EP4146942A1 - Stelleinrichtung mit zwei parallel geschalteten ventilen für den betrieb eines turbokompressors - Google Patents

Stelleinrichtung mit zwei parallel geschalteten ventilen für den betrieb eines turbokompressors

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Publication number
EP4146942A1
EP4146942A1 EP21728008.0A EP21728008A EP4146942A1 EP 4146942 A1 EP4146942 A1 EP 4146942A1 EP 21728008 A EP21728008 A EP 21728008A EP 4146942 A1 EP4146942 A1 EP 4146942A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
control
control actuator
adjusting device
regulating
Prior art date
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Pending
Application number
EP21728008.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Morgenbesser
Thorsten NEUKAMM
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4146942A1 publication Critical patent/EP4146942A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/0223—Control schemes therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/40—Type of control system
    • F05D2270/46—Type of control system redundant, i.e. failsafe operation

Definitions

  • the invention relates to an actuating device for systems with flowing fluid, in particular for fluid delivery systems.
  • the invention also relates to a system with such an actuating device.
  • turbo compressors are used to compress any gases, for example air.
  • turbo compressors can be used in applications in which large volume flows are to be compressed. These include blast furnace blowers, air separation systems, chemical and petrochemical systems, applications to increase pressure in gas pipelines, vacuum blowers in the paper industry, vapor compression in evaporation processes or compressed air compressors.
  • Turbo compressors especially those with an electric drive, must be able to be started up against minimal counter pressure because of the reduced torque of the electric motor when starting up.
  • a small safety margin to the surge limit (stability limit of a turbo compressor)
  • an adequate anti-surge control is required.
  • the pressurized compressor should be relieved as quickly as possible.
  • a turbo compressor should not pump even after a load shutdown while coasting. Rapid relief should also meet high security requirements.
  • Control actuators are required in operation to meet the above requirements. Due to the large number of functions to be fulfilled, these are oversized.
  • actuators In view of the conflicting requirements - large flow rates on the one hand and precise control on the other - such actuators are equipped with a wide range of special accessories. These include, for example, positioners with high capacity, volume boosters, discharge amplifiers, solenoid valves, throttles, asymmetrical delay relays and / or supply air stations. It is true that the specifications of the compressor manufacturers and the system builders can largely be met with control actuators equipped in this way, but at the expense of the control quality.
  • Components of such special accessories are connected via lines, with each connection point creating a potential leakage point.
  • positioners are installed for pneumatic drives that move the respective actuator by switching small solenoid valves or piezo-driven valves. Leakages cause these actuators to switch frequently, so that the maximum number of switching operations that can be achieved is achieved after just a few months or weeks. As a result, the valves no longer switch reliably. They are either stuck in the OPEN or CLOSED position. Both can have significant effects, up to a total failure; this applies both to the compressor and to a downstream process.
  • the object of the present invention was to provide an actuating device specify which enables precise control with large flow rates at the same time and also ensures improved operational reliability.
  • the task also consisted of specifying a system with such an actuating device.
  • An actuating device according to the invention is designed for systems with flowing fluid, in particular for fluid delivery systems.
  • Such an adjusting device has at least one control actuator which can be adjusted in a controlled manner between a plurality of operating positions, and at least one regulating actuator which can be adjusted in a controlled manner.
  • the control actuator and the regulating actuator are connected in parallel to influence the same process variable, and the control actuator is set up for adjustment as a function of an operating position of the regulating actuator.
  • actuators By providing two actuators connected in parallel, these can each be designed and dimensioned with regard to different tasks. By dividing the desired functions into two separate actuators in this way, the degree of complexity of the individual components and thus also the risk of operational disruptions can be reduced.
  • control actuator While relatively large flow rates can be achieved with the control actuator, the control actuator enables sensitive regulation.
  • the division into separate actuators allows the control actuator to be designed primarily with regard to the control accuracy.
  • control actuator Due to the parallel connection of the control actuator and the regulating actuator, overall precise regulation can take place for any large flow rates.
  • the adjustment of the control actuator as a function of an operating position of the control actuator enables a suitable control range of the control actuator to be maintained at all times during operation.
  • the overall control range is significantly expanded without increasing the complexity of the individual components or the entire arrangement.
  • control or a control As far as a control or a control is mentioned in the sense of the present invention, this is intended to mean an open control or an open control. Insofar as a regulation or a regulation is mentioned in the sense of the present invention, a closed regulation or a closed regulation should be meant.
  • control actuator can be adjustable between more than two operating positions, in particular between two end positions and any number of intermediate positions.
  • control actuator can be used for adjustment as a function of the control actuator when passing through a limit manipulated variable assumed operating position, in particular an operating position of the control actuator assumed when a lower limit control value is undershot and / or an operating position of the control actuator when an upper limit control value is exceeded.
  • control actuator allows the control actuator to be kept largely within a desired control range.
  • control actuator can be set up for a controlled adjustment that generates a regulated adjustment of the control actuator back into a setpoint setting range, in particular from a range below a lower limit control value and / or from a range above an upper limit control value in a target setting range. This ensures that a high control quality is maintained over the entire setting range.
  • a controller can be provided which is set up to adjust the control actuator as a function of an operating position of the regulating actuator.
  • a regulation can also be provided which is set up to adjust the regulating actuator as a function of a process variable influenced by the control actuator and the regulating actuator.
  • the control actuator or the regulating actuator can be operated in a suitable manner and sensitive regulation can be implemented over the entire setting range.
  • a controller of the control actuator can be set up to continue an adjustment of the control actuator until the control actuator has reached and / or passed a predefined operating position within the target setting range.
  • Such predefined operating positions can be freely set (eg 50% or 45% and 55%) or can be changed subsequently. In this way, stable operation of the regulating actuator and the control actuator can be ensured, in particular without the risk of undesired build-up.
  • a lower limit control value can be set when the control actuator is in an operating position of 10% and / or an upper limit control value can be set when the control actuator is in an operating position of 90%.
  • the respective limit control values can be freely adjustable or subsequently changed, depending on the application. Such limit control values can be used to determine an optimal operating range or setpoint control range of the control actuator in a suitable manner.
  • a predefined setpoint adjustment range of the regulating actuator can extend, for example, between an operating position of the regulating actuator that is open to 10% and 90%.
  • the respective target setting range can be freely adjustable or subsequently changed, depending on the application. With such a dimensioned target setting range, an optimal operation with a safe distance from the respective end positions of the control actuator can be guaranteed.
  • control actuator can be set up for fully automatic, partially automatic and / or purely manual adjustment as a function of an operating position of the regulating actuator.
  • a fully automatic adjustment can reduce the operating effort during operation to a low level.
  • a semi-automatic adjustment can take place, for example, in that when the control actuator passes through a limit setting value, a signal is generated to an operator, in particular an optical or acoustic warning signal, whereupon a manually initiated adjustment of the control actuator can be initiated.
  • a purely manual adjustment of the control actuator can also take place, for example, in that an operator continuously monitors the passage through a limit control value by the control actuator. If necessary, an adjustment of the control actuator can again be initiated manually.
  • control actuator has an electric actuator and / or is driven by an electric actuator.
  • Electric actuators allow precise adjustment and thus also contribute to precise regulation of the position of the control actuator.
  • control actuator can have an electric actuator and / or be driven by an electric actuator. Also with regard to the control actuator, one is permitted electric actuator enables precise adjustment and thus also enables precise control of the position of the control actuator.
  • control actuator can have a greater flow capacity than the regulating actuator.
  • the flow capacity should be understood here as the possible flow rate per unit of time that can be guaranteed by the respective actuator.
  • control actuator can be designed as a controlled valve and / or the control actuator can be adjustable between a plurality of operating positions for throttling and / or blocking a flowing fluid.
  • the regulating actuator can be designed as a regulated valve.
  • the regulating actuator can also be adjustable to throttle and / or shut off a flowing fluid.
  • valves are suitable for a large number of applications and can be used in a suitable manner in fluid delivery systems and can be combined with one another.
  • control actuator can be set up for quick relief or for quick shut-off, in particular for quick relief in a safety position OPEN or for quick shut-off in one Safety position CLOSED.
  • control actuator can be set up for quick relief or for quick shut-off, in particular for quick relief in a safety position OPEN or for quick shut-off in a safety position CLOSED.
  • a dangerous situation can be counteracted in just a short time.
  • Critical system components can thus be protected from damage. In many applications, this can be of particular importance in order to ensure operational reliability.
  • control actuator and the regulating actuator are designed for use with turbo compressors.
  • Turbo compressors are used in a variety of applications to compress gases.
  • control actuator is designed and / or set up for the start-up relief and / or for the event-controlled rapid relief during operation of a turbo compressor. In many cases, it is only the start-up relief that enables an electric motor-driven turbo compressor to start up. Event-controlled rapid relief can be used in the event of malfunctions to prevent damage to the compressor or to the downstream process.
  • a tightly closing regulating actuator can be designed and / or set up for anti-pumping, in particular by means of anti-pumping control.
  • a control actuator can be used in a turbo compressor stable operation can be maintained along the surge line.
  • control actuator can be designed and / or set up for anti-surge protection, in particular by means of anti-surge control.
  • a turbo compressor pumps if an anti-surge control does not intervene or intervenes too late. Continuous pumping can very quickly lead to massive damage to the compressor and fatal effects on the downstream process. This can be prevented with a pump protection control, which is only activated by a pumping process and subsequently activates rapid relief by the control actuator and / or the regulating actuator or switching off the motor.
  • the regulating actuator can have a linear, equal-percentage or individualized opening characteristic.
  • control actuator can have a non-linear characteristic curve, in particular one
  • Rapid opening characteristic in which the change in the flow rate per travel unit increases disproportionately when the closed position is left. In this way, particularly rapid pressure relief can be achieved by the control actuator.
  • control actuator and / or the regulating actuator can be set up to check the freedom of adjustment, in particular for test adjustment movements at predefined time intervals. Certain applications only require the adjustment of actuators in larger time intervals. If the actuation is not carried out for a longer period of time, the respective Actuator come. Such jamming can be avoided or at least recognized at an early stage by means of test positioning movements at predefined time intervals, so that suitable measures can be taken.
  • control actuator and the regulating actuator can form a structural unit and / or be designed as a double actuator.
  • a configuration enables particularly simple assembly in a fluid delivery system.
  • a coordination of the individual actuators can be preset in an advantageous manner when designed as a double actuator.
  • control actuator has a housing with connections for the installation of the control actuator.
  • This compact unit is particularly suitable for replacing an already installed actuator without additional welding work on the pipeline.
  • control actuator can be set up to reduce dead times from the CLOSED position with a position controller and / or its activation by the controller to act with full adjusting capacity in the event of a corresponding control deviation of the control until the valve effectively begins to open.
  • the regulating actuator can furthermore be set up to switch from the adjustment controlled with full capacity to a regulated adjustment with standard capacity from the start of opening. In this way, the achievement of an effective start of opening can be accelerated.
  • control actuator can have a pneumatic actuator and the actuator can be used for opening at full adjusting capacity with suspension of control parameters and / or with suspension of pulsating Control and / or operated with permanent control until an effectively open operating position is reached. In this way, dead times of the regulating actuator can be avoided in a particularly advantageous manner or reduced to a small extent.
  • control actuator can have an electric or hydraulic actuator and the actuator can be operated for opening at full actuating capacity, in particular from an overlapping, sealed valve position, at maximum actuating speed until an effectively open operating position is reached. In this way, dead times of the regulating actuator can be avoided in a particularly advantageous manner or reduced to a small extent.
  • control actuator can be designed as a flap actuator which has a limit area adjoining a CLOSED position. It is possible that such a limit area is not designed by the manufacturer for continuous operation. In particular, the flow velocity around such a limit area can be high, for example assume the speed of sound, which causes dynamic forces on the valve plate in alternating directions. There is increased noise generation combined with increased wear and tear and poor control quality. Wear on the valve disk leads to leaks and thus to permanently inefficient operation.
