EP0332888A2 - Method for the safe operation of turbo compressors - Google Patents

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EP0332888A2
EP0332888A2 EP89103021A EP89103021A EP0332888A2 EP 0332888 A2 EP0332888 A2 EP 0332888A2 EP 89103021 A EP89103021 A EP 89103021A EP 89103021 A EP89103021 A EP 89103021A EP 0332888 A2 EP0332888 A2 EP 0332888A2
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EP
European Patent Office
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blow
speed
opening
compressor
line
Prior art date
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EP89103021A
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EP0332888A3 (en
EP0332888B1 (en
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Wilfried Dr.-Ing. Blotenberg
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MAN Turbo AG
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MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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    • 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

Definitions

  • the valve Even if the operating point before the valve reaches the opening limit position, the blow-off line has again passed to the safe characteristic field area, the valve opens further since its manipulated variable is at the value "zero" and from there it can only rise slowly under the influence of the normal blow-off control. This often results in a very disadvantageous drop in pressure in the consumer network fed by the compressor.
  • the second disadvantage is that the safety line runs at a fixed distance parallel to the blow-off line or surge line and therefore only has a static effect. In order to reliably rule out that the surge point is exceeded by the operating point for every conceivable operating case, the distance of the safety line from the surge limit must be relatively large. In most safety control responses, this leads to the blow-off valve opening being triggered earlier than is actually necessary, which in turn leads to energy losses and thus higher operating costs for the compressor in part-load operation.
  • a method of the type mentioned at the outset which is characterized in that the speed of the movement of the working point relative to the blow-off line or surge line is determined continuously, that when a speed-dependent minimum distance of the working point from the blow-off line or is reached or exceeded Rapid opening line representing the surge limit, an opening of the blow-off or blow-off valve superimposed on the normal blow-off control takes place at maximum adjustment speed and that when the operating point returns via the quick-opening line, the opening movement of the valve ends and its further adjustment, starting from the last position reached, again by the normal drop blowing control is taken over.
  • a non-return valve 3 is switched on. Behind this non-return valve 3, the compressed medium is fed through the pressure line 11 to a downstream consumer network.

Abstract

In the case of known control methods for turbocompressors, in order to prevent surging before the working point of the compressor reaches the surge limit, it is ensured by controlled opening of at least one venting or reversal valve on reaching a venting line parallel to the surge limit that the flow through the compressor does not fall below a minimum through-flow which varies as a function of the delivery pressure. The disadvantage to these known methods is that surging cannot always be reliably prevented, particularly in the case of rapid shifts in the working point in the direction of the surge limit. The new method is intended to avoid this disadvantage. <??>The new method proposes that in addition the rate at which the working point shifts in the direction of the surge limit be determined in the performance characteristics and that if a rate-related rapid opening line running at various distances from the surge limit is exceeded, rapid opening of the venting or reversal valve be superimposed on the normal venting control. This means that opening of the venting valve occurs at the latest possible moment but always in sufficient time. The compressor can thereby still be operated safely at levels closer to its limit which results in more economic partial load operation and greater surge safety. <??>The new method is suitable for controlling turbocompressors for widely varying applications, for example in blast furnace blast generators, in petrochemical processes or the manufacture of fertilizers. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Betrei­ben von Turbo-Kompressoren, in welchem der den Arbeits­punkt des Kompressors definierende Durchfluß und Förder­druck kontinuierlich gemessen werden, wobei zur Verhin­derung des Pumpens vor Erreichen der Pumpgrenze durch den Arbeitspunkt des Kompressors bei Erreichen einer zur Pumpgrenze parallelen Abblaselinie durch mittels einer Abblaseregelung gesteuertes Öffnen wenigstens eines Ab- oder Umblaseventils sichergestellt wird, daß der Durch­fluß einen vom Förderdruck abhängigen Minimaldurchfluß nicht unterschreitet.The invention relates to a method for the safe operation of turbo-compressors, in which the flow and delivery pressure defining the operating point of the compressor are measured continuously, whereby to prevent pumping before reaching the surge limit through the operating point of the compressor when reaching a blow-off line parallel to the surge limit by means of a blow-off control controlled opening of at least one blow-off or blow-off valve ensures that the flow does not fall below a minimum flow dependent on the delivery pressure.

