EP0230009A2 - Verfahren zum Regeln von Turbokompressoren zur Vermeidung des Pumpens - Google Patents

Verfahren zum Regeln von Turbokompressoren zur Vermeidung des Pumpens Download PDF

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EP0230009A2
EP0230009A2 EP86117635A EP86117635A EP0230009A2 EP 0230009 A2 EP0230009 A2 EP 0230009A2 EP 86117635 A EP86117635 A EP 86117635A EP 86117635 A EP86117635 A EP 86117635A EP 0230009 A2 EP0230009 A2 EP 0230009A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
surge
line
blow
pump
operating point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP86117635A
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English (en)
French (fr)
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EP0230009A3 (de
Inventor
Wilfried Dipl.-Ing. Blotenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Original Assignee
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAN Gutehoffnungshutte GmbH filed Critical MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Publication of EP0230009A2 publication Critical patent/EP0230009A2/de
Publication of EP0230009A3 publication Critical patent/EP0230009A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0284—Conjoint control of two or more different functions

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating turbo compressors to avoid pumping of the type specified in the preamble of claim 1.
  • pumps are referred to as a process in which the fluid flows suddenly or periodically from the pressure side to the suction side. Pumping occurs when the pressure ratio between the final and suction pressure is too high or when the throughput is too low.
  • a so-called surge limit line can be defined in the pressure-throughput map, which separates the stable working area from the unstable area in which pumps occur.
  • you enter in the map a blow-off line that runs parallel to the surge line at a safety distance. If the current operating point of the compressor approaches the blow-off line, a blow-off or blow-off valve branching off from the compressor outlet line is opened in order to lower the final pressure or increase the throughput.
  • a surge limit control of this type is known from the article by W. Blotenberg "Turbolog - The electronic control system for GHH turbomachinery" in news for mechanical engineering, issue 3, May 82 and from DE-AS 26 23 899 and US-PS 4 142 838 and 4,486,142.
  • the blow-off line may run too close to the surge limit line in later operation and the surge limit control may not respond in time to prevent the surge limit from being reached and the frequent occurrence of surge by opening the blow-off valve.
  • the invention has for its object a method of the type mentioned so that information about the actual course of the surge line can be obtained during operation and the blow-off line can be adapted accordingly.
  • the method according to the invention thus works on the principle that for every surge that occurs despite the surge limit control, the associated map coordinates are recorded and used as a criterion for the actual course of the surge limit line. If it is found that such a surge occurs at an operating point that is not on the originally measured surge line, a correspondingly new course of the surge line is defined and the course of the blow-off line is corrected accordingly.
  • This has the advantage that the course of the blow-off line is always adapted to the currently applicable surge limit line. It is therefore also possible to work with a relatively short safety distance between the blow-off line and the surge line.
  • the compressor throughput V is measured using a suitable measuring arrangement with the aid of the signal withdrawals 5, 7 and possibly also the suction pressure.
  • a pressure sensor 9 detects the final pressure at the compressor outlet. Via appropriate converters 11, 13 these actual values arrive at a computer 15 which displays these values, which represent the map coordinates of the working point in the compressor map determined by the throughput and final pressure (possibly also the final pressure / suction pressure ratio), or also their variation, compares a blow-off line 21 in the map with the curve stored in a memory 19. From the actual value for P, the computer 15 uses the blow-off line to determine a target value for V, which is compared in a difference element 14 with the actual value for V. The difference is input as a control signal to a controller 16, which generates a corresponding control signal for a relief valve 23 branching off from the compressor outlet.
  • a device for detecting pump surges is also provided.
  • Pump surges can be detected by monitoring the change in various operating variables such as, for example, the final pressure, the intake flow, the intake temperature, the power, the speed, the bearing temperature of the thrust bearing, the axial displacement of the impeller shaft, etc.
  • the surge is detected by monitoring the rate of change of the intake flow signal.
  • the flow on the blades of the compressor stops. There is a sudden reversal of the flow direction. This means that the intake flow rate is reduced within a very short time, much faster than the fastest flow rate change possible in the process.
  • the occurrence of such a rapid flow change can be deduced, for example, by differentiating or by comparing two signals that are at a fixed distance from one another in time.
  • the suction flow is determined either via the sensors 5, 7 or preferably, as shown, via a suitable flow measuring arrangement with the sensors 25 and 27 and the converter 29 which is independent of the flow measuring arrangement of the surge limit control and differentiated in the differentiator 31.
  • the value of the rate of change of the flow signal thus obtained is fed to the comparator 33, where the values are compared with predetermined limit values and, if the limit values are exceeded, a signal which indicates a surge is generated, which signal can be used via a line 35, for example for the rapid emergency opening of the relief valve 23.
