EP0335105B1 - Verfahren zur Vermeidung des Pumpens eines Turboverdichters mittels Abblaseregelung - Google Patents

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EP0335105B1
EP0335105B1 EP89103056A EP89103056A EP0335105B1 EP 0335105 B1 EP0335105 B1 EP 0335105B1 EP 89103056 A EP89103056 A EP 89103056A EP 89103056 A EP89103056 A EP 89103056A EP 0335105 B1 EP0335105 B1 EP 0335105B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
blow
delivery
minimum
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP89103056A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0335105A3 (en
EP0335105A2 (de
Inventor
Wilfried Dr.-Ing. Blotenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Turbo AG
Original Assignee
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MAN Gutehoffnungshutte GmbH filed Critical MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Publication of EP0335105A2 publication Critical patent/EP0335105A2/de
Publication of EP0335105A3 publication Critical patent/EP0335105A3/de
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Publication of EP0335105B1 publication Critical patent/EP0335105B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids

Definitions

  • the invention relates to a method for avoiding the pumping of a turbocompressor supplying a downstream process via a discharge line with a gaseous pressure medium, according to the preamble of patent claim 1.
  • a method of the type mentioned is known from DE-B-11 07 887.
  • This method uses two independent control devices, namely a conventional, slow-acting and an additional, fast-acting control device.
  • the conventional control device works in a known manner in accordance with a control difference, which is determined as a function of the intake volume flow and the final pressure of the compressor.
  • the additional control device operates in accordance with values for the pressure or flow of the compressed medium which are recorded close to the downstream process and, if necessary, brings about a rapid partial or complete opening of the single blow-off valve or an additional, parallel blow-off valve.
  • a disadvantage of this method is that it requires two independent, juxtaposed control devices to carry it out, which represents a high technical outlay.
  • the new control method requires only one control device for the blow-off control to be carried out, to which one of two control differences is supplied, which first signals a fault or the larger fault.
  • the additional effort for the implementation of the new control method is therefore advantageously low; however, it is ensured that both malfunctions, the cause of which lies in the area of the turbocompressor, and malfunctions resulting from a downstream process, are recognized at an early stage and converted into corresponding control processes. This ensures safe operation of the turbocompressor without pumps and without pressure drops in the downstream process.
  • the discharge flow can either be measured directly by a corresponding measuring device in a pressure line for the pressure medium led to the process or in a simulation from parameters of the downstream process, such as the position of one or more valves and / or the pressure at one or more points in the process, be calculated.
  • the first method variant is particularly expedient if, for other reasons, a flow measuring device is already available at a suitable point, the measurement results of which can be used for the new method.
  • the calculation of the flow is to be preferred if a flow measuring device would have to be installed especially for the method. This avoids unnecessarily high investment costs. Regardless of the type of recording of the discharge flow, be it by measurement or by calculation, this can be done with one for both ways the procedure can be obtained with sufficient accuracy.
  • the discharge flow is measured as a mass flow, ie as a mass per unit of time, a conversion must be carried out in order to arrive at the same units for the intake volume flow and the discharge flow.
  • the mass flow is in a fixed relationship with the volume flow via the density of the compressed gas and the density in turn is a function of the pressure.
  • a pressure measurement at the input of the process and a subsequent conversion are required to calculate the discharge flow as volume flow.
  • the minimum intake volume flow that is just permissible is a function of the compressor end pressure.
  • the same minimum flow value, supplied by a common function generator as a function of the compressor pressure, is used for the minimum intake volume flow and for the minimum discharge flow.
  • Another, somewhat more complex process variant provides, in order to enable a higher accuracy and greater influence on the process, that for the minimum intake volume flow and for the minimum discharge flow, independently calculated minimum flow values, each supplied by a separate function generator, are used, the minimum intake volume flow as a function of the compressor end pressure and Minimum discharge flow is determined as a function of pressure at the discharge flow detection point near the entrance of the process.
  • blow-off flow through the blow-off valve is additionally detected and added to the discharge flow.