Ein Verfahren der genannten Art ist aus der DE-PS 26 23 899 bekannt. Bei diesem Verfahren ist einer kontinuierlichen Abblaseregelung eine Sicherheitsteuerung überlagert. Obwohl sich dieses Verfahren in der Praxis insbesondere hinsichtlich eines Schutzes des Kompressors vor Pumpen bewährt hat, besitzt es noch Nachteile. Im Ansprechfall der Sicherheitssteuerung, d. h. bei Überschreiten einer statischen, zwischen Abblaselinie und Pumpgrenze verlau­fenden Sicherheitslinie durch den Arbeitspunkt, wird das Ab- oder Umblaseventil stets vollständig geöffnet, da in dem bekannten Verfahren die zugehörige Stellgröße für die Bewegungssteuerung des Ventils sprungartig auf den Wert "Null" gesetzt wird. Auch wenn der Arbeitspunkt vor Er­reichen der Öffnungsendstellung des Ventils die Abblase­ linie wieder zum sicheren Kenfeldbereich hin überschrit­ten hat, öffnet das Ventil weiter, da sich seine Stell­größe auf dem Wert "Null" befindet und von dort unter dem Einfluß der normalen Abblaseregelung nur langsam wieder ansteigen kann. Dies hat einen häufig sehr nachteiligen Druckeinbruch in dem vom Kompressor beschickten Verbrau­chernetz zur Folge. Der zweite Nachteil besteht darin, daß die Sicherheitslinie in einem festen Abstand parallel zur Abblaselinie bzw. Pumpgrenze verläuft und damit nur statisch wirkt. Um ein Überschreiten der Pumpgrenze durch den Arbeitspunkt für jeden denkbaren Betriebsfall sicher auszuschließen, muß der Abstand der Sicherheitslinie von der Pumpgrenze relativ groß sein. Dies führt in den mei­sten Ansprechfällen der Sicherheitssteuerung zu einem früheren Auslösen der Abblaseventilöffnung als eigentlich nötig, was wiederum zu Energieverlusten und damit höheren Betriebskosten des Kompressors im Teillastbetrieb führt.A method of the type mentioned is known from DE-PS 26 23 899. In this method, a safety control is superimposed on a continuous blow-off control. Although this method has proven itself in practice, in particular with regard to protecting the compressor from pumps, it still has disadvantages. When the safety controller responds, ie when a static safety line running between the blow-off line and the surge line through the working point is exceeded, the blow-off or blow-off valve is always fully opened, since in the known method the associated control value for the movement control of the valve jumps to the value "zero""is set. Even if the operating point before the valve reaches the opening limit position, the blow-off line has again passed to the safe characteristic field area, the valve opens further since its manipulated variable is at the value "zero" and from there it can only rise slowly under the influence of the normal blow-off control. This often results in a very disadvantageous drop in pressure in the consumer network fed by the compressor. The second disadvantage is that the safety line runs at a fixed distance parallel to the blow-off line or surge line and therefore only has a static effect. In order to reliably rule out that the surge point is exceeded by the operating point for every conceivable operating case, the distance of the safety line from the surge limit must be relatively large. In most safety control responses, this leads to the blow-off valve opening being triggered earlier than is actually necessary, which in turn leads to energy losses and thus higher operating costs for the compressor in part-load operation.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der ein­gangs genannten Art zu schaffen, das unnötige Druck- und Energieverluste durch vorzeitiges oder zu lang andauern­des Abblasen weitestgehend vermeidet.It is therefore the task of creating a method of the type mentioned at the outset which largely avoids unnecessary pressure and energy losses due to premature or excessively long blowing off.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Geschwindigkeit der Bewegung des Arbeitspunktes relativ zur Abblaselinie oder Pump­grenze kontinuierlich ermittelt wird, daß bei Erreichen oder Überschreiten einer einen geschwindigkeitsabhängigen Minimalabstand des Arbeitspunktes von der Abblaselinie oder Pumpgrenze darstellenden Schnellöffnungslinie eine der normalen Abblaseregelung überlagerte Öffnung des Ab- oder Umblaseventils mit maximaler Verstellgeschwindigkeit erfolgt und daß bei der Rückkehr des Arbeitspunktes über die Schnellöffnungslinie die Öffnungsbewegung des Ventils beendet und dessen weitere Verstellung, ausgehend von der zuletzt erreichten Stellung, wieder durch die normale Ab­ blaseregelung übernommen wird.This object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the speed of the movement of the working point relative to the blow-off line or surge line is determined continuously, that when a speed-dependent minimum distance of the working point from the blow-off line or is reached or exceeded Rapid opening line representing the surge limit, an opening of the blow-off or blow-off valve superimposed on the normal blow-off control takes place at maximum adjustment speed and that when the operating point returns via the quick-opening line, the opening movement of the valve ends and its further adjustment, starting from the last position reached, again by the normal drop blowing control is taken over.

Mit den neuen Verfahren wird erreicht, daß beim Auftreten einer Störung, d. h. bei Annäherung des Arbeitspunktes an die Pumpgrenze bzw. Abblaselinie, die Öffnung des Abbla­seventils oder Umblaseventils unter Berücksichtigung der Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitspunktes jeweils zum spätestmöglichen Zeitpunkt ausgelöst wird. Dies bedeutet, daß bei der nach diesem Zeitpunkt noch auftretenden Wei­terbewegung des Arbeitspunktes die Pumpgrenze soeben nicht erreicht und keinesfalls überschritten wird. Dabei ist es selbstverständlich so, daß bei höherer Geschwin­digkeit des Arbeitspunktes in Richtung auf die Pumpgrenze zu die Auslösung der Öffnung des Abblaseventils früher und entsprechend bei niedrigerer Geschwindigkeit des Arbeitspunktes später erfolgt. Bei Betrachtung des Kom­pressor-Kennfeldes verläuft also die Schnellöffungslinie parallel zur Abblaselinie mit einem in Abhängigkeit von der momentanen Arbeitspunktgeschwindigkeit variierenden Ab­stand von der Pumpgrenze. Die unerwünschten Druckeinbrü­che im dem Kompressor nachgeschalteten Verbrauchernetz werden wirksam vermindert, da das Abblaseventil in dem neuen Verfahren nicht mehr stets vollständig sondern nur noch so weit wie eben erforderlich geöffnet wird. Der sichere Arbeitsbereich des Kompressors wird damit näher an die Pumpgrenze geschoben, was einen wirtschaftlicheren Betrieb des Kompressors und damit verminderte Betriebsko­sten ergibt.With the new methods it is achieved that when a fault occurs, i. H. when the working point approaches the surge limit or blow-off line, the opening of the blow-off valve or blow-off valve is triggered at the latest possible time, taking into account the speed of movement of the working point. This means that if the operating point continues to move after this point in time, the surge limit has not just been reached and is never exceeded. It is of course the case that at a higher speed of the operating point in the direction of the surge limit, the opening of the blow-off valve is triggered earlier and accordingly at a lower speed of the operating point later. When considering the compressor map, the quick-opening line runs parallel to the blow-off line with a distance from the surge limit that varies depending on the current operating point speed. The undesired pressure drops in the consumer network connected downstream of the compressor are effectively reduced, since the blow-off valve in the new method is no longer always completely opened but only as far as necessary. The safe working area of the compressor is thus pushed closer to the surge limit, which results in more economical operation of the compressor and thus reduced operating costs.

