DE2947618A1

DE2947618A1 - Regelverfahren fuer eine mehrstufen- kreiselverdichteranlage

Info

Publication number: DE2947618A1
Application number: DE19792947618
Authority: DE
Inventors: Yozo Hibino; Yoshiyuki Nakano; Hideo Nishida; Hiroshi Ohmachi; Junichi Oizumi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-12
Filing date: 1979-11-26
Publication date: 1980-09-25
Also published as: JPS633158B2; US4288198A; JPS55123394A; DE2947618C2

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Regelverfahren für eine Mehrstufen-Kreiselverdichteranlage

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rege 1 verfahren für eine Mehrstufen-Kreiselverdichter anlage, bei der jede Stufe Eintrittsleitschaufeln und Diffusorschaufein aufweist, insbesondere derart, daß die Soll-Arbeitsbedingungen so schnell wie möglich erreicht werden und ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.

Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um in herkömmlichen Kreise 1 Verdichtern die Leistung oder den Durchsatz zu regeln und einen energiesparenden Betrieb zu erreichen, indem die Winkel der Eintrittsleitschaufeln und der DiffusorschaufeIn verstellt werden. Kreiselverdichter dieser Art sind z. B. in den US-PS'en 3 362 62k und 3 362 625 angegeben. Normalerweise gibt es zwei Verfah-

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ren zum Regeln der von diesen Schaufeln geleisteten Arbeit. Bei einem Verfahren wird die Schaufelarbeit so eingestellt, daß der Ist-Durchsatz des strömenden Mediums mit dem Soll-Durchsatz in Übereinstimmung gebracht wird, während ein Bediener die Bedingungen, unter denen das Medium in den Verdichter gesaugt wird, und die Last, mit der der Verdichter beaufschlagt wird, überwacht. Bei einem anderen Verfahren wird der Betriebszustand des Verdichters erfaßt, und die Schaufeln werden derart verstellt, daß der Durchsatz des strömenden Mediums unter Anwendung von Steuermitteln mit einem Erfasser, einer Steuereinheit und einer Antriebseinheit auf den Sollwert gebracht und die von den Schaufeln verrichtete Arbeit mittels einer Stellvorrichtung nach Maßgabe eines vorher erstellten Signalverarbeitungssystems bestimmt wird.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, ein mehrstufiges Verdichtersystem, das in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln und Diffusorschaufein aufweist, so zu betreiben, daß die Eintrittsleitschaufeln und die Diffusorschaufein gleichmäßig arbeiten, um innerhalb eines großen Durchsatzbereichs einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Z. B. im Fall einer Vierstufen-Verdichteranlage sind die Eintrittsleitschaufeln und die Diffusorschaufein, da sie in jeder Stufe vorgesehen sind, in acht verschiedenen Stellungen angeordnet. Bei einer solchen Verdichteranlage ergeben sich Schwierigkeiten bei der Durchführung der Regelung des Betriebs der Eintrittsleitschaufeln und der Diffusorschaufein mit den vorstehend angegebenen herkömmlichen Verfahren zur schnellstmöglichen Erzielung des Soll-Durchsatzes und eines hohen Wirkungsgrads unter allen Bedingungen innerhalb eines größeren Durchsatzbereichs als bisher, und zwar aufgrund der Vielzahl von Stellungen, in denen die zu verstellenden

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Schaufeln angeordnet sind, und der Komplexität des zur Durchführung der Regelung erforderlichen Mechanismus sowie der Nichtlinearität der Beziehungen zwischen den Schaufelwinkeln und den Arbeitsbedingungen. Es ist also erforderlich, bereits im vorhinein ein Rege 1 verfahren auszuarbeiten, das ausreichend komplex ist, um die vorstehenden bekannten Regel verfahre η ersetzen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Regelverfahrens für eine Mehr stufen-Kreiselverdichteranlage , bei der in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln und Diffusor schaufeln vorgesehen sind, wobei mit diesem Verfahren der Wirkungsgrad der Verdichteranlage über einen großen Bereich von Arbeitsbedingungen auf einem hohen Niveau gehalten werden kann, indem die Winkel der Schaufeln verstellt werden; gleichzeitig soll die Verdichteranlage mit sehr niedrigem Energieverbrauch betrieben werden können.

Das Regelverfahren nach der Erfindung für eine Mehrstufen-Kreise lverd ichteranlage , bei der in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln und DiffusorschaufeIn winkelverste1lbar vorgesehen sind, ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Feststellen, ob die Ist-Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage in einem Bereich nahe den Soll-Ar beitsbedingungen oder in einem davon fernen Bereich liegen, und Einstellen einer vorher bestimmten Kombination der von den Eintrittsleitschaufeln und den DiffusorschaufeIn verrichteten Arbeit längs einer Arbeitslinie der Verdichteranlage in der Weise, daß die Ist-Ar beitsbedingungen in die Nähe der Sol1-Arbeitsbedingungeη gebracht werden, wenn festgestellt wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in dem von den Soll-Arbeitsbedingungen fernen Bereich liegen, und Feineinstellen der EintrittsIeitschaufeIn und der Diffusorschaufel zur Verschiebung des Wirkungsgrads auf einen höheren

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Wert innerhalb eines solchen Bereichs, daß die Ist-Arbeitsbedingungen nicht von den Soll-Arbeitsbedingungen abweichen, wenn festgestellt wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen nahe den Soll-Arbeitsbedingungen liegen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des beispielsweisen Aufbaus einer Mehrstufen-Kreiselverdichteranlage, bei der das Regelverfahren anwendbar ist;

Fig. 2 eine Darstellung der Kenndaten der Kreiselverdichteranlage nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Erläuterung der Art und Weise, in der die erfindungsgemäße Regelung erfolgt, um einen Zustand zu erreichen, in dem die Verdichteranlage mit hohem Wirkungsgrad arbeitet;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Verarbeitungsschritte einer Steuereinheit erläutert, die bei der Durchführung des Verfahrens eingesetzt wird; und

Fig. 5 eine Darstellung der Arbeitsbedingungen

der nach dem Verfahren geregelten Kreiselverdichteranlage .

