DE3410792C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verhin­ dern des Pumpens von Turboverdichtern der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der SU-PS 6 23 996 bekannten Art. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der US-PS 39 63 367 bekannt.

Am erfolgreichsten kann die Erfindung bei Turboverdichtern mit einem großen Förderstromregelungs­ bereich, zum Beispiel bei Verdichtern zum Erdgastrans­ port, zur Luftversorgung von Hochöfen in der Metallur­ gie, zur Luftzufuhr in Gruben u. a. benutzt werden. Darüber hinaus kann die Erfindung bei Verdichtern, die starken Be­ lastungsschwankungen ausgesetzt sind, zum Beispiel bei Verdichtern in der pneumatischen Förderung und bei Ver­ dichtern benutzt werden, die bei stark veränderlichen Saug- und Kühl­ bedingungen arbeiten, zum Beispiel bei Verdichtern, die im Hochgebirge eingesetzt werden.

In der gegenwärtigen Verdichterbaupraxis gewinnt das Problem der Verhinderung des Pumpens von Turboverdichtern wegen der ansteigenden Einheitsleistung der Verdichter und des infolgedessen ansteigenden Aufwands zur Beseiti­ gung der Folgen des Pumpens sowie wegen der erhöhten Forderungen an die Senkung des Energieaufwands für den Verdichterbetrieb immer mehr an Bedeutung.

Es ist bekannt, daß bei einem bestimmten Verhältnis zwischen dem Förderdruck und dem Verdichterdurchfluß, das der Pumpgrenze entspricht, ein unstabiles Verhalten des Verdichters - ein Pumpen - eintritt, das durch ruckarti­ ge (pulsierende) Änderungen des Durchflusses und des För­ derdruckes des Verdichters gekennzeichnet ist, die zu ei­ ner starken Vibration und einer Axialverstellung des Ver­ dichterlaufrades und als Folge davon zu einem Bruch der Maschine bzw. einer Verschlechterung ihrer Energiedaten führen.

Zur Verhinderung des Pumpens bei unstabilem Verhalten des Verdichters ist es aus der DE-OS 28 28 124 bekannt, zwei Signale zu erzeugen, deren eines dem Istdurchfluß des Verdichters und deren anderes dem Istförderdruck pro­ portional ist. Das dem Istförderdruck proportionale Si­ gnal wird in ein dem Durchfluß proportionales erstes Signal umgeformt, dessen Wert dem auf der in För­ derdruck-Durchfluß-Koordinaten vorgegeben und parallel zur Pumpgrenze verlaufenden Abblaselinie liegenden Durch­ flußwert entspricht. Das erste Signal, das dem Durchfluß proportional ist, wird mit dem Signal, das dem Istdurch­ fluß des Verdichters proportional ist, verglichen, woraus sich das erste Differenzsignal ergibt, das verzögert wird. Darüber hinaus wird das erste Differenzsignal mit dem Fak­ tor zwei multipliziert, dann wird aus diesem das Verzöge­ rungssignal subtrahiert, das die Lage der Abblaselinie in Abhängigkeit von der Verstellungsgeschwindigkeit des Ar­ beitspunktes des Verdichters zur Abblaselinie ändert, woraus sich das zweite Differenzsignal ergibt. Das zweite Diffe­ renzsignal wirkt auf den Regler ein, der mit mehreren Abbla­ seventilen verbunden ist. Das Reglersignal gelangt an die Stellglieder der Abblaseventile. Letztere werden zwecks Ver­ hinderung eines unstabilen Verhaltens des Verdichters, d. h. eines Pumpens, geöffnet.

Das bekannte Vorgehen ist eine indirekte Methode zur Bestimmung der Abblaselinie des Verdichters, da es die Än­ derung der Lage und der Art der Pumpgrenze in Abhängigkeit von der Änderung der Saugbedingungen, die durch die Tem­ peratur, die Gasfeuchtigkeit u. a. bestimmt werden, der Kühlungsbedingungen, die durch die Temperatur, den Kühl­ wasserdurchfluß u. a. bestimmt werden, sowie von der Ände­ rung des technischen Zustandes des Verdichters, der durch das Gaslecken über Undichtheiten am Verdichter u. a. be­ stimmt wird, nicht berücksichtigt. Bei Änderung der erwähnten Bedingungen wird die Lage und die Art der Pumpgrenze geändert, während die Abblaselinie des Verdichters unverändert bleibt.

Wenn die Pumpgrenze zur Abblaseli­ nie verschoben wird und die Zone zwischen der Pumpgrenze und der Abblaselinie klein gewählt ist, kann die bekannte Vorrichtung das Pumpen des Verdichters nicht verhindern. Zur Verhinde­ rung eines unstabilen Betriebsverhaltens des Verdichters muß die Zone zwischen der Pumpgrenze und der Abblaselinie vergrößert werden. Jedoch vermindert eine solche Vergröße­ rung der Zone den zulässigen Förderdruck und damit den Förderstromregelungsbereich, was wegen der zunehmenden Strömungsverluste den Wirkungs­ grad des Verdichters herabsetzt, d. h. der wirt­ schaftlichste Gasbeförderungsbetrieb wird bei einem För­ derdruck erreicht, der an der Pumpgrenze liegt. Daraus folgt, daß die Zone zwischen der Pumpgrenze und der Ab­ blaselinie zur Erhöhung der Wirksamkei der Gasförderung verhältnismäßig klein und zur sicheren Verhinderung des Verdichterpumpens hinreichend groß sein muß.

Unter Berücksichtigung der Änderung der Lage und des Charakters der Pumpgrenze wird die zweite Bedingung bestimmend, d. h. zur Verhin­ derung des Verdichterpumpens vergrößert man die Zone zwischen der Pumpgrenze und der Abblaselinie zum Schaden der Wirtschaftlichkeit der Gasbeförderung.

