DK141132B - Anordning ved en aksialkompressor eller ventilator til konstatering af en ustabil driftstilstand - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1 if· 1 132 DANMARK om Intel.* F O* D -27/02 «(21) Ansøgning nr. 1 19V75 (22) Indleveret den 21* mar. 1975 (23) Ubedag 21. mar. 1975 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 21. Jan. 1980 DIREKTORATET FOR ^ t PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Worftet begæret fra den

25. mar. 1974, 24l4l09, DE

(71) VOITH GETRIEBE KG, Alexanderstrasse 2, D-7920 Heldenheim/Brenz, BE.' (72) Opfinder: Rolf Gebken, Robert-Kioch-Strasse 69, D-7920 Heidenheim/Brenz, DE. ” (74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Anordning ved en aksialkompressor eller ventilator, til konstatering af en ustabil driftstilstand.

Opfindelsen angår en anordning af den i krav l’s indledning angivne art. Betegnelsen "kompressor" skal i det følgende indbefatte alle aksialblæsere til transport af luftarter. Anordningen til konstatering af en ustabil driftstilstand er dog fortrinsvis beregnet til ventilatorer eller blæsere, d.v.s. kompressormaskiner, i hvilke der kun bibringes det transporterede medium en forholdsvis beskeden trykforøgelse, og som normalt er udformet som ét-trins maskiner.

Når en kompressor arbejder inden for det ustabile driftsområde, påvirkes løbehjulskovlene som bekendt af store varierende bøjnings- kræfter. Desuden belastes da:løbehjulets lejer excessivt. Dette er 2 141132 grunden til, at man så vidt muligt søger at forhindre, at en kompressor arbejder inden for det nævnte ustabile område, hvilket som regel kan opnås ved passende dimensionering af kompressoren og af hele kompressoranlæggets tilhørende dele. Da dog med tiden kompressoren kan komme til at arbejde i det ustabile område på grund af en forøgelse af tryktabene i det til kompressoren sluttede anlæg, f.eks. på grund af tilsmudsning af filtre, er en løbende overvågning af kompressorens driftstilstand nødvendig.

Ved en i tysk fremlæggelsesskrift nr. 1.232.310 beskrevet kendt anordning til konstatering af en ustabil driftstilstand i en kompressor anvendes en ind i strømningskanalen ragende, som pitotrør udformet føler, der registrerer en strømningskomposant i periferiel retning. Denne følers åbning er rettet modsat kompressorløbehjulets omløbsretning. Ved denne kendte konstruktion udnyttes det faktum, at der i det mindste i enkelte skovlkanaler opstår returstrømninger, når kompressoren arbejder inden for det ustabile område.

Sådanne returstrømzoner omløber sammen med kompressorhjulet og frembringer herved en periferiel strømningskomposant i den gennem kompressoren passerende mediestrøm. Ved det kendte arrangement måles således pitottrykket i den i omløbsretningen fremkommende strømningskomposant og derved kompressorens ustabile driftstilstand.

Det kendte arrangement er imidlertid ikke tilfredsstillende, idet der især er risiko for, at pitotrøret tilstoppes ved aflejring af snavs, hvorfor det skal renses hyppigt.

Opfindelsen tager sigte på at tilvejebringe en anordning af den i krav l's indledning angivne art, der er pasningsfri og driftssikker og især ufølsom over for aflejret snavs. Dette opnås ved det i krav l's kendetegnende del angivne. Den som føler anvendte bladformede tunge er fortrinsvis i sin midter- og hvilestilling altid beliggende i det mindste tilnærmelsesvis i et gennem kompressorens rotationsakse passerende plan. Så længe således mediet i kompressorens stabile driftstilstand strømmer nøjagtigt parallelt med aksen, forbliver tungen i sin midterste hvilestilling. Er derimod kompressorens driftstilstand ustabil, bøjes tungen af en pe-riferiel strømningskomposant bort fra denne midter- og hvilestilling. Tungen er som simpel mekanisk konstruktionsdel meget ufølsom over for tilsmudsning, især når den elektriske signaleringsindretning ved hjælp af kontaktfrie elementer registrerer tungens udbø- jede tilstand og afgiver et tilsvarende signal.

3 141132

Anordningen ifølge opfindelsen er desuden fordelagtig ved, at den tungeformede, svingningsdygtige føler - ulige pitotrøret - ikke reagerer på eventuelle ændringer af det statiske tryk eller i hovedstrømningens hastighed i strømningskanalen. Da· føleren er isoleret mod overførsel af svingninger fra kompressorens stationære del til selve føleren, kan normale vibrationer i kompressorens stabile driftstilstand ikke registreres af føleren, hvilket ville være vildledende. Føleren ifølge opfindelsen er således kun reaktiv over for eventuelle strømningspulsationer i periferiel retning.

Fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 1.428.023 er det ganske vist kendt at anvende svingningsfølere i en aksialkompressor til konstatering af en ustabil driftstilstand, men disse svingningsfølere er anbragt på kompressorens ledeskovle og/eller løbehjulskovle.

