WO2018054546A1 - Verfahren zum betreiben eines turboverdichters, turboverdichter mit pumpgrenzregler und luftzerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines turboverdichters, turboverdichter mit pumpgrenzregler und luftzerlegungsanlage Download PDF

Info

Publication number
WO2018054546A1
WO2018054546A1 PCT/EP2017/025256 EP2017025256W WO2018054546A1 WO 2018054546 A1 WO2018054546 A1 WO 2018054546A1 EP 2017025256 W EP2017025256 W EP 2017025256W WO 2018054546 A1 WO2018054546 A1 WO 2018054546A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
surge limit
compressor
turbocompressor
surge
limit control
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/025256
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Suess
Fabian Schulze
Stefan Guenther
Dierk SCHRADER
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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 Linde Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Publication of WO2018054546A1 publication Critical patent/WO2018054546A1/de

Links

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
    • 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
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • 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
    • F04D27/0246—Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
    • 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
    • F04D27/0253—Surge control by throttling

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a turbocompressor, a suitably operable turbocompressor with a surge limit controller and an air separation plant with a turbocompressor according to the preambles of the respective independent claims.
  • turbocompressors can not be operated at any ratio between outlet pressure and suction pressure and at the same time any volume flows. If, at a certain pressure ratio between discharge pressure and suction pressure, a minimum volume flow is not reached, the so-called "surge" of the turbocompressor occurs.
  • the compressor map results in a stable area and an unstable area, which are delimited from one another by the so-called surge line. In the unstable region, the pumping occurs.
  • the pumping occurs in the unstable region.
  • Dubbel paperback for mechanical engineering, 24th edition, in particular sections R 1 .7.1 and R 7.4.6, referenced.
  • the actual pumping manifests itself in a periodic return flow through the compressor.
  • the pumping is due to the fact that increases at a reduced flow rate, the angle of attack on individual compressor blades up to the stall. Due to the stall, it comes to the transmission of a lower pulse, so that the flow rate decreases further and the flow on other compressor blades, possibly in other compressor stages and finally in the turbo-compressor altogether, can tear off.
  • the flow rate of the turbocompressor falls below a certain limit, it can no longer counteract the pressure gradient between outlet pressure and suction pressure, and the mentioned backflow occurs. This decreases However, the delivery pressure, so that the turbo compressor begins to promote again until the surge limit is reached again.
  • the result is a periodicity between conveying and return flow with a frequency of, for example, about 0.3 to 5 Hz.
  • the pump is associated with a typical noise.
  • the pumping may occur at different intensities or may precede the actual pumping precursors of instability. If only individual compressor blades experience a stall, only a slight blow occurs
  • DE 36 059 58 A1 describes a method in which detachment phenomena on compressor blades are detected as an indication of pumps by means of a sound pressure transducer.
  • the pumping of a turbocompressor can be prevented by blowing off or returning part of the compressed medium in front of the compressor via a relief valve, the so-called Anti-Surge Control Valve (ASCV).
  • ASCV Anti-Surge Control Valve
  • surge limit valve is controlled, inter alia, as part of a so-called surge limit control (English Anti-Surge Control), as described in the cited literature.
  • the surge limit control valve uses, when exceeded, the surge limit control valve, for example, proportional-integral to
  • the surge limit control line is typically about 10% to the right of the expected surge line in the compressor map.
  • the surge limit control line can also be moved further into the stable region of the characteristic map, thus increasing the safety margin to the surge limit.
  • the surge limit control valve can therefore be opened sooner in the event of a quick approach to the unstable region.
  • the surge limit control maintains the operating point of the turbocompressor in operation on the surge limit control line.
  • a so-called control limit line which is approximately 3 to 5% to the right of the expected surge limit, the surge limit control valve can be fully opened very quickly so that the turbocompressor is safely relieved.
  • the position of the surge limit of a multi-stage compressor depends on the suction conditions of the individual stages, the compressor speed, the geometric conditions and the condition of the turbocompressor.
  • Suction conditions of the individual stages or with a modified compressor speed may be the deviation of the surge limit of an intercooled, multi-stage turbocompressor from the experimentally determined for specific operating conditions surge limit more than 10% in the direction of flow.
  • EP 2 765 313 A1 describes a method for operating a compressor, wherein pumping is to be avoided.
  • compressed medium by means of a
  • Discharge valve drained when it is closed from the drive current to pumps. To avoid the occurrence of pumps, during operation the
  • the present invention proposes a method of operating a turbo-compressor in which a surge limit control line is established in a compressor map having an unstable region delimited by a surge line from a stable region.
  • a surge limit control known from the prior art provides, in particular, for actuating a surge limit control valve as a function of a position of an operating point of the turbocompressor in relation to the surge limit control line in the compressor characteristic map. in this respect
  • the surge limit of an intercooled, multi-stage turbocompressor may differ from the experimentally determined for specific operating conditions surge limit more than 10% in the flow direction.
  • Conventional methods for adjusting surge limit control lines suffer from these inaccuracies, so that potentials for reducing the energy consumption by reducing the
  • Compressor volume without blow-off or Umblase réelle remain unused via a surge limit control valve.
  • the location of the surge limit is determined experimentally in conventional methods by starting several operating points sequentially at a specific intake condition and at a specific compressor speed, in a main air compressor of a Main Air Compressor (MAC) typically according to atmospheric weather conditions ,
  • MAC Main Air Compressor
  • the present invention therefore proposes, in the context of the definition of
  • a surge limit control line to shift an operating point of the turbocompressor in the stable region toward the unstable region until, based on an evaluation of one or more signals, an at least partial stall on one or more compressor blades of the turbocompressor can be detected, and the shift of the operating point after the Determining the at least partial stall so long to undo until based on the evaluation of the one or more signals the at least partial stall of the one or more compressor blades can no longer be determined. This can be done at several different times and thus also for different operating points
  • the basic idea of the present invention is therefore to detect incipient instability of a turbocompressor approaching the surge line. With this incipient instability still a (partly) stable operation is possible, but first Signs of flow separation occur.
  • subsequent gradual pushing back to a point at which incipient instability can no longer be detected advantageously allows a line to be established, up to the point a stable operation is expected.
  • the iterative determination eliminates the variance of the surge limit unknown in the prior art.
  • the safety distance of the surge limit control line can be selected smaller than in conventional surge limit regulators. The one with closed
  • the surge limit control line can alternatively also on the side facing away from the surge line (stable side) at a predetermined safety distance to the respective position of the operating point at which the incipient instability was no longer detected determined. In this way, safety margins can be set, which can shift the actual surge limit, for example, with changing intake conditions or changing compressor speed.
  • New machines are agreed with the machine manufacturer or, in the case of existing systems, based on empirical values.