  • control parameters in such a limit area can therefore be prevented by control parameters in such a limit area.
  • the control parameters can be selected or set with a view to merely passing through such a limit area during operation and thereby avoiding continuous operation in the limit area.
  • control range of can be used as a control valve in an advantageous manner or control flap designed control actuator be dimensioned at least as large as the limit area of the flap actuator.
  • control range of a control actuator can advantageously be designed in such a way that at least one limit area of the flap actuator specified by the manufacturer is covered. Individual process requirements can result in a larger control range.
  • control actuator and / or the regulating actuator can be set up to use the pressure of the fluid as the exclusive, main or supporting actuating force for moving to a safety position for quick relief and / or quick shut-off.
  • the relief process or the shut-off process can be accelerated in a particularly advantageous manner.
  • a quick relief or quick shut-off can be achieved with great reliability due to the energy from the pressure of the fluid, which is already available in critical operating situations. Since little or no adjustment energy has to be stored in such a configuration, a surprising and significant simplification of the fail-safe functionality can be implemented.
  • control actuator and / or the regulating actuator can be set up as a fail-safe device, in the event of a failure of a supply of drive energy, in particular if an electrical energy supply fails, the control actuator and / or the regulating actuator, the pressure of the fluid as the exclusive, main or to use supporting actuating force to approach a safety position.
  • Separate safety elements such as adjusting springs, can be used in this way can be completely omitted or at least dimensioned smaller, whereby the manufacturing costs can be reduced.
  • control actuator and / or the regulating actuator can be set up as a fail-safe device, in the event of a failure of a pneumatic or hydraulic power supply of the control actuator and / or the regulating actuator by an actuating medium independent of the fluid, in particular if an instrument air fails or if a Control oil to use a spring force as the exclusive, main or supporting actuating force for approaching a safety position.
  • control actuator and / or the regulating actuator can be set up to move to a safety position for rapid relief with reduced or minimized electrical energy or without electrical energy.
  • the operational safety can be further improved.
  • no or only reduced electrical energy is required to achieve a safety position.
  • a safety position can be approached even in the event of malfunctions in the electrical power supply.
  • an actuator of the control actuator and / or of the regulating actuator can be decoupled for approaching a safety position, in particular can be decoupled by a switchable coupling with fail-safe function.
  • a decoupling can simplify or accelerate the approach to the safety position, since any counteracting forces of the actuator are avoided.
  • the switchable clutch with fail-safe function can be closed under electrical voltage and open in the event of a power failure and disconnect by opening. In the event of a fault in the electrical energy supply, uncoupling and thus also approaching a safety position can take place with high reliability.
  • an actuator of the control actuator and / or of the regulating actuator can be operated for moving to a safety position at a higher speed, in particular by switching to another
  • control actuator and / or the regulating actuator can be set up to move to a safety position driven by an opening piston for quick relief.
  • a safety position driven by an opening piston for quick relief.
  • the opening piston prefferably be activated by a solenoid valve which opens in the de-energized state, with the opening piston being acted upon by a pressurized fluid in the open state of the solenoid valve.
  • the pressurized fluid can be used in a reliable manner to approach a safety position.
  • control actuator and / or the regulating actuator can be set up to move to a safety position, driven directly by a pressurized fluid, for rapid relief. This can be done with a relatively small number of components, which ensures a structure that is not susceptible to failure. In particular, such a structure can be used without a separate Components for approaching a safety position can be implemented.
  • At least one of the actuators in particular the control actuator and / or the regulating actuator, can be designed as a pressure-compensated actuator. Since no gas forces have to be overcome in a pressure-balanced actuator, the actuating forces required during operation are low.
  • At least one of the actuators in particular the control actuator and / or the regulating actuator, to be designed as a non-pressure-compensated actuator.
  • a non-pressure-compensated actuator can advantageously be driven directly into a safety position by a pressurized fluid, in particular without separate drive components.
  • the pressure of the fluid can also be used in normal operation to adjust the respective actuator.
  • Any pneumatic and / or hydraulic drive can be made smaller in this case.
  • Another aspect of the present invention relates to a system with a delivery device for a flowing fluid, in particular a turbo compressor, and with an actuator device described above.
  • the arrangement according to the invention in such a system is simple and robust in structure and at the same time ensures sensitive control over an arbitrarily large capacity range through the actuating device.
  • control actuator and the regulating actuator are preferably installed in lines running in parallel. It can thereby advantageously by the control actuator and the control actuator can be influenced on the same process variable.
  • control actuator is installed in a line in which connections for the installation of the control actuator are integrated immediately before and after the control actuator.
  • the installation of the control actuator can be simplified in this way, since there is no welding work for pipelines.
  • a fitting piece for connecting the control actuator and / or the regulating actuator can be provided in at least one line.
  • the connection for a control actuator and / or regulating actuator can be implemented via a fitting piece of this type.
  • the regulating actuator can be integrated in a fitting piece which has connections for the installation of an external control actuator.
  • An optimization of the system by adding a further actuator can be simplified as a result.
  • the control of the delivery device in particular the turbo compressor, is designed and / or set up for a fault shutdown.
  • This device has the effect that the quick opening of the actuators involved is activated immediately if the drive fails. Without activation, damage can occur, especially in the intake area of a turbo compressor. Reaching the safety position can be recognized within a predefined time after activation of the quick opening function, otherwise the compressor is switched off.
  • the conveying device in particular the turbo compressor, can be designed and / or set up to detect a malfunction in the rapid relief of the control actuator and / or the regulating actuator due to the absence of a feedback (OPEN or CLOSE) within a predefined and / or parameterizable period of time
  • a feedback OPEN or CLOSE
  • Such a monitoring can initiate a fault shutdown and fatal damage can be avoided.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for controlling and / or regulating a system with flowing fluid, in particular for a fluid delivery system, in which at least one control actuator is adjusted between a plurality of operating positions and in which at least one control actuator is adjusted in a controlled manner, with the control actuator and the control actuator are connected in parallel to influence the same process variable, and the control actuator is adjusted as a function of an operating position of the control actuator.
  • FIG. 2 shows a fluid delivery system with a turbo compressor and an actuating device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a fluid delivery system with a turbo compressor and an actuating device according to a further embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a fluid delivery system with a turbo compressor and an actuating device according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a fluid delivery system with a turbo compressor and an actuating device according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a fluid delivery system with a turbo compressor and an actuating device according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 shows a logic for the activation of a control actuator as a function of the position of a control actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows schematically a fluid delivery system 100 with a turbo compressor 102 and an actuating device 104 according to the prior art.
  • the actuating device 104 comprises, in a conventional manner, a single control flap, which is moved by a pneumatic diaphragm control drive 106 with an associated position controller 108.
  • the actuating device 104 embodied as a regulating flap can, for example, be a so-called blow-around valve act, which directs the gas from the pressure line 110 back into the suction line 112.
  • a 2/3-way solenoid valve 114 can be provided both for quick opening and also provide fail-safe functionality.
  • the actuating device 104 designed as a control flap must meet several requirements at the same time. Both sensitive control and a relatively large flow rate must be implemented. The actuating device is therefore large and at the same time equipped with a large number of accessories. This leads to high susceptibility to failure and high acquisition costs.
  • the fluid delivery system 10 has a turbo compressor 12, a suction line 14 upstream of the turbo compressor 12 and a pressure line 16 after the turbo compressor 12.
  • the fluid conveying system 10 in FIG. 2 differs from the fluid conveying system 100 from FIG. 1 in the arrangement of the actuating device 18 instead of the actuating device 104 designed as a large control flap.
  • the system 100 from FIG. 1 can be converted into a system 10 according to the invention according to FIG. 2.
  • the adjusting device 104 which is designed as a large control flap, can be expanded and a fitting piece 20 with internal line routing and with connections for an adjusting device 18 according to the invention can be provided at the same point, as can be seen in FIG. With such a fitting 20 it is possible to integrate an adjusting device 18 according to the invention into an existing line system without welding.
  • the actuating device 18 has at least one control actuator 22 which can be adjusted in an open manner between a plurality of operating positions, and at least one control actuator 24, which can be adjusted between a plurality of operating positions in closed-loop control.
  • the control actuator 22 and the regulating actuator 24 are connected in parallel to influence the same process variable and / or the same process variables.
  • the process variables are, in particular, the pressure in the suction line 14 and the pressure in the pressure line 16.
  • control actuator 22 is set up for adjustment as a function of an operating position of the regulating actuator 24.
  • the control actuator 22 can be designed as a large and pressure-balanced actuator and / or as a flap actuator and can move to a safety position OPEN.
  • control actuator 24 Integrated into the housing of the control actuator 22 are two connections for the lines to and from the control actuator 24.
  • a relatively small actuator that is moved by an actuator 26 is shown as the control actuator 24.
  • the control actuator 24 can move to a safety position OPEN.
  • the actuator 26 can be controlled by an anti-surge controller 28.
  • the anti-surge controller 28 can control the actuator 26 as a function of the pump-relevant variables (for example flow and pressure) measured in the suction line 14 and / or in the pressure line 16.
  • the control actuator 22 can be moved by a variable-speed actuator 30 via an adjustment logic 32. Furthermore, a gear 31 can be provided between the actuator 30 and the control actuator 22.
  • the adjustment logic 32 can receive signals from the actuator 30, from the anti-surge controller 28 and / or from the control actuator 24 or the actuator 26 for the control actuator 24.
  • the control actuator 22 is also set up to move to a safety position driven by an opening piston 34 for rapid relief, in particular into an OPEN position.
  • the opening piston 34 can advantageously be actuated by the process medium from the pressure line 16.
  • a solenoid valve 36 is provided, which is open in the de-energized state. In the event of a power failure, pressure from the pressure line 16 can thus actuate the opening piston 34, by means of which the control actuator is moved in the OPEN direction.
  • the opening piston 34, the solenoid valve 36, the actuator 30 with the gear 31 thus form a device 38 for quickly moving the control actuator 22 into a safety position.
  • FIG. 3 shows a fluid delivery system 10 according to a further embodiment of the present invention.
  • the embodiment in FIG. 3 differs from the embodiment in FIG. 2 only in the arrangement or configuration of the actuating device 18.
  • the fitting piece 20 is equipped with an internal line routing and an integrated regulating actuator 24.
  • the actuator 24 integrated in the fitting is designed as a small control valve.
  • the regulating actuator 24 is moved by the regulating drive 26, which is controlled by the anti-surge controller 28.
  • the control actuator 24 can move to a safety position OPEN.
  • connections for the externally arranged control actuator 22 are also provided on the fitting piece 20.
  • the control actuator 22 is designed as a large, non-pressure-balanced control valve, in particular larger than the regulating actuator 24.
  • the control actuator 22 can therefore ensure a greater flow rate than the regulating actuator 24.
  • the control actuator 22 can move to a safety position OPEN.
  • control actuator 22 can be moved by an actuator 30 via an adjustment logic 32.
  • a gear 31 with a switchable gear ratio can be provided between the actuator 30 and the control actuator 22.
  • the adjustment logic 32 can in turn receive signals for the adjustment of the control actuator 22 from the anti-surge controller 28 and / or from the control actuator 22 or the actuator 26 for the control actuator 22.
  • the gas pressure on the inlet side of the control actuator 22 acts in the opening direction.
  • the transmission 31 is switched to a different transmission ratio, which causes the control actuator 22 to move much more quickly. This is possible because the actuator 30 is supported in the opening direction by the gas pressure.
  • the actuator 30 and the gear 31 with switchable gear ratio thus form a device 38 for quickly moving the control actuator 22 into a safety position.
  • FIG. 4 shows a fluid delivery system 10 according to a further embodiment of the present invention.
  • the embodiment in FIG. 4 differs from the embodiment in FIG. 2 only in the arrangement or configuration of the actuating device 18.
