EP0771950B1

EP0771950B1 - A method for protecting a turbo compressor from operating in an unstable range by means of valves having two actuating speeds

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: US5762468A; DE19541192C2; EP0771950A1; DE19541192A1; 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.The invention relates to a method for protecting a turbocompressor from operation in the unstable working area by means of a blow-off device, taking measured values at least for the compressor flow and compressor end pressure as well a control parameter is determined from predetermined or predefinable target values, based on this, a regulated opening of the Blow-off device takes place, as well as a device that a surge limit controller for an adjustment of the blow-off device by means of an actuating device has a pressure medium and with control lines for actuating the Blow-off device in the opening or closing direction.

Solch ein Verfahren, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ist aus der DE 3 811 230 A bekannt.Such a method and an apparatus for carrying out the method are out DE 3 811 230 A known.

Zum optimalen Schutz von Turboverdichtern vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich (Pumpen) sind schnell ansprechende Abblase- oder Umblasearmaturen erforderlich.For optimal protection of turbocompressors against operation in an unstable work area (Pumps) quickly responding blow-off or blow-off fittings are required.

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.Especially with axial compressors, which are particularly at risk in compressor pumps hydraulic blow-off or blow-off fittings are preferably used, since only these fittings have the required positioning times of 1 to 2 seconds for one Ensure opening movement. These positioning times are only with hydraulic Fittings both for the controlled quick opening case (a solenoid valve in the Power oil circuit is actuated and controls the power oil and the valve opens with it maximum actuating speed) as well as for the normal case (the surge limit controller controls the blow-off valve to an intermediate position, using only as much fluid blow off, as is absolutely necessary). In this case, type Machine protection controller (surge limit controller) a constant control signal before and Blow-off valve must assume this specified position as quickly as possible.

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.In practice, a positioning unit is required, which is the currently measured Position compared with the desired position and in the event of a deviation Control / correction interventions generated so that the desired valve position is taken. It is known that short positioning times with a positioning unit are much more difficult to achieve than by controlled solenoid valves that one in principle release any cross section that can be selected. The Positioning unit must therefore be optimized so that a stable position too must be kept for a longer period. A change in The respective position of the blow-off valve as a result of a change in the manipulated variable must be so take place that a stable settling in the new position is guaranteed.

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.As is well known, hydraulically operated fittings have pneumatic actuated valves the advantage that they allow significantly shorter operating times. Hydraulically operated fittings have the disadvantage that they are clear are more expensive, especially given the need for one Oil supply unit.

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.The advantage of hydraulics is the incompressibility of the hydraulic oil. compressed air is compressible and therefore much worse as a control medium for fast ones Fittings suitable. While using hydraulically operated fittings, operating times from 1 to 2 seconds also for the regulated case, d. H. with an adjustment over The positioner can be easily reached, this is with pneumatically operated Faucets almost impossible. Realistic with pneumatically operated fittings Achievable positioning times are 2 seconds for quick opening and 6 seconds for a regulated valve movement.

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).Therefore, a compressor with a slowly opening valve (6 seconds) protected much less than a compressor with a quick opening hydraulic valve (1-2 seconds).

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. Another significant cost factor when using blow-off and Blow-by fittings for compressors is the design of the fitting. Most suitable are valves because their characteristic curve (pressure / flow characteristic) by constructive Design of the valve seats can be adapted to the respective conditions. The valve characteristic can thus be structurally adapted to the respective operating conditions be adjusted.

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.The object of the invention is therefore to create a method and a device, a similarly good opening and closing behavior to protect a Turbo compressor is guaranteed before operation in the unstable working area as with Use of hydraulically driven blow-off fittings.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß jeweils mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7.According to the invention, the object is achieved in each case with the features of Claims 1 and 7.

Die Patentansprüche 2 bis 6 sowie 8 bis 13 stellen jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.Claims 2 to 6 and 8 to 13 each represent advantageous Embodiments of the invention.

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.According to the invention, an advantage is achieved in that a compressor protection system is created, which with the control principle described below and pneumatically operated fittings and is almost as effective like a system with well-known control and with hydraulic relief valves.

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.If the compressor is operated at the normal operating point, it is from the process decreased flow rate greater than the flow rate at the blow-off line and the or blow-off valve is closed. The process is reduced decreased flow, it may be necessary to use part of the Blow off the compressor throughput via the blow-off valve in order to minimize the ensure the required compressor flow. To do this, the Pump limit controller the control valve.