  • the surge limit control line may be too close to the surge line, depending on the system, and therefore could endanger the machine in the event of unforeseen disruptions.
  • the surge limit control line can be supported by several points, regardless of whether it is determined at the points determined or at a distance therefrom. Is below each of "one"
  • Operating point in the singular
  • the speech so is also a corresponding method includes, in which the determination is made at different times for several operating points.
  • a surge limit safety line is used, which can be set between the surge limit control line and the surge line. For example, in the event that the positions of the operating points at which the
  • Stall define the surge limit control line, set the surge limit safety line at the location of the operating points where the instabilities occur. For example, in the other case that the surge limit control line is set at a safe distance from the positions of the operating points where the stall can no longer be determined, the positions of the operating points where the stall can no longer be determined define the surge limit safety line ,
  • the turbocompressor is preferably relieved as quickly as possible, for example by completely opening a surge limit control valve.
  • Compressor speeds is determined. That way, for this
  • the different intake conditions of the individual stages comprise in particular different suction pressures and / or suction temperatures.
  • the position of the surge limit and thus the determination of the surge limit control line are also dependent on the compressor speed.
  • the or at least one of the plurality of acoustic sensors is embodied as a structure-borne sound sensor and attached to a housing of the Turbo compressor arranged. In this way, opening of the compressor housing can be avoided.
  • the method according to the invention comprises shifting the operating point in the direction of the unstable region, inter alia, by reducing a volume flow through the turbocompressor. Accordingly, the shift is reversed, inter alia, by the fact that the
  • volumetric flow through the turbo compressor is increased again.
  • a further advantageous possibility to shift the operating point in the direction of the unstable region is to reduce the volume flow by closing an intake throttle arranged upstream of the compressor.
  • Turbo compressor is thus advantageously provided with corresponding inlet guide vanes.
  • inlet guide vanes For details, reference is also made here to relevant literature.
  • the operating point mentioned several times is defined inter alia by a ratio between outlet pressure and suction pressure and a volume flow through the turbo compressor.
  • the compressor map relates a relationship between discharge pressure and suction pressure and a flow rate through the turbo compressor in relation.
  • Compressor maps each for specific suction temperatures of the individual stages and for a specific compressor speed.
  • the present invention also extends to a turbocompressor having a surge limit regulator acting on a surge limit control valve, the surge limit regulator being arranged to provide a surge limit control line in one
  • the surge limit controller for setting the A surge limit control line includes means adapted to shift an operating point of the turbocompressor in the stable region toward the unstable region, based on an evaluation of one or more signals, at least partially stalling at one or more
  • Compressor blades of the turbo compressor can be determined, and the
  • such a turbocompressor is at least configured to carry out a method as explained above.
  • a turbocompressor is at least configured to carry out a method as explained above.
  • FIG. 1 illustrates a method according to a particularly preferred embodiment
  • Figure 2 illustrates an adaptation of a surge limit control line according to a particularly preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 a method according to a particularly preferred embodiment of the present invention is schematically illustrated and designated 100 as a whole.
  • FIG. 1 illustrates a turbocompressor 1 with an associated surge limit regulator 2, which is used to actuate a surge limit control valve 3 is trained. Therefore, the features discussed below with respect to the method 100 relate to a corresponding device in the same way.
  • the turbocompressor 1 is illustrated in the example shown with two compressor stages 11, 12. However, he can only have one or any number of
  • the main air compressor of an air separation plant which may be the turbo-compressor 1
  • the turbo-compressor may be a six-stage turbocompressor.
  • Each of the compressor stages 1 1, 12 may have any number of impellers with corresponding blades.
  • About inlet guide vanes 13 a turbo compressor 1 supplied volume flow and its flow direction is adjustable. Downstream of each compressor stage 11, 12 gas coolers 14, 15 are provided in the example shown.
  • a gaseous fluid for example air
  • the surge limit controller 2 is connected to sensors or donors 21 to 27 via not separately designated signal lines wired or wireless.
  • Upstream of the turbocompressor 1 are a temperature sensor 21, by means of which a temperature T1 of the fluid upstream of the turbo compressor 1 in the conduit 4 can be determined, a pressure sensor 22, by means of which a pressure P1 of the fluid upstream of the turbocompressor 1 in the conduit 4 determined can be, and a, for example by means of a difference or Wirkdruckvons working, flow sensor 23, by means of which a volume flow upstream of the turbocompressor 1 in the conduit 4 can be determined. The latter corresponds to the volume flow of fluid through the turbocompressor 1. Downstream of the turbocompressor 1 is finally a pressure sensor 24, by means of which a pressure P2 of the fluid downstream of the turbocompressor 1 in the duct 4 can be determined.
  • a speed sensor 27 is also provided, by means of which a compressor speed n can be determined and forwarded to the surge limit controller 2.
  • the compressor stages 1 1, 12 are each assigned sound sensors or sound generators 25, 26.
  • Sound signal which is detected at the compressor stages 1 1, 12, and which indicates a beginning instability, detected and forwarded to the controller 2.
  • sound generators may also be provided in line 4, for example.
  • the surge limiter 2 uses a surge limit control line, beyond which the surge limit control valve 3 is first opened, for example, proportionally-integral to the control deviation (i.e., by means of a PI control).
  • the surge limit control line is in this case in particular several times for different
  • the surge limit control valve 3 can be controlled by the surge limit controller 2 via control lines 28, 29 basically in the manner explained above with reference to the prior art. For further details, for example, reference is made to the technical literature cited therein.
  • FIG. 2 illustrates an adaptation of a surge limit control line in one embodiment
  • Compressor map 10 according to a particularly preferred embodiment of the present invention.
  • the compressor map 10 is defined between an abscissa indicating a volumetric flow or a variable proportional to the volumetric flow and an ordinate indicating a ratio between the discharge pressure and the suction pressure or a specific compaction work.
  • the compressor map 10 includes a stable region SR and an unstable region IR separated by a surge line SL illustrated in the form of a solid line.
  • a surge limit control line SP is dot-dashed, a surge limit safety line SFL illustrated in dashed lines.
  • Entry vane angles are illustrated with dash-dotted lines. Are at defined suction conditions, ie, for example, at defined
  • the method includes, in the illustrated embodiment, as illustrated with arrows, shifting an operating point from a position A in the stable region SR toward the unstable region IR until at least partially based on an evaluation of one or more signals
  • Stall can be detected on one or more compressor blades of the turbocompressor. This is the case in the example shown at position B. Subsequently, the shift of the operating point after the determination of the at least partial stall can be gradually reversed or stepwise until the at least partial stall of the compressor blade (s) can no longer be determined based on the evaluation of the signal or signals. This is the case in the example shown at point C.
  • the surge limit control line SP can then in the example shown in a
  • the position C defines the surge limit safety line SFL, whose excess pressure in the direction of the surge limit relieves the compressor as quickly as possible, for example by completely opening the surge limit control valve 3 or changing the regulator parameters of the PI control, in particular the proportional gain, eg (greatly) ,
  • the surge limit safety line thus serves as