  • the signal indicating the surge is also fed to the computer 15, where it compares the map coordinates V, P of the operating point that are currently present with the surge limit line 22 stored in the memory 19. If the position of this working point A differs e.g. By the abscissa value X from the originally specified surge line 22, the blow-off line 21 is also corrected accordingly, e.g. in the simplest case by the same distance X parallel to the right, so that you get a new blow-off line 21 'with a corresponding safety distance from the actual surge line.
  • the detection of the surge can also be made more reliable in that the map coordinates V, P of the operating point or their rate of change are also recorded in the computer 15 or by a differentiating element (not shown) and the correction of the surge limit line or blow-off line is only carried out, if, in addition to the surge signal detected by the arrangement described above, other criteria are met which allow a plausibility check to be carried out.
  • Such criteria are, for example, an increase in the intake temperature immediately before the first impeller, a change in the compressor end pressure signal or other variables (axial displacement of the shaft, bearing temperature of the thrust bearing, change in output or speed).
  • the correction of the surge limit line or blow-off line based on the surge pumps can also be refined.
  • the surge line can be laid as a polygon through the working points of several measured pressure surges.
  • the surge line runs in peaks.
  • the same result can be seen with errors in the measuring arrangement. It can therefore be determined in a further circuit whether the surge line contains individual outliers, e.g. the increases in the different sections of the polygon are compared. It is e.g. It is known that the surge limit becomes increasingly flat with increasing pressure conditions and increasing flow rates. If the comparison of the increases shows, for example, that the surge limit in a section becomes steeper again with increasing pressure, a correction is necessary. This can e.g. happen that the older of the two corner points is neglected and a new polygon is formed.
  • the circuit can work in such a way that only with changes or deviations of several percent, for example a plausibility check is carried out as described above. If the check of the surge line shows that the newly measured pump point is at the known surge line or even to the left of it, this is an indication that the set safety distance between the surge line and blow-off line is not sufficient. Otherwise the regulation would have prevented the surge. This can be caused, for example, by an incorrectly set surge limit controller or a blow-off valve that is too slow. In the event of such a fault, it is necessary to increase the safety distance. The best way to do this is to add a preset incremental value to the effective distance.
  • the measured surge limit can be graphically displayed on a plotter and that a new plot appears after each new surge.
  • all data can also be sent to a fault report printer or stored on a storage system (digital or analog).
  • Signaling for example in the form of an alarm message, should with each automatic change of a parameter.
  • Another possibility of the plausibility check is to change the rate of change of the working point e.g. monitor with a second limit.
  • a disconnected cable on a pressure transmitter leads e.g. to a very quick change in the operating point, which is still much faster than any real change in the process point during the surge.
  • Each time a signal indicating a pump surge occurs it can therefore be determined whether the rate of change of the operating point also corresponds to a pump behavior or whether a device fault is suspected.
  • a surge signal which is presumably due to a device fault, is of course not processed further.
  • An operating point change can e.g. can also be determined by observing the control difference of the surge limit controller.
  • the safety distance D between the surge line 22 and the blow-off line 21 is constant.
  • a timing element 39 is provided, which supplies pulses to the memory 19 (or to the computer 15) at time intervals during the operation of the compressor. These signals trigger a continuous reduction in the safety distance D in the memory 19, for as long as no pump surge occurs.
  • the blow-off line 21 is pushed ever closer to the applicable surge limit line 22, which means that the blow-off valve 23 continues to close.
  • the relief valve When operating in the delivery area of the compressor, the relief valve is closed and remains so. As the blow-off line approaches the surge limit line, however, the occurrence of a surge at the compressor operating point coming into the area of the blow-off line becomes more and more likely. If a surge occurs, not only is the course of the surge limit line checked and, if necessary, corrected on the basis of the working point coordinates recorded during the surge, but the safety distance D is also reset to a larger new value. This larger new value can be the earlier initial value.
  • the safety distance D is preferably set to a new value for each pump surge, which is calculated in relation to the actual value / setpoint value difference of the map coordinate V, ie the throughput on the suction side, which is present during the pump surge.
  • the new value of the safety distance D should be equal to or greater than this actual value / target value difference present at the moment of the pump surge.
  • the timing element 39 is supplied with the control difference signal from the subtraction element 14 via a line 41 or with the output signal of the controller 16 via a line 43. This makes it possible to activate the timer 39 only when the current operating point is on or to the left of the blow-off line 21 located. This is indicated by the fact that the control difference signal of the subtraction element 14 has a positive value and / or that the output signal of the controller 16 has a value which causes the relief valve 23 to open.
  • This arrangement has the effect that the safety distance D is only reduced if the compressor is operated in a work area in which a surge can also occur. It therefore makes sense to carry out the continuous reduction of the safety distance D controlled by the timing element 39 only during such operating states.
