WO2018114074A1 - Turbocompressor device - Google Patents

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WO2018114074A1
WO2018114074A1 PCT/EP2017/076021 EP2017076021W WO2018114074A1 WO 2018114074 A1 WO2018114074 A1 WO 2018114074A1 EP 2017076021 W EP2017076021 W EP 2017076021W WO 2018114074 A1 WO2018114074 A1 WO 2018114074A1
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WO
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turbocompressor
unit
electric motor
low
pump
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Application number
PCT/EP2017/076021
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Viereckel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2018114074A1 publication Critical patent/WO2018114074A1/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0261—Surge control by varying driving speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • turbo compressor device with at least one turbocompressor, with at least one variable speed inverter unit for controlling at least one electric motor of the turbo compressor and with at least one pump protection unit, which is provided at least to a pump of the
  • the invention is based on a turbocompressor device with at least one turbocompressor, with at least one variable-speed inverter unit for controlling at least one electric motor of the turbocompressor and with at least one pump protection unit which is at least provided to detect a pumping of the turbocompressor.
  • the pump protection unit is provided to detect a pump of the turbocompressor based on at least one low-frequency periodic oscillation in the inverter unit.
  • a "turbo-compressor device” is to be understood as meaning, in particular, a component, in particular a design and / or functional component and / or a subassembly, of a turbocompressor system.
  • a compressor be understood, which is intended to generate a static pressure by converting kinetic energy into static pressure energy.
  • the turbocompressor has at least one impeller as energy-transmitting element, which is intended to rotate at high speed.
  • the turbocompressor can be designed as a radial compressor or axial compressor.
  • an "inverter unit” is to be understood as a power-electronic unit having at least one frequency converter which is provided to convert an at least essentially sinusoidal alternating voltage of a feeding electrical network into an alternating voltage of variable frequency and amplitude for driving at least one electric motor of the
  • the frequency and amplitude of the AC voltage provided by the inverter unit serve as manipulated variables for at least one connected electric motor of the turbocompressor
  • the connected electric motor can in particular be designed as a synchronous or asynchronous motor.
  • a “pumping" of the turbocompressor is to be understood in particular as meaning an operating state of the turbocompressor in which operating points of the compressor are displaced by a reduction of a delivery quantity and / or by an increase of a final pressure into an unstable region of the compressor characteristic map cyclic transport and return flow of a compressed medium, accompanied by high vibrations, pressure surges and rapid temperature rise within the turbocompressor, are possible consequences of pumping the turbocompressor include bearing, rubbing, wheel and / or blade damage, which lead to operational failures
  • a "pump protection unit” should be understood as meaning, in particular, an electronic unit which is provided to detect the occurrence of a pumping during operation of the turbocompressor.
  • the pump protection unit is provided in particular for the occurrence of a pumping of the turbocompressor on the basis of a low-frequency characteristic of a pump of the turbocompressor.
  • Frequency periodic oscillation of a parameter in particular a motor control characteristic, to recognize within the inverter unit.
  • a "low-frequency periodic oscillation” should be understood as meaning, in particular, a periodic oscillation having a frequency of at most 10 Hz, In particular, the low-frequency periodic oscillation occurs exclusively when the turbocompressor is pumped.
  • a generic turbo compressor device with improved characteristics of a detection of a pumping of a turbocompressor can be provided.
  • pumping of the turbocompressor can advantageously be detected directly on the basis of parameters of a motor control of the turbocompressor. This can be a
  • the pump protection unit is at least provided to monitor at least one parameter within the inverter unit for low-frequency periodic oscillations.
  • a "characteristic variable” is to be understood as meaning, in particular, a motor control parameter, in particular a current characteristic and / or a voltage characteristic
  • the pump protection unit has at least one sensor element, which is provided to continuously increase the characteristic during operation of the turbocompressor
  • the pump protection unit has at least one computing unit which is provided for checking the characteristic variable detected by the sensor unit for low-frequency periodic oscillations.
  • the pump protection unit is at least provided to monitor at least one rotational speed of the electric motor to low-frequency periodic oscillations.
  • the pump protection unit is provided to measure the rotational speed of the electric motor via an induced voltage of the electric motor.
  • the pump protection unit is at least provided to monitor at least one intermediate circuit voltage of the inverter unit for low-frequency periodic oscillations.
  • the pump protection unit is at least provided to monitor at least one DC link current of the inverter unit to low-frequency periodic oscillations.
  • the pump protection unit has at least one communication interface, which is provided, upon detection of a periodic oscillation, at least one signal to a control and / or
  • a "communication interface” is to be understood as meaning, in particular, an interface for the wireless and / or wired transmission of digital and / or analog signals and / or data Control electronics are understood.
  • a “control electronics” is to be understood in particular as meaning a unit having a processor unit and a memory unit as well as an operating program stored in the memory unit the
  • Pump protection unit upon detection of a pump of the turbocompressor at least one signal to the control and / or regulating unit, which causes the control and / or regulating unit to approach a stable operating point of the turbocompressor.
  • the inverter unit is provided to automatically switch off the engine To perform turbocompressor. This can advantageously be reacted quickly and / or effectively to a pump of the turbocompressor. In particular, damage to the turbocompressor can thereby be advantageously avoided.
  • a method for detecting a pump of a turbocompressor in which a pump of the turbocompressor is detected based on at least one low-frequency periodic oscillation in an inverter unit for controlling at least one electric motor of the turbocompressor.
