EP0771950B1

EP0771950B1 - Verfahren zum Schutz eines Turbokompressors vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich mittels Armaturen mit zwei Stellgeschwindigkeiten

Info

Publication number: EP0771950B1
Application number: EP96115284A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Dr.-Ing. Blotenberg
Original assignee: MAN Turbomaschinen AG
Current assignee: MAN Turbo AG
Priority date: 1995-11-04
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: DE19541192A1; DE19541192C2; EP0771950A1; US5762468A; DE59609882D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Turboverdichters vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich mittels einer Abblasevorrichtung, wobei aus Meßwerten zumindest für den Verdichterdurchfluß und Verdichterenddruck sowie aus vorgegebenen bzw. vorgebbaren Sollwerten ein Regelparameter bestimmt wird, anhand dessen durch einen Pumpgrenzregler eine geregelte Öffnung der Abblasevorrichtung erfolgt, sowie eine Vorrichtung, die einen Pumpgrenzregler für eine Verstellung der Abblasevorrichtung mittels einer Betätigungseinrichtung über ein Druckmedium aufweist sowie mit Steuerleitungen für die Betätigung der Abblasevorrichtung in Öffnungs- bzw. Schließrichtung.

Solch ein Verfahren, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ist aus der DE 3 811 230 A bekannt.

Zum optimalen Schutz von Turboverdichtern vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich (Pumpen) sind schnell ansprechende Abblase- oder Umblasearmaturen erforderlich.

Insbesondere bei Axialverdichtern, die bei Verdichterpumpen besonders gefährdet sind, werden bevorzugt hydraulische Abblase- bzw. Umblasearmaturen verwendet, da nur diese Armaturen die geforderten Stellzeiten von 1 bis 2 Sekunden für eine Öffnungsbewegung gewährleisten. Diese Stellzeiten sind nur mit hydraulischen Armaturen sowohl für den gesteuerten Schnellöffnungsfall (ein Magnetventil im Kraftölkreis wird betätigt und steuert das Kraftöl ab und die Armatur öffnet mit maximaler Stellgeschwindigkeit) als auch für den Regelfall (der Pumpgrenzregler steuert die Abblasearmatur in eine Zwischenstellung, um nur soviel Fördermedium abzublasen, wie unbedingt erforderlich ist) zu erreichen. In diesem Fall gibt ein Maschinenschutzregler (Pumpgrenzregler) ein stetiges Stellsignal vor und die Abblasearmatur muß diese vorgegebene Stellung schnellstmöglich einnehmen.

In der Praxis ist eine Positioniereinheit erforderlich, die die aktuell gemessene Stellung mit der gewünschten Stellung vergleicht und bei einer Abweichung Steuer/Korrektureingriffe derart erzeugt, daß die gewünschte Armaturenstellung eingenommen wird. Es ist bekannt, daß kurze Stellzeiten mit einer Positioniereinheit wesentlich schwieriger erreichbar sind als durch gesteuerte Magnetventile, die einen im Prinzip beliebig groß wählbaren Absteuerquerschnitt freigeben. Die Positioniereinheit muß daher so optimiert werden, daß eine stabile Position auch über einen längeren Zeitraum gehalten werden muß. Eine Veränderung der jeweiligen Position der Abblasearmatur als Folge einer Stellgrößenänderung muß so erfolgen, daß ein stabiles Einschwingen in die neue Position gewährleistet ist.

Bekanntlich haben hydraulisch betätigte Armaturen gegenüber pneumatisch betätigten Armaturen den Vorteil, daß diese deutlich kürzere Stellzeiten zulassen. Hydraulisch betätigte Armaturen haben allerdings den Nachteil, daß diese deutlich teurer sind, insbesondere auch angesichts der Notwendigkeit einer Ölversorgungseinheit.

