DE69618140T2

DE69618140T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Lastausgleichung zwischen mehreren Verdichtern

Info

Publication number: DE69618140T2
Application number: DE69618140T
Authority: DE
Inventors: Brett W. Batson; Saul Mirsky; Vadim Shapiro; Serge Staroselsky
Original assignee: Compressor Controls LLC
Current assignee: Compressor Controls LLC
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: HUP9602898A2; EA000267B1; CZ304696A3; CA2184130A1; NO963591D0; PL316607A1; HUP9602898A3; US5743715A; HRP960476A2; ATE211222T1; EA199600085A2; EP0769624B1; NO963591L; DE69618140D1; SK132996A3; EP0769624A1; UA41988C2; EA199600085A3; HU9602898D0; BG100922A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lastausgleich bei in Reihe geschalteten Turboverdichternetzwerken. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verteilen der von in Reihe liegenden Verdichter gemeinsam aufgenommenen Last, was eine aufwendige Rückführung verhindert, wenn es erforderlich wird, die Verdichter vor Pumpen zu schützen.

Stand der Technik

Wenn zwei oder mehr Verdichter in Reihe miteinander verbunden werden, kann der Schutz vor Pumpen und der Prozeßwirkungsgrad dadurch maximiert werden, dass sie im gleichen Abstand von ihren Pumpgrenzen betrieben werden, wenn sie nicht rückführen, und deren Rückführungsflußraten angeglichen werden, wenn sie es tun.
Herkömmliche Steuersysteme für Reihenverdichternetzwerke bestehen aus einer Hauptregelung, einer mit jedem Treiber verbundenen Lastaufnahmeregelung und einer Pumpgrenzregelung für jeden Verdichter. Ein derartiges System ist in dem Patent EP-A-576.238 offenbart. Es verwendet mehrere einander ergänzende Merkmale, um interaktiv einen gewünschten Druck oder eine Durchflußrate aufrechtzuerhalten, während gleichzeitig eine Beziehung zwischen den Verdichtern konstant gehalten wird und die Verdichter vom Pumpen geschützt werden. Ein derartiges Merkmal ist der Lastausgleich, der die Verdichter im gleichen Abstand vom Pumpen hält, um ein unnötiges Rückführen zu vermeiden.