Wenn im anderen Fall die Pumpgrenze von der Ab­ blaselinie verschoben wird, führt dies zu einem Fehlanspre­ chen der Abblaseventile, d. h. beim Erreichen eines Förder­ druckes, der auf der Abblaselinie liegt, ist es noch weit bis zur Pumpgrenze und man könnte auf das Öffnen der Abblaseven­ tile verzichten. Aber aus den vorstehend angegebenen Gründen geschieht dies nicht, was zu einem unnützen Energieaufwand zum Überschieben des Gases aus der Druckzo­ ne in die Saugzone oder zum Auswurf des Gases in die Um­ gebungsluft führt.

Darüber hinaus findet bei einer starken Zunahme des Widerstandes des pneumatischen Netzes des Verdichters, die zu einer Verminderung des Verdichterförderstromes führt, wegen des bei der bekannten Vorrichtung vorhandenen aperiodischen Gliedes eine Verschiebung der Abblaselinie in Richtung von der Pumpgrenze statt, was auch zu einem Fehlansprechen der Abblaseventile und den oben angegebe­ nen Folgen führt.

Somit verhindert die be­ kannte Vorrichtung nicht das Pumpen des Verdichters bei veränderlichen Saug- und Kühlbedingungen sowie bei Ände­ rung des technischen Zustandes und der Belastung des Ver­ dichters oder sie führt zu einer Verschlechterung der Wirksamkeit der Gasförderung und zu zusätzlichen Ener­ gieverlusten.

Bei der gattungsgemäßen, aus der SU-PS 6 23 996 bekannten Vorrichtung wird das erste Signal gemessen, das dem Gasparameter, nämlich dem Ver­ dichterdurchfluß proportional ist, der das nahezu unstabile Betriebsver­ halten des Verdichters bestimmt. Dann sondert man aus dem ersten Signal die Wechselkomponente aus und vergleicht die Amplitude der Wechselkomponente mit dem Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente. Bei einer Amplitude der Wechselkomponente, die den Sollwert übersteigt, erhält man einen Impuls, der das zweite Si­ gnal erzeugt, welches das Betriebsverhalten des Verdich­ ters durch Einwirkung auf die Abblaseventile zwecks Ver­ hinderung eines Pumpens ändert. Das zweite Signal besteht aus zwei Signalen, deren eines auf das Fühlelement eines Förderdruckregelungssystem und deren anderes auf das Fühlelement eines Systems zur Regelung des För­ derdruck-Saugdruck-Verhältnisses einwirkt, was zu einer Vergrößerung des Förderstromes des Verdichters wegen Ver­ minderung des Widerstandes des pneumatischen Netzes durch Öffnen von drei Abblaseventilen führt. Darüber hinaus wird bei unstabilem Betriebsverhalten die Zahl der Pumpschlä­ ge (Pumpzyklen) ausgewählt, die durch starke Änderungen des Verdichterdurchflusses gekennzeichnet sind. Bei einer Zahl der Pumpschläge, die die Sollzahl überschreitet, wird der Verdichter abgeschaltet.

Bei der bekannten Vorrichtung wird die Änderung der Lage und des Charakters der Pumpgrenze in Abhängigkeit von der Änderung der Saug- und Kühlbedingungen sowie von der Änderung des technischen Zustandes des Verdichters durch Einführung eines Filters und einer Schwellenwert­ einheit berücksichtigt, die auf ein Signal reagiert, das den Differenz­ druckschwankungen, die einen dem unstabilen Verhalten des Verdichters naheliegenden Betriebszustand kennzeichnen, proportional ist.

Jedoch ist es nicht möglich, das Fehlansprechen der Abblaseventile im Übergangszustand des Verdichters in der stabilen Zone zu vermeiden, d. h. wenn Impulse entstehen, die analog sind den Impulsen, die beim Arbeiten des Verdichters in einem dem unstabilen Verhalten naheliegenden Betriebszustand entstehen. Dies liegt daran, daß bei der bekannten Vorrichtung kein Wandler zur Änderung des Amplitudensollwertes der Wechselkompo­ nente des ersten Signals in Abhängigkeit von dem Verdich­ terdurchfluß proportionalen mittleren Wert des Absolut­ betrags des ersten Signals vorhanden ist. Das Fehlanspre­ chen führt, wie bereits obenerwähnt, zu zusätzlichen Energieverlusten. In diesem Zusammenhang wählt man bei der bekannten Vorrichtung die Soll­ amplitude der Wechselkomponente hinreichend groß, was dazu führt, daß der Impuls nur beim Eintreten des Pumpens ent­ steht, d. h. die bekannte Vor­ richtung reagiert in diesem Falle auf das Pumpen (auf das unstabile Verhalten) des Verdichters, nicht aber auf den dem unstabilen Verhalten naheliegenden Betriebszu­ stand. Davon zeugt auch die Tatsache, daß die bekannte Einrichtung einen Zähler zum Zählen der Pumpschläge ent­ hält, der ein Signal zum Abschalten der Maschine zwecks Verhinderung einer Zerstörung derselben erzeugt. Somit verhindert die bekannte Vor­ richtung nicht das Pumpen des Verdichters, sondern öff­ net beim Eintreten des unstabilen Verhaltens die Abblase­ ventile. Dies verhindert die Zerstörung der Maschine, verhindert aber nicht die Entstehung des ersten Pump­ schlages, der zu einer Beschädigung der Labyrinthdich­ tungen im Verdichter, die den Saugraum von dem Druckraum trennt, und zum Auftreten eines inneren Gaslecks im Verdichter führt, was wiederum den spezifischen Ener­ gieverbrauch für die Gasverdichtung erhöht, d. h. den Wirkungsgrad der Maschine herabsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung so weiterzuentwickeln, daß ein Pumpen mit Sicherheit vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Vor­ richtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkma­ le des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Änderung des Sollwertes der Amplitude der Wechselkomponente, wodurch der Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente hinrei­ chend klein gewählt werden kann. Die Vorrichtung spricht erst nach einer Anzahl beim Übergangsbetrieb entstehender Impulse an, wodurch ein Fehlansprechen der Abblaseventile vermieden wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert sicher das Pumpen durch Vermeidung von Beschädigungen der Labyrinthdichtungen, die den Saugraum von dem Druckraum des Verdichters trennen, sowie durch sichere Vermeidung eines Fehlansprechens der Abblaseventile, was nutzlose Energieaufwendungen zum Überschieben des Gases aus dem Saugraum in den Druckraum des Verdichters bzw. zum Aus­ werfen des Gases in die Umgebungsluft beim Ansprechen der Abblaseventile vermindert.

