BRPI0904743A2 - rotary flow machine control systems - Google Patents
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Abstract
SISTEMAS DE CONTROLE DE MáQUINA DE FLUXO ROTATIVO. Trata-se de um sensor baseado em torque e método de controle (10) para detectar frações variantes de gás-líquido de um fluido que entra em uma turbo máquina (12) que opera um fluido de fases líquidas e composições variantes e usar informações sobre a real fração gás-líquido para estabelecer um algoritmo de controle (54), de tal modo que possa mudar o torque e, portanto, a velocidade rotativo da turbo máquina (12) para operar sob condições de segurança ou sob condições com maior eficiência ou maior produção de potência.ROTARY FLOW MACHINE CONTROL SYSTEMS. It is a torque-based sensor and control method (10) to detect variant gas-liquid fractions of a fluid entering a turbo machine (12) that operates a fluid of liquid phases and varying compositions and use information about the real gas-liquid fraction to establish a control algorithm (54), in such a way that it can change the torque and, therefore, the rotational speed of the turbo machine (12) to operate under safety conditions or under conditions with greater efficiency or greater power output.
Description
"SISTEMAS DE CONTROLE DE MAQUINA DE FLUXO ROTATIVO""ROTARY FLOW MACHINE CONTROL SYSTEMS"
Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention
A invenção refere-se, em geral, a sistemas e métodos de controlee captação de torque e, mais especificamente, a um sensor baseado em torquee ao método para controlar as características de velocidade ou torque damáquina em resposta às frações de gás-líquido variantes de fluidos para umamáquina de fluxo rotativo.The invention relates generally to torque capture and control systems and methods, and more specifically to a torque-based sensor and method for controlling machine speed or torque characteristics in response to varying gas-liquid fractions. fluids to a rotary flow machine.
O fluido de entrada em várias aplicações de turbo maquinariacompreende dois ou mais componentes como água e ar, ou metano, água eareia. Essas composições de fluido de entrada podem variar significativamentecom o tempo. Na maioria dos casos, a fração de gás-volume (GVF) ésignificativamente maior que a fração de volume-líquido/sólido. A fração gás-massa e a fração líquido-massa, entretanto, podem ser igualmente maiores.Pequenas mudanças na fração do volume de uma ou outra fase podem resultarem mudanças significativas na massa geral de entrada na turbo máquina. Issosignifica que o torque do eixo muda significativamente devido às mudanças nafração de gás-volume.The inlet fluid in various turbo machinery applications comprises two or more components such as water and air, or methane, water and sand. Such inlet fluid compositions may vary significantly with time. In most cases, the gas-volume fraction (GVF) is significantly larger than the volume-liquid / solid fraction. The gas-mass fraction and the liquid-mass fraction, however, may be equally larger. Minor changes in the volume fraction of either phase may result in significant changes in the overall turbo machine input mass. This means that the shaft torque changes significantly due to changes in the gas-volume fraction.
O controle das condições de operação de turbo máquinas emalgumas aplicações inclui normalmente as medidas diretas de fluidos quecompreendem várias espécies que são de difícil verificação, especialmente sobcondições dinâmicas. Portanto, apenas as temperaturas são determinadas emalguns pontos representativos no invólucro de uma turbo máquina. Ascondições de operação são então ajustadas de acordo com os dados decalibração obtidos durante os testes. Os modelos mecânicos de fluidos são àsvezes usados para auxiliar essa abordagem de calibração.Control of the operating conditions of turbomachines and some applications typically include direct fluid measurements comprising various species that are difficult to verify, especially under dynamic conditions. Therefore, only temperatures are determined and a few representative points in the enclosure of a turbo machine. The operating conditions are then adjusted according to the calibration data obtained during the tests. Mechanical fluid models are sometimes used to aid this calibration approach.
Outras técnicas de controle de turbo máquina empregam bocaisventure e medidores de fração de energia dual com base na tecnologia dedetecção nuclear para ajudar no ajuste de condições de operação de turbomáquinas. É necessário que um dispositivo externo que compreende ummedidor de fluxo multifásico seja calibrado no trem acionamento-motor-compressor, inclusive as condições de tubulação de entrada quando se usamas técnicas acima descritas.Other turbo machine control techniques employ nozzlesventure and dual energy fraction meters based on nuclear sensing technology to assist in tuning turbocharger operating conditions. An external device comprising a multiphase flow meter must be calibrated on the drive-motor-compressor train, including inlet piping conditions when using the techniques described above.
