EP0336095B1 - Regelverfahren zum Vermeiden des Pumpens eines Turboverdichters mittels bedarfsweisen Abblasens - Google Patents

Regelverfahren zum Vermeiden des Pumpens eines Turboverdichters mittels bedarfsweisen Abblasens Download PDF

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EP0336095B1
EP0336095B1 EP89103134A EP89103134A EP0336095B1 EP 0336095 B1 EP0336095 B1 EP 0336095B1 EP 89103134 A EP89103134 A EP 89103134A EP 89103134 A EP89103134 A EP 89103134A EP 0336095 B1 EP0336095 B1 EP 0336095B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
controller
control
valve
variable
control difference
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP89103134A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0336095A2 (de
EP0336095A3 (en
Inventor
Wilfried Dr.-Ing. Blotenberg
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MAN Turbo AG
Original Assignee
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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Publication date
Application filed by MAN Gutehoffnungshutte GmbH filed Critical MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority to AT89103134T priority Critical patent/ATE82045T1/de
Publication of EP0336095A2 publication Critical patent/EP0336095A2/de
Publication of EP0336095A3 publication Critical patent/EP0336095A3/de
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Publication of EP0336095B1 publication Critical patent/EP0336095B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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 invention relates to a control method for avoiding the pumping of a turbocompressor by means of blowing as required, the flow to the compressor and the compressor end pressure being continuously recorded and used to calculate a first control difference, which is given as an input variable to a controller which is used as an output variable for a control variable controlled adjustment of the relief valve to this, and wherein a safety control triggers a rapid opening of the relief valve in the event of large and / or rapid disturbances overwhelming the limited reaction speed of the regulator.
  • the normal control by the controller is deliberately limited in the reaction speed or rate of change of the manipulated variable for the blow-off valve in order to obtain stable, vibration-free control and to avoid constant back and forth movement of the blow-off valve.
  • This interpretation of the regulation makes it necessary that the safety control mentioned is also provided, which opens the blow-off valve quickly in the event of rapid and / or major malfunctions.
  • the measured values are used to monitor whether the operating point of the compressor is in the compressor map exceeds a safety line running parallel to the surge limit. If this is the case, actuating a switching valve triggers a complete quick opening of the relief valve, which is caused by spring force.
  • a method of the type mentioned at the outset which is characterized in that a second control difference (x '), which may indicate the need for a quick opening of the relief valve, from the measured values or the first control difference (x) and predefinable target values is calculated and supplied to a limit value step and that this limit value step outputs a quick opening variable (z) on the output side when a limit value which can be predetermined therein is exceeded by the second control difference (x ′), which is applied to the controller (4) and in this valve actuation by means of additive superimposition Changes in the valve control variable (y) in the opening direction are generated with an increased rate of change.
  • the new method has the advantage that it can be used in addition to known control methods and thereby increases the limited reaction speed inherent in the adjustment of the relief valve, if necessary, so that timely opening of the relief valve is ensured even in the event of large and / or rapid faults is.
  • the quick opening variable is only pending as long as the second control difference exceeds the associated limit value, the quick opening variable is no longer output after the second control difference has dropped below the limit value.
  • the adjustment of the relief valve is again carried out solely under the influence of the slower normal regulation.
  • a quick opening movement of the relief valve is therefore only just as far and as long as necessary to avoid pumping the compressor.
  • no special technical additional devices are required to carry out the method, since it makes use of the existing means for adjusting the relief valve.
  • the actual movement speed of the working point in the characteristic map is calculated from the control difference (x) representing the location of the compressor operating point in the compressor map and that this is based on this actual speed and a target speed assigned to it a specifiable position-speed function, when reaching a pumping can just be prevented by the operating point, the difference is formed and that this difference is used as a second control difference (x ').
  • This ensures that, in addition to the distance of the compressor operating point from the surge limit, its speed of approach to the surge limit in the compressor map is also used for the decision on the rapid opening of the relief valve.
  • the definable The position-speed function represents a curve, the course of which is to be selected such that if the curve is only slightly exceeded, the compressor does not pump.
  • This curve is reached, the rapid opening of the blow-off valve is triggered immediately, but until the blow-off valve reacts and its opening has an influence on the position of the working point, the working point will still exceed the curve by a certain amount.
  • a sufficient safety margin for the surge limit is maintained when specifying the curve, but this can be relatively small.
