DE2828124C2 - Verfahren zur Verhinderung des Pumpens von Turboverdichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Turboverdichtern, bei denen der Durchfluß oder ein aus dem Durchfluß abgeleitetes Signal und der Förderdruck bzw. das Druckverhältnis kontinuierlich gemessen und mit zulässigen Werten verglichen werden, wobei zur Verhinderung des Pumpens, d. h. vor dem Erreichen der Pumpgrenze, beim Erreichen einer zur Pumpgrenze parallel verlaufenden Abblaselinie, ein oder mehrere Abblaseventile geöffnet werden, so daß der Verdichterdurchfluß einen vom Druckverhältnis abhängigen minimalen Wert nicht unterschreitet.

Derartige Pumpgrenzregelungen wurden bereits unter Verwendung von mechanisch-hydraulischen Reglern vorgenommen. Trotz hohen gerätetechnischen Aufwands ist es bei den bekannten Regelungen jedoch nicht möglich, die Abblaselinie exakt nachzubilden, um ein Pumpen sicher zu verhindern. Ein weiterer Nachteil liegt in dem hohen Wartungsaufwand und der erheblichen Störanfälligkeit dieser mechanisch hydraulischen Regeleinrichtungen.

Es ist auch bereits bekannt, eine elektronische Pumpgrenzregelung einzusetzen, siehe Mitteilung 542 der Wärmestelle des Vereins deutscher Eisenhüttenleute. Die Pumpgrenzregelung an Verdichtern mit Leitschaufelverstellung ist dabei ähnlich der von Verdichtern mit Drosselverstellung ist dabei ähnlich der von Verdichtern mit Drosselverstellung aufgebaut, wobei allerdings der Unterschied besteht, daß wegen der nichtlinearen Pumpgrenzkurve ein Funktionsgeber zur Bildung der Führungsgröße des Pumpgrenzreglers vorgesehen ist

Als nachteilig hat sich bei diesen bekannten Regelungen gezeigt, daß unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. bei einem Steuereingriff von Hand in die Regelung und bei starken Druckschwankungen das

ίο Pumpen des Verdichters nicht sicher genug verhindert werden kann.

Es ist weiterhin bereits aus der Offenlegungsschrift 26 23 899 bekannt, eine elektronische Pumpgrenzregelung einzusetzen, bei welcher die von den Druck-Durchfluß-Istwerten abhängige Regeldifferenz des die Abblaseventile verstellenden Pumpgrenzreglers nichtlinear verstärkt wird, derart daß die Verstärkung erhöht wird, wenn die Regeldifferenz negativ wird, d. h. wenn sich der Betriebspunkt des Verdichters in den unzulässigen Bereich jenseits der Abblaselinie bewegt Weiterhin ist hier eine Extremwertauswahl dem Regler vorgeschaltet welche die größte Regelabweichung, nämlich die eigentliche Regelabweichung oder die Differenz zwischen Regierausgang und Handsteuerbefehl berücksichtigt

Bei dieser sehr gut arbeitenden Regelung ist allerdings nachteilig, daß die Änderungsgeschwindigkeit des Istwertes nicht berücksichtigt werden kann bzw. daß nicht berücksichtigt werden kann, ob die Istwert Abweichung größer oder kleiner wird. Praktisch bedeutet das, daß unabhängig von dem Betriebszustand die Abblaselinie konstant eingestellt bleibt

Es ist weiterhin als naheliegend anzusehen, daß der Fachmann für die Verbesserung der Regelung eine Differenzierung des Durchflußsignals vornehmen würde. Es hat sich aber gezeigt, daß bei dem Signal des Durchflußistwertes Störungen überlagert sind (Rauschen), so daß eine solche Differenzierung des Signals zu regeltechnisch unbrauchbaren Signalen führen würde.

Die bekannten Regelungen greifen deshalb erst bei Erreichen der Abblaselinie ein und dadurch ist nachteilig ein erheblicher Sicherheitsabstand zwischen der Abblaselinie und der Pumpgrenze erforderlich.
Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung bei Turboverdichtern eine verbesserte Vermeidung des Pumpens zu erreichen, wobei die Abblaselinie aus Gründen des Wirkungsgrades so nahe wie möglich an der Pumpgrenzlinie liegen und ihre Lage entsprechend den Änderungen des Istwertes verschieblich sein soll.

Der Aufwand für die Regeleinrichtung soll möglichst gering sein, sie soll weitgehend aus handelsüblichen Schaltelementen sich aufbauen lassen.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die dynamische Erfassung der Istwert-Änderungen auch dann zu gewährleisten, wenn das Istwert-Signal durch Rauschen erheblich gestört wird. Die Regelung soll unter Berücksichtigung der Istwert-Änderungen bereits vor Erreichen der Abblaselinie eingreifen und so das Pumpen mit größerer Sicherheit vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist daß außerhalb des Reglers die Differenz aus Sollwert und Istwert gebildet wird, diese einmal direkt und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert einer Subtrahierstelle ngeleitet und anschließend dem Sollwert aufaddiert wird. Vorteilhaft kann dabei das Signal vor der Addition auf den Sollwert einem Begrenzer zugeführt werden.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Aufgabe alternativ so gelöst werden, daß die Regeldifferenz aus Sollwert und Istwert außerhalb des Reglers gebildet wird, einmal mit dem Faktor 2 multipliziert und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert, einer Subtrahierstelle zugeführt und anschließend dem Regler aufgeschaltet wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt ίο

F i g. 1 da» Schema einer herkömmlichen Regelung mit der Möglichkeit einer manuellen Beeinflussung,

Fig.2 das Regelschema gemäß der Erfindung, ebenfalls mit der Möglichkeit manueller Beeinflussung und

Fig.3 das Regelschema gemäß der Erfindung für ausschließlich automatischen Betrieb.