Seria vantajoso e proveitoso fornecer um dispositivo que podequantificar o impacto da modificação GVF em um compressor de turbomáquina tal qual a informação quantificada que pode ser usada para neutralizaro desempenho desvantajoso da turbo máquina associado com oscompressores centrífugos empregados na indústria de gás e óleo. Deve seradicionalmente vantajoso se o dispositivo puder ser tão facilmente aplicado emvários tipos de máquinas de fluxo rotativo quanto turbinas de vapor, bombasrotativo multifásicas e motores de aeronaves sob condições de chuva paraquantificar diretamente o impacto da modificação GVF na(s) respectiva(s)máquina(s) rotativo de fluxo.It would be advantageous and beneficial to provide a device that can quantify the impact of the GVF modification on a turbocharger such as the quantified information that can be used to counteract the disadvantageous turbo engine performance associated with centrifugal compressors employed in the oil and gas industry. It should be further advantageous if the device can be as easily applied to various types of rotary flow machines as steam turbines, multiphase rotary pumps and aircraft engines under wet conditions to directly quantify the impact of the GVF modification on the respective machine (s). s) rotary flow.
Breve DescriçãoBrief Description
Resumidamente, de acordo com uma modalidade, um métodopara controlar uma máquina de fluxo rotativo compreende:Briefly, according to one embodiment, a method for controlling a rotary flow machine comprises:
medir uma temperatura interna da máquina de fluxo rotativo eprever uma temperatura de saída da máquina de fluxo rotativo a partir dela;measuring an internal temperature of the rotary flow machine and predicting an outlet temperature of the rotary flow machine from it;
medir o torque de eixo da máquina de fluxo rotativo e determinaras mudanças de fluxo de massa em uma entrada para a máquina de fluxorotativo a partir dela; emeasure the shaft torque of the rotary flow machine and determine mass flow changes at an input to the rotary flow machine from it; and
controlar a velocidade ou torque rotacional do eixo da máquina defluxo rotacional em resposta às mudanças de fluxo de massa e temperaturasexternas preditivas na máquina de fluxo rotativo de forma que a máquinarotativa alcance as condições de operação desejáveis junto às mudanças nafração gás-volume na entrada para a máquina de fluxo rotativo.control the rotational speed or torque of the machine shaft rotational flow in response to mass flow changes and predictive external temperatures on the rotary flow machine so that the rotary machine achieves the desired operating conditions along with changes in inlet gas-volume fraction for Rotary flow machine.
De acordo com outra modalidade, um sistema de controle demáquina de fluxo rotativo compreende:According to another embodiment, a rotary flow machine control system comprises:
uma máquina de fluxo que tem um eixo rotacional;um sensor de torque configurado para medir o torque do eixorotacional associado com a máquina de fluxo;a flow machine that has a rotational axis, a torque sensor configured to measure the axle torque associated with the flow machine;
um software algorítmico configurado para determinar asmudanças no fluxo de massa em uma entrada para a máquina de fluxo rotativoem resposta ao torque do eixo rotacional medido;algorithmic software configured to determine changes in mass flow at an input to the rotary flow machine in response to the measured rotational axis torque;
um sensor de temperatura configurado para medir temperaturafluídica em uma entrada para a máquina de fluxo;a temperature sensor configured to measure fluid temperature at an input to the flow machine;
um sensor de temperatura configurado para medir a temperaturafluídica em uma saída para a máquina de fluxo, ea temperature sensor configured to measure fluid temperature at an output to the flow machine, and
um laço de controle de retroalimentação configurado paracontrolar a velocidade do eixo rotacional ou torque do eixo rotacional damáquina de fluxo em resposta às mudanças de fluxo de massa, a temperaturafluídica na entrada da máquina de fluxo, e a temperatura fluídica na saída damáquina de fluxo, de forma que a máquina rotativa alcance as condições deoperação desejadas com as mudanças na fração gás-volume na entrada damáquina de fluxo rotativo.a feedback control loop configured to control the rotational axis speed or rotational axis torque of the flow machine in response to mass flow changes, the fluid temperature at the flow machine inlet, and the fluid temperature at the flow machine outlet, the rotary machine will achieve the desired operating conditions with changes in the gas-volume fraction at the inlet of the rotary flow machine.