Der Vorteil der Hydraulik liegt in der Inkompressibilität des Hydrauliköles. Druckluft ist kompressibel und daher wesentlich schlechter als Steuermedium für schnelle Armaturen geeignet. Während sich mit hydraulisch betätigten Armaturen Stellzeiten von 1 bis 2 Sekunden auch für den geregelten Fall, d. h. bei einer Verstellung über den Stellungsregler problemlos erreichen lassen, ist dies mit pneumatisch betätigten Armaturen nahezu unmöglich. Realistisch mit pneumatisch betätigten Armaturen erzielbare Stellzeiten sind 2 Sekunden für eine Schnellöffnung und 6 Sekunden für eine geregelte Ventilbewegung.

Daher kann ein Verdichter mit einer langsam öffnenden Armatur (6 Sekunden) wesentlich schlechter geschützt werden als ein Verdichter mit einer schnellöffnenden, hydraulischen Armatur (1-2 Sekunden).

Ein weiterer, wesentlicher Kostenfaktor beim Einsatz von Abblase- und Umblasearmaturen für Verdichter ist die Bauart der Armatur. Am besten geeignet sind Ventile, da deren Kennlinie (Druck/Durchflußcharakteristik)durch konstruktive Gestaltung der Ventilsitze an die jeweiligen Bedingungen angepaßt werden kann. Die Ventilkennfinie kann dadurch konstruktiv an die jeweiligen Einsatzbedingungen angepaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wobei ein ähnlich gutes Öffnungs- und Schließverhalten zum Schutz eines Turboverdichters vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich gewährleistet wird wie bei Verwendung von hydraulisch angetriebenen Abblasearmaturen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß jeweils mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7.

Die Patentansprüche 2 bis 6 sowie 8 bis 13 stellen jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.

Erfindungsgemäß wird ein Vorteil dadurch erreicht, daß ein Verdichterschutzsystem geschaffen wird, welches mit dem nachfolgend beschriebenen Regelprinzip und pneumatisch betätigten Armaturen ausgerüstet ist und nahezu genau so wirksam ist wie ein System mit bekannter Regelung und mit hydraulischen Abblaseventilen.

Wird der Verdichter im normalen Betriebspunkt gefahren, ist der vom Prozeß abgenommene Durchfluß größer als der Durchfluß an der Abblaselinie und die Stell- bzw. Abblasearmatur ist geschlossen. Reduziert sich der vom Prozeß abgenommene Durchfluß, kann es erforderlich werden, einen Teil des Verdichterdurchsatzes über die Abblasearmatur abzublasen, um den minimal erforderlichen Verdichterdurchfluß sicherzustellen. Hierzu öffnet der Pumpgrenzregler die Stellarmatur.

Erfindungsgemäß wirkt ein Steuersignal eines Steuerbausteines mit einer "Dynamischen Abblaselinie" gleichzeitig auf den Ausgang eines Pumpgrenzreglers, der die Abblasearmatur stetig, d. h. mit langsamer Stellgeschwindigkeit verstellt, und auf ein Magnetventil, das eine schnelle Öffnung einleitet. Gegenüber dem aus der DE 38 11 230 bekannten Verfahren zum Schützen eines Turboverdichters mittels Abblasens über ein Abblaseventil hat diese Regelung den Vorteil, daß unter kritischen Betriebsbedingungen (und diese liegen immer dann vor, wenn die "Dynamische Abblaselinie" anspricht) die volle Dynamik aller Klappen der Abblasearmaturen genutzt wird.

Der Befehl zur Schnellöffnung steht nur so lange an, wie der Gradient der Arbeitspunktverschiebung größer ist als der Abstand des Arbeitspunktes zur Pumpgrenze, d. h. so lange die kritische Betriebssituation ansteht. Hat sich als Folge der einsetzenden Klappenbewegung der Abblasearmaturen der Gradient der Arbeitspunktverschiebung verkleinert und ist unter den Grenzwert gesunken, schaltet das Magnetventil wieder zurück und die Armatur geht in den normalen Regelbetrieb (geschlossener Regelkreis) zurück. ldealerweise wird hierdurch die Armatur nur so lange mit einer schnellen Geschwindigkeit verstellt wie es unbedingt erforderlich ist. Die Armatur fährt mit der schnellen Geschwindigkeit zügig in den neuen stationären Arbeitspunkt. In der Praxis wirken sich jedoch Totzeiten, Trägheiten, Reibungseffekte usw. aus und werden dazu führen, daß die Armatur möglicherweise nicht weit genug oder zu weit öffnet. In beiden Fällen wird dies durch die normale Regelung anschließend kompensiert.