Offenbarung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verteilen der in Reihennetzwerken angeordneten Verdichter wie beispielsweise Gastransport-(Pipeline-)Verdichter zu schaffen, welche die Eigenschaft haben, dass sich die Pumpparameter für alle Verdichter bei Geschwindigkeitsänderungen während des Ausgleichsvorgangs in der gleichen Richtung ändern. Allerdings haben viele Verdichtersysteme ähnliche Eigenschaften und können durch diese Vorgehensweise geregelt werden, welche die Bedeutung des Wirkungsgrades beim Vermeiden von Rückführen oder Auslaß von Gas bei der Pumpgrenzregelung wann immer möglich berücksichtigt. Die Erfindung gibt eine Lastausgleichstechnik an, um beim Ausgleich von Druckverhältnissen oder Rotationsgeschwindigkeiten ein Rückführen zu minimieren, das heißt andere Variablen als die Nähe zum Pumpen, wann immer ein Rückführen nicht unmittelbar bevorsteht, das heißt wenn der Verdichter nicht aufgrund der Nähe zu der Pumpregelungslinie durch Pumpen bedroht ist.
Die geregelte Variable ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, und Beispiele des beeinflußten Parameters sind die Rotationsgeschwindigkeit, die Einlaßführungsschaufeln und Ansaugdrosselventile. Für die vorliegende Technik wird das Verdichterdiagramm wie in Fig. 1 dargestellt in drei Bereiche sowie einem schmalen Übergangsbereich aufgeteilt.
Bereich 1: Wenn der Verdichter nicht aufgrund der Nähe zu der Pumpregelungslinie durch Pumpen bedroht ist, können Werte wie ein Druckverhältnis, die Rotationsgeschwindigkeit oder Arbeitsleistung in einer vorbestimmten Art und Weise zwischen dem Reihennetzwerk ausgeglichen werden.
Bereich 2: Falls sich der Arbeitspunkt eines Verdichters zu der Pumpregelungslinie bewegt, können alle Verdichter in einem gleichen Abstand von ihren jeweiligen Pumpregelungslinien gehalten werden, so dass hierdurch ein Rückführen verschoben wird, bis alle Verdichter in dem Netzwerk ihre Regelungslinien erreichen.
Bereich 3: An dem Punkt, bei dem alle Verdichter rückführen, ist es vorteilhaft, die Arbeitsleistung aller Verdichter so zu beeinflussen, dass sie alle in gleicher Art und Weise rückführen.
Übergangsbereich: Dieses zwischen den Bereichen 1 und 2 gelegene Gebiet dient dem gleitenden Übergang der Regelung zwischen den in diesen beiden Bereichen benutzten verschiedenen Prozeßvariablen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt ein Verdichterdiagramm mit drei Grenzen zwischen drei Bereichen sowie einem Übergangsbereich.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaubild, welches ein Reihenverdichternetzwerk und ein Regelungsschema darstellt.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaubild eines Regelungsschemas für ein Reihenverdichternetzwerk, welches in einer Lastaufnahmeregelung implementiert ist.
Fig. 4 zeigt einen Abtrag eines Parameters x gegen einen Parameter Smax.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaubild einer Lastaufnahmeregelung für in Reihe betriebene Turboverdichter.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Falls alle Verdichter "weit entfernt vom Pumpen" betrieben werden können, ist es ratsam, das Druckverhältnis über alle Verdichter in einer vorbestimmten Art und Weise zu verteilen. Ein derartiger Betrieb zum Maximieren des Wirkungsgrades kann ordnungsgemäß sein, wenn alle Verdichter durch Gasturbinen angetrieben sind.
Bei Reihenverdichternetzwerken werden sowohl ein hoher Wirkungsgrad als auch eine hohe Sicherheit durch behutsames Verteilen der von den Verdichtern gemeinsam aufgenommenen Last erreicht. Fig. 2 stellt eine derartige Netzwerkanordnung mit zwei in Reihe angeordneten Turboverdichtern 20 dar, die beide durch Dampfturbinen angetrieben sind. Jeder Verdichter umfaßt eine separate Regelungsanordnung mit Vorrichtungen zur Anzeige von Prozeßeingangssignalen wie beispielsweise ein Differentialdruck über eine Durchflußmeßvorrichtung 21 und über einen Verdichter 28, der Druck beim Ansaugen 22 und der Druck beim Auslaß 23. Das System weist weiterhin Meßumformer für die Rückführventilstempelstellung 24, die Ventileinlaßtemperatur 25, die Ansaugtemperatur 27, die Auslaßtemperatur 29 und Rotationsgeschwindigkeitsdaten 26 auf. Diese und weitere Signale stehen miteinander in Wechselbeziehung und werden als Ausgleichsparameter einer Lastaufnahmeregelung eingespeist.
Ein effizienter Betrieb erfordert es, dass ein Rückführen oder ein Auslaß von Gas für eine Pumpgrenzregelung wann immer möglich vermieden wird (während weiterhin die Sicherheit gewährleistet wird). Es ist möglich, eine Betriebskontrolle so durchzuführen, dass das Rückführen minimiert wird, was bedeutet, dass es wann immer möglich vermieden wird, und ein exzessives Rückführen verhindert wird, wenn es notwendig ist, die Verdichter zu schützen. Diese Art der Betriebskontrolle beinhaltet, die Verdichter im gleichen Abstand vom Pumpen zu halten, wenn deren Betrieb sich dem Pumpbereich annähert. Eine Lastausgleichstechnik ist in diesem Abschritt beschrieben und in Fig. 1 als drei Grenzen zwischen drei Bereichen und einem Übergangsbereich dargestellt.