  • the blow-off flow rate is recorded either by a measurement in the blow-off line upstream and downstream of the blow-off valve or by a calculation which saves its own measuring device.
  • the blow-off flow is calculated by means of a simulation calculation from the position of the blow-off valve and the pressure in front of the blow-off valve. This requires a position indicator on the relief valve, which in practice is often already available for other reasons.
  • the blow-off flow can also be calculated from a control variable for the adjustment of the blow-off valve generated in the blow-off control by simulating the dynamic behavior of the blow-off valve and from the pressure in front of the blow-off valve.
  • a simulation of the dynamic behavior of the valve is no problem with the electronic data processing options available today.
  • the temperature of the medium flowing through the blow-off valve and / or the pressure behind the blow-off valve are additionally measured and included in the calculation of the blow-off flow.
  • other variables influencing the flow through the blow-off valve can also be recorded and included in the calculation.
  • the blow-off valve would be primarily controlled by the changes in the blow-off flow or the sum of this and the discharge flow. This causes the compressor to operate at an unnecessarily large distance from the surge limit.
  • the value for the discharge flow or the sum of this and the value for the blow-off flow before entry into the control can be multiplied by a predeterminable factor which is greater than 1.
  • a predeterminable constant can be added to the value for the discharge flow or to the sum of this and the value for the blow-off flow before entering the control. The result of this is that an undesirable increase in the safety distance from the surge limit only occurs if the error in the discharge flow determination becomes greater than the predetermined factor, which can be 1.1, for example, or as the added size.
  • Another embodiment of the method provides that a correction quantity is added to the value for the discharge flow or the sum of the values for the discharge flow and blow-off flow in an additional device with a large time constant, which is changed until the sum corresponds exactly to the intake volume flow .
  • a suitable choice of the time constant of the additional device which can be implemented by an integrator, for example, can ensure that the compensating effect takes place so slowly that temporary dynamic imbalances between the intake volume flow and the discharge flow rate and between the associated control differences can pass unhindered.
  • the integrator can be limited to certain values, in particular negative values, which prevents the setting of an excessively large safety distance from the surge limit.
  • a further embodiment of the method provides that the values for the discharge flow or the sum of this and the word for the blow-off flow are given as an input signal to a compliant reference, the reference essentially consisting of an integrator with an adjustable time constant, the output signal of which this time constant follows the input signal, and the difference between the input and output signals which occurs temporarily after sudden changes in the input signal as a correction variable for one of the intake volume flow and the minimum intake volume flow formed, used in the normal relief control first control difference.
  • This control difference can be changed directly or by applying the correcting variable with the correct sign to the setpoint or actual value for the calculation of the control difference.
  • Such an earlier reaction is not necessary in the event of disturbances in the direction of an increase in the discharge flow, which is why this regulation is expediently designed to act only in the first-mentioned direction of decrease by means of a flexible reference.
  • FIG. 1 A sequence example of the method according to the invention is explained below with reference to a drawing.
  • the single figure of the drawing shows a schematic representation of a turbocompressor along with associated lines, valves and the like elements together with a control scheme of the method.
  • a turbocompressor 1 is shown, the suction side with an intake line 10 and is connected on the pressure side to an output line 11.
  • a blow-off line 20 branches off from the discharge line 11, into which a blow-off valve 2 is switched on. With the blow-off valve 2 open, part of the gaseous medium conveyed into the discharge line 11 by the compressor 1 can be blown off into the atmosphere by the blow-off line 20.
  • the relief valve 2 is adjustable for this purpose by means of a valve actuation device 21.
  • a non-return valve 3 is inserted into this, as usual. After this check valve 3, the discharge line 11 leads to a process downstream of the compressor 1, which is to be supplied with the compressed gaseous medium.
  • a measuring device 4 is used in the intake line 10, which serves to measure the intake volume flow V ⁇ A flowing through the line 10 to the compressor 1.
  • a further measuring device 5 is arranged in the discharge line 11, which serves to measure the compressor end pressure P E.
