DE3540284A1 - Einrichtung zum regeln eines turbokompressors zur verhinderung des pumpens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln eines Turbokompressors, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 an­ gegebenen Art. Eine Einrichtung dieser Art ist aus US-PS 41 42 838 bekannt.

Als Pumpen bezeichnet man einen instabilen Zustand eines Turbokompressors, bei welchem Fördermedium stoßweise oder periodisch von der Druckseite zur Saugseite zurückströmt. In dem z.B. durch Enddruck und Durchsatz definierten Kennfeld des Kompressors kann eine Pumpgrenzlinie definiert werden, die den stabilen vom instabilen Bereich trennt. Zum Zwecke der Pumpgrenzregelung wird im Kennfeld eine Abblaselinie definiert, die in einem Sicherheitsabstand von der Pumpgrenz­ linie verläuft. Der momentane Arbeitpunkt des Kompressors im Kennfeld wird erfaßt, und bei Annäherung des Arbeitspunktes an die Abblaselinie wird vom Regler ein an den Kompressoraus­ gang angeschlossenes Abblase- oder Umblaseventil mehr oder weniger geöffnet, um den Enddruck zu senken, bevor sich der Arbeitspunkt dem instabilen Bereich nähert. Bei schnellen Ande­ rungen des Arbeitspunktes spricht diese Regelung aber nicht rasch genug an, so daß der Arbeitspunkt die Abblaselinie überschreiten und gegebenenfalls die Pumpgrenzlinie errreichen kann. Um dies zu verhindern ist vorgesehen, daß dann, wenn der Arbeitspunkt eine Sicherheitslinie überschreitet, die mit der Abblaselinie identisch sein oder zwischen dieser und der Pumpgrenzlinie liegen kann, ein zusätzliches Signal erzeugt wird, welches ein schnelles,vollständiges oder teilweises Öffnen des Abblaseventils steuert.

Bei der aus US-PS 41 42 838 bekannten Einrichtung wird dieses zusätzliche Signal auf das Ausgangssignal des Reglers aufaddiert. Hierbei entsteht das Problem, daß dieses Korrektursignal nach dem Abklingen der Störung wieder unwirksam gemacht werden muß. Dies wird bei der bekannten Einrichtung dadurch erreicht, daß man das Korrektursignal nach einer Zeitfunktion abklingen läßt. Deren Zeitkonstante muß auf das Regelverhalten des Reg­ lers abgestimmt sein, da das Abklingen des Korrektur­ signals eine Störung für den Regelkreis bedeutet, die vom Regler wieder korrigiert werden muß. Während dieser Abklingzeit befindet sich der Arbeitspunkt des Kompres­ sors jenseits der Abblaselinie.

Es ist auch denkbar, das das Schnellöffnen des Abblas­ ventils auslösende Korrektursignal auf das Eingangssignal des Reglers, bzw. auf den Sollwert aufzuaddieren. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der Einfluß des Korrektursignals auf das Abblaseventil entsprechend dem Zeitverhalten des Reg­ lers verzögert wird,und daß auch die Stärke des Kor­ rektursignals durch den Verstärkungsfaktor des Reglers bestimmt wird. Dies bedeutet eine Beschränkung in der freien Wahl der Reglerparameter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung der genannten Art so weiter zu bilden, daß mit einfachen Mitteln eine verzögerungsfreie Einwirkung des Korrektursignals auf das Abblaseventil erreicht wird, ohne daß besondere Maßnahmen zur nachträglichen Kompensation des Korrektursignals nötig sind, und ohne daß der Arbeits­ punkt unnötig lange jenseits der Abblaselinie liegt.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhaftere weitere Ausgestaltungen.