  • Actuating device 18 in turn has a control actuator 22 and a regulating actuator 24.
  • the control actuator 22 and the regulating actuator 24 are designed according to FIG. 4 as a double actuator or double valve
  • the control actuator 22 according to FIG. 4 is designed as a large, pressure-balanced control valve and can move to a safety position OPEN.
  • Integrated into the housing of the control actuator 22 is the smaller control actuator 24, which can also move to a safety position OPEN.
  • the control actuator 24 is moved by the actuator 26 and the actuator 26 is activated by the anti-surge controller 28.
  • the control actuator 22 is moved by the actuator 30 via an adjustment logic 32.
  • the adjustment logic 32 receives signals from the anti-surge controller 28 and / or from the control actuator 22 or the actuator 26 for the control actuator 22.
  • a gear 31 and a switchable clutch 33 can be provided between the actuator 30 and the control actuator 22.
  • the actuating drive 30 can be decoupled from the gear 31 via the switchable coupling 33.
  • the control actuator is driven by the opening piston 34 into a safety position, in particular into an OPEN position.
  • the opening piston 34 is actuated by the pre-pressure control actuator 22 or by the pressure of the process medium from the pressure line 16.
  • the solenoid valve 36 is open to ensure fail-safe functionality in the de-energized state, so that in the event of a power failure, the pressure from the pressure line 16 actuates the opening piston 34.
  • the opening piston 34, the solenoid valve 36, the actuator 30 with gear 31 and clutch 33 form a device 38 for quickly moving the control actuator 22 into a safety position.
  • FIG. 5 shows a fluid delivery system 10 according to a further embodiment of the present invention.
  • the embodiment in FIG. 5 differs from the embodiment in FIG. 4 only in that the actuating device 18 is connected to the suction line 14 and the pressure line 16 via a fitting piece 20.
  • FIG. 6 shows a fluid delivery system 10 according to a further embodiment of the present invention.
  • the embodiment in FIG. 6 again differs from the embodiment in FIG. 2 in the arrangement or configuration of the actuating device 18.
  • the actuating device 18 has a control actuator 22 and a regulating actuator 24.
  • the control actuator 22 and the regulating actuator 24 are installed as separately designed valves parallel to the pressure line 16.
  • the control actuator 22 according to FIG. 6 is designed as a large, non-pressure compensated control valve and can move to a safety position OPEN.
  • the small control actuator 24 connected to it can be moved into a safety position OPEN.
  • the control actuator 24 is moved by the actuator 26 and the actuator 26 is activated by the anti-surge controller 28.
  • the control actuator 22 can be moved by the actuator 30 via an adjustment logic 32 and can receive signals from the anti-surge controller 28 and / or from the control actuator 22 or the actuator 26 for the control actuator 22 to adjust the control actuator 22.
  • a gear 31 and a switchable clutch 33 can be provided between the actuator 30 and the control actuator 22.
  • the actuating drive 30 can be decoupled from the gear 31 via the switchable coupling 33.
  • the gas pressure on the inlet side of the control actuator 22 acts in the opening direction.
  • a quick relief can take place through the pressure of the process medium acting directly on the control actuator 22 in the opening direction. This is possible because the control actuator 22 is designed as a non-pressure-compensated control valve.
  • the actuator 30 with gear 31 and clutch 33 form a device 38 for quickly moving the control actuator 22 into a safety position.
  • FIG. 7 shows a logic 32 for activating a control actuator 22 as a function of the position of a control actuator 24 according to an embodiment of the present invention.
  • the position of the control actuator 22 is readjusted as a function of the position of the control actuator 24 if a predefined control signal and / or a predefined position of the control actuator 24 is exceeded or undershot.
  • the operating position of the control valve 24 can be through the Control signal 28 'of the anti-surge controller 28 as well as by the analog feedback signal 25' of the position controller 25 can be defined or output.
  • the adaptation can be application-related and can be different for the opening and closing process.
  • the control actuator 22 is repositioned when the control actuator 24 with a target setting range 27 between 10% and 90% exceeds a limit control value 31 of 90% or falls below a limit control value 29 of 10% .
  • the logic 32 according to FIG. 7 initiates a movement of the control actuator 22 in the same effective direction and consequently supports the change in quantity aimed at by the controller 28.
  • the control actuator 24 has reached a parameterizable position 33 or 35, which in the exemplary embodiment is 50% in each case, the repositioning of the control actuator 22 is completed. This sequence can be repeated as required, so that even very large quantities can be precisely controlled.
  • the logic 32 according to FIG. 7 has the comparators 40, 40 ′, 42 and 44.
  • the comparators 40, 40 ', 42 and 44 receive signals 28' from the anti-surge controller 28, which in turn controls the actuator 26 for the control actuator 24. Instead of the control signal, the comparators 40, 40 ', 42 and 44 can also monitor the analog position feedback 25' of the control actuator.
  • the comparator 42 detects as soon as the control actuator 24 exceeds a limit control value 31 of 90%.
  • the comparator 44 detects as soon as the control actuator 24 exceeds a limit control value 29 of 10%.
  • the values for the comparators 40, 40 ', 42 and 44 can be freely parameterized.
  • the comparators 40, 40 ', 42 and 44 are followed by the pulse generators 46, 46', 48 and 50.
  • the comparator 40 and the downstream pulse generator 46 reset the flip-flop switching element 54.
  • the comparator 40 'and the downstream pulse generator 46' reset the flip-flop switching element 52.
  • the comparator 42 and the downstream pulse generator 48 set the flip-flop switching element 52.
  • the comparator 44 and the downstream pulse generator 50 set the flip-flop switching element 54.
  • the flip-flop switching elements 52 and 54 are followed by a freely adjustable ramp 56 , via which the actuator 30 of the control actuator 22 is controlled.
  • the pulse generator 48 sets the flip-flop switching element 52 and actuates the actuator 30 in the opening direction via a freely adjustable ramp 56. By activating the actuator 30, the control actuator 22 is adjusted in such a way that the quantity change aimed for by the controller 28 is supported.
  • the flip-flop switching element 54 is set by the pulse generator 50 and the actuator 30 is controlled in the closing direction via a freely adjustable ramp 56. By activating the actuator 30, the control actuator 22 is adjusted in such a way that the quantity change aimed for by the controller 28 is supported.
  • Control actuator 22 is thereby ended or at least interrupted. This process can be repeated as often as desired as soon as the control actuator 24 passes through a limit control value.
  • Switching element 54 is reset and further activation of the actuator 30 is stopped.
  • the adjustment of the control actuator 22 is thereby ended or at least interrupted. This process can be repeated as often as required as soon as the control actuator passes through a limit manipulated variable.

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Abstract

Stelleinrichtung für Systeme mit strömendem Fluid, insbesondere für Fluidfördersysteme, mit wenigstens einem Steuerstellglied, das gesteuert zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellbar ist, und mit wenigstens einem Regelstellglied, das geregelt verstellbar ist, wobei das Steuerstellglied und das Regelstellglied zur Beeinflussung derselben Prozessgröße parallel geschaltet sind und wobei das Steuerstellglied zur Verstellung in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds eingerichtet ist.

Description

STELLEINRICHTUNG MIT ZWEI PARALLEL GESCHALTETEN VENTILEN FÜR DEN BETRIEB EINES TURBOKOMPRESSORS
Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für Systeme mit strömendem Fluid, insbesondere für Fluidfördersysteme. Ebenso betrifft die Erfindung ein System mit einer solchen Stelleinrichtung .
Eine klassische Applikation für Stelleinrichtungen findet sich bei Fluidfördersystemen. Turbokompressoren beispielsweise werden dazu eingesetzt, beliebige Gase, beispielsweise Luft, zu komprimieren. In der Praxis können Turbokompressoren bei Applikationen eingesetzt werden, bei denen große Volumenströme verdichtet werden sollen. Hierzu zählen Hochofengebläse, LuftZerlegungsanlagen, chemische sowie petrochemische Anlagen, Anwendungen zur Druckerhöhung in Gaspipelines, Vakuumgebläse in der Papierindustrie, Brüdenverdichtung bei Verdampfungsprozessen oder auch Druckluftkompressoren .
Turbokompressoren, speziell mit Elektroantrieb, müssen wegen des beim Hochlaufen reduzierten Drehmoments des Elektromotors gegen minimalen Gegendruck angefahren werden können. Für einen stabilen Betrieb mit reduzierter Fördermenge, mit geringem Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze (Stabilitätsgrenze eines Turbokompressors), ist eine adäquate Pumpverhütungsregelung erforderlich. Bei Störungen am Kompressor oder im Prozess soll der unter Druck stehende Kompressor möglichst schnell entlastet werden können. Ein Turbokompressor soll selbst nach einer Last-Abschaltung während des Auslaufens nicht pumpen. Eine Schnellentlastung sollte zudem hohen Sicherheitsanforderungen genügen. Um die voranstehenden Anforderungen zu erfüllen sind im Betrieb Regelstellglieder erforderlich. Aufgrund der Vielzahl der zu erfüllenden Funktionen werden diese überdimensioniert ausgeführt. So werden derartige Stellglieder angesichts der sich widersprechenden Anforderungen - große Durchflussmengen einerseits und präzises Regeln andererseits - mit umfangreichem Sonderzubehör ausgestattet. Hierzu zählen beispielsweise Stellungsregler mit hoher Kapazität, Volumen- Booster, Ablass-Verstärker, Magnetventile, Drosseln, asymmetrische Verzögerungsrelais und/oder Zuluft-Stationen. Zwar können die Spezifikationen der Kompressoren-Hersteller sowie der Anlagenbauer mit derart ausgestatteten Regelstellgliedern weitestgehend erfüllt werden, allerdings zu Lasten der Regelgüte.
Insgesamt führt ein Aufbau mit solchen Regelstellgliedern zu einer hohen Komplexität und Störanfälligkeit. Eine Fehlerortung oder Betriebsoptimierung ist mit den an den Betriebsstätten vorhandenen Instrumenten nicht oder nur schwer durchführbar.
Komponenten derartigen Sonderzubehörs werden über Leitungen verbunden, wobei jede Verbindungsstelle eine potentielle Leckstelle erzeugt. Beispielsweise werden für pneumatische Antriebe Stellungsregler installiert, die das jeweilige Stellglied durch Schalten von kleinen Magnetventilen oder piezogetriebenen Ventilen verfahren. Leckagen bewirken ein häufiges Schalten dieser Aktoren, sodass die maximal erreichbare Anzahl an Schaltvorgängen schon nach wenigen Monaten oder Wochen erreicht wird. In der Folge schalten die Ventile nicht mehr zuverlässig. Sie hängen entweder in der AUF- oder in der ZU-Position fest. Beides kann signifikante Auswirkungen haben, bis zum Totalausfall; dies gilt sowohl für den Kompressor als für einen nachgeschalteten Prozess.
Vor dem oben dargelegten Hintergrund bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Stelleinrichtung anzugeben, welche eine genaue Regelung bei gleichzeitig großen Durchflussmengen ermöglicht und zusätzlich eine verbesserte Betriebssicherheit gewährleistet. Ebenso bestand die Aufgabe darin, ein System mit einer solchen Stelleinrichtung anzugeben.
Die voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf die Stelleinrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst worden. Hinsichtlich des Systems ist diese Aufgabe durch den Gegenstand von Anspruch 40 gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
Eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung ist für Systeme mit strömendem Fluid ausgebildet, insbesondere für Fluidfördersysteme .
Eine solche Stelleinrichtung weist wenigstens ein Steuerstellglied, das gesteuert zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellbar ist, und wenigstens ein Regelstellglied, das geregelt verstellbar ist, auf. Das Steuerstellglied und das Regelstellglied sind erfindungsgemäß zur Beeinflussung derselben Prozessgröße parallel geschaltet und das Steuerstellglied ist zur Verstellung in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds eingerichtet.