  • the method provides that the quick opening variable is output in the form of a time-dependent increasing or decreasing ramp function, step function, step function or pulse sequence function.
  • the selection of the function depends on the individual requirements, in particular on the mode of operation of the relief valve and its associated actuating device.
  • the slope of the function is expediently adapted to the maximum actuating speed of the relief valve, which is determined by technical properties, and which is always greater than the maximum rate of change of the controller with regard to the valve actuating variable.
  • Figures 1 to 3 of the drawing show three versions of the method in the form of control schemes.
  • FIG. 1 shows a turbocompressor 1 with an intake line 10 and an output line 11, in which a non-return valve 13 is installed.
  • a blow-off line 12 branches off from the discharge line 11 in front of the non-return flap 13, into which a blow-off valve 2 is switched on.
  • the flow of the medium to be compressed e.g. B. air detected.
  • the compressor end pressure is continuously detected by a pressure meter 32 connected to the discharge line 11.
  • a function transmitter 33 connected downstream of the pressure meter, the minimum flow value that is just permissible for this is determined as a function of the pressure determined.
  • This minimum flow value which is output by the function generator 33, serves as the desired value, while the flow value determined by the flow meter 31 serves as the actual value.
  • This actual value is supplied with a negative sign to an adder 34, in which a first control difference x is defined as the difference between the setpoint and the actual value.
  • the control difference x is fed to the input of a proportional-integral controller (PI controller) 4, which in turn emits a manipulated variable y at its output, which is fed to the relief valve 2 and causes its regulated adjustment.
  • PI controller proportional-integral controller
  • the first control difference x is additionally fed to a safety controller 5.
  • the speed of change of the control difference x ie the speed of movement of the working point
  • a speedometer 51 of the compressor 1 calculated in its map.
  • the control difference x is fed to a further function generator 52, in which a predetermined position-speed function is stored.
  • This function represents a curve when it can be just prevented from being pumped by the operating point of the compressor 1. At the same time, this means that as long as the operating point has not yet reached the curve, intervention by the safety controller to protect the compressor 1 is not yet necessary.
  • the curve itself designates the points at which a valve opening must begin at the latest in order to be able to prevent the surge limit from being reached.
  • the shape of this curve and its distance from the surge line are largely determined by the properties of the relief valve, such as actuating behavior, non-linearities and the like.
  • the function generator 52 On the output side, the function generator 52 in each case outputs the desired speed value belonging to the control difference x that has been given up. In a further adder 53, the difference is formed from the actual speed emitted by the speedometer 51 and the desired speed emitted by the function generator 52 and provided with a negative sign. This is fed as a second control difference x 'to a limit value stage 54.
  • This limit value level 54 compares the given second control difference x 'with a predetermined limit value stored in the limit value level 54, which corresponds to the previously mentioned safety margin. If the second control difference x 'exceeds this limit value, the limit value stage 54 outputs a so-called quick opening variable z on the output side.
  • the quick opening variable z is generated by a function generator 55, which in this case emits a ramp function that rises continuously as a function of time.
  • the function generator 55 can be designed in such a way that the slope of the function that is emitted is exactly the same depending on the time changes that the relief valve 2 is adjusted with its maximum adjustment speed.
  • the position of the relief valve 2 can be given as a feedback variable to the function generator 55, thereby ensuring that the actuating speed of the relief valve is always adapted to the current valve position.
  • This quick opening variable z is given to the output of the PI controller 4 and added there in an adder 43 to the manipulated variable y generated by the PI controller 4 to form a changed manipulated variable y. Since by definition the blow-off valve 2 opens in the present example (and also in the examples to be described below) when the manipulated variable y becomes smaller, the addition of the quick-opening variable z to the manipulated variable y results in a rapid adjustment of the relief valve 2 in the opening direction.
  • the steepness of the ramp function of the function generator 55 is adapted to the maximum possible actuating speed of the relief valve 2.
  • the rate of change thus achieved for the manipulated variable y is greater than the rate of change for the manipulated variable y that can be generated by the PI controller 4 alone.
  • the output of the limit value stage 54 can also be passed directly to the adder 43, ie the function generator 55 can be omitted here.
  • the size of the output signal of the limit value stage 54 must be such that it causes such a large change in the manipulated variable y during the addition in the adder 43 that the relief valve 2 receives a command to open it completely.