  • a pump of the turbocompressor is detected on the basis of at least one low-frequency periodic oscillation in an electric motor rotational speed of the electric motor of the turbocompressor.
  • turbocompressor device is not intended to be limited to the application and embodiment described above.
  • the turbo-compressor device according to the invention may have a different number from a number of individual elements, components and units mentioned herein for performing a function described herein.
  • Show it: 1 shows a schematic representation of a turbocompressor device with a turbocompressor and a pump protection unit
  • FIG. 2 shows a speed curve of the turbocompressor before and after an entry time of a pump of the turbocompressor
  • FIG. 3 shows a frequency response of the speed curve from FIG. 2.
  • the turbocompressor device 10 comprises a turbocompressor 12 and a variable-speed inverter unit 14 for controlling at least one electric motor 16 of the turbocompressor 12.
  • the turbocompressor 12 can be configured in particular as an axial or radial compressor.
  • the turbocompressor device 10 has a control and / or regulating unit 34, which is provided at least for a control and / or regulation of the inverter unit 14.
  • the control and / or regulating unit 34 is provided for speed control of the turbocompressor 12.
  • a desired speed 54 is transferred from the control and / or regulating unit 34 to the inverter unit 14.
  • An actual rotational speed 56 of the turbocompressor 12 is transmitted from the inverter unit 14 to the control and / or regulating unit 34.
  • the turbocompressor device 10 has a surge protection unit 18, which is at least provided to detect a pumping of the turbocompressor 12.
  • Pumping of the turbocompressor 12 is in particular characterized by a cyclical conveying and return flow of a compressed medium, accompanied by high vibrations, pressure surges and rapid temperature increase within the turbocompressor 12. Possible consequences of a pumping of the turbocompressor 12 are bearing, squishing, wheel and / or blade damage, which can lead to operational failures.
  • the pump protection unit 18 is provided to detect a pump of the turbocompressor 12 on the basis of at least one low-frequency periodic oscillation 20 in the inverter unit 14.
  • the pump protection unit 18 is at least provided to monitor at least one parameter within the inverter unit 14 for low-frequency periodic oscillations 20.
  • the pump protection unit 18 has in particular at least one sensor element not shown here in detail, which is intended to detect the characteristic variable during operation of the turbocompressor 12, in particular continuously or quasi-continuously.
  • Pump protection unit 18 has a computing unit 36, in particular at least one microcontroller, which is provided to check the characteristic variable detected by the sensor unit for low-frequency periodic oscillations 20.
  • the detected parameter is supplied to the arithmetic unit 36 as an input signal 38.
  • a check of the parameter for low-frequency periodic oscillations 20 by the arithmetic unit 36 based on a frequency analysis, in particular a fast Fourier transform, and / or by another algorithmic method to detect signal peaks, in which a detection of periodically exceeding limit values is detected via an average value of the detected parameter within a sliding measurement window.
  • the pump protection unit 18 is at least provided to monitor at least one rotational speed 22 of the electric motor 16 to low-frequency periodic vibrations 20.
  • the pump protection unit 18 is provided to measure the rotational speed 22 of the electric motor 16 via an induced voltage 24 of the electric motor 16.
  • FIG. 2 shows in a diagram an exemplary speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12.
  • the rotational speed 22 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 is plotted over a time 40.
  • the diagram shows the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 before and after an entry time 44 of a pumping of the turbocompressor 12.
  • FIG. 3 shows a frequency response 58 of the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 in a further diagram.
  • an amplitude 46 is plotted over a frequency 48.
  • the frequency response 58 of the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 is also a characteristic frequency 50th the low-frequency periodic oscillation 20 recognizable.
  • the pump protection unit 18 may at least be provided to monitor at least one intermediate circuit voltage 26 and / or one intermediate circuit current 28 of the inverter unit 14 for low-frequency periodic oscillations.
  • the pump protection unit 18 has a communication interface 30, which is provided to transmit at least one signal 32 to the control and / or regulating unit 34 when a periodic oscillation 20 is detected.
  • the pump protection unit 18 transmits at least one signal 32 via the communication interface 30 to the control and / or regulating unit 34, which causes the control and / or regulating unit 34 to do so, in particular by specifying a modified setpoint speed 54, to approach a stable operating point of the turbocompressor 12.
  • the inverter unit 14 is provided to automatically switch off the turbocompressor 12.

Landscapes

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

Abstract

Turbo compressor device having at least one turbocompressor (12) having at least one speed-regulated inverter unit (14) for actuating at least one electric motor (16) of the turbocompressor (12), and having at least one surge protection unit (18) which is provided at least to detect surging of the turbocompressor (12). It is proposed that the surge protection unit (18) is provided to detect surging of the turbocompressor (12) on the basis of at least one low-frequency periodic oscillation (20) in the inverter unit (14).