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. According to the invention, a control signal of a control module acts with a "Dynamic blow-off line" simultaneously on the output of a surge limit controller, the steady blow valve, d. H. adjusted with slow positioning speed, and on a solenoid valve that initiates a quick opening. Opposite that from the DE 38 11 230 known method for protecting a turbocompressor by means of Blowing off a relief valve, this scheme has the advantage that under critical operating conditions (and these always exist when the "Dynamic blow-off line" addresses) the full dynamics of all flaps of the Blow-off valves is used.

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.The command for quick opening is only pending as long as the gradient of the Working point shift is greater than the distance between the working point and Surge limit, d. H. as long as the critical operating situation is pending. As a result the onset flap movement of the blow-off valves the gradient of the Working point shift is reduced and has dropped below the limit value, switches the solenoid valve back and the valve goes back to normal Control mode (closed control loop) back. Ideally this will make the The valve is only adjusted at a fast speed for as long as it is absolutely necessary is required. The valve moves quickly into the new stationary working point. In practice, however, dead times have an effect, Inertia, friction effects, etc. and will cause the valve may not open far enough or open too far. In both cases this is done by the normal regulation is then compensated.

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.It is quite possible and often even the normal case that the "Dynamic Blow-off line "responds several times during a process fault. The permissible The limit for the gradient is, as described above, the current distance the working point depends on the surge limit and this changes with a Process disruption-related shifting of the operating point constantly.

Die Erfindung verbindet daher in nahezu idealer Weise günstige Kosten und die Vorzüge einer preiswerten Armatur.The invention therefore combines inexpensive and cost in an almost ideal manner Advantages of an inexpensive fitting.

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.Flaps for flow control can be manufactured significantly more cost-effectively than valves. However, these have the disadvantage that they have a strongly non-linear characteristic, which can hardly be influenced constructively. This course of the characteristic curve can be linearize electronic linearization circuits, another however, the main disadvantage of flaps remains. This is that Flaps in the lower opening area, i.e. H. at an opening angle between 0 ° and 10 have an undefined characteristic up to 20 °. A linearization is therefore in this Area not possible. Relevant manufacturers also report that Flaps are generally unsuitable for regulation in this area. That is why According to the invention a system - method with device - presented, which the known disadvantage turns off.

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.According to the invention, two butterfly valves, a large and a small, as Blow-off valve used. The large valve is for about 90% of the Rated throughput and the small valve for approx. 10%. Also a Ratio 80/20% or similar ratios are possible. Both flaps are driven in sequence (split range). When the Pump limit controller first opens the small valve and then the large one. This selection ensures that the undefined area of the characteristic curve of the Blow-off valve only occurs at very low flow rates and therefore for the practical operation is negligible.

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.As is well known, flaps in the area below approx. 10 ° opening do not have good ones Control characteristics. This problem is solved according to the invention in that a large and a small valve can be operated in series on the signal side. The means that if the output signal of the surge limit controller (at maximum regulator output signal, all blow-off / blow-off valves are closed, opened with minimal signal) first the small valve opens and then the size. By dividing it into z. B. a 10% and a 90% fitting is the critical area with poor control characteristics to 10% of the value reduced, which would occur if a single 100% fitting were used. This is sufficient, since the measuring signal (flow) with a measuring technology anyway conditional noise of 1 to 2% is applied and this noise in the Control value for the blow-off / blow-off valve is found again.

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.To do this, the surge limit controller first opens the small valve. Is that enough Throughput through this fitting is not sufficient to drive the compressor outside of the to operate the unstable working range of the compressor, the large valve opened.

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.By activating the blow-off valves in the "Split Range", the Operating times compared to the actuation of just a single valve or the Actuation of both fittings in parallel. In the worst case, they double Drive times.

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.This disadvantage and the previously described disadvantage of the slower ones regulated actuating time of pneumatic actuators is compensated for by the fact that Control signal of the "dynamic blow-off line" simultaneously on all fittings, ie on the large and small fittings.

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.As soon as the small flap is fully open, the large flap begins to open. This may now be operated in the area with poor control quality. This is not critical, however, if the setting speed of the blow-off / blow-off valve in Closing direction is limited to very small values.

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.Should the large blow-off valve through the intervention of the dynamic blow-off line exactly the required position with the required throttling behavior take no further intervention and the system shows ideal behavior. As a rule, however, the large blow-off valve becomes too wide open or not far enough. Doesn't open it wide enough or is the throttling effect still too large, the surge limit controller will open this blow-off valve further. Has but the blow-off valve is opened too far or the throttling effect is too low the surge limit controller trigger a closing command.