Durch das Vorsehen zwei parallel geschalteter Stellglieder lassen sich diese jeweils im Hinblick auf unterschiedliche Aufgabenstellungen auslegen und dimensionieren. Durch eine solche Aufteilung der gewünschten Funktionen auf zwei gesonderte Stellglieder kann der Komplexitätsgrad der einzelnen Komponenten und dadurch auch die Gefahr von Betriebsstörungen verringert werden.
Während sich mit dem Steuerstellglied bei Bedarf verhältnismäßig große Durchflussmengen realisieren lassen, ermöglicht das Regelstellglied eine feinfühlige Regelung. Dabei erlaubt die Aufteilung in gesonderte Stellglieder, dass das Regelstellglied vornehmlich im Hinblick auf die Regelungsgenauigkeit ausgelegt wird.
Die Realisierung einer hohen Regelgüte bei gleichzeitig hohen Durchflussmengen durch ein einziges und damit komplexes Stellglied kann erfindungsgemäß vermieden werden.
Aufgrund der Parallelschaltung des Steuerstellglieds und des Regelstellglieds kann insgesamt eine präzise Regelung für beliebig große Durchflussmengen erfolgen. Die Verstellung des Steuerstellglieds in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds ermöglicht dabei, dass im laufenden Betrieb stets ein geeigneter Regelbereich des Regelstellglieds eingehalten wird. Durch die Verstellung des Steuerstellglieds in Abhängigkeit des Regelstellglieds wird der Gesamtregelbereich jedoch signifikant erweitert, ohne die Komplexität der einzelnen Komponenten beziehungsweise der gesamten Anordnung zu erhöhen.
Soweit im Sinne der vorliegenden Erfindung von einer Steuerung beziehungsweise von einem Steuern die Rede ist, soll damit jeweils eine offene Steuerung beziehungsweise ein offenes Steuern gemeint sein. Soweit im Sinne der vorliegenden Erfindung von einer Regelung beziehungsweise von einem Regeln die Rede ist, soll damit jeweils eine geschlossene Regelung beziehungsweise ein geschlossenes Regeln gemeint sein.
In bevorzugter Weise kann das Steuerstellglied gesteuert zwischen mehr als zwei Betriebsstellungen verstellbar sein, insbesondere zwischen zwei Endstellungen und beliebig vielen Zwischenstellungen .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Steuerstellglied zur Verstellung in Abhängigkeit einer durch das Regelstellglied beim Durchfahren eines Grenz-Stellwertes eingenommenen Betriebsstellung eingerichtet sein, insbesondere einer bei Unterschreitung eines unteren Grenz- Stellwertes und/oder einer bei Überschreitung eines oberen Grenz-Stellwertes eingenommenen Betriebsstellung des Regelstellglieds.
Durch eine derartig gesteuerte Verstellung des Steuerstellglieds kann das Regelstellglied weitgehend innerhalb eines gewünschten Regelbereichs gehalten werden.
Bei Durchfahren eines Grenz-Stellwertes durch das Regelstellglied wird die dadurch initiierte Verstellung des Steuerstellglieds ein Zurückfahren des Regelstellglieds in umgekehrter Richtung bewirken.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied zu einer gesteuerten Verstellung eingerichtet sein, die eine geregelte Verstellung des Regelstellglieds zurück in einen Soll- Stellbereich hinein erzeugt, insbesondere aus einem Bereich unterhalb eines unteren Grenz-Stellwertes und/oder aus einem Bereich oberhalb eines oberen Grenz-Stellwertes in einen Soll-Stellbereich. Dies stellt sicher, dass eine hohe Regelgüte über den gesamten Stellbereich aufrechterhalten bleibt.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann eine Steuerung vorgesehen sein, die zur Verstellung des Steuerstellglieds in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds eingerichtet ist. Ferner kann auch eine Regelung vorgesehen sein, die zur Verstellung des Regelstellglieds in Abhängigkeit einer von dem Steuerstellglied und dem Regelstellglied beeinflussten Prozessgröße eingerichtet ist. Mit einer solchen Steuerung beziehungsweise Regelung lässt sich das Steuerstellglied beziehungsweise das Regelstellglied in geeigneter Weise betreiben und über den gesamten Stellbereich eine feinfühlige Regelung realisieren. In weiter bevorzugter Weise kann eine Steuerung des Steuerstellglieds dazu eingerichtet sein, eine Verstellung des Steuerstellglieds solange fortzuführen bis das Regelstellglied eine vordefinierte Betriebsstellung innerhalb des Soll-Stellbereichs erreicht und/oder passiert hat. Derart vordefinierte Betriebsstellungen können frei einstellbar (z.B. 50% oder auch 45% und 55%) beziehungsweise nachträglich veränderbar sein. Auf diese Weise kann ein stabiler Betrieb des Regelstellglieds und des Steuerstellglieds sichergestellt werden, insbesondere ohne Gefahr eines unerwünschten Aufschaukelns .
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise ein unterer Grenz-Stellwert bei einer zu 10% geöffneten Betriebsstellung des Regelstellglieds und/oder ein oberer Grenz-Stellwert bei einer zu 90% geöffneten Betriebsstellung des Regelstellglieds eingestellt sein.
Die jeweiligen Grenz-Stellwerte können je nach Applikation frei einstellbar beziehungsweise nachträglich veränderbar sein. Durch derartige Grenz-Stellwerte kann ein optimaler Betriebsbereich beziehungsweise Soll-Stellbereich des Regelstellglieds in geeigneter Weise festgelegt werden.
Weiter bevorzugt kann sich ein vordefinierter Soll- Stellbereich des Regelstellglieds beispielsweise zwischen einer zu 10% und 90% geöffneten Betriebsstellung des Regelstellgliedes erstrecken. Der jeweilige Soll-Stellbereich kann je nach Applikation frei einstellbar beziehungsweise nachträglich veränderbar sein. Durch einen derartig bemessenen Soll-Stellbereich kann ein optimaler Betrieb mit sicherem Abstand zu den jeweiligen Endlagen des Regelstellglieds gewährleistet werden.
Soweit im Sinne der vorliegenden Erfindung prozentuale Angaben in Bezug auf Stellungen von Stellgliedern gemacht werden, sollen sich solche Angaben auf Stellungen beziehen, bei denen 100% eine vollständig geöffnete und 0% eine vollständig geschlossene Stellung bezeichnet. Angaben zwischen 100% und 0% bezeichnen entsprechend weit geöffnete beziehungsweise entsprechend weit geschlossene Stellungen.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied zur vollautomatischen, teilautomatischen und/oder rein manuellen Verstellung in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds eingerichtet sein.
Eine vollautomatische Verstellung kann den Bedienaufwand im Betrieb auf ein geringes Maß reduzieren. Eine teilautomatische Verstellung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei Durchfahren eines Grenz-Stellwertes durch das Regelstellglied ein Signal an einen Bediener erzeugt wird, insbesondere ein optisches oder akustisches Warnsignal, worauf eine manuell initiierte Verstellung des Steuerstellglieds in die Wege geleitet werden kann. Ebenso kann auch eine rein manuelle Verstellung des Steuerstellglieds erfolgen, beispielsweise indem ein Durchfahren eines Grenz-Stellwertes durch das Regelstellglied fortlaufend durch einen Bediener überwacht wird. Falls erforderlich, kann dann eine Verstellung des Steuerstellglieds wiederum manuell in die Wege geleitet werden.
In weiter bevorzugter Weise weist das Regelstellglied einen elektrischen Stellantrieb auf und/oder wird von einem elektrischen Stellantrieb angetrieben. Elektrische Stellantriebe gestatten eine genaue Verstellung und tragen damit auch zu einer genauen Regelung der Stellung des Regelstellglieds bei.
In noch weiter bevorzugter Ausgestaltung kann das Steuerstellglied einen elektrischen Stellantrieb aufweisen und/oder von einem elektrischen Stellantrieb angetrieben sein. Auch in Bezug auf das Steuerstellglied gestattet ein elektrischer Stellantrieb eine genaue Verstellung und ermöglicht damit auch eine genaue Steuerung der Stellung des Steuerstellglieds .
In besonders bevorzugter Weise kann das Steuerstellglied eine größere Durchflusskapazität aufweisen als das Regelstellglied. Unter Durchflusskapazität soll hier die mögliche Durchflussmenge pro Zeiteinheit verstanden werden, die von dem jeweiligen Stellglied gewährleistet werden kann. Durch eine solche Ausgestaltung kann in besonders vorteilhafter Weise eine feinfühlige Regelung über einen verhältnismäßig großen Stellbereich erfolgen. Ein verhältnismäßig kleines Regelstellglied gewährleistet eine feinfühlige Regelung und durch ein verhältnismäßig großes Steuerstellglied kann ein insgesamt großer Stellbereich beziehungsweise eine insgesamt große Durchflusskapazität bereitgestellt werden.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied als gesteuertes Ventil ausgebildet sein und/oder das Steuerstellglied kann zur Drosselung und/oder Absperrung eines strömenden Fluids zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellbar sein.
Weiter bevorzugt kann das Regelstellglied als geregeltes Ventil ausgebildet sein. Ebenso kann das Regelstellglied zur Drosselung und/oder Absperrung eines strömenden Fluids verstellbar sein.
Derartige Ventile eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen und lassen sich in geeigneter Weise in Fluidfördersystemen einsetzen und miteinander kombinieren.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied zur Schnellentlastung oder zur Schnellabsperrung eingerichtet sein, insbesondere zur Schnellentlastung in eine Sicherheitsstellung AUF oder zur Schnellabsperrung in eine Sicherheitsstellung ZU.
Ebenso kann das Regelstellglied zur Schnellentlastung oder zur Schnellabsperrung eingerichtet sein, insbesondere zur Schnellentlastung in eine Sicherheitsstellung AUF oder zur Schnellabsperrung in eine Sicherheitsstellung ZU. Auf diese Weise kann einer gefahrenrelevanten Situation in nur kurzer Zeit entgegenwirkt werden. Kritische Systemkomponenten lassen sich damit vor Beschädigungen schützen. In vielen Applikationen kann dies zur Gewährung der Betriebssicherheit von besonders hoher Bedeutung sein.
In weiter bevorzugter Weise sind das Steuerstellglied und das Regelstellglied für die Verwendung mit Turbokompressoren ausgebildet. Turbokompressoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen zur Verdichtung von Gasen eingesetzt. Durch die Ausbildung des Steuerstellglieds und des Regelstellglieds für den Einsatz mit Turbokompressoren kann in derartigen Anwendungen mit einem einfachen und konstruktiv robusten Aufbau ein hohes Maß an Betriebssicherheit bewerkstelligt werden.
Es kann weiter von Vorteil sein, wenn das Steuerstellglied für die Anfahrentlastung und/oder für die eventgesteuerte Schnellentlastung im Betrieb eines Turbokompressors ausgebildet und/oder eingerichtet ist. Vielfach ermöglicht erst die Anfahrentlastung das Anfahren eines Elektromotor getriebenen Turbokompressors. Eine eventgesteuerte Schnellentlastung kann bei Betriebsstörungen genutzt werden, um Schäden am Kompressor oder auch am nachgeschalteten Prozess zu verhindern.
Weiter bevorzugt kann ein dicht schließendes Regelstellglied für die Pumpverhütung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, insbesondere durch eine Pumpverhütungsregelung. Mit einem derartigen Regelstellglied kann bei einem Turbokompressor ein stabiler Betrieb entlang der Pumpgrenzlinie aufrechterhalten werden.