Description

Beschreibung  description
Turboverdichtervorrichtung Turbo compressor device
Stand der Technik State of the art
Es ist bereits eine Turboverdichtervorrichtung mit zumindest einem Turboverdichter, mit zumindest einer drehzahlgeregelten Invertereinheit zur Ansteuerung zumindest eines Elektromotors des Turboverdichters und mit zumindest einer Pumpschutzeinheit, welche zumindest dazu vorgesehen ist, ein Pumpen desIt is already a turbo compressor device with at least one turbocompressor, with at least one variable speed inverter unit for controlling at least one electric motor of the turbo compressor and with at least one pump protection unit, which is provided at least to a pump of the
Turboverdichters zu erkennen, vorgeschlagen worden. Recognize turbo compressor has been proposed.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einer Turboverdichtervorrichtung mit zumindest einem Turboverdichter, mit zumindest einer drehzahlgeregelten Invertereinheit zur Ansteuerung zumindest eines Elektromotors des Turboverdichters und mit zumindest einer Pumpschutzeinheit, welche zumindest dazu vorgesehen ist, ein Pumpen des Turboverdichters zu erkennen. The invention is based on a turbocompressor device with at least one turbocompressor, with at least one variable-speed inverter unit for controlling at least one electric motor of the turbocompressor and with at least one pump protection unit which is at least provided to detect a pumping of the turbocompressor.
Es wird vorgeschlagen, dass die Pumpschutzeinheit dazu vorgesehen ist, ein Pumpen des Turboverdichters anhand zumindest einer niederfrequenten periodischen Schwingung in der Invertereinheit zu erkennen. It is proposed that the pump protection unit is provided to detect a pump of the turbocompressor based on at least one low-frequency periodic oscillation in the inverter unit.
Unter einer„Turboverdichtervorrichtung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein, insbesondere funktionstüchtiger, Bestandteil, insbesondere eine Konstruktions- und/oder Funktionskomponente und/oder eine Unterbaugruppe, eines Turboverdichtersystems verstanden werden. Unter einem„Turboverdich- ter", auch Kreiselverdichter oder Turbokompressor genannt, soll in diesem Zu- sammenhang insbesondere ein Verdichter verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, einen statischen Druck durch Umwandlung von kinetischer Energie in statische Druckenergie zu erzeugen. Insbesondere weist der Turboverdichter zumindest ein Laufrad als energieübertragendes Element auf, welches dazu vorgesehen ist, mit hoher Drehzahl zu rotieren. Abhängig von einer Laufradform kann der Turboverdichter als Radialverdichter oder Axialverdichter ausgebildet sein. In this context, a "turbo-compressor device" is to be understood as meaning, in particular, a component, in particular a design and / or functional component and / or a subassembly, of a turbocompressor system. should be included in this In particular, a compressor be understood, which is intended to generate a static pressure by converting kinetic energy into static pressure energy. In particular, the turbocompressor has at least one impeller as energy-transmitting element, which is intended to rotate at high speed. Depending on an impeller shape, the turbocompressor can be designed as a radial compressor or axial compressor.
Unter einer„Invertereinheit" soll in diesem Zusammenhang eine leistungselektro- nische Einheit mit zumindest einem Frequenzumrichter verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, eine zumindest im Wesentlichen sinusförmige Wechselspannung eines speisenden elektrischen Netzes in eine Wechselspannung mit veränderlicher Frequenz und Amplitude zum Antrieb zumindest eines Elektromotors des Turboverdichters umzuwandeln. Frequenz und Amplitude der von der Invertereinheit bereitgestellten Wechselspannung dienen als Stellgrößen für zumindest einen angeschlossenen Elektromotor des Turboverdichters. Der angeschlossene Elektromotor kann insbesondere als Synchron- oder Asynchronmotor ausgebildet sein. Der Frequenzumrichter der Invertereinheit ist insbesondere als ein Strom- oder Spannungszwischenkreisumrichter ausgebildet. In this context, an "inverter unit" is to be understood as a power-electronic unit having at least one frequency converter which is provided to convert an at least essentially sinusoidal alternating voltage of a feeding electrical network into an alternating voltage of variable frequency and amplitude for driving at least one electric motor of the The frequency and amplitude of the AC voltage provided by the inverter unit serve as manipulated variables for at least one connected electric motor of the turbocompressor The connected electric motor can in particular be designed as a synchronous or asynchronous motor.
