DE3034489C2 - Regelvorrichtung zur Regelung einer Kühlanlage mit drehzahlgesteuertem Radialverdichter - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Regelung einer Kühlanlage mit drehzahlgesteuertem Radialverdichter, mit einem Fühler, der die Stellung verstellbarer Eintrittsleitschaufeln des Radialverdichters ermittelt, einem am Fühler angeschlossenen Schaltkreis, der ein erstes Ausgangssignal für die Leitschaufelstellung und ein zweites Ausgangssignal für die Abweichung der einer aktuellen Verdichterdrehzahl entsprechenden Machzahl von der minimalen Machzahl erzeugt.
• Eine Regelvorrichtung dieser Gattung ist aus der US-PS 41 51 725 bekannt. Bei dieser Regelvorrichtung ist ein Fühler in Form eines Potentiometers vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Leitschaufelstellung ein erstes Ausgangssignal erzeugt. Mit Hilfe von Temperaturfühlern, die die Verdampfungstemperatur im Verdampfer und die Kondensationstemperatur im Kondensator ermittelt, wird die minimale Machzahl bei voll aufgedrehten Leitschaufeln erzeugt. Aus der Abweichung der der aktuellen Verdichterdrehzahl entsprechenden Machzahl von der minimalen Machzahl bei dieser Leitschaufelstellung wird dann das zweite Ausgangssignal abgeleitet. Die beiden Ausgangssignale werden zur Erzeugung eines Regelsignals herangezogen, das zur Regelung des Radialverdichters benutzt wird, und zwar in der Weise, daß Verdichterdrehzahl und Leitschaufelstellung einer vorgegebenen Kurve folgen, die im vorhinein so festgelegt wurde, daß ein Pumpen des Verdichters gerade vermieden wird.
• Unter Pumpen eines Verdichters ist bekanntlich derjenige Zustand zu verstehen, bei dem die Strömung an den Verdichterschaufeln abreißt und es daher zu einer instabilen Strömung im Verdichter kommt. Wie in der US-PS 41 51 725 erläutert, ist unter der Machzahl im vorliegenden Fall das Verhältnis aus der Verdichterumfangsgeschwindigkeit an den Schaufelspitzen und der Ruheschallgeschwindigkeit des strömenden Mediums zu verstehen. Da sich die Ruheschallgeschwindigkeit des Kältemittels bei den üblichen Betriebszuständen nur geringfügig ändert, stellt die Machzahl ein Maß für die Verdichterdrehzahl dar.
• Die minimale Machzahl (bei voll aufgedrehten Leitschaufeln) stellt diejenige Machzahl dar, bei der ein Pumpen gerade noch vermieden wird. Sie hängt von dem Verdichterdruckverhältnis ab und wird, wie bereits oben erwähnt, von der Kondensations- und Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer und Kondensator abgeleitet, wie in der US-PS 41 51 725 im einzelnen erläutert wird.
• Bei der Regelvorrichtung nach der US-PS 41 51 725 müssen die Pumpeigenschaften des Verdichters im vornhinein bekannt sein, um in die Regelvorrichtung eine Kurve eingeben zu können, der die Verdichterdrehzahl und Leitschaufelstellung folgen sollen. Die vorbekannte Regelvorrichtung ist daher bei Kühlanlagen mit unbekanntem Pumpverhalten des Radialverdichters nicht verwendbar.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung der oben angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß sie an Kühlanlagen mit Radialverdichter unbekannten Pumpverhaltens anpaßbar ist, um ein Pumpen des Radialverdichters in allen Betriebspunkten zu vermeiden.
• Diese Aufgabe wird bei der Regelvorrichtung mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schaltkreis eine Verstellvorrichtung aufweist, durch die das erste und zweite Ausgangssignal zur Anpassung der Regelvorrichtung an die Pumpcharakteristik des Verdichters der Kühlanlage veränderbar sind.
• Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verstellvorrichtung sind das erste und zweite Ausgangssignal so veränderbar, daß die Regelvorrichtung an eine Kühlanlage mit unbekanntem Pumpverhalten nachträglich angepaßt werden kann. Dies kann durch wahlweises Ändern des ersten und/oder zweiten Ausgangssignals erreicht werden.
• Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt
• Fig. 1 ein Schaubild, in dem die Drehzahl bzw. Machzahl eines Verdichters für ein vorgegebenes Druckverhältnis über der Leitschaufelstellung aufgetragen ist;
• Fig. 2 das Schaltbild eines Teils einer Regelvorrichtung für eine Kühlanlage mit drehzahlgesteuertem Radialverdichter;
• Fig. 3 das Schaltbild eines Schaltkreises der in Fig. 2 gezeigten Regelvorrichtung;
• Fig. 4 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Regelvorrichtung nach den Fig. 2 und 3, in dem ein die Machzahl darstellendes Spannungssignal über einem die Schaufelstellung darstellenden Spannungssignal aufgetragen ist.
• Fig. 1 zeigt zwei Kurven, die die Verdichterdrehzahl als Funktion der Leitschaufelstellung bei einem vorgegebenen Verdichterdruckverhältnis darstellen, und zwar für eine Kühlanlage mit einem drehzahlgesteuertem Radialverdichter, wie z. B. in der US-PS 41 51 725 dargestellt.
• Die Kurve 1 ist eine Pumpkurve, die aus den empirisch ermittelten Pumpeigenschaften eines bestimmten Radialverdichters abgeleitet wurde, wobei ein Betrieb in dem unteren Bereich links von der Kurve 1 ein Pumpen des Verdichters bedeutet. Zum Vermeiden eines Verdichterpumpens wurde eine Kennlinie 2 entwickelt, die eine mathematische Funktion zur Regelung der Betriebsweise der Regelvorrichtung für die Kühlanlage darstellt. Wenn die Drehzahl des Verdichters und die Leitschaufelstellung so geregelt werden, daß die Regelvorrichtung der Kennlinie 2 folgt, wird nicht nur ein Pumpen des Verdichters vermieden, sondern die Anlage arbeitet auch mit minimalem Energieverbrauch.
• Wie bereits eingangs erläutert, ist zum Erstellen der Kennlinie 2 erforderlich, daß die Pumpeigenschaften des Verdichters bekannt sind. Wenn jedoch ein Radialverdichter, dessen Pumpverhalten nicht vorher bekannt ist, in eine bestehende Kühlanlage eingebaut wird, so ist auch die Kennlinie 2 dieser Kühlanlage nicht bekannt.
• Die in Fig. 2 gezeigte Regelvorrichtung ist jedoch so ausgebildet, daß sie an eine bestehende Kühlanlage mit unbekannten Pumpverhalten angepaßt werden kann, d. h., daß sich mit dieser Regelvorrichtung die Kennlinie 2 ermitteln läßt, durch die sichergestellt wird, daß in keinem Betriebspunkt der Kühlanlage ein Pumpen des Radialverdichters auftritt.
• Die Regelvorrichtung der Fig. 2 enthält einen Schaltkreis 20, dessen Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt sind und der aufgrund seines Aufbaus eine Anpassung der Regelvorrichtung an die Pumpeigenschaften der Kühlanlage erlaubt, wie im einzelnen noch beschrieben wird. In diesem Zusammenhang sollen Schaltungseinzelheiten, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich sind, außer acht bleiben.
• Die Regelvorrichtung der Fig. 2 enthält einen Thermistor 56, der in Abhängigkeit von der Kondensationstemperatur des Kältemittels ein Signal über eine Leitung 55 abgibt, sowie einen Thermistor 58, der in Abhängigkeit von der Verdampfungstemperatur des Kältemittels ein anderes Signal über eine Leitung 57 abgibt. Diese beiden Signale werden in einem Differentialverstärker vereinigt, und das resultierende Signal, das an einer Leitung 88 anliegt, steht zu der minimalen Machzahl Mo bei voll aufgedrehten Leitschaufeln in Beziehung. Das resultierende Signal hängt nur vom Verdichterdruckverhältnis ab und enthält keinen auf die Leitschaufelstellung bezogenen Faktor.
• Ein die Leitschaufelstellung darstellendes Signal wird von einem Potentiometer 61 (Fig. 2) über eine Leitung 100 den negativen Eingängen von Verstärkern 101, 102 und 103 zugeführt, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Schleifer des Potentiometers 61 ist mit den Leitschaufeln bzw. dem Abtrieb des Leitschaufelmotors mechanisch gekoppelt. Das an der Leitung 100 anliegende Signal stellt somit kontinuierlich die Leitschaufelstellung (voll aufgedreht, ³ / ₄ aufgedreht, usw.) dar. Das die Leitschaufelstellung darstellende Signal wird dem negativen Eingang des Verstärkers 101 zugeführt über zwei Widerstände und ein verstellbares Potentiometer 104, das es gestattet, eine veränderliche lineare Spannung zu dem Signal im Leitschaufelspannungsbereich 2 V bis 6 V zu addieren. Der Schleifer des Potentiometers 61 nimmt bei voll aufgedrehten Leitschaufeln seine Nullwiderstandsstellung ein. Das über die Leitung 100 den Verstärkern 102 und 103 zugeführte Signal wird ebenfalls an deren negativen Eingänge angelegt, und zwar über vorgegebene Widerstände, wie in Fig. 3 gezeigt. Spannungen, die von einer 12 V-Gleichstromquelle unter Verwendung vorgegebener Widerstände erzeugt werden, gelangen über eine Leitung 105 an den positiven Eingang des Verstärkers 101, über eine Leitung 106 an den positiven Eingang des Verstärkers 102 und über eine Leitung 107 an den positiven Eingang des Verstärkers 103.