Es ist durchaus möglich und häufig sogar der Normalfall, daß die "Dynamische Abblaselinie" während einer Prozeßstörung mehrfach anspricht. Der zulässige Grenzwert für den Gradienten ist ja, wie oben beschrieben, vom aktuellen Abstand des Arbeitspunktes zur Pumpgrenze abhängig und dieser ändert sich bei einer durch Prozeßstörung bedingten Arbeitspunktverschiebung ständig.

Die Erfindung verbindet daher in nahezu idealer Weise günstige Kosten und die Vorzüge einer preiswerten Armatur.

Deutlich kostengünstiger als Ventile sind Klappen zur Durchflußregelung herstellbar. Diese haben aber den Nachteil, daß sie eine stark nichtlineare Kennlinie besitzen, die konstruktiv kaum beeinflußbar ist. Dieser Kennlinienverlauf läßt sich durch elektronische Liniearisierungsschaltungen zwar linearisieren, ein weiterer wesentlicher Nachteil von Klappen bleibt aber bestehen. Dieser besteht darin, daß Klappen im unteren Öffnungsbereich, d. h. bei Öffnungswinkel zwischen 0° und 10 bis 20° eine undefinierte Kennlinie besitzen. Eine Linearisierung ist daher in diesem Bereich nicht möglich. Außerdem wird von einschlägigen Herstellern mitgeteilt, daß Klappen generell in diesem Bereich zum Regeln ungeeignet sind. Deshalb wird erfindungsgemäß ein System - Verfahren mit Vorrichtung - vorgestellt, welches den bekannten Nachteil ausschaltet.

Nach der Erfindung werden zwei Stellklappen, eine große und eine kleine, als Abblasearmatur verwendet. Die große Stellklappe ist für ca. 90 % des Nenndurchsatzes ausgelegt und die kleine Stellklappe für ca. 10 %. Auch ein Verhältnis 80/20 % oder ähnliche Verhältnisse sind möglich. Beide Stellklappen werden in Sequenz (Split Range) gefahren. Bei einem Ansprechen des Pumpgrenzreglers wird zunächst die kleine Stellklappe geöffnet und dann die große. Durch diese Auswahl wird erreicht, daß der undefinierte Bereich der Kennlinie der Abblasearmatur nur noch bei sehr kleinen Durchflüssen auftritt und damit für den praktischen Betrieb vernachlässigbar ist.

Bekanntlich haben Klappen im Bereich unter ca. 10° Öffnung keine guten Regeleigenschaften. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine große und eine kleine Armatur signalseitig in Reihe betrieben werden. Das bedeutet, daß bei sinkendem Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers (bei maximalem Reglerausgangssignal sind alle Abblase/Umblasearmatur geschlossen, bei minimalen Signal geöffnet) zunächst die kleine Armatur öffnet und anschließend die große. Durch die Aufteilung auf z. B. eine 10 % und eine 90 % Armatur wird der kritische Bereich mit der schlechten Regelcharakteristik auf 10 % des Wertes reduziert, der sich bei Einsatz einer einzigen 100 % Armatur einstellen würde. Dies reicht aus, da das Meßsignal (Durchfluß) ohnehin mit einem meßtechnisch bedingten Rauschen von 1 bis 2 % beaufschlagt ist und sich dieses Rauschen in der Stellgröße zur Abblase/Umblasearmatur wiederfindet.

Hierzu öffnet der Pumpgrenzregler zunächst die kleine Stellklappe. Reicht der Durchsatz durch diese Armatur nicht aus, um den Verdichter außerhalb des instabilen Arbeitsbereichs des Verdichters zu betreiben, wird anschließend auch die große Stellklappe geöffnet.