De acordo com ainda outra modalidade, um sistema de controlede máquina de fluxo rotativo compreende:According to yet another embodiment, a rotary flow machine control system comprises:
uma máquina de fluxo que tem um eixo rotacional;um sensor de torque configurado para medir o torque de eixorotacional associado com a máquina de fluxo;a flow machine that has a rotational axis, a torque sensor configured to measure the eixorotational torque associated with the flow machine;
um software algorítmico configurado para determinar asmudanças no fluxo de massa em uma entrada para a máquina de fluxo rotativoem resposta ao torque do eixo rotacional medido;algorithmic software configured to determine changes in mass flow at an input to the rotary flow machine in response to the measured rotational axis torque;
um atuador de desvio fluídico; ea fluid deviation actuator; and
um controlador configurado para controlar o torque do eixorotacional da máquina de fluxo ao fazer com que o atuador de desvio fluídicovarie a quantidade de fluido que passa na entrada da máquina de fluxo emtempo real em resposta às mudanças de fluxo de massa, de forma que amáquina rotativa alcance as condições de operação desejadas em associaçãoàs mudanças em fração de gás-volume na entrada da máquina de fluxo rotativo.a controller configured to control the torque of the flow machine shaft by causing the fluid bypass actuator to vary the amount of fluid that passes through the flow machine inlet in real time in response to mass flow changes, so that the rotary machine achieve desired operating conditions in association with changes in gas-volume fraction at the inlet of the rotary flow machine.
De acordo com ainda outro aspecto da invenção, um método decontrole da máquina de fluxo rotativo compreende:According to yet another aspect of the invention, a rotary flow machine control method comprises:
medir o torque do eixo da máquina de fluxo rotativo e determinaras mudanças de fração gás-volume (GVF) em uma entrada para a máquina defluxo rotativo a partir dela; emeasure the shaft torque of the rotary flow machine and determine the gas-volume fraction (GVF) changes at an input to the rotary flow machine from it; and
controlar a velocidade ou torque rotacional do eixo de máquina defluxo rotativo em resposta às mudanças de GVF na máquina de fluxo rotativo,de tal modo que a máquina rotativa atinja um ponto desejável de operação.control the rotational speed machine shaft rotational speed or torque in response to GVF changes in the rotary flow machine such that the rotary machine achieves a desirable point of operation.
Desenhosgraphics
Essas e outras características, aspectos e vantagens da presenteinvenção se tornarão melhor compreendidas quando a seguinte descriçãodetalhada for lida com referência aos desenhos anexados nos quais caracteressimilares representam partes similares através dos desenhos, em que:These and other features, aspects and advantages of the present invention will become better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings in which similar characters represent similar parts throughout the drawings, wherein:
A Figura 1 ilustra um sistema de controle de máquina de fluxorotativo de acordo com uma modalidade da invenção e;Figure 1 illustrates a rotary rotary machine control system according to one embodiment of the invention and;
A Figura 2 ilustra um sistema de controle de máquina de fluxorotativo de acordo com uma outra modalidade da invenção.Figure 2 illustrates a rotary rotary machine control system according to another embodiment of the invention.
Enquanto as figuras dos desenhos identificados acimaestabelecem modalidades particulares, outras modalidades da presenteinvenção são também contempladas, como foi verificado na discussão. Emtodos os casos, essa revelação apresenta modalidades ilustradas da presenteinvenção por meio de representação e não limitação. Outras inúmerasmodificações e modalidades podem ser projetadas pelas pessoas versadas natécnica que seguem o escopo e espírito da invenção dos princípios destainvenção.While the figures of the drawings identified above establish particular embodiments, other embodiments of the present invention are also contemplated, as has been found in the discussion. In all cases, this disclosure presents illustrated embodiments of the present invention by representation and not limitation. Numerous other modifications and modalities may be designed by those of skill in the art who follow the scope and spirit of the invention of the principles of invention.