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.In a further embodiment of the invention, the large blow-off valve is in its Closing speed limited. This can be done either by an appropriate Adjustment on the actuator of the valve or by limiting the Command variable gradients take place in the surge limit controller. The small blow-off valve can also with a corresponding limitation of the closing speed be equipped (often required for security reasons), but the big one Valve set to a much slower closing speed.

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.If the control module "Dynamic blow-off line" the two blow-off valves Should have opened too far, the surge limit controller issues a closing command. Because the large blow-off valve has a very slow closing speed is set, it will close only slowly. The little one Blow-off valve is set to a faster closing speed and gets back into the control area faster. This gives the little one Valve takes precedence when dealing with minor process disturbances.

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.It is also possible to control the closing of the large blow-off valve long to block, d. H. the large valve in its once taken Hold position until the small blow-off valve completely or almost completely closed is. This will place the large blow-off valve in its position "frozen" and the regulation of smaller disturbance variables takes place exclusively via the small blow-off valve. Only for larger disturbances or if the small one Blow-off valve reaches an end position or the proximity of an end position, the large one Blow-off valve moves.

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.Alternatively, the surge limit controller and control module "Dynamic blow-off line" also regulate a blow-off device which has only a single blow-off valve, both slow and fast closings being the only ones Blow-off valve are possible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von zwei Regelschemata und einem Blockdiagramm erläutert.Embodiments of the invention are based on two control schemes explained in a block diagram.

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.

Show it:

Fig. 1: a control diagram of a turbocompressor with two blow-off valves,
Fig. 2: a block diagram for controlling the blow-off valves,
Fig. 3: a control diagram of a turbocompressor with only one blow-off valve.

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.1, a turbocompressor 1 is on the intake side with an intake line 10 connected. On the discharge side, the turbocompressor 1 has an discharge line 11 connected via a non-return valve 12 that of the turbocompressor 1 condensed medium to a downstream process. Before the Check valve 12 branches off from discharge line 11 to a blow-off line 20 a blow-off device 2, in which two blow-off valves 3, 4 with one common silencer 5 and with pneumatic actuators or actuators 21 and solenoid valves 24 are arranged, on the one hand with two control lines 23 and on the other hand with the control lines 27 and 28 are connected.

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.On the intake side, one is in the intake opening of the turbocompressor 1 arranged flow meter 31 of the flowing to the compressor 1 flow of medium to be compressed. On the suction line 10 is also a Temperature meter 33 arranged. By means of a with the discharge line 11 connected pressure meter 32, the compressor end pressure can be detected. The from Flow meter 31 currently measured actual flow value and that of Function generator 38 output flow setpoint and in Temperature sensor 33 measured gas temperature are a surge limit controller 41 supplied, which is coupled to a control module "dynamic blow-off line" 42 is.

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. The surge limit controller 41 interacts with the control module "Dynamic blow-off line" 42 for continuous control, i.e. H. a steady Adjustment of the blow-off fittings 3, 4 depending on the position of the Working point in the map. The output of the surge limit controller 41 acts for this purpose via a gradient limiter and two converters 29 and 30 as well as Control lines 27, 28 to the electropneumatic transducers 34, 35, which with a Pressure supply line 39 are connected. The purpose of the converters 29, 30 is to convert the output signal of the surge limit controller 41 so that the small 3 and then the large blow-off valve 4 opens. About pneumatic Control lines 36, 37 is a pressure medium for opening or closing the Actuators 21 of the small 3 and large blow-off valve 4 in the Blower 2 abandoned.

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.A pressure medium diversion leads from the actuators 21 to a piston-cylinder or membrane unit 22 for generating the force for the Adjustment movement of the blow-off fittings 3.4 in the closing and opening directions.

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.The output of the control lines 27 and 28 acts on the converters 34, 35 Piston-cylinder units 22 of the pneumatic actuators 21 the two blow-off valves 3, 4 are adjusted in "split range" until the compressor operating point is reset in the safe map area.

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.In the event of larger deviations, the "Dynamic blow-off line" control module controls 42 on the control line 23 to the solenoid valves 24 and thereby leads one quick opening of both blow-off valves 3, 4. Is the process disorder The "Dynamic blow-off line" control module 42 has largely subsided back and the blow-off valves 3, 4 are only by control signals Control lines 27 and 28 adjusted.