  • the relief valve 2 follows the manipulated variable y as quickly as possible. This variant of the method is particularly simple, however, there may be a temporary difference between the manipulated variable y and the current valve position.
  • Figure 2 of the drawing also shows the turbocompressor 1 with intake line 10 and discharge line 11, in which the non-return valve 13 is inserted again.
  • the blow-off line 12 branches off from the discharge line 11 with the blow-off valve 2 switched on.
  • the first control difference x is also determined here in the manner already described with reference to FIG. 1 by means of measured values and setpoints, which are determined using a flow meter 31, a pressure meter 32 and a function transmitter 33 with a downstream adder 34.
  • the controller used here is a PI controller 4.
  • the proportional part 41 and the integral part 42 of the PI controller 4 are followed by an adder 43, in which the outputs of the proportional part 41 and the integral part 42 are added to form the manipulated variable y for the adjustment of the relief valve 2.
  • FIG. 3 shows a third advantageous embodiment of the method, the compressor 1 with the intake line 10 and the discharge line 11 and the non-return flap 13 inserted therein and the blow-off line 12 branching off the line 11 with the blow-off valve 2 also shown in the illustration.
  • the first control difference x is determined here in the same way as described above with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the determination of the quick opening variable z by the safety controller 5 also takes place here exactly in the manner described with reference to FIG. 2.
  • a PI controller 4 which has a proportional part 41 and an integral part 42, is again used as the controller.
  • the proportional part 41 is again fed only the first control difference x, while the integral part 42 receives both the control difference x and the quick opening variable z on the input side.
  • the integral part 42 of the PI controller 4 has two separate integrator inputs 42 'and 42 ′.
  • the first input 42 ' is assigned the first control difference x, while the second input 42 ⁇ the quick opening variable z is applied.
  • This version has the advantage that the two inputs 42 'and 42 ⁇ different integration behavior, for. B. different integration time constants can be assigned.
  • the output of the integral part 42 can be influenced without influencing depending on the quick opening variable z be influenced by the first control difference x in an effective manner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren zum Vermeiden des Pumpens eines Turboverdichters mittels bedarfsweisen Abblasens, wobei der Durchfluß zum Verdichter sowie der Verdichterenddruck stetig erfaßt und zur Berechnung einer ersten Regeldifferenz verwendet werden, welche als Eingangsgröße auf einen Regler gegeben wird, der als Ausgangsgröße eine Stellgröße für eine geregelte Verstellung des Abblaseventils an dieses liefert, und wobei eine Sicherheitssteuerung beim Auftreten von großen und/oder schnellen, die begrenzte Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers überfordernden Störungen eine Schnellöffnung des Abblaseventils auslöst.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus EP-A-223 207 bekannt.
  • Bei üblichen, bekannten Regelverfahren der genannten Art ist die normale Regelung durch den Regler bewußt in der Reaktionsgeschwindigkeit bzw. Veränderungsgeschwindigkeit der Stellgröße für das Abblaseventil begrenzt, um eine stabile, schwingungsfreie Regelung zu erhalten und ein ständiges Hin- und Herbewegen des Abblaseventils zu vermeiden. Diese Auslegung der Regelung macht es erforderlich, daß zusätzlich die erwähnte Sicherheitssteuerung vorgehalten wird, die im Notfall beim Auftreten von schnellen und/oder großen Störungen das Abblaseventil rasch öffnet. Hierzu wird anhand der Meßwerte beobachtet, ob der Arbeitspunkt des Verdichters im Verdichterkennfeld eine parallel zur Pumpgrenze verlaufende Sicherheitslinie überschreitet. Ist dies der Fall, wird durch Betätigen eines Schaltventils eine durch Federkraft bewirkte, vollständige Schnellöffnung des Abblaseventils ausgelöst.