Descrição DetalhadaDetailed Description
O torque de um eixo de máquina de fluxo rotacional assim comoum eixo de turbo máquina depende do fluxo de máquina completo através daturbo máquina e da mudança de entalpia específica através da máquina. Esseprocesso pode ser descrito pela mudança na temperatura para casos nos quaisa composição de fluido é conhecida. Nestes casos, as medições na entrada esaída da turbo máquina são relativamente fáceis de se obter e são suficientespara determinar o ponto de operação da turbo máquina. O ponto de operaçãode um compressor acionado por motor elétrico pode ser facilmente controladopela mudança da velocidade rotacional do compressor. Pontos de operaçãonão-desejados, como pontos próximos ou que ultrapassem o limite deoscilação/perda de um compressor, podem ser evitados pela mudança davelocidade da revolução conforme descritos abaixo com referência à Figura 1,ou quando se desvia partes do fluído, como descrito abaixo em referência àFigura 2. As propriedades de fluxo de entrada e de saída não são facilmentedeterminados, entretanto, quando os fluxos multifásicos são envolvidos noprocesso.The torque of a rotational flow machine shaft as well as a turbo shaft machine depends on the complete machine flow through the machine and the specific enthalpy change through the machine. This process can be described by changing the temperature for cases where fluid composition is known. In these cases, measurements at the turbo machine outlet are relatively easy to obtain and are sufficient to determine the operating point of the turbo machine. The operating point of an electric motor driven compressor can be easily controlled by changing the rotational speed of the compressor. Unintended operating points, such as points close to or exceeding a compressor's oscillation / loss limit, can be prevented by changing the revolution speed as described below with reference to Figure 1, or by diverting parts of the fluid as described below in Refer to Figure 2. Input and output flow properties are not easily determined, however, when multiphase flows are involved in the process.
Os presentes inventores reconhecem que as mudanças no eixodo torque podem ser eles mesmos usados para determinar o ponto deoperação, isto é, mudanças de entrada no fluxo de massa, desde que oscomponentes de fluído de princípio não se alterem no decorrer de períodos daordem da velocidade de revolução da turbo máquina, mas apenas para acomposição do fluido, isso é, GVF. As mudanças no fluxo de massa, nessainstância, são relacionadas apenas às mudanças da composição fluídica.The present inventors recognize that changes in the torque axis can themselves be used to determine the point of operation, that is, input changes in mass flow, provided that the principle fluid components do not change over periods of order of velocity. turbo machine revolution, but only for fluid composition, that is, GVF. Changes in mass flow, however, are related only to changes in fluid composition.
A temperatura de saída do líquido comprimido ou expandido emuma turbo máquina também é uma função do GVF. As alterações no GVF naentrada, entretanto, serão detectadas como mudanças na temperatura desaída associadas com escalas de tempo maiores do que as alterações no fluxode massa causadas pelas mudanças no GVF. Estas podem ser detectadasquase que instantaneamente através de um sensor de torque; enquantomudanças na temperatura de saída são da ordem do tempo de convecção deuma partícula que viaja através do canal de fluxo de uma turbo máquina.The outlet temperature of the compressed or expanded liquid in a turbo machine is also a function of GVF. Input GVF changes, however, will be detected as changes in output temperature associated with time scales larger than changes in mass flow caused by GVF changes. These can be detected almost instantly through a torque sensor; while changes in outlet temperature are of the order of convection time of a particle traveling through the flow channel of a turbo machine.
Este recurso foi reconhecido pelos presentes inventores parafornecer um sistema de controle de máquina de fluxo 10 descrito abaixo com referência à Figura 1. Um modelo mecânico de fluido é usado para prever atemperatura da composição fluídica que sai da turbo máquina, incluindo aconsideração sobre condensação ou evaporação. Esta temperatura prevista,juntamente com o torque/GVF medido, é usada então para determinar adireção de mudança rotativo, isto é, aceleração ou desaceleração.This feature has been recognized by the present inventors to provide a flow machine control system 10 described below with reference to Figure 1. A mechanical fluid model is used to predict the temperature of the fluid composition leaving the turbo machine, including condensation or evaporation advice. . This predicted temperature, together with the measured torque / GVF, is then used to determine the direction of rotary change, ie acceleration or deceleration.
A real temperatura de saída é, então, medida no ponto deoperação e é usada juntamente com as previsões baseadas em modelo pararepetir o ponto de operação e fechar o laço de iteração. Os requisitos mínimosde informações sobre o sensor incluem, portanto, temperaturas na entrada e nasaída do compressor, assim como a velocidade rotacional. O fluxo de massaem um ponto inicial do tempo, isto é, um ponto de calibragem de gás seco só érequerido uma vez que a técnica ora descrita detecte mudanças no fluxo demassa.The actual output temperature is then measured at the operating point and is used in conjunction with model-based predictions to repeat the operating point and close the iteration loop. The minimum sensor information requirements therefore include compressor inlet and outlet temperatures as well as rotational speed. The mass flow at a starting point of time, that is, a dry gas calibration point is only required once the technique described here detects changes in the excess flow.