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren (100) zum Betreiben eines Turboverdichters (1) vorgeschlagen, bei dem eine Pumpgrenzregellinie (SP) in einem Verdichterkennfeld (10) festgelegt wird, das einen instabilen Bereich (IR) aufweist, der durch eine Pumpgrenze (SL) gegenüber einem stabilen Bereich (SR) abgegrenzt ist. Es ist vorgesehen, dass das Festlegen der Pumpgrenzregellinie (SP) umfasst, einen Betriebspunkt des Turboverdichters (1) in dem stabilen Bereich (SR) so lange in Richtung des instabilen Bereichs (IR) zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser Strömungsabriss an einer oder mehreren Verdichterschaufeln des Turboverdichters (1) festgestellt werden kann, und die Verschiebung des Betriebspunkts nach der Feststellung des zumindest teilweisen Strömungsabrisses so lange wieder rückgängig zu machen, bis auf Grundlage der Auswertung des einen oder der mehreren Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der einen oder den mehreren Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann. Ein entsprechender Turboverdichter (1) und eine Luftzerlegungsanlage mit einem solchen Turbo Verdichter sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Turboverdichters, Turboverdichter mit
Pumpqrenzreqler und Luftzerlequnqsanlaqe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Turboverdichters, einen entsprechend betreibbaren Turboverdichter mit einem Pumpgrenzregler und eine Luftzerlegungsanlage mit einem Turboverdichter gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, dass Turboverdichter nicht bei beliebigen Verhältnissen zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und zugleich beliebigen Volumenströmen betrieben werden können. Wird bei einem bestimmten Druckverhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck ein minimaler Volumenstrom unterschritten, kommt es zum sogenannten "Pumpen" (engl. Surge) des Turboverdichters.
Im Verdichterkennfeld (engl. Compressor Map) ergeben sich ein stabiler Bereich und ein instabiler Bereich, die durch die sogenannte Pumpgrenze (engl. Surge Line) voneinander abgegrenzt sind. In dem instabilen Bereich tritt das Pumpen auf. Zu weiteren Details sei beispielsweise auf Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 24. Auflage, insbesondere Abschnitte R 1 .7.1 und R 7.4.6, verwiesen. Das eigentliche Pumpen äußert sich in einer periodischen Rückströmung durch den Verdichter.
Das Pumpen ist darauf zurückzuführen, dass sich bei einer verringerten Fördermenge der Anströmwinkel an einzelnen Verdichterschaufeln bis hin zum Strömungsabriss vergrößert. Durch den Strömungsabriss kommt es zur Übertragung eines geringeren Impulses, so dass die Fördermenge weiter abnimmt und die Strömung auch an anderen Verdichterschaufeln, ggf. auch in anderen Verdichterstufen und schließlich in dem Turboverdichter insgesamt, abreißen kann.
Sinkt die Fördermenge des Turboverdichters dabei unter eine bestimmte Grenze, kann dieser dem Druckgefälle zwischen Austrittsdruck und Saugdruck nicht mehr entgegenwirken und es kommt zu der erwähnten Rückströmung. Hierdurch sinkt jedoch der Förderdruck, so dass der Turboverdichter wieder zu fördern beginnt, bis die Pumpgrenze erneut erreicht wird. Es ergibt sich eine Periodizität zwischen Fördern und Rückströmung mit einer Frequenz von beispielsweise ca. 0,3 bis 5 Hz. Das Pumpen ist mit einem typischen Geräusch verbunden.
Das Pumpen kann in verschiedenen Intensitäten auftreten bzw. können dem eigentlichen Pumpen Vorstufen der Instabilität vorangehen. Erfahren lediglich einzelne Verdichterschaufeln einen Strömungsabriss, kommt es nur zu einem leichten
Leistungsabfall. Bereits hierbei werden die Verdichterschaufeln jedoch zu
Schwingungen angeregt, die zu Schaufelbrüchen führen können. Bei einem vollständigen Strömungsabriss bricht die Leistung schlagartig zusammen und es kann zu massiven Schäden an den Verdichterschaufeln kommen.
Die DE 36 059 58 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem Ablöseerscheinungen an Verdichterschaufeln als Indiz für Pumpen mittels eines Schalldruckaufnehmers detektiert werden.
Das Pumpen eines Turboverdichters kann durch das Abblasen oder Rückführen eines Teils des verdichteten Mediums vor den Verdichter über ein Entlastungsventil, das sogenannte Pumpgrenzregelventil (engl. Anti-Surge Control Valve, ASCV) verhindert werden. Mittels eines derartigen Ventils kann das Druckverhältnis zwischen
Austrittsdruck und Saugdruck abgesenkt werden, wenn sich ein Betriebspunkt des Turboverdichters der Pumpgrenze annähert. Das Pumpgrenzventil wird unter anderem im Rahmen einer sogenannten Pumpgrenzregelung (engl. Anti-Surge Control) angesteuert, wie in der zitierten Literatur beschrieben.
Bei einer Pumpgrenzregelung wird typischerweise eine sogenannte
Pumpgrenzregellinie (engl. Surge Control Line) verwendet, bei deren Überschreiten das Pumpgrenzregelventil zunächst beispielsweise proportional-integral zur
Regelabweichung geöffnet wird. Die Pumpgrenzregellinie liegt typischerweise ca. 10% rechts der erwarteten Pumpgrenze im Verdichterkennfeld. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich der Betriebspunkt der Pumpgrenzregellinie annähert, kann die Pumpgrenzregellinie auch weiter in den stabilen Bereich des Kennfelds verschoben und damit der Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze vergrößert werden. Das Pumpgrenzregelventil kann also im Falle einer schnellen Annäherung an den instabilen Bereich früher geöffnet werden.