  • the timer can also be activated or deactivated by other criteria or by hand.
  • an arrangement can be implemented in which the timer 39 is activated only by an external command from the operating personnel. This makes it possible to regularly check the position of the surge limit.
  • the rate of change of the operating point coordinates in the computer 15 can also be used to correct the redefinition of the pump limit line 22 carried out with each surge. Due to the different inertia of the systems that record the operating point coordinates (e.g.
  • Digital arithmetic circuits have the disadvantage that they only interrogate the input variables cyclically and this results in a time delay which is shown as a measurement error when the operating point changes quickly.

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Abstract

Beim Regeln eines Turbokompressors zur Vermeidung des Pumpens wird einerseits durch laufende Überwachung der Arbeitspunktkoordinaten und Vergleich der Koordinaten mit einer Abblaselinie (21, 19) ein Regelsignal erzeugt, welches ein an den Kompressorausgang angeschlossenes Abblase- oder Umblaseventil (23) steuert. Andererseits wird beim Auftreten eines Pumpstoßes ein Signal erzeugt, welches z.B. das Schnellöffnen des Abblaseventils steuern kann. Erfindungsgemäß wird das beim Auftreten des Pumpstoßes erzeugte Signal auch dazu benutzt, um eine neue Festlegung der Abblaselinie (21, 21') bzw. der Pumpgrenzlinie (22) auszulösen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Turbo­kompressoren zur Vermeidung des Pumpens von der im Oberbe­griff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
  • Als Pumpen bezeichnet man bei Turbokompressoren einen Vor­gang, bei dem stoßartig oder periodisch Fördermedium von der Druckseite zur Saugseite zurückströmt. Pumpen tritt ein bei einem zu hohen Druckverhältnis zwischen End- und Ansaug­druck bzw. bei zu kleinem Durchsatz. Im Druck-Durchsatz­Kennfeld kann eine sogenannte Pumpgrenzlinie definiert wer­den, die den stabilen Arbeitsbereich vom instabilen Bereich, in welchem Pumpen auftritt, trennt. Um den Kompressor so zu regeln, daß Pumpen vermieden wird, gibt man im Kennfeld eine Abblaselinie vor, die in einem Sicherheitsabstand parallel zur Pumpgrenzlinie verläuft. Nähert sich der mo­mentane Arbeitspunkt des Kompressors der Abblaselinie, so wird ein von der Kompressorauslaßleitung abzweigendes Ab­blase- oder Umblaseventil geöffnet, um den Enddruck zu senken bzw. den Durchsatz zu steigern. Eine Pumpgrenzre­gelung dieser Art ist bekannt aus dem Aufsatz von W. Blo­tenberg "Turbolog - Das elektronische Regelsystem für GHH-Turbomaschinen" in Nachrichten für den Maschinenbau, Heft 3, Mai 82 sowie aus DE-AS 26 23 899 sowie US-PS 4 142 838 und 4 486 142.
  • Bisher wurde bei derartigen Pumpgrenzregelungen so vorge­gangen, daß die Pumpgrenzlinie des Kompressors bei der In­betriebnahme gemessen und basierend auf dieser Messung die Abblaselinie in einem vorgewählten Sicherheitsabstand zur Pumpgrenzlinie vorgegeben wird. Der Verlauf der Abblase­linie basiert somit auf dem bei der Abnahmevermessung ge­messenen Pumpgrenzlinienverlauf. In der Regel erfolgen jedoch Abnahmemessungen unter anderen Randbedingungen als der praktische Betrieb, z.B. hinsichtlich der Dynamik von Arbeitspunktverschiebungen im Kennfeld. Bei rascher Verschiebung des Ar­beitspunktes in Richtung auf den instabilen Bereich tritt bei manchen Kompressoren das Pumpen vorzeitiger ein als bei langsamer Änderung des Arbeitspunktes. Dies bedeutet, daß eine unter Abnahmebe­ dingungen bei langsamen Arbeitspunktänderungen gemessene Pumpgrenzlinie für den praktischen Betrieb zu weit links im Kennfeld liegen kann. Weiterhin kann sich die tatsächliche Pumpgrenzlinie mit zunehmender Betriebsdauer des Kompres­sors, z.B. durch Verschmutzung, durch Nullpunktverschie­bung eines Meßumformers oder Drift des Meßbereiches ändern. Auch unterschiedliche Zusammensetzungen des Fördermediums können sich auf die Lage der Pumpgrenzlinie auswirken.
  • Alle diese Unsicherheiten und Ungenauigkeiten müssen bei der Bestimmung des Sicherheitsabstandes zwischen der Ab­blaselinie und der Pumpgrenzlinie beachtet werden. Dies führt häufig zu einem unnötig großen Sicherheitsabstand, d.h. zu einem unnötig häufigen Ansprechen der Pumpgrenz­regelung und Öffnen des Abblaseventils, ohne daß Pumpge­fahr besteht. Hierdurch entstehen unerwünschte Abblasver­luste.