Die Kreiselverdichteranlage nach Fig. 1, bei der das Regelverfahren anwendbar ist, umfaßt eine erste Verdichterstufe ^, eine zweite Verdichterstufe 5, eine dritte Verdichterstufe 6 und eine vierte Verdichterstufe 7, die sämtlich von einem Elektromotor 2 und einem Zahntrieb 3 getrieben werden, einen der ersten Stufe zugeordneten Zwischenkühler

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8, einen der zweiten Stufe zugeordneten Zwischenkühler 9 und einen der dritten Stufe zugeordneten Zwischenkühler 10. Durch eine Saugöffnung der ersten Verdichterstufe ^ angesaugte Luft wird nacheinander in den vier Verdichterstufen h-1 bzw. den drei Zwischenkühlern 8-10 verdichtet und gekühlt und durch eine Abströmöffnung der vierten Verdichterstufe 7 einer Verarbeitungsstation der Anlage zugeführt, welche die die Verdichteranlage beaufschlagende Last darstellt.

Eintrittsleitschaufeln 11, 12, 13 und 1Λ sind jeweils an der Saugseite der vier Verdichterstufen k-1 angeordnet. Durch Verstellen der Winkellage einer Gruppe dieser Eintrittsleitschaufeln können die Bedingungen, unter denen Luft in jede Verdichterstufe einströmt, verstellt werden. DiffusorschaufeIn 15, 16, 17 und 18 sind jeweils an der Abströmseite der vier Verdichterstufen k-1 angeordnet. Durch Verstellen der Winkellage einer dieser Diffusorschaufel-Gruppen können die Bedingungen, unter denen Luft aus jeder Verdichterstufe abströmt, geändert werden. Die Schaufeln 11-18 sind mit einer Antriebseinheit 19 verbunden, so daß sie von einem entsprechenden Antriebselement der Antriebseinheit 19 jeweils unter irgendeinem erwünschten Winkel betrieben werden. Die Bedingungen, unter denen Luft in die erste Verdichterstufe k strömt, bzw. der Durchsatz, der Druck und die Temperatur dieser Luft werden von einem Durchsatzerfasser 20, einem Temperaturerfasser 21 und einem Druckerfasser 22 erfaßt. Die Temperatur der aus der ersten Verdichterstufe ^ austretenden Luft wird von einem Temperaturerfasser 23 erfaßt. Die Temperatur der in die bzw. aus der zweiten Verdichterstufe 5 strömenden Luft wird durch Temperaturerfasser 26 bzw. 27 erfaßt. Die Temperatur der in

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die vierte Verdichterstufe 7 strömenden Luft wird von einem Temperaturerfasser 28 erfaßt, und die Temperatur und der Druck der aus der vierten Verdichterstufe 7 abströmenden Luft werden von einem Temperaturerfasser 29 bzw. einem Druckerfasser 30 erfaßt. Zwischen den Erfassern 20-30 und der Antriebseinheit 19 ist eine Steuereinheit 32 zur Durchführung des Rege 1 verfahre ns angeordnet. Von den Erfassern 20-30 erzeugte Ausgangssignale werden in die Steuereinheit 32 eingegeben. Das mit der Steuereinheit 32 durchgeführte Regel verfahren wird nachstehend erläutert.

Γ ig. 2 zeigt die Kenndaten der Kreiselverdichtercinlage nach Eig. 1. Dabei ist auf der Abszisse der Ansaug-Durchsatz Q und auf der Ordinate der Förderdruck P„ aufgetragen. Anstelle des Durchsatzes kann auch der Eintritts-Mengendurchfluß, der Massenfluß etc. und anstelle des Förderdrucks auch das isothermische Gefälle, das Druckverhältnis etc. eingesetzt werden. Die Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage sind durch nach rechts unten geneigte Kurven C,-C. angegeben. Diese Kurven C, -C. entsprechen c, , c.,, c-. und c. , die Kombinationen der von jeder Gruppe Eintrittsleitschaufeln 11-14 und jeder Gruppe Diffusorschaufe1 η 15-18 geleisteten Arbeit darstellen. Dabei wird eine Kombination der Arbeit jeder Gruppe Eintrittsleitschaufeln mit der Arbeit jeder Gruppe Diffusorschaufe1 η wie folgt ausgedrückt:

indem die Winkel v. bzw. v_? bzw. v, bzw. v. der Eintrittslei tschaufe In 11-15 der vier Stufen und die Winkel d, bzw. d _? bzw. d bzw. d. der Diffusorschaufel η 15-18 der vier Stufen verwendet werden. Der Wirkungsgrad y , der jeder der Kurven C,-C. entspricht, ist durch die Kurven E,-L. bezeichnet, die konvexe Form haben (vgl. oberen Teil von Fig. 2).