  • Another measuring device 6 is finally inserted into the discharge line 11 before the process downstream of the compressor 1. This measuring device 6 is used to measure the discharge flow V ⁇ P to the process, with a conversion into volume per unit of time possibly taking place via the density of the medium at the measuring point if the discharge flow is measured as a mass flow, ie as a mass per unit of time.
  • x d1 is defined as the difference between the minimum flow, here the minimum intake volume flow V ⁇ Amin , and the intake volume flow V ⁇ A.
  • the measured values for the discharge flow V ⁇ P are used to calculate a second control difference x d2 , where x d2 is defined as the difference between the minimum flow, here the minimum discharge flow V ⁇ Pmin and the measured discharge flow V ⁇ P.
  • x d2 is defined as the difference between the minimum flow, here the minimum discharge flow V ⁇ Pmin and the measured discharge flow V ⁇ P.
  • the same minimum flow rate is used for both control difference formation in the present example, ie here the minimum intake volume flow rate Vstrom amine is equal to the minimum discharge flow rate V ⁇ Pmin .
  • a separate minimum delivery flow can also be calculated.
  • the two control differences x d1 and x d2 are fed to a maximum value selection. In this maximum value selection, the larger of the two control difference values is selected and fed to the blow-off control as control difference x d .
  • the blow-off control calculates a control variable y from the control difference x d supplied to it, which is applied to the already mentioned valve actuation device 21 for adjusting the blow-off valve 2 and there causes a corresponding adjustment of the blow-off valve 2.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung des Pumpens eines einen nachgeschalteten Prozeß über eine Abgabeleitung mit einem gasförmigen Druckmedium versorgenden Turboverdichters, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein Verfahren der genannten Art ist aus der DE-B- 11 07 887 bekannt. Dieses Verfahren benutzt zwei voneinander unabhängige Regelvorrichtungen, nämlich eine übliche, langsam wirkende und eine zusätzliche, schnell wirkende Regelvorrichtung. Die übliche Regelvorrichtung arbeitet in bekannter Weise nach Maßgabe einer Regeldifferenz, die in Abhängigkeit von Ansaugvolumenstrom und Enddruck des Verdichters bestimmt wird. Die zusätzliche Regelvorrichtung arbeitet nach Maßgabe von nahe dem nachgeschalteten Prozeß erfaßten Werten für Druck oder Durchfluß des verdichteten Mediums und bewirkt bedarfsweise eine rasche teilweise oder vollständige Öffnung des einzigen Abblaseventils oder eines zusätzlichen, parallelen Abblaseventils.
  • Als nachteilig wird bei diesem Verfahren angesehen, daß es zu seiner Durchführung zwei unabhängige, nebeneinander arbeitende Regelvorrichtungen erfordert, was einen hohen technischen Aufwand darstellt.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei vergleichsweise geringem zusätzlichen Aufwand auch bei aus einem dem Verdichter nachgeschalteten Prozeß herrührenden Störungen eine sehr sichere, sowohl ein Pumpen des Verdichters als auch Druckeinbrüche auf der Druckseite des Verdichters verhindernde Regelung des Verdichters gewährleistet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Das neue Regelverfahren erfordert für seine Durchführung nur eine Regelvorrichtung für die Abblaseregelung, der diejenige von zwei Regeldifferenzen zugeführt wird, die zuerst eine Störung oder die die größere Störung signalisiert. Der zusätzliche Aufwand für die Durchführung des neuen Regelverfahrens ist also vorteilhaft gering; es wird aber dennoch sichergestellt, daß sowohl Störungen, deren Ursache im Bereich des Turboverdichters liegt, als auch Störungen, die aus einem nachgeschalteten Prozeß herrühren, frühzeitig erkannt und in entsprechende Regelvorgänge umgesetzt werden. Hierdurch wird ein sicherer Betrieb des Turboverdichters ohne Pumpen und ohne Druckeinbrüche im nachgeschalteten Prozeß gewährleistet.