Durch direkte Beaufschlagung des Integralteils des Reglers mit dem Korrektursignal wird dieses unverzögert auf den Reglerausgang weitergegeben, um eine Schnellöffnung des Abblaseventils zu bewirken. Dabei nimmt das Reglerausgangs­ signal sofort mindestens annähernd den Wert an, den es nach Beendigung der Störung haben muß, d.h. eine längere Kom­ pensationszeit, während der sich der Regler über das jen­ seits der Abblaselinie arbeitende Kompressorsystem auf den neuen Wert nachregeln muß, entfällt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt vereinfacht das Schema einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

Im Ansaugstutzen 1 eines Kompressors K wird durch Meßfühler 3, 5 die Druckdifferenz vor und hinter einer Drosselblende gemessen und daraus in einem Meßumformer 7 ein Ist-Wert für den saugseitigen Durchsatz V gebildet. Ein Meßfühler 9 mit Meßumformer 11 erfaßt den Enddruck P des Kompressors. Diese Ist- Werte werden einem Rechner 13 eingegeben, an den ein Speicher 15 angeschlossen ist, in welchem der Verlauf der Pumpgrenzlinie P und einer im Sicher­ heitsabstand davon verlaufenden Abblaselinie A gespeichert ist. Gegebenenfalls kann auch eine zwischen den Linien P und A verlaufende Sicherheits­ linie gespeichert sein.

Der Rechner 13 bestimmt den Abstand des durch P und V definierten Arbeitspunktes von der Abblaselinie A und erzeugt entsprechend diesem Abstand ein Soll-Wert-Sig­ nal, welches in einem Differenzglied 17 mit dem Ist-Wert-Signal verglichen wird, um ein Eingangssig­ nal für den Regler 10 zu bilden. Dieser umfaßt min­ destens einen Proportionalteil 10 a und einen Inte­ gralteil 10 b und kann auch einen Differentialteil 10 c aufweisen. Das Ausgangssignal des Reglers 10 steuert ein vom Kompressorausgang abzweigendes Ab­ blaseventil 19.

Überschreitet der Arbeitspunkt die Abblaselinie A bzw. die oben erwähnte Sicherheitslinie, so erzeugt der Rechner 13 zusätzlich ein Signal, welches in einer Signalformerstufe 21 die Erzeugung eines Korrek­ tursignals, z.B. in Form eines oder mehrer Impulse auslöst, die als Eingangssignal in den Integralteil 10 b des Reglers eingegeben werden. Hierdurch wird das das Abblaseventil 19 steuernde Ausgangssignal des Reglers schlagartig erhöht, um eine schnelle Öffnung des Ab­ blaseventils 19 zu bewirken, wobei es sich je nach der Stärke des Korrektursignals um eine Teil- oder Vollöffnung handeln kann.

Es ist auch möglich, zwischen dem Signalformerglied 21 und dem Integralteil 10 b ein Zeitkonstantenglied 23 mit einstellbarer Zeitkonstanten einzufügen, so daß die Änderung des Inhalts des Integratorteils 10 b nicht schlagartig, sondern mit einer einstellbaren Zeit­ konstanten erfolgt, die aber unabhängig von dem Zeit­ verhalten des Reglers 10 ist.

Der Signalformerteil 21 kann so ausgebildet sein, daß er das Korrektursignal solange erzeugt, wie der Arbeitspunkt links der Sicherheits- bzw. Abblaselinie liegt. Es ist aber auch möglich, daß die Signalformer­ stufe 21 einen Korrekturimpuls von definierter, ein­ stellbarer Dauer erzeugt. Auch können mehrere Impulse hintereinander erzeugt werden, die eine Änderung des Integratorinhalts in mehreren Stufen von einstellbarer Höhe in einstellbaren Zeitabständen bewirken.

Ferner ist es möglich, die Größe des vom Signalumformer 21 erzeugten Korrektursignals oder den Abstand der Impulse oder die Zeitkonstante dt in Abhängigkeit vom Eingangssignal des Reglers zu steuern, wie dies durch die gestrichelte Linie der Zeichnung dargestellt ist. Damit kann der Einfluß des Korrektursignals nicht nur davon abhängig gemacht werden ob die Sicherheitslinie überschritten wird, sondern auch davon, wie weit und/oder mit welcher Geschwindigkeit sie überschritten wird. Diese Beeinflussung kanninsbesondere nicht-linear er­ folgen und auch auf Verönderungen mit nur einem Vor­ zeichen begrenzt sein.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Impulshöhe, der Impulsabstand und/oder die Zeitkonstante des Korrek­ tursignals in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes im Kennfeld. variiert werden.