Unter einem„Pumpen" des Turboverdichters soll insbesondere ein Betriebszustand des Turboverdichters verstanden werden, in welchem Betriebspunkte des Verdichters durch eine Verminderung einer Fördermenge und/oder durch einen Anstieg eines Enddruckes in einen instabilen Bereich des Verdichterkennfelds verschoben sind. Ein Pumpen des Turboverdichters ist insbesondere durch ein zyklisches Fördern und Rückströmen eines komprimierten Mediums, begleitet von hohen Vibrationen, Druckstößen und schnellem Temperaturanstieg innerhalb des Turboverdichters, gekennzeichnet. Mögliche Folgen eines Pumpens des Turboverdichters sind Lager-, Anstreif-, Laufrad- und/oder Schaufelschäden, wel- che zu Betriebsausfällen führen können. Unter einer„Pumpschutzeinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, während eines Betriebs des Turboverdichters ein Auftreten eines Pumpens zu erkennen. Die Pumpschutzeinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, ein Eintreten eines Pumpens des Turboverdichters anhand einer für ein Pumpen des Turboverdichters charakteristischen niederfre- quenten periodischen Schwingung einer Kenngröße, insbesondere einer Motorsteuerungskenngröße, innerhalb der Invertereinheit zu erkennen. Unter einer „niederfrequenten periodischen Schwingung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine periodische Schwingung mit einer Frequenz von maximal 10 Hz verstanden werden. Insbesondere tritt die niederfrequente periodische Schwingung ausschließlich bei einem Pumpen des Turboverdichters auf. A "pumping" of the turbocompressor is to be understood in particular as meaning an operating state of the turbocompressor in which operating points of the compressor are displaced by a reduction of a delivery quantity and / or by an increase of a final pressure into an unstable region of the compressor characteristic map cyclic transport and return flow of a compressed medium, accompanied by high vibrations, pressure surges and rapid temperature rise within the turbocompressor, are possible consequences of pumping the turbocompressor include bearing, rubbing, wheel and / or blade damage, which lead to operational failures In this context, a "pump protection unit" should be understood as meaning, in particular, an electronic unit which is provided to detect the occurrence of a pumping during operation of the turbocompressor. The pump protection unit is provided in particular for the occurrence of a pumping of the turbocompressor on the basis of a low-frequency characteristic of a pump of the turbocompressor. Frequency periodic oscillation of a parameter, in particular a motor control characteristic, to recognize within the inverter unit. In this context, a "low-frequency periodic oscillation" should be understood as meaning, in particular, a periodic oscillation having a frequency of at most 10 Hz, In particular, the low-frequency periodic oscillation occurs exclusively when the turbocompressor is pumped.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Turboverdichtervorrichtung mit verbesserten Eigenschaften einer Erkennung eines Pumpens eines Turboverdichters bereitgestellt werden. Insbesondere kann ein Pumpen des Turboverdichters vorteilhaft unmittelbar basierend auf Kenngrößen einer Motorsteuerung des Turboverdichters erkannt werden. Hierdurch kann ein By such a configuration, a generic turbo compressor device with improved characteristics of a detection of a pumping of a turbocompressor can be provided. In particular, pumping of the turbocompressor can advantageously be detected directly on the basis of parameters of a motor control of the turbocompressor. This can be a
Pumpschutz ohne Kenntnisse eines Verdichterkennfelds des Turboverdichters realisiert werden. Pump protection can be realized without knowledge of a compressor map of the turbo compressor.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Pumpschutzeinheit zumindest dazu vorgesehen ist, zumindest eine Kenngröße innerhalb der Invertereinheit auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überwachen. Unter einer„Kenngröße" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Motorsteuerkenngröße, insbeson- dere eine Stromkenngröße und/oder eine Spannungskenngröße, verstanden werden. Insbesondere weist die Pumpschutzeinheit zumindest ein Sensorelement auf, welches dazu vorgesehen ist, die Kenngröße während eines Betriebs des Turboverdichters insbesondere kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich zu erfassen. Insbesondere weist die Pumpschutzeinheit zumindest eine Rechenein- heit auf, welche dazu vorgesehen ist, die von der Sensoreinheit erfasste Kenngröße auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überprüfen. Insbesondere kann eine Überprüfung der Kenngröße auf niederfrequente periodische Schwingungen anhand einer Frequenzanalyse, insbesondere einer schnellen Fourier-Transformation, und/oder anhand eines anderweitigen algorithmischen Verfahrens zu einer Erkennung von Signalspitzen, bei welchem eine Erkennung von periodisch auftretenden Überschreitungen von Grenzwerten über einen Durchschnittswert der erfassten Kenngröße und/oder einer zeitlichen Ableitungen der Kenngröße innerhalb eines gleitenden Messfensters detektiert wird, erfolgen. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder zuverlässige Erkennung eines Pumpens des Turboverdichters erreicht werden. Ferner kann vorteilhaft auf zu- sätzliche Druck- und/oder Massenstromsensorik zur Erkennung eines Pumpens des Turboverdichters verzichtet werden. It is also proposed that the pump protection unit is at least provided to monitor at least one parameter within the inverter unit for low-frequency periodic oscillations. In this context, a "characteristic variable" is to be understood as meaning, in particular, a motor control parameter, in particular a current characteristic and / or a voltage characteristic, In particular, the pump protection unit has at least one sensor element, which is provided to continuously increase the characteristic during operation of the turbocompressor In particular, the pump protection unit has at least one computing unit which is provided for checking the characteristic variable detected by the sensor unit for low-frequency periodic oscillations. in particular a fast Fourier transformation, and / or by means of another algorithmic method for detecting signal peaks, in which a detection of periodically occurring exceedances of Grenzwe be detected over an average value of the detected characteristic and / or a time derivatives of the characteristic within a sliding measurement window, carried out. As a result, an advantageously simple and / or reliable detection of a pumping of the turbocompressor can be achieved. Furthermore, it can be advantageous to use additional pressure and / or mass flow sensors for detecting a pump of the turbo compressor are dispensed with.