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.As already stated, the closing operation of the large blow-off valve 4 can be done in this way be blocked for a long time and this fitting 4 in its once occupied position be held until the small blow-off valve 3 completely or almost completely closed is. As a result, the large blow-off valve 4 is in position "frozen" and the regulation of smaller disturbance variables takes place exclusively via the small blow-off valve 3. Only for larger disturbances or if the smaller one Blow-off valve 3 reaches an end position or the proximity of an end position, the large Blow-off valve 4 moves.

Ein Blockdiagramm einer solchen Struktur ist in Fig. 2 dargestellt.A block diagram of such a structure is shown in FIG. 2.

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. It shows the control for the small 3 and large blow-off valve 4 required components that from the surge limit controller 41, the control module "Dynamic blow-off line" 42 and the gradient limiter 50 with the associated control lines exist.

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.The control signal for the large blow-off valve 4 is connected in series of various function blocks of the gradient limiter 50, which is supplemented by the relay "REL" 55.

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.With the response of the control module "dynamic blow-off line" 42 both solenoid valves 24 controlled via the control line 23 and both Blow-off valves 3, 4 open at the same time with maximum actuating speed. In addition, an integrator "NFI" 53 is switched to the tracking mode and the Memory content of the integrator 53 is the currently measured flap position followed the large blow-off valve 4. The same can be done for the little ones Blow-off valve 3 take place, but this is not shown in FIG. 2. The disappears Quick opening command of the control module "dynamic blow-off line" 42, the Integrator "NFI" 53 switched back to integration mode and the integrator 53 follows the output signal of a limiter "LIM" 52. The limiter LIM 52 contains the Adjustment speeds of the blow-off valves 3, 4 set.

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.If the small blow-off valve 3 is outside the end positions, a OR gate "OR" 56, the relay "REL" 55 switched to zero and the integrator "NFI" 53 remains at its initial value. Only when the end position of the small blow-off valve 3, the control signal of the surge limit controller 41 on the large blow-off valve 4 of the actuating speed set in the limiter "LIM" 52 (or a smaller one) follow. This will get the small blow-off valve 3 again in the operating area outside of the end positions, is left with the End positions the relay "REL" 55 switched back to zero and the large one Blow-off valve 4 remains in the required position.

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.It makes sense to report the end positions of the blowdown valves 3, 4 by the Limit switches 25, 26 to be provided with a hysteresis, so that frequent Switching can be avoided.

Die Endlagenmeldung kann an den Endlagenschaltern 25, 26 am Stellantrieb 21 ebenso gut abgegriffen wie aus der Positionsrückmeldung 60 mit Positionsgeber 59 abgeleitet werden. The end position report can be made at the end position switches 25, 26 on the actuator 21 tapped just as well as from position feedback 60 with position transmitter 59 be derived.

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.There is constant feedback 60 of the measured position of the large one Blow-off valve 4 not available, the output of the Integrator NFI 53 to be fed back to the tracking input.

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.Fig. 3 shows a control diagram of a turbocompressor 1 with only one Blow-off. The turbocompressor 1 has an intake line 10 on the intake side connected. On the discharge side, the turbocompressor 1 has an discharge line 11 connected via a non-return valve 12 that of the turbocompressor 1 condensed medium to a downstream process. Before the Check valve 12 branches off from discharge line 11 to a blow-off line 20 from a Abbtasevvorrichtung 2, in which a large blow valve 4 with a Silencer 5 and with pneumatic actuators 21 and Solenoid valves 24 are arranged, on the one hand with the control line 23 and on the other hand, are connected to the control line 28.

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.Here, too, is on the intake side by means of in the intake opening of the turbo compressor 1 arranged flow meter 31 of the flow flowing to the compressor 1 of the medium to be compressed. On the suction line 10 is also a Temperature meter 33 is arranged in the discharge line 11 Compressor end pressure detected by a pressure gauge 32. The one from the flow meter 31 measured actual flow value and the output by the function generator 38 Flow setpoint and the gas temperature measured in the temperature meter 33 are fed to a surge limit controller 41, which has a control module "Dynamic blow-off line" 42 is coupled.

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. The surge limit controller 41 interacts with the control module "Dynamic blow-off line" 42 for continuous control of the blow-off valve 4 depending on the position of the operating point in the map. The Pump limit regulator 41 via a converter 30 and via the control line 28 the electropneumatic converter 35, which has a pressure supply line connected is. The converter 30 forms the output signal of the surge limit controller 41 so that the blow-off valve 4 opens.

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.A pressure medium diversion leads from the actuator 21 to a piston-cylinder or Membrane unit 22 for generating the force for the adjustment movement of the Blow-off valve 4 in the closing and opening direction.