Weiter ist vorgesehen, daß während der Öffnung des Ab­blaseventils mit maximaler Verstellgechwindigkeit der Regler auf die jeweils aktuelle Stellung des Abblaseven­tils nachgeführt wird und daß die Übernahme der weiteren Verstellung des Abblaseventils durch den Regler im we­sentlichen sprung- und stoßfrei erfolgt. Hierdurch wird erreicht, daß ein längeres Einschwingen der Regelung, wie es bei bekannten Regelverfahren infolge von größeren Dif­ ferenzen zwischen der Stellung des Abblaseventils und der am Reglerausgang anstehenden Stellgröße für das Abblase­ventil auftritt, weitgehend vermieden wird. Der Druckver lauf im Verbrauchernetz wird hierdurch wesentlich gleich­mäßiger, d.h., daß die Auswirkungen von Störungen stark gedämpft werden.It is further provided that during the opening of the relief valve with maximum adjustment speed the controller is adjusted to the current position of the relief valve and that the controller takes over the further adjustment of the relief valve essentially without jumps and bumps. This ensures that a longer settling of the control, as is the case in known control methods due to larger Dif interference between the position of the relief valve and the control variable at the controller output for the relief valve occurs is largely avoided. The Druckver run in the consumer network is thereby much more uniform, that is, the effects of interference are greatly dampened.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorge­sehen, daß die Ermittlung der Geschwindigkeit des Ar­beitspunktes durch zeitliches Differenzieren der in Ab­hängigkeit von der Zeit variierenden Ortskoordinaten des Arbeitspunktes erfolgt. Dieses Verfahren liefert prak­tisch ohne Verzögerung die aktuelle Geschwindigkeit des Arbeitspunktes im Kennfeld, anhand welcher in Verbindung mit der aktuellen Position des Arbeitspunktes im Kennfeld entschieden wird, ob eine Schnellöffnung des Abblaseven­tils erfolgt oder nicht.In a further embodiment of the method it is provided that the determination of the speed of the working point is carried out by differentiating in time the location coordinates of the working point which vary depending on the time. This method delivers the current speed of the operating point in the map with practically no delay, on the basis of which, in conjunction with the current position of the operating point in the map, a decision is made as to whether the relief valve is opened quickly or not.

Eine zweite Möglichkeit zur Ermittlung der Geschwindig­keit des Arbeitspunktes im Kennfeld besteht in einer Differenzbildung zwischen den aktuellen Ortskoordinaten und um eine vorgebbare Zeitspanne verzögerten Ortskoordi­naten mit folgender Division der Differenz durch die Zeitspanne. Diese Variante benötigt weniger Aufwand bei der Verarbeitung der Daten, hat jedoch eine etwas gerin­gere Reaktionsschnelligkeit als die vorangehend beschrie­bene Variante.A second possibility for determining the speed of the operating point in the characteristic diagram consists in forming a difference between the current location coordinates and location coordinates delayed by a predeterminable time period with the following division of the difference by the time period. This variant requires less effort in processing the data, but has a slightly lower response speed than the variant described above.

Um Fehler bei der Geschwindigkeitsermittlung infolge ei­nes den Durchflußmeßwerten überlagerten Rauschens, z. B. durch Strömungsturbulenzen, zu vermindern, erfolgt zweck­mäßig vor der Geschwindigkeitsermittlung eine Tiefpaß-­Filterung der in Abhängigkeit von der Zeit in ihrer Lage im Kennfeld variierenden Ortskoordinaten des Arbeitspunk­tes, die durch die erwähnten Durchflußmeßwerte sowie Druckmeßwerte definiert sind. Das Rauschen führt zu klei­nen, kurzzeitigen Verschiebungen des Arbeitspunktes im Kennefeld, ohne daß wirkliche Änderungen im Betriebszu­stand des Kompressors vorliegen. Mit der Filterung werden diese kurzzeitigen Schwankungen in dem Geschwindigkeits­wert ausgeschaltet und es wird ein unnötiges Auslösen der Schnellöffnung des Abblaseventils vermieden.To errors in the speed determination due to a noise superimposed on the flow measured values, e.g. B. by flow turbulence, it is advisable to carry out a low-pass filtering of the position coordinates of the working point, which depend on the time in terms of their position in the map, and which are defined by the flow measurement values and pressure measurement values mentioned. The noise leads to small, brief shifts in the operating point in the Map without real changes in the operating state of the compressor. With filtering, these short-term fluctuations in the speed value are eliminated and unnecessary triggering of the quick opening of the relief valve is avoided.