Die Verhütung von Beschädigungen der Labyrinthdich­ tungen, die zu einer Senkung des spezifischen Energieauf­ wandes des Verdichters und einer Erhöhung seines Wir­ kungsgrades führt, wird durch das Filter zur Gewinnung des mittleren Absolutwertes des ersten Signals und des ersten Wandlers zur Änderung des ersten Amplituden­ sollwertes der Wechselkomponente erreicht.

Die Verminderung des nutzlosen Energieaufwandes für das Überschieben des Gases bzw. für den Auswurf desselben in die Umgebungsluft, die zu einer Senkung der Energiever­ luste beim Gastransport führt, wird durch den Impulszähler den Dekodierer, das erste Flipflop zur Speicherung des zweiten Signals und das erste UND-Glied, die das zweite Signal erzeugen, das den Verdichter in den stabilen Betriebszustand nur bei einer Impulszahl zurück­ bringt, die den Übergangszustand des Verdichters in der stabilen Zone bestimmt, erreicht. Darüber hinaus findet die Senkung der Energieverluste beim Gastransport durch das erste Verzögerungsglied zur Erzeugung eines Rückstellsi­ gnals beim Ausbleiben eines Impulses im Laufe der ersten vorgegebenen Zeit des Impulsausbleibens und der ersten Rückstelleinheit zur Löschung der ausgezählten Impulszahl und des zweiten Signals statt. Das erste Verzögerungs­ glied und die erste Rückstelleinheit sichern minimale nutz­ lose Energieaufwendungen für das Überschieben des Gases aus dem Druckraum in den Saugraum, da das Öffnen der Abblaseven­ tile sofort nach der Einstellung eines stabilen Betriebs­ zustandes durch die Löschung des zweiten Signals aufhört.

Die bevorzugte Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 verhindert das Pumpen bei steiler Zunahme des Widerstands des pneumatischen Netzes des Ver­ dichters, da die Zeit des Überganges des Verdichters vom stabilen in den unstabilen Betriebszustand nur gering ist. In diesem Falle ist zum Verhindern des Pumpens ein schnelles Öffnen der Abblaseventile sofort nach dem Er­ reichen des zweiten Amplitudensollwertes der Wechselkom­ ponente erforderlich, was durch den zweiten Wandler, das dritte Vergleichselement, den zweiten und den dritten Flipflop sowie durch das zweite UND-Glied gesi­ chert wird.

Zum Erreichen dieses Ziels, und zwar zum Verhindern des Pumpens bei steiler Senkung der Verdichterbelastung, d. h. zur Erhöhung der Wirkungsgeschwindigkeit der Ein­ richtung trägt auch das zweite Vergleichselement zur Ge­ winnung von Impulsen und des Addierers zur Addierung der Impulse bei, die es gestatten, die Wirkungsgeschwindigkeit der Vorrichtung zum Verhindern des Pumpens durch Berück­ sichtigung der Impulse sowohl von der positiven als auch von der negativen Halbwelle der Wechselkomponente des ersten Signals um das zweifache zu erhöhen.

Die Weiterbildungen der Patentansprüche 3 und 4 verhindern das Pumpen des Verdichters, da sie es ermöglichen, den ersten Amplituden­ sollwert der Wechselkomponente hinreichend klein zu wäh­ len, damit das erste und das zweite Vergleichselement auf geringe Schwankungen des Gasparameters, die eine dem un­ stabilen Verhalten des Verdichters naheliegende Betriebs­ art kennzeichnen, reagieren und es gestatten, den Verdich­ ter in den stabilen Zustand zurückzubringen. Die lineare Änderung des ersten Amplitudensollwertes der Wechselkompo­ nente durch den ersten Wandler und des zweiten Amplituden­ sollwertes durch den zweiten Wandler trägt zum Vermeiden eines Fehlansprechen der Abblaseventile im Übergangszu­ stand (Förderstromregelung) des Verdichters in der stabi­ len Zone bei, in der der absolute Förderstrom einen maximalen Wert aufweist und daher auch die Amplitude der Wechsel­ komponente einen beträchtlichen Wert hat, der ein Fehlansprechen der Abblaseventile hervorrufen kann. Der erste und der zweite Wandler vergrößern hierbei den er­ sten und den zweiten Amplitudensollwert der Wechselkompo­ nente, was zu einer Verhinderung des Fehlansprechens der Abblaseventile beiträgt.

Die bevorzugte Ausführungsform gemäß Patentanspruch 5 gestattet es, die Empfindlichkeit der Vor­ richtung zum Verhindern des Pumpens durch Berücksichti­ gung der Schwankungen sowohl des Förderdrucks als auch des Durchflusses zu erhöhen, was die Amplitude der Wech­ selkomponente des ersten Signals vergrößert. Dies gestat­ tet es auch, den ersten Amplitudensollwert der Wechsel­ amplitude und den zweiten Amplitudensollwert der Wechsel­ komponente zu vergrößern, was den Einfluß von Störungen vermindert und die Sicherheit der Pumpenverhinderung er­ höht.