Die Pumpgrenzregelung hält den Betriebspunkt des Turboverdichters im Betrieb auf der Pumpgrenzregellinie. Zusätzlich kann bei Überschreiten einer sogenannten Pumpgrenzsicherheitslinie (engl. Control Safety Line), die ca. 3 bis 5% rechts der erwarteten Pumpgrenze liegt, das Pumpgrenzregelventil sehr schnell vollständig geöffnet werden, damit der Turboverdichter sicher entlastet wird. Je nach
Empfindlichkeit des Turboverdichters, Bauart, Druckniveau usw. sowie der im Regler verwirklichten Signalverarbeitungszeit können auch kleinere Sicherheitsabstände zwischen Pumpgrenze und Pumpgrenzregellinie bzw. zwischen Pumpgrenze und Pumpgrenzsicherheitslinie realisiert werden.
Die Lage der Pumpgrenze eines mehrstufigen Verdichters ist abhängig von den Saugbedingungen der einzelnen Stufen, der Verdichterdrehzahl, den geometrischen Verhältnissen sowie des Zustandes des Turboverdichters. Bei geänderten
Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen oder bei geänderter Verdichterdrehzahl kann die Abweichung der Pumpgrenze eines zwischengekühlten, mehrstufigen Turboverdichters von der experimentell für spezifische Betriebsbedingungen ermittelten Pumpgrenze mehr als 10% in Durchflussrichtung betragen.
Bislang wird die Anpassung der Pumpgrenzregellinie in der Pumpgrenzregelung auf Basis von theoretischen Kennfeldern oder auch auf Basis von Einzelstufenkennlinien des Verdichterherstellers in dynamischen Simulationen ermittelt. Gegenüber den theoretischen Kennfeldern, die auf Basis von gemessenen bzw. umgerechneten
Einzelstufenkennlinien vom Verdichterhersteller angegeben oder berechnet werden, weicht jedoch die Lage der Pumpgrenze realer Maschinen aufgrund unterschiedlicher Einflussfaktoren mit einer Unsicherheit von ca. 3 bis 5% ab. EP 2 765 313 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters, wobei ein Pumpen vermieden werden soll. Dazu wird verdichtetes Medium mittels eines
Ablassventils abgelassen, wenn aus dem Antriebsstrom auf Pumpen geschlossen wird. Um das Auftreten von Pumpen zu vermeiden, wird während des Betriebs die
Pumpgrenze ermittelt, indem dann, wenn ein Pumpen festgestellt wird, der zugehörige Betriebspunkt gespeichert wird. Diese Messungen werden verwendet, um die hinterlegte Pumpgrenze regelmäßig anzupassen. Weiterhin wird eine
Pumpgrenzregellinie vorgegeben, die einen gewissen Sicherheitsabstand zur
Pumpgrenze aufweist. Während des Betriebs wird die Pumpgrenzregellinie allmählich in Richtung der Pumpgrenze verschoben. Tritt dabei Pumpen auf, wird der ursprüngliche Sicherheitsabstand wiederhergestellt.
Generell ist es jedoch wünschenswert, die Pumpgrenzregellinie so nahe wie möglich der tatsächlichen Pumpgrenze anzunähern, da sich hiermit der Energieverbrauch im Teillastbetrieb verringern lässt. Weil herkömmlicherweise jedoch die erwähnten Unsicherheiten bei der Definition der Pumpgrenze berücksichtigt werden müssen, ist der Abstand zwischen Pumpgrenzregellinie und tatsächlicher Pumpgrenze aber mitunter sehr groß. Hier besteht der Bedarf nach Verbesserungen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Turboverdichters, einen entsprechend betreibbaren Turboverdichter mit einem Pumpgrenzregler und eine Luftzerlegungsanlage mit einem entsprechenden Turboverdichter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Turbo Verdichters vor, bei dem eine Pumpgrenzregellinie in einem Verdichterkennfeld festgelegt wird, das einen instabilen Bereich aufweist, der durch eine Pumpgrenze gegenüber einem stabilen Bereich abgegrenzt ist. Wie erwähnt, sieht eine aus dem Stand der Technik bekannte Pumpgrenzregelung dabei insbesondere vor, ein Pumpgrenzregelventil in Abhängigkeit von einer Lage eines Betriebspunkts des Turboverdichters in Bezug auf die Pumpgrenzregellinie in dem Verdichterkennfeld anzusteuern. Insoweit
unterscheidet sich das Verfahren nicht vom Stand der Technik. Bezüglich
Turboverdichtern, Verdichterkennfeldern und des diesbezüglichen fachmännischen Verständnisses sei ausdrücklich auf einschlägige Lehrbücher und Nachschlagewerke, beispielsweise die bereits oben zitierten Abschnitte in Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, verwiesen. Wie bereits eingangs erläutert, ist die Lage der Pumpgrenze eines mehrstufigen Verdichters von unterschiedlichen Faktoren abhängig und bei geänderten
Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen oder bei geänderter Verdichterdrehzahl kann die Pumpgrenze eines zwischengekühlten, mehrstufigen Turboverdichters von der experimentell für spezifische Betriebsbedingungen ermittelten Pumpgrenze mehr als 10% in Durchflussrichtung abweichen. Herkömmliche Verfahren zur Anpassung von Pumpgrenzregellinien leiden, wie erwähnt, an diesen Ungenauigkeiten, so dass Potentiale zur Reduzierung der Energieaufnahme durch Verringerung der
Verdichtermenge ohne Abblase- bzw. Umblasebetrieb über ein Pumpgrenzregelventil ungenutzt bleiben.
Bei der Inbetriebnahme auf der Baustelle wird die Lage der Pumpgrenze in herkömmlichen Verfahren durch Anfahren mehrerer Betriebspunkte nacheinander bei einer spezifischen Ansaugbedingung und bei einer spezifischen Verdichterdrehzahl experimentell ermittelt, bei einem Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage (eng. Main Air Compressor, MAC) typischerweise entsprechend der atmosphärischen Wetterbedingungen. Somit ist davon auszugehen, dass installierte Verdichter über Reserven zur Reduzierung der Teillastmenge verfügen, da die Lage der Pumpgrenze entsprechend der tatsächlichen Ansaugbedingung nicht genau bekannt ist.
Die vorliegende Erfindung schlägt daher vor, im Rahmen der Festlegung der