0 3 Γ : 3 9 / 0 5 9 Λ

Als Wirkungsgrad kann der isotherme Wirkungsgrad, der polytrope Wirkungsgrad etc. verwendet werden. Ein Lastwiderstand, z. B. eine Anlage, die an die Abströmseite der Verdichteranlage mit den vorstehenden Kenndaten angeschlossen ist, wird als Widerstandskurve R in Fig. 2 angegeben, die eine Arbeitslinie der Verdichteranlage darstellt.

Wenn nach Fig. 2 der Durchsatz entsprechend dem Betriebszustand der Last eingestellt ist, wird der Förderdruck der Verdichteranlage durch den Schnittpunkt der Durchsatz-Kurven mit der Lastwiderstands-Kurve R bestimmt. Ls gibt eine Mehrzahl Kombinationen der Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11-14 mit der Arbeit der Diffusorschaufel η 15-18, die für die Lastwiderstands-Kurve R geeignet sind, und der Wirkungsgrad schwankt in Abhängigkeit von der gewählten Kombination. Z. B. gibt es zwei Kombinationen c_? und c' der Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11- IA- mit der Arbeit der Diffusorschaufel η 15-18, die einen gleichmäßigen Förderdruck mit einem Durchsatz q ergeben. Die den Kombinationen c» und C-,¹ entsprechenden Wirkungsgrade sind durch Kurven E-, bzw. E,' bezeichnet, wobei der Wirkungsgrad Ep höher als der Wirkungsgrad E ' ist, wenn der Durchsatz q ist. Das bedeutet, daß mit der Kombination c_? ein höherer Wirkungsgrad als mit der Kombination c ' erzielbar ist. Die Kombinationen c., Cp, c und c der Schaufelarbeit werden als diejenigen Kombinationen der Arbelt der Ein tri11s Ieitschaufeln 11-14 und der Arbeit der Diffusorschaufe In 15-18 bestimmt, die den Wirkungsgrad jederzeit mit dem bestimmten Durchsatz längs der Lastwiderstands-Kurve R maximieren. Die Verdichteranlage, die mit dem vorgenannten Lastwiderstand beaufschlagt ist, erfüllt beim Betrieb längs der Lastwiderstands-Kurve R mit der vorbestimmten Arbeit die Spezifikationen der Last in bezug auf verdichtete Luft und hat einen hohen Wirkungsgrad.

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in Fig. 2 ist R¹ eine Lastwiderstands-Kurve, die den Wirkungsgrad-Kurven zugeordnet ist, die erhalten werden, wenn die Schnittpunkte D]-Dj, der Lastwider stand s-Kur ve R mit den Wirkungsgrad-Kurven E₁-E. in Beziehung gesetzt werden. S ist eine Verdichtungs-Startlinie. Aufgrund der Kenndaten-Kurven nach Fig. 2 ist es möglich, eine Regel-Tabelle zu erstellen, in der eine Kombination der Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11-14 mit der Arbeit der Diffusorschaufeln 15-18 einem Ansaug-Durchsatz Q entspricht. In der Praxis wird somit der vorbestimmte Wirkungsgrad, der durch die Wirkungsgrad-Kurven im oberen Teil von Fig. 2 bezeichnet ist, erzielt, wenn die Kombination c der Schaufelarbeit entsprechend dem Ansaug-Durchsatz Q gewählt und die Einstellung der Schaufeln dementsprechend durchgeführt wird.

Ein konkretes Beispiel der erwähnten Regel-Tabelle wird nachstehend erläutert. Bei einer Art einer solchen Regel-Tabelle werden die Winkellagen der Eintrittsleitschaufeln 11-14 und der Diffusorschaufeln 15-18 jeder Stufe aus einer funktionellen Beziehung, die vorher in bezug auf den Betrieb der Verdichteranlage eingestellt wurde, erhalten, und die Einstellung der Schaufeln erfolgt auf der Grundlage dieser Winkellagen. Die funktioneile Beziehung ist in der Tabelle 1 angegeben.

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libelle 1

\r he i t .·, -hill i M(| ti ti i|c π

Ar bei t

I nt t.diirchs.i t / , Di'iirk , I c m |)c ι , ι I u r (■ I ( .

I i η I r' i I I ·, 1 < ■ i t. s c h a u f e 1 - u η d Diffusor-.se h.uifc J - W i nke 1 in jeder Stufe

'UO

-ι ) , v_?() f ₂(a) ,

<ya),

= ^f8^(a)

- f₃(a),

- ^f6^(a)'

1 1

f j(b ) ,

f₂(b),

' ^d

21

= f₃(b), f_ß(b),

f₈(b)

Dabe i q i 11 :

f - Funktion zum Lr ha It des Winkels v. der Lintrittsleit·

schaufeln 11 der ersten Stufe;

f. - Funktion zum Lrhalt des Winkels ν_Λ der lintrittsleit·

schaufeln 1? der zweiten Stufe;

f - Funktion zum Irhalt des Winkels ν, der Lintrittsleit-

schaufeln 13 der dritten Stufe;