Reportando-se agora à Figura 1, um sistema de controle demáquina de fluxo rotativo 10 é ilustrado de acordo com uma modalidade dainvenção. O sistema de controle de máquina de fluxo rotativo 10 inclui umcompressor 12; muito embora os princípios aqui descritos possam se aplicarigualmente a qualquer tipo de máquina de fluxo rotativo como, sem limitar, umaturbo máquina, isto é, turbina a vapor, bombas rotativas multifásicas e motoresde aeronave mediante condições de chuva.Referring now to Figure 1, a rotary flow machine control system 10 is illustrated according to one embodiment of the invention. The rotary flow machine control system 10 includes a compressor 12; although the principles described herein may apply equally to any type of rotary flow machine such as, without limitation, a turbine machine, i.e. steam turbine, multiphase rotary pumps and aircraft engines under wet conditions.
O compressor 12 é acionado por um motor de acionamentoadequado 14. Um módulo de controle de potência 16 inclui um softwarealgorítmico 18 descrito abaixo em maiores detalhes e é configurado paracontrolar a velocidade rotacional e/ou as características de torque do motor deacionamento 14.Compressor 12 is driven by a suitable drive motor 14. A power control module 16 includes an algorithmic software 18 described in more detail below and is configured to control the rotational speed and / or torque characteristics of the drive motor 14.
Um sensor de torque 20 é configurado para medir o torque sobreo eixo do motor/compressor 22, enquanto cada um dos sensores detemperatura 24, 26, nas respectivas portas de entrada e saída fluídicas decompressor 28, 30 são configuradas para medir sua temperatura fluídicacorrespondente.A torque sensor 20 is configured to measure torque on the motor / compressor shaft 22, while each of the temperature-sensing sensors 24, 26, in the respective fluid compressor inlet and outlet ports 28, 30 are configured to measure their corresponding fluid temperature.
O software algorítmico 18 é configurado para determinar asmudanças de fluxo de massa na entrada 28 para o compressor 12, emresposta ao torque de eixo rotacional.Algorithmic software 18 is configured to determine mass flow changes at input 28 for compressor 12 in response to rotational shaft torque.
Um laço de controle de retroalimentação 32 é configurado paracontrolar a velocidade do eixo rotacional 22 ou o torque do eixo rotacional 22da máquina de fluxo 12 em resposta às alterações de fluxo de massadeterminadas através do software algorítmico 18, a temperatura fluídica naentrada da máquina de fluxo 28 e a temperatura fluídica na saída da máquinade fluxo 30, de tal modo que o compressor/máquina rotativa 12 atinja ascondições desejadas de operação e associação com as mudanças na fraçãode gás-volume na entrada para a máquina de fluxo rotativo 12.A feedback control loop 32 is configured to control the rotational axis speed 22 or the rotational axis torque 22 of the flow machine 12 in response to mass flow changes determined by the algorithmic software 18, the inlet fluid temperature of the flow machine 28 and the fluidic temperature at the outlet of the flow machine 30 such that the compressor / rotary machine 12 achieves the desired operating conditions and association with changes in gas-volume fraction at the inlet to the rotary flow machine 12.
Numa breve explicação, os métodos de controle e captação detorque detectam frações variadas de gás-líquido de um fluido que entram namáquina de fluxo rotativo 12 que opera com um fluido que tem fases ecomposições líquidas variáveis. Uma composição líquida de alteração resultaem uma mudança respectiva no torque sobre o eixo rotativo 22 da máquina defluxo rotativo 12. O torque do eixo medido é usado, então, para detectar afração e gás-líquido; e essa informação é lançada em um algoritmo de controle18 que controla o ponto de operação da máquina de fluxo rotativo 12.In a brief explanation, control and capture methods detect detecting varying gas-liquid fractions of a fluid entering a rotary flow machine 12 that operates with a fluid that has varying phases and liquid compositions. A net change composition results in a respective change in torque about the rotary axis 22 of the rotary flow machine 12. The measured shaft torque is then used to detect fraction and gas-liquid; and this information is released in a control algorithm18 that controls the operating point of the rotary flow machine 12.