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Pumpschutzeinheit zumindest dazu vorgesehen ist, zumindest eine Drehzahl des Elektromotors auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überwachen. Vorzugsweise ist die Pumpschutzeinheit dazu vorgesehen, die Drehzahl des Elektromotors über eine induzierte Spannung des Elektromotors zu messen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Pumpschutzeinheit zumindest dazu vor- gesehen ist, zumindest eine Zwischenkreisspannung der Invertereinheit auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überwachen. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Pumpschutzeinheit zumindest dazu vorgesehen ist, zumindest einen Zwischenkreisstrom der Invertereinheit auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überwachen. Hierdurch kann eine vorteil- haft einfache und/oder zuverlässige Erkennung eines Pumpens des Turboverdichters erreicht werden. Furthermore, it is proposed that the pump protection unit is at least provided to monitor at least one rotational speed of the electric motor to low-frequency periodic oscillations. Preferably, the pump protection unit is provided to measure the rotational speed of the electric motor via an induced voltage of the electric motor. In a further embodiment of the invention, it is proposed that the pump protection unit is at least provided to monitor at least one intermediate circuit voltage of the inverter unit for low-frequency periodic oscillations. Alternatively or additionally, it is proposed that the pump protection unit is at least provided to monitor at least one DC link current of the inverter unit to low-frequency periodic oscillations. As a result, an advantageously simple and / or reliable detection of a pumping of the turbocompressor can be achieved.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Pumpschutzeinheit zumindest eine Kommunikationsschnittstelle aufweist, welche dazu vorgesehen ist, bei erkennen ei- ner periodischen Schwingung zumindest ein Signal an eine Steuer- und/oderIt is also proposed that the pump protection unit has at least one communication interface, which is provided, upon detection of a periodic oscillation, at least one signal to a control and / or
Regeleinheit zu übertragen. Unter einer„Kommunikationsschnittstelle" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Schnittstelle zur drahtlosen und/oder drahtgebundenen Übertragung von digitalen und/oder analogen Signalen und/oder Daten verstanden werden. Unter einer„Steuer- und/oder Regeleinheit" soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer„Steuerelektronik" soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Insbesondere ist die Steuer- und/oder Regeleinheit zu einer Steuerung und/oder Regelung der gesamten Turboverdichtervorrichtung vorgesehen. Insbesondere überträgt dieTransfer control unit. In this context, a "communication interface" is to be understood as meaning, in particular, an interface for the wireless and / or wired transmission of digital and / or analog signals and / or data Control electronics are understood. A "control electronics" is to be understood in particular as meaning a unit having a processor unit and a memory unit as well as an operating program stored in the memory unit the
Pumpschutzeinheit bei Erkennen eines Pumpens des Turboverdichters zumindest ein Signal an die Steuer- und/oder Regeleinheit, welches die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu veranlasst, einen stabilen Betriebspunkt des Turboverdichters anzufahren. Bei einem länger anhaltenden Pumpen des Turbover- dichters ist die Invertereinheit dazu vorgesehen, selbsttätig eine Abschaltung des Turboverdichters durchzuführen. Hierdurch kann vorteilhaft schnell und/oder effektiv auf ein Pumpen des Turboverdichters reagiert werden. Insbesondere können hierdurch Beschädigungen des Turboverdichters vorteilhaft vermieden werden. Pump protection unit upon detection of a pump of the turbocompressor at least one signal to the control and / or regulating unit, which causes the control and / or regulating unit to approach a stable operating point of the turbocompressor. In the case of prolonged pumping of the turbo compressor, the inverter unit is provided to automatically switch off the engine To perform turbocompressor. This can advantageously be reacted quickly and / or effectively to a pump of the turbocompressor. In particular, damage to the turbocompressor can thereby be advantageously avoided.
Zudem wird ein Verfahren zur Erkennung eines Pumpens eines Turboverdichters vorgeschlagen, bei welchem ein Pumpen des Turboverdichters anhand zumindest einer niederfrequenten periodischen Schwingung in einer Invertereinheit zur Ansteuerung zumindest eines Elektromotors des Turboverdichters detektiert wird. Vorzugsweise wird ein Pumpen des Turboverdichters anhand zumindest einer niederfrequenten periodischen Schwingung in einer Elektromotordrehzahl des Elektromotors des Turboverdichters detektiert. Hierdurch kann ein Pumpen des Turboverdichters vorteilhaft unmittelbar basierend auf Kenngrößen einer Motorsteuerung des Turboverdichters erkannt werden. Insbesondere kann ein In addition, a method for detecting a pump of a turbocompressor is proposed, in which a pump of the turbocompressor is detected based on at least one low-frequency periodic oscillation in an inverter unit for controlling at least one electric motor of the turbocompressor. Preferably, a pump of the turbocompressor is detected on the basis of at least one low-frequency periodic oscillation in an electric motor rotational speed of the electric motor of the turbocompressor. As a result, pumping of the turbocompressor can advantageously be detected directly on the basis of parameters of a motor control of the turbocompressor. In particular, a
Pumpschutz ohne Kenntnisse eines Verdichterkennfelds des Turboverdichters realisiert werden. Pump protection can be realized without knowledge of a compressor map of the turbo compressor.
Die erfindungsgemäße Turboverdichtervorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Turboverdichtervorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. The turbocompressor device according to the invention is not intended to be limited to the application and embodiment described above. In particular, the turbo-compressor device according to the invention may have a different number from a number of individual elements, components and units mentioned herein for performing a function described herein.