Bereich 1 (weit entfernt vom Pumpen): Ein Abstand von der Pumpregelungslinie muß festgelegt werden, jenseits dem keine unmittelbare Gefahr des Pumpens besteht. Wenn die Betriebspunkte der Verdichter wenigstens soweit von ihren Pumpregelungslinien entfernt liegen, kann der Betrieb der Verdichter zum Ausgleich des Druckverhältnisses beeinflußt werden. Aus Gründen der Flexibilität wird eine Funktion des Druckverhältnisses f&sub2;(RC) zu Regelungszwecken bestimmt. Diese Funktion bringt den Wert des Ausgleichsparameters in diesem Bereich auf weniger als Eins und gestattet die Verbindung des Bereichs 1 mit dem Bereich 2 durch den Übergangsbereich.
Bereich 2 (in der Nähe zum Pumpen): Wenn der Verdichter nahe seiner Pumpregelungslinie ist, sollte ein Parameter bestimmt werden, der den Abstand jedes Verdichters von dieser Linie angibt. Dieser Parameter sollte für jeden Verdichter gleich gehalten werden. Ein möglicher Parameter wäre
mit
SS = Pumpparameter,
RC = Druckverhältnis über den Verdichter pd/pS,
pd = absoluter Druck am Auslaß,
pS = absoluter Druck beim Ansaugen,
qS = reduzierter Durchfluß an der Ansaugseite des Verdichters ,
Δpo,s = Durchflußmeßsignal beim Ansaugen.
Die Funktion f&sub1; gibt den Wert q²s an der Pumpgrenzlinie für den gegebenen Wert der unabhängigen Variable RC an. Somit geht SS an der Pumpgrenzlinie gegen Eins. Sie ist an der sicheren (rechten) Seite der Pumpgrenzlinie kleiner als Eins. Ein Sicherheitsabstand b wird zu SS addiert, um die Pumpregelungslinie S = SS + b zu bilden. Somit ist die Definition für den Abstand zwischen dem Betriebspunkt und der Pumpregelungslinie einfach δ = 1 - S, was einen Parameter beschreibt, der im sicheren Bereich (rechts von der Pumpregelungslinie) positiv und Null auf der Pumpregelungslinie ist.
Lastausgleich nahe der Pumpregelungslinie führt das Beeinflussen des Betriebs jedes Verdichters derart nach sich, dass die δ's aller Verdichter durch Verhältniskonstanten miteinander verbunden sind, welches ihnen gestattet, gleichzeitig gegen Null zu gehen. Somit wird kein Verdichter rückführen, bis alle rückführen müssen. Dies verbessert den energetischen Wirkungsgrad des Prozesses, da das Rückführen von Gas von einem Energieverbrauchsstandpunkt (aber nicht von einem Sicherheitsstandpunkt aus) betrachtet Verschwendung ist. Es gestattet weiterhin nicht, dass sich ein Verdichter in einer größeren Gefahr des Pumpensatz als andere befindet, so dass sie sich die "Gefahrenlast" ebenfalls teilen.
Bereich 3 (beim Rückführen): Falls zur Sicherheit der Maschinen ein Rückführen erforderlich ist, muß eine andere Beschränkung aufgenommen werden, um eine eindeutige Betriebsbedingung zu erhalten. Für den Ausgleichsparameter wird definiert
mit
Sp = Ausgleichsparameter,
mV = relative Massendurchflußrate durch das Rückführventil,
CV = Ventildurchflußkoeffizient fv(v),
v = Ventilstempelstellung,
p&sub1; = Druck des in das Ventil eintretenden Gases,
T&sub1; = Temperatur des in das Ventil eintretenden Gases,
Ca = Konstante,
RC,V = Druckverhältnis über das Ventil.
Der Parameter Sp ist identisch zu S. wenn das Rückführventil geschlossen ist ( V = 0), so dass er auch im Bereich 2 verwendet werden kann. Jedoch nimmt im Gegensatz zu S Sp auf mehr als Eins zu, wenn der Betriebspunkt auf der Pumpregelungslinie und das Rückführventil offen ist. Somit führt der Ausgleich von Sp zu einem eindeutigen Betrieb für beliebige Bedingungen.
Um Sp flexibler zu gestalten, kann eine Proportionalitätskonstante β wie folgt
S = [1 - β(1 - S)][1 + V]
aufgenommen werden. Auf diese Weise kann der Ausgleich individuell gestaltet werden, so dass alle Verdichter gleichzeitig an ihren Pumpregelungslinien ankommen.
Ein Blockschaubild zur Berechnung des Ausgleichsparameters S ist in Fig. 3 dargestellt, bei dem Meßumformerdaten von einem Hochdruckverdichter (in Fig. 1 dargestellt) zum Bestimmen von S als ein Eingangssignal für eine Lastaufnahmeregelung über Berechnung bestimmt wird. In der Figur berechnet ein Modul 30 das Druckverhältnis (RC) welches sowohl für den Verdichter als auch das Rückführventil als ausreichend genau angenommen wird. Ein weiteres Modul 31 berechnet den reduzierten Durchfluß durch den Verdichter (q ), während zwei Funktionsbestimmungseinheiten 32, 33 das Druckverhältnis [f&sub1;(RC), f&sub3;(RC)] angeben.