Pumpgrenzregellinie einen Betriebspunkt des Turboverdichters in dem stabilen Bereich so lange in Richtung des instabilen Bereichs zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser Strömungsabriss an einer oder mehreren Verdichterschaufeln des Turboverdichters festgestellt werden kann, und die Verschiebung des Betriebspunkts nach der Feststellung des zumindest teilweisen Strömungsabrisses so lange wieder rückgängig zu machen, bis auf Grundlage der Auswertung des einen oder der mehreren Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der einen oder den mehreren Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann. Dies kann zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten und damit auch für unterschiedliche Betriebspunkte durchgeführt werden
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht damit in einer Erfassung einer beginnenden Instabilität eines Turboverdichters bei Annäherung an die Pumpgrenze. Bei dieser beginnenden Instabilität ist noch ein (teil)stabiler Betrieb möglich, aber erste Anzeichen von Strömungsablösung treten auf. Im Unterschied beispielsweise zu dem in der EP 2 765 313 A1 beschriebenen Verfahren mit festem Abstand erlaubt ein anschließendes allmähliches bzw. schrittweises Zurückschieben bis zu einem Punkt, an dem die beginnende Instabilität nicht mehr festgestellt werden kann, vorteilhaft, eine Linie festzulegen, bis zu der ein stabiler Betrieb zu erwarten ist. Durch die iterative Ermittlung entfällt die im Stand der Technkik unbekannte Varianz der Pumpgrenze. Hierdurch kann der Sicherheitsabstand der Pumpgrenzregellinie kleiner gewählt werden als bei herkömmlichen Pumpgrenzreglern. Der mit geschlossenem
Pumpgrenzregelventil realisierbare Fahrbereich wird größer und der Energieverbrauch im Teillastbetrieb sinkt.
Diese Punkte, an denen der Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, können die Pumpgrenzregellinie definieren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Pumpgrenzregellinie alternativ auch auf der der Pumpgrenze abgewandten Seite (stabilen Seite) in einem vorgegebenen Sicherheitsabstand zu der jeweiligen Position des Betriebspunkts, an der die beginnende Instabilität nicht mehr erfasst wurde, festgelegt werden. Auf diese Weise lassen sich Sicherheitszuschläge festlegen, die beispielsweise bei sich ändernden Ansaugbedingungen oder sich ändernder Verdichterdrehzahl die tatsächliche Pumpgrenze verschieben können. Der
Sicherheitsabstand wird jeweils vorteilhafterweise in der Abwicklungsphase (bei
Neumaschinen) mit dem Maschinenhersteller abgestimmt oder aber bei bestehenden Anlagen anhand von Erfahrungswerten vorgegeben. Eine durch lediglich das
Ausbleiben des zumindest teilweisen Strömungsabrisses definierte
Pumpgrenzregellinie könnte anlagenabhängig zu nahe an der Pumpgrenze liegen und daher bei unvorhergesehenen Störungen die Maschine gefährden.
Wird das Verfahren zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten für unterschiedliche Betriebspunkte durchgeführt, kann die Pumpgrenzregellinie - unabhängig davon ob sie an den ermittelten Punkten oder in einem Abstand dazu festgelegt wird -durch mehrere Punkte abgestützt werden kann. Ist nachfolgend jeweils von "einem"
Betriebspunkt (im Singular) die Rede, ist damit auch ein entsprechendes Verfahren umfasst, bei dem die Bestimmung zu unterschiedlichen Zeitpunkten für mehrere Betriebspunkte vorgenommen wird. Vorteilhafterweise wird eine Pumpgrenzsicherheitslinie verwendet, die zwischen der Pumpgrenzregelline und der Pumpgrenze festgelegt werden kann. Beispielsweise kann für den Fall, dass die Positionen der Betriebspunkte, an denen der
Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, die Pumpgrenzregellinie definieren, die Pumpgrenzsicherheitslinie an der Position der Betriebspunkte, an denen die Instabilitäten einsetzen, festgelegt werden. Beispielsweise können für den anderen Fall, dass die Pumpgrenzregellinie in einem Sicherheitsabstand zu den Positionen der Betriebspunkte, an denen der Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, festgesetzt wird, die Positionen der Betriebspunkte, an denen der Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, die Pumpgrenzsicherheitslinie definieren.
Entsprechendes gilt, wie oben, auch für mehrere Betriebspunkte zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
Wird im Betrieb die Pumpgrenzsicherheitslinie erreicht, wird vorzugsweise der Turboverdichter schnellstmöglich entlastet, beispielsweise durch vollständiges Öffnen eines Pumpgrenzregelventils.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Pumpgrenzregellinie mehrfach für
unterschiedliche Ansaugbedingungen und/oder für unterschiedliche
Verdichterdrehzahlen festgelegt wird. Auf diese Weise können für diese
Ansaugbedingungen die vorhandenen Potentiale zur Reduzierung der
Energieaufnahme vollständig genutzt werden.
Die unterschiedlichen Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen umfassen insbesondere unterschiedliche Saugdrücke und/oder Saugtemperaturen. Neben den Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen sind die Lage der Pumpgrenze und damit die Festlegung der Pumpgrenzregellinie auch von der Verdichterdrehzahl abhängig.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als das oder die Signale mittels eines oder mehrerer Schallaufnehmer erfasste Schallsignale ausgewertet werden. Entsprechende
Schallsignale sind typischerweise sehr charakteristisch für sich ankündigende
Instabilitäten. Beispielsweise äußert sich ein beginnender oder teilweiser
Strömungsabriss durch ein charakteristisches Brummen.
In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist der oder zumindest einer der mehreren Schallaufnehmer als Körperschallsensor ausgebildet und an einem Gehäuse des Turboverdichters angeordnet. Auf diese Weise kann ein Öffnen des Verdichtergehäuses vermieden werden. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den oder zumindest einen der mehreren Schallaufnehmer in einem Gasraum des