Das Steuerstellglied kann demgegenüber für den Pumpschutz ausgebildet und/oder eingerichtet ist, insbesondere durch eine Pumpschutzsteuerung. Ein Turbokompressor pumpt, wenn eine Pumpverhütungsregelung nicht oder zu spät in Eingriff kommt. Anhaltendes Pumpen kann sehr schnell zu massiven Schäden am Kompressor und zu fatalen Auswirkungen am nachgeschalteten Prozess führen. Mit einer Pumpschutzsteuerung, die erst durch einen Pumpvorgang aktiviert wird und in der Folge eine Schnellentlastung durch das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied oder eine Abschaltung des Motors aktiviert, kann dies verhindert werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann das Regelstellglied eine lineare, gleichprozentige oder individualisierte Öffnungskennlinie aufweisen.
Durch eine individualisierte Öffnungskennlinie kann jede applikationsbezogene Optimierung erreicht werden.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied eine nicht-lineare Kennlinie aufweisen, insbesondere eine
Schnellöffnungskennlinie, bei der sich beim Verlassen der geschlossenen Position die Änderung der Durchflussmenge pro Stellwegeinheit überproportional vergrößert. Es kann auf diese Weise eine besonders schnelle Druckentlastung durch das Steuerstellglied erreicht werden.
In weiter bevorzugter Weise kann das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied zur Überprüfung der Stellfreiheit, insbesondere für Teststellbewegungen in vordefinierten Zeitintervallen, eingerichtet sein. Bestimmte Applikationen erfordern nur in größeren Zeitintervallen die Verstellung von Stellgliedern. Bei länger ausbleibender Betätigung kann es zu einem Festklemmen des jeweiligen Stellglieds kommen. Durch Teststellbewegungen in vordefinierten Zeitintervallen kann ein solches Festklemmen vermieden oder zumindest frühzeitig erkannt werden, sodass geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.
Weiter bevorzugt können das Steuerstellglied und das Regelstellglied eine bauliche Einheit bilden und/oder als Doppelstellglied ausgebildet sein. Durch eine solche Ausgestaltung kann eine besonders einfache Montage in einem Fluidfördersystem erfolgen. Gleichzeitig kann eine Abstimmung der einzelnen Stellglieder bei Ausführung als Doppelstellglied in vorteilhafter Weise voreingestellt sein.
Es kann ebenso von Vorteil sein, wenn das Steuerstellglied ein Gehäuse mit Anschlüssen für die Installation des Regelstellglieds aufweist. Diese kompakte Einheit ist besonders für den Ersatz eines bereits installierten Stellgliedes ohne zusätzliche Schweißarbeiten an der Rohrleitung geeignet.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann das Regelstellglied zur Verringerung von Totzeiten aus der ZU- Position heraus mit einem Stellungsregler und/oder dessen Ansteuerung durch den Regler dazu eingerichtet sein, bei entsprechender Regelabweichung der Regelung, so lange mit voller Stellkapazität zu wirken, bis das Ventil effektiv zu öffnen beginnt. Das Regelstellglied kann ferner dazu eingerichtet sein, ab Öffnungsbeginn von der mit voller Kapazität gesteuerten Verstellung auf eine geregelte Verstellung mit Standardkapazität umzustellen. Auf diese Weise kann das Erreichen eines effektiven Öffnungsbeginns beschleunigt werden.
Weiterhin kann das Regelstellglied einen pneumatischen Stellantrieb aufweisen und der Stellantrieb kann für die Öffnung bei voller Stellkapazität unter Aussetzung von Regelparametern und/oder unter Aussetzung pulsierender Ansteuerung und/oder mit permanenter Ansteuerung betrieben werden, bis eine effektiv geöffnete Betriebsstellung erreicht ist. Totzeiten des Regelstellglieds lassen sich auf diese Weise besonders vorteilhaft vermeiden oder auf ein geringes Maß reduzieren.
Weiter bevorzugt kann das Regelstellglied einen elektrischen oder hydraulischen Stellantrieb aufweisen und der Stellantrieb kann für die Öffnung bei voller Stellkapazität, insbesondere aus einer überdeckend dichten Ventilstellung, mit maximaler Stellgeschwindigkeit betrieben werden, bis eine effektiv geöffnete Betriebsstellung erreicht ist. Totzeiten des Regelstellglieds lassen sich auf diese Weise besonders vorteilhaft vermeiden oder auf ein geringes Maß reduzieren.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied als Klappenstellglied ausgebildet sein, das einen an eine ZU Position angrenzenden Grenzbereich aufweist. Es ist möglich, dass ein solcher Grenzbereich herstellerseitig und/der konstruktiv nicht für den Dauerbetrieb ausgelegt ist. Insbesondere kann in einem solchen Grenzbereich die Umströmungsgeschwindigkeit groß sein, beispielsweise Schallgeschwindigkeit annehmen, was dynamische Kräfte auf den Klappenteller in wechselnder Richtung hervorruft. Es kommt zu erhöhter Schallbildung verbunden mit erhöhtem Verschleiß und schlechter Regelgüte. Verschleiß am Klappenteller führt zu Leckagen und damit zu dauerhaft ineffizientem Betrieb.
Daher kann in einem solchen Grenzbereich ein Dauerbetrieb durch Steuerungsparameter unterbunden sein. Rein beispielhaft können die Steuerungsparameter im Hinblick darauf ausgewählt oder eingestellt sein, dass ein solcher Grenzbereich im Betrieb lediglich durchfahren und dadurch ein Dauerbetrieb im Grenzbereich vermieden wird.
Bei Einsatz eines solchen gesteuerten Klappenstellglieds kann in vorteilhafter Weise der Regelbereich des als Regelventil oder Regelklappe ausgebildeten Regelstellglieds mindestens so groß bemessen sein wie der Grenzbereich des Klappenstellglieds. Insbesondere kann bei Verwendung eines Klappenstellglieds als Steuerstellglied der Regelbereich eines Regelstellglieds in vorteilhafter Weise so ausgelegt sein, dass zumindest ein herstellerseitig angegebener Grenzbereich des Klappenstellglieds abgedeckt ist. Individuelle Prozessanforderungen können einen größeren Regelbereich bedingen.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied dazu eingerichtet sein, zur Schnellentlastung und/oder Schnellabsperrung den Druck des Fluids als ausschließliche, hauptsächliche oder unterstützende Stellkraft zum Anfahren einer Sicherheitsstellung zu nutzen. Durch die Nutzung eines ohnehin vorhandenen Drucks für die Schnellentlastung beziehungsweise Schnellabsperrung kann zum einen der Entlastungsvorgang beziehungsweise der Absperrvorgang in besonders vorteilhafter Weise beschleunigt werden. Gleichzeitig kann eine Schnellentlastung beziehungsweise Schnellabsperrung aufgrund der in kritischen Betriebssituationen ohnehin verfügbaren Energie aus dem Druck des Fluids mit großer Sicherheit erreicht werden. Da bei einer solchen Ausgestaltung wenig oder keine Verstellenergie gespeichert werden muss, kann hierdurch eine überraschende und signifikante Vereinfachung der Fail-Safe-Funktionalität realisiert werden.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied als Fail-Safe-Einrichtung dazu eingerichtet sein, bei Ausfall einer Versorgung mit Antriebsenergie, insbesondere bei Ausfall einer elektrischen Energieversorgung, des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds den Druck des Fluids als ausschließliche, hauptsächliche oder unterstützende Stellkraft zum Anfahren einer Sicherheitsstellung zu nutzen. Gesonderte Sicherheitselemente, wie zum Beispiel Stellfedern, können auf diese Weise vollständig weggelassen oder zumindest kleiner dimensioniert werden, wodurch sich die Herstellkosten verringern lassen.
Entsprechend kann das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied als Fail-Safe-Einrichtung dazu eingerichtet sein, bei Ausfall einer pneumatischen oder hydraulischen Energieversorgung des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds durch ein von dem Fluid unabhängiges Stellmedium, insbesondere bei Ausfall einer Instrumentenluft oder bei Ausfall eines Steueröls, eine Federkraft als ausschließliche, hauptsächliche oder unterstützende Stellkraft zum Anfahren einer Sicherheitsstellung zu nutzen.
In weiter bevorzugter Weise kann das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied dazu eingerichtet sein, zur Schnellentlastung mit reduzierter oder minimierter elektrischer Energie oder ohne elektrische Energie eine Sicherheitsstellung anzufahren. Hierdurch kann die Betriebssicherheit weiter verbessert werden. Für das Erreichen einer Sicherheitsstellung ist bei einer solchen Ausgestaltung keine oder eine nur verringerte elektrische Energie erforderlich. Selbst im Falle von Störungen der elektrischen Energieversorgung kann eine Sicherheitsstellung angefahren werden.
Weiter bevorzugt kann ein Stellantrieb des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds zum Anfahren einer Sicherheitsstellung abkoppelbar sein, insbesondere durch eine schaltbare Kupplung mit Fail-Safe-Funktion abkoppelbar sein. Durch eine solche Abkoppelung kann das Anfahren der Sicherheitsstellung vereinfacht beziehungsweise beschleunigt werden, da etwaige Gegenstellkräfte des Stellantriebs vermieden werden.
Noch weiter bevorzugt kann die schaltbare Kupplung mit Fail- Safe-Funktion unter elektrischer Spannung geschlossen sein und bei Spannungsausfall öffnen und durch Öffnung abkoppeln. Im Falle einer Störung der elektrischen Energieversorgung kann ein Abkoppeln und somit auch ein Anfahren einer Sicherheitsstellung mit hoher Zuverlässigkeit erfolgen.
Weiter bevorzugt kann ein Stellantrieb des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds zum Anfahren einer Sicherheitsstellung mit höherer Drehzahl betreibbar sein, insbesondere durch Umschalten auf eine andere
Getriebeübersetzung oder durch Erhöhung der Antriebsdrehzahl bei drehzahlvariabler Ausbildung. Das Anfahren einer Sicherheitsstellung lässt sich auf diese Weise mit nur einfachen Mitteln beschleunigen.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied dazu eingerichtet sein, zur Schnellentlastung durch einen Öffnungskolben angetrieben eine Sicherheitsstellung anzufahren. Eine solche Ausgestaltung ist robust im Aufbau und kann auch bei Ausfall der Antriebsenergie das Anfahren einer Sicherheitsstellung gewährleisten.
Ferner ist es möglich, dass der Öffnungskolben durch ein Magnetventil angesteuert ist, das im spannungslosen Zustand öffnet, wobei im geöffneten Zustand des Magnetventils der Öffnungskolben durch ein unter Druck stehendes Fluid beaufschlagt wird. Auf diese Weise kann das unter Druck stehende Fluid auf zuverlässige Weise zum Anfahren einer Sicherheitsstellung genutzt werden.
Weiter bevorzugt kann das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied dazu eingerichtet sein, zur Schnellentlastung unmittelbar durch ein unter Druck stehendes Fluid angetrieben eine Sicherheitsstellung anzufahren. Dies kann mit einer verhältnismäßig geringen Komponentenanzahl bewerkstelligt werden, was einen störungsunanfälligen Aufbau gewährleistet. Insbesondere kann ein solcher Aufbau ohne gesonderte Komponenten für das Anfahren einer Sicherheitsstellung realisiert werden.
Zumindest eines der Stellglieder, insbesondere das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied, kann als druckausgeglichenes Stellglied ausgebildet sein. Da bei einem druckausgeglichenen Stellglied keine Gaskräfte überwunden werden müssen, sind die im Betrieb erforderlichen Stellkräfte gering.
Ebenso ist es möglich, dass zumindest eines der Stellglieder, insbesondere das Steuerstellglied und/oder das Regelstellglied, als nicht-druckausgeglichenes Stellglied ausgebildet ist. Ein nicht-druckausgeglichenes Stellglied kann in vorteilhafter Weise unmittelbar durch ein unter Druck stehendes Fluid angetrieben in eine Sicherheitsstellung gefahren werden, insbesondere ohne gesonderte Antriebskomponenten .