Bei der zuvor beschriebenen Filterung muß neben der er­wünschten Unterdrückung der kurzzeitigen Schwankungen der Arbeitspunktgeschwindigkeit in Kauf genommen werden, daß echte Arbeitspunktverschiebungen, z. B. infolge von Be­triebsstörungen im nachgeschalteten Verbrauchernetz, erst verzögert festgestellt werden. Um dem abzuhelfen, ist vorgesehen, daß vor der Geschwindigkeitsermittlung eine richtungsselektive, Variationen in Richtung auf die Pump­grenze oder Abblaselinie zu im wesentlichen unbeeinflußt durchlassende und andere Variationen mit vorgebbaren Fil­terparametern beeinflussende Filterung der zeitabhängig variierenden Ortskoordinaten des Arbeitspunktes im Kenn­feld erfolgt. Mit dieser nichtlinearen Filterung wird erreicht, daß Störungen in Richtung auf die Abblaselinie oder Pumpgrenze hin praktisch unbeeinflußt und damit unverzögert passieren können, Arbeitspunktbewegungen in andere Richtungen jedoch mit vorgebbaren Filterparametern gefiltert werden, bevor die Geschwindigkeitsbestimmung erfolgt. Rauschanteile der Meßwerte gehen damit nur noch wesentlich vermindert in die Geschwindigkeitsbestimmung ein.In the filtering described above, in addition to the desired suppression of the short-term fluctuations in the operating point speed, it must be accepted that real working point shifts, e.g. B. due to malfunctions in the downstream consumer network, can only be determined with a delay. To remedy this, it is provided that prior to the speed determination, a directionally selective, variations in the direction of the surge line or blow-off line to essentially unaffectedly permeable and other variations with predeterminable filter parameters filter the time-dependent location coordinates of the working point in the map. With this non-linear filtering it is achieved that disturbances in the direction of the blow-off line or surge line can be practically unaffected and thus happen without delay, but operating point movements in other directions are filtered with predefinable filter parameters before the speed is determined. Noise components of the measured values are therefore only significantly reduced in the speed determination.

Eine weitere Alternative zu der zuvor beschriebenen Tiefpaßfilterung besteht darin, daß zusätzlich wenigstens ein weiterer Betriebsparameter des Kompressors, wie Dreh­zahl, Leitschaufelstellung oder Kompressorenddruck, er­faßt wird und daß eine Öffnung des Abblaseventils mit maximaler Verstellgeschwindigkeit nur erfolgt, wenn auch wenigstens einer der zusätzlich erfaßten Parameter eine Annäherung des Arbeitspunktes an die Pumpgrenze anzeigt. In der Regel ist eine Verschiebung des Arbeitspunktes auf die Pumpgrenze bzw. Abblaselinie zu mit einem Sinken der Kompressordrehzahl und/oder bei leitschaufelgeregelten Kompressoren mit einer Schließbewegung der Leitschaufeln sowie mit einem Anstieg des Enddrucks verbunden. Die Er­fassung dieser Parameter kann auf an sich bekannte Art und Weise erfolgen.Another alternative to the low-pass filtering described above is that additionally at least one other operating parameter of the compressor, such as speed, vane position or compressor end pressure, is recorded and that the relief valve is opened at maximum adjustment speed only if at least one of the additionally recorded parameters is one Approximation of the working point to the surge limit. As a rule, the working point is shifted to the surge line or blow-off line is associated with a decrease in the compressor speed and / or with guide vane-regulated compressors with a closing movement of the guide vanes and with an increase in the final pressure. These parameters can be recorded in a manner known per se.

Als weitere Variante zu den beiden vorher beschriebenen Verfahrensausführungen ist schließlich noch vorgesehen, daß die Öffnung des Abblaseventils mit maximaler Ver­stellgeschwindigkeit erst nach Überschreiten eines vor­gebbaren Geschwindigkeits-Grenzwertes und/oder eines vor­gebbaren Verschiebungsbetrages durch den Arbeitspunkt im Kennfeld erfolgt. Mit der erstgenannten Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, daß ein Auslösen der Schnell­öffnung des Abblaseventils bei geringfügigen und langsa­men Bewegungen des Arbeitspunktes ausgeschlossen wird, da in diesen Fällen die übliche Regelung völlig ausreichend ist. Das Verfahren erhält hier eine Ansprechschwelle in Form einer Hysterese. Mit der zweitgenannten Ausgestal­tung wird das Verfahren unempfindlicher gegen Rauschen, das in den Durchflußmeßwerten auftritt.Finally, as a further variant of the two process embodiments described above, it is provided that the relief valve is opened at the maximum adjustment speed only after a predeterminable speed limit value and / or a predeterminable displacement amount by the operating point in the characteristic diagram. With the first-mentioned embodiment of the method it is achieved that triggering the quick opening of the relief valve with slight and slow movements of the working point is excluded, since in these cases the usual regulation is completely sufficient. The process receives a response threshold in the form of a hysteresis. With the second-mentioned embodiment, the method becomes less sensitive to noise that occurs in the flow measurement values.

Mit dem neuen Verfahren wird also ein sicherer und wirt­schaftlicher Betrieb von Turbo-Kompressoren ermöglicht, wobei Eingriffe durch eine Schnellöffnung des Abblaseven­tils nur und erst dann erfolgen, wenn sie zum Schutz des Kompressors wirklich nötig sind und nur so lange andau­ern, wie sie erforderlich sind.With the new method, a safe and economical operation of turbo compressors is made possible, interventions by a quick opening of the relief valve only and only if they are really necessary to protect the compressor and only last as long as they are required.

Im folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen des erfin­dungsgemäßen Verfahrens in Beispielen anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

  • Figur 1 einen Turbokompressor nebst einer schematischen Blockdarstellung eines Verfahrensablaufes,
  • Figur 2 ein Blockdiagramm des erfindungswesentlichen Teils des Verfahrensablaufes,
  • Figur 3 das Blockdiagramm aus Figur 2 mit einer ersten Ergänzung und
  • Figur 4 das Blockdiagramm aus Figur 2 mit einer zweiten Ergänzung.
In the following, preferred embodiments of the method according to the invention are explained in examples using a drawing. The figures in the drawing show:
  • FIG. 1 shows a turbocompressor along with a schematic block diagram of a process sequence,
  • FIG. 2 shows a block diagram of the part of the method sequence that is essential to the invention,
  • Figure 3 shows the block diagram of Figure 2 with a first addition and
  • Figure 4 shows the block diagram of Figure 2 with a second addition.

