DE2735246C2 - Regeleinrichtung für einen Turboverdichter - Google Patents

Description

die Stellgröße die Antriebsdrehzahl des Verdichters Durch die damit bewirkte Begrenzung der Stellge-

oder, bei Antrieb mit konstanter Drehzahl (elektrische schwindigkeit der Hauptregelung in Abhängigkeit von Synchronmotoren), die Stellung der Leitschaufeln im der Regeldifferenz der Pumpgrenzregelung kann auch Verdichter. bei großen, nachgeschaltet-?!! Vofcnen ein Oberschrci-

Bei großen Lastschwankungen, wenn der Verbrauch 40 ten der Pumpgrenzlinie vermieden werden, die Abblageringer wird als die Förderleistung des Verdichters in selinie kann näher an die Pumpgrenzlinie gelegt und der seinem stabilen Arbeitsbereich, kann das sogenannte Verdichter so wirtschaftlicher betrieben werden. Pumpen auftreten, das ist ein einmaliges oder sich peri- Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der

odisch wiederholendes, stoßartiges Rückströmen des Figur dargestellten Prinzipschaltbildes beispielsweise Arbeitsmittels entgegen der normalen Förderrichtung. 45 erläutert.

Die von Konstruktion- und Betriebsparametern ab- Ein Turboverdichter 1 speist über ein Leitungsnetz 2

hängige Pumpgrenzlinie im Kennlinienfeld des Verdich- einen oder mehrere, hier nicht dargestellte, Verbrauters bezeichnet die Grenze zwischen stabilem und insta- eher, z. B. Winderhitzer, Hochöfen. Dieses System bildet bilem Bereich, in welchem das Pumpen auftritt was zu eine Regelstrecke mit großen und relativ schnell veränmechanischer Überbeanspruchung und zur Beschädi- 50 derlichen Zeitkonstanten, bedingt durch die Volumen gung der Schaufeln führen kann. und die Strömungswiderstände in der Strecke.

Es werden deshalb Pumpgrenzregelungen eingesetzt, Die Regelung des Verdichters 1 erfolgt mit Hilfe eines

deren Aufgabe es ist, ein Unterschreiten des Fördervo- ersten oder Hauptregelkreises, bei dem der Durchfluß lumendurchflusses unter den dem jeweiligen Druck zu- Q1 zum Verbraucher die Regelgröße und die Stellung geordneten Pumpgrenzdurchfluß zu verhindern und die 55 der Leitschaufeln im Verdichter 1 die Stellgröße Y1 ist. nicht vom Verbraucher abgenommene Fördermenge Die Führungsgröße w_{Q t} wird vorgegeben. Anstelle des anderweitig, z. B. über ein Abblasventil, abzuführen. Die Durchflusses Q1 zum Verbraucher kann auch der För-Regeldifferenz der Pumpgrenzregelung wird aus dem derdruck p/in der Leitung 2 als Regelgröße dienen und Durchflußwert am Eingang oder Ausgang des Verdich- als Stellgröße die Drehzahl des Verdichterantriebs, ters als Regelgröße und dem Förderdruck bzw. einem 60 Die aus Regelgröße Q1 und Sollwert w_QX in bekannfunktionell von diesem abhängigen Wert als Führungs- ter Weise gebildete Regeldifferenz x_n 1 ist die Eingangsgröße gebildet. Die Funktionskurve der Funktion f(p) größe des proportional-integral wirkenden Durchflußder Führungsgröße, die sogenannte Abblaselinie, soll reglers 3. In dem hier dargestellten Beispiel wird der möglichst nahe und parallel zur Pumpgrenzlinie verlau- Verdichter 1 mit konstanter Drehzahl angetrieben, der fen. sie kann in einem Funktionsgenerator erzeugt wer- 65 Stelleingriff erfolgt über die Stellung der Leitschaufeln den. im Verdichter. Sinkt der Strömungswiderstand des an-

Bei Überschreiten der Abblaselinie wirkt das Stellsi- geschlossenen Verbrauchers, so werden, um den Durchgnal der Pumpgrenzregelung auf Abblaseventile ein, fluß Q 1 konstant zu halten, die Leitschaufeln in Rieh-

3 .

tung Schließstellung, also nach kleineren öffnungswer- Die Begrenzung der Stellgeschwindigkeit wird beten, verstellt, entsprechend umgekehrt bei Erhöhung dingt durch die Quotientenbildung umso stärker, je nodes Strömungswiderstandes in der Strecke, her der Verdichterarbeitspunkt der Abblaselinie ist.