Bei pneumatischen und hydraulischen Stellantrieben kann ferner der Druck des Fluids im Normalbetrieb für die Verstellung des jeweiligen Stellglieds genutzt werden. Ein etwaiger pneumatischer und/oder hydraulischer Antrieb kann in diesem Fall kleiner dimensioniert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System mit einer Fördereinrichtung für ein strömendes Fluid, insbesondere einem Turbokompressor, und mit einer vorstehend beschriebenen Stelleinrichtung. Die erfindungsgemäße Anordnung in einem solchen System ist einfach und robust im Aufbau und gewährleistet durch die Stelleinrichtung gleichzeitig eine feinfühlige Regelung über einen beliebig großen Kapazitätsbereich.
Das Steuerstellglied und das Regelstellglied sind bevorzugt in parallel verlaufenden Leitungen installiert. Es kann hierdurch in vorteilhafter Weise durch das Steuerstellglied und das Regelstellglied auf dieselbe Prozessgröße Einfluss genommen werden.
Es kann weiter von Vorteil sein, wenn das Steuerstellglied in einer Leitung installiert ist, in der unmittelbar vor und nach dem Steuerstellglied Anschlüsse für die Installation des Regelstellglieds integriert sind. Die Installation des Regelstellglieds kann auf diese Weise vereinfacht werden, da keine Schweißarbeiten für Rohrleitungen anfallen.
Weiter bevorzugt kann in zumindest einer Leitung ein Passstück für den Anschluss des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds vorgesehen sein. Über ein solches Passstück kann der Anschluss für ein Steuerstellglied und/oder Regelstellglied realisiert werden. Diese Lösung ist prädestiniert für nachträgliche Erweiterung mit Stellgliedern, da an dem bestehenden Leitungssystem nicht geschweißt werden muss und ein bereits vorhandenes Stellglied beibehalten werden kann.
Noch weiter bevorzugt kann das Regelstellglied in einem Passstück integriert sein, das Anschlüsse für die Installation eines externen Steuerstellglieds aufweist. Eine Optimierung des Systems durch Erweiterung um ein weiteres Stellglied kann hierdurch vereinfacht werden.
Es kann ebenso von Vorteil sein, wenn die Steuerung der Fördereinrichtung, insbesondere der Turbokompressor, für eine Störabschaltung ausgebildet und/oder eingerichtet ist. Diese Einrichtung bewirkt, dass sofort mit Ausfall des Antriebs die Schnellöffnung der beteiligten Stellglieder aktiviert wird. Ohne Aktivierung kann es zu Beschädigungen kommen, insbesondere im Ansaugbereich eines Turbokompressors. Innerhalb einer vordefinierten Zeit nach Aktivierung der Schnellöffnung kann das Erreichen der Sicherheitsstellung erkannt werden, anderenfalls wird der Kompressor abgeschaltet. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann die Fördereinrichtung, insbesondere der Turbokompressor, dazu ausgebildet und/oder eingerichtet sein, eine Funktionsstörung der Schnellentlastung des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds durch Ausbleiben einer Rückmeldung (AUF beziehungsweise ZU) innerhalb eines vordefinierten und/oder parametrierbaren Zeitraums nach Ansteuerung des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds zu detektieren und in Abhängigkeit einer Funktionsstörung der Schnellentlastung des Steuerstellglieds und/oder des Regelstellglieds eine Störabschaltung zu aktivieren. Mit einer derartigen Überwachung kann eine Störabschaltung initiiert und können fatale Schäden vermieden werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Systems mit strömendem Fluid, insbesondere für ein Fluidfördersystem, bei dem wenigstens ein Steuerstellglied gesteuert zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellt wird und bei dem wenigstens einem Regelstellglied geregelt verstellt wird, wobei das Steuerstellglied und das Regelstellglied zur Beeinflussung derselben Prozessgröße parallel geschaltet sind und wobei das Steuerstellglied in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds verstellt wird.
Die vorstehend in Bezug die erfindungsgemäße Stelleinrichtung beschriebenen Einzelheiten und Vorteile gelten in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen, jeweils schematisch: Fig. 1 ein Fluidfördersystem mit einem Turbokompressor und einer Stelleinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Fluidfördersystem mit einem Turbokompressor und einer Stelleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ein Fluidfördersystem mit einem Turbokompressor und einer Stelleinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ein Fluidfördersystem mit einem Turbokompressor und einer Stelleinrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 ein Fluidfördersystem mit einem Turbokompressor und einer Stelleinrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 ein Fluidfördersystem mit einem Turbokompressor und einer Stelleinrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine Logik für die Ansteuerung eines Steuerstellglieds in Abhängigkeit der Stellung eines Regelstellglieds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Fluidfördersystem 100 mit einem Turbokompressor 102 und einer Stelleinrichtung 104 gemäß dem Stand der Technik. Bei einer solchen Ausführung umfasst die Stelleinrichtung 104 in herkömmlicher Weise eine einzige Regelklappe, die von einem pneumatischen Membran-Regelantrieb 106 mit zugehörigem Stellungsregler 108 verfahren wird.
Bei der als Regelklappe ausgebildeten Stelleinrichtung 104 kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes Umblase-Ventil handeln, das Gas von der Druckleitung 110 zurück in die Ansaugleitung 112 leitet. Ein 2/3-Wege-Magnetventil 114 kann sowohl für die Schnellöffnung vorgesehen sein und auch eine Fail-Safe-Funktionalität bereitstellen.
Bei einer Ausgestaltung gemäß Fig. 1 muss die als Regelklappe ausgebildete Stelleinrichtung 104 gleich mehrere Anforderungen erfüllen. Es muss sowohl eine feinfühlige Regelung als auch eine verhältnismäßig große Durchflussmenge realisiert werden. Daher ist die Stelleinrichtung groß dimensioniert und gleichzeitig mit viel Zubehör ausgestattet. Dies führt zu hoher Störanfälligkeit und hohen Anschaffungskosten .
Fig. 2 zeigt ein Fluidfördersystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fluidfördersystem 10 weist einen Turbokompressor 12, eine Ansaugleitung 14 vor dem Turbokompressor 12 und eine Druckleitung 16 nach dem Turbokompressor 12 auf.
Das Fluidfördersystem 10 in Fig. 2 unterscheidet sich von dem Fluidfördersystem 100 aus Fig. 1 durch die Anordnung der Stelleinrichtung 18 anstelle der als große Regelklappe ausgebildeten Stelleinrichtung 104. Das System 100 aus Fig. 1 lässt sich Umrüsten zu einem erfindungsgemäßen System 10 gemäß Fig. 2. Hierzu kann die als große Regelklappe ausgebildete Stelleinrichtung 104 ausgebaut und an selber Stelle ein Passstück 20 mit interner Leitungsführung und mit Anschlüssen für eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung 18 vorgesehen werden, wie der Fig. 2 entnommen werden kann. Mit einem solchen Passstück 20 ist es möglich, eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung 18 ohne Schweißarbeiten in ein bestehendes Leitungssystem einzubinden.
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung 18 weist wenigstens ein Steuerstellglied 22, das offen gesteuert zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellbar ist, und wenigstens ein Regelstellglied 24, das geschlossen geregelt zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellbar ist, auf. Das Steuerstellglied 22 und das Regelstellglied 24 sind zur Beeinflussung derselben Prozessgröße und/oder derselben Prozessgrößen parallel geschaltet. Bei den Prozessgrößen handelt es sich insbesondere um den Druck in der Ansaugleitung 14 sowie dem Druck in der Druckleitung 16.
Erfindungsgemäß ist das Steuerstellglied 22 zur Verstellung in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds 24 eingerichtet. Das Steuerstellglied 22 kann als großes und druckausgeglichenes Stellglied und/oder als Klappenstellglied ausgebildet sein und kann eine Sicherheitsstellung AUF anfahren.
Integriert in das Gehäuse des Steuerstellglieds 22 sind zwei Anschlüsse für die Leitungen zu und von dem Regelstellglied 24. Als Regelstellglied 24 wird ein verhältnismäßig kleines Stellglied gezeigt, das von einem Stellantrieb 26 verfahren wird. Das Regelstellglied 24 kann eine Sicherheitsstellung AUF anfahren.
Der Stellantrieb 26 kann von einem Pumpverhütungsregler 28 angesteuert werden. Dabei kann der Pumpverhütungsregler 28 den Stellantrieb 26 in Abhängigkeit der in der Ansaugleitung 14 und/oder in der Druckleitung 16 gemessenen pumprelevanten Größen (zum Beispiel Flow und Druck) ansteuern.
Das Steuerstellglied 22 kann von einem drehzahlvariablen Stellantrieb 30 über eine Verstell-Logik 32 verfahren werden. Zwischen dem Stellantrieb 30 und dem Steuerstellglied 22 kann ferner ein Getriebe 31 vorgesehen sein. Die Verstell-Logik 32 kann für die Verstellung des Steuerstellglieds 22 Signale vom Stellantrieb 30, von dem Pumpverhütungsregler 28 und/oder von dem Regelstellglied 24 beziehungsweise dem Stellantrieb 26 für das Regelstellglied 24 empfangen. Das Steuerstellglied 22 ist ferner dazu eingerichtet, zur Schnellentlastung durch einen Öffnungskolben 34 angetrieben eine Sicherheitsstellung anzufahren, insbesondere in eine AUF-Position . Der Öffnungskolben 34 kann in vorteilhafter Weise durch das Prozessmedium aus der Druckleitung 16 betätigt werden. Um eine Fail-Safe-Funktionalität für den Öffnungskolben 34 zu gewährleisten ist ein Magnetventil 36 vorgesehen, das im spannungslosen Zustand offen ist. Im Falle eines Spannungsausfalls kann somit Druck aus der Druckleitung 16 den Öffnungskolben 34 betätigen, durch den das Steuerstellglied in Richtung AUF bewegt wird.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 bilden der Öffnungskolben 34, das Magnetventil 36, der Stellantrieb 30 mit Getriebe 31 mithin eine Vorrichtung 38 zum schnellen Verfahren des Steuerstellglieds 22 in eine Sicherheitsstellung.
Fig. 3 zeigt ein Fluidfördersystem 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform in Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 2 lediglich durch die Anordnung beziehungsweise Ausgestaltung der Stelleinrichtung 18.
Gemäß Fig. 3 ist das Passstück 20 mit interner Leitungsführung und integriertem Regelstellglied 24 ausgestattet. Das im Passstück integrierte Stellglied 24 ist als kleines Regelventil ausgebildet. Das Regelstellglied 24 wird von dem Regelantrieb 26 verfahren, der von dem Pumpverhütungsregler 28 angesteuert wird. Das Regelstellglied 24 kann eine Sicherheitsstellung AUF anfahren.
An dem Passstück 20 sind weiterhin Anschlüsse für das extern angeordnete Steuerstellglied 22 vorgesehen.
Das Steuerstellglied 22 ist als großes, nicht druckausgeglichenes Steuerventil ausgebildet, insbesondere größer als das Regelstellglied 24. Das Steuerstellglied 22 kann demnach eine größere Durchflussmenge gewährleisten als das Regelstellglied 24. Das Steuerstellglied 22 kann eine Sicherheitsstellung AUF anfahren.
Weiterhin kann das Steuerstellglied 22 von einem Stellantrieb 30 über eine Verstell-Logik 32 verfahren werden. Zwischen dem Stellantrieb 30 und dem Steuerstellglied 22 kann ferner ein Getriebe 31 mit schaltbarer Getriebeübersetzung vorgesehen sein. Die Verstell-Logik 32 kann wiederum für die Verstellung des Steuerstellglieds 22 Signale von dem Pumpverhütungsregler 28 und/oder von dem Regelstellglied 22 beziehungsweise dem Stellantrieb 26 für das Regelstellglied 22 empfangen.