  • Nachteilig ist bei diesem Regelverfahren, daß es bei der Auslösung der Sicherheitssteuerung zu einem starken Druckabfall in dem dem Verdichter nachgeschalteten Prozeß kommt. Außerdem benötigt das Verfahren zu seiner Durchführung einen relativ hohen technischen Aufwand, der insbesondere darauf beruht, daß ein zusätzliches Schaltventil sowie ein Federkraftspeicher für die Schnellöffnung des Abblaseventils erforderlich sind.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die aufgeführten Nachteile vermeidet und das insbesondere auch beim Auftreten von großen und/oder schnellen Störungen einen annähernd konstanten Druck in dem dem Verdichter nachgeschalteten Prozeß gewährleistet und das für seine Durchführung einen geringen technischen Aufwand erfordert.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß eine zweite, die Erfordernis einer Schnellöffnung des Abblaseventils gegebenenfalls anzeigende Regeldifferenz (x′) aus den Meßwerten bzw. der ersten Regeldifferenz (x) und vorgebbaren Sollwerten berechnet und einer Grenzwertstufe zugeführt wird und daß diese Grenzwertstufe bei Überschreiten eines darin vorgebbaren Grenzwertes durch die zweite Regeldifferenz (x′) ausgangsseitig eine Schnellöffnungsgröße (z) ausgibt, die auf den Regler (4) aufgeschaltet wird und in diesem durch additive Überlagerung eine eine Ventilbetätigung in Öffnungsrichtung bewirkende Veränderung der Ventilstellgröße (y) mit einer erhöhten Änderungsgeschwindigkeit erzeugt.
  • Das neue Verfahren beitet den Vorteil, daß es ergänzend zu bekannten Regelverfahren zusammen mit diesem anwendbar ist und dabei die diesen anhaftende begrenzte Reaktionsgeschwindigkeit bei der Verstellung des Abblaseventils im Bedarfsfall so erhöht, daß auch bei großen und/oder schnellen Störungen eine rechtzeitige Öffnung des Abblaseventils sichergestellt ist. Da zudem die Schnellöffnungsgröße nur so lange ansteht, wie die zweite Regeldifferenz den zugehörigen Grenzwert überschreitet, wird nach dem Wiederabsinken der zweiten Regeldifferenz unter den Grenzwert die Schnellöffnungsgröße nicht mehr ausgegeben. Dies hat zur Folge, daß umgehend die Verstellung des Abblaseventils wieder allein unter dem Einfluß der langsameren normalen Regelung erfolgt. Eine Schnellöffnungsbewegung des Abblaseventils erfolgt also nur gerade soweit und so lange wie nötig, um ein Pumpen des Verdichters zu vermeiden. Vorteilhaft werden für die Durchführung des Verfahrens keine besonderen technischen Zusatzeinrichtungen benötigt, da es sich der vorhandenen Mittel für die Verstellung des Abblaseventils bedient.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß aus der den Ort des Verdichter-Arbeitspunktes im Verdichterkennfeld darstellenden Regeldifferenz (x) die Ist-Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitspunktes im Kennfeld berechnet wird und daß aus dieser Ist-Geschwindigkeit und einer dieser ortsabhängig zugeordneten Soll-Geschwindigkeit gemäß einer vorgebbaren Orts-Geschwindigkeits-Funktion, bei deren Erreichen durch den Arbeitspunkt ein Pumpen gerade noch verhindert werden kann, die Differenz gebildet wird und daß diese Differenz als zweite Regeldifferenz (x′) verwendet wird. Hierdurch wird erreicht, daß außer dem Abstand des Verdichter-Arbeitspunktes von der Pumpgrenze auch dessen Annäherungsgeschwindigkeit an die Pumpgrenze im Verdichterkennfeld für die Entscheidung über die Vornahme einer Schnellöffnung des Abblaseventils herangezogen wird. Die vorgebbare Orts-Geschwindigkeits-Funktion stellt eine Kurve dar, deren Verlauf so zu wählen ist, daß es bei einem geringen Überschreiten dieser Kurve noch nicht zu einem Pumpen des Verdichters kommt. Zwar wird bei Erreichen dieser Kurve sofort die Schnellöffnung des Abblaseventils ausgelöst, doch bis das Abblaseventil reagiert und seine Öffnung einen Einfluß auf die Lage des Arbeitspunktes hat, wird der Arbeitspunkt die Kurve noch um einen gewissen Betrag überschreiten. Zur Berücksichtigung dieses Effekts wird bei der Vorgabe der Kurve eine ausreichende Sicherheitsspanne zur Pumpgrenze eingehalten, die jedoch relativ klein sein kann.
  • Damit kann der Verdichter näher an der Pumpgrenze noch sicher betrieben werden, ohne daß hierfür ein wesentlich höherer Verfahrensaufwand, abgesehen von einigen einfachen Rechenoperationen, erforderlich ist.