  • Wird andererseits der Sicherheitsabstand zu knapp bemes­sen, dann kann es im späteren Betrieb vorkommen, daß die Abblaselinie zu nahe an der Pumpgrenzlinie verläuft und die Pumpgrenzregelung nicht rechtzeitig anspricht, um durch Öffnen des Abblasventils das Erreichen der Pump­grenze und das häufige Auftreten von Pumpstößen zu ver­hindern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art so weiterzubilden, daß im laufenden Be­trieb Informationen über den tatsächlichen Verlauf der Pumpgrenzlinie gewonnen werden und die Abblaselinie ent­sprechend angepaßt werden kann.
  • Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte weitere Ausge­staltungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet somit nach dem Prin­zip, daß für jeden Pumpstoß, der trotz der Pumpgrenzrege­lung auftritt, die zugehörigen Kennfeldkoordinaten erfaßt und als Kriterium für den tatsächlichen Verlauf der Pump­grenzlinie herangezogen werden. Ergibt sich, daß ein sol­cher Pumpstoß bei einem Arbeitspunkt auftritt, der nicht auf der ursprünglich gemessenen Pumpgrenzlinie liegt, so wird ein entsprechend neuer Verlauf der Pumpgrenzlinie fest­gelegt und dementsprechend der Verlauf der Abblaselinie korrigiert. Man erzielt somit den Vorteil, daß der Verlauf der Abblaselinie stets an die aktuell geltende Pumpgrenz­linie angepaßt wird. Man kann somit auch mit einem relativ knapp bemessenen Sicherheitsabstand zwischen Abblaselinie und Pumpgrenzlinie arbeiten.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt schematisch und vereinfacht das Schema einer Einrichtung zur Pumpgrenzregelung eines Kompressors.
  • Im Ansaugstutzen 3 eines Kompressors 1 wird über eine ge­eignete Meßanordnung der Kompressordurchsatz V mit Hilfe der Signalentnahmen 5,7 und gegebenenfalls auch der Saug­druck gemessen. Ein Druckfühler 9 erfaßt den Enddruck am Kompressorauslaß. Über entsprechende Umformer 11,13 ge­langen diese Ist-Werte zu einem Rechner 15, der diese Werte, die die Kennfeldkoordinaten des Arbeitspunktes in dem durch Durchsatz und Enddruck (eventuell auch dem Enddruck/Saug­druck-Verhältnis) bestimmten Kompressorkennfeld darstellen, oder auch deren Variation, mit dem in einem Speicher 19 gespeicherten Ver­lauf eine Abblaselinie 21 in dem Kennfeld vergleicht. Aus dem Ist­wert für P ermittelt der Rechner 15 anhand der Abblase­linie einen Sollwert für V, der in einem Differenzglied 14 mit dem Istwert für V verglichen wird. Die Differenz wird als Regelsignal einem Regler 16 eingegeben, der ein ent­sprechendes Stellsignal für ein vom Kompressorauslaß ab­zweigendes Abblaseventil 23 erzeugt.
  • Es ist ferner eine Einrichtung zum Erfassen von Pumpstößen vorgesehen. Pumpstöße können durch Überwachen der Änderung verschiedener Betriebsgrößen wie z.B. des Enddrucks, des Ansaugdurchflusses, der Ansaugtemperatur, der Leistung, der Drehzahl, der Lagertemperatur des Drucklagers, der axialen Verschiebung der Laufräderwelle usw. erfaßt werden.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Erfassung des Pumpstoßes durch Überwachung der Änderungsgeschwin­digkeit des Ansaugdurchflußsignals. Bei einem Pumpstoß reißt die Strömung an der Beschaufelung des Kompressors ab. Es kommt zu einer plötzlichen Umkehr der Strömungs­richtung. Das bedeutet, daß sich der Ansaugdurchfluß innerhalb kürzester Zeit reduziert, wesentlich schneller als die schnellste vom Prozeß her mögliche Durchfluß­änderung. Das Auftreten einer solchen schnellen Durch­flußänderung kann z.B. durch Differenzieren oder durch Vergleich von zwei zeitlich in einem festen Abstand von­einander liegenden Signalen hergeleitet werden. Hierzu wird entweder über die Meßfühler 5,7 oder vorzugsweise, wie dargestellt, über eine von der Durchflußmeßanordnung der Pumpgrenzregelung unabhängige geeignete Durchfluß­meßanordnung mit den Meßfühlern 25 und 27 sowie dem Umformer 29 der Ansaugdurchfluß ermittelt und im Diffe­renzierglied 31 differenziert. Der so erhaltene Wert der Änderungsgeschwindigkeit des Durchflußsignals wird dem Vergleicher 33 zugeführt, wo die Werte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden und bei Überschreiten der Grenzwerte ein einen Pumpstoß anzeigendes Signal erzeugt wird, welches über eine Leitung 35 z.B. zum schnellen Notöffnen des Abblaseventils 23 dienen kann.
