WO2014067735A2 - Vermeidung von drehschwingungen bei turbomaschinen - Google Patents

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    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/30—Flywheels
    • F16F15/31—Flywheels characterised by means for varying the moment of inertia

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a variable or constant speed drivable, at least one configurational torsional natural frequency on ⁇ facing drive train of a turbomachine (turbomachine, briefly in the following only powertrain), in particular a compressor train in which the drive train with it changing or constant speed is driven, wherein the drive train of the drive train is excited by an external excitation with changing excitation frequency.
  • a turbomachine turbomachine, briefly in the following only powertrain
  • the invention relates to an arrangement with such a turbomachinery or drive train, in particular a compressor train.
  • Compressor devices are used in various industries for various applications involving compression or compression of fluids, particularly (process) gases.
  • turbo compressors in mobile industrial applications, such as in exhaust gas turbochargers or in jet engines, or in stationary industrial applications, such as gear or turbo compressors for chemical or petrochemical plants, for example, for air separation or natural gas liquefaction.
  • a turbocompressor which operates continuously in its mode of operation, the pressure increase (compression) of the fluid is brought about by an angular momentum of the fluid from inlet to outlet through a rotating, radially extending impeller of the turbo-compressor due to the rotation of the blades is increased.
  • increase the pressure and temperature of the fluid while the relative (flow) Ge ⁇ speed of the fluid in the impeller or Turbolaufrad decreases.
  • a plurality of such compressor stages can be connected in series.
  • turbocompressors As known types of turbocompressors, a distinction is made between radial, axial and combined axial-radial compressors or between single-shaft and gear compressors.
  • the fluid to be compressed for example a process gas
  • the fluid to be compressed flows in a direction parallel to the axis (axial direction) through the compressor.
  • the gas flows axially into the impeller of
  • Compressor stages on or over one and the same shaft is or are implemented, are in ( Kistufi ⁇ gen) Getriebeturboverdichtern (shortly hereinafter also only gear compressor), the individual compressor stages to one
  • a drive of a compressor is generally carried out by means of a mechanically or torque-coupled to the compressor drive unit, for example one (Electric) engine or a turbine.
  • a mechanically or torque-coupled to the compressor drive unit for example one (Electric) engine or a turbine.
  • Output shaft is indirectly, for example, under
  • This mechanical drive / output system of the compressor ie the entire mechanical, the torque transmitting chain from, for example, output shaft (-n), clutch (s), (intermediate) transmission (-n), output shaft (-n), when Compressor is referred to as a compressor train - generally in turbomachinery as a machine or drive train only. Also can or can at this compressor line - in addition to the compressor - another or more Turboma ⁇ machines - with appropriate elements, such as shafts, clutches, gears, etc., be connected, which should then also mitumutzt with the compressor train. It is well known with different methods of
  • Compressor design and operation such as throttling, adjustment of preciselyleitgittern or adjustment of operating speeds, an adjustable compressor map to erzeu ⁇ gen.
  • Compressor strands are driving
  • Inverter-controlled electric motors are used to enable an operating speed range of the system or of the compressor (power range of the system) or to generate the speed or compressor characteristic map.
  • Compressor train required - speed change in
  • Compressor train by appropriate control of the
  • a frequency converter is, for example, a power converter that generates an alternating voltage (both single-phase alternating current and three-phase alternating current) with a specific frequency that can be varied in amplitude and frequency. With this converted voltage then a consumer, usually a three-phase motor, operated.
  • torsion-exciting frequency components are generated in addition to a supply frequency of the electric motor.
  • exciting frequency components predominantly harmonic and interharmonic excitations, can cause torsional resonances in the compressor train, i. in components and / or components of the mechanical drive system or in the compressor train cause.
  • torsional resonances lead to vibrations in the components or components of the compressor train, in particular to torsional vibrations in waves and / or radial vibrations in intermediate gears.
  • the invention is thus based on the object, vibrational ⁇ related component damage and failures to prevent or decrease in drive ⁇ strands of turbomachinery.
  • the object is drivable by a method for operating a variable or constant speed, at least one configuration certain torsion on ⁇ facing drive train of a turbomachine (turbomachinery train, hereinafter referred to as drive train), and by a purchase order with such a driveline with the features according to the respective independent claim solved.
  • This drivetrain is excited at its korierever Slichem or speed constant drive by an external excitation with changing excitation frequency or this drive train is excitable at the variable speed or speed constant drive by an external excitation with changing excitation frequency. If the external excitation of the drive train approaches a torsional vibration of the drive train, a torsional resonance (resonance condition) in the drive train, ie in components and / or components of the mechanical drive system or in the drive train, can occur.
  • the invention "manipulates” in the event of an external excitation or operational excitation frequency of the drive train approaching a torsional natural frequency of the drive train.
  • the invention shifts the torsional natural frequency (away from the operational excitation frequency), thus establishing a sufficient distance between the altered / manipulated torsional natural frequency and the operational excitation frequency or the external excitation to the (altered / manipulated) resonance condition.
  • the invention achieves that an operating point of the on ⁇ driveline with there occurring external excitation of the drive train can always be kept different from a Torsionsresonanzbe ⁇ condition of the drive train.
  • turbomachines such as compressors
  • torsional resonance states with non-permanently transferable dynamic torsional torques or torsional vibrations are thereby avoided.
  • the arrangement according to the invention has a switchable drive line element which changes at least one configuration-specific torsional natural frequency of the drive train and a control unit.
  • This control unit determines an approximation of the excitation ⁇ frequency of the external stimulus to the at least one torsion of the drive train and controls, when the Annäh- is determined tion or detected, the circuit of the on ⁇ drive train elements for changing the at least one torsion natural frequency of the driveline.
  • the invention means with the switchable, the at least one configurational Torsionseigenfrequenz the drive train ⁇ changing drivetrain an element or component of the drive train, such as a mass element, such as a flywheel, in particular an annular mass of steel, which is manipulated / switchable.
  • the configuration-determined torsional natural frequency of the drive train is then influenced / changed.
  • this Torsionseigenfrequenz - influencing / changing manipulation / circuit of the drive strand element, a position and / or shape and / or Ge ⁇ stalt selectedung and / or a change in a material property of the Antriebstrangelements be that changes the Konfigu ⁇ ration of the drive train .
  • the rigidity of the drive train can be changed via the manipulation / switching of the drive train element, such as the position and / or shape and / or shape and / or material property change of the drive train element, or via the configuration change of the drive train.
  • This change in the rigidity of the powertrain then leads to the change in torsional natural frequency.
  • the "shift amount / value" is greater than twice a switching threshold, which then can be pushed over them.
  • an operating point - in particular ⁇ sondere in continuous operation - of the drive train can be always kept in deviation from a Torsionsresonanzbedingung of the drive train with local kicking on ⁇ external excitation of the drive train.
  • Under permanent or permanent operation / operating state can be understood for a predetermined period of time and stopped or sustained for this period (operating) state. This period usually exceeds a period of one or a few seconds.
  • turbomachines such as compressors
  • torsional resonance states with non-permanently transferable dynamic torsional torques or torsional vibrations are thereby avoided.
  • Torsionsresonanz arises, high vibrations in the components or components of the drive train, thereby caused component loads with possible component damage,
  • a further particular advantage of the invention is that a selection of a drive unit for the drive train, such as a converter-controlled electric motor with a converter, can be made without any particular restriction.
  • Integrating the invention in the drive concept or in the concept of a drive unit for a Turboma ⁇ machine, for example, in a drive train with the ver ⁇ ;lichen or constant speed drivable
  • Frequency converter-driven drive unit for example ei ⁇ NEN electric motor, and / or with a drive unit leading frequency
  • a "universal" drive unit - regardless of a specifi ⁇ rule drive or rotor dynamics of a turbomachine - are provided That is, the invention can be provided as a "universal" system that can be adapted with little effort to all possible turbomachinery and their individual drive or rotor dynamics.
  • the invention and / or any further development described can also be realized by a computer program product which has a storage medium on which a computer program is stored. stored terprogramm, which carries out the invention and / or training.
  • the at least one torsional natural frequency of the drive train is changed by a change in rigidity of the drive train or in the drive train. That is, the rigidity of the drive train, in particular by a change in the configuration in the drive train, changed when the approximation of the excitation frequency of the external excitation of the drive train to the at least one torsional natural frequency of the drive train Festge ⁇ is or is.
  • the stiffness is a quantity that describes the resistance of a body to deformation by a force or a torque.
  • the rigidity of a body determines its egg ⁇ gene frequencies, so that change in the stiffness and the natural frequencies of the body.
  • the rigidity of a body depends on its material or material as well as its geometry / configuration.
  • the change in stiffness of the drive train is realized by a change in the confi guration ⁇ in the drive train.
  • Such a configuration change in the powertrain may be accomplished by stiffening / loosening a connection between the drive line element and another drive line element, i. be realized by stiffening / loosening a connection between two drive line elements, or by coupling / decoupling of the drive line element to / from the drive train.
  • the drive train several such rigidizable / lockerbare Verbindun ⁇ gene between the two drive train elements and / or several such couplable / decouplable drive train elements.
  • a particularly simple implementation can thereby be he rich ⁇ when the drive train element one - is additional flywheel - which can be arranged at a suitable location in / on the drive train.
  • the power train element, or such an additional mass is not on the drive side in / on the drive ⁇ strand. Since this is often difficult or impossible for constructional reasons, the drive train or such additional mass can also be arranged on the drive side in / on the drive train.