Zeichnung drawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombina- tion. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Turboverdichtervorrichtung mit einem Turboverdichter und einer Pumpschutzeinheit,Show it: 1 shows a schematic representation of a turbocompressor device with a turbocompressor and a pump protection unit,
Fig. 2 einen Drehzahlverlauf des Turboverdichters vor und nach einem Eintrittszeitpunkt eines Pumpens des Turboverdichters und Fig. 3 einen Frequenzgang des Drehzahlverlaufs aus Figur 2. 2 shows a speed curve of the turbocompressor before and after an entry time of a pump of the turbocompressor, and FIG. 3 shows a frequency response of the speed curve from FIG. 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Turboverdichtervorrichtung 10. Die Turboverdichtervorrichtung 10 umfasst einen Turboverdichter 12 und eine drehzahlgeregelte Invertereinheit 14 zur Ansteuerung zumindest eines Elektromotors 16 des Turboverdichters 12. Der Turboverdichter 12 kann insbesondere als Axial- oder Radialverdichter ausgebildet sein. Des Weiteren weist die Turboverdichtervorrichtung 10 eine Steuer und/oder Regeleinheit 34 auf, welche zumindest zu einer Steuerung- und/oder Regelung der Invertereinheit 14 vorgesehen ist. Insbesondere ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 34 zu einer Drehzahlregelung des Turboverdichters 12 vorgesehen. Hierzu wird eine Soll- Drehzahl 54 von der der Steuer- und/oder Regeleinheit 34 an die Invertereinheit 14 übergeben. Eine Ist-Drehzahl 56 des Turboverdichters 12 wird von der Invertereinheit 14 an die Steuer- und/oder Regeleinheit 34 übertragen. Ferner weist die Turboverdichtervorrichtung 10 eine Pumpschutzeinheit 18 auf, welche zumindest dazu vorgesehen ist, ein Pumpen des Turboverdichters 12 zu erkennen. Ein Pumpen des Turboverdichters 12 ist insbesondere durch ein zyklisches Fördern und Rückströmen eines komprimierten Mediums, begleitet von hohen Vibrationen, Druckstößen und schnellem Temperaturanstieg innerhalb des Turboverdichters 12, gekennzeichnet. Mögliche Folgen eines Pumpens des Turboverdichters 12 sind Lager-, Anstreif-, Laufrad- und/oder Schaufelschäden, welche zu Betriebsausfällen führen können. Die Pumpschutzeinheit 18 ist dazu vorgesehen, ein Pumpen des Turboverdichters 12 anhand zumindest einer niederfrequenten periodischen Schwingung 20 in der Invertereinheit 14 zu erkennen. 1 shows a schematic representation of a turbocompressor device 10. The turbocompressor device 10 comprises a turbocompressor 12 and a variable-speed inverter unit 14 for controlling at least one electric motor 16 of the turbocompressor 12. The turbocompressor 12 can be configured in particular as an axial or radial compressor. Furthermore, the turbocompressor device 10 has a control and / or regulating unit 34, which is provided at least for a control and / or regulation of the inverter unit 14. In particular, the control and / or regulating unit 34 is provided for speed control of the turbocompressor 12. For this purpose, a desired speed 54 is transferred from the control and / or regulating unit 34 to the inverter unit 14. An actual rotational speed 56 of the turbocompressor 12 is transmitted from the inverter unit 14 to the control and / or regulating unit 34. Furthermore, the turbocompressor device 10 has a surge protection unit 18, which is at least provided to detect a pumping of the turbocompressor 12. Pumping of the turbocompressor 12 is in particular characterized by a cyclical conveying and return flow of a compressed medium, accompanied by high vibrations, pressure surges and rapid temperature increase within the turbocompressor 12. Possible consequences of a pumping of the turbocompressor 12 are bearing, squishing, wheel and / or blade damage, which can lead to operational failures. The pump protection unit 18 is provided to detect a pump of the turbocompressor 12 on the basis of at least one low-frequency periodic oscillation 20 in the inverter unit 14.
Die Pumpschutzeinheit 18 ist zumindest dazu vorgesehen, zumindest eine Kenngröße innerhalb der Invertereinheit 14 auf niederfrequente periodische Schwingungen 20 zu überwachen. Die Pumpschutzeinheit 18 weist insbesondere zumindest ein hier nicht näher dargestelltes Sensorelement auf, welches dazu vorgesehen ist, die Kenngröße während eines Betriebs des Turboverdichters 12 insbesondere kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich zu erfassen. Die The pump protection unit 18 is at least provided to monitor at least one parameter within the inverter unit 14 for low-frequency periodic oscillations 20. The pump protection unit 18 has in particular at least one sensor element not shown here in detail, which is intended to detect the characteristic variable during operation of the turbocompressor 12, in particular continuously or quasi-continuously. The
Pumpschutzeinheit 18 weist eine Recheneinheit 36, insbesondere zumindest einen Mikrocontroller, auf, welche dazu vorgesehen ist, die von der Sensoreinheit erfasste Kenngröße auf niederfrequente periodische Schwingungen 20 zu überprüfen. Die erfasste Kenngröße wird der Recheneinheit 36 als Eingangssignal 38 zugeführt. Insbesondere kann eine Überprüfung der Kenngröße auf niederfrequente periodische Schwingungen 20 durch die Recheneinheit 36 anhand einer Frequenzanalyse, insbesondere einer schnellen Fourier-Transformation, und/oder anhand eines anderweitigen algorithmischen Verfahrens zu einer Erkennung von Signalspitzen, bei welchem eine Erkennung von periodisch auftretenden Überschreitungen von Grenzwerten über einen Durchschnittswert der erfassten Kenngröße innerhalb eines gleitenden Messfensters detektiert wird, erfolgen. Pump protection unit 18 has a computing unit 36, in particular at least one microcontroller, which is provided to check the characteristic variable detected by the sensor unit for low-frequency periodic oscillations 20. The detected parameter is supplied to the arithmetic unit 36 as an input signal 38. In particular, a check of the parameter for low-frequency periodic oscillations 20 by the arithmetic unit 36 based on a frequency analysis, in particular a fast Fourier transform, and / or by another algorithmic method to detect signal peaks, in which a detection of periodically exceeding limit values is detected via an average value of the detected parameter within a sliding measurement window.