Turboverdichters oder einer damit verbundenen Leitung anzuordnen. Auf diese Weise lassen sich ggf. auch beispielsweise durch Turbulenzen entstehende
Schalländerungen, die nicht als Körperschall übertragen werden, feststellen.
Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren, den Betriebspunkt in Richtung des instabilen Bereichs unter anderem dadurch zu verschieben, dass ein Volumenstrom durch den Turboverdichter verringert wird. Entsprechend wird die Verschiebung unter anderem dadurch wieder rückgängig gemacht, dass der
Volumenstrom durch den Turboverdichter wieder erhöht wird.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, den Betriebspunkt in Richtung des instabilen Bereichs zu verschieben, besteht darin, den Volumenstrom durch das Schließen einer stromauf des Verdichters angeordneten Saugdrossel zu verringern.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Volumenstrom durch ein Verstellen von Einlassleitschaufeln des Turboverdichters verringert wird. Der verwendete
Turboverdichter ist also vorteilhafterweise mit entsprechenden Einlassleitschaufeln versehen. Zu Details sei auch hier auf einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Wie grundsätzlich bekannt, ist der mehrfach erwähnte Betriebspunkt unter Anderem durch ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und einen Volumenstrom durch den Turbo Verdichter definiert. Entsprechend setzt das Verdichterkennfeld ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und einen Volumenstrom durch den Turboverdichter in Beziehung. In der üblichen Darstellung gelten die
Verdichterkennfelder jeweils für spezifische Saugtemperaturen der einzelnen Stufen und für eine spezifische Verdichterdrehzahl. Wie erwähnt erstreckt sich die vorliegende Erfindung auch auf einen Turboverdichter mit einem auf ein Pumpgrenzregelventil einwirkenden Pumpgrenzregler, wobei der Pumpgrenzregler dafür eingerichtet ist, eine Pumpgrenzregellinie in einem
Verdichterkennfeld festzulegen, das einen instabilen Bereich aufweist, der durch eine Pumpgrenze gegenüber einem stabilen Bereich abgegrenzt ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Pumpgrenzregler für das Festlegen der Pumpgrenzregellinie Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind, einen Betriebspunkt des Turboverdichters in dem stabilen Bereich so lange in Richtung des instabilen Bereichs zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser Strömungsabriss an einer oder mehreren
Verdichterschaufeln des Turboverdichters festgestellt werden kann, und die
Verschiebung des Betriebspunkts anschließend so lange wieder rückgängig zu machen, bis auf Grundlage der Auswertung des oder der Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der oder den Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann, und an diesen Punkten oder in einem Sicherheitsabstand dazu die Pumpgrenzregellinie festzulegen.
Vorteilhafterweise ist ein derartiger Turboverdichter zumindest zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet wie es zuvor erläutert wurde. Zu Merkmalen und Vorteilen sei daher auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Dies gilt auch für die erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Luftzerlegungsanlage, die einen
entsprechenden Turboverdichter aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, die Ausführungsformen der Erfindung näher veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 veranschaulicht eine Adaption einer Pumpgrenzregellinie gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. Zugleich veranschaulicht Figur 1 einen Turboverdichter 1 mit einem zugehörigen Pumpgrenzregler 2, der zur Ansteuerung eines Pumpgrenzregelventils 3 ausgebildet ist. Daher betreffen die nachfolgend bezüglich des Verfahrens 100 erläuterten Merkmale eine entsprechende Vorrichtung in gleicher weise.
Der Turboverdichter 1 ist im dargestellten Beispiel mit zwei Verdichterstufen 11 , 12 veranschaulicht. Er kann jedoch auch nur eine oder eine beliebige Anzahl von
Verdichterstufen aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei dem Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage, als der der Turboverdichter 1 ausgebildet sein kann, um einen sechsstufigen Turboverdichter handeln. Jede der Verdichterstufen 1 1 , 12 kann eine beliebige Anzahl an Laufrädern mit entsprechenden Laufschaufeln aufweisen. Über Einlassleitschaufeln 13 ist eine dem Turbo Verdichter 1 zugeführter Volumenstrom und dessen Strömungsrichtung einstellbar. Stromab jeder Verdichterstufe 11 , 12 sind im dargestellten Beispiel Gaskühler 14, 15 vorgesehen.
Ein gasförmiges Fluid, beispielsweise Luft, kann dem Turboverdichter 1 über eine Leitung 4 zugeführt werden. Stromab des Turboverdichters 1 zweigt eine
Rückführleitung 5 von der Leitung 4 ab, mittels derer ein bestimmter Teil des in der Leitung 2 geführten Fluids nach stromauf des Turboverdichters 1 zurückgeführt werden kann. Dieser Anteil kann mittels des Pumpgrenzregelventils 3 eingestellt werden. Der Pumpgrenzregler 2 ist mit Sensoren bzw. Gebern 21 bis 27 über nicht gesondert bezeichnete Signalleitungen drahtgebunden oder drahtlos verbunden. Stromauf des Turboverdichters 1 befinden sich ein Temperatursensor 21 , mittels dessen eine Temperatur T1 des Fluids stromauf des Turbo Verdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann, ein Drucksensor 22, mittels dessen ein Druck P1 des Fluids stromauf des Turboverdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann, und ein, beispielsweise mittels eines Differenz- oder Wirkdruckverfahrens arbeitender, Durchflusssensor 23, mittels dessen ein Volumenstrom stromauf des Turboverdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann. Letzterer entspricht dem Volumenstrom an Fluid durch den Turboverdichter 1 . Stromab des Turboverdichters 1 befindet sich schließlich ein Drucksensor 24, mittels dessen ein Druck P2 des Fluids stromab des Turboverdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann.