Wie die Figur 1 der Zeichnung zeigt, wird ein zu verdich­tendes gasförmiges Medium durch eine Ansaugleitung 10 einem Turbokompressor 1 zugeführt, der das verdichtete gasförmige Medium in eine Druckleitung 11 fördert. Vor dem Kompressor 1 ist in die Ansaugleitung 10 eine Durch­flußmeßeinrichtung 4 eingebaut. Hinter dem Turbokompres­sor 1 ist in die Druckleitung 11 eine Druckmeßeinrichtung 5 eingeschaltet. Im weiteren Verlauf der Druckleitung 11 zweigt von dieser eine Abblaseleitung 21 mit einem einge­schalteten Abblaseventil 2 ab. Das Abblaseventil 2 ist mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung 20 in seiner Position verstellbar. Durch die Abblaseleitung 21 mit dem Ventil 2 kann bei Bedarf ein Teil des vom Turbokompressor 1 verdichteten und in die Druckleitung 11 geförderten Me­diums, z. B. Druckluft, in die Atmosphäre abgeblasen werden. Alternativ kann die Leitung 21 auch zur Ansaug­leitung 10 zurückgeführt sein.As FIG. 1 of the drawing shows, a gaseous medium to be compressed is fed through a suction line 10 to a turbo compressor 1, which conveys the compressed gaseous medium into a pressure line 11. A flow measuring device 4 is installed in front of the compressor 1 in the suction line 10. A pressure measuring device 5 is connected into the pressure line 11 downstream of the turbo compressor 1. In the further course of the pressure line 11, a blow-off line 21 branches off from it, with a blow-off valve 2 switched on. The relief valve 2 is adjustable in its position by means of a valve actuation device 20. Through the blow-off line 21 with the valve 2, part of the medium compressed by the turbocompressor 1 and conveyed into the pressure line 11, for. B. compressed air, are blown into the atmosphere. Alternatively, the line 21 can also be returned to the suction line 10.

Schließlich ist im weiteren Verlauf der Druckleitung 11 in diese, wie üblich, eine Rückschlagklappe 3 eingeschal­tet. Hinter dieser Rückschlagklappe 3 wird das verdich­tete Medium durch die Druckleitung 11 einem nachgeschal­teten Verbrauchernetz zugeführt.Finally, in the further course of the pressure line 11, as usual, a non-return valve 3 is switched on. Behind this non-return valve 3, the compressed medium is fed through the pressure line 11 to a downstream consumer network.

Mittels der Durchflußmeßeinrichtung 4 wird der ansaugsei­tig zum Kompressor 1 strömende Durchfluß kontinuierlich gemessen. Druckseitig wird mit der Druckmeßeinrichtung 5 der Druck des vom Kompressor 1 in die Druckleitung 11 geförderten Mediums kontinuierlich gemessen. Aus den Meß­werten der Durchflußmessung und der Druckmessung wird eine Regeldifferenz berechnet, die dazu verwendet wird, eine Ventilstellgröße für das Abblaseventil 2, genauer dessen Betätigungseinrichtung 20, zu berechnen. Die Meß­werte für den Durchfluß und den Druck definieren die Lage des Kompressorarbeitspunktes im Kompressor-Kennfeld. An­hand dieser Meßwerte sorgt das Regelverfahren durch eine bedarfsweise, mehr oder weniger starke Öffnung des Abbla­seventils 2 dafür, daß der Durchfluß durch den Turbokom­pressor 1 einen gerade noch zulässigen Minimaldurchfluß nicht unterschreitet. Soweit wie bisher beschrieben, entspricht das Regelverfahren dem bekannten Stand der Technik.By means of the flow measuring device 4, the flow flowing to the compressor 1 on the intake side is measured continuously. On the pressure side, the pressure measuring device 5 uses the pressure from the compressor 1 into the pressure line 11 pumped medium continuously measured. A control difference is calculated from the measured values of the flow measurement and the pressure measurement, which is used to calculate a valve manipulated variable for the relief valve 2, more precisely its actuating device 20. The measured values for the flow and the pressure define the position of the compressor operating point in the compressor map. On the basis of these measured values, the control method ensures that the blow-off valve 2 is opened more or less as required, so that the flow through the turbocompressor 1 does not fall below a just permissible minimum flow. As far as described so far, the control method corresponds to the known prior art.