Vorzugsweise ist die Pumpschutzeinheit 18 zumindest dazu vorgesehen, zumindest eine Drehzahl 22 des Elektromotors 16 auf niederfrequente periodische Schwingungen 20 zu überwachen. Die Pumpschutzeinheit 18 ist dazu vorgese- hen, die Drehzahl 22 des Elektromotors 16 über eine induzierte Spannung 24 des Elektromotors 16 zu messen. Figur 2 zeigt in einem Diagramm einen beispielhaften Drehzahlverlauf 42 des Elektromotors 16 des Turboverdichters 12. In dem Diagramm ist die Drehzahl 22 des Elektromotors 16 des Turboverdichters 12 über einer Zeit 40 aufgetragen. Das Diagramm zeigt den Drehzahlverlauf 42 des Elektromotors 16 des Turboverdichters 12 vor und nach einem Eintrittszeitpunkt 44 eines Pumpens des Turboverdichters 12. Vor dem Eintrittszeitpunkt 44 ist der Drehzahlverlauf 42 des Elektromotors 16 des Turboverdichters 12 frei von niederfrequenten periodischen Schwingungen. Nach dem Eintrittszeitpunkt 44 weist der Drehzahlverlauf 42 des Elektromotors 16 des Turboverdichters 12 eine für ein Pumpen des Turboverdichters 12 charakteristische niederfrequente periodische Schwingung 20 auf. Figur 3 zeigt in einem weiteren Diagramm einen Frequenzgang 58 des Drehzahlverlaufs 42 des Elektromotors 16 des Turboverdichters 12. In dem weiteren Diagramm ist eine Amplitude 46 über einer Frequenz 48 aufgetragen. In dem Frequenzgang 58 des Drehzahlverlaufs 42 des Elektromo- tors 16 des Turboverdichters 12 ist ebenfalls eine charakteristische Frequenz 50 der niederfrequenten periodischen Schwingung 20 erkennbar. Über eine Analyse des Frequenzgangs 58 des Drehzahlverlaufs 42 des Elektromotors 16 des Turboverdichters 12 lässt sich somit ein Pumpen des Turboverdichters 12 sicher identifizieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Pumpschutzeinheit 18 zumindest dazu vorgesehen sein, zumindest eine Zwischenkreisspannung 26 und/oder einen Zwischenkreisstrom 28 der Invertereinheit 14 auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überwachen. Preferably, the pump protection unit 18 is at least provided to monitor at least one rotational speed 22 of the electric motor 16 to low-frequency periodic vibrations 20. The pump protection unit 18 is provided to measure the rotational speed 22 of the electric motor 16 via an induced voltage 24 of the electric motor 16. FIG. 2 shows in a diagram an exemplary speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12. In the diagram, the rotational speed 22 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 is plotted over a time 40. The diagram shows the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 before and after an entry time 44 of a pumping of the turbocompressor 12. Before the entry time 44, the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 is free from low-frequency periodic oscillations. After the entry time 44, the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 has a low-frequency periodic oscillation 20 characteristic of a pumping of the turbocompressor 12. FIG. 3 shows a frequency response 58 of the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 in a further diagram. In the further diagram, an amplitude 46 is plotted over a frequency 48. In the frequency response 58 of the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 is also a characteristic frequency 50th the low-frequency periodic oscillation 20 recognizable. An analysis of the frequency response 58 of the speed curve 42 of the electric motor 16 of the turbocompressor 12 thus makes it possible to reliably identify a pumping of the turbocompressor 12. Alternatively or additionally, the pump protection unit 18 may at least be provided to monitor at least one intermediate circuit voltage 26 and / or one intermediate circuit current 28 of the inverter unit 14 for low-frequency periodic oscillations.
Die Pumpschutzeinheit 18 weist eine Kommunikationsschnittstelle 30 auf, welche dazu vorgesehen ist, bei erkennen einer periodischen Schwingung 20 zumindest ein Signal 32 an die Steuer- und/oder Regeleinheit 34 zu übertragen. Insbesondere überträgt die Pumpschutzeinheit 18 bei Erkennen eines Pumpens des Turboverdichters 12 zumindest ein Signal 32 über die Kommunikationsschnittstelle 30 an die Steuer- und/oder Regeleinheit 34, welches die Steuer- und/oder Regeleinheit 34 dazu veranlasst, insbesondere durch Vorgabe einer veränderten Soll-Drehzahl 54, einen stabilen Betriebspunkt des Turboverdichters 12 anzufahren. Bei einem länger anhaltenden Pumpen des Turboverdichters 12 ist die Invertereinheit 14 dazu vorgesehen, selbsttätig eine Abschaltung des Turboverdichters 12 durchzuführen. The pump protection unit 18 has a communication interface 30, which is provided to transmit at least one signal 32 to the control and / or regulating unit 34 when a periodic oscillation 20 is detected. In particular, upon detection of a pumping of the turbocompressor 12, the pump protection unit 18 transmits at least one signal 32 via the communication interface 30 to the control and / or regulating unit 34, which causes the control and / or regulating unit 34 to do so, in particular by specifying a modified setpoint speed 54, to approach a stable operating point of the turbocompressor 12. In the case of prolonged pumping of the turbocompressor 12, the inverter unit 14 is provided to automatically switch off the turbocompressor 12.