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/ 0 5 9

f = Funktion zum Erhalt des Winkels v. der Eintrittsleitschaufeln 14 der vierten Stufe; Funktion zum Erhalt des Winkel: schaufeln 15 der ersten Stufe; Funktion zum Erhalt des Winkel: schaufeln 16 der zweiten Stufe; Funktion zum Erhalt des Winkels schaufeln 17 der dritten Stufe; und Funktion zum Erhalt des Winkels schaufeln 18 der vierten Stufe.

f = Funktion zum Erhalt des Winkels ά_γ der Diffusor-

f. = Funktion zum Erhalt des Winkels d, der Diffusor-6 ^-

schaufeln 16 der zweiten Stufe;

f_ = Funktion zum Erhalt des Winkels d der Diffusorschaufel 17 der dritten Stufe; un

f = Funktion zum Erhalt des Winkels d^ der Diffusor-

Diese Funktionen sind solcher Art, daß sie vor oder in den Anfangsphasen des Betriebs der Kreiselverdichteranlage erhalten werden. Durch vorheriges Festlegen dieser Funktionen und ihre Speicherung in Form der Regel-Tabelle ist es in einfacher Weise möglich, eine Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11-14 und der Diffusorschaufein 15-18 entsprechend etwaigen Änderungen der Betriebsbedingungen der Verdichteranlage zu zielen. Wenn z. B. die Arbeitsbedingungen gemäß der Rubrik a in der Tabelle 1 eingestellt sind, sind verschiedene Arbeitsmengen auf der Grundlage der funktionelle Beziehung fi-f_ft entsprechend den Arbeitsbedingungen a festlegbar. Die Einstellung der Eintrittsleitschaufeln 11-14 und der Diffusorschaufein 15-18 erfolgt nach Maßgabe dieser Arbeitsmengen. Wenn die Arbeitsbedingungen sich nach b ändern, wird die Arbeit der Schaufeln auf der Grundlage der entsprechenden funktioneilen Beziehung in der gleichen Weise erhalten.

Die Regel-Tabelle 1 wird unter Bezugnahme auf die Tabelle 2 konkret erläutert.

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Tabelle

Ansaug-Durchsatz

Eintrittsleitschaufel- und Diffusorschaufe1-Winke1 jeder Stufe

	^V1O	= ^V20	— v — v ~ 30 " A	₀ = A
a
	^d10	= ^d20	= ^d ₃₀ = ^di	₀ = A¹
	^vll	^{= V}21	^{= V}31 ^{= V}A	Yl ⁼ ^B
b
	^dll	= ^d21	= d₃₁ = d_L	= B¹
•			•

In der Tabelle 2 sind die Arbeitsbedingungen der Einfachheit halber durch den Ansaug-Uurchsatz repräsentiert. Für jeden Ansaug-Durchsatz werden für die Winkel der Eintrittsleitschaufeln ll-l^f bzw. diejenigen der Dif f usor schauf e In 15-18 die gleichen Werte gewählt. D. h. also, für den Durchsatz a wird für die Winkel ν, „ , v-„, v,„ und v. ₍₎ der Eintrittslei tschaufe In H-IA- ein Wert A und für die Winkel d.„, d.

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d,„ und d „ der Diffusorschaufe1 η 15-18 ein Wert A¹ gewählt. Durch die Wahl der vorstehend angegebenen Beziehung können das Verfahren und die Mittel zum Bestimmen der Arbeit vereinfacht werden. Zu diesem Zweck braucht man nur einen Ansaug-Durchsatz entsprechend den Arbeitsbedingungen einzustellen und eine der vorbestimmten Arbeitsmengen entspre-

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-lachend dem Soll-Durchsatz zu wählen. In der Praxis ist es also möglich, die Anforderungen durch Anwendung des angegebenen Regelverfahrens zu erfüllen. Wenn die Anforderungen komplexer sind, kann eine anspruchsvollere Regel-Tabelle erstellt werden, indem die Arbeitsbedingungen komplexer gemacht und Funktionen mit höherer Präzision gewählt werden.

Die vorstehend erläuterte funktioneile Beziehung wurde vor der Inbetriebnahme oder in der Anfangsphase des Betriebs der Verdichteranlage erhalten. Wenn jedoch zeitliche Änderungen oder Änderungen der die Verdichteranlage beaufschlagenden Last auftreten, kann es geschehen, daß die vorgenannte funktionelle Beziehung den Anforderungen nicht genügt. In diesem Fall wird die funktionelle Beziehung auf der Grundlage der vorgenannten Arbeitsbedingungen revidiert Erforderlichenfalls wird die Arbeitsmenge gemäß dem Unterschied zwischen dem Ist- und dem Soll-Durchsatz festgelegt, wenn der Ist-Durchsatz ausreichend nahe am Soll-Durchsatz liegt.

In der Praxis läuft eine Verdichteranlage normalerweise kontinuierlich über einen längeren Zeitraum. Daher ist es unvermeidlich, daß zeitliche Änderungen oder Leistungsverschlechterungen auftreten, selbst wenn die Kenndaten-Kurven und eine Regel-Tabelle beim Einbau der neuen Kreiselverdichteranlage sehr genau ausgearbeitet wurden. Dadurch kann der Fall eintreten, daß selbst dann, wenn die Regelung auf der Grundlage der Regel-Tabelle erfolgt, der vorbestimmte Wirkungsgrad beim Erreichen des Soll-Durchsatzes nicht erzielbar ist. Daher wird nach der Erfindung festgestellt, ob der Ansaug-Durchsatz in einem Bereich nahe dem Soll-Durchsatz liegt, der sich in Abhängigkeit von Änderungen der die Verdichteranlage beaufschlagenden Last ändern kann, oder in einem vom Soll-Durchsatz weiter

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entfernten Bereich liegt, und gesonderte Stellvorgänge werden angewandt, um verschiedene Kombinationen der Schaufelarbeit nach Maßgabe der vorgenannten Festlegung des Ansaug-Durchsatzes einzustellen.