• Die Ausgänge der Verstärker 101, 102 und 103 werden vereinigt und gelangen über eine Leitung 111 an den positiven Eingang eines weiteren Verstärkers 110 . Das Ausgangssignal des Verstärkers 110, das von den unterschiedlichen Ausgängen der Verstärker 101, 102 und 103 abgeleitet wurde, ist ein Signal, das die Abweichung der der augenblicklichen Leitschaufelstellung entsprechenden Machzahl von der minimalen Machzahl darstellt. Dieses Ausgangssignal liegt an einer Leitung 90 an und wird, wie in Fig. 2 gezeigt, mit dem an der Leitung 88 anliegenden Signal vereinigt, das die minimale Machzahl Mo bei voll aufgedrehten Leitschaufeln darstellt. Die Leitung 90 empfängt somit ein positives Signal, das eine Funktion sowohl der Machzahlabweichung wie auch der minimalen Machzahl Mo ist und das einem (nicht gezeigten) Logikkreis der Durchsatzregelvorrichtung der Kühlanlage zugeführt werden kann.
• Das vereinigte Ausgangssignal der Verstärker 101, 102, 103 wird außerdem über eine Leitung 112 und einen Widerstand einem Potentiometer 120 (Fig. 3) zugeführt, mit dem sich die Betriebskurve nach oben oder unten verstellen läßt, wenn die Regelvorrichtung an eine bestehende Kühlanlage mit unbekanntem Pumpverhalten angepaßt wird, wie im folgenden noch genauer beschrieben wird. Das von dem Potentiometer 120 kommende Signal, das an einer Leitung 62 anliegt, stellt ein Ausgangssignal für die Leitschaufelstellung dar und wird über einen Verstärker 101 a (Fig. 2) mit dem die minimale Machzahl darstellenden Signal der Leitung 88 vereinigt, wodurch ein an einer Leitung 89 anliegendes Signal zur Steuerung eines Verstärkers 103 a erzeugt wird.
• Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, die ein Beispiel einer zu erzeugenden Kennlinie grafisch veranschaulicht. In dem Schaubild, bei dem der zu erwartende Verstellbereich der Leitschaufeln zwischen 2-7 V liegt, ist das an der Leitung 90 anliegende Ausgangssignal als Funktion der Leitschaufelstellung aufgetragen.
• Der verstellbare Schaltkreis 20 kann durch irgendeine beliebige Technik verstellt werden, um die in Fig. 4 gezeigte Kennlinie zu erzeugen. Im folgenden wird ein bevorzugtes Verfahren zum Ermitteln der in Fig. 4 gezeigten Kennlinie beschrieben.
• Wenn die Regelvorrichtung in eine bestehende Kühlanlage eingebaut wird, werden die Potentiometer 104 und 120 anfangs auf einen von der Herstellerfabrik vorgeschlagenen Grundwert eingestellt. Der Temperaturregler für das Kühlwasser wird z. B. auf 6,6°C eingestellt, und die Kühlanlage wird dann mit hoher Belastung des Kühlwasserkreises betrieben. Nachdem das Kühlwasser eine Temperatur von 6,6°C erreicht hat, kann eine Bedienungsperson die Kühlwassertemperaturdifferenz und die Temperatur des in den Kondensator eintretenden Kühlwassers bestimmen. Hiernach prüft die Bedienungsperson anhand geeigneter Daten, ob das austretende Kühlwasser zwischen empirisch vorgegebenen Grenzen liegt. Falls nicht, wird die Temperatursteuerung der Kühlanlage so verstellt, daß die Temperatur des austretenden Kühlwassers innerhalb der zulässigen Grenzen liegt. Die Wärmelast wird dann durch geeignete Mittel geändert, beispielsweise durch Abdrehen von Luftgebläsen u. dgl., bis die Leitschaufelspannung in dem Bereich von 6-7 V liegt. Hiernach wird wiederum anhand geeigneter Daten festgestellt, ob das Kühlwasser zwischen den zulässigen Werten liegt, und falls nicht, können weitere Verstellungen vorgenommen werden.