  • Der Abgabedurchfluß kann entweder durch eine entsprechende Meßeinrichtung in einer zum Prozeß geführten Druckleitung für das Druckmedium unmittelbar gemessen oder in einer Simulation aus Parametern des nachgeschalteten Prozesses, wie z.B. der Stellung eines oder mehrerer Ventile und/oder des Druckes an einer oder mehreren Stellen des Prozesses, berechnet werden. Die erste Verfahrensvariante ist besonders dann zweckmäßig, wenn aus anderen Gründen bereits eine Durchflußmeßeinrichtung an geeigneter Stelle vorhanden ist, deren Meßergebnisse für das neue Verfahren genutzt werden können. Die Berechnung des Durchflusses ist dann zu bevorzugen, wenn eigens für das Verfahren eine Durchflußmeßeinrichtung installiert werden müßte. Hierdurch werden unnötig hohe Investitionskosten vermieden. Unabhängig von der Art der Erfassung des Abgabedurchflusses, sei es durch Messung oder durch Berechnung, kann dieser auf beiden Wegen mit einer für das Verfahren ausreichenden Genauigkeit gewonnen werden. Wird der Abgabedurchfluß als Massenstrom, d.h. als Masse je Zeiteinheit, gemessen, muß noch eine Umrechnung erfolgen, um zu gleichen Einheiten bei Ansaugvolumenstrom und Abgabedurchfluß zu kommen. Der Massenstrom steht über die Dichte des verdichteten Gases mit dem Volumenstrom in einer festen Beziehung und die Dichte wiederum ist eine Funktion des Druckes. In diesem Fall ist also zur Berechnung des Abgabedurchflusses als Volumenstrom neben der Erfassung des Massenstroms auch eine Druckmessung am Eingang des Prozesses sowie eine anschließende Umrechnung erforderlich.
  • Wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben, ist der gerade noch zulässige Minimalansaugvolumenstrom eine Funktion des Verdichterenddruckes. Das gleiche gilt für den Minimalabgabedurchfluß unter der oft erfüllten Voraussetzung, daß der Druck des Druckmediums auf dessen weiterem Weg zum Prozeß im wesentlichen konstant bleibt. In dieser einfachen Verfahrensvariante ist daher vorgesehen, daß für den Minimalansaugvolumenstrom und für den Minimalabgabedurchfluß der gleiche, von einem gemeinsamen Funktionsgeber in Abhängigkeit vom Verdichterendruck gelieferte Minimaldurchflußwert verwendet wird. Eine andere, etwas aufwendigere Verfahrensvariante sieht zur Ermöglichung einer höheren Genauigkeit und größeren Beeinflußbarkeit des Verfahrens vor, daß für den Minimalansaugvolumenstrom und für den Minimalabgabedurchfluß unabhängig voneinander berechnete, von je einem eigenen Funktionsgeber gelieferte Minimaldurchflußwerte verwendet werden, wobei der Minimalansaugvolumenstrom als Funktion des Verdichterenddrucks und der Minimalabgabedurchfluß als Funktion des Drucks an der Abgabedurchfluß-Erfassungsstelle nahe dem Eingang des Prozesses bestimmt wird.
  • Um das neue Verfahren auch bei Betriebszuständen des Verdichters mit geöffnetem Abblaseventil mit ausreichender Genauigkeit anwenden zu können, ist vorgesehen, daß zusätzlich der Abblasedurchfluß durch das Abblaseventil erfaßt und zu dem Abgabedurchfluß addiert wird. Die Erfassung des Abblasedurchflusses erfolgt entweder durch eine Messung in der dem Abblaseventil vor- und nachgeschalteten Abblaseleitung oder durch eine eine eigene Meßeinrichtung einsparende Berechnung. Eine Möglichkeit der Berechnung besteht darin, daß der Abblasedurchfluß durch eine Simulationsrechnung aus der Stellung des Abblaseventils und dem Druck vor dem Abblaseventil berechnet wird. Hierzu ist ein Stellungsmelder am Abblaseventil erforderlich, der in der Praxis häufig schon aus anderen Gründen vorhanden ist. Wenn ein derartiger Stellungsmelder eingespart werden soll, kann der Abblasedurchfluß auch aus einer in der Abblaseregelung erzeugten Regelgröße für die Verstellung des Abblaseventils durch Simulation des dynamischen Verhaltens des Abblaseventils und aus dem Druck vor dem Abblaseventil berechnet werden. Eine solche Simulation des dynamischen Verhaltens des Ventils ist mit den heute verfügbaren Möglichkeiten der elektronischen Datenverarbeitung kein Problem.