O ajuste do algoritmo de controle 18, de tal maneira que ele possamudar o torque e, portanto, a velocidade rotacional da máquina de fluxorotativo 12, em resposta às informações sobre a fração real de gás-líquido, édesejável para atingir condições de operação mais seguras ou condições commais eficácia ou maior rendimento de potência mediante composições líquidasvariantes que de alguma outra forma resultam no torque variante sobre o eixorotativo 22 da máquina de fluxo rotativo 12, ocasionando eventualmente danosà máquina de fluxo rotativo 12 mediante condições indesejadas de operação,algumas vezes próximas ou que ultrapassam o(s) limite(s) de perda ouoscilação.Adjusting the control algorithm 18 such that it can change the torque and therefore the rotational speed of the rotary flowriver machine 12 in response to the actual gas-liquid fraction information is desirable to achieve safer operating conditions. or more efficient conditions or higher power output by varying liquid compositions which otherwise result in varying torque on the rotary flow machine axle 22, possibly causing damage to the rotary flow machine 12 under unwanted operating conditions, sometimes close to or exceeding the loss or oscillation limit (s).
Portanto, o sistema de controle de máquina de fluxo rotativo 10baseado na aquisição de torque em alta velocidade, que é usada paradeterminar a fração de volume de gás na entrada de máquina de fluxo rotativoTherefore, the rotary flow machine control system 10 is based on high speed torque acquisition, which is used to determine the gas volume fraction at the rotary flow machine inlet.
28. Além disso, o sinal captado a partir do sensor de torque 20 é lançado nomódulo de controle de potência 16 do laço de controle de retroalimentação 32para determinar um ponto de operação aperfeiçoado para a máquina de fluxorotativo 12, que melhor supre as necessidades da nova composição de fluido.28. In addition, the signal captured from the torque sensor 20 is output power control module 16 of the feedback loop 32 to determine an improved operating point for the rotary rotary machine 12, which best meets the needs of the new fluid composition.
A Figura 2 ilustra um sistema de controle de máquina de fluxorotativo 50, de acordo com outra modalidade da invenção. O sistema decontrole de máquina de fluxo rotativo 50 inclui um compressor 12; muitoembora os princípios ora descritos sejam igualmente aplicáveis a qualquer tipode máquina de fluxo rotativo, como, sem caráter limitativo, uma turbo máquina,isto é, turbina a vapor, bombas rotativas de multifásica e motores de aeronavessob condições de chuva.Figure 2 illustrates a rotary rotary machine control system 50 according to another embodiment of the invention. The rotary flow machine control system 50 includes a compressor 12; Although the principles described above are equally applicable to any type of rotary flow machine, such as, without limitation, a turbo machine, ie steam turbine, multiphase rotary pumps and aircraft engines under rainy conditions.
O compressor 12 é acionado por um motor de acionamentoadequado 14. Um controlador 52 inclui software algorítmico 54 descrito emdetalhes adicionais abaixo e é configurado em combinação com um sensor detorque de eixo 20 para controlar um atuador de desvio de fluxo 56 em respostaao torque do eixo rotacional 22 do compressor 12.Compressor 12 is driven by a suitable drive motor 14. A controller 52 includes algorithmic software 54 described in further details below and is configured in combination with a 20-axis sensor to control a flow offset actuator 56 in response to rotational shaft torque 22 of the compressor 12.
O software algorítmico 54 é configurado para determinar asalterações no fluxo de massa na entrada 28 do compressor 12 em resposta aotorque de eixo rotacional medido. Esta informação é usada, então, paracontrolar a quantidade de fluido que escoa através da entrada do compressor28 em tempo real via um atuador de desvio de fluido 56, de tal modo que amáquina; compressor rotativo 12 alcance condições operacionais desejadasem associação com alterações na fração de gás-volume na entrada 28 para amáquina de fluxo rotativo 12. Embora descrita em termos de uma máquinarotativa de velocidade variável, esta técnica aplica-se igualmente bem amáquinas rotativas de velocidade fixa.Algorithmic software 54 is configured to determine changes in mass flow at input 28 of compressor 12 in response to the measured rotational axis time. This information is then used to control the amount of fluid flowing through the compressor inlet 28 in real time via a fluid bypass actuator 56 such that the machine; rotary compressor 12 achieves desired operating conditions in association with changes in the gas-volume fraction at input 28 for rotary flow machine 12. Although described in terms of a variable speed rotary machine, this technique applies equally well to fixed speed rotary machines.