Es ist leicht feststellbar, in welchem der beiden Bereiche der Ansaug-Durchsatζ liegt, indem z. B. die folgende Gleichung in bezug auf den Ist-Durchsatz Q angewandt wird:

mit Q = Soll-Durchsatz und

£(Q ) = Parameter zum Einstellen der Grenze zwischen beiden Bereichen, die zur Durchführung der Regelung vorgegeben werden kann.

Wenn der Ansaug-Durchsatz sich in einem Durchsatzbereich befindet, der vom Soll-Bereich weit entfernt ist, so daß die Gleichung (1) nicht gilt, wird die Arbeit der Schaufeln nach Maßgabe des sich von einem Moment zum anderen ändernden Ansaug-Durchsatzes gewählt, während dieser sich dem Soll-Durchsatz in bezug auf Änderungen der Arbeitsmenge und der die Verdichteranlage beaufschlagenden Last nähert, wobei in einer Regel-Tabelle enthaltene Information genutzt wird, die dadurch erstellt wurde, daß die folgenden Tatsachen berücksichtigt wurden: daß der Ansaug-Durchsatz so schnell wie möglich auf den Sollwert gebracht werden sollte; daß der Wirkungsgrad der Verdichteranlage im Verlauf der Erzielung des Soll-Durchsatzes auf einem hohen Niveau gehalten werden sollte; und daß unabhängig vom Wert des Soll-Durchsatzes das gleiche Regelverhalten aufrechterhalten werden sollte. Die gewählte Schaufelarbeit wird an die

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Antriebseinheit 19 übermittelt zum Einstellen der Eintrittslei tschauf ein 11-14 und der DiffusorschaufeIn 15-18.

Wenn der Ansaug-Durchsatz in einem Durchsatzbereich nahe dem Soll-Durchsatz liegt, so daß die Gleichung (1) gilt, oder in einen solchen Durchsatzbereich gelangt, dann sind die Arbeitsbedingungen so anzusehen, daß der Soll-Durchsatz erreicht ist. Allerdings ist es möglich, daß selbst bei Erreichen des Soll-Durchsatzes der Wirkungsgrad nicht auf dem höchstmöglichen Wert liegt. D. h. also, daß der Wirkungsgrad verbesserungsfähig ist. Somit ist das vorstehend angegebene Regelverfahren unvollständig ohne einen weiteren Regelvorgang, der zum Einstellen der Kombination der Schaufelarbeit in solcher Weise anwendbar ist, daß nach Erreichen des Soll-Durchsatzes, wobei die Gleichung (1) gilt, der momentane Arbeitszustand nach seiner Erfassung in Richtung auf einen Arbeitszustand mit höherem Wirkungsgrad verschiebbar ist. Ein Beispiel dieses Regelvorgangs wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert, wobei die Arbeitsbedingungen, bei denen die Gleichung (1) gilt, an einem Punkt P gezeigt sind und die Kombination der Arbeit der Eintrittsleitschaufeln 11-14 und der Diffusorschaufeln 15-18 durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:

^{cp = (}V V ^{= (V}1P' ^V2p' ^V3p' ^V4p' ^dlp' ^d2p' ^d3p'

Die bei dieser Schaufelarbeit-Kombination durchzuführende Korrektur ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Δν = (Av₁, Av₂, Av₃, Av^), Ad = (Ad₁ , Ad₂ , Ad₃ , A

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In Fig. 3 ist auf der Abszisse äv und auf der Ordinate Δ d aufgetragen. Wenn der Punkt P als Ausgangspunkt betrachtet wird, kann es einen Punkt geben, an dem angesichts der allgemeinen kontinuierlichen Kenndaten der Verdichteraη lage der Wirkungsgrad höher als am Punkt P ist, wie durch die den Wirkungsgrad bezeichnenden Umrißlinien angegeben ist. Wenn also der Durchsatz in einem Uereich nahe dem SoIlüurchsatz liegt, erfolgt die Regelung so, daIi der Punkt P zu einem Punkt höheren Wirkungsgrads verschoben wird. Bei der Arbeits-Kombination cp - (v , d ) am Punkt P werden die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11 - 1^f für sämt.Liche Stufen erst um Δ ν vergrößert, und nach dieser Vergrößerung wird der Wirkungsgrad festgestellt. Wenn dieser höher als am Punkt P ist, werden die Eintrittsleit schaufeln sämtlicher Stufen durch Anwendung des Kor rektur be tr ags Δν eingestellt. Wenn der festgestellte Wirkungsgrad niedriger als am Punkt P ist, werden die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11 -1^4- sämtlicher Stufen unter die Winkelbeträge am Punkt P um 6 ν verkleinert, und danach wird der Wirkungsgrad festgestellt. Wenn dieser höher als am Punkt P ist, werden die Eintrittsleitschaufeln 11 -1^ sämtlicher Stufe η durch Anwendung des Korrekturbe tr ags 6v eingestellt. Wenn der Wirkungsgrad auch dann nicht steigt, wenn die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11 - I ^ sämtlicher Stufen um Δ ν vergrößert oder verkleinert werden, werden die Winkel der DiffusorschaufeIn 15-18 sämtlicher Stufen um Ad vergrößert und dann der Wirkungsgrad festgestellt. Wenn dieser höher als am Punkt P ist, werden die DiffusorschaufeLn 15-18 durch Anwendung des Korrekturbetrags Ad eingestellt. Wenn der festgestellte Wirkungsgrad niedriger als am Punkt P ist, werden die Winkel der Diffusorschaufel 15-18 unter die Winkelbeträge am Punkt P um Ad verkleinert, und dann wird der Wirkungsgrad festgestellt. Wenn dieser höher als am Punkt P ist, werden die DiffusorschaufeIn 15-18 durch