Während bei der beschreibenen Ausführungsform die Lage des Arbeitspunktes durch die Erfassung des Enddrucks und des Durchsatzes bestimmt wird, können für die Er­ fassung des Arbeitspunktes, bzw. die Definition des Kenn­ feldes in an sich bekannterer Weise auch andere Größen wie das Druckverhältnis zwischen End- und Saugdruck, die Drehzahl, die Leitschaufelstellung, die Leistung, das Eingangssignal des Reglers 10 oder das Ausgangssignal eines Prozeßreglers herangezogen werden. Insbesondere kann das Kennfeld durch andere Parameter, wie z.B. die adiabate Förderhöhe (statt des Enddrucks) und den Ansaug­ volumenstrom (anstelle der saugseitigen Druckdifferenz) bestimmt werden. In jedem Fall hat die Pumpgrenze einen eindeutigen Verlauf im Kennfeld, so daß auch die Abblase- und Sicherheitslinie in Bezug auf die Pumpgrenze eindeu­ tig festlegbar sind.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Regeln eines Turbokompressors zur Verhinderung des Pumpens, mit Meßgebern zur Erfassung des Ist-Wertes einer oder mehrerer für den Arbeits­ punkt des Kompressors charakteristischen Betriebsgrößen, insbesondere Enddruck und Durchsatz, Soll-Wert-Gebern mit vorgegebenem Verlauf mit mindes­ tens einer Abblaselinie im Kompressorkennfeld, einem in Abhängigkeit von Ist- und Soll-Wert ein kon­ tinuierliches Stellsignal für das Öffnen eines Abblase­ ventils erzeugenden Regler, der mindestens ein Pro­ portionalteil und ein Integralteil und gegebenenfalls einen Differentialteil aufweist, und einer bei Überschreiten der Abblaselinie oder einer Sicherheitslinie im Kennfeld ein Korrektursignal für das Schnellöffnen des Abblaseventils erzeugenden Ein­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Integralteil (10 b) des Reglers (10) mit dem Kor­ rektursignal als Eingangssignal beaufschlagt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Korrektursignal im Integralteil (10 b) über eine einstellbare Zeit­ konstante (23) zugeführt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektur­ signal solange ansteht, wie der Arbeitspunkt oberhalb der Abblase- bzw. Sicherheitslinie liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursig­ nal eine vorgegebene, einstellbare Dauer hat.

5. Verfahren.nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Korrektursignal eine Änderung des Inhalts des Integratorteils (10 b) in mehreren Stufen von einstellbarer Höhe in ein­ stellbaren Zeitabständen bewirkt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Korrektsignals oder der Abstand der Korrekturimpulse oder die Zeitkonstante vom Eingangs­ signal des Reglers (10) abhängig ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektur­ signal nichtlinear vom Eingangssignal des Reglers (10) abhängt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Korrektursignals oder der Impulsab­ stand oder die Zeitkonstante von der Lage des Arbeitspunktes im Kennfeld abhängig ist.

9. Verfahren zum Regeln eines Turbokompressors zum Verhindern des Pumpens, wobei die Lage des Arbeits­ punktes des Kompressors relativ zu einer im Kenn­ feld definierten Abblaselinie erfaßt und entspre­ chend der Annäherung des Arbeitspunktes and die Ab­ blaselinie ein Abblase- oder Umblaseventil mittels eines einen Integralteil aufweisenden Reglers geregelt wird, und wobei bei Überschreiten der Abblaselinie oder einer ihr zugeordneten Sicherheitslinie ein zu­ sätzliches Signal zum Schnellöffnen des Ventils erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätz­ liche Signal dem Integralteil des Reglers als Eingangs­ signal zugeführt und das Schnellöffnen des Ventils durch das Ausgangssignal des Reglers bewirkt wird.