt sich nach oben, die Federkraft aber wächst, und es gibt eine neue Gleichgewichtslage. Durch richtige Formgebung des Regulierschlitzes d kann auch bei dieser Einrichtung die gewünschte Lage der Leitschaufeln erzielt werden.Fig. 5 shows a device like Fig. Q. but with the difference that the bypass k and the diaphragm k are replaced by a spring P. For a given Back pressure parabola I (Fig. ,,) z. B. are all three forces, i.e. spring, pressure and Volume piston in equilibrium. For one. another parabola is z. B. with constant Volume of pressure under the plunger is higher (parabola II), the spindle a moves upwards, but the spring force increases and there is a new equilibrium position. Correct shaping of the regulating slot d can also be used with this device the desired position of the guide vanes can be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for regulating centrifugal compressors with variable speed and movable guide vanes, characterized in that the guide vanes are set for each operating point and at each speed so that the best efficiency of the centrifugal compressor associated with the relevant guide vane position is achieved.

2. The method according to claim i, thereby characterized that automatically for all operating points that are similar to parabolas Points are at speed changes, that position of the guide vanes is set remains that corresponds to the best possible efficiency of the centrifugal compressor. and that from parabola to parabola the position; of the guide vanes changes so that in all operating points with the lowest possible power consumption of the centrifugal compressor is being worked on.

3. The method of claim z, wherein the position of the guide vanes depends on that of a feedforward control, the latter under the simultaneous Influence of the final pressure and the delivery volume of the compressor is, thereby; elc indicates, that the pressure under the pressure piston of the door control on the one hand with the other Game of a bypass made dependent on the position of the pressure piston and one fixed orifice in the supply pipe, on the other hand by the size of the final pressure of the compressor is made so dependent that for each parabola there are similar points in the case of speed variations a certain lag (# of the feedforward control is effected. Method according to claim 3, characterized in that characterized in that, in addition to a volume piston and a pressure piston, a spring also acts, which is switched against the pressure piston, the bypass being used by the spring will.