  • Weiterhin sieht das Verfahren vor, daß die Schnellöffnungsgröße in Form einer zeitabhängig steigenden oder fallenden Rampenfunktion, Stufenfunktion, Sprungfunktion oder Impulsfolgefunktion ausgegeben wird. Die Auswahl der Funktion richtet sich im Einzelfall nach den vorliegenden Erfordernissen, insbesondere nach der Arbeitsweise des Abblaseventils und seiner zugehörigen Betätigungseinrichtung. Dabei ist zweckmäßig die Steilheit der Funktion an die durch technische Eigenschaften festgelegte maximale Stellgeschwindigkeit des Abblaseventil, die immer größer ist als die maximale Veränderungsgeschwindigkeit des Reglers hinsichtlich der Ventilstellgröße, angepaßt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 4 bis 9 angegeben.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren 1 bis 3 der Zeichnung zeigen drei Ausführungen des Verfahrens in Form von Regelschemata.
  • Figur 1 zeigt einen Turboverdichter 1 mit einer Ansaugleitung 10 und einer Abgabeleitung 11, in welche eine Rückschlagklappe 13 eingebaut ist. Von der Abgabeleitung 11 zweigt vor der Rückschlagklappe 13 eine Abblaseleitung 12 ab, in welche ein Abblaseventil 2 eingeschaltet ist. Ansaugseitig wird an dem Verdichter 1 mittels eines Durchflußmessers 31 kontinuierlich der zum Verdichter 1 strömende Durchfluß des zu verdichtenden Mediums, z. B. Luft, erfaßt. Hinter dem Verdichter 1 wird durch einen mit der Abgabeleitung 11 verbundenen Druckmesser 32 stetig der Verdichterenddruck erfaßt. Mittels eines dem Druckmesser nachgeschalteten Funktionsgebers 33 wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Druck jeweils der für diesen gerade noch zulässige Minimaldurchflußwert ermittelt. Dieser Minimaldurchflußwert, der vom Funktionsgeber 33 ausgegeben wird, dient als Sollwert, während der von dem Durchflußmesser 31 ermittelte Durchflußwert als Istwert dient. Dieser Istwert wird mit einem negativen Vorzeichen einem Addierer 34 zugeführt, in welchem eine erste Regeldifferenz x definitionsgemäß als Differenz zwischen Sollwert und Istwert gebildet wird. Die Regeldifferenz x wird dem Eingang eines Proportional-Integral-Reglers (PI-Regler) 4 zugeführt, welcher seinerseits an seinem Ausgang eine Stellgröße y abgibt, die dem Abblaseventil 2 zugeführt wird und dessen geregelte Verstellung bewirkt. Soweit wie bisher beschrieben, entspricht das Regelverfahren dem bekannten Stand der Technik.
  • Neu ist bei dem in Figur 1 beschriebenen Verfahrensbeispiel, daß die erste Regeldifferenz x zusätzlich noch einer Sicherheitssteuerung 5 zugeführt wird. In diese Sicherheitssteuerung 5 wird zunächst in einem Geschwindigkeitsmesser 51 die Änderungsgeschwindigkeit der Regeldifferenz x, d. h. die Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitspunktes des Verdichters 1 in dessen Kennfeld berechnet. Parallel hierzu wird die Regeldifferenz x einem weiteren Funktionsgeber 52 zugeführt, in welchem eine vorgegebene Orts-Geschwindigkeits-Funktion gespeichert ist. Diese Funktion stellt eine Kurve dar, bei deren Erreichen durch den Arbeitspunkt des Verdichters 1 ein Pumpen gerade noch verhindert werden kann. Dies bedeutet zugleich, daß, solange der Arbeitspunkt die Kurve noch nicht erreicht hat, ein Eingreifen der Sicherheitssteuerung zum Schutz des Verdichters 1 noch nicht nötig ist. Die Kurve selbst bezeichnet die Punkte, an denen eine Ventilöffnung spätestens beginnen muß, um ein Erreichen der Pumpgrenze soeben noch verhindern zu können. Die Form dieser Kurve und ihr Abstand von der Pumpgrenze werden maßgeblich von den Eigenschaften des Abblaseventils, wie Stellverhalten, Nichtlinearitäten und dergleichen, bestimmt. Ausgangsseitig