Um das eingangs erwähnte Pumpen des Verdichters Wenn aufgrund der Betriebsbedingungen des Ver-

zu vermeiden, ist ein zweiter, mit dem ersten nicht ge- 5 dichtere nicht auszuschließen ist, daß trotz Begrenzung doppelter Regelkreis zur Pumpgrenzregelung vorgese- der Regeldifferenz xo 1 mit dem kleinsten Wert A diese hen. Dieser enthält den proportionalintegral wirkenden noch so groß ist, daß eine zu schnelle Stellungsänderung Pumpgrenzregler 4, dessen Eingangsgröße die Regeldif- der Leitschaufeln auftritt, so kann ein in einem nichtliferenz*D2 ist. Sie wird in einer Vergleichsstelle aus elek- nearen Glied 14 mit positiver Durchlaßkennlinie eintrischen Werten gebildet, wobei der Durchfluß Q 2 10 stellbarer Anteil der Regeldifferenz xoz des zweiten Redurch den Verdichter 1, gemessen an dessen Ansaugsei- gelkreises der stark negativen Regeldifferenz Xd 1 in der te, die Regelgröße ist Die Führungsgröße wird in einem Verknüpfungsstelle 15 additiv aufgeschaltet werden, so Funktionsgenerator 5 erzeugt in welchem die Abblase- daß eine Verringerung der Regeldifferenz xd ι und dalinie als Funktion f(pl) des Förderdrucks p/-gebildet wird. mit eine Verringerung der Verstellgeschwindigkeit der Von dem Pumpgrenzregler 4 wird über einen Stellan- is Leitschaufeln eintritt Der über der Abblaselinie befindtrieb 16 ein Abblaseventil 6 betitigt, welches in einer liehe Verdichterarbeitspunkt wird in diesem Falle Abzweigleitung 7 zum Leitungsnetz 2 liegt Befindet schnell in den stabilen Bereich zurückgeführt sich der Arbeitspunkt des Verdichters 1 im stabilen Be- Je nach Struktur des Hauptregelkreises kann die Aufreich, also unterhalb der Abblaselinie, so ist die Regel- schaltung des Quotienten als Funktion der Regeldiffedifferenz xd2 der Pumpgrenzregelung negativ, das Ab- 20 renz des zweiten Regelkreises auch v-;ch dem Regler biaseventii 6 ist geschlossen. Ändert sich z. B. der Sirö- in entsprechender Weise erfolgen zw-ccks Begrenzung mungswiderstand in den vom Verdichter 1 gespeisten der Änderungsgeschwindigkeit der Stellgröße.

Verbraucher nach größeren Werten hin, so steigt der

Förderdruck pi und der Arbeitspunkt des Verdichters Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

wandert in Richtung auf die Abblaselinie. Wird der auf 25

der Abblaselinie liegende Druckwert überschritten, so wird die Regeldifferenz xbi im zweiten Regelkreis positiv, das Abblaseventil 6 wird geöffnet und die vom Verbraucher nicht abgenommene Fördermenge wird abge-

|p blasen.

tpi Ändert sich der Strömungswiderstand des Verbrau-

p chers relativ schnell nach kleineren Werten hin, so än-

§■& dert sich auch die Regeldifferenz xd\ des Hauptregel- «ΐ kreises und damit auch dessen Stellgröße Yi relativ

|| schnell. Befindet sich dabei der Arbeitspunkt des Ver-

i&, dichters knapp an oder auf der Abblaselinie, so kann

fö sich in diesem Betriebszustand infolge der Speicherwir-ϊ ^:1 kung des Verbraucherkreises der Förderdruck nicht

; rasch genug abbauen, wodurch ein Pumpen des Verdichters mit seinen bekannten schädlichen Folgen ver-

$ ursacht wird.

Ii Um dieses zu verhindern, wird eine aus der Regeldif-

|;1 ferenz X02 der Pumpgrenzregelung abgeleitete Funk-

f. tion im Sinne einer Begrenzung der Änderungsge-'" schwindigkeit der Stellgröße Y1 des Hauptregelkreises .--,,; diesem aufgeschaltet. In einem Differenzierglied 8 wird ' dazu uus der Regelabweichung xni deren Ableitung

''..:[ nach der Zeit xm. also ilirc Änderungeschwindigkeit, r^; _: gebildet und über ein nichtlineares Glied 9, welches nur für positive Werte durchlässig ist, dem einen Eingang .'f eines Quotientenbildners 10 zugeführt, dessen anderer

P Eingang mit einem, den Betrag der Regeldifferenz xoi bildenden Rechenbaustein 11 verbunden ist.