  • Das den Pumpstoß anzeigende Signal wird ferner dem: Rech­ner 15 zugeführt, wo es einen Vergleich der momentan vor­handenen Kennfeldkoordinaten V, P des Arbeitspunktes mit der im Speicher 19 gespeicherten Pumpgrenzlinie 22 bewirkt. Weicht die Lage dieses Arbeitspunktes A z.B. um den Abszissen­wert X von der ursprünglich vorgegebenen Pumpgrenzlinie 22 ab, so wird auch die Abblaselinie 21 entsprechend korrigiert, z.B. im einfachsten Fall um die gleiche Strecke X parallel nach rechts verschoben, so daß man eine neue Abblaselinie 21′ mit entsprechendem Sicherheitsabstand von der tatsächlichen Pumpgrenzlinie erhält.
  • Die Erfassung des Pumpstoßes kann weiter dadurch zuver­lässiger gemacht werden, daß im Rechner 15 oder durch ein (nicht dargestelltes) Differenzierglied auch die Kennfeld­koordinaten V, P des Arbeitspunktes bzw. deren Änderungs­geschwindigkeit erfaßt wird und die Korrektur der Pump­grenzlinie bzw. Abblaselinie nur dann vorgenommen wird, wenn außer dem von der vorn beschriebenen Anordnung erfaßten Pumpstoßsignal weitere Kriterien erfüllt sind, die es gestat­ten, eine Plausibilitätsprüfung vorzunehmen. Derartige Kri­terien sind z.B. ein Anstieg der Ansaugtemperatur unmittel­bar vor dem 1. Laufrad, eine Änderung des Kompressorenddruck­signals oder anderer Größen (Axialverschiebung der Welle, Lagertemperatur des Drucklagers, Leistungs- oder Drehzahlän­derung).
  • Auch die Korrektur der Pumpgrenzlinie bzw. Abblaselinie an­hand der Pumpstöße kann verfeinert werden. Z.B. kann die Pumpgrenzlinie als Polygonzug durch die Arbeitspunkte von mehreren gemessenen Druckstößen gelegt werden.
  • Erfolgen diese Messungen in einem größeren zeitlichen Ab­stand, kann es vorkommen, daß die Pumpgrenzlinie in Zacken verläuft. Das gleiche Ergebnis kann sich bei Fehlern in der Meßanordnung zeigen. Deshalb kann in einer weiteren Schal­tung ermittelt werden, ob die Pumpgrenzlinie einzelne Aus­reißer enthält, indem z.B. die Steigerungen der verschiede­nen Abschnitte des Polygonzuges miteinander verglichen wer­den. Es ist z.B. bekannt, daß die Pumpgrenze mit steigenden Druckverhältnissen und steigenden Durchflüssen immer flacher wird. Ergibt der Vergleich der Steigerungen z.B., daß die Pumpgrenze in einem Teilabschnitt mit steigendem Druck wie­der steiler wird, ist eine Korrektur erforderlich. Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß der ältere der beiden Eckpunkte vernachlässigt und ein neuer Polygonzug gebildet wird.
  • Sollte dies nicht zum gewünschten Erfolg führen, bleibt der neue Wert unberücksichtigt. Es versteht sich, daß ge­wisse Toleranzschwellen für die Steigung akzeptiert werden. So kann z.B. die Schaltung so arbeiten, daß nur bei Stei­gungsänderungen bzw. -abweichungen von z.B. mehreren Prozent eine oben beschriebene Plausibilitätsprüfung erfolgt. Sollte die Überprüfung der Pumpgrenze ergeben, daß der neu gemessene Pumppunkt auf der bekannten Pumpgrenze oder sogar links davon liegt, ist dies ein Anzeichen dafür, daß der eingestellte Sicherheitsabstand zwischen Pumpgrenze und Abblaselinie nicht ausreicht. Sonst hätte die Regelung den Pumpstoß ver­hindert. Dies kann z.B. seine Ursache in einem falsch ein­gestellten Pumpgrenzregler oder einem zu langsamen Abblase­ventil haben. Bei einer solchen Störung ist es erforderlich, den Sicherheitsabstand zu vergrößern. Dies geschieht am sinnvollsten durch Addition eines voreingestellten inkre­mentalen Wertes auf den wirksamen Abstand.