gibt der Funktionsgeber 52 jeweils den zu der aufgegebenen Regeldifferenz x gehörenden Geschwindigkeits-Sollwert ab. In einem weiteren Addierer 53 wird aus der vom Geschwindigkeitsmesser 51 abgegebenen Ist-Geschwindigkeit und der vom Funktionsgeber 52 abgegebenen, mit einem negativen Vorzeichen versehenen Soll-Geschwindigkeit die Differenz gebildet. Diese wird als zweite Regeldifferenz x′ einer Grenzwertstufe 54 zugeführt. Diese Grenzwertstufe 54 vergleicht die aufgegebene zweite Regeldifferenz x′ mit einem in der Grenzwertstufe 54 gespeicherten, vorgebbaren Grenzwert, der der zuvor erwähnten Sicherheitsspanne entspricht . Überschreitet die zweite Regeldifferenz x′ diesen Grenzwert, gibt die Grenzwertstufe 54 ausgangsseitig eine sogenannte Schnellöffnungsgröße z ab. In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel wird die Schnellöffnungsgröße z durch einen Funktionsgeber 55 erzeugt, der hier eine zeitabhängig stetig ansteigende Rampenfunktion abgibt. Bei Abblaseventilen 2 mit nichtlinearer Stellgeschwindigkeit kann der Funktionsgeber 55 so ausgestaltet sein, daß sich die Steigung der abgegebenen Funktion zeitabhängig genau so ändert, daß das Abblaseventil 2 jeweils mit seiner maximalen Verstellgeschwindigkeit verstellt wird. Zusätzlich kann hier die Stellung des Abblaseventils 2 als Rückkopplungsgröße auf den Funktionsgeber 55 gegeben werden, wodurch sichergestellt wird, daß die Stellgeschwindigkeit des Abblaseventils stets an die aktuelle Ventilstellung angepaßt wird.
  • Diese Schnellöffnungsgröße z wird, mit einem negativen Vorzeichen versehen, dem Ausgang des PI-Reglers 4 aufgegeben und dort in einem Addierer 43 zu der vom PI-Regler 4 erzeugten Stellgröße y zur Bildung einer geänderten Stellgröße y addiert. Da definitionsgemäß bei dem vorliegenden Beispiel (und auch bei den im folgenden noch zu beschreibenden Beispielen) das Abblaseventil 2 bei kleiner werdender Stellgröße y öffnet, wird durch das Aufaddieren der Schnellöffnungsgröße z auf die Stellgröße y eine rasche Verstellung des Abblaseventils 2 in Öffnungsrichtung bewirkt. Die Steilheit der Rampenfunktion des Funktionsgebers 55 ist dabei an die maximal mögliche Stellgeschwindigkeit des Abblaseventils 2 angepaßt. Die so erreichte Änderungsgeschwindigkeit für die Stellgröße y ist dabei größer als die von dem PI-Regler 4 allein erzeugbare Änderungsgeschwindigkeit für die Stellgröße y. Alternativ kann der Ausgang der Grenzwertstufe 54 auch unmittelbar auf den Addierer 43 gegeben werden, d. h. der Funktionsgeber 55 kann hier entfallen. Die Größe des Ausgangssignals der Grenzwertstufe 54 muß dabei so bemessen sein, daß es bei der Addition im Addierer 43 eine so große Änderung der Stellgröße y bewirkt, daß das Abblaseventil 2 einen Befehl zur vollständigen Öffnung erhält. Dabei läuft das Abblaseventil 2 so schnell wie möglich der Stellgröße y nach. Diese Verfahrensvariante ist damit besonders einfach, jedoch kann es hier zu einem zeitweisen Differieren von Stellgröße y und aktueller Ventilstellung kommen.
  • Auch die Figur 2 der Zeichnung zeigt den Turboverdichter 1 mit Ansaugleitung 10 und Abgabeleitung 11, in die wieder die Rückschlagklappe 13 eingesetzt ist. Auch hier zweigt wieder die Abblaseleitung 12 mit dem eingeschalteten Abblaseventil 2 von der Abgabeleitung 11 ab. Auch die Bestimmung der ersten Regeldifferenz x erfolgt hier in der bereits anhand von Figur 1 beschriebenen Weise mittels Meßwerten und Sollwerten, die anhand eines Durchflußmessers 31, eines Druckmessers 32 und eines Funktionsgebers 33 mit nachgeschaltetem Addierer 34 ermittelt wird. Weiterhin ist auch der hier verwendete Regler ein PI-Regler 4.