Die bevorzugte Ausführungsform gemäß Patentanspruch 6 gestattet es, alle Vorteile der früheren Lösung, die als Parameter, der das Betriebs­ verhalten des Verdichters kennzeichnet, ein der Ausgangs­ leistung des Verdichters proportionales Signal benutzt, beizubehalten sowie zusätzliche Vorteile, die mit der einfachen Messung der Wirkleistung des Verdichtersantriebs­ elektromotors, d. h. mit der einfachen und billigen Gewin­ nung eines der Eingangsleistung des Verdichters mit Elek­ tromotorantrieb proportionalen Signals verbunden sind, zu erzielen.

Die Benutzung eines Komparators als Vergleichsele­ ment und Rückstelleinheiten auf der Grundlage eines Ope­ rationsverstärkers gemäß Patentanspruch 7 gestattet es, die Schnelligkeit und Genauigkeit des Vergleichers zu erhöhen.

Nachstehend werden die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Verhindern des Pumpens von Turboverdichtern,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Verhindern des Pumpens von Turboverdichtern mit Elementen, die das dritte Signal erzeugen,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines ersten Wandlers,

Fig. 4 das Blockschaltbild eines zweiten Wandlers und

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Gebers zur Gewin­ nung des ersten Signals.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verhindern des Pumpens von Turboverdichtern umfaßt die Gewinnung eines z. B. der Verdichterausgangsleistung proportionalen Si­ gnals, dann die Aussonderung der Wechselkomponente aus dem gewonnenen ersten Signal, den Vergleich des Amplitu­ denwertes der Wechselkomponente mit dem ersten Amplitu­ densollwert der Wechselkomponente, den man linear in Ab­ hängigkeit von dem mittleren Wert des Absolutbetrags des ersten Signals ändert. Durch einen Vergleich bei Über­ schreitung des ersten Amplitudensollwertes der Wechselkom­ ponente erhält man Impulse. Dann zählt man die Impulse aus. Bei einer Impulszahl von gleich drei Impulsen, die einen dem unstabilen Verhalten des Verdichters naheliegenden Be­ triebszustand bestimmen, erzeugt man ein zweites Signal, das die Drehzahl der Welle des Verdichterlaufrades im Sin­ ne eines stabilen Betriebszustandes ändert. Wenn keine Drehzahländerung möglich ist, ändert das zweite Signal den Widerstand des pneumatischen Netzes des Verdichters. Dadurch wird der Verdichter in den stabilen Zustand zurück­ gebracht. Weiter speichert man das zweite Signal ein. Beim Ausbleiben eines Impulses im Laufe von zwei Impulsfolge­ perioden löscht man die ausgezählte Impulszahl und das zwei­ te Signal. Letzteres führt zu einer Einstellung der Änderung des Betriebszustandes des Verdichters.

Im Falle einer schnellen Vergrößerung des Widerstan­ des des pneumatischen Netzes des Verdichters ist zur Ver­ hinderung des Pumpens eine zwangsläufige Verminderung des Widerstandes des pneumatischen Netzes zum Zeitpunkt erforderlich, wo die Impulszahl den Wert annimmt, der den Übergangswiderstand des Verdichters in der stabilen Zone bestimmt. Die Impulszahl, die den Übergangszustand des Verdichters in der stabilen Zone bestimmt, wählt man gleich zwei. Dann gibt man den zweiten Amplitudensollwert der Wechselkomponente ein, den man linear in Abhängigkeit von dem mittleren Wert des Absolutbetrags des ersten Si­ gnals ändert. Weiterhin vergleicht man den Wert der Ampli­ tude der Wechselkomponente mit dem zweiten Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente. Überschreitet die Ampli­ tude der Wechselkomponente den zweiten Amplitudensollwert, so erhält man zumindest einen Impuls, der das dritte Si­ gnal erzeugt, das die Verdichterbelastung im Sinne einer Zunahme des Förderstromes ändert. Die Löschung des dritten Signals erfolgt beim Ausbleiben des Impulses im Laufe einer Impulsfolgeperiode.

Dies führt zum Aufhören der Zwangsänderung des Wider­ standes des pneumatischen Netzes des Verdichters.