Gemäß F i g. 1 wird bei der bekannten Regelung die Differenz zwischen Sollwert und Istwert (Regelabweichung) außerhalb des Reglers gebildet

Zur H and verstellung des Ventils durch den Regler wird eine zweite fiktive »Regelabweichung« als Differenz zwischen Handsteuersignal und Reglerausgang gebildet. Diese beiden Signale werden über eine Maximalauswahl auf den Regler geschaltet (siehe Fig-1)-

Diese Maximalauswahl zählt jeweils die positivste Regelabweichung aus und schaltet sie auf den Regler. Dies ist diejenige, die das Ventil am schnellsten öffnet oder am langsamsten schließt Das Ventil wird so lange verfahren, bis das positivste Signal null ist Hierdurch 1st es möglich, das Ventil durch eine positive Regelabweichung weiter zu öffnen, als es vom Sollwert her vorgegeben ist.

Demgegenüber weist die Regelung nach der Erfindung (F i g. 2 und 3) zusätzlich Glieder zur Berücksichtigung einer Zeitkomponente auf, die sich wie folgt auswirkt:

Bei einer Verschiebung des Verdichterarbeitspunktes auf die Abblaselinie zu nimmt der Istwert ab, es ändert sich Xd mit positiver Steigung. Diese Größe wird mit einer festen Größe, vorzugsweise 2 multipliziert und direkt sowie durch das PTi -Glied a verzögert auf die Summierstelle b gegeben. Der Ausgang der Summierstelle b wird damit positiver als Xd. Dies ist gleichbedeutend mit einer Verschiebung der Abblaselinie auf den Arbeitspunkt zu. Die Verschiebung ist um so größer, je schneller sich der Arbeitspunkt auf die Abblaselinie zubewegt

Wenn sich der Arbeitspunkt von der Abblaselinie weg bewegt verschiebt sich die Abblaselinie auf die Pumpgrenze zu. Dies ist in den meisten Fällen ohne Einfluß auf die Funktion der Regelung. Wo dies nicht erwünscht ist, kann durch eine parallel Aufschaltung von Xd (gistrichelte Schaltungsergänzung in F i g. 2) auf die Maximalauswahl dieser Effekt verhindert werden.

Bei Regelungssystemen, bei denen die Regelabweichung extern nicht beeinflußt werden kann, kann das System gemäß F i g. 3 aufgebaut werden. Der Begrenzer bewirkt, daß die Erweiterung nur in einer Richtung wirksam ist

Ersichtlicherweise ist es durch die Erfindung erstmalig gelungen, die Geschwindigkeit einer Istwertänderung zu berücksichtigen und damit insbesondere bei starken Störungen ein sicheres Regeln zu gewährleisten, d. h. auch dann ein Pumpen sicher zu vermeiden. Da nur bekannte, handelsübliche elektronische Bauteile verwendet werden, die Regelung also wirtschaftlich aufbaubar und für den Fachmann leicht beherrschbar ist, kann von einer idealen Lösung der anstehenden Probleme durch die Erfindung gesprochen werden.

Gemäß F i g. 2 wird das Vergleichssignal z. B. zweifach verstärkt (X 2). Selbstverständlich kann diese Verstärkung auch dadurch ersetzt werden, daß z. B. in dem Parallelzweig das Signal Xa- eine entsprechende Schwächung erfährt. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang nur das Verhältnis der sich addierenden Signale.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben von Turboverdichtem, bei denen der Durchfluß oder ein aus dem Durchfluß abgeleitetes Signal und der Förderdruck bzw. das Druckverhältnis kontinuierlich gemessen werden, wobei zur Verhinderung des Pumpens, d. h. vor Erreichen der Pumpgrenze beim Erreichen einer zu dieser parallel verlaufenden Abblaselinie durch öffnen von Abblaseventilen sichergestellt wird, daß der Verdichterdurchfluß einen vom Förderdruck abhängigen minimalen Wert nicht unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Reglers die Differenz aus Sollwert und Istwert gebildet wird, dieser einmal direkt und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert, einer Subtrahierstelle zugeleitet und anschließend dem Sollwert aufaddiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal vor der Addition auf den Sollwert einem Begrenzer zugeführt wird.

3. Verfahren zum Betreiben von Turboverdichtern, bei denen der Durchfluß oder ein aus dem Durchfluß abgeleitetes Signal und der Förderdruck bzw. das Druckverhältnis kontinuierlich gemessen werden, wobei zur Verhinderung des Pumpens, d. h. vor Erreichen der Pumpgrenze beim Erreichen einer zu dieser parallel verlaufenden Abblaselinie durch öffnen von Abblaseventilen sichergestellt wird, daß der Verdichterdurchfluß einen vom Förderdruck abhängigen minimalen Wert nicht unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldifferenz aus Sollwert und Istwert außerhalb des Reglers gebildet wird, einmal mit dem Faktor 2 multipliziert und zum anderen über ein Verzögerungsglied verzögert, einer Subtrahierstelle zugeführt und anschließend dem Regler aufgeschaltet wird.