Der auf der Eintrittsseite des Steuerstellglieds 22 anstehende Gasdruck wirkt in Richtung Öffnen. Bei Anforderung einer Schnellöffnung wird das Getriebe 31 auf eine andere Getriebeübersetzung umgeschaltet, die ein deutlich schnelleres Verfahren des Steuerstellglieds 22 bewirkt. Möglich ist dies, da der Stellantrieb 30 in Richtung Öffnen vom Gasdruck unterstützt wird.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bilden der Stellantrieb 30 sowie das Getriebe 31 mit schaltbarer Getriebeübersetzung mithin eine Vorrichtung 38 zum schnellen Verfahren des Steuerstellglieds 22 in eine Sicherheitsstellung.
Fig. 4 zeigt ein Fluidfördersystem 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform in Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 2 lediglich durch die Anordnung beziehungsweise Ausgestaltung der Stelleinrichtung 18.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist die
Stelleinrichtung 18 wiederum ein Steuerstellglied 22 und ein Regelstellglied 24 auf. Das Steuerstellglied 22 und das Regelstellglied 24 sind gemäß Fig. 4 als Doppelstellglied beziehungsweise Doppelventil ausgebildet Das Steuerstellglied 22 gemäß Fig. 4 ist als ein großes, druckausgeglichenes Steuerventil ausgebildet und kann eine Sicherheitsstellung AUF anfahren. Integriert in das Gehäuse des Steuerstellglieds 22 befindet sich das kleinere Regelstellglied 24, das ebenfalls eine Sicherheitsstellung AUF anfahren kann. Das Regelstellglied 24 wird von dem Stellantrieb 26 verfahren und der Stellantrieb 26 wird von dem Pumpverhütungsregler 28 angesteuert.
Das Steuerstellglied 22 wird durch den Stellantrieb 30 über eine Verstell-Logik 32 verfahren. Die Verstell-Logik 32 empfängt zur Verstellung des Steuerstellglieds 22 Signale von dem Pumpverhütungsregler 28 und/oder von dem Regelstellglied 22 beziehungsweise dem Stellantrieb 26 für das Regelstellglied 22.
Zwischen dem Stellantrieb 30 und dem Steuerstellglied 22 kann ferner ein Getriebe 31 sowie eine schaltbare Kupplung 33 vorgesehen sein. Bei Anforderung einer Schnellöffnung beziehungsweise Schnellentlastung kann über die schaltbare Kupplung 33 der Stellantrieb 30 vom Getriebe 31 abgekoppelt werden. Zur Schnellöffnung beziehungsweise Schnellentlastung wird das Steuerstellglied durch den Öffnungskolben 34 angetrieben in eine Sicherheitsstellung gefahren, insbesondere in eine AUF-Position. Der Öffnungskolben 34 wird durch den Vordruck Steuerstellgliedes 22 beziehungsweise durch den Druck des Prozessmediums aus der Druckleitung 16 betätigt. Das Magnetventil 36 ist zur Gewährleistung einer Fail-Safe-Funktionalität im spannungslosen Zustand offen, sodass bei einem Stromausfall der Druck aus der Druckleitung 16 den Öffnungskolben 34 betätigt. Durch die Abkopplung des Stellantriebs 30 vom Getriebe 31 kann eine Schnellentlastung durch den Öffnungskolben vereinfacht oder beschleunigt werden. Mithin bilden in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Öffnungskolben 34, das Magnetventil 36, der Stellantrieb 30 mit Getriebe 31 und Kupplung 33 eine Vorrichtung 38 zum schnellen Verfahren des Steuerstellglieds 22 in eine Sicherheitsstellung .
Fig. 5 zeigt ein Fluidfördersystem 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform in Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 4 lediglich dadurch, dass die Stelleinrichtung 18 über ein Passstück 20 an die Ansaugleitung 14 sowie die Druckleitung 16 angeschlossen ist.
Fig. 6 zeigt ein Fluidfördersystem 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform in Fig. 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 2 wiederum durch die Anordnung beziehungsweise Ausgestaltung der Stelleinrichtung 18.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 weist die Stelleinrichtung 18 ein Steuerstellglied 22 und ein Regelstellglied 24 auf. Das Steuerstellglied 22 und das Regelstellglied 24 sind gemäß Fig. 5 als gesondert ausgebildete Ventile parallel zur Druckleitung 16 installiert .
Das Steuerstellglied 22 gemäß Fig. 6 ist als großes, nicht druckausgeglichenes Steuerventil ausgebildet und kann eine Sicherheitsstellung AUF anfahren. Vor und hinter dem Steuerstellglied befinden sich in einer parallel verlaufenden Leitung T-Stücke der Rohrleitung, die jeweils über einen Anschluss für das Regelstellglied 24 verfügen. Das daran angeschlossene kleine Regelstellglied 24 kann in eine Sicherheitsstellung AUF gefahren werden. Das Regelstellglied 24 wird von dem Stellantrieb 26 verfahren und der Stellantrieb 26 wird von dem Pumpverhütungsregler 28 angesteuert . Das Steuerstellglied 22 kann durch den Stellantrieb 30 über eine Verstell-Logik 32 verfahren werden und zur Verstellung des Steuerstellglieds 22 Signale von dem Pumpverhütungsregler 28 und/oder von dem Regelstellglied 22 beziehungsweise dem Stellantrieb 26 für das Regelstellglied 22 empfangen.
Zwischen dem Stellantrieb 30 und dem Steuerstellglied 22 kann ferner ein Getriebe 31 sowie eine schaltbare Kupplung 33 vorgesehen sein. Bei Anforderung einer Schnellöffnung beziehungsweise Schnellentlastung kann über die schaltbare Kupplung 33 der Stellantrieb 30 vom Getriebe 31 abgekoppelt werden.
Der auf der Eintrittsseite des Steuerstellglieds 22 anstehende Gasdruck wirkt in Richtung Öffnen. Durch die Abkopplung des Stellantriebs 30 vom Getriebe 31 kann eine Schnellentlastung durch den unmittelbar auf das Steuerstellglied 22 einwirkenden Druck des Prozessmediums in Richtung Öffnen erfolgen. Möglich ist dies, da das Steuerstellglied 22 als nicht-druckausgeglichenes Steuerventil ausgebildet ist.
Mithin bilden in der Ausführungsform gemäß Fig. 6 der Stellantrieb 30 mit Getriebe 31 und Kupplung 33 eine Vorrichtung 38 zum schnellen Verfahren des Steuerstellglieds 22 in eine Sicherheitsstellung.
Fig. 7 zeigt eine Logik 32 für die Ansteuerung eines Steuerstellglieds 22 in Abhängigkeit der Stellung eines Regelstellglieds 24 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch die in Fig. 7 gezeigte Logik 32 wird die Stellung des Steuerstellglieds 22 abhängig von der Stellung des Regelstellglieds 24 neu angepasst, wenn ein vordefiniertes Stellsignal und/oder eine vordefinierte Stellung des Regelstellglieds 24 über- oder unterschritten wird. Die Betriebsstellung des Regelventils 24 kann durch das Stellsignal 28' des Pumpverhütungsreglers 28 als auch durch das analoge Rückmeldesignal 25' des Stellungsreglers 25 definiert sein beziehungsweise ausgegeben werden. Die Anpassung kann applikationsbezogen erfolgen und unterschiedlich für Öffnungs- und Schließvorgang sein.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Steuerstellglied 22 neu positioniert, wenn das Regelstellglied 24 mit einem Soll-Stellbereich 27 zwischen 10% und 90% einen Grenz-Stellwert 31 von 90% überschreitet oder einen Grenz-Stellwert 29 von 10% unterschreitet. Im Falle einer solchen Überschreitung oder Unterschreitung wird durch die Logik 32 gemäß Fig. 7 ein Verfahren des Steuerstellglieds 22 in der gleichen Wirkrichtung initiiert und folglich die vom Regler 28 angestrebte Mengenänderung unterstützt. Sobald das Regelstellglied 24 eine parametrierbare Stellung 33 beziehungsweise 35, die im Ausführungsbeispiel jeweils bei 50% liegt, erreicht hat, wird die Neupositionierung des Steuerstellglieds 22 abgeschlossen. Diese Abfolge kann beliebig wiederholt werden, sodass auch sehr große Mengen feinfühlig geregelt werden können.
Für die Bereitstellung der voranstehend beschriebenen Funktionalität weist die Logik 32 gemäß Fig. 7 die Vergleicher 40, 40', 42 und 44 auf. Die Vergleicher 40, 40', 42 und 44 empfangen Signale 28' von dem Pumpverhütungsregler 28, der wiederum den Stellantrieb 26 für das Regelstellglied 24 ansteuert. Anstelle des Stellsignals können die Vergleicher 40, 40', 42 und 44 auch die analoge Stellungsrückmeldung 25' des Regelstellglieds überwachen. Der Vergleicher 40 oder 40' erkennt und meldet, sobald das Regelstellglied 24 den parametrierten Wert 33 oder 35 (zum Beispiel 50%) erreicht. Der Vergleicher 42 detektiert, sobald das Regelstellglied 24 einen Grenz-Stellwert 31 von 90% überschreitet. Der Vergleicher 44 detektiert, sobald das Regelstellglied 24 einen Grenz-Stellwert 29 von 10% überschreitet . Die Werte für die Vergleicher 40, 40', 42 und 44 sind frei parametrierbar .
Den Vergleichern 40, 40', 42 und 44 sind die Impulsgeber 46, 46', 48 und 50 nachgeschaltet. Der Vergleicher 40 und der nachgeschaltete Impulsgeber 46 setzen das Flip-Flop- Schaltelement 54 zurück. Der Vergleicher 40' und der nachgeschaltete Impulsgeber 46' setzen das Flip-Flop- Schaltelement 52 zurück. Der Vergleicher 42 und der nachgeschaltete Impulsgeber 48 setzen das Flip-Flop- Schaltelement 52. Der Vergleicher 44 und der nachgeschaltete Impulsgeber 50 setzen das Flip-Flop-Schaltelement 54. Den Flip-Flop-Schaltelementen 52 und 54 ist eine frei einstellbare Rampe 56 nachgeschaltet, über die der Stellantrieb 30 des Steuerstellglieds 22 angesteuert wird.
Wird durch den Vergleicher 42 detektiert, dass das Regelstellglied 24 einen Grenz-Stellwert 31 von 90% überschritten hat, wird durch den Impulsgeber 48 das Flip- Flop-Schaltelement 52 gesetzt und über eine frei einstellbare Rampe 56 der Stellantrieb 30 in Öffnungsrichtung angesteuert. Durch die Ansteuerung des Stellantriebs 30 wird das Steuerstellglied 22 so verstellt, dass die vom Regler 28 angestrebte Mengenänderung unterstützt wird.
Wird durch den Vergleicher 44 detektiert, dass das Regelstellglied 24 einen Grenz-Stellwert 29 von 10% unterschritten hat, wird durch den Impulsgeber 50 das Flip- Flop-Schaltelement 54 gesetzt und über eine frei einstellbare Rampe 56 der Stellantrieb 30 in Schließrichtung angesteuert. Durch die Ansteuerung des Stellantriebs 30 wird das Steuerstellglied 22 so verstellt, dass die von Regler 28 angestrebte Mengenänderung unterstützt wird.
Wird der Grenz-Stellwert 31 von 90% überschritten, wird eine Verstellung des Steuerstellglieds 22 so lange aktiviert, bis das vom Vergleicher 40' ein Durchfahren einer Stellung 35, zum Beispiel 50%, detektiert wird. Bei einer entsprechenden Detektion wird durch den Impulsgeber 46' das Flip-Flop- Schaltelement 52 zurückgesetzt und eine weitere Ansteuerung des Stellantriebs 30 gestoppt. Die Verstellung des
Steuerstellglied 22 wird dadurch beendet oder zumindest unterbrochen. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, sobald das Regelstellglied 24 einen Grenz-Stellwert durchfährt.