p. Aus dem Wert des Quotienten xo 2/1*02! ^w'^rd 'ⁿ der

"■'"'' Verknüpfungsstelle 12 ein Begrenzungsfaktor A geb'l-

'-' det, der einen Begrenzer 13 für die Regeldifferenz xd\ des Hauptregelkreises steuert derart, daß bei Aus-

: gangssignal O des Quotientenbildners !0 der Begrenzungsfaktor A = 1 ist, also keine Begrenzung stattfindet, im anderen Falle tritt eine von der Änderung der

: Regeldifferenz xo2 der Pumpgrenzregelung abhängige

Verkleinerung des Begrenzungsfaktors A und damit eine Begrenzung des Betrags der Regeldifferenz xo\ im Begrenzer 13 auf, wie gestrichelt angedeutet ist. Mit dieser Begrenzung dzr Regeldifferenz xo 1 wird auch die Verstellgeschwindigkeit der Leitschaufein begrenzt, der Druckabbau des Förderdrucks erfolgt langsamer, ein PumDcn des Verdichters wird vermieden.

Claims (3)

1 2 derart, daß der für den Betrieb im stabilen Bereich erPatentansprüche: forderliche Durchfluß durch den Verdichter aufrechterhalten wird.

1. Regeleinrichtung für einen Turboverdichter mit Es hat sich jedoch herausgestellt daß bei den an sich einem Hauptregelkreis zur Volumendurchfluß- oder 5 nicht gekoppelten Pumpgrenz- und Hauptregelkreisen Förderdruckregelung und einem zweiten Regelkreis eine gegenseitige Beeinflussung über die Regelstrecke zur Pumpgrenzregelung, dadurch gekenn- erfolgt, was insbesondere bei schnellen Lastwechseln zeichnet, daß der Quotient aus der Änderungs- oder Eingriffen von Hand, die eine schnelle Änderung geschwindigkeit der Regefdifferenz des zweiten Re- der Hauptstellgröße nach sich ziehen, zu Instabilitäten gelkreises und dem Betrag dieser Regeldifferenz io führen kann.

dem Hauptregelkreis im Sinne einer Verringerung Ein solcher Fall tritt bei schneller Verstellung der die

der Steligeschwindigkeit seines Stellglieds bei Ver- Hauptregelgröße (Volumeridurchfluß; Förderdruck) be-

stellung zu kleineren Werten hin aufgeschaltet ist einflussenden Parameter (Drehzahl, Lcitschaufelstel-

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- lung) nach kleineren Werten hin auf, dabei kann es nämkennzeichnet daß der Quotient (*di!\xdi\) einen η Hch infolge der Speicherwirkrng der dem Verdichter einstellbaren Begrenzer (13) für die Regeldifferenz nachgeschalteten Volumina vorkommen, daß der Ar-(x_D s) des Hauptreglers (3) steuert beitspimkt des Verdichters die Pumpgrenze überschrei-

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- tet

durch gekennzeichnet daß die Regeldifferenz (xdi) Dies gilt es zu vermeiden.

des zweien Regelkreises über ein einstellbares, 20 Eine Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnichilincarcs Glied (14) mit positiver Durchiaßkcnn- net, daß bei einer Regeleinrichtung der eingangs gclinie gewichtet der negativen Regeldifferenz (x_D\) nannten Art der Quotient aus der Änderungsgeschwindes Hauptregelkreises additiv aufgeschaltet ist digkeii der Regeldifferenz des zweiten Regelkreises und

dem Betrag dieser Regeldifferenz dem Hauptregelkreis

25 im Sinne einer Verringerung der Stellgeschwindigkeit

eines Stellglieds bei Verstellung zu kleineren Werten hin aufgeschaltet k.t

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung Je nach Aufbau der Regeleinrichtung des Hauptregel

für einen Turboverdichter mit einem Hauptregelkreis kreises kann über den Quotienten vor oder nach dem zur Durchfluß- oder Förderdruckregelung und einem 30 Hauptregler auf die Stellgeschwindigkeit eingewirkt zweiten Reg''kreis zur Pumpgrenzregelung (vgl. z. B. werden.

DE-OS 14 28 065 oder CH-PS 537 527). Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgese-

Bei Turboverdichter!! ist üblicherweise die Regelgrö- hen, mit dem Quotienten einen Begrenzer zur adaptieße im Hauptregelkreis, der Förderdruck des Verdich- renden Begrenzung der Regeldifferenz des Hauptregelters oder der Volumendurchfluß zum Verbraucher und 35 kreises zu steuern.