Die Vorrichtung zum Verhindern des Pumpens von Turboverdichtern enthält einen Geber 1 (Fig. 1) zur Gewinnung eines ersten Signals, dessen Ausgang, der z. B. ein der Ausgangsleistung des Verdichters proportionales Signal abgibt, mit einem ersten Filter 2 zum Aussondern der Wechsel­ komponente aus dem erhaltenen ersten Signal in Verbindung steht, welches mit einem ersten Eingang eines ersten Ver­ gleichselement 3 verbunden ist, das einen an und für sich bekannten Komparator darstellt (s. U. Titze, K. Schenk. Halbleiterschaltungstechnik, M, Verlag "Mir", 1982, S. 287, Bild 17-23). Der Ausgang des Gebers 1 ist weiter mit dem Eingang eines zweiten Filters 4 zur Gewinnung des Mittelwertes des Absolutbe­ trags des ersten Signals verbunden. Der Ausgang des Filters 4 ist mit dem Eingang eines ersten Wandlers 5 zur linearen Änderung des ersten Amplitudensollwertes der Wechselkompo­ nente in Abhängigkeit vom Mittelwert des Absolut­ betrags des ersten Signals verbunden. Der erste Ausgang des Wandlers 5 ist mit dem zweiten Eingang des ersten Vergleichs­ elementes 3 und der zweite Ausgang des Wandlers 5 mit dem zweiten Eingang eines zweiten als Komparator ausgeführ­ ten Vergleichselementes 6 verbunden. Der erste Eingang des Vergleichselementes 6 ist mit dem Ausgang des Filters 2, sein Ausgang mit einem der zwei Eingänge eines Addie­ rers 7 zum Addieren der Impulse des ersten Vergleichsele­ mentes 3 und des zweiten Vergleichselementes 6 verbunden. Der andere Eingang des Addierers 7 ist mit dem Ausgang des Vergleichselementes 3 und der Ausgang des Addierers 7 mit dem Zähleingang eines Impulszählers 8 verbunden, der mit einem Dekodierer 9 in Verbindung steht. Der Ausgang des Dekodierers 9, welcher die Impulszahl, zum Beispiel drei bestimmt, ist mit dem Zähleingang S eines ersten Flipflops 10 zur Speicherung des Signals, das drei Impulsen entspricht, verbunden. Der Ausgang des Flipflops 10 ist mit einer ersten Einrichtung 11 zur Änderung des Betriebsverhaltens des Verdichters, zum Beispiel zur Regelung der Drehzahl des Verdichters, und mit einem der zwei Eingänge eines UND-Gliedes 12 verbunden. Der zweite Eingang des UND-Gliedes 12 ist mit der ersten Vorrichtung 11 und der Ausgang des UND-Gliedes 12 mit einer zweiten Vor­ richtung 13 zur Änderung des Betriebsverhaltens des Ver­ dichters, zum Beispiel zur Änderung des Widerstandes des pneumatischen Netzes des Verdichters, verbunden. Der Aus­ gang des Addierers 7 ist außerdem mit einem ersten Ver­ zögerungsglied 14 zur Erzeugung eines Rückstellsignals beim Ausbleiben eines Impulses im Laufe von zwei Impuls­ folgeperioden verbunden, das mit einer ersten, als Kompa­ rator ausgebildeten Rückstelleinheit 15 zur Löschung der ausgezählten Impulse und des zweiten Signals in Verbindung steht. Der Ausgang der Einheit 15 ist mit dem Rück­ stelleingang R des Zählers 8 und mit dem Rückstellein­ gang R des ersten Flipflops 10 verbunden.

Zur Erhöhung der Wirkungsgeschwindigkeit der Vor­ richtung ist der Ausgang des zweiten Filters 4 außerdem mit einem zweiten Wandler 16 (Fig. 2) zur linearen Ände­ rung des zweiten Amplitudensollwertes der Wechselkomponente in Abhängigkeit vom Mittelwert des Absolutbetrags des ersten Signals verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang eines dritten als Komparator ausgeführten Vergleichs­ elementes 17 in Verbindung steht. Der erste Eingang des Ver­ gleichselementes 17 ist mit dem ersten Filter 2 und sein Ausgang mit dem Zähleingang S eines zweiten Flipflops 18 zur Speicherung des Signals verbunden, das dem Impuls ent­ spricht, der entsteht, wenn der zweite Amplitudensollwert der Wechselkomponente durch deren Amplitudenwert überschritten wird. Der Ausgang des Flipflops 18 liegt an einem der zwei Eingänge eines zweiten UND-Gliedes 19. Der andere Eingang des UND-Gliedes 19 ist über ein drittes Flipflop 20 zur Speicherung des Signals, das zwei Impulsen entspricht, mit dem zwei Impulsen zugeordneten Ausgang des Dekodierers 9 verbunden. Der Ausgang des zweiten UND- Gliedes 19 ist mit der zweiten Vorrichtung 13 zur Änderung des Widerstandes des pneumatischen Netzes des Verdichters ver­ bunden.

Der Ausgang des Addierers 7 ist außerdem mit einem zweiten Verzögerungsglied 21 zur Erzeugung eines Rückstellsi­ gnals beim Ausbleiben eines Impulses im Laufe einer Impulsfol­ geperiode verbunden, das mit einer zweiten, als Komparator ausgebildeten zweiten Rückstelleinheit 22 zur Löschung des dritten Signals in Verbindung steht. Der Ausgang der Rückstelleinheit 22 ist mit dem Rückstelleingang R des zweiten Flipflops 18 verbun­ den. Der Ausgang der ersten Rückstelleinheit 15 ist außerdem an den Rückstelleingang des dritten Flipflops 20 angeschlossen.

Der erste Wandler 5 ist zum Beispiel in Form von zwei in Reihe geschalteten Operationsverstärkern 23 und 24 (Fig. 3) ausgeführt. Der erste Operatinsverstärker 23 arbeitet im Verstärkerbetrieb, was durch entsprechende Wahl der Wider­ stände 25, 26 und 27 gewährleistet wird. Der zweite Opera­ tionsverstärker 24 arbeitet als Inverter, da der Ausgang des Ope­ rationsverstärkers 23 über einen Widerstand 28 mit dem Invertiereingang des Verstärkers 24 verbunden ist. Die Widerstände 28, 29 und 30 sind gleich groß gewählt. Der Ausgang 31 des Verstärkers 23 dient als erster Ausgang des Wandlers 5, während der Ausgang 32 des Verstärkers 24 der zweite Ausgang des Wandlers 5 ist. Der Eingang 33, der über den Widerstand 25 mit dem Eingang des Verstär­ kers 23 verbunden ist, dient als Eingang des Wandlers 5.

Der zweite Wandler ist zum Beispiel als Operations­ verstärker 34 (Fig. 4) ausgeführt und arbeitet im Ver­ stärkerbetrieb, was durch entsprechende Wahl der Wider­ stände 35, 36 und 37 gewährleistet wird. Der Ausgang 38 des Verstärkers 34 ist der Ausgang und der Eingang 39, der über den Widerstand 35 mit dem Eingang des Verstär­ kers 34 in Verbindung steht, der Eingang des Wandlers 16.