  • Neu ist bei dem hier dargestellten Beispiel, daß dem PI-Regler 4 eingangsseitig nicht nur die Regeldifferenz x zugeführt wird, sondern auch die von der Sicherheitssteuerung 5 berechnete Schnellöffnungsgröße z. Hierbei wird dem Proportionalteil 41 des PI-Reglers 4 lediglich die erste Regeldifferenz x eingangsseitig zugeführt, während dem Integralteil 42 des PI-Reglers 4 die Summe aus der ersten Regeldifferenz x und der Schnellöffnungsgröße z eingangsseitig zugeführt wird. Die Summe aus der Regeldifferenz x und der Schnellöffnungsgröße z wird in einem Addierer 45 gebildet, der dem Integralteil 42 des PI-Reglers 4 vorgeschaltet ist. Zwischen den Addierer 45 und den Eingang des Integralteils 42 ist hier noch ein Begrenzer 44 geschaltet, der dafür sorgt, daß auch bei maximalem Eingangssignal die Zeitkonstante des Integralteils nicht kürzer wird als die Stellzeit des Abblaseventils.
  • Die Berechnung der zweiten Regeldifferenz x′ erfolgt bei dem Beispiel nach Figur 2 in der bereits in Figur 1 beschriebenen Art und Weise. Auch hier wird die zweite Regeldifferenz x′ auf die Grenzwertstufe 54 gegeben, die bei Überschreiten eines darin gespeicherten Grenzwertes durch die zweite Regeldifferenz x′ als Ausgangssignal die Schnellöffnungsgröße z an den Addierer 45 abgibt.
  • Ausgangsseitig ist dem Proportionalteil 41 und dem Integralteil 42 des PI-Reglers 4 ein Addierer 43 nachgeschaltet, in welchem die Ausgänge des Proportionalteils 41 und des Integralteils 42 zur Bildung der Stellgröße y für die Verstellung des Abblaseventils 2 addiert werden.
  • Figur 3 zeigt eine dritte vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, wobei auch hier wieder in der Darstellung der Verdichter 1 mit Ansaugleitung 10 und Abgabeleitung 11 sowie darin eingesetzter Rückschlagklappe 13 und vor dieser von der Leitung 11 abzweigender Abblaseleitung 12 mit eingeschaltetem Abblaseventil 2 dargestellt ist. Die Bestimmung der ersten Regeldifferenz x erfolgt hier in der gleichen Weise wie zuvor anhand der Figur 1 und 2 beschrieben. Auch die Bestimmung der Schnellöffnungsgröße z durch die Sicherheitssteuerung 5 erfolgt hier genau in der anhand von Figur 2 beschriebenen Art und Weise.
  • Als Regler wird auch hier wieder ein PI-Regler 4 verwendet, der einen Proportionalteil 41 und einen Integralteil 42 besitzt. Dem Proportionalteil 41 wird wieder nur die erste Regeldifferenz x zugeführt, während dem Integralteil 42 sowohl die Regeldifferenz x als auch die Schnellöffnungsgröße z eingangsseitig zugeführt werden. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 besitzt hier jedoch der Integralteil 42 des PI-Reglers 4 zwei getrennte Integratoreingänge 42′ und 42˝. Dem ersten Eingang 42′ ist die erste Regeldifferenz x zugeordnet, während dem zweiten Eingang 42˝ die Schnellöffnungsgröße z aufgeschaltet wird. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß den beiden Eingängen 42′ und 42˝ unterschiedliche Integrationsverhalten, z. B. unterschiedliche Integrationszeitkonstanten, zugeordnet werden können. Hierdurch kann der Ausgang des Integralteils 42 in Abhängigkeit von der Schnellöffnungsgröße z ohne Beeinflussung durch die erste Regeldifferenz x in effektiver Art und Weise beeinflußt werden.
  • Die Ausgänge des Proportionalteils 41 und des Integralteils 42 des PI-Reglers 4 werden auch hier wieder in einem Addierer 43 zur Bildung der Stellgröße y für die Verstellung des Abblaseventils 2 zueinander addiert.
  • Vorteilhaft bei den beiden zuletzt beschriebenen Verfahrensvarianten gemäß den Figuren 2 und 3 ist u. a., daß die Schnellöffnungsgröße z über den Integralteil 42 des Reglers 4 wirkt, da dadurch sichergestellt wird, daß während einer Schnellöffnung des Abblaseventils 2 der Ausgang des PI-Reglers 4 der Stellgrößenänderung folgt.