• Nachdem sich die Kühlanlage in dem Leitschaufelspannungsbereich von 6-7 V eingependelt hat, wird die Kühlanlage auf "Haltebetrieb" eingestellt. Das Potentiometer 120 wird nun um vorgegebene Beträge verstellt, bis die Kühlanlage pumpt. Beispielsweise kann das Potentiometer 120 alle vier Minuten um 0,25 V verstellt werden, um die Betriebskurve so lange zu verstellen, bis Pumpen eintritt. Während dieser Zeit wird das Kühlwasser innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten. Eine erneute Änderung der Wärmelast zur Erzeugung einer Leitschaufelspannung von 6-7 V kann, wie oben beschrieben, erforderlich sein. Im Punkt des Pumpens wird der zugehörige Betriebspunkt-Spannungswert abgelesen, und eine Zusatzspannung von 1 V wird durch Verstellen des Potentiometers 120 addiert, wodurch ein Punkt der zu ermittelnden Kennlinie gefunden ist. Dann wird die Kühlanlage auf automatischen Betrieb zurückgestellt, und die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden für Leitschaufelspannungen im Bereich von 3-4 V wiederholt, wobei wieder festgestellt wird, ob die Temperatur des austretenden Kühlwassers zwischen den zulässigen Grenzen liegt. Dann wird das Potentiometer 104 um bestimmte Werte verstellt, bis Pumpen eintritt, beispielsweise alle vier Minuten um 0,5 V. Im Punkt des Pumpens wird der Spannungswert des zugehörigen Betriebspunktes abgelesen, und eine Zusatzspannung von 1 V wird durch Verstellen des Potentiometers 104 addiert, wodurch ein weiterer Punkt der Kennlinie gefunden ist. Auf diese Weise sollte die Kühlanlage für alle zu erwartenden Betriebspunkte geeicht werden.

Claims (8)

1. Regelvorrichtung zur Regelung einer Kühlanlage mit drehzahlgesteuertem Radialverdichter, mit einem Fühler, der die Stellung verstellbarer Eintrittsleitschaufeln des Radialverdichters ermittelt, einem am Fühler angeschlossenen Schaltkreis, der ein erstes Ausgangssignal für die Leitschaufelstellung und ein zweites Ausgangssignal für die Abweichung der einer aktuellen Verdichterdrehzahl entsprechenden Machzahl von der minimalen Machzahl erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (20) eine Verstellvorrichtung (104, 120) aufweist, durch die das erste und zweite Ausgangssignal zur Anpassung der Regelvorrichtung an die Pumpcharakteristik des Verdichters der Kühlanlage veränderbar sind.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (104, 120) ein Potentiometer (120) zum Verstellen des ersten Ausgangssignales aufweist.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (104, 120) ein Potentiometer (104) zum Verstellen des zweiten Ausgangssignals aufweist.

4. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler für die Leitschaufelstellung ein Potentiometer (61) ist, dessen Schleifer mit den Eintrittsleitschaufeln mechanisch gekoppelt ist.

5. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (20) mehrere Verstärker (101, 102, 103) mit zwei Eingängen umfaßt, wobei die einen Eingänge (+) mit dem Fühler für die Leitschaufelstellung verbunden sind und an die anderen Eingänge (-) jeweils eine Referenzspannung anlegbar ist, und daß die vereinigten Ausgänge der Verstärker (101, 102, 103) einem weiteren Verstärker (110) zuführbar sind, dessen Ausgangssignal das erste Ausgangssignal darstellt.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Potentiometer (120) zum Verstellen des ersten Ausgangssignals die vereinigten Ausgänge der Verstärker (101, 102, 103) zuführbar sind.

7. Regelvorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (104) zum Verstellen des zweiten Ausgangssignals zwischen den Fühler für die Leitschaufelstellung und einen Eingang eines (101) der Verstärker (101, 102, 103) geschaltet ist.

8. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56, 58) zum Erzeugen eines die minimale Machzahl (Mo) darstellenden Signals, das zum Erzeugen eines Regelsignals für die Kühlanlage mit dem zweiten Ausgangssignal vereinigt wird.