  • Es versteht sich, daß die gemessene Pumpgrenze auf einem Plotter graphisch dargestellt werden kann und nach jedem neuen Pumpstoß ein neuer Plot erscheint. Selbstverständ­lich können alle Daten auch auf einen Störmeldedrucker gegeben oder auf einem Speichersystem (digital oder ana­log) abgelegt werden.
  • Eine Signalgabe, z.B. in Form einer Alarmmeldung, sollte mit jeder selbsttätigen Änderung eines Parameters erfolgen.
  • Eine weitere Möglichkeit der Plausibilitätsuntersuchung besteht darin, die Änderungsgeschwindigkeit des Arbeits­punktes z.B. mit einem zweiten Grenzwert zu überwachen. Ein gelöstes Kabel an einem Druckmeßumformer führt z.B. zu einer sehr schnellen Arbeitspunktänderung, die noch wesentlich schneller ist als jede wirkliche Prozeßpunkt­änderung beim Pumpstoß. Es kann deshalb bei jedem Auf­treten eines einen Pumpstoß anzeigenden Signals ermittelt werden, ob auch die Änderungsgeschwindigkeit des Arbeits­punktes einem Pumpverhalten entspricht oder ob eine Ge­rätestörung zu vermuten ist. Ein Pumpstoßsignal, das vermutlich auf Gerätestörung beruht, wird selbstverständ­lich nicht weiterverarbeitet.
  • Eine Arbeitspunktänderung kann z.B. auch durch Beobachtung der Regeldifferenz des Pumpgrenzreglers ermittelt werden.
  • Ein weiterer wichtiger Aspekt ist zu beachten, wenn die Meßfühler, Übertragungswege oder Auswerteschaltungen für die Pumpgrenzregellung und die Pumpstoßerfassung unter­schiedlich sind. In diesem Fall bietet es sich an, Plau­ sibilität dadurch nachzuprüfen, ob beide Systeme die gleiche Änderung erfassen. Erfaßt z.B. das Pumpstoß­erfassungssystem einen Pumpstoß, ohne daß die Rege­lung eine Arbeitspunktänderung bemerkt, liegt entweder eine Fehlmessung vor oder ein totaler Ausfall der Re­gelung. Es erfolgt Signalgabe, aber keine Anpassung der Pumpgrenze.
  • Bei der bisherigen Beschreibung wurde davon ausgegan­gen, daß der Sicherheitsabstand D zwischen der Pump­grenzlinie 22 und der Abblaselinie 21 konstant vorge­geben ist. In einer besonders vorteilhaften weiteren Aus­gestaltung der Erfindung ist es jedoch auch möglich, mit einem variablen Sicherheitsabstand D zu arbeiten. Hier­durch können ohne wesentliche Sicherheitseinbuße die Abblasverluste des Kompressors reduziert werden. Zu diesem Zweck ist ein Zeitglied 39 vorgesehen, welches während des Betriebes des Kompressors in zeitlichen Ab­ständen Impulse an den Speicher 19 (oder an den Rech­ner 15) liefert. Diese Signale lösen im Speicher 19 eine fortlaufende Verringerung des Sicherheitsabstandes D aus, und zwar solange, wie kein Pumpstoß auftritt. Hierdurch wird die Abblaselinie 21 immer näher an die jeweils geltende Pumpgrenzlinie 22 herabgeschoben, was bedeutet, daß das Abblasventil 23 immer weiter schließt. Beim Betrieb im Auslegebereich des Kompressors ist das Abblaseventil geschlossen und bleibt es auch. Mit fortlaufender Annä­herung der Abblaselinie an die Pumpgrenzlinie wird aller­dings das Auftreten eines Pumpstoßes bei in den Bereich der Abblaselinie kommendem Kompressorarbeitspunkt immer wahrscheinlicher. Tritt ein Pumpstoß auf, so wird anhand der beim Pumpstoß erfaßten Arbeitspunktkoordinaten nicht nur der Verlauf der Pumpgrenzlinie überprüft und gegebenen­falls korrigiert, sondern es wird ferner der Sicherheits­abstand D wieder auf einen größeren Neuwert eingestellt. Dieser größere Neuwert kann der frühere Anfangswert sein. Vorzugsweise wird jedoch der Sicherheitsabstand D bei je­dem Pumpstoß auf einen Neuwert eingestellt, der in Relation zu der beim Pumpstoß vorliegenden Istwert-Sollwert-Diffe­renz der Kennfeldkoordinate V, d.h. des saugseitigen Durch­satzes, errechnet wird. Insbesondere sollte der Neuwert des Sicherheitsabstandes D gleich oder größer sein als diese im Augenblick des Pumpstoßes vorhandene Istwert-­Sollwert-Differenz.