Neu ist bei dem hier beschriebenen Verfahren, daß aus der aus dem Durchfluß und dem Druck berechneten Regeldiffe­renz eine Arbeitspunkt-Geschwindigkeit berechnet wird, d. h. die Geschwindigkeit, mit der sich der Arbeitspunkt des Kompressors 1 im Kennfeld bewegt. Insbesondere wird hier festgestellt, ob und mit welcher Geschwindigkeit sich der Arbeitspunkt der Abblaselinie oder Pumpgrenze nähert. Aus dieser Arbeitspunktgeschwindigkeit und aus der Regeldif­ferenz, die die aktuelle Position des Arbeitspunktes im Kompressorkennfeld darstellt, bildet eine Schnellöff­nungssteuerung Steuerbefehle für die Ventilbetätigungs­einrichtung 20 des Abblaseventils 2, um dieses bei Bedarf mit der größtmöglichen Verstellgeschwindigkeit um das erforderliche Maß zu öffnen. Die Schnellöffnungssteuerung greift immer dan ein, wenn der Arbeitspunkt im Kennfeld eine einen geschwindigkeitsabhängigen Minimalabstand des Arbeitspunktes von der Abblaselinie oder Pumpgrenze dar­stellende Schnellöffnungslinie erreicht oder überschrei­tet. Nach Rückkehr des Arbeitspunktes in den sicheren Kennfeldbereich übernimmt wieder die normale Abblasere­gelung mit der Ventilstellgrößenberechnung allein aus der Regeldifferenz die weitere Regelung des Kompressors 1.What is new in the method described here is that an operating point speed is calculated from the control difference calculated from the flow and the pressure, ie the speed at which the operating point of the compressor 1 moves in the characteristic diagram. In particular, it is determined here whether and at what speed the operating point approaches the blow-off line or surge limit. From this operating point speed and from the control difference, which represents the current position of the working point in the compressor map, a quick opening control forms control commands for the valve actuating device 20 of the relief valve 2, in order to open it if necessary with the greatest possible adjustment speed by the required amount. The quick opening control system always intervenes when the operating point in the map reaches or exceeds a quick opening line that represents a speed-dependent minimum distance of the operating point from the blow-off line or surge limit. After the operating point returns to the safe map area, the normal blow-off control with the valve manipulated variable calculation takes over the further control of the compressor 1 solely from the control difference.

Eine erste Ausgestaltungsmöglichkeit des in Figur 1 mit Arbeitspunktgeschwindigkeitberechnung und Schnellöff­nungssteuerung bezeichneten, erfindungswesentlichen Ver­fahrensteils ist in der Figur 2 dargestellt. Die in einem früheren Verfahrensschritt berechnete Regeldifferenz, d. h. das Signal, das dem Abstand des Arbeitspunktes von der Abblaselinie entspricht und damit die Ortskoordinaten des Arbeitspunktes fixiert, wird nach der Zeit differenziert (DIF). Dieses Differential entspricht der Geschwindigkeit des Arbeitspunktes im Kennfeld in Richtung Pumpgrenze oder Abblaselinie. Geschwindigkeiten in andere Richtun­gen, insbesondere parallel zur Pumpgrenze oder Abblase­linie, werden nicht erfaßt. Diese Geschwindigkeit wird anschließend mit einer von der Lage des Arbeitspunktes, d. h. von der Regeldifferenz abhängigen, nicht- linearen Funktion (FNC) multipliziert (MUL). Anschließend wird dieses Produkt, das eine Geschwindigkeitskomponente dar­stellt, mit der Regeldifferenz, die die Ortskoordinate des Arbeitspunktes darstellt, verglichen (SUM1). Über­steigt nun der Zahlenwert der Geschwindigkeitskomponente den Zahlenwert der Ortskoordinate, so wird das Ergebnis des Vergleiches (SUM1) positiv. Die nachfolgende logische UND-Operation (AND1), die hier die Funktion einer Schalt­stufe hat, liefert dann ausgangsseitig ein Signal, das einen Ventilschnellöffnungsbefehl darstellt. Dieser Be­fehl bewirkt, daß das Abblaseventil in Öffnungsrichtung verstellt wird. Sobald der Zahlenwert der Geschwindig­keitskomponente wieder kleiner wird als der Zahlenwert der Ortskoordinate, springt der Ausgang der UND-Operation (AND1) zurück auf den Wert "0" und der Schnellöffnungsbe­fehl ist aufgehoben. Von nun an übernimmt wieder die normale Abblaseregelung die weitere Verstellung des Ab­blaseventils 2.A first embodiment of the part of the method which is essential to the invention in FIG. 1 with the calculation of the operating point speed and rapid opening control is shown in FIG. The control difference calculated in an earlier method step, i. H. the signal that corresponds to the distance of the working point from the blow-off line and thus fixes the location coordinates of the working point is differentiated according to time (DIF). This differential corresponds to the speed of the operating point in the map in the direction of the surge limit or blow-off line. Speeds in other directions, especially parallel to the surge line or blow-off line, are not recorded. This speed is then determined by the position of the working point, i.e. H. multiplied by the control difference dependent, non-linear function (FNC) (MUL). This product, which represents a speed component, is then compared with the control difference, which represents the spatial coordinate of the working point (SUM1). If the numerical value of the speed component now exceeds the numerical value of the location coordinate, the result of the comparison (SUM1) becomes positive. The subsequent logical AND operation (AND1), which has the function of a switching stage, then delivers a signal on the output side that represents a valve quick opening command. This command causes the relief valve to be adjusted in the opening direction. As soon as the numerical value of the speed component again becomes smaller than the numerical value of the location coordinate, the output of the AND operation (AND1) jumps back to the value "0" and the quick opening command is canceled. From now on, the normal blow-off control takes over the further adjustment of the blow-off valve 2.

Ergänzend kann hier vorgesehen sein, daß die normale Abblaseregelung, genauer die von dieser erzeugte Ventil­stellgröße, während der von der neu hinzu gekommenen Schnellöffnungssteuerung bewirkten Schnellöffnung des Abblaseventils 2 auf die hierdurch erreichte aktuelle Ventilstellung nachgeführt wird.In addition, it can be provided here that the normal blow-off control, more precisely the valve manipulated variable generated by it, during the addition of the new one Rapid opening control effecting rapid opening of the relief valve 2 is tracked to the current valve position thereby achieved.