  • Such additional flywheel mass is brought at a suitable point in / on the drive train (additional mass moment of inertia), ie the drive train element coupled only very loosely, "a white ⁇ che spring", so the fact that Eigenfre ⁇ frequencies of the drive train does not change or hardly .
  • the newly added by the on ⁇ brin account the additional flywheel mass eigenmode with a knot near the attachment of the auxiliary flywheel mass in / on the drive train has a very low frequency and can be tuned so that thereby no problems at ⁇ drive train can be expected.
  • the external excitation (too much) of the at least one Torsionseigenfrequenz (or a Torsionseigenfrequenz) of the drive train approaches, the - loose, "coupled via a soft spring” - Ver ⁇ binding of the additional flywheel to the drive train stiffened.
  • the additional flywheel is rigidly coupled to the drive train.
  • the torsional natural frequency of the drive train is shifted, - just so far - that no inadmissibly high vibration amplitudes are possible. If the external excitation or the excitation frequency of the external excitation shifts further, due to operational or drive-related reasons, and thus approaches the shifted torsional natural frequency, the
  • Connection / coupling / stiffening again be switched to "soft”, ie be solved so that again sufficient Ab- stood between external excitation and torsion natural frequency.
  • the stiffening / loosening of the connection and / or the coupling / decoupling of the drive line element can / can be done using a, in particular pneumatically, hydraulically or electromagnetically switchable, coupling.
  • the drive train comprises a drive train of the shiftable element, in particular pneumatically, hydraulically or electromagnetically switchable, controlled by the control unit on ⁇ clutch.
  • An electric supply of magnetic coils used for this purpose can be done via a rotating coil set, which forms an armature of an alternator - coaxially on a shaft in the drive train.
  • a rotating coil set which forms an armature of an alternator - coaxially on a shaft in the drive train.
  • the approximation of the excitation frequency of the external excitation of the drive train to the at least one torsion of the drivetrain at least one torsion natural frequency is determined by a comparison of the excitation frequency ⁇ with.
  • the approximation can be established when a predefinable limit value has been undershot during the comparison of the excitation frequency with the at least one torsional natural frequency.
  • the control unit may then be a control command "switching" or "engagement” for switching the drive train element giving, which then - in circuit of the power train element - which is changed at least one Torsionseigenfre acid sequence of the powertrain or moved.
  • the excitation frequency of the external excitation of the drive train in particular during the drive of the drive ⁇ strand, ie online, are calculated.
  • the at least one torsion of the drive train - can be calculated as gegebe ⁇ appropriate, additional torsional of the powertrain.
  • the approximation of the excitation frequency of the external excitation of the drive train to the at least one Torsionsei ⁇ frequency of the drive train can be determined by determining a dynamic torsional load in the drive train.
  • a load variable representing the dynamic torsional load in the drive train ie a load value, in particular a dynamic torsional moment in the drive train or an alternating portion of a torsional voltage in the drive train, a dynamic shaft speed in the drive train, a dynamic relative shaft vibration in the drive train or a dynamic torque-forming current of a drive unit of the drive train, are determined or measured.
  • the approach can then be detected when the exceeds the determined dynamic torsional descriptive Bela ⁇ tung value a predeterminable limit value, usually a Ma ⁇ ximalbelastung or a maximum value.
  • the Torsionseigenfre- frequency may be changed or switched the drive train element, coupled with ⁇ play, be.
  • the torsional resonance is "resolved” by shifting the torsional natural frequency.
  • the "shift amount / value" is greater than twice a switching threshold, which then can be pushed over them.
  • the dynamic torsional moment is preferably measured in the drive train or on a component, in particular on a shaft or a coupling, of the drive train. Torsion measurements on
  • the measurement of the dynamic torque is carried out by means of the DMS technology.
  • Coupling of the drive train are applied, by means of which the torsional moment, i. In general, the load value, and thus the dynamic torsional load in the drive train is measurable.
  • a coupling is therefore particularly suitable because there is the location of the highest rotation in the drive train.
  • the load value can also be dynamic shaft ⁇ number in the compressor train
  • the dynamic relative wave Vibration in the compressor train or the dynamic torque-generating current of the drive unit can be used. These sizes also give the dynamic torsional load in the
  • a drive unit driving the drive train at a variable speed can be provided.
  • Be ⁇ vorzugt a frequenzumrichterméer electric motor may be provided herein, wherein the electric motor is controlled using the frequency converter for changing the speed and / or for compensating for a line frequency.
  • the drive train usually has a plurality of configuration-specific torsional natural frequencies.
  • the excitation frequency of the external excitation approaches one of the several torsional natural frequencies, at least this one torsional natural frequency of the drive train is changed.
  • a turbocompressor in particular a single-shaft turbocompressor or a gear turbo compressor, the invention or the arrangement according to the invention, ie the drive train, the switchable drive train element and the control unit, so that by the invention then the turbo compressor or the operation of the turbocompressor according to the invention in Vermei ⁇ tion of a continuous operation in the torsional resonance or otherwise occurring there torsional vibrations can be controlled.
  • the invention can also be used in a large-scale plant, in particular in a chemical or petrochemical plant, such as a plant for air separation or a plant for (natural gas) liquefaction, which then has the compressor line.
  • a chemical or petrochemical plant such as a plant for air separation or a plant for (natural gas) liquefaction, which then has the compressor line.
  • Darge ⁇ provides, which will be explained in more detail below.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a compressor system with a driven by means of a converter-driven Elektromo ⁇ sector compressor train according to an embodiment
  • Compressor with switchable additional flywheel mass on the compressor according to one embodiment
  • Compressor with switchable additional flywheel mass on the compressor according to the embodiment.
  • Embodiment Avoidance of torsional vibrations or frequency converter excited torsional resonances on drive trains of turbomachinery by variable natural frequencies 1 shows - schematically - a compressor system 50, wherein ⁇ play a to a Ergasverroughung, with
  • Compressor train 1 by appropriate control of the
  • Compressor train 1 driving drive unit 2 (electric motor) by means of an electronic frequency converter 3rd
  • Compressor train 1 can torsional resonances (resonant condition) in the compressor train 1, ie in components 4 (shaft, clutch, output / drive shaft) of the mechanical drive system or in the approach to configura ⁇ tion tioned Torsionseigenfrequenzen the compressor train 1
  • Compressor train 1 such as waves or couplings, among others, cause. These torsional resonances lead to vibrations and loads in the components 4 of the compressor train 1 and can lead to component failure in the compressor train 1.
  • a stationary operation ie a stationary operation (continuous operation) outside the Torsionsre ⁇ sonances, sees the compressor system 50 ei ⁇ ne - controlled by a control unit 15 - switchable, drive side on the motor shaft 9 of the electric motor.
  • FIGS 2-4 show sections of the compressor train 1 with arranged on the motor shaft 9 , switchable additional flywheel 5.
  • a disc-shaped carrier piece 8 is fixed - and thus co-rotating with the motor shaft 9 - connected to the motor shaft 9, for example, flanged.
  • Distributed over the circumference of the support piece 8 holes 10 are introduced in the support piece 8, in which pins 12 are pressed.
  • the additional flywheel 5 is connected to the support piece 8 - and rotates in the combination of motor shaft 9, support piece 8 and additional flywheel mass 5 with the Mo ⁇ torwelle 9 with.
  • the additional flywheel 5 has to - according to these holes 10 in the support piece 8 - also distributed over the circumference holes 23 (in additional flywheel mass 5), in wel ⁇ chen the pins 12 - in changeable by the circuit depth - sit with a clearance fit, creating a axial and to a lesser extent also rotational displaceability of the additional flywheel mass 5 - relative to the motor shaft 9 or Trä ⁇ ger Sharing 8 - is made possible.
  • the additional flywheel mass 5 In the "engaged" position, the additional flywheel mass 5 is displaced axially in such a way - guided by the pins 12 - that a positive connection between the additional flywheel mass 5 and the carrier piece 8 (compare FIG. 4) or (via the carrier piece 8) with the motor shaft 9 is made.
  • the additional flywheel mass 5 is in this positi on ⁇ "Engaged” rigidly coupled to the Mo ⁇ door shaft 9, whereby here to change the rigidity and thus also the torsional frequencies of the compressor train 1.
  • the circuit position shift 22 (engagement / disengagement of additional flywheel mass 5)
  • actuation / displacement 22 of the additional flywheel mass 5 from the first to the second position in simple terms the "engagement" of the additional flywheel mass 5, takes place pneumatically.
  • control air 17 compressed air
  • Switching valve 7 (indicated). Axially between the additional flywheel mass 5 and the Steuerluftdü ⁇ se 16 is a switching element 18, arranged in the form of a fixed to the motor shaft ⁇ 9 or with the support piece 8, with the motor shaft 9 co-rotating disc. This Switching element 18 and the control air nozzle 16 do not touch, but are separated by a relatively narrow gap 25.
  • control air 17 emerging from the control air nozzle 16 repeatedly passes through the rotation into the region in front of the balls 6, whereby they are pressed axially out of the bores 10 against the spring force of the springs 21 - and control air 17 in the intermediate space between the disc 18 and the local recesses 20 and the piston 19 passes.
  • a "Switch” strategy is set forth below.
  • the controller 15 is calculated - from the current operating Para ⁇ meters of the compressor unit 50 - (online) current excitation frequencies of the compressor train 1 and compares this with the - for example, from model calculations or trials - known torsional of the compressor train. 1
  • the control unit 15 controls the circuit 22 of the additional flywheel mass 5.