  • In weiterer Ausgestaltung ist das Zeitglied 39 über eine Leitung 41 mit dem Regeldifferenzsignal vom Subtraktions­glied 14 oder über eine Leitung 43 mit dem Ausgangssignal des Reglers 16 beaufschlagt. Damit besteht die Möglichkeit, das Zeitglied 39 nur dann zu aktivieren, wenn der momen­tane Arbeitspunkt sich auf oder links von der Abblaselinie 21 befindet. Dies wird dadurch angezeigt, daß das Regeldiffe­renzsignal des Subtraktionsglieds 14 einen positiven Wert hat und/oder daß das Ausgangssignal des Reglers 16 einen die Öffnung des Abblaseventils 23 bewirkenden Wert hat. Diese Anordnung bewirkt, daß eine Verringerung des Sicher­heitsabstandes D nur dann erfolgt, wenn der Kompressor in einem Arbeitsbereich betrieben wird, in dem auch ein Pumpstoß auftreten kann. Es ist daher sinnvoll, nur wäh­rend solcher Betriebszustände die vom Zeitglied 39 ge­steuerte fortlaufende Verringerung des Sicherheitsab­standes D vorzunehmen. Befindet sich während des über­wiegenden Teils des Betriebes der Arbeitspunkt in wei­ter Entfernung rechts von der Abblaselinie 21, d.h. das Abblaseventil ganz geschlossen, so ist eine Verringerung des Sicherheitsabstandes D nicht zweckmäßig, da sonst bei Wiederannäherung des Arbeitspunktes an die Abblase­linie 21 diese möglicherweise bereits zu nahe an die Pumpgrenzlinie 22 herangerückt ist. Selbstverständlich kann das Zeitglied auch durch andere Kriterien oder von Hand aktiviert oder deaktiviert werden. So ist z.B. eine Anordnung realisierbar, bei der das Zeitglied 39 nur durch einen externen Befehl des Bedienungspersonals aktiviert wird. Damit besteht die Möglichkeit, regelmäßig gewollte Überprüfungen der Lage der Pumpgrenze vorzunehmen.
  • Wie oben erwähnt, ist es vorteilhaft, im Rechner 15 auch die Änderungsgeschwindigkeit der Arbeitspunktkoordinaten zu erfassen, z.B. um anhand der Änderungsgeschwindigkeit beurteilen zu können, ob ein z.B. vom Vergleicher 33 ge­liefertes Signal tatsächlich einen Pumpstoß anzeigt oder eventuell auf einer Fehlfunktion beruht. Außer zu einer solchen Plausibilitätskontrolle kann aber die im Rechner 15 (oder außerhalb des Rechners z.B. mittels Differenzier­gliedern) erfaßte Änderungsgeschwindigkeit der Arbeits­punktkoordinaten auch zu einer Korrektur der bei jedem Pumpstoß vorgenommenen Neufestlegung der Pumpgrenzlinie 22 verwendet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Trägheit der die Arbeitspunktkoordinaten erfassenden Systeme (z.B. Druckfühler 5,7,9 und angeschlossene Verarbeitungsschal­tungen) einerseits und der zur Erfassung des Pumpstoßes dienenden Systeme andererseits kann es vorkommen, daß in dem Augenblick, in dem ein Pumpstoß angezeigt wird, Ar­beitspunktkoordinaten erfaßt werden, die nicht diejenigen sind, die im genauen Zeitpunkt des Pumpstoßes vorgelegen haben. Anhand der zusätzlich zu den Koordinatenwerten er­faßten Änderungsgeschwindigkeit dieser Koordinatenwerte kann im Rechner 15, anhand vorgegebener, die unterschied­liche Trägheit der Systeme berücksichtigender Korrektur­werte, eine Korrektur der für die Neufestlegung der Pump­grenzlinie 22 im Speicher 29 verwendeten Arbeitspunkt­koordinaten durchgeführt werden.
  • Digitale Rechenschaltungen haben den Nachteil, daß sie die Eingangsgrößen nur zyklisch abfragen und dadurch eine Zeitverzögerung entsteht, die sich bei schnellen Änderungen des Arbeitspunktes als Meßfehler zeigen.