Wird der Grenz-Stellwert 29 von 10% unterschritten, wird eine Verstellung des Steuerstellglieds 22 so lange aktiviert, bis das vom Vergleicher 40 ein Durchfahren einer Stellung 33, zum Beispiel 50%, detektiert wird. Bei einer entsprechenden Detektion wird durch den Impulsgeber 50 das Flip-Flop-
Schaltelement 54 zurückgesetzt und eine weitere Ansteuerung des Stellantriebs 30 gestoppt. Die Verstellung des Steuerstellglied 22 wird dadurch beendet oder zumindest unterbrochen. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, sobald das Regelstellglied einen Grenz-Stellwert durchfährt.

Claims

Patentansprüche
1. Stelleinrichtung (18) für Systeme (10) mit strömendem Fluid, insbesondere für Fluidfördersysteme, mit wenigstens einem Steuerstellglied (22), das gesteuert zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellbar ist, und mit wenigstens einem Regelstellglied (24), das geregelt verstellbar ist, wobei das Steuerstellglied (22) und das Regelstellglied (24) zur Beeinflussung derselben Prozessgröße parallel geschaltet sind und wobei das Steuerstellglied (22) zur Verstellung in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds (24) eingerichtet ist.
2. Stelleinrichtung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) zur Verstellung in Abhängigkeit einer durch das Regelstellglied (24) beim Durchfahren eines Grenz- Stellwertes eingenommenen Betriebsstellung eingerichtet ist, insbesondere einer bei Unterschreitung eines unteren Grenz-Stellwertes (29) und/oder einer bei Überschreitung eines oberen Grenz-Stellwertes (31) eingenommenen Betriebsstellung des Regelstellglieds (24).
3. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) zu einer gesteuerten Verstellung eingerichtet ist, die eine geregelte Verstellung des Regelstellglieds (24) in einen Soll-Stellbereich (27) hinein erzeugt.
4. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerung, die zur Verstellung des Steuerstellglieds (22) in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds (24) eingerichtet ist, und/oder durch eine Regelung (25), die zur Verstellung des Regelstellglieds (24) in Abhängigkeit einer von dem Steuerstellglied (22) und dem Regelstellglied (24) beeinflussten Prozessgröße eingerichtet ist.
5. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung und/oder Logik (32) des Steuerstellglieds (22) dazu eingerichtet ist, eine Verstellung des Steuerstellglieds (22) solange fortzuführen bis das Regelstellglied (24) eine vordefinierte Betriebsstellung (33, 35) innerhalb des Soll-Stellbereichs (27) erreicht und/oder passiert hat.
6. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer Grenz-Stellwert (29) des Regelstellglieds (24), insbesondere bei einer zu 10% geöffneten Betriebsstellung, und/oder dass ein oberer Grenz- Stellwert (31) des Regelstellglieds (24), insbesondere bei einer zu 90% geöffneten Betriebsstellung, voreingestellt ist.
7. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Soll- Stellbereich (27) des Regelstellglieds (24) erstreckt zwischen einer zu 10% geöffneten Betriebsstellung und einer zu 90% geöffneten Betriebsstellung.
8. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) zur vollautomatischen, teilautomatischen und/oder rein manuellen Verstellung in Abhängigkeit einer Betriebsstellung des Regelstellglieds (24) eingerichtet ist.
9. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) einen elektrischen Stellantrieb (26) aufweist und/oder von einem elektrischen Stellantrieb (26) angetrieben ist.
10. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) einen elektrischen Stellantrieb (30) aufweist und/oder von einem elektrischen Stellantrieb (30) angetrieben ist.
11. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) eine größere Durchflusskapazität aufweist als das Regelstellglied (24).
12. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) als gesteuertes Ventil ausgebildet ist und/oder dass das Steuerstellglied (22) zur Drosselung und/oder Absperrung eines strömenden Fluids zwischen einer Mehrzahl von Betriebsstellungen verstellbar ist.
13. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) als geregeltes Ventil ausgebildet ist und/oder dass das Regelstellglied (24) zur Drosselung und/oder Absperrung eines strömenden Fluids verstellbar ist.
14. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) zur Schnellentlastung oder zur Schnellabsperrung eingerichtet ist, insbesondere zur Schnellentlastung in eine Sicherheitsstellung AUF oder zur Schnellabsperrung in eine Sicherheitsstellung ZU.
15. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) zur Schnellentlastung oder zur Schnellabsperrung eingerichtet ist, insbesondere zur Schnellentlastung in eine Sicherheitsstellung AUF oder zur Schnellabsperrung in eine Sicherheitsstellung ZU.
16. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und das Regelstellglied (24) für die Verwendung mit Turbokompressoren (12) ausgebildet sind.
17. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) für die Anfahrentlastung und/oder für die eventgesteuerte Schnellentlastung im Betrieb eines Turbokompressors (12) ausgebildet und/oder eingerichtet ist.
18. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) dicht schließend und/oder für die Pumpverhütung ausgebildet und/oder eingerichtet ist, insbesondere durch eine Pumpverhütungsregelung (28).
19. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) für den Pumpschutz ausgebildet und/oder eingerichtet ist, insbesondere durch eine Pumpschutzsteuerung.
20. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) eine lineare, gleichprozentige oder individualisierte Öffnungskennlinie aufweist.
21. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) eine nicht-lineare Kennlinie aufweist, insbesondere eine Schnellöffnungskennlinie, bei der sich beim Verlassen der geschlossenen Position die Änderung der Durchflussmenge pro Stellwegeinheit überproportional vergrößert.
22. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24) zur Überprüfung der Stellfreiheit, insbesondere für Teststellbewegungen in vordefinierten Zeitintervallen, eingerichtet ist.
23. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und das Regelstellglied (24) eine bauliche Einheit bilden und/oder als Doppelstellglied ausgebildet sind.
24. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerstellglied
(22) ein Gehäuse mit Anschlüssen für die Installation des Regelstellglieds (24) aufweist.
25. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24), zur Vermeidung und/oder Verringerung von Totzeiten mit einem Stellungsregler und/oder dessen Ansteuerung dazu eingerichtet ist, aus einer geschlossenen Betriebsstellung heraus und bei einer Regelabweichung der Regelung so lange mit voller Stellkapazität zu wirken, bis das Regelstellglied effektiv zu öffnen beginnt, und ab Öffnungsbeginn von der mit voller Kapazität gesteuerten Verstellung auf eine geregelte Verstellung mit Standardkapazität umzustellen.
26. Stelleinrichtung (18) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) einen pneumatischen Stellantrieb aufweist und der Stellantrieb für die Öffnung bei voller Stellkapazität unter Aussetzung von Regelparametern und/oder unter Aussetzung pulsierender Ansteuerung und/oder mit permanenter Ansteuerung betrieben wird, bis das Regelstellglied (24) effektiv zu öffnen beginnt.
27. Stelleinrichtung (18) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) einen elektrischen oder hydraulischen Stellantrieb (24) aufweist und der Stellantrieb (26) für die Öffnung bei voller Stellkapazität, insbesondere aus einer überdeckend dichten Ventilstellung, mit maximaler Stellgeschwindigkeit betrieben wird, bis das Regelstellglied (24) effektiv zu öffnen beginnt.
28. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) als Klappenstellglied ausgebildet ist, wobei der Regelbereich eines als Regelventil oder Regelklappe ausgebildeten Regelstellglieds (24) mindestens so groß bemessen ist wie ein an eine ZU-Position des Klappenstellglieds angrenzender Grenzbereich, der herstellerseitig und/oder konstruktiv nicht für den Dauerbetrieb ausgelegt ist und/oder in dem ein Dauerbetrieb durch Steuerungsparameter unterbunden ist.
29. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24) dazu eingerichtet ist, zur Schnellentlastung und/oder zur Schnellabsperrung den Druck des Fluids als ausschließliche, hauptsächliche oder unterstützende Stellkraft zum Anfahren einer Sicherheitsstellung zu nutzen.
30. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24) als Fail-Safe-Einrichtung dazu eingerichtet ist, bei Ausfall einer Versorgung mit Antriebsenergie, insbesondere bei Ausfall einer elektrischen Energieversorgung, des Steuerstellglieds (22) und/oder des Regelstellglieds (24) den Druck des Fluids als ausschließliche, hauptsächliche oder unterstützende Stellkraft zum Anfahren einer Sicherheitsstellung zu nutzen.
31. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24) dazu eingerichtet ist, zur Schnellentlastung mit reduzierter oder minimierter elektrischer Energie oder ohne elektrische Energie eine Sicherheitsstellung anzufahren.
32. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellantrieb
(26, 30) des Steuerstellglieds (22) und/oder des Regelstellglieds (24) zum Anfahren einer
Sicherheitsstellung abkoppelbar ist, insbesondere durch eine schaltbare Kupplung (33) mit Fail-Safe-Funktion abkoppelbar ist.
33. Stelleinrichtung (18) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (33) mit Fail-Safe-Funktion unter elektrischer Spannung geschlossen ist und bei Spannungsausfall öffnet und durch Öffnung abkoppelt.
34. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellantrieb
(26, 30) des Steuerstellglieds (22) und/oder des Regelstellglieds (24) zum Anfahren einer
Sicherheitsstellung mit höherer Drehzahl betreibbar ist, insbesondere durch Umschalten auf eine andere Getriebeübersetzung oder durch Erhöhung der Antriebsdrehzahl bei drehzahlvariabler Ausbildung.
35. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24) dazu eingerichtet ist, zur Schnellentlastung durch einen Öffnungskolben (34) angetrieben eine Sicherheitsstellung anzufahren.
36. Stelleinrichtung (18) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungskolben (34) durch ein Magnetventil (36) angesteuert ist, das im spannungslosen Zustand öffnet, wobei im geöffneten Zustand des Magnetventils (36) der Öffnungskolben (34) durch ein unter Druck stehendes Fluid beaufschlagt wird.
37. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24) dazu eingerichtet ist, zur Schnellentlastung unmittelbar durch ein unter Druck stehendes Fluid angetrieben eine Sicherheitsstellung anzufahren.
38. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Stellglieder, insbesondere das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24), als druckausgeglichenes Stellglied ausgebildet ist.
39. Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Stellglieder, insbesondere das Steuerstellglied (22) und/oder das Regelstellglied (24), als nicht druckausgeglichenes Stellglied ausgebildet ist.
40. System (10) mit einer Fördereinrichtung für ein strömendes Fluid, insbesondere einem Turbokompressor (12), und mit einer Stelleinrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
41. System (10) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) und das Regelstellglied (24) in parallel verlaufenden Leitungen installiert sind.
42. System (10) nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerstellglied (22) in einer Leitung installiert ist, in der unmittelbar vor und nach dem Steuerstellglied (22) Anschlüsse für die Installation des Regelstellglieds (24) integriert sind.
43. System (10) nach einem der Ansprüche 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Leitung ein Passstück (20) für den Anschluss des Steuerstellglieds (22) und/oder des Regelstellglieds (24) vorgesehen ist.
44. System (10) nach einem der Ansprüche 40 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelstellglied (24) in einem Passstück (20) integriert ist, das Anschlüsse für die Installation eines externen Steuerstellglieds (22) aufweist.
45. System (10) nach einem der Ansprüche 40 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung, insbesondere der Turbokompressor (12), für eine Störabschaltung ausgebildet und/oder eingerichtet ist.
46. System (10) nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung, insbesondere der
Turbokompressor (12), dazu ausgebildet und/oder eingerichtet ist, eine Funktionsstörung der Schnellentlastung des Steuerstellglieds (22) und/oder des Regelstellglieds (24) durch Ausbleiben einer Rückmeldung innerhalb eines vordefinierten und/oder parametrierbaren Zeitraums nach Ansteuerung des Steuerstellglieds (22) und/oder des Regelstellglieds (24) zu detektieren und in Abhängigkeit einer Funktionsstörung der Schnellentlastung des Steuerstellglieds (22) und/oder des Regelstellglieds (24) eine Störabschaltung zu aktivieren.
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