Os sensores de torque modernos baseados na codificação deeixo magnético podem atingir medições repetidamente de 99,99% e umalargura de banda de sinal de até 30 kHz se forem cumpridos todos os requisitosde sensor primários e secundários, requerendo um projeto otimizado para cadatipo de aplicação. Considerando-se e integrando-se o projeto de sensorotimizado durante o estágio de desenho do sistema de controle de máquina defluxo rotativo 10, habilita-se a detecção de alterações ainda muito pequenas nafração de volume de uma ou outra fase de maneira confiável, possibilitandoque esta informação seja empregada em circuitos avançados de controle dedesempenho como ora descrito.Modern torque sensors based on magnetic axis coding can repeatedly achieve 99.99% measurements and a signal bandwidth of up to 30 kHz if all primary and secondary sensor requirements are met, requiring a design optimized for each application type. Considering and integrating the optimized sensor design during the design stage of the rotary flow machine control system 10, it is possible to reliably detect changes in the volume fraction of one phase or the other reliably, enabling this information is employed in advanced performance control circuits as described herein.
Um sistema de controle de máquina de fluxo, como ora descritocom referência às Figuras pode ser configurado, sem caráter Iimitativo1 parauso com um motor de velocidade variável para acionar um compressor ou parauso com um gerador de energia de velocidade variável para acionar umaturbina (ou com máquinas de velocidade fixa). O sistema de controle em cadacaso propicia tempos de reação rápidos para mudar o flux de massa, torquee/ou velocidade do eixo.A flow machine control system as described with reference to the Figures may be configured without limitation1 for use with a variable speed motor to drive a compressor or for use with a variable speed power generator for driving a turbine (or with machines fixed speed). The step-down control system provides fast reaction times for changing mass flow, torque and / or shaft speed.
Um sensor de torque de reação rápida para turbo maquináriooperado a 10.000 RPM requer uma reação dentro de 6 mseg., que eqüivale aum ciclo rotacional. Os sensores de torque codificados de eixo do estado datécnica têm larguras de banda de sinal de até 30 kHz, como escrito acima,significando que eles podem detectar eventos em uma escala de tempo de 30micro segundos. Tais sensores, entretanto, podem ter o uso limitado comouma entrada para circuitos de controle, pois eles também podem ser sensíveisa distúrbios eletromagnéticos e outros distúrbios.A fast reaction torque sensor for turbo machinery operated at 10,000 RPM requires a reaction within 6 msec, which is equivalent to a rotational cycle. State-of-the-art coded shaft torque sensors have signal bandwidths of up to 30 kHz, as written above, meaning they can detect events on a 30 micron time scale. Such sensors, however, may have limited use as an input to control circuits, as they may also be sensitive to electromagnetic disturbances and other disturbances.
Usando a saída de um sistema de sensibilidade a torque emassociação com controle de atuação rápida em uma modalidade, requer-se umprojeto especial de sensor, especialmente se for necessário o comportamentoem tempo real do sinal captado, isto é, o aperfeiçoamento da qualidade dosinal quando se filtra ou não podem ser aplicados os métodos deprocessamento de sinal padrão. Este projeto de sensor, de acordo com umamodalidade requer a blindagem das bobinas de captação de campo magnéticocontra distúrbios eletromagnéticos externos. As bobinas de captação decampo magnético, por exemplo, têm que ser posicionadas dentro de um tubometálico (alternativamente uma proteção metálica ao redor do eixo). Ademais,múltiplos pares de sensor de campo magnético, de acordo com umamodalidade, têm que ser posicionados em volta do eixo 22. Eles podem serusados para excluir aqueles movimentos laterais do eixo ou campos externosque se chocam com o resultado da medição, por exemplo, a execução demedições diferenciais, a comparação e resumo de componentes de camporelevantes a partir de diferentes posições em volta do eixo, de tal modo quesomente o verdadeiro torque seja medido todas as vezes.Using the output of a torque-sensing and fast-acting control-sensing system in one embodiment, a special sensor design is required, especially if the real-time behavior of the captured signal is required, ie improved signal quality when filters or cannot apply standard signal processing methods. This sensor design, according to one embodiment, requires shielding of the magnetic field pickup coils against external electromagnetic disturbances. Magnetic field pickup coils, for example, have to be positioned inside a tubometallic (alternatively a metal shield around the shaft). In addition, multiple pairs of magnetic field sensors, according to one embodiment, must be positioned around axis 22. They can be used to exclude those lateral axis movements or external fields that clash with the measurement result, for example, the performing differential measurements, comparing and summarizing relevant cam components from different positions around the axis, so that only true torque is measured every time.