  • the control ⁇ unit 15 controls or actuates the control ⁇ unit 15, the switching valve 7 (indicated) the control air 17, so that - via the control air 17 pneumatically moved - the additional flywheel mass (from the position "disengaged") in the Po ⁇ position "engaging" is pressed position shift 22 (engagement / disengagement of additional flywheel mass 5).
  • Compressor train 1 whereby the torsional natural frequency is shifted by a small amount, for example by 0.55 Hz.
  • the shift of the torsional natural frequency is just so far that no unacceptably high (rotational
  • Vibration amplitudes are more possible, and it is because of the low degree of damping of the resonance range is also very narrow, causing the high (resonance) oscillations disappear even with a small change in the difference frequency. If the current excitation frequency shifts (again) and in this way exceeds the new, shifted Torsionsei ⁇ genfrequenz inadmissible, beispei mecanic again to 0.25 Hz, nä ⁇ hert, via the controller 15, the coupling is switched back to "soft / loose" (Position shift 22 (engagement / disengagement of additional flywheel mass 5)) The control air supply is interrupted - and the additional flywheel mass 5 is released from positive engagement The stiffness of the compressor train is reduced (again) - and the torsional natural frequency shifts back.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mit veränderlicher oder konstanter Drehzahl antreibbaren, zumindest eine konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz aufweisenden Antriebstrang (1) einer Turbomaschine, der beim Antrieb durch eine äußere Anregung mit sich verändernder Anregungsfrequenz angeregt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung an die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs (1) die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs (1) verändert wird.

Description

Beschreibung
Vermeidung von Drehschwingungen bei Turbomaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mit veränderlicher oder konstanter Drehzahl antreibbaren, zumindest eine konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz auf¬ weisenden Antriebstrangs einer Turbomaschine (Turbomaschinenstrang, kurz im Folgenden nur Antriebstrang) , insbesondere eines Verdichterstrangs, bei dem der Antriebstrang mit sich verändernder oder konstanter Drehzahl angetrieben wird, wobei beim Antrieb des Antriebstrangs der Antriebstrang durch eine äußere Anregung mit sich verändernder Anregungsfrequenz angeregt wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem solchen Turbomaschinen- bzw. Antriebstrang, insbesondere einem Verdichterstrang.
Verdichter bzw. Fluide komprimierende Vorrichtungen werden in verschiedenen Industriebereichen für verschiedene Anwendungen genutzt, bei denen es um eine Kompression oder Verdichtung von Fluiden, im Speziellen ( Prozess- ) Gasen, geht.
Bekannte Beispiele hierfür sind Turboverdichter in mobilen industriellen Anwendungen, wie in Abgasturboladern oder in Strahltriebwerken, oder auch in stationären industriellen Anwendungen, wie Getriebe- bzw. Getriebeturboverdichter für chemische oder petrochemische Anlagen, beispielsweise zur LuftZerlegung oder Erdgasverflüssigung. Bei einem solchen - in seiner Arbeitsweise kontinuierlich arbeitenden - Turboverdichter wird die Druckerhöhung (Verdichtung) des Fluids dadurch bewirkt, dass ein Drehimpuls des Fluids von Eintritt zu Austritt durch ein rotierendes, radial erstreckende Schaufeln aufweisendes Laufrad des Turboverdich- ters durch die Rotation von den Schaufeln erhöht wird. Hier, d.h. in einer solchen Verdichterstufe, steigen Druck und Temperatur des Fluids, während die relative ( Strömungs- ) Ge¬ schwindigkeit des Fluids im Laufrad bzw. Turbolaufrad sinkt. Um eine möglichst hohe Druckerhöhung bzw. Verdichtung des Fluids zu erreichen, können mehrere solcher Verdichterstufen hintereinander geschaltet werden.
Als bekannte Bauformen von Turboverdichtern unterscheidet man zwischen Radial-, Axial- und kombinierten Axial- Radialverdichtern bzw. zwischen Ein-Wellen- und Getriebeverdichtern .
Bei dem Axialverdichter strömt das zu komprimierende Fluid, beispielsweise ein Prozessgas, in paralleler Richtung zur Achse (Axialrichtung) durch den Verdichter. Bei dem Radialverdichter strömt das Gas axial in das Laufrad der
Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial, Radialrich¬ tung) abgelenkt. Bei mehrstufigen Radialverdichtern wird damit hinter jeder Stufe eine Strömungsumlenkung notwendig.
Kombinierte Bauarten von Axial- und Radialverdichtern saugen mit ihren Axialstufen große Volumenströme an, die in den anschließenden Radialstufen auf hohe Drücke komprimiert werden.
Während meist einwellige Maschinen (Ein-Wellen- Turboverdichter) , bei denen eine oder mehrere
Verdichterstufen auf bzw. über ein und derselben Welle realisiert ist bzw. sind, zum Einsatz kommen, sind bei (mehrstufi¬ gen) Getriebeturboverdichtern (kurz im Folgenden auch nur Getriebeverdichter) die einzelnen Verdichterstufen um ein
Großrad herum gruppiert, wobei mehrere parallele (Ritzel- )Wellen, die jeweils ein oder zwei - in als Gehäuseanbauten realisierte Spiralgehäusen aufgenommene - Laufräder (an frei¬ en Wellenenden der Ritzelwellen angeordnete Turbolaufräder) tragen, von einem großen, im Gehäuse gelagerten Antriebszahnrad, einem Großrad, angetrieben werden.
Ein Antrieb eines Verdichters erfolgt in der Regel mittels einer mit dem Verdichter mechanisch bzw. ein Drehmoment übertragbar gekoppelte Antriebseinheit, beispielsweise eines (Elektro- ) Motor oder einer Turbine. Deren Abtrieb bzw.
Abtriebswelle ist mittelbar, beispielsweise unter
Dazwischenschaltung eines Getriebes oder einer Kupplung, oder unmittelbar, beispielsweise durch eine gemeinsame Abtriebs- /Antriebswelle, mit der Antriebswelle des Verdichters verbun¬ den .
Dieses mechanische Antrieb-/Abtriebssystem des Verdichters, d.h. die gesamte mechanische, das Drehmoment übertragende Kette aus, beispielsweise Abtriebswelle ( -n) , Kupplung ( -en) , (Zwischen-) Getriebe (-n) , Abtriebswelle ( -n) , beim Verdichter wird dabei als Verdichterstrang - im Allgemeinen bei Turbomaschinen entsprechend als Maschinen- oder nur Antriebstrang - bezeichnet. Auch kann bzw. können an diesem Verdichterstrang - neben dem Verdichter - eine weitere bzw. weitere Turboma¬ schinen - mit entsprechenden Elementen, wie Wellen, Kupplungen, Getrieben u.a., angebunden sein, welche dann auch mit dem Verdichterstrang mitumfasst sein sollen. Es ist bekannt, mit verschiedenen Methoden der
Verdichterausführung und Betriebsweise, wie z.B. Drosselung, Verstellung von Eintrittleitgittern bzw. Verstellung von Betriebsdrehzahlen, ein regelbares Verdichterkennfeld zu erzeu¬ gen .
Hierbei kommen Verdichterstränge antreibende,
umrichtergeführte Elektromotoren zum Einsatz, um einen Betriebsdrehzahlbereich der Anlage bzw. des Verdichters (Leistungsbereich der Anlage) zu ermöglichen bzw. das Drehzahl- bzw. Verdichterkennfeld zu erzeugen.
Dabei erfolgt eine - beispielsweise für eine geforderte Leis¬ tungsänderung bzw. -Steigerung des Verdichters bzw.
Verdichterstrangs erforderliche - Drehzahländerung im
Verdichterstrang durch entsprechende Ansteuerung der den
Verdichterstrang antreibenden Elektromotoren mittels elektronischer Frequenzumrichter (im Folgenden nur kurz Frequenzumrichter oder nur Umrichter) . Auch werden über diese Frequenzumrichter Schwankungen bei Netzfrequenzen kompensiert. Frequenzumrichter sind ebenfalls bekannt. Ein Frequenzumrichter ist z.B. ein Stromrichter der aus einem Wechselstrom (sowohl Einphasenwechselstrom als auch Dreiphasenwechselstrom) mit bestimmter Frequenz eine in Amplitude und Frequenz veränderbare Spannung generiert. Mit dieser umgerichteten Spannung wird dann ein Verbraucher, in der Regel ein Drehstrommotor, betrieben .
Durch eine zweimalige Umwandlung eines elektrischen Stroms bzw. einer elektrischen Spannung von dem Wechselstrom auf ei- ner Netzseite, zu dem Gleichstrom innerhalb des Umrichters und schließlich zu einem Wechselstrom auf Seite des Elektromotors werden zusätzlich zu einer Speisefrequenz des Elektromotors auch torsionsanregende Frequenzanteile generiert. Diese anregenden Frequenzanteile, überwiegend harmonische und interharmonische Anregungen, können Torsionsresonanzen im Verdichterstrang, d.h. in Bauteilen und/oder Komponenten des mechanischen Antriebssystems bzw. im Verdichterstrang, verursachen .
Diese Torsionsresonanzen führen zu Schwingungen in den Bauteilen bzw. Komponenten des Verdichterstrangs, insbesondere zu Torsionsschwingungen in Wellen und/oder Radialschwingungen in Zwischengetrieben.
Infolge solcher Torsionsschwingungen bzw. Radialschwingungen mit infolge entsprechender hohen Bauteilbelastungen kann es zu Bauteilversagen bei den Bauteilen der Verdichterstränge kommen .
