DE856036C - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln hintereinandergeschalteter Kreiselverdichter - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln hintereinandergeschalteter Kreiselverdichter

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DE856036C
DE856036C DEM1013D DEM0001013D DE856036C DE 856036 C DE856036 C DE 856036C DE M1013 D DEM1013 D DE M1013D DE M0001013 D DEM0001013 D DE M0001013D DE 856036 C DE856036 C DE 856036C
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DE
Germany
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compressor
compressors
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DEM1013D
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English (en)
Inventor
Christian Schoerner
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MAN AG
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0261Surge control by varying driving speed
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

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

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Regeln hintereinandergeschalteter Kreiselverdichter Bei der Gestaltung von Kreiselverdichtern ist man vielfach aus baulichen Gründen gezwungen, die Stufen in mehreren Gehäusen anzuordnen, und aus Regelungsgründen erhält dann oft jede dieser Stufen ihren eigenen Antrieb. Namentlich bei hohen Druckverhältnissen erhalten Verdichter axialer Bauart so steile Kennlinien, daß bei größeren Schwankungen im Luftdurchsatz die Möglichkeit des Betriebes der Verdichterteile mit verschiedener Drehzahl sehr erwünscht ist.
  • Die 1-,Irfitidutig befaßt sich mit der Regelung solcher hintereinandergeschalteter Einzelverdichter mit getrenntem Antrieb durch je eine Kraftmaschine, die entweder ein Elektromotor oder eine Dampfturbine oder eine Gasturbine sein kann. Das Ziel der Regelung ist die Zuweisung einer solchen Drehzahl der Teilverdichter, daß der geringste Leistungsaufwand für den Antrieb nötig wird und damit ein Betriebszustand erreicht wird, bei dem auch die vorhandenen Kennfelder der Einzelverdichter so ausgenutzt werden können, daß der mittlere Gütegrad der Verdichtung ein Optimum wird. Erfindungsgemäß erfolgt .demnach die Regelung so, daß das Verhältnis der wirklichen Temperaturerhöhung des zu verdichtenden Mediums zu derjenigen hei adiabatischer (verlustloser) Verdichtung möglichst gegen i geht. Die Erfindung betrifft fernerhin eine Regelvorrichtung, durch die eine genaue Festlegung der günstigsten Drehzahl der hintereinandergeschalteten Einzelverdichter unabhängig von dem jeweils geforderten Enddruck erreicht wird. Dabei wird der Betriebspunkt des im oberen Druckbereich arbeitenden Teilverdichters durch einen normalen Druckregler mit Drehzahlbegrenzung durch einen Fliehkraftregler bestimmt. Dieser Druckregler spricht auf einen vorgegebenen Sollwert an, wie er z. B. bei Drucklufterzeugungsanlagen verlangt wird oder bei Gleichdruckgasturbinenanlagen als Anfangsdruck für eine geforderte Nutzleistung notwendig ist. Im letzten Falle können dann die Antriebsmaschinen der Einzelverdichter parallel oder hintereinandergeschaltete Teilturbinen mit und ohne Zwischenüberhitzung des Arbeitsgases sein.
  • Uni den optimalen Wert z. B. elektrisch festzustellen, wird die bekannte Wheatstonesche Brückenschaltung als Meßprinzip für das Verhältnis von elektrischen Widerständen verwendet. Die wirkliche Temperaturerhöhung der verdichteten Luft gegenüber dem Ansaugezustand der Umgebung läßt sich leicht mit Hilfe der Temperaturveränderlichkeit des elektrischen Widerstandes bei Beheizung eines Teilwiderstandes der Brückenschaltung durch die verdichtete Luft feststellen. Die Umsetzung der dem vorliegenden Druckverhältnis entsprechenden adiabatischen Temperaturerhöhung der Verdichtungsluft in eine Widerstandsänderung (als Impuls für einen Regelvorgang innerhalb der Wheatstoneschen Brücke) wird auf mechanischem Wege über eine Kurvenscheibe einfach verwirklicht. Es geschieht .dies durch einen Wiegehebel mit Einleitung der wirksamen Drücke vor und 'hinter dem Teilverdichter als Kräfte senkrecht zur Hebelachse, so daß das Druckverhältnis als wirksame Hebellänge eines dieser Druckimpulse auftritt. Dies ergibt über eine Kurvenscheibe mit dem Bildungsgesetz -i in Abhängigkeit von diesem Weg kinematisch