Der Geber 1 zur Gewinnung des ersten Signals ent­ hält zum Beispiel einen Förderdruckgeber 40 (Fig. 5) und einen Durchflußgeber 41, deren Ausgänge mit je einem Eingang eines Multiplizierers 42 verbunden sind. Der Ausgang 43 des Multiplizierers 42 ist der Ausgang des Gebers 1.

Der Geber 1 zur Gewinnung des ersten Signals stellt bei Benutzung eines Elektromotors als Verdichterantriebsmotor einen an und für sich bekannten Wirkleistungsgeber dar (s. A. Ja. Besikowitsch, E. S. Schapiro. Messung der elektrischen Leistung im Schallfrequenzbereich. L. Ener­ gÿa, 1980, S. 92, Bild 3-14).

Die Vorrichtung der Fig. 1 funktioniert wie folgt:

Bei Zunahme zum Beispiel des Widerstandes im pneuma­ tischen Netz des Verdichters nähert sich der Arbeitspunkt der Pumpgrenze. Hierbei entstehen Schwankungen der Gaspa­ rameter (Förderdruck, Durchfluß), die einen dem unstabilen Betriebsverhalten des Verdichters naheliegenden Betriebszu­ stand kennzeichnen. Am Ausgang des Förderdruckgebers 40 und des Durchflußgebers 41 treten somit Signalschwankungen auf, die jeweils dem Förderdruck und dem Durchfluß des Verdich­ ters proportional sind. Diese Signale gelangen an die Eingänge des Multiplizierers 42, an dessen Ausgang 43 man das erste Signal erhält, das der Ausgangsleistung des Verdichters proportional ist und eine größere Amplitude als das dem Förderdruck und das dem Durchfluß proportio­ nale Signal im einzelnen hat. Das am Ausgang 43 des Multiplizierers 42 erhaltene erste Signal gelangt zum er­ sten Filter 2, das aus dem erhaltenen, der Ausgangslei­ stung des Verdichters proportionalen Signal die Wechsel­ komponente aussondert. Am ersten Vergleichselement 3 wird die Amplitude der positiven Wellenhälfte der Wech­ selkomponente des ersten Signals mit dem ersten Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente verglichen, die von dem ersten Wandler 5 in Abhängigkeit vom Mittelwert des Absolutbetrags des ersten Signals vorgegeben wird. Das dem Mittelwert des Absolutbetrags des ersten Signals pro­ portionale Signal erhält man am Ausgang des vierten Fil­ ters 4, das sämtliche Pulsationen des ersten Signals glättet. Der erste Wandler 5 ändert linear am ersten Opera­ tionsverstärker 23 das dem Mittelwert des Absolutbe­ trags des ersten Signals proportionale Signal. Am Aus­ gang 31 des Verstärkers 23 erhält man ein Signal, das dem ersten Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente pro­ portional ist. Sobald die Amplitude der positiven Wellen­ hälfte der Wechselkomponente des ersten Signals den ersten Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente überschrei­ tet, entsteht am Ausgang des ersten Vergleichselementes 3 ein Impuls, dessen Dauer durch die Dauer der Überschrei­ tung des ersten Amplitudensollwertes der Wechselkomponen­ te bestimmt wird. Ähnliche Impulse entstehen auch am Aus­ gang des zweiten Vergleichselementes 6, das die Amplitude der negativen Wellenhälfte der Wechselkomponente des er­ sten Signals mit dem ersten Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente vergleicht, der ebenfalls vom ersten Wand­ ler 5, genauer gesagt vom als Inverter arbeitenden zweiten Operationsverstärker 24 vorgegeben wird. Somit haben die Signale an den Ausgängen 31 und 32 gleiche Werte, aber entgegenge­ setzte Vorzeichen. Die Impulse der Vergleichselemente 3 und 6 werden durch den Addierer 7 addiert und gelangen an den Zähleingang des Zählers 8, der diese auszählt. Beim Vorliegen von zwei Impulsen, die einen dem unstabi­ len Betriebsverhalten des Verdichters naheliegenden Be­ triebszustand kennzeichnen, erscheint am Ausgang des De­ kodierers 9, der mit dem Zähleingang 5 des ersten Flip­ flops 10 in Verbindung steht, das zweite Signal, das vom ersten Flipflop 10 gespeichert wird. Vom Ausgang des ersten Flipflops 10 gelangt das zweite Signal an die erste Einrichtung 11 zur Regelung der Verdichterdrehzahl. Hier­ bei ändert der Verdichter seine Drehzahl im Sinne des sta­ bilen Verhaltens. So nimmt z. B. bei Einzelbetrieb des Ver­ dichters die Drehzahl ab, was die stabile Zone vergrößert, während beim Parallelbetrieb, wo der Förderdruck nicht schnell geändert werden kann, die Drehzahl zunimmt, was auch den Verdichter in den stabilen Betriebszustand zu­ rückbringt. Wenn eine Drehzahländerung nicht mehr möglich ist, erscheint am Ausgang der ersten Einrichtung 11 ein entsprechendes Signal, das auf den Eingang des UND-Gliedes 12 wirkt. Beim Anliegen des zweiten Si­ gnals am Ausgang des mit dem UND-Glied 12 verbundenen Flipflops 10 erscheint am Ausgang des ersten UND-Gliedes 12 ein Signal, das auf die zweite Einrichtung 13 zur Änderung des Widerstandes des pneumatischen Netzes des Verdichters wirkt. Hierbei wird der Widerstand des Netzes zum Beispiel durch Überschieben des Gases aus der Druckzone in die Saugzone des Verdichters kleiner, was zu einer Vergrößerung des Förderstromes führt und den Verdich­ ter in den stabilen Zustand bringt. Die Schwankungen der Gasparameter verschwinden. Entsprechend verschwinden auch die Impulse am Ausgang des Addierers 7. Nach Ablauf der ersten Sollzeit des Impulsausbleibens, die zwei Impulsfol­ geperioden beträgt und die der Einstellwert des Verzöge­ rungsgliedes 14 ist, erscheint am Ausgang des ersten Ver­ zögerungsgliedes 14 ein Signal, das auf die erste Rück­ stelleinheit 15 einwirkt, die die Rückstellung des Zählers 8 und des Flipflops 10 bewirkt. Hierbei werden die ausgezählten Impulse und das zweite Signal gelöscht, was zum Aufhören der Änderung der Verdichterdrehzahl und der Verminderung des Widerstandes des pneumatischen Netzes des Verdichters führt.