Ausbau und Ersatz bzw. Reparatur der beschädigten Bauteile des Verdichterstrangs sowie erforderliche Stillstandszeiten der Anlagen erzeugen hohen Kosten. Diese hier für Verdichterstränge geschilderten Nachteile, d.h. schwingungsbedingte Bauteilsbeschädigungen und -ausfälle sowie dadurch verursachte Anlagenstillstandszeiten und Kos- ten, treten in entsprechender Weise auch bei anderen Turbomaschinen mit dortigen mit veränderlicher Drehzahl
antreibbaren, zumindest eine konfigurationsbestimmte Torsi¬ onseigenfrequenz aufweisenden Turbomaschinenstränge bzw. Antriebsträngen auf.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, schwingungs¬ bedingte Bauteilsbeschädigungen und -ausfälle bei Antriebs¬ strängen von Turbomaschinen zu verhindern bzw. zu vermindern. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines mit veränderlicher oder konstanter Drehzahl antreibbaren, zumindest eine konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz auf¬ weisenden Antriebstrangs einer Turbomaschine (Turbomaschinenstrang, im Folgenden nur Antriebstrang ) sowie durch eine An- Ordnung mit einem solchen Antriebstrang mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.
Dieser Antriebstrang wird bei dessen drehzahlveränderlichem oder drehzahlkonstantem Antrieb durch eine äußere Anregung mit sich verändernder Anregungsfrequenz angeregt bzw. dieser Antriebstrang ist bei dessen drehzahlveränderlichem oder drehzahlkonstantem Antrieb durch eine äußere Anregung mit sich verändernder Anregungsfrequenz anregbar. Nähert sich die äußere Anregung des Antriebstrangs einer Torsionseigenschwin- gung des Antriebstrangs an, so kann eine Torsionsresonanz (Resonanzbedingung) im Antriebstrang, d.h. in Bauteilen und/oder Komponenten des mechanischen Antriebssystems bzw. im Antriebstrang, auftreten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass - im drehzahlveränderlichen oder drehzahlkonstanten Betrieb des Antriebstrangs - bei einer Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung an die zumindest eine Torsionseigenfre- quenz des Antriebstrangs die zumindest eine Torsionseigenfre¬ quenz des Antriebstrangs verändert wird.
Vereinfacht ausgedrückt, die Erfindung „manipuliert" im Falle einer Annäherung einer äußeren Anregung bzw. betrieblichen Anregungsfrequenz des Antriebstrangs an eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs. Anschaulich ausgedrückt, wenn der Antriebstrang (bei dieser Annährung von betrieblicher Anregungsfrequenz an die Torsionseigenfrequenz) in eine Torsi- onsresonanzbedingung „hineinläuft", verschiebt die Erfindung die Torsionseigenfrequenz (weg von der betrieblichen Anregungsfrequenz) , und stellt so einen ausreichenden Abstand zwischen der geänderten/manipulierten Torsionseigenfrequenz und der betrieblichen Anregungsfrequenz her bzw. der äußeren Anregung zu der (geänderten/manipulierten) Resonanzbedingung her .
Entsprechend kann weiter dann auch vorgesehen sein, dass bei (Wieder- ) Erreichen eines bestimmten Abstands zwischen der ge- änderten/manipulierten Torsionseigenfrequenz und der betrieblichen Anregungsfrequenz die „Manipulation" wieder rückgängig gemacht wird. D.h., die geänderte/manipulierte Torsionseigen¬ frequenz wird wieder - auf die ursprüngliche Torsionseigenfrequenz (zurück- ) verschoben/verändert .
Damit erreicht die Erfindung, dass ein Betriebspunkt des An¬ triebstrangs mit dortig auftretender äußerer Anregung des Antriebstrangs immer abweichend von einer Torsionsresonanzbe¬ dingung des Antriebstrangs gehalten werden kann.
Betriebszustände von Turbomaschinen, wie Verdichter, in Tor- sionsresonanzzuständen mit nicht-dauerhaft übertragbaren dynamischen Torsionsmomenten bzw. Drehschwingungen werden hierdurch vermieden.
Da Torsionsresonanzen im Antriebstrang von Turbomaschinen typischerweise schwach gedämpft sind, ist meist nur eine gerin¬ ge Torsionseigenfrequenzänderung/-verschiebung notwendig, um (wieder) einen ausreichenden Abstand des Betriebspunkts der Turbomaschine zur „veränderten/verschobenen Resonanzbedingung" herzustellen. Torsionsresonanzbedingte, hohe (Dreh-) Schwingungen in den Bauteilen bzw. Komponenten des Antriebstrangs, dadurch hervorgerufene Bauteilbelastungen mit Bauteilschäden,
Stillstandszeiten und Kosten werden vermindert. Die erfindungsgemäße Anordnung weist ein schaltbares, die zu¬ mindest eine konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs änderndes Antriebstrangelement sowie eine Steuerungseinheit auf. Diese Steuereinheit ermittelt eine Annäherung der Anregungs¬ frequenz der äußeren Anregung an die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs und steuert, wenn die Annäh- rung ermittelt bzw. festgestellt ist, die Schaltung des An¬ triebstrangelements zur Veränderung der zumindest einen Tor- sionseigenfrequenz des Antriebstrangs.
Dabei meint die Erfindung mit dem schaltbaren, die zumindest eine konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz des An¬ triebstrangs ändernden Antriebstrangelement ein Element bzw. Bauteil des Antriebstrangs, beispielsweise ein Massenelement, wie eine Schwungmasse, insbesondere eine ringförmige Masse aus Stahl, welches manipulier-/schaltbar ist.
Durch diese Manipulation/Schaltung des Antriebstrangelements wird dann die konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs beeinflusst/geändert .
So kann beispielsweise diese Torsionseigenfrequenz - beeinflussende/ändernde Manipulation/Schaltung des Antrieb- Strangelements eine Positions- und/oder Form- und/oder Ge¬ staltänderung und/oder auch eine Änderung einer Materialeigenschaft des Antriebstrangelements sein, welche die Konfigu¬ ration des Antriebstrangs verändert. Dabei kann über die Manipulation/Schaltung des Antriebstrangelements, wie die Positions- und/oder Form- und/oder Gestalt- und/oder Materialeigenschaftsänderung des Antriebstrangele- ments, bzw. über die Konfigurationsänderung des Antriebstrangs eine Steifigkeit des Antriebstrangs geändert werden. Diese Änderung der Steifigkeit des Antriebstrangs führt dann zu der Änderung der Torsionseigenfrequenz. Vereinfacht ausgedrückt, durch die durch das Schalten des An¬ triebstrangelements bewirkte Konfigurations-
/Steifigkeitsänderung und Torsionseigenfrequenzänderung des Antriebstrangs verschiebt sich die Torsionseigenfrequenz (weg von der betrieblichen Anregungsfrequenz) , und stellt so einen ausreichenden Abstand zwischen der geänderten/manipulierten
Torsionseigenfrequenz und der betrieblichen Anregungsfrequenz her .
Dabei kann vorgesehen sein, dass der „Verschiebungsbetrag/- wert" größer ist als zweimal eine Schaltschwelle, wodurch dann über diese hinweggeschoben werden kann.
Entsprechend kann weiter dann auch vorgesehen sein, dass bei (Wieder- ) Erreichen eines bestimmten Abstands zwischen der ge- änderten/manipulierten Torsionseigenfrequenz und der betrieblichen Anregungsfrequenz das Antriebstrangelement wieder (zurück- ) geschalten wird, wodurch die „Manipulation" wieder rückgängig gemacht wird. D.h., die geänderte/manipulierte Torsionseigenfrequenz wird wieder auf die ursprüngliche Tor- sionseigenfrequenz ( zurück- ) verschoben/verändert .
Damit erreicht die Erfindung, dass ein Betriebspunkt - insbe¬ sondere im Dauerbetrieb - des Antriebstrangs mit dortig auf¬ tretender äußerer Anregung des Antriebstrangs immer abwei- chend von einer Torsionsresonanzbedingung des Antriebstrangs gehalten werden kann. Unter dauerhaft bzw. dauerhaftem Betrieb/Betriebszustand kann dabei ein für eine vorgebbare Zeitspanne eingenommener und für diese Zeitspanne angehaltener bzw. anhaltender (Betriebs- ) Zustand verstanden werden. Diese Zeitspanne überschreitet dabei in der Regel eine Zeitdauer von einer oder wenigen Sekunden .
Betriebszustände von Turbomaschinen, wie Verdichter, in Tor- sionsresonanzzuständen mit nicht-dauerhaft übertragbaren dy- namischen Torsionsmomenten bzw. Drehschwingungen werden hierdurch vermieden.
Torsionsresonanzbedingte, hohe Schwingungen in den Bauteilen bzw. Komponenten des Antriebstrangs, dadurch hervorgerufene Bauteilbelastungen mit möglichen Bauteilschäden,
Stillstandszeiten und Kosten werden vermindert.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine Auswahl einer Antriebseinheit für den Antrieb- sträng, wie eines umrichtergeführten Elektromotors mit einem Umrichter, ohne besondere Einschränkung getroffen werden kann .