Durch die Ansteuerung der Abblasearmaturen im "Split Range" verlängern sich die Stellzeiten gegenüber einer Betätigung von nur einer einzigen Armatur oder der Betätigung beider Armaturen parallel. üngünstigenfalls verdoppeln sich die Stellzeiten.

Dieser Nachteil sowie der bereits zuvor beschriebene Nachteil der langsameren geregelten Stellzeit pneumatischer Stellantriebe wird dadurch kompensiert, daß das Steuersignal der "Dynamischen Abblaselinie" gleichzeitig auf alle Armaturen, also auf die große und kleine Armatur, wirkt.

Sobald die kleine Klappe völlig geöffnet ist, beginnt die große Klappe zu öffnen. Diese wird nun möglicherweise im Bereich mit schlechter Regelgüte betrieben. Dies ist jedoch unkritisch, wenn die Stellgeschwindigkeit der Abblase/Umblasearmatur in Schließrichtung auf sehr kleine Werte begrenzt wird.

Sollte die große Abblasearmatur durch den Eingriff der dynamischen Abblaselinie genau die erforderliche Stellung mit dem erforderlichen Drosselverhalten einnehmen, sind keine weiteren Stelleingriffe erforderlich und das System zeigt ideales Verhalten. In der Regel wird allerdings die große Abblasearmatur zu weit öffnen oder nicht weit genug. Öffnet sie nicht weit genug oder ist die Drosselwirkung noch zu groß, wird der Pumpgrenzregler diese Abblasearmatur weiter öffnen. Hat die Abblasearmatur aber zu weit geöffnet oder ist die Drosselwirkung zu gering, wird der Pumpgrenzregler einen Schließbefehl aussteuern.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die große Abblasearmatur in ihrer Schließgeschwindigkeit begrenzt. Dies kann entweder durch eine entsprechende Einstellung am Antrieb der Armatur oder durch eine Begrenzung des Stellgrößengradienten im Pumpgrenzregler erfolgen. Die kleine Abblasearmatur kann ebenfalls mit einer entsprechenden Begrenzung der Schließgeschwindigkeit ausgestattet sein (ist aus Sicherheitsgründen oft erforderlich), allerdings ist die große Armatur auf eine wesentlich langsamere Schließgeschwindigkeit eingestellt.

Falls der Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" die beiden Abblasearmaturen zu weit geöffnet haben sollte, steuert der Pumpgrenzregler einen Schließbefehl aus. Da die große Abblasearmatur auf eine sehr langsame Schließgeschwindigkeit eingestellt ist, wird sie auch nur entsprechend langsam schließen. Die kleine Abblasearmatur wird auf eine schnellere Schließgeschwindigkeit eingestellt und gelangt dadurch schneller wieder in den Regelbereich. Hierdurch erhält die kleine Armatur Vorrang beim Ausregeln kleinerer Prozeßstörungen.

Es ist ebenso möglich, den Schließvorgang der großen Abblasearmatur gesteuert so lange zu blockieren, d. h. die große Stellklappe in ihrer einmal eingenommenen Stellung festzuhalten, bis die kleine Abblasearmatur völlig oder nahezu völlig geschlossen ist. Hierdurch wird die große Abblasearmatur in ihrer Stellung "eingefroren" und die Regelung kleinerer Störgrößen erfolgt ausschließlich über die kleine Abblasearmatur. Nur bei größeren Störgrößen oder wenn die kleine Abblasearmatur eine Endlage oder die Nähe einer Endlage erreicht, wird die große Abblasearmatur bewegt.

Alternativ können Pumpgrenzregler und Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" auch eine Abblasevorrichtung regeln, die nur eine einzige Abblasearmatur aufweist, wobei sowohl langsame als auch schnelle Schließvorgänge der einzigen Abblasearmatur möglich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von zwei Regelschemata und einem Blockdiagramm erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: ein Regelschema eines Turboverdichters mit zwei Abblasearmaturen,
Fig. 2: ein Blockdiagramm zur Steuerung der Abblasearmaturen,
Fig. 3: ein Regelschema eines Turboverdichters mit nur einer Abblasearmatur.