Ein Multiplikationsglied 34 bestimmt den relativen Rückführmassendurchfluß ( V) aus der Funktion des Druckverhältnisses [f&sub3;(RC)], dem absoluten Druck am Auslaß (pd,HP) 23 und mit den Daten sowohl von dem Meßumformer für die Rückführventilstempelstellung [fv(v)] 24 als auch den Temperaturmeßumformer (1/ ) 25. Der relative Rückführmassendurchfluß wird dann zu einer Konstante (1 + V) 35 addiert.
Ein Divisionsglied 36 ermittelt einen Pumpparameter (SS), auf den durch ein anderes Modul 37 eingewirkt wird, welches diesen Wert und einen Sicherheitsabstand (b) aufsummiert, um einen Pumpparameter (S) anzugeben. Nach einer Abfolge von Einwirkungen auf den Parameter S erzeugt ein Summiermodul 38 1 - β(1 - S), welches mit 1 + V multipliziert wird, wobei hierdurch der Ausgleichsparameter S 39 als Eingangssignal für eine Lastaufnahmeregelung 40 gebildet wird.
Aus der obigen Diskussion ergibt sich, dass bei geeigneter Wahl des Ausgleichsparameters in dem Rückführbereich (Bereich 3) der Übergang von dem Bereich 2 zu dem Bereich 3 (und wieder zurück) automatisch durchgeführt wird.
Um verschiedene Variablen auszugleichen, ist es erforderlich, den Sollwert und eine Prozeßvariable für die Regelungschleife als Funktion des Betriebspunktes auf dem Verdichterdiagramm festzulegen. Eine mögliche Art dies durchzuführen besteht darin, einen Parameter x so festzulegen, dass
mit
Smax = maximaler Wert von S (sehr nahe beim Pumpen) für jeden Verdichter in dem Netzwerk zu einer gegebenen Zeit,
S* = rechte Grenze des Übergangsbereichs,
Sδ = linke Grenze des Übergangsbereichs.
Ein Abtrag von x gegen Smax ist in Fig. 4 dargestellt. Es sei angemerkt, dass x für alle Verdichter gleich und unter Verwendung von Parametern berechnet ist, die sich für den Verdichter sehr nahe bei dessen Pumplinie ergeben. Nun kann ein Ausgleichsparameter B als eine Funktion von x gebildet werden:
(a) B = (1 - x)f&sub2;(RC) + x[1 - β(1 - S)][1 + V] = β&sub2; + β&sub1;S
und es ist einfach zu erkennen, dass
β&sub1; = x und β&sub2; = (1 - x)f&sub2;(RC).
Die Funktion des Druckverhältnisses f&sub2;(RC) in Gl. (a) sollte monoton und immer kleiner als Sδ sein, um sicherzustellen, dass auch B monoton ist.
Gl. (a) wird benutzt, um sowohl die Prozeßvariable als auch den Sollwert für jede Lastausgleichsregelung zu bestimmen. Für die Prozeßvariable wird der Wert S für den jeweiligen Verdichter benutzt, um B zu berechnen. Um den Sollwert zu berechnen, wird aus allen B's ein Mittelwert berechnet.
Fig. 5 zeigt die Verwendung von Gl. (a) in einem Blockschaubild der Lastaufnahmeregelung (in Fig. 3 dargestellt) für ein Netzwerk mit zwei Verdichtern, wobei die Ausgleichsparameter (S , S ) 50 durch ein Modul 52 beeinflußt werden, welches einen maximalen Wert von S (Smax) erzeugt, der zum Bestimmen eines Parameters (x) 53 verwendet wird. Zusätzlich tragen Druckverhältnisse (RC,1, RC,2) 51 zusammen mit den Ausgleichsparametern 50 und dem Parameter x 53 zum Berechnen von Prozeßvariablen (PV&sub1;, PV&sub2;) 54 und in diesem Zusammenhang zu einem Sollwert (SP) 55 bei. Ein weiteres Modul 56 berechnet dann den Fehler ( &sub1;, &sub2;), der zum Ableiten der Ausgangssignale 57, 58 benutzt wird, welche dann an die jeweiligen Verdichtergeschwindigkeitssteuerungen 59, 60 übermittelt werden.
Alternativen zu dem oben genannten Lastausgleichsalgorithmus werden durch Ausgleich von Parametern erzielt, die von dem Druckverhältnis verschieden sind. Beispiele derartiger Parameter sind die Rotationsgeschwindigkeit, die Arbeitsleistung und der Abstand zu Treibergrenzen wie Temperatur, Geschwindigkeit, Drehmoment und Arbeitsleistung. Andere Arten des Pumpparameters S können ebenfalls vorgesehen sein. Beispiele sind
S = Δpc/Δpo und S = f(hr)/q
mit
Δpc = über dem Verdichter auftretender Differentialdruck
hr = reduzierte Druckhöhe (RσC - 1)/σ
σ = (k - 1)/ηp k = log(Td/Ts)/log(Pd/Ps)
k = isentopischer Exponent
ηp = polytropischer Wirkungsgrad
Td = Auslaßtemperatur
Ts = Ansaugtemperatur
Pd = Auslaßdruck
PS = Ansaugdruck.
Ein Ausgleich während des Rückführens kann ohne die Berechnung des relativen Massendurchflusses durch die Rückführventile erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, auszugleichen, indem lediglich die Kombination einer Funktion des Druckverhältnisses f&sub3;(RC,v) und eine Funktion der Rückführventilstellung fv(v) oder sogar fv(v) allein verwendet wird. Weiterhin kann für verschiedene Temperaturen eine Kompensation vorgenommen werden. Diese Verfahren können auch bei parallel angeordneten Verdichtern angewendet werden.
Es versteht sich, dass viele Weiterbildungen und Abwandlungen unter Berücksichtigung der oben angegebenen Offenbarung bei der vorliegenden Erfindung möglich sind. Es versteht sich daher, dass innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Verdichtungssystems mit wenigstens zwei Verdichtern, wenigstens einem Treiber sowie einer Anzahl von Vorrichtungen zur Änderung der Betriebsweise der Verdichter, wobei das Verfahren die Schritte:

a) einen Pumpparameter S zu definieren, der einen Abstand zwischen einem Arbeitspunkt und einer Pumplinie für jeden Verdichter repräsentiert,

b) einen Wert S* des Pumpparameters für jeden Verdichter festzulegen,

c) die Betriebsweise der Verdichter so zu beeinflussen, dass alle Verdichter ihre Pumplinien gleichzeitig erreichen,

umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsweise der Verdichter beeinflusst wird, um eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern und/oder Treibern aufrechtzuerhalten, wenn die Arbeitspunkte aller Verdichter weiter als der festgelegte Wert S* vom Pumpen entfernt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt, einen Pumpparameter S festzulegen, die Schritte

a) des Bestimmens einer Pumpregelungslinie eines Verdichters im zweidimensionalen Raum,

b) des Bestimmens einer Funktion f&sub1;(·), die für einen gegebenen Wert einer Ordinatenvariablen einen Abszissenwert bei Pumpen liefert, und

c) des Berechnens eines Verhältnisses von f&sub1;(·) zum Abzissenwert unter Verwendung von tatsächlichen Werten der Abszissen- und Ordinatenvariablen umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Abzissenvariable ein reduzierter Durchfluss Δp&sub0;/p und die Ordinatenvariable ein Druckverhältnis RC ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Abzissenvariable ein reduzierter Durchfluss Δp&sub0;/p und die Ordinatenvariable eine reduzierte Druckhöhe hr = (RCσ - 1)/σ ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Abzissenvariable ein Differentialdruck Δp&sub0; über eine Durchflussmessvorrichtung und die Ordinatenvariable eine Druckdifferenz Δpc über den Verdichter ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt, eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern aufrechtzuerhalten, durch Anpassen der Funktionen des Druckverhältnisses RC ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem mit den Schritten

a) des Erfassens eines Drucks bei einem Ansaugen des Verdichters

b) des Erfassens eines Drucks bei einem Auslass des Verdichters

c) der Korrektur des Ansaugdrucks und des Auslassdrucks auf eine absolute Druckskala und

d) des Teilens des korrigierten Auslassdrucks durch den korrigierten Ansaugdruck, um das Druckverhältnis zu berechnen,

ein Druckverhältnis berechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt, eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern aufrechtzuerhalten, durch Abgleich der Leistungsfunktionen P ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Leistung durch Erfassen der Leistung durch eine Leistungsmessvorrichtung und Erzeugung eines zur Leistung proportionalen Leistungssignals bestimmt wird

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein zur Leistung proportionaler Wert berechnet wird durch die Schritte

a) des Erfassens eines zum Ansaugdruck ps proportionalen Wertes,

b) des Erfassens eines zur Ansaugtemperatur Ts proportionalen Wertes,

c) des Erfassens eines zum Aulassdruck pd proportionalen Wertes,

d) des Erfassens eines zur Auslasstemperatur Td proportionalen Wertes,

e) des Erfassens eines zum Differentialdruck Δp&sub0; über eine Durchflussmessvorrichtung proportionalen Wertes,

f) des Berechnens eines Wertes σ = log(Td/Ts)/ log(Pd/Ps),

g) des Bestimmens eines ersten Wertes dadurch, dass die zur Temperatur, zum Druck und zum Differentialdruck proportionalen Werte, alle entweder beim Ansaugen oder beim Auslass des benannten Verdichters genommen, miteinander multipliziert werden und aus dem Produkt die Quadratwurzel gezogen wird,

h) des Berechnens eines Druckverhältnisses RC durch Division des Auslassdrucks durch den Ansaugdruck,

i) des Berechnens einer reduzierten Druckhöhe hr durch Erheben des Druckverhältnisses zur Potenz zu a, Subtrahieren von eins und Dividieren der Differenz durch σ und

j) der Multiplikation des ersten Wertes mit der reduzierten Druckhöhe

berechnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt, eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Treibern aufrechtzuerhalten, durch Abgleich der Abstände der benannten Treiber von einer Grenze ausgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Grenze eine Temperaturgrenze eines Gasturbinentreibers ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Grenze eine Höchstgeschwindigkeitsgrenze des Treibers ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Grenze eine Mindestgeschwindigkeitsgrenze des Treibers ist.

15. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Grenze eine maximale Drehmomentgrenze des Treibers ist.

16. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Grenze eine maximale Leistungsgrenze des Treibers ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt, eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern aufrechtzuerhalten, durch Anpassen von Funktionen der Umlaufgeschwindigkeit N ausgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Umlaufgeschwindigkeit durch Erfassen der Umlaufgeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeitsmessvorrichtung und Erzeugen eines zur Geschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeitssignals bestimmt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verdichtungssystem auch eine Anzahl von Entlastungsorganen sowie eine Instrumentierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern aufrechtzuerhalten, ausgeführt wird durch

a) Berechnen eines Wertes von S für jeden Verdichter auf der Grundlage von Signalen von der Instrumentierung,

b) Bestimmen eines Höchstwertes Smax aller Werte von S für alle Verdichter,

c) Angabe eines Wertes Sδ des Pumpparameters, der für jeden Verdichter ebenso nahe wie oder näher als S* zum Pumpen liegt,

d) Bestimmen einer Funktion f&sub2;(·) des Druckverhältnisses RC für jeden Verdichter,

e) Berechnen eines Wertes für das Druckverhältnis RC für jeden Verdichter,

f) Berechnen eines Wertes eines Skalierungsfaktor x (0 ≤ x ≤ 1),

g) Berechnen eines Wertes, der eine Funktion fv(v) eines Zustandes der Entlastungsorgane ist,

h) Berechnen eines Wertes des Ausgleichsparameters β = (1 - x)f&sub2;(RC) + x[1 - β(1 - S)][1 + fv(v)] für jeden Verdichter,

i) Bestimmen eines Wertes eines Sollwertes für den Ausgleichsparameter für jeden Verdichter und

j) Beeinflussen der Arbeitsleistung der Verdichter, um für jeden Verdichter die Ausgleichsparameter mit dem Sollwert abzugleichen.

20. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verdichtungssystem weiter eine Anzahl von Entlastungsorganen sowie eine Instrumentierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern aufrechtzuerhalten, ausgeführt wird durch

b) Bestimmen eines Höchstwertes Smax aller Werte von S für alle Verdichter,

d) Bestimmen einer Funktion f&sub2;(·) der Leistung P für jeden Verdichter,

e) Berechnen eines Wertes für die Leistung P für jeden Verdichter,

f) Berechnen eines Wertes eines Skalierungsfaktors x (0 ≤ x ≤ 1),

h) Berechnen eines Wertes des Ausgleichsparameters B = (1 - x)f&sub2;(P) + x[1 - β(1 - S)][1 + fv(v)] für jeden Verdichter,

j) Beeinflussen der Arbeitsleistung der Verdichter, um die Ausgleichsparameter an den Sollwert für jeden Verdichter anzupassen.

21. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verdichtungssystem weiter eine Anzahl von Entlastungsorganen sowie eine Instrumentierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern aufrechtzuerhalten, ausgeführt wird durch

b) Bestimmen eines Höchstwertes Smax aller Werte von S für alle Verdichter,

d) Bestimmen einer Funktion f&sub2;(·) der Umlaufgeschwindigkeit N für jeden Verdichter,

e) Berechnen eines Wertes der Umlaufgeschwindigkeit N für jeden Verdichter,

f) Berechnen eines Wertes eines Skalierungsfaktors x (0 ≤ x ≤ 1)

g) Berechnen eines Wertes, der eine Funktion fv(v) des Zustandes der Entlastungsorgane ist,

h) Berechnen eines Wertes des Ausgleichsparameters B = (1 - x)f&sub2;(N) + x[1 - β(1 - S)][1 + fv(v)] für jeden Verdichter,

i) Bestimmen eines Wertes für einen Sollwert für den Ausgleichsparameter für jeden Verdichter und

22. Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, bei dem der Skalierungsfaktor mit x = min{1, max[0, (Smax - S*)/(Sδ - S*)]} berechnet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, bei dem v als ein von einem Pumpgrenzregler erhaltener Sollwert OUT für die Entlastungsorgane genommen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, bei dem die Funktion fv(·) auch eine Funktion eines Druckverhältnisses RC über den Verdichter ist.

25. Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, bei dem die Funktion fv(·) eine Funktion einer Massendurchflussrate durch die Entlastungsorgane ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Berechnung eines Wertes, der zu der Massenflussrate durch die Entlastungsorgane proportional ist, die Schritte:

a) des Bestimmens einer Funktion eines Sollwertes fs(OUT), die einen Durchflusskoeffizienten Cv der Entlastungsorgane bildet,

b) des Bestimmens einer Funktion des Druckverhältnisses über das Ventil entsprechend ISA oder entsprechend einem Ventilhersteller,

c) des Berechnens eines ersten Produktes durch Multiplizieren der Funktion des Sollwertes mit der Funktion des Druckverhältnisses

d) des Berechnens eines zweiten Produktes durch Multiplizieren des ersten Produktes mit einem absoluten Druck p&sub1; an einem Einlass zu dem Entlastungsorgan und

e) des Dividierens des zweiten Produktes durch eine Quadratwurzel einer absoluten Temperatur T&sub1; an dem Einlass zu den Entlastungsorganen

umfasst.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Funktion des Druckverhältnisses über das Ventil als

berechnet wird.

28. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der absolute Druck p&sub1; als konstant angenommen wird.

29. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die absolute Temperatur T&sub1; als konstant angenommen wird.

30. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Berechnung eines zu der Massenflussrate durch das Entlastungsorgan proportionalen Wertes die Schritte:

a) des Erfassens eines Differentialdruckes über eine Durchflussmessvorrichtung,

b) des Erfassens eines Druckes im Bereich der Durchflussmessvorrichtung,

c) des Erfassens einer Temperatur im Bereich der Durchflussmessvorrichtung,

d) des Berechnens eines Produktes durch Multiplikation der Werte des Differentialdruckes und des Druckes, und

e) des Dividierens des Produktes durch den Wert der Temperatur und Ziehen der Quadratwurzel aus der gesamten Grösse

umfaßt.

31. Vorrichtung zur Steuerung eines Verdichtungssystems mit wenigstens zwei Verdichtern, wenigstens einem Treiber sowie einer Anzahl von Vorrichtungen zur Änderung der Betriebsweise der Verdichter, wobei die Vorrichtung

a) Mittel zum Bestimmen eines Pumpparameters S, der einen Abstand zwischen einem Arbeitspunkt und einer Pumplinie für jeden Verdichter repräsentiert,

b) Mittel zum Bestimmen eines Wertes S* des Pumpparameters für jeden Verdichter,

c) Mittel zum Beeinflussen der Betriebsweise der Verdichter derart, dass alle Verdichter ihre Pumplinien gleichzeitig erreichen,

umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Beeinflussen der Betriebsweise der Verdichter umfasst, um eine vorbestimmte Beziehung zwischen allen Verdichtern und/oder Treibern aufrechtzuerhalten, wenn die Arbeitspunkte aller Verdichter weiter als der benannte spezifizierte Wert S* vom Pumpen entfernt sind.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Mittel zum Bestimmen eines Pumpparameters S