Das in Figur 3 dargestellte Regelschema zeigt das Block­diagramm aus Figur 2 mit einer Ergänzung, mit welcher bewirkt wird, daß ein Ventilschnellöffnungsbefehl erst ausgegeben wird, wenn der Arbeitspunkt im Kennfeld eine bestimmte Mindestwegstrecke zurückgelegt hat. Hierzu ist eine Integration (NFI) vorgesehen, die so durchgeführt wird, daß das Ergebnis ausgangsseitig stets den Wert der Regeldifferenz annimmt. Vor der Integration erfolgt eine Begrenzung (LIM1), die die Stellgeschwindigkeit des In­tegrierens begrenzt. Je kleiner die Grenzwerte dieser Begrenzung (LIM1) gewählt sind, um so langsamer kann das Integral (NFI) einer Änderung der Regeldifferenz folgen. Nimmt man an, daß die Regeldifferenz sprungförmig einen um 10 % größeren Wert annimmt, so führt dies dazu, daß der Ausgang der auf das Integrieren (NFI) folgenden Summierung (SUM2) positiv wird. Übersteigt dieser posi­tive Wert den als Konstante (CON) vorgegebenen Grenzwert, wird auch das Ergebnis der nachfolgenden Summierung (SUM3) positiv und die Schnellöffnung des Abblaseventils 2 wird über die logische UND-Operation (AND1) freigege­ben. Legt dagegen der Arbeitspunkt nur eine kleine, un­terhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegende Wegstrecke im Kennfeld zurück, wird eine Ventilschnellöffnung nicht vorgenommen. Diese Ausführung des Verfahrens hat insbe­sondere den Vorteil, daß sie gegen ein den Meßwerten für den Durchfluß überlagertes Rauschen unempfindlich ist.The control diagram shown in FIG. 3 shows the block diagram from FIG. 2 with an addition, with the result that a valve quick opening command is only issued when the operating point has traveled a certain minimum distance in the characteristic diagram. For this purpose, an integration (NFI) is provided, which is carried out so that the result always assumes the value of the control difference on the output side. Before the integration there is a limitation (LIM1) which limits the positioning speed of the integration. The smaller the limit values of this limit (LIM1), the slower the integral (NFI) can follow a change in the control difference. If one assumes that the control difference suddenly takes on a value which is 10% larger, this leads to the result of the summation (SUM2) following the integration (NFI) becoming positive. If this positive value exceeds the limit value specified as a constant (CON), the result of the subsequent summation (SUM3) also becomes positive and the quick opening of the relief valve 2 is released via the logical AND operation (AND1). On the other hand, if the operating point covers only a small distance in the map, which is below the specified limit value, the valve will not open quickly. This embodiment of the method has the particular advantage that it is insensitive to noise superimposed on the measured values for the flow.

Figur 4 schließlich zeigt eine Verfahrensvariante, bei welcher das Blockdiagram aus Figur 2 um eine Filterung ergänzt ist. Die einzelnen, hierfür zusätzlich erforder­lichen Verfahrensschritte bestehen in einer Begrenzung (LIM2) der Regeldifferenz, einer nachführenden Integrie­rung (NFI), einer Summierung (SUM4) und einer weiteren logischen UND-Operation (AND2). Dieses nichtlineare Fil­ter arbeitet derart, daß ansteigende Signale der Regel­differenz unverzögert durchgelassen werden und daß fal­lende Signale der Regeldifferenz gefiltert werden, d. h. hier ein Tiefpaßfilter durchlaufen. Hierdurch wird si­chergestellt, daß die Differenzierung (DIF) zur Geschwin­digkeitsermittlung des Arbeitspunktes unverzögert auf Arbeitspunktverschiebungen in Richtung Pumpgrenze bzw. Abblaselinie reagiert und wesentlich unempfindlicher gegen Signalrauschen wird.Finally, FIG. 4 shows a variant of the method in which the block diagram from FIG. 2 is supplemented by filtering. The individual process steps additionally required for this consist of a limitation (LIM2) of the control difference, a subsequent integration (NFI), a summation (SUM4) and another logical AND operation (AND2). This non-linear filter works in such a way that rising signals of the control difference are passed through without delay and that falling signals of the control difference are filtered, that is to say they pass through a low-pass filter here. This ensures that the differentiation (DIF) for determining the speed of the working point reacts instantaneously to shifts in the working point in the direction of the surge line or blow-off line and becomes much less sensitive to signal noise.

Außer den vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens sind noch weitere Ergänzungen denkbar, wie z. B. durch eine an sich bekannte Handsteuerung zur manuellen Beeinflussung des Abblaseventils oder eine Sicherheitssteuerung mit einer statischen Sicherheits­linie. Dabei kann auch bei der Handsteuerung eine Nach­führung eines zugehörigen Handsteuerungs-Sollwertes auf die aktuelle Abblaseventilstellung beim Vorliegen von Differenzen zwischen diesen vorgesehen sein.In addition to the embodiments of the method described above, further additions are conceivable, such as. B. by a known manual control for manually influencing the relief valve or a safety control with a static safety line. In the case of manual control, an associated manual control setpoint can also be tracked to the current relief valve position when there are differences between them.