  • Zwecks Erzielung einer höheren Genauigkeit bei der Bestimmung des Abblasedurchflusses ist vorgesehen, daß zusätzlich die Temperatur des durch das Abblaseventil strömenden Mediums und/oder der Druck hinter dem Abblaseventil gemessen und in die Berechnung des Abblasedurchflusses einbezogen werden. Außer Temperatur und/oder Druck können auch noch weitere, den Durchfluß durch das Abblaseventil beeinflussende Größen erfaßt und in die Berechnung einbezogen werden.
  • Aufgrund von verbleibenden Ungenauigkeiten bei der Messung oder Berechnung des Abgabedurchflusses und gegebenenfalls des Abblasedurchflusses kann es vorkommen, daß der ermittelte Durchfluß kleiner ist als der tatsächliche Durchfluß. In diesem Fall würde das Abblaseventil primär durch die Änderungen des Abblasdurchflusses bzw. der Summe aus diesem und dem Abgabedurchfluß gesteuert. Dadurch kommt es zu einem Betrieb des Verdichters mit einem unnötig großen Abstand von der Pumpgrenze. Um dies zu vermeiden, kann der Wert für den Abgabedurchfluß oder die Summe aus diesem und dem Wert für den Abblasedurchfluß vor Eingang in die Regelung mit einem vorgebbarem Faktor, der größer als 1 ist, multipliziert werden. Alternativ kann mit dem gleichen Ziel zu dem Wert für den Abgabedurchfluß bzw. zu der Summe aus diesem und dem Wert für den Abblasedurchfluß vor Eingang in die Regelung eine vorgebbare Konstante addiert werden. Dies hat zur Folge, daß eine unerwünschte Vergrößerung des Sicherheitsabstandes zur Pumpgrenze nur noch dann eintritt, wenn der Fehler in der Abgabedurchflußbestimmung größer wird als der vorgegebene Faktor, der z.B. 1,1 sein kann, oder als die addierte Größe.
  • Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß in einer Zusatzeinrichtung mit großer Zeitkonstante eine Korrekturgröße auf den Wert für den Abgabedurchfluß oder die Summe aus den Werten für den Abgabedurchfluß und Abblasedurchfluß addiert wird, die so lange verändert wird, bis die Summe genau dem Ansaugvolumenstrom entspricht. Durch geeignete Wahl der Zeitkonstanten der Zusatzeinrichtung, die z.B. durch einen Integrierer realisierbar ist, kann gewährleistet werden, daß die kompensierende Wirkung so langsam erfolgt, daß vorübergehende dynamische Ungleichgewichte zwischen Ansaugvolumenstrom und Abgabedurchfluß sowie zwischen den zugehörigen Regeldifferenzen ungehindert passieren können. Ergänzend kann der Integrierer auf bestimmte Werte, insbesondere negative Werte begrenzt werden, wodurch die Einstellung eines zu großen Sicherheitsabstandes von der Pumpgrenze verhindert wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Werte für den Abgabedurchfluß oder die Summe aus diesem und dem Wort für den Abblasedurchfluß als Eingangssignal auf eine nachgebende Referenz gegeben werden, wobei die Referenz im wesentlichen aus einem Integrierer mit einstellbarer Zeitkonstante besteht, dessen Ausgangssignal mit dieser Zeitkonstante dem Eingangssignal folgt, und wobei die nach plötzlichen Änderungen des Eingangssignals vorübergehend auftretende Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangssignal als Korrekturgröße für eine aus Ansaugvolumenstrom und Minimalansaugvolumenstrom gebildete, in die normale Abblaseregelung eingehende erste Regeldifferenz verwendet wird. Hierdurch wird bei plötzlicher Abnahme des Abgabedurchflusses ein früheres und/oder verstärktes Eingreifen der normalen Abblaseregelung bewirkt. Diese Regeldifferenz kann dabei unmittelbar selbst oder auch durch vorzeichenrichtige Aufschaltung der Korrekturgröße auf den Soll- oder Istwert für die Berechnung der Regeldifferenz verändert werden. Eine derartige frühere Reaktion ist bei Störungen in Richtung einer Zunahme des Abgabedurchflusses nicht erforderlich, weshalb zweckmäßig diese Regelung mittels nachgebender Referenz als nur in der erstgenannten Abnahme-Richtung wirkend ausgestaltet ist.