Gemäß der beispielhaft dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zudem ein Drehzahlsensor 27 vorgesehen, mittels dessen eine Verdichterdrehzahl n bestimmt und an den Pumpgrenzregler 2 weitergeleitet werden kann. Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind den Verdichterstufen 1 1 , 12 jeweils Schallsensoren bzw. Schallgeber 25, 26 zugeordnet. Mittels dieser kann beispielsweise, wie oben erläutert, ein Körperschallsignal oder ein anderes
Schallsignal, das an den Verdichterstufen 1 1 , 12 erfasst wird, und das eine beginnende Instabilität kennzeichnet, erfasst und an den Regler 2 weitergeleitet werden. Wie erwähnt können zusätzlich oder alternativ aber beispielsweise auch Schallgeber in der Leitung 4 vorgesehen sein. Wie erläutert, verwendet der Pumpgrenzregler 2 eine Pumpgrenzregellinie, bei deren Überschreiten das Pumpgrenzregelventil 3 zunächst beispielsweise proportionalintegral zur Regelabweichung (d.h. mittels einer Pl-Regelung) geöffnet wird. Die Pumpgrenzregellinie wird hierbei insbesondere mehrfach für unterschiedliche
Ansaugbedingungen und/oder für unterschiedliche Verdichterdrehzahlen ermittelt, wie mehrfach zuvor erläutert.
Das Pumpgrenzregelventil 3 kann durch den Pumpgrenzregler 2 über Steuerleitungen 28, 29 grundsätzlich in der eingangs unter Bezugnahme auf den Stand der Technik erläuterten Weise angesteuert werden. Zu weiteren Details sei beispielsweise auf die dort zitierte Fachliteratur verwiesen.
Figur 2 veranschaulicht eine Adaption einer Pumpgrenzregellinie in einem
Verdichterkennfeld 10 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verdichterkennfeld 10 ist zwischen einer Abszisse, die einen Volumenstrom bzw. eine dem Volumenstrom proportionale Größe angibt, und einer Ordinate, die ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck bzw. eine spezifische Verdichtungsarbeit angibt, aufgespannt.
Das Verdichterkennfeld 10 umfasst einen stabilen Bereich SR und einen instabilen Bereich IR, die durch eine in Form einer durchgezogenen Linie veranschaulichte Pumpgrenze SL voneinander getrennt sind. Eine Pumpgrenzregellinie SP ist strichpunktiert, eine Pumpgrenzsicherheitslinie SFL gestrichelt veranschaulicht.
Eintrittsleitschaufelwinkel sind mit strichpunktierten Linien veranschaulicht. Werden bei definierten Saugbedingungen, d.h. beispielsweise bei definierten
Saugdrücken und/oder Saugtemperaturen, die Eintrittsleitschaufeln zunehmend geschlossen, verschiebt sich ein Betriebspunkt im Kennfeld nach links in Richtung des instabilen Bereichs IR. Diese Verschiebung entspricht einer Abnahme des
Volumenstroms durch den Verdichter.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine im Rahmen einer Annäherung eines Betriebspunkts in dem Verdichterkennfeld 10 an oder in die Nähe der
Pumpgrenze SL beginnende Instabilität des Turboverdichters, bei dem noch ein stabiler Betrieb möglich ist, aber erste Anzeichen einer Strömungsablösung auftreten, durch ein geeignetes Messverfahren, z.B. eine akustische Messung innerhalb der Gasströmung oder eine Messung des Körperschalls, erfasst. Beim Erkennen der Instabilität kann anschließend wieder eine zunehmende Öffnung der
Eintrittsleitschaufeln bis zum stabilen Bereich erfolgen, d.h. bis keine Instabilität mehr erkannt werden kann. Auf dieser Grundlage kann die Pumpgrenzregellinie SP und ggf. die Pumpgrenzsicherheitslinie SFL wie erläutert festgelegt werden.
Das Verfahren umfasst in der dargestellten Ausführungsform, wie mit Pfeilen veranschaulicht, einen Betriebspunkt von einer Position A in dem stabilen Bereich SR so lange in Richtung des instabilen Bereichs IR zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser
Strömungsabriss an einer oder mehreren Verdichterschaufeln des Turboverdichters festgestellt werden kann. Dies ist im dargestellten Beispiel an Position B der Fall. Anschließend kann die Verschiebung des Betriebspunkts nach der Feststellung des zumindest teilweisen Strömungsabrisses so lange wieder allmählich bzw. schrittweise rückgängig gemacht werden, bis auf Grundlage der Auswertung des oder der Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der oder den Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann. Dies ist im dargestellten Beispiel an Punkt C der Fall. Die Pumpgrenzregellinie SP kann dann im dargestellten Beispiel in einem
vorgegebenen Sicherheitsabstand zu der Position C des Betriebspunkts, in der der zumindest teilweise Strömungsabriss an der oder den Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann, in dem Verdichterkennfeld 10 festgelegt werden, wie in Form der Position D gezeigt. Vorzugsweise definert die Position C die Pumpgrenzsicherheitslinie SFL, bei deren Überschreiten in Richtung der Pumpgrenze der Verdichter schnellstmöglich entlastet wird, beispielsweise indem das Pumpgrenzregelventil 3 vollständig geöffnet wird oder die Reglerparameter der Pl-Regelung, insbesondere die Proportionalverstärkung, verändert, z.B. (stark) erhöht wird. Die Pumpgrenzsicherheitslinie dient somit als
Noteingriff, falls der Betriebspunkt sich über die Pumpgrenzsicherheitslinie in Richtung Pumpgrenze bewegt.