Bei einer starken Zunahme des Widerstandes des pneuma­ tischen Netzes des Verdichters geht der Verdichter schnell in den unstabilen Zustand über, wobei die Amplitude der Wechsel­ komponente des ersten Signals schnell ansteigt. In diesem Falle spricht bei einem Amplitudenwert der Wechselkompo­ nente, der den zweiten Amplitudensollwert der Wechselkom­ ponente übersteigt, der von dem zweiten Wandler 16 (Fig. 2) vorgegeben wird, das dritte Vergleichselement 17 an, an dessen Ausgang man ein drittes Signal erhält. Der zwei­ te Wandler 16 ändert an dem Operationsverstärker 23 das dem Mittelwert des Absolutbetrags des ersten Signals proportionale Signal linear. Am Ausgang 38 des Verstärkers 34 erhält man ein Signal, das dem zwei­ ten Sollwert der Amplitude der Wechselkomponente proportio­ nal ist. Das am Ausgang des dritten Vergleichselementes 17 erhaltene dritte Signal gelangt an den Zähleingang S des zweiten Flipflops 18, welches das dritte Signal einspei­ chert. Vom Ausgang des zweiten Flipflops 18 gelangt das dritte Signal an einen der beiden Eingänge des zweiten UND-Gliedes 19, an dessen Ausgang beim Anliegen eines Signals vom dritten Flipflop 20 ein Signal erscheint, das auf die zweite Vorrichtung 13 einwirkt, was den Wider­ stand des Verdichternetzes vermindert und zur Vergrößerung des Förderstromes und zur Rückkehr des Verdichters in den stabilen Zustand führt.

Am Ausgang des dritten Flipflops 20 erscheint das Si­ gnal gleichzeitig mit dem Erscheinen des zweiten Impulses, der die Beendigung des Übergangszustandes des Verdichters in der stabilen Zone kennzeichnet, da der Zähleingang S des dritten Flipflops 20 mit dem Ausgang des Dekodierers 9 verbunden ist, der zwei Impulsen entspricht und den Übergangszustand des Verdichters in der stabilen Zone kennzeichnet.

Bei Rückkehr des Verdichters in den stabilen Be­ triebszustand verschwinden die Schwankungen der Gasparame­ ter, was dazu führt, daß am Ausgang des Addierers 7 keine Impulse mehr erscheinen. Hierbei bleibt der nächstfolgende Impuls im Laufe der zweiten vorgegebenen Zeit aus, die beispielsweise gleich einer Impulsfolgeperiode gewählt wird und die als Verzögerungszeit des zweiten Verzö­ gerungsglieds 21 gilt. Am Ausgang des Verzögerungsgliedes 21 erscheint beim Ausbleiben des Impulses im Laufe einer Impulsfolgeperiode ein Signal, das auf die zweite Rück­ stelleinheit 22 einwirkt, die das zweite Flipflop 18 rückstellt. Hierbei wird das dritte Signal gelöscht, was zum Aufhören der weiteren Verminderung des Widerstandes des pneumatischen Netzes des Verdichters führt. Die Rück­ stellung des dritten Flipflops 20 erfolgt gleichzeitig mit der Rückstellung des ersten Flipflops 10.