  • Allen beschriebenen Verfahrensvarianten ist gemeinsam, daß im Normalfall die Regelung allein durch die normale Regelung, hier durch den PI-Regler 4, vorgenommen wird. Lediglich beim Auftreten von Störungen tritt die Sicherheitssteuerung 5 in Aktion, die die Stellgröße y für die Verstellung des Abblaseventils 2 durch additive Überlagerung so verändert, daß sich eine Ventilverstellung mit einer erhöhten Stellgeschwindigkeit in Öffnungsrichtung ergibt.

Claims (9)

  1. Regelverfahren zum Vermeiden des Pumpens eines Turboverdichters mittels bedarfsweisen Abblasens, wobei der Durchfluß zum Verdichter sowie der Verdichterenddruck stetig erfaßt und zur Berechnung einer ersten Regeldifferenz verwendet werden, welche als Eingangsgröße auf einen Regler gegeben wird, der als Ausgangsgröße eine Stellgröße für eine geregelte Verstellung des Abblaseventils an dieses liefert, und wobei eine Sicherheitssteuerung beim Auftreten von großen und/oder schnellen, die begrenzte Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers überfordernden Störungen eine Schnellöffnung des Abblaseventils auslöst,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, die Erfordernis einer Schnellöffnung des Abblaseventils (2) gegebenenfalls anzeigende Regeldifferenz (x′) aus den Meßwerten bzw. der ersten Regeldifferenz (x) und vorgebbaren Sollwerten berechnet und einer Grenzwertstufe zugeführt wird und daß diese Grenzwertstufe (54) bei Überschreiten eines darin vorgebbaren Grenzwertes durch die zweite Regeldifferenz (x′) ausgangsseitig eine Schnellöffnungsgröße (z) ausgibt, die auf den Regler (4) aufgeschaltet wird und in diesem durch additive Überlagerung eine eine Betätigung des Abblaseventils (2) in Öffnungsrichtung bewirkende Veränderung der Stellgröße (y) für das Abblaseventil (2) mit einer erhöhten Änderungsgeschwindigkeit erzeugt.
  2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der den Ort des Verdichter-Arbeitspunktes im Verdichterkennfeld darstellenden ersten Regeldifferenz (x) die Ist-Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitspunktes im Kennfeld berechnet wird (51) und daß aus dieser Ist-Geschwindigkeit und einer dieser ortsabhängig zugeordneten Soll-Geschwindigkeit gemäß einer vorgebbaren Orts-Geschwindigkeits-Funktion (52), bei deren Erreichen durch den Arbeitspunkt ein Pumpen gerade noch verhindert werden kann, die Differenz gebildet wird (53) und daß diese Differenz als zweite Regeldifferenz (x′) verwendet wird.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellöffnungsgröße (z) in Form einer zeitabhängig steigenden oder fallenden Rampenfunktion, Stufenfunktion, Sprungfunktion oder Impulsfolgefunktion ausgegeben wird.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellöffnungsgröße (z) auf den Reglerausgang aufgegeben und mit angepaßtem Vorzeichen zu der vom Regler (4) ausgegebenen Ventilstellgröße (y) addiert wird.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reglers (4) während der Ausgabe der Schnellöffnungsgröße (z) auf einen der aktuellen Stellung des Abblaseventils (2) entsprechenden Wert nachgeführt wird.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei als Regler ein Proportional-Integral-Regler verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Proportionalteil (41) des Reglers (4) nur die erste Regeldifferenz (x) zugeführt wird und daß dem Integralteil (42) des Reglers (4) die Summe aus der ersten Regeldifferenz (x) und der Schnellöffnungsgröße (z) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der ersten Regeldifferenz (x) und der Schnellöffnungsgröße (z) vor Eingang in den Integralteil (42) des Reglers (4) über einen Begrenzer (44) geführt wird.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei als Regler ein Proportional-Integral-Regler verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Integralteil (42) des Reglers (4) ein Integrierer mit einem zweiten Integratoreingang (42") verwendet wird, dessen Integrierverhalten von dem ersten Integratoreingang (42'), dem die erste Regeldifferenz (x) zugeführt wird, unabhängig ist, und das die Schnellöffnungsgröße (z) diesem zweiten Integratoreingang (42") zugeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Integratoreingen (42', 42") des Integrierers (42) unterschiedliche Integrierzeitkonstanten zugeordnet werden.
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