Integriert man die Erfindung (fest) in das Antriebskonzept bzw. in das Konzept einer Antriebseinheit für eine Turboma¬ schine, beispielsweise in eine den Antriebstrang mit der ver¬ änderlichen oder konstanten Drehzahl antreibbare,
frequenzumrichtergeführte Antriebseinheit, beispielsweise ei¬ nen Elektromotor, und/oder bzw. mit einem die Antriebseinheit führenden Frequenzumrichter, so kann durch die Erfindung eine „universelle" Antriebseinheit - unabhängig von einer spezifi¬ schen Antriebs- bzw. Rotordynamik einer Turbomaschine - zur Verfügung gestellt werden. D.h., durch die Erfindung kann so ein „universelles" System zur Verfügung gestellt werden, das mit geringem Aufwand an alle möglichen Turbomaschinen und deren individuelle Antriebs- bzw. Rotordynamik angepasst werden kann. Auch können durch die Erfindung - mit deren nur „situationsgegebenen", d.h. nur bei betrieblicher Annäherung der äußeren Anregung an eine Torsionseigenfrequenz, Eingriff - Beschrän- kungen des Dauerbetriebdrehzahlbereichs, wie - Resonanz be¬ dingt - (dauerhaft) gesperrte Drehzahlbereiche/-bänder vermieden werden.
Somit sind auch die Auswirkungen bzw. Einschränkungen für den Anlagenbetrieb und auch der Leistungsmehrbedarf einer Turbomaschine ebenfalls auf ein Minimum reduziert.
Auch weitere - das Resonanzverhalten einer Turbomaschine be¬ einflussende - Einflussgrößen, wie z.B. Netzfrequenzschwan- kungen, leistungsabhängige Resonanzamplituden oder Veränderungen an der Turbomaschine bzw. an deren Antriebstrang usw., können durch die Erfindung für einen „resonanzfreien" drehzahlveränderlichen Betrieb einer Turbomaschine unberücksichtigt bleiben.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren wie auch auf die erfindungsgemäße Anordnung.
Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder die Weiterbildung ausführt.
Auch können die Erfindung und/oder jede beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Compu- terprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildung ausführt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung wird die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs durch eine Änderung einer Steifigkeit des Antriebstrangs bzw. im Antriebstrang geändert. D.h., es wird die Steifigkeit des Antriebstrangs, insbesondere durch eine Änderung der Konfiguration im Antriebstrang, geändert, wenn die Annährung der Anregungsfre- quenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs an die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs festge¬ stellt wird bzw. ist.
Die Steifigkeit ist eine Größe, welche den Widerstand eines Körpers gegen Verformung durch eine Kraft oder ein Drehmoment beschreibt. Die Steifigkeit eines Körpers bestimmt dessen Ei¬ genfrequenzen, so dass bei Änderung der Steifigkeit sich auch die Eigenfrequenzen des Körpers ändern. Die Steifigkeit eines Körpers ist dabei von dessen Werkstoff bzw. Material sowie dessen Geometrie/Konfiguration abhängig.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung wird die Änderung der Steifigkeit des Antriebstrangs durch eine Änderung der Konfi¬ guration im Antriebstrang realisiert.
Eine solche Konfigurationsänderung im Antriebstrang kann durch ein Versteifen/Lockern einer Verbindung zwischen dem Antriebstrangelement und einem anderen Antriebstrangelement, d.h. durch ein Versteifen/Lockern einer Verbindung zwischen zwei Antriebstrangelementen, oder durch ein Ankoppeln/Entkoppeln des Antriebstrangelementes an den/von dem Antriebstrang realisiert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der An- triebstrang mehrere solche versteifbare/lockerbare Verbindun¬ gen zwischen den zwei Antriebstrangelementen und/oder mehrere solche ankoppelbare/entkoppelbare Antriebstrangelemente auf. Eine besonders einfache Realisierung lässt sich dadurch er¬ reichen, wenn das Antriebstrangelement eine - an geeigneter Stelle im/am Antriebstrang anordbare - Zusatzschwungmasse ist .
Insbesondere geeignet ist es, das Antriebstrangelement bzw. eine solche Zusatzmasse nichtantriebsseitig im/am Antrieb¬ strang anzuordnen. Da dies aus konstruktiven Gründen ofmals nicht bzw. nur schwer möglich ist, kann das Antriebstrangele- ment bzw. eine solche Zusatzmasse auch antriebsseitig im/am Antriebstrang angeordnet werden.
Bringt man an geeigneter Stelle im/am Antriebstrang eine solche Zusatzschwungmasse (zusätzliches Massenträgheitsmoment), d.h. das Antriebstrangelement, nur sehr lose, „über eine wei¬ che Feder" gekoppelt an, so ändern sich dadurch die Eigenfre¬ quenzen des Antriebstrangs nicht bzw. kaum. Die durch die An¬ bringung der Zusatzschwungmasse neu hinzukommende Eigenform mit einem Knoten nahe der Anbringung der Zusatzschwungmasse im/am Antriebstrang hat eine sehr niedrige Frequenz und kann so abgestimmt werden, dass dadurch keine Probleme beim An¬ triebstrang zu erwarten sind. Wenn sich nun die äußere Anregung (zu sehr) der zumindest einen Torsionseigenfrequenz (oder einer Torsionseigenfrequenz) des Antriebstrangs nähert, wird die - lose, „über eine weiche Feder gekoppelte" - Ver¬ bindung der Zusatzschwungmasse zum Antriebstrang versteift. Vereinfacht ausgedrückt, die Zusatzschwungmasse wird starr an den Antriebstrang angekoppelt. Dadurch wird die Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs verschoben, - gerade so weit - dass keine unzulässig hohen Schwingungsamplituden mehr möglich sind. Verschiebt sich - betriebs- bzw. antrieblich bedingt - die äußere Anregung bzw. die Anregungsfrequenz der äußeren Anregung weiter und nähert sich so der verschobenen Torsionseigenfrequenz, so kann die
Verbindung/Kopplung/Versteifung wieder auf „weich" geschalten werden, d.h. gelöst werden, so dass erneut ausreichender Ab- stand zwischen äußerer Anregung und Torsionseigenfrequenz gegeben ist.
Das Versteifen/Lockern der Verbindung und/oder das Ankop- peln/Entkoppeln des Antriebstrangelements können/kann unter Verwendung einer, insbesondere pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch schaltbaren, Kupplung erfolgen. So kann nach einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Antriebstrang eine das Antriebstrangelement schaltbare, insbesondere pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch schaltbare, durch die Steuereinheit gesteuerte Kupplung auf¬ weist.
Wird beispielsweise eine elektromagnetische Kupplung verwen- det, so wird durch deren Magnetkraft eine reibschlüssige Ver¬ bindung zwischen der Oberfläche des Antriebstrangelements und des anderen Antriebstrangelements hergestellt, wodurch das Antriebstrangelement starr an den Antriebstrang gekoppelt und die Torsionseigenfrequenz verschoben wird.
Eine elektrische Versorgung von dafür verwendeten Magnetspulen kann über einen rotierenden Spulensatz erfolgen, der einen Anker eines Wechselstromgenerators - koaxial auf einer Welle im Antriebstrang - bildet. Durch Schalten einer außen liegenden, ruhenden Erregerwicklung kann die Verbindung des Antriebstrangelements kontaktlos gesteuert werden.
Auch können Bürsten verwendet werden, über die die notwendige elektrische Versorgung für eine solche elektromagnetische Kupplung aufgebracht werden kann.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist auch vorgesehen, dass die Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs an die zumindest eine Torsionseigenfre- quenz des Antriebstrangs durch einen Vergleich der Anregungs¬ frequenz mit der zumindest einen Torsionseigenfrequenz ermittelt wird. Hier kann insbesondere die Annäherung dann festgestellt sein, wenn bei dem Vergleich der Anregungsfrequenz mit der zumindest einen Torsionseigenfrequenz ein vorgebbarer Grenzwert unterschritten ist. Die Steuereinheit kann dann einen Steuer- befehl „Schalten" bzw. „Einkuppeln" zur Schaltung des Antriebstrangelements geben, wodurch dann - bei Schaltung des Antriebstrangelements - die zumindest eine Torsionseigenfre¬ quenz des Antriebstrangs geändert bzw. verschoben wird. Dabei kann die Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs, insbesondere während des Antriebs des Antrieb¬ strangs, d.h. online, errechnet werden. Auch die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs - wie gegebe¬ nenfalls weitere Torsionseigenfrequenzen des Antriebstrangs können errechnet werden.
Auch kann die Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs an die zumindest eine Torsionsei¬ genfrequenz des Antriebstrangs durch Ermittlung einer dynami- sehen Torsionsbelastung im Antriebstrang ermittelt werden.
Dem liegt zugrunde, dass bei Annäherung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs an die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs der Antriebstrang in eine Torsionsresonanzbedingung „hineinläuft", was zu steigenden Torsionsbelastungen bzw. Drehschwingungen im Antriebstrang führt.
Dazu kann, insbesondere im Rahmen einer Online- bzw. perma- nenten ( Zustands- ) Überwachung des Antriebstrangs, eine die dynamische Torsionsbelastung im Antriebstrang repräsentierende Belastungsgröße, d.h. ein Belastungswert, wie insbesondere ein dynamisches Torsionsmoment im Antriebstrang oder ein Wechselanteil einer Torsionsspannung im Antriebstrang, eine dynamische Wellendrehzahl im Antriebstrang, eine dynamische relative Wellenschwingung im Antriebstrang oder ein dynamischer drehmomentbildender Strom einer Antriebseinheit des Antriebstrangs, ermittelt bzw. gemessen werden. Die Annäherung kann dann festgestellt sein, wenn der die ermittelte dynamische Torsionsbelastung beschreibende Belas¬ tungswert einen vorgebbaren Grenzwert, üblicherweise eine Ma¬ ximalbelastung bzw. einen Maximalwert, überschreitet.