übersetzt eine Auslenkung des Gleitstückes für den Angriff des Druckimpulses hinter dem Teilverdichter, die auch auf dem entsprechenden Teilwiderstand der Brücke den elektrischen Widerstand im Verhältnis der adiabatischen Temperaturerhöhung verändert. Damit ist das für den Gütegrad der Verdichtung maßgebende Temperaturverhältnis, elektrisch meßtechnlisch erfaßt, an der Wheatstoneschen Brücke zum Einsatz gebracht. Die Abstimmung der übrigen Widerstände erfolgt im Einklang mit dem Auslegepunkt der Verdichter, die wohl meistens in nächster Nähe des Wirkungsgradmaximums liegen werden. Namentlich bei Teillast werden sich für die Einzelverdichter zunächst Betriebspunkte einstellen, die nicht immer dem bestmöglichen Gesamtwirkungsgrad entsprechen, und das Relais an der Strombrücke hat dann die Aufgabe über einen Stellmotor die Drehzahlverstellung der Einzelverdichter, z. B. durch Veränderung der Federvorspannung der F liehkraftneglermuffe oder durch Verschiebung der Büchse mit den Steuerschlitzen an druckölgestetierten Servomotoren, so lange zu hetätigen, bis eine möglichst große Annäherung an die bei Vollast und bestem Gesanttwirkungsgrad in der Brücke abgestimmte Widerstandsverteilung vorhanden ist, wodurch dann auch die Einzelverdichter mit den günstigsten Drehzahlen laufen werden. Im Interesse eines guten Gütegrades der Einzelverdichter kann man zusätzlich Ouerschnittsveränderungen an Leitapparaten, 7_tiströmrolirleitungen der Strömungsmaschine mit 1 11 die Regelung einbeziehen. Zu erwähnen ist noch, daß bei mehrteiligen Verdichtern ohne Zwischenkühlung die Anordnung einer Übertragungseinrichtung für die wirkliche Gesamttemperaturerhöhung sowie für die der Gesamtdrucksteigerung entsprecdliende verlustlose Temperaturerhöhung genügt, claß aber bei Zwischenkühlung diese Einrichtungen für jeden Verdichterteil dazwischen notwendig wird. Die Summierung der sich ergebenden Widerstandsänderungen ist allerdings ohne weiteres möglich. Die Bedeutung dieser Regeleinrichtung nach der Erfindung tritt besonders bei den großen Verdichtern von Gleichdruckgasturlyinenanlagen in Erscheinung, bei denen je nach der Frischgastemperatur der Anteil der Verdichtungsarbeit an der für eine gewisse Nutzleistung aufzubringenden Gesamtarbeit recht groß ist.
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Regelvorrichtungen nach der Erfindung in schematischer Weise dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Regelvorrichtung für zwei hintereinandergeschaltete Verdichter mit elektrischen Antrieb ohne Zwischenkühlung und Abb.2 eine Regelvorrichtung für zwei hintereinandergeschaltete '\'erdichter mit Antrieb durch je eine Strömungskraftmaschine mit Zwischenkühlung.
  • In Abb. i werden die zwei Verdichter Vi und G'., ohne Zwischenkühlung des Fördermittels durch zwei Elektromotoren :1l, und jl, angetrieben. Der Förderdruck p, wird durch den Druckregler i geregelt, der sowohl den Ouerschnitt, wie z. B. die Klappe 2 am Verdichtereintritt, als auch die Drehzahl des Verdichters VZ über den Feldregler 3 des Elektromotors M, beeinflußt. Die wirkliche Temperaturerhöhungil-t, (to=Umgel>ungstemperatur) kann ohne weiteres am Widerstand 1171 der W'heatstonesc'hen Brücke wirksam werden, wenn derselbe von der verdichteten Luft beheizt wird. Die der Druckerhöhung entsprechende verlustlose Temperatursteigerung wird zwecks Übertragung auf den Teilwiderstand W2 dNer Brücke mittels der Druckdosen für Dpz und Dp, auf den Hebel 4 eingeleitet, wo das Druckverhältnis im Gleichgewichtsfall als Hebellänge a in Erscheinung tritt. Am Gleitstück 5 für ,den Angriff von 4., ist eine Abwälzkurve 6 mit dem Bildungsgesetz -i vorgesehen, durch welche die Auslenkung a am Wiegehehel in eine andere (= b) verwandelt wird. Jeder Änderung ist damit eine Änderung von a und b zugeordnet, wobei letztere unmittelbar als Änderung des Widerstandes W., ausgewertet werden kann. Der Abgleich sich ändernder Widerstände W1, W2 im Rahmen der Brückenschaltung erfolgt über das Relais R in der Strombrücke, welche das Schütz SCH beeinflußt, von wo aus über den Feldregler 6 in diesem Fall nur die Drehzahl des Elektromotors Ihh eingeregelt wird. Statt der elektrischen Relais R kann auch ein elektrischer Leistungsregler, ein Frequenzregler oder ein sogenannter Falirplanregler Verwendung finden.