  • Bei derartigen Anordnungen ist es ratsam, als Arbeitspunkt zum Zeitpunkt des Pumpstoßes Meßwerte zu verwenden, die um einen oder mehrere Abtastzyklen vor dem Erfassen des Pumpstoßes liegen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Regeln von Turbokompressoren zur Vermei­dung des Pumpens, bei dem die Lage des momentanen Arbeits­punktes im Druck-Durchsatz-Kennfeld überwacht und in Abhän­gigkeit von der Lage des Arbeitspunktes relativ zu einer im Kennfeld definierten Abblaselinie, deren Verlauf in Kennfeldkoordinaten in einem Speicher oder Funktionsgeber vorgegeben ist, ein Regelsignal zum Steuern eines Ab- oder Umblaseventils erzeugt wird, und bei dem ferner das Auf­treten eines Pumpstoßes erfaßt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Auf­treten eines Pumpstoßes die Kennfeldkoordinaten des zum Pumpstoß gehörenden Arbeitspunktes gespeichert werden und daß der Verlauf der Abblaselinie entsprechend dem zum Pump­stoß gehörenden Arbeitspunkt korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Abblaselinie so korrigiert wird, daß sie immer konstanten Abstand zu einer durch den Arbeitspunkt des zuletzt gemessenen Pumpstoßes verlaufenden Pumpgrenzlinie hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Abblaselinie derart korrigiert wird, daß sie in einem konstanten, vorgebbaren Abstand zu einer von einem Rechner aus den Kennwerten von Ar­beitspunkten, die zu einer Anzahl erfaßter Pumpstöße ge­hören, ermittelten Pumpgrenzlinie hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß bei der Korrektur der Abblase­linie die jeweils letzten n-Pumpstöße berücksichtigt und der jeweils am längsten zurückliegende Pumpstoß vernachlässigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erfassung des Pumpstoßes durch Überwachung eines oder mehrerer Be­triebsparameter wie Eintrittstemperatur, Kompressor­enddruck, Leistung, Drehzahl od. dgl. eine Plausibili­tätskontrolle durch Vergleich mit den Koordinaten des momentanen Arbeitspunktes und/oder deren Änderungsgeschwindigkeit erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß bei jedem Auftreten eines Pumpstoßes auch eine Neueinstellung des Sicherheitsabstandes zwischen der Abblase­linie und der durch den zum Pumpstoß gehörenden Arbeits­punkt verlaufenden Pumpgrenzlinie vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Sicherheitsabstand zwischen der Pumpgrenzlinie und der Abblaselinie während des Betriebes des Kompressors von einem Anfangswert aus fortlaufend ver­ringert wird und daß beim Auftreten eines Pumpstoßes wieder ein größerer Neuwert des Sicherheitsabstandes hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Neuwert des Sicherheitsabstandes in Abhängigkeit von der beim Pumpstoß vorhandenen Differenz zwischen Istwert und Sollwert der zur Erzeugung des Regel­signals überwachten Arbeitspunktkoordinate eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die laufende Verringerung des Sicher­heitsabstandes nur während solcher Betriebszustände des Kompressors vorgenommen wird, bei denen der Arbeitspunkt nahe bei oder auf der Abblaselinie liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß zusätzlich zu den Kennfeldkoordinaten auch deren Änderungsgeschwindigkeit erfaßt wird und daß die zu einem Pumpstoß gehörenden Arbeitspunktkoordinaten anhand der Än­derungsgeschwindigkeit derart korrigiert werden, daß die unterschiedliche Trägheit der den Pumpstoß und die Arbeits­punktkoordinaten erfassenden Systeme kompensiert wird.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­spruch 1, mit am Kompressoreinlaß und -auslaß angeordneten Druck- und Differenzdruckfühlern mit angeschlossenen Sig­nalformern zum Erfassen der Kennfeldkoordinaten, des mo­mentanen Arbeitspunktes in einem Rechner mit Speicher oder Funktionsgeber, in dem im Kennfeld definierte Pumpgrenz­linie und eine im Sicherheitsabstand davon verlaufende Abblaselinie einstellbar vorgegeben sind, einem Vergleichs­glied zum Vergleich des überwachten Istwertes mit ein vom Rechner durch Vergleich mit der Abblaselinie vorgegebenen Sollwert mindestens einer Kennfeldkoordinate, und einen vom Ausgangssignal des Vergleichsgliedes beaufschlagten Regler zum Steuern eines an den Kompressorausgang ange­schlossenen Abblase- oder Umblaseventils, sowie mit einer Einrichtung zum Erfassen einer bei einem Pumpstoß auf­tretenden Betriebsbedingung des Kompressors und zum Er­zeugen eines den Pumpstoß anzeigenden Signals,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (15,19) mit dem den Pumpstoß anzeigenden Signal als Korrektur­signal zum Ändern der Abblaselinie beaufschlagt ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­zeichnet, daß innerhalb oder außerhalb des Rechners (15,19) ein Zeitglied (39) vorgesehen ist, wel­ches in Zeitabständen Signale erzeugt, die eine Verrin­gerung des Sicherheitsabstandes (A) zwischen Abblase­linie (21) und Pumpgrenzlinie (22) im Speicher (19) oder Funktionsgeber auslösen.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Zeitglied (39) in Abhängigkeit von einem der Differenz zwischen Ist- und Sollwert einer Arbeitspunktkoordinate zugeordneten Signal oder vom Regler­ausgangssignal oder von Hand sperrbar bzw. freigebbar ist.
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