Sollte, wie im Fall einer Torsionsresonanzbedingung im Antriebstrang bei entsprechender Festlegung des Grenzwerts entsprechend vorsehbar, der Wert der Maximalbelastung bzw. der Maximalwert überschritten sein, kann die Torsionseigenfre- quenz geändert bzw. das Antriebstrangelement geschalten, bei¬ spielsweise angekuppelt, werden. Die Torsionsresonanz wird durch Verschiebung der Torsionseigenfrequenz „aufgelöst".
Auch kann vorgesehen sein, dass der „Verschiebungsbetrag/- wert" größer ist als zweimal eine Schaltschwelle, wodurch dann über diese hinweggeschoben werden kann.
Bevorzugt wird das dynamische Torsionsmoment im Antriebstrang bzw. an einem Bauteil, insbesondere an einer Welle oder einer Kupplung, des Antriebstrangs gemessen. Torsionsmessungen an
Wellen oder Kupplungen sind einfach und kostengünstig zu realisieren .
Besonders bevorzugt erfolgt die Messung des dynamischen Tor- sionsmoments mittels der DMS-Technologie . Diese DMS-
Technologie ist vielfach erprobt, insbesondere für dynamische Belastungen geeignet, ausgereift, zuverlässig und einfach so¬ wie kostengünstig zu realisieren. Insbesondere können Dehnmessstreifen auf einer Welle oder
Kupplung des Antriebstrangs aufgebracht werden, mittels derer das Torsionsmoment, d.h. im Allgemeinen der Belastungswert, und damit die dynamische Torsionsbelastung im Antriebstrang messbar ist. Eine Kupplung eignet sich deshalb besonders, da dort der Ort der höchsten Verdrehung im Antriebstrang ist.
Als der Belastungswert kann auch die dynamische Wellendreh¬ zahl im Verdichterstrang, die dynamische relative Wellen- Schwingung im Verdichterstrang oder der dynamische drehmomentbildende Strom der Antriebseinheit verwendet werden. Auch diese Größen geben die dynamische Torsionsbelastung im
Verdichterstrang sehr gut wieder.
Um einen drehzahlveränderlichen Betrieb des Antriebstrangs zu realisieren, kann eine den Antriebstrang mit veränderlicher Drehzahl antreibende Antriebseinheit vorgesehen werden. Be¬ vorzugt kann hier ein frequenzumrichtergeführter Elektromotor vorgesehen sein, wobei der Elektromotor unter Verwendung des Frequenzumrichters zur Veränderung der Drehzahl und/oder zur Kompensation einer Netzfrequenz gesteuert wird.
Üblicherweise weist der Antriebstrang mehrere konfigurations- bestimmte Torsionseigenfrequenzen auf. Hier kann dann vorgesehen sein, dass bei der Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung an eine von den mehreren Torsionseigenfrequenzen zumindest diese eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs verändert wird.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist ein Turboverdichter, insbesondere ein Ein-Wellen-Turboverdichter oder ein Getriebeturboverdichter, die Erfindung bzw. die erfindungsgemäße Anordnung, d.h. den Antriebstrang , das schaltbare An- triebstrangelement sowie die Steuereinheit, auf, so dass durch die Erfindung dann der Turboverdichter bzw. der Betrieb des Turboverdichters entsprechend der Erfindung bei Vermei¬ dung eines Dauerbetriebs in der Torsionsresonanz bzw. sonst dort auftretender Drehschwingungen gesteuert werden kann.
Auch kann die Erfindung eingesetzt werden bei einer großtechnischen Anlage, insbesondere bei einer chemischen oder petro- chemischen Anlage, wie einer Anlage zu einer LuftZerlegung oder einer Anlage zu einer (Erdgas- ) Verflüssigung, welche dann den Verdichterstrang aufweist.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in be¬ liebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der Anordnung und/oder des Verdichterstrangs gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch kombinierbar.
In Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge¬ stellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.
Es zeigen
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Verdichteranlage mit einem mittels eines umrichtergeführten Elektromo¬ tors angetriebenen Verdichterstrang gemäß einem Ausführungsbeispiel;
FIG 2 einen Ausschnitt aus einem Verdichterstrang einer
Verdichteranlage mit schaltbarer Zusatzschwungmasse am Verdichterstrang gemäß einem Ausführungsbeispiel;
FIG 3 einen Ausschnitt aus einem Verdichterstrang einer
Verdichteranlage mit schaltbarer Zusatzschwungmasse am Verdichterstrang gemäß dem Ausführungsbeispiel;
FIG 4 einen Ausschnitt aus einem Verdichterstrang einer
Verdichteranlage mit schaltbarer Zusatzschwungmasse am Verdichterstrang gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiel: Vermeidung von Drehschwingungen bzw. frequenzumrichtererregten Torsionsresonanzen an Antriebssträngen von Turbomaschinen durch veränderbare Eigenfrequenzen FIG 1 zeigt - schematisch - eine Verdichteranlage 50, bei¬ spielsweise zu einer Ergasverflüssigung, mit einem
Verdichterstrang 1 mit einem Ein-Wellen-Turboverdichter, kurz nur Verdichter 51.
Bei dem Verdichterstrang 1 kommt ein - diesen
Verdichterstrang 1 mit veränderbarer Drehzahl antreibende - umrichtergeführte Antriebseinheit 2 (Elektromotor) zum Ein¬ satz, um einen Betriebsdrehzahlbereich der Verdichteranlage 50 bzw. des Verdichters 51 zu ermöglichen.
Hierbei erfolgt eine - beispielsweise für eine geforderte Leistungsänderung bzw. -Steigerung des Verdichters 51 bzw. Verdichterstrangs 1 erforderliche - Drehzahländerung im
Verdichterstrang 1 durch entsprechende Ansteuerung der den
Verdichterstrang 1 antreibenden Antriebseinheit 2 (Elektromotor) mittels eines elektronischen Frequenzumrichters 3.
Durch eine zweimalige Umwandlung eines elektrischen Stroms von einem Wechselstrom auf einer Netzseite 13, zu einem
Gleichstrom innerhalb des elektronischen Frequenzumrichters 3 und schließlich zu einem Wechselstrom auf einer Elektromotorseite 14 der Antriebseinheit 2 (Elektromotor) werden zu¬ sätzlich zu einer Speisefrequenz der Antriebseinheit 2
(Elektromotor) auch torsionsanregende Frequenzanteile, im Allgemeinen Anregungsfrequenzen einer äußeren Anregung des Verdichterstrangs 1, generiert.
Diese anregenden Frequenzanteile, überwiegend harmonische und interharmonische Anregungen, bzw. diese äußere Anregung des
Verdichterstrangs 1 können bei deren Annäherung an konfigura¬ tionsbedingte Torsionseigenfrequenzen des Verdichterstrangs 1 Torsionsresonanzen (Resonanzbedingung) im Verdichterstrang 1, d.h. in Bauteilen 4 (Welle, Kupplung, Abtriebs- /Antriebswelle) des mechanischen Antriebssystems bzw. im
Verdichterstrang 1, wie Wellen oder Kupplungen u.a., verursachen . Diese Torsionsresonanzen führen zu Schwingungen und Belastungen in den Bauteilen 4 des Verdichterstrangs 1 und können zu Bauteilversagen im Verdichterstrang 1 führen. Um einen sicheren Betrieb des Verdichterstrangs 1, d.h. einen stationären Betrieb (Dauerbetrieb) außerhalb der Torsionsre¬ sonanzen, zu gewährleisten, sieht die Verdichteranlage 50 ei¬ ne - gesteuert über eine Steuereinheit 15 - schaltbare, an- triebsseitig an der Motorwelle 9 des Elektromotors 2 angeord- nete Zusatzschwungmasse 5 vor (vgl. FIGen 2 - 4), um - situa¬ tiv - die Torsionseigenfrequenzen - im Falle einer Annäherung einer äußeren Anregung an eine Torsionseigenfrequenz des Verdichterstrangs 1 - zu ändern. Eine Steuereinheit 15 ist Bestandteil einer Leittechnik 52 der Verdichteranlage 50, über welche die Verdichteranlage 50 im Betrieb gefahren wird, und schaltet dabei auch die Zusatz¬ schwungmasse 5. Die FIGen 2 - 4 zeigen Ausschnitte aus dem Verdichterstrang 1 mit der an der Motorwelle 9 angeordneten, schaltbaren Zusatzschwungmasse 5.
Die - mit der Motorwelle 9 mitrotierende - Zusatzschwungmasse 5, ein zylinder- bzw. ringförmiger Stahlkörper, ist dabei axial, d.h. in Längsrichtung der Motorwelle 9, pneumatisch zwischen zwei Schaltpositionen, „Ausgekuppelt" (erste Schalt¬ position, siehe FIG 2 und FIG 3) und „Eingekuppelt" (zweite Schaltposition, siehe FIG 4, während des Betriebs des Ver- dichters 51, d.h. während des Mitrotierens mit der Motorwelle 9) verschiebbar.