In Fig. 1 ist ein Turboverdichter 1 ansaugseitig mit einer Ansaugleitung 10 verbunden. Abgabeseitig ist der Turboverdichter 1 mit einer Abgabeleitung 11 verbunden, die über eine Rückschlagklappe 12 das von dem Turboverdichter 1 verdichtete Medium zu einem nachgeschalteten Prozeß leitet. Vor der Rückschlagklappe 12 zweigt von der Abgabeleitung 11 eine Abblaseleitung 20 zu einer Abblasevorrichtung 2 ab, in der zwei Abblasearmaturen 3, 4 mit einem gemeinsamen Schalldämpfer 5 sowie mit pneumatischen Betätigungseinrichtungen oder Stellantrieben 21 und Magnetventilen 24 angeordnet sind, die einerseits mit zwei Steuerleitungen 23 und andererseits mit den Steuerleitungen 27 und 28 verbunden sind.

Ansaugseitig wird mittels eines in der Ansaugöffnung des Turboverdichters 1 angeordneten Durchflußmessers 31 der zum Verdichter 1 strömende Durchfluß des zu verdichtenden Mediums erfaßt. An der Ansaugleitung 10 ist ferner ein Temperaturmesser 33 angeordnet. Mittels eines mit der Abgabeleitung 11 verbundenen Druckmessers 32 ist der Verdichterenddruck erfaßbar. Der vom Durchflußmesser 31 aktuell gemessene Durchfluß-Istwert und der vom Funktionsgeber 38 ausgegebene Durchfluß-Sollwert sowie die im Temperaturmesser 33 gemessene Gastemperatur werden einem Pumpgrenzregler 41 zugeführt, der mit einem Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" 42 gekoppelt ist.

Der Pumpgrenzregler 41 sorgt im Zusammenspiel mit dem Steuerbaustein "Dynamischen Abblaselinie" 42 für eine kontinuierliche Regelung, d. h. eine stetige Verstellung der Abblasearmaturen 3, 4 in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes im Kennfeld. Hierzu wirkt der Ausgang des Pumpgrenzreglers 41 über einen Gradientenbegrenzer und über zwei Umformer 29 und 30 sowie über Steuerleitungen 27, 28 auf die elektropneumatischen Wandler 34, 35, die mit einer Druckversorgungsleitung 39 verbunden sind. Aufgabe der Umformer 29, 30 ist es, das Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers 41 so umzuformen, daß zunächst die kleine 3 und danach die große Abblasearmatur 4 öffnet. Über pneumatische Steuerleitungen 36, 37 wird ein Druckmedium zum Öffnen bzw. Schließen auf die Stellantriebe 21 der kleinen 3 und großen Abblasearmatur 4 in der Abblasevorrichtung 2 aufgegeben.

Von den Stellantrieben 21 führt eine Druckmedienumleitung zu einer Kolben-Zylinder- oder Membran-Einheit 22 für die Erzeugung der Kraft für die Verstellbewegung der Abblasearmaturen 3,4 in Schließ- und Öffnungsrichtung.

Der Ausgang der Steuerleitungen 27 und 28 wirkt über die Wandler 34, 35 auf die Kolben-Zylinder-Einheiten 22 der pneumatischen Stellantriebe 21. Hierdurch werden die beiden Abblasearmaturen 3, 4 in "Split range" verstellt, bis der Verdichter-Arbeitspunkt in den sicheren Kennfeldbereich wieder zurückgesetzt wird.

Bei größeren Abweichungen steuert der Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" 42 über die Steuerleitung 23 die Magnetventile 24 an und leitet dadurch eine schnelle Öffnung beider Abblasearmaturen 3, 4 ein. Ist die Prozeßstörung weitgehend abgeklungen, schaltet der Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" 42 zurück und die Abblasearmaturen 3, 4 werden nur noch durch Steuersignale der Steuerleitungen 27 und 28 verstellt.