  • Schließlich besteht noch die Möglichkeit, daß der Abgabedurchfluß in Form mehrerer einzelner Teil-Abgabedurchflüsse an unterschiedlichen, möglichen Störstellen benachbarten Punkten des dem Verdichter nachgeschalteten Prozesses erfaßt wird und daß für jeden Teil-Abgabedurchfluß unabhängig voneinander von je einem eigenen Funktionsgeber in Abhängigkeit vom herrschenden Verdichterenddruck eigene Minimaldurchflußwerte berechnet werden. Hier ist zwar ein höherer Verfahrensaufwand in Kauf zu nehmen, es wird jedoch ein frühestmögliches Reagieren der Abblaseregelung auf Störungen aus dem nachgeschalteten Prozeß gewährleistet.
  • Ein Ablaufbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung einen Turboverdichter nebst zugehörigen Leitungen, Ventilen und dergleichen Elementen zusammen mit einem Regelschema des Verfahrens.
  • Im oberen Teil der Figur ist ein Turboverdichter 1 dargestellt, der saugseitig mit einer Ansaugleitung 10 und druckseitig mit einer Abgabeleitung 11 verbunden ist. Von der Abgabeleitung 11 zweigt eine Abblaseleitung 20 ab, in die ein Abblaseventil 2 eingeschaltet ist. Durch die Abblaseleitung 20 kann bei geöffnetem Abblaseventil 2 ein Teil des vom Verdichter 1 in die Abgabeleitung 11 geförderten gasförmigen Mediums in die Atmosphäre abgeblasen werden. Das Abblaseventil 2 ist hierzu mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung 21 verstellbar. Im weiteren Verlauf der Abgabeleitung 11 ist in diese, wie üblich, eine Rückschlagklappe 3 eingesetzt. An diese Rückschlagklappe 3 anschließend führt die Abgabeleitung 11 zu einem dem Verdichter 1 nachgeschalteten Prozeß, der mit dem komprimierten gasförmigen Medium zu versorgen ist.
  • Vor dem Verdichter 1 ist in die Ansaugleitung 10 eine Meßeinrichtung 4 eingesetzt, die dazu dient, den durch die Leitung 10 zum Verdichter 1 strömenden Ansaugvolumenstrom V̇A zu messen. In Strömungsrichtung hinter dem Verdichter 1 ist in der Abgabeleitung 11 eine weitere Meßeinrichtung 5 angeordnet, die dazu dient, den Verdichterenddruck PE zu messen. Eine weitere Meßeinrichtung 6 ist schließlich noch vor dem dem Verdichter 1 nachgeschalteten Prozeß in die Abgabeleitung 11 eingesetzt. Diese Meßeinrichtung 6 dient zur Messung des Abgabedurchflusses V̇P zum Prozeß, wobei ggf. noch über die Dichte des Mediums an der Meßstelle eine Umrechnung in Volumen je Zeiteinheit erfolgt, wenn der Abgabedurchfluß als Massenstrom, d. h. als Masse je Zeiteinheit, gemessen wird.
  • Wie aus dem Regelschema in der Figur ersichtlich ist, werden die gemessenen Werte des Verdichterenddrucks PE zur Berechnung des bei dem jeweiligen Druck PE gerade noch zulässigen Minimaldurchflusses V̇Amin verwendet. Hieran schließt sich die Berechnung einer ersten Regeldifferenz xd1 an, wobei xd1 als Differenz aus dem Minimaldurchfluß, hier dem Minimalansaugvolumenstrom V̇Amin, und dem Ansaugvolumenstrom V̇A definiert ist.