Claims (9)

1. Verfahren zum sicheren Betreiben von Turbo-Kompresso­ren mittels Abblaseregelung, in welchem der den Ar­beitspunkt des Kompressors im Kompressorkennfeld defi­nierende Durchfluß und Förderdruck kontinuierlich gemessen werden, wobei zur Verhinderung des Pumpens vor Erreichen der Pumpgrenze durch den Arbeitspunkt des Kompressors bei Erreichen einer zur Pumpgrenze parallelen Abblaselinie durch von einem Regler gesteu­ertes Öffnen wenigstens eines Ab- oder Umblaseventils sichergestellt wird, daß der Durchfluß einen vom För­derdruck abhängigen Minimaldurchfluß nicht unter­schreitet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Bewegung des Arbeitspunktes relativ zur Abblaselinie oder Pumpgrenze kontinuierlich ermittelt wird,
daß bei Erreichen oder Überschreiten einer einen ge­schwindigkeitsabhängigen Minimalabstand des Arbeits­punktes von der Abblaselinie oder Pumpgrenze darstel­lenden Schnellöffnungslinie eine der normalen Abblase­regelung überlagerte Öffnung des Ab- oder Umblase­ventils mit maximaler Verstellgeschwindigkeit erfolgt und
daß bei der Rückkehr des Arbeitspunktes über die Schnellöffnungslinie die Öffnungsbewegung des Ventils beendet und dessen weitere Verstellung, ausgehend von der zuletzt erreichten Stellung, wieder durch die normale Abblaseregelung übernommen wird.1. A method for the safe operation of turbo-compressors by means of blow-off control, in which the flow and delivery pressure defining the operating point of the compressor in the compressor map are measured continuously, whereby in order to prevent pumping before the pump limit is reached, the operating point of the compressor when reaching a pump parallel to the pump limit Blow-off line is ensured by opening at least one blow-off or blow-off valve controlled by a controller that the flow does not fall below a minimum flow dependent on the delivery pressure,
characterized in that the speed of the movement of the working point relative to the blow-off line or surge line is continuously determined,
that when a speed-dependent minimum distance of the operating point from the blow-off line or surge limit is reached or exceeded, a opening of the blow-off or blow-off valve superimposed on the normal blow-off control takes place at maximum adjustment speed and
that when the operating point returns via the quick opening line, the opening movement of the valve ends and its further adjustment, starting from the last position reached, is again taken over by the normal blow-off control. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Öffnung des Abblaseventils mit maximaler Verstellgeschwindigkeit der Regler auf die jeweils aktuelle Stellung des Abblaseventils nachgeführt wird und daß die Übernahme der weiteren Verstellung des Abblaseventils durch den Regler im wesentlichen sprung- und stoßfrei erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that during the opening of the relief valve with maximum adjustment speed, the controller is adjusted to the current position of the relief valve and that the takeover of the further adjustment of the relief valve by the controller takes place essentially without jumps and bumps. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Ermittlung der Geschwindigkeit des Arbeitspunktes durch zeitliches Differenzieren der in Abhängigkeit von der Zeit variierenden Ortskoordinaten des Arbeitspunktes erfolgt.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the determination of the speed of the working point is carried out by temporally differentiating the location coordinates of the working point which vary as a function of time. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß ie Ermittlung der Geschwindigkeit des Arbeitspunktes durch Differenzbildung zwischen den aktuellen Ortskoordinaten und um eine vorgebbare Zeit­spanne verzögerten Ortskoordinaten mit folgender Divi­sion der Differenz durch die Zeitspanne erfolgt.4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that ie the determination of the speed of the operating point is carried out by forming the difference between the current location coordinates and location coordinates delayed by a predefinable time period with the following division of the difference by the time period. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß vor der Geschwindigkeitsermittlung eine Tiefpaß-Filterung der in Abhängigkeit von der Zeit variierenden Ortskoordinaten erfolgt.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that prior to the speed determination, a low-pass filtering of the location coordinates which vary as a function of time is carried out. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß zusätzlich wenigstens ein weiterer Be­triebsparameter des Kompressors, wie Drehzahl, Leit­schaufelstellung oder Kompressorendruck, erfaßt wird und daß eine Öffnung des Abblaseventils mit maximaler Verstellgeschwindigkeit nur erfolgt, wenn auch wenig­stens einer der zusätzlich erfaßten Parameter eine Annäherung des Arbeitspunktes an die Pumpgrenze an­zeigt.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that additionally at least one further operating parameter of the compressor, such as speed, vane position or compressor pressure, is detected and that an opening of the relief valve with maximum adjustment speed only takes place if at least one of the additionally detected Parameter indicates an approach of the operating point to the surge limit. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß vor der Geschwindigkeitsermittlung eine richtungsselektive,Variationen in Richtung auf die Pumpgrenze oder Abblaselinie zu im wesentlichen un­beeinflußt durchlassende und andere Variationen mit vorgebbaren Filterparametern beeinflussende Filterung der zeitabhängig variierenden Ortskoordinaten des Arbeitspunktes im Kennefeld erfolgt.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that prior to the speed determination, a directionally selective, variations in the direction of the surge line or blow-off line to essentially uninfluenced transmission and other variations with predeterminable filter parameters filtering the time-dependent varying location coordinates of the working point in the map . Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Öffnung des Abblaseventils mit maxi­maler Verstellgeschwindigkeit erst nach Überschreiten eines vorgebbaren Geschwindigkeits-Grenzwertes durch den Arbeitspunkt erfolgt.Method according to claims 1 to 7, characterized in that the opening of the relief valve with the maximum adjustment speed takes place only after a predetermined speed limit value has been exceeded by the working point. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Öffnung des Abblaseventils mit maxi­maler Verstellgeschwindigkeit erst nach Überschreiten eines vorgebbaren Verschiebungsbetrages durch den Ar­beitspunkt in dem Kompressorkennfeld erfolgt.9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that the opening of the relief valve with the maximum adjustment speed takes place only after exceeding a predetermined amount of displacement by the working point in the compressor map.
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