Wie bereits ausgeführt, kann der Schließvorgang der großen Abblasearmatur 4 so lange blockiert werden und diese Armatur 4 in ihrer einmal eingenommenen Stellung festgehalten werden, bis die kleine Abblasearmatur 3 völlig oder nahezu völlig geschlossen ist. Hierdurch wird die große Abblasearmatur 4 in ihrer Stellung "eingefroren" und die Regelung kleinerer Störgrößen erfolgt ausschließlich über die kleine Abblasearmatur 3. Nur bei größeren Störgrößen oder wenn die kleinere Abblasearmatur 3 eine Endlage oder die Nähe einer Endlage erreicht, wird die große Abblasearmatur 4 bewegt.

Ein Blockdiagramm einer solchen Struktur ist in Fig. 2 dargestellt.

Es zeigt die für die Steuerung der kleinen 3 und großen Abblasearmatur 4 erforderlichen Komponenten, die aus dem Pumpgrenzregler 41, der Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" 42 sowie dem Gradientenbegrenzer 50 mit den zugehörigen Steuerleitungen bestehen.

Das Stellsignal für die große Abblasearmatur 4 wird über eine Reihenschaltung verschiedener Funktionsblöcke des Gradientenbegrenzers 50 angesteuert, der durch das Relais "REL" 55 ergänzt wird.

Mit dem Ansprechen des Steuerbausteins "Dynamischen Abblaselinie" 42 werden beide Magnetventile 24 über die Steuerleitung 23 angesteuert und beide Abblasearmaturen 3, 4 öffnen gleichzeitig mit maximaler Stellgeschwindigkeit. Zusätzlich wird ein Integrierer "NFI" 53 auf Nachführmodus geschaltet und der Speicherinhalt des Integrierers 53 wird auf die aktuell gemessene Klappenstellung der großen Abblasearmatur 4 nachgefahren. Gleiches kann auch für die kleine Abblasearmatur 3 erfolgen, dies ist in Fig. 2 aber nicht dargestellt. Verschwindet der Schnellöffnungsbefehl des Steuerbausteins "Dynamische Abblaselinie" 42, wird der Integrierer "NFI" 53 auf Integriermodus zurückgeschaltet und der Integrierer 53 folgt dem Ausgangssignal eines Limitierers "LIM" 52. In dem Limitierer LIM 52 werden die Stellgeschwindigkeiten der Abblasearmaturen 3, 4 eingestellt.

Befindet sich die kleine Abblasearmatur 3 außerhalb der Endlagen, wird über ein Oder-Glied "OR" 56 das Relais "REL" 55 auf Null geschaltet und der Integrierer "NFI" 53 verharrt auf seinem Ausgangswert. Erst mit Erreichen einer Endlage der kleinen Abblasearmatur 3 wird das Stellsignal des Pumpgrenzreglers 41 auf die große Abblasearmatur 4 der im Limitierer "LIM" 52 eingestellten Stellgeschwindigkeit (oder einer kleineren) folgen. Gelangt hierdurch die kleine Abblasearmatur 3 wieder in den Betriebsbereich außerhalb der Endlagen, wird mit dem Verlassen der Endlagen das Relais "REL" 55 wieder auf Null geschaltet und die große Abblasearmatur 4 verharrt weiter in der geforderten Stellung.

Es ist sinnvoll, die Meldung der Endlagen der Abblasearmaturen 3, 4 durch die Endlagenschalter 25, 26 mit einer Hysterese zu versehen, so daß häufige Umschaltungen vermieden werden.

Die Endlagenmeldung kann an den Endlagenschaltern 25, 26 am Stellantrieb 21 ebenso gut abgegriffen wie aus der Positionsrückmeldung 60 mit Positionsgeber 59 abgeleitet werden.

Steht eine stetige Rückmeldung 60 der gemessenen Position der großen Abblasearmatur 4 nicht zur Verfügung, kann stattdessen auch der Ausgang des Integrierers NFI 53 auf den Nachführeingang rückgekoppelt werden.