Claims

Ansprüche claims
1. Turboverdichtervorrichtung mit zumindest einem Turboverdichter (12), mit zumindest einer drehzahlgeregelten Invertereinheit (14) zur Ansteuerung zumindest eines Elektromotors (16) des Turboverdichters (12) und mit zumindest einer Pumpschutzeinheit (18), welche zumindest dazu vorgesehen ist, ein Pumpen des Turboverdichters (12) zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpschutzeinheit (18) dazu vorgesehen ist, ein Pumpen des Turboverdichters (12) anhand zumindest einer niederfrequenten periodischen Schwingung (20) in der Invertereinheit (14) zu erkennen. A turbocompressor device with at least one turbocompressor (12), with at least one variable speed inverter unit (14) for controlling at least one electric motor (16) of the turbocompressor (12) and with at least one pump protection unit (18) provided at least for pumping the turbocharger Recognize turbo-compressor (12), characterized in that the pump protection unit (18) is provided to detect a pump of the turbocompressor (12) based on at least one low-frequency periodic oscillation (20) in the inverter unit (14).
2. Turboverdichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpschutzeinheit (18) zumindest dazu vorgesehen ist, zumindest eine Kenngröße und/oder eine zeitliche Ableitung der Kenngröße innerhalb der Invertereinheit (14) auf niederfrequente periodische Schwingungen (20) zu überwachen. 2. Turbo compressor device according to claim 1, characterized in that the pump protection unit (18) is at least provided to monitor at least one characteristic and / or a time derivative of the characteristic within the inverter unit (14) to low-frequency periodic oscillations (20).
3. Turboverdichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpschutzeinheit (18) zumindest dazu vorgesehen ist, zumindest eine Drehzahl (22) und/oder eine zeitliche Ableitung der Drehzahl (22) des Elektromotors (16) auf niederfrequente periodische Schwingungen (20) zu überwachen. 3. turbo compressor device according to claim 1 or 2, characterized in that the pump protection unit (18) is at least provided, at least one rotational speed (22) and / or a time derivative of the rotational speed (22) of the electric motor (16) to low-frequency periodic oscillations ( 20).
4. Turboverdichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpschutzeinheit (18) dazu vorgesehen ist, die Drehzahl (22) des Elektromotors über eine induzierte Spannung (24) des Elektromotors (16) zu messen. Turboverdichtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpschutzeinheit (18) zumindest dazu vorgesehen ist, zumindest eine Zwischenkreisspannung (26) und/oder eine zeitliche Ableitung der Zwischenkreisspannung (26) der In- vertereinheit (14) auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überwachen. 4. turbo compressor device according to claim 3, characterized in that the pump protection unit (18) is provided to measure the rotational speed (22) of the electric motor via an induced voltage (24) of the electric motor (16). Turbo compressor device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump protection unit (18) is provided at least at least one intermediate circuit voltage (26) and / or a time derivative of the intermediate circuit voltage (26) of the inverter unit (14) to low-frequency periodic oscillations monitor.
Turboverdichtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpschutzeinheit (18) zumindest dazu vorgesehen ist, zumindest einen Zwischenkreisstrom (28) und/oder eine zeitliche Ableitung des Zwischenkreisstroms (28) der Invertereinheit (14) auf niederfrequente periodische Schwingungen zu überwachen. Turbo compressor device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump protection unit (18) is at least provided to monitor at least one DC link current (28) and / or a time derivative of the DC link current (28) of the inverter unit (14) to low-frequency periodic oscillations.
Turboverdichtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpschutzeinheit (18) zumindest eine Kommunikationsschnittstelle (30) aufweist, welche dazu vorgesehen ist, bei erkennen einer periodischen Schwingung (20) zumindest ein Signal (32) an eine Steuer- und/oder Regeleinheit (34) zu übertragen. Turbo compressor device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump protection unit (18) has at least one communication interface (30) which is provided, upon detection of a periodic oscillation (20) at least one signal (32) to a control and / or Control unit (34) to transmit.
Verfahren zur Erkennung eines Pumpens eines Turboverdichters (12), dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpen des Turboverdichters (12) anhand zumindest einer niederfrequenten periodischen Schwingung (20) in einer Invertereinheit (14) zur Ansteuerung zumindest eines Elektromotors (16) des Turboverdichters (12) detektiert wird. Method for detecting a pump of a turbocompressor (12), characterized in that pumping of the turbocompressor (12) is based on at least one low-frequency periodic oscillation (20) in an inverter unit (14) for controlling at least one electric motor (16) of the turbocompressor (12). is detected.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpen des Turboverdichters (12) anhand zumindest einer niederfrequenten periodischen Schwingung (20) in einer Drehzahl (22) des Elektromotors (16) detektiert wird. A method according to claim 8, characterized in that a pump of the turbocompressor (12) based on at least one low-frequency periodic oscillation (20) in a rotational speed (22) of the electric motor (16) is detected.
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