  • Nach 2 werden die beiden Verdichter Vi und V2 durch die Turbinen TI und T2 angetrieben, wobei eine Rückkühlung des Fördermittels durch den Kühler K vorgesehen ist. Die Turbine T2 wird über den Druckregler i i, vorgewählt durch den Solldruck-,vähler 12 mit einer derartigen Drehzahl gefahren, daß bei gleichzeitiger Verstellung der Querschnittsregelurig 13 die als Drosselklappe an der Ansaugleitung angedeutet ist, der geforderte Gegendruck p.2 eingehalten wird. Die Turbine TI hat eine Drehzahlverstelleinrichtung i.1 durch Veränderung der Nlufenfederspannung am Fliehkraftregler, die ein Stellmotor 15 betätigt, welcher durch das Schütz 16gesteiiert wird. Das Schütz 16 erhält seine Steuerimpulse vom Relais 17, an der Wheatstoneschen Brücke, in welcher sowohl die Teileinflüsse der wirklichen Temperaturerhöhung in den von der Luft der einzelnen Verdichterteile aufgeheizten Widerständen (li-'i)i und (lT-'@)., als auch diejenigen der adiabatischen Temperaturerhöhungen in den übersetzten Widerstandsänderungen an den Teilwiderständen (W2)1 und (W2)2 durch ßintereinanderschalten addiert werden können. Da bei Gasturbinen sehr einfach mit der Drehzahlverstellung auch die Brennstoffzufuhr für die vorgeschaltete Brennkammer oder die Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels in der Turbine entweder unmittelbar oder mittelbar durch hydraulischen oder elektrischen Servomotor gekoppelt werden können, lassen sich Leistung und Gasdurchsatz derTurbine damit sehr wesentlich beeinflussen. lil der Abh.2 ist das für die Antriebsturbine T2 strichpunktiert angedeutet. Die Brennkammer 8 erhält den Kraftstoff dosiert durch das Ventil 4, das über den Servomotor io mit Drehzahlverstelleinrichtung i-. verbunden ist.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung hintereinandergeschalteter Kreiselverdichter mit getrenntem Antrieb durch je eine Kraftmaschine mittels der Wheatston.eschen Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß außer der an sich bekannten Druckregelung am Endverdichter die Lastverteilung der Verdichtung durch Regelungseingriffe hinsichtlich Drehzahl und Querschnitt an den übrigen vorgeschalteten Verdichtern so beeinflußt wird, daß das Verhältnis der wirklichen Temperaturerhöhung des Fördermittels, summiert über alle Verdichter, zu der bei adiabatischer Verdichtung auftretenden Temperaturec'höhung, summiert über alle Verdichter, möglichst 1 wird und daß die beiden Summen zur Regelung in elektrische Widerstandsänderungen innerhalb der Brückenschaltung verwandelt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung sich als Verstellung der Drehzahl der Einzelverdichter mittels Änderung der Muffen.bellastung am Fliehkraftregler oder Verstellung der Steuerbüchse an ölservomotoren oder durch Veränderung der Strömungsquerschnitte eventuell durch Umführung des Fördermittels oder durch beide Maßnahmen zusammen auswirkt.
  3. 3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch meßbare Vergleichsgröße der adiabatischen Temperaturerhöhung für jeden Einzelverdichter das zunächst an einem Waagebalken (.4) mit Belastung -durch Kräfte verhältig den Drücken vor und nach dem Verdichter V1 und V2 als Hebellänge auftretende Druckverhältnis des Einzelverdichters (V1 bzw. V2) durch eine Abwälzkurve (6) mit dem Bildungsgesetz übersetzt wird, um dann unmittelbar als Widerstandsänderung eines Teilwiderstandes (W2) der Wheatstoneschen Brücke ausgewertet zu werden.
  4. 4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Antrieb der Verdichter (V1 und V2) durch Gasturbinen (T1 und T2) die Drehzahlverstelleinriohtung (14) zusätzlich unmittelbar oder mittelbar die Brennstoffzufuhr für die vorgeschaltete Brennkammer (8) vor der Einzelturbine (T1) bzw. für eine Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels innerhalb derselben steuert.
DEM1013D 1944-06-11 1944-06-11 Verfahren und Vorrichtung zum Regeln hintereinandergeschalteter Kreiselverdichter Expired DE856036C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001057380A1 (en) * 2000-02-02 2001-08-09 Rolls-Royce Plc Variable cycle gas turbine engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001057380A1 (en) * 2000-02-02 2001-08-09 Rolls-Royce Plc Variable cycle gas turbine engine
US6701717B2 (en) 2000-02-02 2004-03-09 Rolls-Royce Plc Cycle gas turbine engine

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