a) Mittel zum Bestimmen einer Pumpregelungslinie eines Verdichters im zweidimensionalen Raum,

b) Mittel zum Bestimmen einer Funktion f&sub1;(·), die für einen gegebenen Wert einer Ordinatenvariablen einen Abszissenwert beim Pumpen liefert, und

c) Mittel zum Berechnen eines Verhältnisses von f&sub1;(·) zum Abszissenwert unter Verwendung von laufenden Werten der Abszissen- und Ordinatenvariablen

umfassen.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der die Abzissenvariable ein reduzierter Durchfluss Δp&sub0;/p und die Ordinatenvariable ein Druckverhältnis RC ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der die Abszissenvariable ein reduzierter Durchfluss Δpo/p und die Ordinatenvariable eine reduzierte Druckhöhe hr = (RCσ - 1)/σ ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der die Abszissenvariable ein Differentialdruck Δpo über eine Durchflussmessvorrichtung und die Ordinatenvariable eine Druckdifferenz Δpc über den Verdichter ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen allen Verdichtern durch Anpassen der Funktionen des Druckverhältnisses RC gebildet sind.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, bei der ein Druckverhältnis durch

a) Mittel zum Erfassen eines Druckes bei einem Ansaugen des Verdichters,

b) Mittel zum Erfassen eines Druckes bei einem Auslass des Verdichters,

c) Mittel zum Korrigieren des Ansaugdruckes und des Auslassdruckes auf einer absoluten Druckskala und

d) Mittel zum Dividieren des korrigierten Auslassdruckes durch den Ansaugdruck, um das Druckverhältnis zu berechnen,

berechenbar ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Mittel zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Beziehung zwischen allen Verdichtern durch Anpassen der Funktionen der Leistung P gebildet sind.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der die Leistung durch Erfassen der Leistung durch eine Leistungsmessvorrichtung und Erzeugen eines zur Leistung proportionalen Leistungssignals bestimmbar ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der ein zur Leistung proportionaler Wert durch

a) Mittel zum Erfassen eines zum Ansaugdruck ps proportionalen Wertes,

b) Mittel zum Erfassen eines zur Ansaugtemperatur Ts proportionalen Wertes,

c) Mittel zum Erfassen eines zum Auslassdruck pd proportionalen Wertes,

d) Mittel zum Erfassen eines zur Auslasstemperatur Td proportionalen Wertes,

e) Mittel zum Erfassen eines zum Differentialdruck Δpo über eine Durchflussmessvorrichtung proportionalen Wertes,

f) Mittel zum Berechnen eines Wertes σ = log(Td/Ts)/ log(Pd/Ps)

g) Mittel zum Bestimmen eines zu einem Massendurchfluss proportionalen Wertes dadurch, dass die zur Temperatur, zum Druck und zum Differentialdruck proportionalen Werte, alle entweder beim Ansaugen oder beim Auslass des Verdichters genommen, miteinander multipliziert werden und aus dem Produkt die Quadratwurzel gezogen wird,

h) Mittel zum Berechnen eines Druckverhältnisses RC durch Dividieren des Auslassdruckes durch den Ansaugdruck,

i) Mittel zum Berechnen einer reduzierten Druckhöhe hr durch Erheben des Druckverhältnisses zur Potenz σ, Subtrahieren von eins und Dividieren der Differenz und

j) Mittel zum Multiplizieren des zum Massenfluss proportionalen Wertes mit der reduzierten Druckhöhe berechenbar ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen allen Treibern durch Anpassen der Abstände der Treiber zu einer Grenze gebildet sind.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der die Grenze eine Temperaturgrenze eines Gasturbinentreibers ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der die Grenze eine Höchstgeschwindigkeitsgrenze des Treibers ist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der die Grenze eine Mindestgeschwindigkeitsgrenze des Treibers ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der die Grenze eine maximale Drehmomentgrenze des Treibers ist.

46. Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der die Grenze eine maximale Leistungsgrenze des Treibers ist.

47. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen allen Verdichtern durch Anpassen der Funktionen der Umlaufgeschwindigkeit N gebildet sind.

48. Vorrichtung nach Anspruch 47, bei der die Umlaufgeschwindigkeit durch Erfassen der Umlaufgeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeitsmessvorrichtung und Erzeugen eines zur Geschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeitssignals bestimmbar ist

49. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Verdichtungssystem auch eine Anzahl von Entlastungsorganen sowie eine Instrumentierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen allen Verdichtern

a) Mittel zum Berechnen eines Wertes von S für jeden Verdichter auf der Grundlage von Signalen der Instrumentierung,

b) Mittel zum Bestimmen eines Höchstwertes Smax aller Werte von S für alle Verdichter,

c) Mittel zum Angeben eines Wertes Sδ des Pumpparameters, der für jeden Verdichter ebenso nahe wie oder näher als S* zum Pumpen liegt,

d) Mittel zum Bestimmen einer Funktion f&sub2;(·) des Druckverhältnisses RC für jeden Verdichter,

e) Mittel zum Bestimmen eines Wertes des Druckverhältnisses RC für jeden Verdichter,

f) Mittel zum Berechnen eines Wertes eines Skalierungsfaktors x (0 ≤ x ≤ 1),

g) Mittel zum Berechnen eines Wertes, der eine Funktion fv(v) eines Zustandes der Entlastungsorgane ist,

h) Mittel zum Berechnen eines Wertes des Ausgleichsparameters B = (1 - x)f&sub2;(RC) + x[1 - β(1 - S)][1 + fv(v)] für jeden Verdichter,

i) Mittel zum Bestimmen eines Wertes für einen Sollwert für den Ausgleichsparameter für jeden Verdichter und

j) Mittel zum Beeinflussen der Betriebsweise der Verdichter, um die Ausgleichsparameter an den Sollwert für jeden Verdichter anzupassen, umfassen.

50. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Verdichtungssystem auch eine Anzahl von Entlastungsorganen sowie eine Instrumentierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen allen Verdichtern

d) Mittel zum Bestimmen einer Funktion f&sub2;(·) der Leistung P für jeden Verdichter,

e) Mittel zum Berechnen eines Wertes der Leistung P für jeden Verdichter,

h) Mittel zum Berechnen eines Wertes des Ausgleichsparameters B = (1 - x)f&sub2;(P) + x[1 - β(1 - S)][1 + fv(v)] für jeden Verdichter,

j) Mittel zum Beeinflussen der Betriebsweise der Verdichter, um die Ausgleichsparameter an den Sollwert für jeden Verdichter anzupassen,

umfassen.

51. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Verdichtungssystem auch eine Anzahl von Entlastungsorganen sowie eine Instrumentierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen allen Verdichtern

d) Mittel zum Bestimmen einer Funktion f&sub2;(·) der Umlaufgeschwindigkeit N für jeden Verdichter,

e) Mittel zum Berechnen eines Wertes der Umlaufgeschwindigkeit N für jeden Verdichter,

h) Mittel zum Berechnen eines Wertes des Ausgleichsparameters B = (1 - x)f&sub2;(N) + x[1 - β(1 - S)][1 + fv(v)] für jeden Verdichter

i) Mittel zum Bestimmen eines Wertes für einen Sollwert für den Ausgleichsparameter für jeden Verdichter, und

umfassen.

52. Vorrichtung nach Anspruch 49, 50 oder 51, bei der der Skalierungsfaktor mit x = min{1, max[0, (Smax - S*)/(Sδ - S*)]} berechenbar ist.

53. Vorrichtung nach Anspruch 49, 50 oder 51, bei der v als ein von einem Pumpgrenzregler erhaltener Sollwert OUT für die Entlastungsorgane genommen wird.

54. Vorrichtung nach Anspruch 49, 50 oder 51, bei der die Funktion fv(·) auch eine Funktion eines Druckverhältnisses RC über den Verdichter ist.

55. Vorrichtung nach Anspruch 49, 50 oder 51, bei der die Funktion fv(·) eine Funktion einer Massendurchflussrate durch die Entlastungsorgane ist.

56. Vorrichtung nach Anspruch 55, bei der die Berechnung eines Wertes, der zu der Massendurchflussrate durch das Entlastungsorgan proportional ist,

a) Mittel zum Bestimmen einer Funktion f&sub5;(OUT) eines Sollwertes, die einen Durchflusskoeffizienten Cv der Entlastungsorgane bildet,

b) Mittel zum Bestimmen einer Funktion des Druckverhältnisses über das Ventil entsprechend ISA oder entsprechend einem Ventilhersteller

c) Mittel zum Berechnen eines ersten Produktes durch Multiplizieren der Funktion des Sollwerts mit der Funktion des Druckverhältnisses,

d) Mittel zum Berechnen eines zweiten Produktes durch Multiplizieren des ersten Produktes mit einem absoluten Druck p&sub1; an einem Einlass zu den Entlastungsorganen, und

e) Mittel zum Dividieren des zweiten Produktes durch eine Quadratwurzel aus einer absoluten Temperatur T&sub1; an dem Einlass zu den Entlastungsorganen

umfasst.

57. Vorrichtung nach Anspruch 56, bei der die Funktion des Druckverhältnisses über das Ventil mit

berechenbar ist.

58. Vorrichtung nach Anspruch 56, bei der der absolute Druck p&sub1; als konstant angenommen wird.

59. Vorrichtung nach Anspruch 56, bei der die absolute Temperatur T&sub1; als konstant angenommen wird.

60. Vorrichtung nach Anspruch 55, bei der die Berechnung eines zu der Massendurchflussrate durch die Entlastungsorgane proportionalen Wertes

a) Mittel zum Erfassen eines Differentialdruckes über eine Durchflussmessvorrichtung,

b) Mittel zum Erfassen eines Drucks im Bereich der Durchflussmessvorrichtung,

c) Mittel zum Erfassen einer Temperatur im Bereich der Durchflussmessvorrichtung,

d) Mittel zum Berechnen eines Produktes durch Multiplikation der Werte des Differentialdrucks und des Druck und

e) Mittel zum Dividieren des Produktes durch den Wert der Temperatur zum Ziehen der Quadratwurzel aus der gesamten Grösse

umfasst.