Alternativamente, uma potência do eixo baseada na integração oumétodo de medição por torque poderiam ser usados para gerar um sinal deentrada mais confiável para o algoritmo de controle. Tal método podeempregar inúmeras regiões magneticamente codificadas, bobinas de indução eseções de integração configuradas para fornecer uma resolução de temporequerida para aplicações especificas, por exemplo de 1 ms. As bobinas deindução de núcleo de ar podem ser empregadas em uma solução que permitasua aplicação numa faixa de temperatura muito mais alta do que as soluçõesde captação de campo magnético permanentes.Alternatively, an axis power based on the integration or torque measurement method could be used to generate a more reliable input signal for the control algorithm. Such a method may employ numerous magnetically encoded regions, induction coils and integration sections configured to provide a required time resolution for specific applications, for example 1 ms. Air core induction coils can be employed in a solution that allows their application in a much higher temperature range than permanent magnetic field pickup solutions.
Em uma explicação mais sumarizada, um método de controle esensor baseado em torque foi descrito para máquinas de controle de fluxorotacional, como uma turbo máquina que funciona sob frações de fluidos degás-líquido variáveis. De acordo com um aspecto, uma ocorrência decalibragem é fornecida no início do processo. Um laço de retroalimentação éfornecido, o qual alimenta as informações de torque de eixo de turbo máquinade volta a um sistema de controle de turbo máquina. Os sensores detemperatura são fornecidos em uma entrada e uma saída da turbo máquina.Um sensor de torque é fornecido, o qual mede a velocidade rotacional da turbomáquina. Informações conhecidas sobre os componentes líquidos, isto é, dotipo gás, do tipo líquido, são fornecidas. Apresenta-se um modelo fluidomecânico da turbo máquina trabalhando sob condições multifásicas, no qualalterações em GVF ocasionam uma alteração em todo o fluxo de massa. A(s)temperatura(s) e pressão(ões) de saída da turbo máquina se baseia(m) navelocidade medida e na(s) temperatura(s) de entrada. Um novo ponto deoperação é previsto através de um modelo fluido mecânico; e se este ponto deoperação for indesejado, a velocidade rotacional ou um mecanismo de desvioou outro meio instalado para influenciar o ponto de operação da turbo máquinapode ser usado para mudar o real ponto de operação. Um monitoramentocontínuo das alterações nas quantidades de entrada e de saída permite, então,um ajuste estável de um novo ponto de operação.In a more summarized explanation, a torque-based esensor control method has been described for fluxorotional control machines, such as a turbo machine operating under variable degassed fluid fractions. According to one aspect, a calibration event is provided at the beginning of the process. A feedback loop is provided which feeds the turbo machine shaft torque information back into a turbo machine control system. Temperature sensors are provided at one inlet and one outlet of the turbo machine. A torque sensor is provided which measures the rotational speed of the turbomachine. Known information about liquid components, ie gas type, liquid type is provided. A fluidomechanical model of the turbo machine working under multiphase conditions is presented, in which changes in GVF cause a change in the whole mass flow. Turbocharger outlet temperature (s) and pressure (s) are based on the measured speed and inlet temperature (s). A new point of operation is predicted through a mechanical fluid model; and if this operating point is undesirable, rotational speed or a bypass mechanism or other means installed to influence the turbo machine's operating point may be used to change the actual operating point. Continuous monitoring of changes in input and output quantities then allows a stable adjustment of a new operating point.
Muito embora apenas determinados recursos da invenção tenhamsido ilustrados e descritos aqui, muitas modificações e alterações ocorrerãoaos versados na técnica. Portanto, deve-se compreender que asreivindicações em anexo pretendem proteger todas estas modificações ealterações contidas no verdadeiro espírito da invenção.Although only certain features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and changes will occur to those skilled in the art. Therefore, it should be understood that the appended claims are intended to protect all such modifications and modifications contained in the true spirit of the invention.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0904743 BRPI0904743A2 (en) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | rotary flow machine control systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0904743 BRPI0904743A2 (en) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | rotary flow machine control systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BRPI0904743A2 true BRPI0904743A2 (en) | 2011-07-19 |
Family
ID=44275751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BRPI0904743 BRPI0904743A2 (en) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | rotary flow machine control systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BRPI0904743A2 (en) |
-
2009
- 2009-11-24 BR BRPI0904743 patent/BRPI0904743A2/en not_active IP Right Cessation
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