Die Funktion der Einrichtung zum Verhindern des Pum­ pens von Verdichtern bei Benutzung eines Wirkleistungs­ gebers als Geber 1 zur Gewinnung des ersten Signals ist der vorstehend beschriebene analog.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verhindern des Pumpens von Turbover­ dichtern, mit einem Geber (1) zur Gewinnung eines einem Gasparameter proportionalen ersten Signals, einem an den Geber (1) angeschlossenen ersten Filter (2) zur Aussonderung der Wechselkomponente aus dem erhaltenen ersten Signal, das mit einem Eingang eines ersten Vergleichselements (3) zum Vergleichen des Amplitudenwertes der Wechselkom­ ponente mit einem vom Gasparameter abhängigen Amplituden­ sollwert der Wechselkomponente und zur Gewinnung zu­ mindest eines Impulses bei Überschreiten des Sollwertes durch den Istwert verbunden ist, einer Impulszähl­ einrichtung (8, 9), deren Eingang mit dem Ausgang des ersten Vergleichselements (3) in Wirkverbindung steht und an deren Ausgang nach mehreren an ihrem Eingang eingelaufe­ nen Impulsen ein zweiten Signal bereitgestellt wird und deren Ausgang mit einer Einrichtung (11) zur Beeinflussung der Drehzahl des Verdichters ver­ bunden ist und mit einer Einrichtung (13) zur Änderung der Verdichter­ belastung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Gebers (1) zur Gewinnung des ersten Signals mit dem Eingang eines zweiten Filters (4) zur Gewinnung des mittleren Wertes des Absolutbetrages des ersten Signals ver­ bunden ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines ersten Wand­ lers (5) zur Änderung des Amplitudensollwertes in Ver­ bindung steht, dessen erster Ausgang mit einem zweiten Eingang des ersten Vergleichselementes (3) und dessen zweiter Ausgang, dessen Signal entgegengesetztes Vorzeichen zu dem des ersten Ausgangs aufweist, mit einem zweiten Eingang eines zweiten Vergleichselementes (6) zur Gewinnung von Impulsen verbunden sind, dessen erster Eingang an den Ausgang des ersten Filters (2) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des zweiten Vergleichselementes (6) mit einem der zwei Eingänge eines Addierers (7) zum Addieren der Impulse der Vergleichselemente (3, 6) und der andere Eingang des Addierers (7) mit dem Ausgang des ersten Vergleichs­ elementes (3) verbunden ist, daß die Impulszähleinrich­ tung aus einem Impulszähler (8) und einem Dekodierer (9) besteht, daß der Ausgang des Addierers (7) mit dem Zähleingang (S) des Impulszählers (8) verbunden ist, daß der Impulszähler (8) mit dem Dekodierer (9) in Verbin­ dung steht, dessen Ausgang, an dem das zweite Signal anliegt, das der Impulzahl zugeordnet ist, die einen dem unstabilen Verhalten des Verdichters naheliegenden Betriebszustand bestimmt, mit dem Zähleingang (S) eines Flipflops (10) zum Speichern des zweiten Signals ver­ bunden ist, dessen Ausgang mit der ersten Vorrichtung (11) zur Beeinflussung der Drehzahl des Verdichters und mit einem der zwei Eingänge eines UND-Gliedes (12) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit der Einrichtung (11) zur Beeinflussung der Drehzahl des Verdichters und dessen Ausgang mit der Einrichtung (13) zur Änderung der Verdichterbelastung verbunden sind, wobei der Ausgang des Addierers (7) weiter mit einem Verzögerungsglied (14) zur Erzeugung eines Rückstellsignals beim Ausbleiben eines Impulses im Laufe einer vorgegebenen Zeit verbunden ist, das mit einer Rückstelleinheit (15) zur Löschung der ausgezähl­ ten Impulse und des zweiten Signals verbunden ist, die an den Rückstelleingang (R) des Impulszählers (8) und den Rückstelleingang (R) des Flipflops (10) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang des zweiten Filters (4) mit einem zweiten Wandler (16) zur Änderung eines zweiten Amplitudensollwertes verbunden ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang eines dritten Ver­ gleichselementes (17) zum Vergleichen des Amplitudenwer­ tes der Wechselkomponente mit dem zweiten Amplituden­ sollwert der Wechselkomponente und zur Gewinnung zumin­ dest eines Impulses verbunden ist, daß der erste Eingang des dritten Vergleichselementes (17) mit dem Ausgang des ersten Filters (2) und sein Ausgang mit dem Zähleingang (S) eines zweiten Flipflops (18) zur Speicherung eines dritten Signals verbunden ist, daß der Ausgang des zweiten Flipflops (18) mit einem der beiden Eingänge eines zweiten UND-Gliedes (19) verbunden ist, dessen anderer Eingang über ein drittes Flipflop (20) zur Speicherung eines Signals, das der Impulszahl entspricht, die den Übergangszustand des Verdichters in der stabilen Zone bestimmt, mit dem Dekodiererausgang, der der Im­ pulszahl zugeordnet ist, die den Übergangszustand des Verdichters in der stabilen Zone bestimmt, verbunden ist, daß der Ausgang des zweiten UND-Gliedes (19) mit der Einrichtung (13) zur Änderung der Verdichterbelastung verbunden ist, daß der Ausgang des Addierers (7) mit einem zweiten Verzöge­ rungsglied (21) zur Erzeugung eines Rückstellsignals beim Ausbleiben eines Impulses im Laufe einer zweiten vorgegebenen Zeit verbunden ist, das mit einer zweiten Rückstelleinheit (22) zur Löschung des dritten Signals verbunden ist, die mit dem Rückstelleingang (R) des zweiten Flipflops (18) in Verbindung steht und daß der Ausgang der ersten Rückstelleinheit (15) an den Rück­ stelleingang (R) des dritten Flipflops (20) angeschlos­ sen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wandler (5) in Form von zwei in Reihe geschalteten Operationsver­ stärkern (23, 24) ausgeführt ist, deren erster gegenüber dem Eingangssignal im Verstärkerbetrieb und deren zwei­ ter im Invertierungsbetrieb arbeitet, wobei der Eingang (33) des ersten Operationsverstärkers (23) als Eingang des ersten Wandlers (5), der Ausgang (31) des ersten Operationsverstärkers (23) als erster Ausgang des ersten Wandlers (5) und der Ausgang (32) des zweiten Opera­ tionsverstärkers (24) als zweiter Ausgang des ersten Wandlers (5) dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wandler (16) in Form eines im Verstärkerbetrieb arbeitenden Operations­ verstärkers (34) ausgeführt ist, dessen Eingang (39) als Eingang des zweiten Wandlers (16) und dessen Ausgang (38) als Ausgang des zweiten Wandlers (16) dient.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (1) zur Gewinnung des ersten Signals einen Förderdruckgeber (40) und einen Durchflußgeber (41) enthält, deren Aus­ gänge mit je einem Eingang eines Multiplizierers (42) verbunden sind, dessen Ausgang (43) als Ausgang des Gebers (1) dient.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (1) ein Wirkleistungsgeber ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der drei Ver­ gleichselemente (3, 6, 17) und jede der zwei Rückstell­ einheiten (15, 22) ein Komparator ist.