Dazu ist ein scheibenförmiges Trägerstück 8 fest - und damit mit der Motorwelle 9 mitrotierend - mit der Motorwelle 9 ver- bunden, beispielsweise zwischengeflanscht. Über den Umfang des Trägerstücks 8 verteilt sind Bohrungen 10 im Trägerstück 8 eingebracht, in welche Stifte 12 verpresst sind . Über diese Stifte 12 ist die Zusatzschwungmasse 5 mit dem Trägerstück 8 verbunden - und rotiert im Verbund von Motorwelle 9, Trägerstück 8 und Zusatzschwungmasse 5 mit der Mo¬ torwelle 9 mit. Die Zusatzschwungmasse 5 weist dazu - entsprechend dieser Bohrungen 10 im Trägerstück 8 - ebenfalls über den Umfang verteilte Bohrungen 23 (in Zusatzschwungmasse 5) auf, in wel¬ chen die Stifte 12 - in durch die Schaltung veränderbarer Tiefe - mit einer Spielpassung sitzen, wodurch eine axiale und in geringem Maße auch rotatorische Verschieblichkeit der Zusatzschwungmasse 5 - relativ zur Motorwelle 9 bzw. zum Trä¬ gerstück 8 - ermöglicht wird.
Über auf den Stiften 12 aufgeschobene Federn 11 werden, wie FIG 2 und FIG 3 zeigen, die Zusatzschwungmasse 5 und das Trä¬ gerstück 8 - in die Position „Ausgekuppelt" - relativ zueinander auseinander gedrückt (Positionsverschiebung 22 (Ein- /Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5) . Durch die Länge und den Durchmesser bzw. der Spielpassung der Stifte 12 kann eine Steifigkeit bestimmt werden, die ein Ver¬ bund „Zusatzschwungmasse-Welle" bei einer relativen Verdre¬ hung zwischen der Zusatzschwungmasse 5 und einer Welle 9 (Mo¬ torwelle) hat.
Über eine - über die Schaltung bzw. Positionsänderung (Positionsverschiebung 22 (Ein-/Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5) ) von der ersten in die zweite Schaltposition der Zusatzschwungmasse 5 (schaltbar) weiter veränderbare - Steifigkeit des Verdichterstrangs 1 wird Einfluss genommen auf die Torsi¬ onseigenfrequenzen des Verdichterstrangs 1. Die Länge und die Spielpassung der Stifte 12 sind derart be¬ messen, dass in der Position „Ausgekuppelt" eine hinreichend weiche bzw. lose Anbindung der Zusatzschwungmasse 5 an die Motorwelle 9 realisiert ist, wodurch sich die Eigenfrequenzen des Systems „Verdichterstrang" - im Vergleich zum
Verdichterstrang 1 ohne die Zusatzschwungmasse 5 - (zunächst) nur unwesentlich ändern. D.h., die Torsionseigenfrequenzen des Verdichterstrangs 1 verbleiben trotz des - durch die Zu- satzschwungmasse 5 ins System „Verdichterstrang" eingebrach- ten - zusätzlichen Massenträgheitsmoments unverändert.
In der Position „Eingekuppelt" ist die Zusatzschwungmasse 5 axial derart - durch die Stifte 12 geführt - verschoben, dass ein Formschluss zwischen der Zusatzschwungmasse 5 und dem Trägerstück 8 (vgl. FIG 4) bzw. (über das Trägerstück 8) mit der Motorwelle 9 hergestellt ist. Damit ist in dieser Positi¬ on „Eingekuppelt" die Zusatzschwungmasse 5 starr an die Mo¬ torwelle 9 gekoppelt, wodurch sich hier die Steifigkeit und somit auch die Torsionseigenfrequenzen des Verdichterstrangs 1 ändern.
Die Schaltung (Positionsverschiebung 22 (Ein-/Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5)), d.h. das Betätigen/die Verschiebung 22 der Zusatzschwungmasse 5 von der ersten in die zweite Po- sition, vereinfacht ausgedrückt das „Einkuppeln" der Zusatzschwungmasse 5, erfolgt pneumatisch.
Dazu ist eine feststehende, nicht mit der Motorwelle 9 rotie¬ rende Steuerluftdüse 16 vorgesehen, über welche Steuerluft 17 (Druckluft) , von außen an die zu schaltende Zusatzschwungmas¬ se 5 zuführbar ist. Die situative Zuführung der Steuerluft 17 erfolgt über ein durch die Steuereinheit 15 schaltbares
Schaltventil 7 (angedeutet) . Axial zwischen der Zusatzschwungmasse 5 und der Steuerluftdü¬ se 16 ist ein Schaltelement 18, in Form einer mit der Motor¬ welle 9 bzw. mit dem Trägerstück 8 fest verbundenen, mit der Motorwelle 9 mitrotierenden Scheibe angeordnet. Dieses Schaltelement 18 und die Steuerluftdüse 16 berühren sich nicht, sondern sind über einen relativ engen Spalt 25 getrennt . Auf der dieser Steuerluftdüse 16 bzw. dem Spalt 25 axial ge¬ genüberliegenden, anderen Seite des Schaltelements 18 sind über den Scheibenumfang mehrere, in zueinander gleicher radialer Höhe liegende Ausnehmungen 20 (Kolben-Ausnehmungen) eingearbeitet, in welche entsprechende, mit der Zusatzschwung- masse 5 einstückig verbundene, in entsprechend gleicher radi¬ aler Höhe wie die Ausnehmungen 20 liegende, kolbenähnliche Fortsätze, kurz Kolben 19, im Kolbenraum 30 axial pneumatisch verschieblich eingreifen. In der Scheibe 18 sind - im Bereich der Ausnehmungen 20 für die Kolben 19 - über den Umfang der Scheibe 18 verteilt - dort in radialer Höhe des Luftaustritts aus der Steuerluftdü¬ se 16 - Bohrungen 24 in die Scheibe 18 eingebracht (vgl.
FIG 3) .
Diese Bohrungen 24 werden über Federkraft betätigte Kugeln 6 verschlossen. Dazu sind in den Kolben 19 - den Kugeln 6 axial gegenüberliegend - Bohrungen 26 (in Kolben 19) eingebracht, in welchen Federn 21 - einerseits anliegend an den Kugeln 6, anderseits abstützend im Bohrungsgrund der Bohrungen 26 - aufgenommen sind.
Durch die Bohrungen 24 in der Scheibe 18 gelangt durch die Rotation immer wieder die aus der Steuerluftdüse 16 austre- tende Steuerluft 17 in den Bereich vor den Kugeln 6, wodurch diese entgegen der Federkraft der Federn 21 axial aus den Bohrungen 10 gedrückt werden - und Steuerluft 17 in den Zwischenraum zwischen der Scheibe 18 bzw. den dortigen Ausnehmungen 20 und den Kolben 19 gelangt.
Hierdurch wird ein Druck auf die Kolben 19 aufgebaut, welcher die Kolben 19 und damit die Zusatzschwungmasse 5 entgegen der Federkraft der Federn 11 axial verschiebt. FIG 4 zeigt schematisch vereinfacht einen Ausschnitt aus dem Verdichterstrang 1 mit der Motorwelle 9 und der Zusatzschwungmasse 5, welcher die Verschiebung/Schaltung 22 der Zu- satzschwungmasse 5 zwischen den beiden Positionen, „Ausgekup¬ pelt" und „Eingekuppelt" verdeutlicht.
Durch eine oder mehrere trapezförmige Nuten 27 in der Trägerscheibe 8, die in ein entsprechendes Gegenprofil 28 in der Zusatzschwungmasse 5 eingreifen, wird im eingekuppelten Be¬ trieb bzw. in der geschaltenen Position „Eingekuppelt" eine formschlüssige Verbindung zwischen der Zusatzschwungmasse 5 und dem Trägerstück 8 und damit eine hohe Steifigkeit der Verbindung erreicht. Hierdurch ändern sich die Torsionseigen- frequenzen des Verdichterstrangs 1.
Kleine Drosselbohrungen 29 in der Scheibe 1, mittels derer der Kolbenraum 30 nach außen entlüftet werden kann, dienen dem Auskuppeln der Zusatzschwungmasse 5 bzw. zum Schalten 22 der Zusatzschwungmasse 5 in die Position „Ausgekuppelt".
Sobald die Steuerluftzufuhr - über das durch die Steuereinheit 15 schaltbare Schaltventil 7 (angedeutet) - unterbrochen ist, strömt keine Steuerluft 17 mehr an den Kugeln 6 vorbei, wenn die entsprechende, mit der Scheibe 18 „rotierende" Boh¬ rung 24 die Steuerluftzufuhr passiert. Durch den permanenten Druckluftverlust über die Drosselbohrungen 29 sinkt der Druck auf die Kolben 19 (wieder) und die Federn 11 drücken die Zu- satzschwungmasse 5 in die ausgekuppelte Position 22.
Zum Auskuppeln 22 der Zusatzschwungmasse 5 bzw. zum Schalten (Positionsverschiebung (Ein-/Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5) ) der Zusatzschwungmasse 5 in die Position „Ausgekup¬ pelt" ist es nicht erforderlich, ein Gegenprofil 28 der Zu- satzschwungmasse 5 ganz aus der bzw. den Nuten 27 zu heben, vielmehr reicht ein geringer Hub aus, um die starre Verbindung von Zusatzschwungmasse 5 und Trägerstück 8 hinreichend „weich/lose" zu lösen. Weil die Zusatzschwungmasse 5 stets mit der gleichen mittleren Drehzahl der Motorwelle 9 mit dieser mit rotiert, ergeben sich nur Verdrehungen kleiner Amplitude . Die Rückversteilung bzw. die Rückschaltung (Positionsverschiebung 22 (Ein-/Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5)) der Zusatzschwungmasse 5 erfolgt durch die Federkraft der Federn 11. Eine „Schaltstrategie" ist im Folgenden dargelegt . Die Steue¬ rung bzw. das Schalten (Positionsverschiebung 22 (Ein- /Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5) ) der Zusatzschwungmasse 5 erfolgt mittels der Steuerung 15 - in der Leittechnik 52 -, in welcher Betriebsparameter der Verdichteranlage 50, wie ak- tuelle Wellendrehzahlen im Verdichterstrang 1, Nenndrehzahl und Nenndrehmoment des Verdichterstrangs 1, vorliegen.