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.In the case of larger deviations, the "Dynamic Blow-off line "42 on the control line 23 to the solenoid valves 24 and conducts thereby opening the blow-off valve 4 quickly. Is the process disorder The "Dynamic blow-off line" control module 42 has largely subsided back and the blow-off valve 4 is only by control signals Control line 28 adjusted.

Claims

Method of protecting a turbocompressor (1) against operation in the unstable operating range, by means of a blow-off device (2), wherein a regulating parameter is determined from measurement values at least for the compressor throughflow and compressor end pressure as well as from predetermined or predeterminable target values and a regulated opening of the blow-off device (2) is undertaken by a surge limit regulator (41) on the basis of the regulating parameter, characterised in that the measurement values, which are input into the surge limit regulator (41), for temperature, throughflow and pressure are coupled with a control module (42) "dynamic blow-off line" and a small blow-off valve (3) and a large blow-off valve (4) of the blow-off device (2) are driven in dependence on the gradient of the displacement in operating point, that data for determining the spacing of the compressor operating point in the direction of the surge limit are applied to the surge limit regulator (41) by the control module (42) "dynamic blow-off line", that the two blow-off valves (3, 4) are driven in sequence if the gradient of the operating point displacement is smaller than the spacing of the operating point relative to the surge limit, wherein initially the small blow-off valve (3) and then the large blow-off valve (4) are adjusted in each instance by way of I/P converters (34, 35) and setting drives (21), and that if the gradient of the operating point displacement is larger than the spacing of the operating point from the surge limit the two blow-off valves (3, 4) are adjusted simultaneously.
Method according to claim 1, characterised in that the blow-off valves (3, 4) are adjusted by way of a magnetic valve (24) when the gradient of the operating point displacement is larger than the spacing of the operating point from the surge limit.
Method according to claim 1 or 2, characterised in that for regulation of disturbance magnitudes the closing speed of the large blow-off valve (4) is kept infinitely high, and is fixed in the opening setting it has adopted, until the small blow-off valve (3) is fully or almost fully closed.
Method according to claim 1 to 3, characterised in that for regulation of smaller disturbance magnitudes the large blow-off valve (4) is set to a slower closing speed than the small blow-off valve (3) and that due to the faster closing speed of the smaller blow-off valve (3) this is first to go into the regulating range.
Method according to claim 1 to 4, characterised in that for regulation of larger disturbance magnitudes the large blow-off valve (4) is moved only after attainment of the end position or the vicinity of an end position of the small blow-off valve (3).
Method according to claim 1 to 5, characterised in that a position feedback (60) of the setting drives (21) of the blow-off valves (3, 4) is made to a gradient limiter (50).
Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 6, comprising a surge limit regulator (41) for adjusting the blow-off device (2) by means of an actuating device or a setting drive (21) by way of a pressure medium, and control lines (27, 28) for actuation of the blow-off device (2) in opening direction and closing direction, characterised in that the blow-off device (2) consists of a small blow-off valve (3) and large blow-off valve (4) with pneumatic and magnetic actuating devices (21, 24) and that in addition to the surge limit regulator (41) a control module (42) with a dynamic blow-off line is provided.
Device according to claim 7, characterised in that the gradient limiter (50) comprises a further control module (55) and that in each instance a feedback line (60) is provided between the large blow-off valve (4) and a control module (53) of the gradient limiter (50) and between the small blow-off valve (3) and the control module (53).
Device according to claim 7 and 8, characterised in that the magnetic actuating devices (24) of the blow-off valves (3, 4) are coupled by way of a first control line (23) with the control module (42), the pneumatic actuating device (21) of the small blow-off valve (3) is coupled by a second control line (27) with the surge limit regulator (41) and the pneumatic actuating device of the large blow-off valve (4) is coupled by a third control line (28) with the surge limit regulator (41).
Device according to claim 9, characterised in that the control lines (27, 28) are each coupled with a respective I/P converter (34 or 35) and that a compressed air supply device AS (39) with a pneumatic control medium for setting units (22) is arranged.
Device according to claim 8, characterised in that the small blow-off valve (3) or the large blow-off valve (4) is coupled by way of a switching signal line (45) with the gradient limiter (50) and a control module (55).
Device according to claim 11, characterised in that a control module (56) with control lines (57, 58) is connected with the switching signal line (45).
Device according to claim 9, characterised in that the control module (42) is coupled with a control module (53) by way of a control line (43).