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Anwendung des Korrekturbetrags Ad eingestellt. Wenn der Wirkungsgrad aufgrund der Korrektur der Schaufelarbeit in vier Richtungen keine Verbesserung zeigt, kann ein verbesserter Wirkungsgrad dadurch erzielt werden, daß der Kor rek tür be trag Δν oder Δά für die Schaufelarbeit vermindert und die Regelung in der angegebenen Weise durchgeführt wird. Wenn sämtliche vorgenannten Versuche zur Erzielung eines über dem Punkt P liegenden Punkts mit höherem Wirkungsgrad fehlschlagen, wird der Punkt P als Punkt des höchsten Wirkungsgrads angenommen. Durch sequentielles Suchen nach einem Punkt höheren Wirkungsgrads und Korrektur der Schaufelarbeit in vier Richtungen ist es möglich, den Arbeitszustand in Richtung zu einem solchen Arbeitszustand zu verschieben, in dem der Wirkungsgrad höher als am Punkt P ist.

Der oben erläuterte Vorgang der Suche nach einem Punkt höheren Wirkungsgrads wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 im einzelnen erläutert. Ein Punkt, an dem der Wirkungsgrad erhöht wird, wenn die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11-14 um Δν über die Winkelbeträge am Punkt P vergrößert werden, ist mit Q. bezeichnet. Dann wird die Suche nach einem Punkt höheren Wirkungsgrads in bezug auf die Arbeits-Kombination c , = (v + Δα, d ) am Punkt Q, in der gleichen Weise durchgeführt, wie sie in bezug auf die entsprechende Arbeits-Kombination am Punkt P erfolgt ist. Wenn infolge einer Vergrößerung der Winkel der Diffusorschaufeln 15-18 um Ad ein erhöhter Wirkungsgrad relativ zum Wirkungsgrad am Punkt Q. erzielt wird, wird der durch den Korrekturbetrag Δά eingestellte Arbeitspunkt mit Q- bezeichnet. Gleichermaßen kann ein Arbeitspunkt Q, erhalten werden, indem die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11-14 um ^v am Punkt Q-, vergrößert werden, und ein Arbeitspunkt Q.

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kann erreicht werden, indem die Winkel der üiffusorschaufeln 15-18 um Ad am Punkt Q, vergrößert werden. Dann kann ein Arbeitspunkt Q der Verdichteranlage dadurch erreicht werden, daß die Winkel der DiffusorschaufeIn 15-18 um &d am Punkt Q. vergrößert werden. Wenn durch Vergrößerung oder Verminderung der Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11-14 um Δν ν oder der Diffusorschaufel 15-18 um Δd am Punkt Q kein erhöhter Wirkungsgrad erzielbar ist, dann gilt der Punkt Q als der Ar beitszustands-Punkt mit höchstem Wirkungsgrad. Es braucht nicht betont zu werden, daß die Existenz der Gleichung (1) die Voraussetzung zur Verwirklichung dieses Arbeitszustands mit höchstem Wirkungsgrad ist.

Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Vorgang zur Auffindung von Arbeitsbedingungen mit erhöhtem Wirkungsgrad, wobei vier durch £sv und ^d wiedergegebene Kor rektur be tr äge zur aufeinanderfolgenden Änderung der Winkellagen der Schaufeln genutzt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Vorgang beschränkt; alternativ kann vorgesehen sein, eine vorgegebene Beziehung zwischen den vier Korrektur betragen zu unterhalten und die Regelung aufgrund dieser Beziehung durchzuführen.

Bei der Durchführung der Einstellung entsprechend diesem Rege 1 verfahre η müssen verschiedene Entscheidungen getroffen werden. Diese betreffen die absoluten Korrekturbeträge von Av und Δα für die Schaufelarbeit, das Verhältnis zwischen dem Korrekturbe tr ag für eine Stufe zum Korrektur betrag einer anderen Stufe, das durch die vorgenannten absoluten Korrekturbe träge gegeben ist, die Reihenfolge, in der die Auffindung der genannten Arbeitsbedingungen durchgeführt wird, die Kriterien zur Beurteilung des Falls, daß keine Erhöhung des Wirkungsgrads erzielt wird, die Feststellung,

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ob die Durchführung eines erneuten Korrekturvorgangs erforderlich ist, und die abzugebende Beurteilung, wann ein Punkt höchsten Wirkungsgrads erreicht ist. Diese Entscheidungen werden unter Berücksichtigung der Leistung der Erfasser und der Antriebseinheit sowie der Funktion und Leistung der Steuereinheit zur Durchführung des Regelverfahrens sowie der Kenndaten der vorstehend angegebenen Verdichteranlage getroffen.