  • Die gemessenen Werte für den Abgabedurchfluß V̇P werden zur Berechnung einer zweiten Regeldifferenz xd2 verwendet, wobei xd2 definiert ist als Differenz aus dem Minimaldurchfluß, hier dem Minimalabgabedurchfluß V̇Pmin und dem gemessenen Abgabedurchfluß V̇P. Für beide Regeldifferenzbildungen wird im vorliegenden Beispiel jeweils derselbe Minimaldurchfluß verwendet, d. h. daß hier der Minimalansaugvolumenstrom V̇Amin gleich dem Minimalabgabedurchfluß V̇Pmin ist. Alternativ kann auch ein gesonderter Minimalabgabedurchfluß berechnet werden.
  • Die beiden Regeldifferenzen xd1 und xd2 werden einer Maximalwertauswahl zugeführt. In dieser Maximalwertauswahl wird der größere der beiden Regeldifferenzwerte ausgewählt und als Regeldifferenz xd der Abblaseregelung zugeführt. Die Abblaseregelung berechnet aus der ihr zugeführten Regeldifferenz xd eine Stellgröße y, die auf die bereits erwähnte Ventilbetätigungseinrichtung 21 zur Verstellung des Abblaseventils 2 gegeben wird und dort eine entsprechende Verstellung des Abblaseventils 2 bewirkt.
  • Aus diesem ein einfaches Ablaufbeispiel des Verfahrens darstellenden Regelschema ist ersichtlich, daß bei einer Durchflußänderung, die ihre Ursache in dem dem Verdichter 1 nachgeschalteten Prozeß hat, zunächst eine Änderung des Abgabedurchflusses V̇P erfolgt, bevor sich der Ansaugvolumenstrom V̇A ändert. Diese Änderung wird frühzeitig von der Meßeinrichtung 6 erfaßt, was über die Regeldifferenzbildung, die Maximalwertauswahl und die Abblaseregelung zu einer frühen und damit rechtzeitigen Reaktion des Abblaseventils 2 führt, auch wenn die Meßeinrichtung 4 für den Ansaugvolumenstrom V̇A noch keine Veränderung des Durchflusses feststellt. Ein Pumpen des Verdichters wird so sicher vermieden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Vermeidung des Pumpens eines einen nachgeschalteten Prozeß über eine Abgabeleitung (11) mit einem gasförmigen Druckmedium versorgenden Turboverdichters (1) mittels Abblaseregelung, bei welchem der Ansaugvolumenstrom (VA) und der Verdichterenddruck (PE) kontinuierlich erfaßt werden und bei welchem aus dem Ansaugvolumenstrom (VA) und einem vom Verdichterenddruck (PE) abhängigen, noch zulässigen, oberhalb des Pumpgrenzvolumenstromes liegenden Minimalansaugvolumenstrom (VAmin) eine erste Regeldifferenz (Xd1) gebildet wird, welche mittels einer Abblaseregelung durch geregeltes Öffnen wenigstens eines Abblaseventils (2) sicherstellt, daß der Ansaugvolumenstrom (VA) durch den Verdichter (1) oberhalb von dessen Pumpgrenze gehalten wird und wobei in der Nähe des Eingangs des dem Verdichter (1) nachgeschalteten Prozesses der Abgabedurchfluß (VP) zu dem dem Verdichter (1) nachgeschalteten Prozeß erfaßt wird und bei Überschreiten eines Grenzwertes durch diesen Abgabedurchfluß (VP) auch ein Öffnen des Abblaseventils (2) erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Grenzwert ein noch zulässiger druckabhängig variierender Minimalabgabedurchfluß (VPmin) ist, der in Abhängigkeit von einem Druck auf der Abgabeleitung (11) bestimmt wird, wobei eine zweite Regeldifferenz (Xd2) aus Abgabedurchfluß (VP) und Minimalabgabedurchfluß (VPmin) gebildet wird, wobei die beiden Regeldifferenzen (Xd1, Xd2) einer Maximalwertauswahl zugeführt werden und wobei der größere der beiden Regeldifferenzwerte ausgewählt und der Abblaseregelung zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabedurchfluß (VP) gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabedurchfluß (VP) in einer Simulation aus Parametern des nachgeschalteten Prozesses, wie der Stellung eines oder mehrerer Ventile und/oder des Druckes an einer oder mehreren Stellen des Prozesses, berechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Minimalansaugvolumenstrom (VAmin) und für den Minimalabgabedurchfluß (VPmin) der gleiche, von einem gemeinsamen Funktionsgeber in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck (PE) gelieferte Minimaldurchflußwert verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Minimalansaugvolumenstrom (VAmin) und für den Minimalabgabedurchfluß (VPmin) unabhängig voneinander berechnete, von je einem eigenen Funktionsgeber gelieferte Minimaldurchflußwerte verwendet werden, wobei der Minimalansaugvolumenstrom (VAmin) als Funktion des Verdichterenddrucks (PE) und der Minimalabgabedurchfluß (VPmin) als Funktion des Drucks an der Abgabedurchfluß-Erfassungsstelle nahe dem Eingangs des Prozesses bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Abblasedurchfluß (VB) durch das Abblaseventil (2) erfaßt und zu dem Abgabedurchfluß (VP) addiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abblasedurchfluß (VB) gemessen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abblasedurchfluß (VB) durch eine Simulationsrechnung aus der Stellung des Abblaseventils (2) und dem Druck vor dem Abblaseventil (2) berechnet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abblasedurchfluß (VB) aus einer in der Abblaseregelung erzeugten Regelgröße (y) für die Verstellung des Abblaseventils (2) und aus dem Druck vor dem Abblaseventil (2) durch Simulation des dynamischen Verhaltens des Abblaseventils (2) berechnet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Temperatur des durch das Abblaseventil (2) strömenden Mediums und/oder der Druck hinter dem Abblaseventil (2) gemessen und in die Berechnung des Abblasedurchflusses (VB) einbezogen werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für den Abgabedurchfluß (VP) oder die Summe aus diesem und dem Wert für den Abblasedurchfluß (VB) vor Eingang in die Regelung mit einem vorgebbarem Faktor, der größer als 1 ist, multipliziert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Wert für den Abgabedurchfluß (VP) oder zu der Summe aus diesem und dem Wert für den Abblasedurchfluß (VB) vor Eingang in die Regelung eine vorgebbare Konstante addiert wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zusatzeinrichtung mit großer Zeitkonstante eine Korrekturgröße auf den Wert für den Abgabedurchfluß (VP) oder die Summe aus den Werten für den Abgabedurchfluß (VP) und Abblasedurchfluß (VB) addiert wird, die so lange verändert wird, bis die Summe genau dem Ansaugvolumenstrom (VA) entspricht.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für den Abgabedurchfluß (VP) oder die Summe aus diesem und dem Wert für den Abblasedurchfluß (VB) als Eingangssignal auf eine nachgebende Referenz gegeben werden, wobei die Referenz im wesentlichen aus einem Integrierer mit einstellbarer Zeitkonstante besteht, dessen Ausgangssignal mit dieser Zeitkonstante dem Eingangssignal folgt, und wobei die nach plötzlichen Änderungen des Eingangssignals vorübergehend auftretende Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangssignal als Korrekturgröße für eine aus Ansaugvolumenstrom (VA) und Minimalansaugvolumenstrom (VAmin) gebildete, in die normale Abblaseregelung eingehende erste Regeldifferenz (Xd1) verwendet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabedurchfluß (VP) in Form mehrerer einzelner Teil-Abgabedurchflüsse an unterschiedlichen, möglichen Störstellen benachbarten Punkten des dem Verdichter (1) nachgeschalteten Prozesses erfaßt wird und daß für jeden Teil-Abgabedurchfluß unabhängig voneinander von je einem eigenen Funktionsgeber in Abhängigkeit vom herrschenden Verdichterenddruck (PE) eigene Minimaldurchflußwerte berechnet werden.
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