Claims

Patentansprüche
Verfahren (100) zum Betreiben eines Turboverdichters (1 ), bei dem eine
Pumpgrenzregellinie (SP) in einem Verdichterkennfeld (10) festgelegt wird, das einen instabilen Bereich (IR) aufweist, der durch eine Pumpgrenze (SL) gegenüber einem stabilen Bereich (SR) abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlegen der Pumpgrenzregellinie (SP) umfasst, einen Betriebspunkt des Turboverdichters (1 ) in dem stabilen Bereich (SR) so lange in Richtung des instabilen Bereichs (IR) zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser Strömungsabriss an einer oder mehreren Verdichterschaufeln des Turboverdichters (1 ) festgestellt werden kann und die Verschiebung des Betriebspunkts nach der Feststellung des zumindest teilweisen Strömungsabrisses so lange wieder rückgängig zu machen, bis auf Grundlage der Auswertung des einen oder der mehreren Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der einen oder den mehreren Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 , bei dem die Pumpgrenzregellinie (SP) an einer Position des Betriebspunkts, in dem der zumindest teilweise Strömungsabriss an der einen oder den mehreren Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann, in dem Verdichterkennfeld (10) festgelegt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 , bei dem die Pumpgrenzregellinie (SP) in einem vorgegebenen Sicherheitsabstand zu einer Position des Betriebspunkts, in dem der zumindest teilweise Strömungsabriss an der einen oder den mehreren Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann, in dem
Verdichterkennfeld (10) festgelegt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Pumpgrenzregellinie (SP) mehrfach für unterschiedliche Ansaugbedingungen und/oder Drehzahlen des Turboverdichters (1 ) festgelegt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 4, bei dem die unterschiedlichen
Ansaugbedingungen unterschiedliche Saugdrücke und/oder unterschiedliche Saugtemperaturen umfassen.
6. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als das eine oder die mehreren Signale mittels eines oder mehrerer Schallaufnehmer (25, 26) erfasste Schallsignale ausgewertet werden.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, bei dem der oder zumindest einer der mehreren Schallaufnehmer (25, 26) als Körperschallsensor ausgebildet und an einem Gehäuse des Turboverdichters (1 ) angeordnet ist. 8. Verfahren (100) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der oder zumindest einer der mehreren Schallaufnehmer (25, 26) in einem Gasraum des Turboverdichters (1 ) oder damit verbundenen Leitung (4) angeordnet ist.
9. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das
Verschieben des Betriebspunkts in Richtung des instabilen Bereichs (IR) umfasst, einen Volumenstrom durch den Turboverdichter (1 ) zu verringern.
10. Verfahren (100) nach Anspruch 9, bei dem der Volumenstrom durch Verstellen von Einlassleitschaufeln (13) des Turboverdichters (1 ) und/oder durch das Schließen einer stromauf des Turboverdichters (1 ) angeordneten Saugdrossel verringert wird.
1 1 . Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ferner eine Pumpgrenzsicherheitslinie (SFL) verwendet wird.
12. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der
Betriebspunkt durch ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und einen Volumenstrom durch den Turboverdichter (1 ) definiert sind. 13. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das
Verdichterkennfeld (10) ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und einen Volumenstrom durch den Turboverdichter (1 ) in Beziehung setzt.
14. Turboverdichter (1 ) mit einem Pumpgrenzregler (2), der dafür eingerichtet ist, eine Pumpgrenzregellinie (SP) in einem Verdichterkennfeld (10) festzulegen, das einen instabilen Bereich (IR) aufweist, der durch eine Pumpgrenze (SL) gegenüber einem stabilen Bereich (SR) abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpgrenzregler (2) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
15. Luftzerlegungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein Turboverdichter (1 ) nach Anspruch 14 vorgesehen ist.
PCT/EP2017/025256 2016-09-20 2017-09-14 Verfahren zum betreiben eines turboverdichters, turboverdichter mit pumpgrenzregler und luftzerlegungsanlage WO2018054546A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16020339 2016-09-20
EP16020339.4 2016-09-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018054546A1 true WO2018054546A1 (de) 2018-03-29

Family

ID=56979312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/025256 WO2018054546A1 (de) 2016-09-20 2017-09-14 Verfahren zum betreiben eines turboverdichters, turboverdichter mit pumpgrenzregler und luftzerlegungsanlage

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018054546A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109667771A (zh) * 2019-01-31 2019-04-23 浙江飞旋科技有限公司 一种透平真空系统及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3605958A1 (de) 1986-02-25 1987-09-03 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zum erfassen und beheben von abloeseschwingungen an verdichterschaufeln
JPH03213696A (ja) * 1990-01-17 1991-09-19 Hitachi Ltd 圧縮機の旋回失速防止装置
WO2010141815A2 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Johnson Controls Technology Company Control system
EP2765313A1 (de) 2011-10-03 2014-08-13 IHI Corporation Kreiselverdichtermaschine und verfahren zur verhinderung eines druckanstiegs darin

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3605958A1 (de) 1986-02-25 1987-09-03 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zum erfassen und beheben von abloeseschwingungen an verdichterschaufeln
JPH03213696A (ja) * 1990-01-17 1991-09-19 Hitachi Ltd 圧縮機の旋回失速防止装置
WO2010141815A2 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Johnson Controls Technology Company Control system
EP2765313A1 (de) 2011-10-03 2014-08-13 IHI Corporation Kreiselverdichtermaschine und verfahren zur verhinderung eines druckanstiegs darin

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109667771A (zh) * 2019-01-31 2019-04-23 浙江飞旋科技有限公司 一种透平真空系统及控制方法
CN109667771B (zh) * 2019-01-31 2024-01-02 浙江飞旋科技有限公司 一种透平真空系统及控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69306026T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren und Verhüten des Pumpens in einem Kreiselverdichter
DE68910467T2 (de) Modus und Gerät zur Vermeidung des Pumpens in einem dynamischen Verdichter.
DE102008058799B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines mehrstufigen Verdichters
EP1134422B1 (de) Verfahren zur Regulierung des Pumpens eines Turbokompressors
DE2909825C2 (de) Vorrichtung zur Einstellung des Anstellwinkels der Verdichterleitschaufeln eines Gasturbinentriebwerks
EP1825147B1 (de) Verfahren zum betrieb eines stromrichtergespeisten verdichters
EP2598755B1 (de) Verfahren zum betrieb eines verdichters
DE102007009301B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Pumpenschutz ohne den Einsatz traditioneller Sensoren
DE112016004296T5 (de) Gasturbinensteuerungsvorrichtung und -verfahren, gasturbinensteuerprogramm und gasturbine
EP2419644B1 (de) Mehrstufiger turboverdichter
DE102007010768B4 (de) Verfahren für die Optimierung der Ventilstellung und der Pumpendrehzahl in einem Ventilsystem mit PID-Regelung ohne die Verwendung externer Signale
WO2003038282A1 (de) Warnung vor pumgrenze oder schaufelschaden bei einer turbomaschine
DE102006030108A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Durchführen eines Ventiltests an einer Turbomaschine
EP2805058B1 (de) VERFAHREN ZUR VERMEIDUNG VON PUMPSTÖßEN IN EINEM VERDICHTER
DE3605958A1 (de) Vorrichtung zum erfassen und beheben von abloeseschwingungen an verdichterschaufeln
EP3167197B1 (de) Verfahren zur druck- und temperaturreglung eines fluids in einer serie von kryogenen verdichtern
WO2018054546A1 (de) Verfahren zum betreiben eines turboverdichters, turboverdichter mit pumpgrenzregler und luftzerlegungsanlage
DE2821434C2 (de) Vorrichtung zur Vermeidung des Pumpens in einem Radialverdichter
EP0222382A2 (de) Verfahren zum Regeln von Turbokompressoren
DE102008005354A1 (de) Verfahren zur Regelung einer Strömungsmaschine
EP1792242B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines fehlerzustandes eines rotierenden verdichters
DE112020001492T5 (de) Verdichtersystem
DE102018108831A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines Betriebszustandes eines Verdichters
DE2735246A1 (de) Regeleinrichtung fuer einen turboverdichter
CH663824A5 (de) Verfahren zur steuerung einer mehrstufigen, hydraulischen maschine.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17767997

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17767997

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1