Das vorstehend angegebene Regelverfahren wird in die Praxis umgesetzt durch Befehle, die von der Steuereinheit 32 bezüglich der Funktion eines Verarbeitungsvorgangs gegeben werden. Fig. k zeigt ein Flußdiagramm des von der Steuereinheit 32 durchgeführten Verarbeitungsvorgangs. Dabei sind der Fig. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein unter Anwendung des angegebenen Regelverfahrens durchgeführter Regelvorgang wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. k erläutert. Ausgangssignale der Erfasser 20-30 werden in die Steuereinheit 32 eingegeben, die auf der Grundlage dieser Signale den Ansaug-Durchsatz Q und den Wirkungsgrad f) zu diesem Zeitpunkt berechnet. Der auf diese Weise erhaltene Durchsatz wird mit einem Soll-Durchsatz verglichen, um festzustellen, ob die durch die Gleichung (1) gegebene Beziehung gilt. Wenn die Gleichung (1) nicht gilt, wird eine dem Soll-Durchsatz entsprechende Schaufelarbeit aus den vorher in einer Regel-Tabelle festgesetzten und gespeicherten Daten gewählt und der Antriebseinheit 19 zugeführt, die die Eintrittsleitschaufeln 11-JA und die Diffusorschaufein 15-18 dementsprechend treibt, wodurch der Durchsatz zum Soll-Durchsatz hin verschoben wird. Bei Auftreten einer Änderung des Durchsatzes wird die Arbeits-

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Kombination entsprechend dem momentanen Durchsatz gewählt, um die Schaufeln aufeinanderfolgend so zu verstellen, daß sich der Durchsatz in Richtung zum Soll-Durchsatz ändert. Damit ist es möglich, den Soll-Durchsatz zu erreichen, wenn die Schaufeln bezüglich ihrer Arbeit so verstellt werden, und zwar unabhängig davon, ob sich die die Verdichteranlage beaufschlagende Last ändert. Bei diesem Regelvorgang verschiebt sich der Arbeitspunkt längs der Lastwiderstands-Kurve R, so daß gefährliche Situationen, z. B. ein Verstopfen oder ein stoßweiser Betrieb, vermieden werden können,

Angenommen, daß der Vergleich des Ist-Durchsatzes mit dem Soll-Durchsatz ergibt, daß die Gleichung (1) gilt, dann wird die Schaufelarbeit für eine Korrektur der Schaufelwinkel in solcher Weise, daß der Wirkungsgrad iy gesteigert wird (vgl. Fig. 3), festgelegt. Die so festgelegte Arbeit wird als Stellsignal von der Steuereinheit 3 2 zur Antriebseinheit 19 übertragen. Infolgedessen werden die Winkel der Eintrittsleitschaufeln 11-14- und der Diffusorschaufein 15-18 jeder Stufe verstellt, um die festgelegte Schaufelarbeit zu leisten. Durch diese Serie von Regelvorgängen sind sofortige Leistungs-Einstellungen möglich, entsprechend einer Änderung des Soll-Durchsatzes , und indem jeder Änderung der Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage, die durch Änderungen der sie beaufschlagenden Last oder Änderungen der Umgebungsbedingungen bewirkt sein kann, gefolgt wird; diese Serie von Rege 1 vor gärige η wird zyklisch so oft wiederholt, wie dies notwendig ist, um die Verdichteranlage auf einem hohen Wirkungsgrad zu halten.

Fig. 5 verdeutlicht, wie der Durchsatz Q und der Wirkungsgrad T) durch die vorgenannte Serie von Stellvorgängen geregelt werden. Dabei ist auf tier Abszisse der Ansaug-

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Durchsatz Q und auf der Ordinate der Wirkungsgrad ^f wie in Fig. 2 aufgetragen, und vorgegebene Arbeitszustände der Verdichteranlage sind durch die Lastwiderstands-Kurve R¹ bezeichnet. Der vor Beginn der Regelung existierende Durchsatz ist mit Q und sein Arbeitspunkt mit D angegeben, wogegen der Soll-Durchsatz mit Q und sein Arbeitspunkt mit SP bezeichnet sind. In diesem Zustand werden aus den Daten der Regel-Tabelle Schaufelarbeiten entsprechend dem Durchsatz, zu dem sich der Ist-Durchsatz während sich ändernder Durchsatzwerte verschiebt, bevor er den Soll-Durchsatz erreicht, gewählt, und die Schaufeln werden auf der Grundlage dieser Schaufelarbeits-Daten verstellt. Damit verschiebt sich der Arbeitspunkt längs der Widerstands-Kurve R¹, und seine Bewegungsbahn entspricht im wesentlichen der Kurve Lp.