Die Steuerung 15 errechnet - aus den aktuellen Betriebspara¬ metern der Verdichteranlage 50 - (online) die aktuellen Anre- gungsfrequenzen des Verdichterstrangs 1 und vergleicht diese mit den - beispielsweise aus Modellrechnungen oder Versuchen - bekannten Torsionseigenfrequenzen des Verdichterstrangs 1.
Nähert sich eine aktuelle Anregungsfrequenz einer Torsionsei- genfrequenz des Verdichterstrangs 1, beispielsweise auf
0,25 Hz, steuert die Steuereinheit 15 die Schaltung 22 der Zusatzschwungmasse 5. Dazu steuert bzw. betätigt die Steuer¬ einheit 15 das Schaltventil 7 (angedeutet) der Steuerluft 17, so dass - über die Steuerluft 17 pneumatisch bewegt - die Zu- satzschwungmasse (von der Position „Ausgekuppelt") in die Po¬ sition „Einkuppeln" gedrückt wird Positionsverschiebung 22 (Ein-/Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5) .
Durch den dadurch bewirkten Formschluss der Zusatzschwungmas- se 5 mit dem Trägerstück 8 ändert sich die Steifigkeit des
Verdichterstrangs 1, wodurch die Torsionseigenfrequenz um einen geringen Betrag, beispielsweise um 0,55 Hz, verschoben wird . Die Verschiebung der Torsionseigenfrequenz ist gerade so weit, dass keine unzulässig hohen (Dreh-
) Schwingungsamplituden mehr möglich sind, und es ist wegen des geringen Dämpfungsgrades der Resonanzbereich auch sehr schmal, wodurch die hohen (Resonanzdreh- ) Schwingungen schon bei einer geringen Änderung der Differenzfrequenz verschwinden . Wenn sich die aktuelle Anregungsfrequenz (wieder) verschiebt und sich auf diese Weise der neuen, verschobenen Torsionsei¬ genfrequenz unzulässig, beispeisweise wieder auf 0,25 Hz, nä¬ hert, wird über die Steuerung 15 die Kopplung wieder auf „weich/lose" geschaltet (Positionsverschiebung 22 (Ein- /Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5) ) . Die Steuerluftzufuhr wird unterbrochen - und die Zusatzschwungmasse 5 löst sich aus dem Formschluss. Die Steifigkeit des Verdichterstrangs wird (wieder) verringert - und die Torsionseigenfrequenz verschiebt sich zurück.
Ein ausreichender Abstand von aktueller Anregungsfrequenz zu der zurückverschobenen Torsionseigenfrequenz ist erneut gegeben . Damit, d.h. über diese Steuerstrategie, vermeidet die Steue¬ rung 15 den (stationären) Betrieb der Verdichteranlage 50 in frequenzumrichtererregten Torsionsresonanzen und beugt Bauteilversagen vor. Anders ausgedrückt, durch das (situativ) gesteuerte „Einkuppeln" und „Auskuppeln" ( Positionsverschie- bung 22 (Ein-/Auskuppeln von Zusatzschwungmasse 5) ) der Zu- satzschwungmasse 5 mittels der Steuerung 15 kann der Be¬ triebspunkt des Verdichters 51 immer außerhalb von durch die Resonanzbedingungen der Torsionseigenfrequenzen bestimmte Sperrgebiete gehalten werden - und so bauteilschädigende Drehschwingungen vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines mit veränderlicher oder konstanter Drehzahl antreibbaren, zumindest eine konfigurations- bestimmte Torsionseigenfrequenz aufweisenden Antriebstrangs (1) einer Turbomaschine, bei dem der Antriebstrang mit sich verändernder oder konstanter Drehzahl angetrieben wird, wobei beim Antrieb des Antriebstrangs (1) der Antrieb¬ strang (1) durch eine äußere Anregung mit sich verändernder Anregungsfrequenz angeregt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung an die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antrieb¬ strangs (1) die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des An- triebstrangs (1) verändert wird.
2. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antrieb¬ strangs (1) durch eine Änderung einer Steifigkeit des An¬ triebstrangs (1) geändert wird.
3. Verfahren nach mindestens dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steifigkeit des Antriebstrangs durch eine Änderung der Konfiguration im Antriebstrang (1) geändert wird, insbesondere dass die Konfiguration im Antriebstrang (1) durch ein Versteifen/Lockern einer Verbindung zwischen zwei Antriebstrang- elementen oder durch ein Ankoppeln/Entkoppeln eines Antriebstrangelementes an den/von dem Antriebstrang (1) geändert wird .
4. Verfahren nach mindestens dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass
der Antriebstrang (1) mehrere solche versteifbare/lockerbare Verbindungen zwischen zwei Antriebstrangelementen und/oder mehrere solche ankoppelbare/entkoppelbare Antriebstrangele¬ mente aufweist.
5. Verfahren nach mindestens einem von den zwei voranstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antriebstrangelement eine Zusatzschwungmasse (5) , insbe¬ sondere eine ringförmige Masse aus Stahl, ist und/oder dass das Versteifen/Lockern und/oder das Ankoppeln/Entkoppeln unter Verwendung einer, insbesondere pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch schaltbaren, Kupplung erfolgt.
6. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs (1) an die zumindest eine Torsionseigenfre¬ quenz des Antriebstrangs (1) durch einen Vergleich der Anregungsfrequenz mit der zumindest einen Torsionseigenfrequenz ermittelt wird, insbesondere wobei die Annäherung dann fest¬ gestellt ist, wenn bei dem Vergleich der Anregungsfrequenz mit der zumindest einen Torsionseigenfrequenz ein vorgebbarer Grenzwert unterschritten ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs (1) an die zumindest eine Torsionseigenfre¬ quenz des Antriebstrangs (1) durch Ermittlung einer dynamischen Torsionsbelastung im Antriebstrang (1) ermittelt wird, insbesondere wobei die Annäherung dann festgestellt ist, wenn ein die ermittelte dynamische Torsionsbelastung beschreiben- der Belastungswert einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.
8. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenn die Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antriebstrangs (1) an die zumindest eine Torsionseigen¬ frequenz des Antriebstrangs (1) festgestellt ist, die Steif¬ igkeit des Antriebstrangs, insbesondere durch eine Änderung der Konfiguration im Antriebstrang (1), geändert wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anregungsfrequenz der äußeren Anregung des Antrieb- Strangs (1) während des Antriebs des Antriebstrangs (1) und/oder die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs (1) errechnet werden/wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antriebstrang (1) unter Verwendung einer Antriebseinheit (2) mit der veränderlichen oder der konstanten Drehzahl angetrieben wird, insbesondere dass der Antriebstrang (1) unter Verwendung eines frequenzumrichtergeführten Elektromotors angetrieben wird, wobei der Elektromotor unter Verwendung des Frequenzumrichters (3) zur Veränderung der Drehzahl und/oder zu einer Kompensation von Schwankungen einer Netzfrequenz gesteuert wird.
11. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antriebstrang (1) mehrere konfigurationsbestimmte Torsi¬ onseigenfrequenzen aufweist, wobei bei der Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung an eine von den mehreren Torsionseigenfrequenzen diese Torsionseigenfrequenz verändert wird .
12. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, eingesetzt zur Vermeidung von Drehschwingungen bei einem Turboverdichter, insbesondere einem Ein-Wellen- Turboverdichter oder einem Getriebeturboverdichter.
13. Anordnung mit einem mit veränderlicher oder konstanter Drehzahl antreibbaren, zumindest eine konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz aufweisenden Antriebstrang (1) einer Turbomaschine, der beim Antrieb durch eine äußere Anregung mit sich verändernder Anregungsfrequenz anregbar ist, gekennzeichnet durch
- ein schaltbares, die zumindest eine konfigurationsbestimmte Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs (1) änderndes An¬ triebstrangelement,
- eine Steuerungseinheit (15), die derart eingerichtet, dass
- eine Annäherung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung an die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs (1) ermittelbar ist und
- wenn die Annährung der Anregungsfrequenz der äußeren Anregung an die zumindest eine Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs (1) ermittelt ist, die Schaltung des Antriebstrangelements zur Veränderung der zumin¬ dest einen Torsionseigenfrequenz des Antriebstrangs (1) steuert.
14. Anordnung nach mindestens einem der voranstehenden Anordnungsansprüche,
gekennzeichnet durch
eine das Antriebstrangelement (5) schaltbare, insbesondere pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch schaltbare, durch die Steuereinheit (15) gesteuerte Kupplung.
15. Anordnung nach mindestens einem der voranstehenden Anordnungsansprüche,
gekennzeichnet durch
eine den Antriebstrang (1) mit der veränderlicher oder der konstanten Drehzahl antreibbare, frequenzumrichtergeführte Antriebseinheit (2) und einen die Antriebseinheit (2) führen¬ den Frequenzumrichter (3) .
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