Fig. 3 zeigt ein Regelschema eines Turboverdichters 1 mit nur einer Abblasearmatur. Der Turboverdichter 1 ist ansaugseitig mit einer Ansaugleitung 10 verbunden. Abgabeseitig ist der Turboverdichter 1 mit einer Abgabeleitung 11 verbunden, die über eine Rückschlagklappe 12 das von dem Turboverdichter 1 verdichtete Medium zu einem nachgeschalteten Prozeß leitet. Vor der Rückschlagklappe 12 zweigt von der Abgabeleitung 11 eine Abblaseleitung 20 zu einer Abbtasevorrichtung 2 ab, in der eine große Abblasearmatur 4 mit einem Schalldämpfer 5 sowie mit pneumatischen Betätigungseinrichtungen 21 und Magnetventilen 24 angeordnet sind, die einerseits mit der Steuerleitung 23 und andererseits mit der Steuerleitung 28 verbunden sind.

Auch hier wird ansaugseitig mittels eines in der Ansaugöffnung des Turboverdichters 1 angeordneten Durchflußmessers 31 der zum Verdichter 1 strömende Durchfluß des zu verdichtenden Mediums erfaßt. An der Ansaugleitung 10 ist ferner ein Temperaturmesser 33 angeordnet, in der Abgabeleitung 11 wird der Verdichterenddruck von einem Druckmesser 32 erfaßt. Der vom Durchflußmesser 31 gemessene Durchfluß-lstwert und der vom Funktionsgeber 38 ausgegebene Durchfluß-Sollwert sowie die im Teperaturmesser 33 gemessene Gastemperatur werden einem Pumpgrenzregler 41 zugeführt, der mit einem Steuerbaustein "Dynamischen Abblaselinie" 42 gekoppelt ist.

Der Pumpgrenzregler 41 sorgt im Zusammenspiel mit dem Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" 42 für eine kontinuierliche Regelung der Abblasearmatur 4 in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes im Kennfeld. Hierzu wirkt der Pumpgrenzregler 41 über einen Umformer 30 sowie über die Steuerleitung 28 auf den elektropneumatischen Wandler 35, der mit einer Druckversorgungsleitung verbunden ist. Der Umformer 30 formt das Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers 41 so, daß sich die Abblasearmatur 4 öffnet.

Von dem Stellantrieb 21 führt eine Druckmedienumleitung zu einer Kolben-Zylinderoder Membran-Einheit 22 für die Erzeugung der Kraft für die Verstellbewegung der Abblasearmatur 4 in Schließ- und Öffnungsrichtung.

Bei größeren Abweichungen steuert auch hier der Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" 42 über die Steuerleitung 23 die Magnetventile 24 an und leitet dadurch eine schnelle Öffnung der Abblasearmatur 4 ein. Ist die Prozeßstörung weitgehend abgeklungen, schaltet der Steuerbaustein "Dynamische Abblaselinie" 42 zurück und die Abblasearmatur 4 wird nur noch durch Steuersignale der Steuerleitung 28 verstellt.