Es sei angenommen, daß die vorgenannten Stellmaßnahmen entsprechend diesem Regelverfahren getroffen werden und daß die Gleichung (1) gilt, wenn der Arbeitspunkt eines Durchsatzes einen Punkt P erreicht. Normalerweise besteht kein großer Unterschied zwischen dem am Punkt SP erreichten Wirkungsgrad ti und dem am Punkt P erreichten Wirkungsgrad Xi . Um aber einen erhöhten Wirkungsgrad während des Betriebs zu erzielen, werden nach den vorstehend genannten Stellmaßnahmen die im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. erläuterten Sondierungs-Stellvorgänge durchgeführt. Dabei werden die Winkel, unter denen die Schaufeln in bezug auf den Arbeitspunkt P arbeiten, nacheinander verstellt, und der Arbeitspunkt verschiebt sich vom Punkt P in eine Richtung, in der der Wirkungsgrad erhöht wird, bis die Stellvorgänge an einem Punkt Q beendet werden, an dem der Wirkungsgrad Ti erreicht ist. Bei dieser Serie von Stell vorgängen muß der Vorgang der Durchführung von Feineinstellungen der Schaufelarbeit und der Sicherstellung einer

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Erhöhung des Wirkungsgrads durchgeführt werden, bevor der Arbeitspunkt sich von P nach Q verschiebt. Es vergeht also eine relativ lange Zeit, bis der Punkt Q erreicht ist. Ein Soll-Durchsatz Q wird jedoch erreicht, nachdem sich der Arbeitspunkt von P nach Q längs einer Kurve L verschoben hat, und der Arbeitspunkt verschiebt sich jederzeit in eine Richtung, in der der Wirkungsgrad erhöht wird, und zwar unabhängig von Störungen aller Art und Änderungen des Lastwiderstands. Auch wird durch die Aufrechterhaltung des Betriebs mit hohem Wirkungsgrad sichergestellt, daß die Regelung gleichmäßig und in positiver Weise durchgeführt wird.

Das Rege 1 verfahre η wurde unter besonderer Betonung von Ste11 vorgänge η sowie der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Elemente erläutert. Die Regelung könnte mit erhöhter Wirksamkeit unter Anwendung eines elektronischen Rechners als Steuereinheit 32 durchgeführt werden. Ferner wurde das Verfahren unter Bezugnahme auf eine vierstufige Verdichteranlage erläutert, es ist jedoch nicht auf diese Anzahl Stufen begrenzt.

Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Leistungs- oder Durchsatz-Regelung, und eine Druckregelung könnte in gleicher Weise durchgeführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel werden sämtliche Eintrittsleitschaufeln und Diffusor schaufeln verstellt. Es ist jedoch auch möglich, den Durchsatz dadurch zu regeln, daß nur diejenigen Schaufeln verstellt werden, die eine effektive Arbeit leisten, z. B. die Eintrittsleitschaufeln.

Wie im einzelnen angegeben wurde, ermöglicht es das Regelverfahren, daß die Arbeitsbedingungen einer Verdichteranlage, z. B. der Durchsatz, den Sollwert in Übereinstimmung

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mit einer Änderung der einwirkenden Last so schnell wie möglich erreichen, und ermöglicht ferner eine Erhöhung des Wirkungsgrads nach Herstellung der Soll-Arbeitsbedingungen. Somit ermöglicht die Anwendung des Regelverfahrens beim Betrieb einer mehrstufigen Verdichteranlage mit Eintrittsleitschaufeln und Diffusorschaufein in jeder Stufe die Erzielung eines erhöhten Wirkungsgrads innerhalb eines weiten Bereichs von Arbeitsbedingungen, wodurch es möglich ist, die Verdichteranlage mit niedrigem Energieverbrauch zu betreiben.

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Claims

Patentansprüche

(IJ Regel verfahre η für eine Mehr stufen-Kreise1 Verdichteranlage, bei der in jeder Stufe Eintrittsleitschaufeln und Diffusor schaufeln winkelverstellbar vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- Feststellen, ob die Ist-Arbeitsbedingungen der Verdichteranlage in einem Bereich nahe den Soll-Arbeitsbedingungen oder in einem davon fernen Bereich liegen; und

- Einstellen einer vorher bestimmten Kombination der von den Eintrittsleitschaufeln und den Diffusor schaufeln verrichteten Arbeit längs einer Arbeitslinie der Verdichteranlage in der Weise, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in die Nähe der Soll-Arbeitsbedingungen gebracht werden, wenn festgestellt wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in dem von den Soll-Arbeitsbedingungen fernen Bereich liegen, und Feineinstellen der Eintrittsleitschaufeln und der Diffusor schaufeln zur Verschiebung des Wirkungsgrads auf einen höheren Wert innerhalb eines solchen Bereichs, daß die Ist-Ar beitsbedingungen nicht von den Soll-Arbeitsbedingungen abweichen, wenn festgestellt wurde, daß die Ist-Arbeitsbedingungen nahe den Soll-Arbeitsbedingungen liegen.

81-(A ifl62-02)-Schö

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ORIGINAL INSPECTED

-Z-
2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einstellung der Kombination der von den Eintrittsleitschaufeln und den Diffusorschaufein verrichteten Arbeit nach Feststellung, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in einem von den Soll-Arbeitsbedingungen fernen Bereich liegen, nach Maßgabe von Betriebsbedingungen gesteuert wird, zu denen hin sich die Ist-Arbeitsbedingungen jeweils momentan verschieben, bis die Ist-Arbeitsbedingungen mit den Soll-Arbeitsbedingungen übereinstimmen.
3. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß nach Feststellung, daß die Ist-Arbeitsbedingungen in einem Bereich nahe den Soll-Arbeitsbedingungen liegen, die Eintrittsleitschaufeln und die Diffusorschaufein betrieben und verstellt werden, während gleichzeitig zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrads eine Suche nach Arbeitsbedingungen mit erhöhtem Wirkungsgrad durchgeführt wird.

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