Claims

Verfahren zum Schutz eines Turboverdichters (1) vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich mittels einer Abblasevorrichtung (2), wobei aus Meßwerten zumindest für den Verdichterdurchfluß und Verdichterenddruck sowie aus vorgegebenen bzw. vorgebbaren Sollwerten ein Regelparameter bestimmt wird, anhand dessen durch einen Pumpgrenzregler (41) eine geregelte Öffnung der Abblasevorrichtung (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Pumpgrenzregler (41) eingegebenen Meßwerte für Temperatur, Durchfluß und Druck mit einem Steuerbaustein (42) "Dynamische Abblaselinie" gekoppelt und eine kleine Abblasearmatur (3) und eine große Abblasearmatur (4) der Abblasevorrichtung (2) abhängig vom Gradienten der Arbeitspunktverschiebung gefahren werden, daß dem Pumpgrenzregler (41) von dem Steuerbaustein (42) "Dynamische Abblaselinie" Daten zum Ermitteln des Abstandes des Verdichterarbeitspunktes in Richtung Pumpgrenze aufgeschaltet werden, daß, wenn der Gradient der Arbeitspunktverschiebung kleiner ist als der Abstand des Arbeitspunktes zur Pumpgrenze, die beiden Abblasearmaturen (3,4) in Sequenz gefahren werden, wobei zunächst die kleine Abblasearmatur (3) und dann die große Abblasearmatur (4) jeweils über I/P-Wandler (34, 35) und Stellantriebe (21) verstellt werden, und daß, wenn der Gradient der Arbeitspunktverschiebung größer ist als der Abstand des Arbeitspunktes zur Pumpgrenze, beide Abblasearmaturen (3, 4) gleichzeitig verstellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblasearmaturen (3, 4) über ein Magnetventil (24) verstellt werden, wenn der Gradient der Arbeitspunktverschiebung größer ist als der Abstand des Arbeitspunktes zur Pumpgrenze.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung von Störgrößen die Schließgeschwindigkeit der großen Abblasearmatur (4) solange auf unendlich groß gehalten und in ihrer eingenommenen Öffnungsstellung festgehalten wird, bis die kleine Abblasearmatur (3) völlig oder nahezu völlig geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung kleinerer Störgrößen die große Abblasearmatur (4) auf eine langsamere Schließgeschwindigkeit als die kleine Abblasearmatur (3) eingestellt wird und daß durch die schnellere Schließgeschwindigkeit der kleineren Abblasearmatur (3) diese zuerst in den Regelbereich gelangt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung größerer Störgrößen die große Abblasearmatur (4) erst nach Erreichen der Endlage oder der Nähe einer Endlage der kleinen Abblasearmatur (3) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positionsrückmeldung (60) der Stellantriebe (21) der Abblasearmaturen (3,4) an einen Gradientenbegrenzer (50) erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Pumpgrenzregler (41) für eine Verstellung der Abblasevorrichtung (2) mittels einer Betätigungseinrichtung oder eines Stellantriebes (21) über ein Druckmedium sowie mit Steuerleitungen (27, 28) für die Betätigung der Abblasevorrichtung (2) in Öffnungs- bzw. Schließrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblasevorrichtung (2) aus einer kleinen Abblasearmatur (3) und großen Abblasearmatur (4) mit pneumatischen und magnetischen Betätigungseinrichtungen (21, 24) besteht und daß zusätzlich zu dem Pumpgrenzregler (41) ein Steuerbaustein (42) mit einer dynamischen Abblaselinie vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradientenbegrenzer (50) einen weiteren Steuerbaustein (55) umfaßt und daß jeweils eine Rückführleitung (60) zwischen der großen Abblasearmatur (4) sowie der kleinen Abblasearmatur (3) und einem Steuerbaustein (53) des Gradientenbegrenzers (50) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Betätigungseinrichtungen (24) der Abblasearmaturen (3, 4) über eine erste Steuerleitung (23) mit dem Steuerbaustein (42) und die pneumatische Betätigungseinrichtung (21) der kleinen Abblasearmatur (3) durch eine zweite Steuerleitung (27) und die der großen Abblasearmatur (4) durch eine dritte Steuerleitung (28) mit dem Pumpgrenzregler (41) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen (27, 28) jeweils mit einem I/P-Wandler (34, 35) gekoppelt sind und daß ein Druckluftversorger AS (39) mit einem pneumatischen Steuermedium für Stelleinheiten (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Abblasearmatur (3) bzw. die große Abblasearmatur (4) über eine Schaltsignalleitung (45) mit dem Gradientenbegrenzer (50) und einem Steuerbaustein (55) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schaltsignalleitung (45) ein Steuerbaustein (56) mit Steuerleitungen (57, 58) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbaustein (42) über eine Steuerleitung (43) mit einem Steuerbaustein (53) gekoppelt ist.