En sådan placering har i sammenligning med en i nærheden af løbehjulet ind i strømningskanalen ragende føler følgende afgørende ulemper: konstateringen af den ustabile driftstilstand ved registrering af svingningerne i en ledeskovl har kun nogen mening i forbindelse med en kompressor, hvis ledeskovle fra kompressorhuset rager frit ind i strømningskanalen, d.v.s. hvis ledeskovle kun er fastgjort på deres ene side. Ir ledeskovlene derimod fast indspændt på to sider - som det næsten altid vil være tilfældet ved ventilatorer - og er disse ledeskovle således mere eller mindre bøjningsstive (idet ledeskovle af sidstnævnte type tillige tjener som bærer for løbehjullejringen og eventuelt for motoren og/eller drivudvekslingen), er det så godt som udelukket, at der ved overgangen til den ustabile driftstilstand i ledeskovlene øjeblikkeligt opstår svingninger af en sådan art, at disse svingninger vil kunne udløse et tilsvarende signal. Desuden er det ved kompressorer af en hvilken som helst konstruktion principielt uhensigtsmæssigt at ville konstatere overgangen til den ustabile driftstilstand ved registrering af svingninger i ledeskovlene, fordi der i en hvilken som helst kompressor allerede ved stabil driftstilstand opstår mere eller mindre kraftige vibrationer, der også overføres til ledeskovlene. Disse vibrationer kan af en på en ledeskovl anbragt svingningsføler som regel ikke skelnes fra eventuelle svingninger frembragt af en ustabil driftstilstand.

4 141132

Desuden må der tages hensyn til, at de returstrømninger, der er årsag til den ustabile driftstilstand, vinder visse omstændigheder kun har en forholdsvis svag virkning på løbehjulskovlene og ledeskovlene, men virker betydelig kraftigere og mere generende på den samlede luftstrømning i det med kompressoren forbundne strømningssystem. Dette vil navnlig være tilfældet, når systemet indbefatter flere kompressorer og/eller når transportmængden eller den tilvejebragte trykforøgelse skal reguleres svarende til bestemte værdier, f.eks. ved automatisk ændring af omdrejningstallet eller af skovlenes vinkelstilling. I dette tilfælde er der ved anvendelse af den fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 1.428.023 kendte anordning igen risiko for, at en ustabil driftstilstand overhovedet ikke registreres af svingningsfølerne.

Placeringen af en svingningsføler på en løbehjulskovl medfører følgende yderligere ulemper: de af svingningsføleren frembragte signaler kan kun via komplicerede og lidet driftssikre organer (f.eks. en slæberingoverførsel) overføres fra skovlen til løbehjulnavet (såfremt skovlen er indstillelig) og fra navet til kompressorhuset. Da der tilmed ved overgangen fra stabil til ustabil driftstilstand hyppigt først kun i én enkelt skovlkanal opstår en returstrømning, der omløber sammen med løbehjulet, og da man aldrig vil kunne forudbestemme, i hvilken af skovlkanalerne der først opstår en sådan returstrømning, skulle der på alle løbehjulskovle anbringes en sådan svingningsføler.

Alle forudnævnte ulemper undgås, såfremt man anvender en fra løbehjulskovlene og ledeskovlene adskilt føler, der rager ind i strømningskanalen, og som er udformet og monteret som angivet i hovedkravets kendetegnende del.

Den afgørende opfinderiske foranstaltning til løsning af den stillede opgave består således i, at man i stedet for den kendte som pitotrør udformede føler anvender en svingningsdygtig tunge, der er upåvirket af svingninger i den stationære kompressordel, der bærer føleren. I denne forbindelse er det væsentligt, at den mod svingninger i skovlene isoleret anbragte tungeformede føler ikke blot som nævnt er ufølsom over for tilsmudsning, men især også over for de under kompressorens normale drift inden for det stabile driftsområde opstående vibrationer, men til gengæld med desto større følsomhed reagerer over for eventuelle, omløbende returstrømzoner.

5 141132

Et passende sted at placere tungen på er isser strømningskanalens radialt ydre område umiddelbart før kompressorhjulet, regnet i strømningsretningen, idet returstrømningerne på dette sted er særlig tydelig konstaterbare i den ustabile driftstilstand, og idet på den anden side den normale, parallelt med kompressoraksen passerende strømning i kompressorens stabile driftstilstand er særlig rolig på det angivne sted. Følertungen kan dog også placeres i strømningskanalens radialt indre zone efter kompressorhjulet, idet der på dette sted ved overgangen fra den stabile til den ustabile driftstilstand på et meget tidligt tidspunkt opstår returstrømme.

På sidstnævnte sted er ganske vist strømningen selv i den stabile driftstilstand mere eller mindre turbulent.

Ved det i krav 2 angivne opnås, at ikke blot vibrationer i kompressorhuset eller strømningskanalen holdes borte fra tungen, men at tillige stød fra eventuelle fremmedlegemer, der rammer tungen, dæmpes, hvorved risikoen for en beskadigelse af tungen mindskes.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen, hvor fig. 1 viser et længdesnit efter linien I-I i fig. 2 gennem en aksialventilator med en udførelsesform for detekteringsanordningen ifølge opfindelsen, fig. 2 et snit efter linien ΪΙ-ΙΙ i fig. 1, fig. 3 en ændret udførelsesform for detekteringsanordningen, og fig. 4 et blokdiagram til anskueliggørelse af signalstrømskemaet.

Den i fig. 1 og 2 viste aksialventilator har et hus 10, der danner ydervæggen for en faststående strømningskanal 15 med cirkulært tværsnit. I strømningskanalen er anbragt et ventilatorhjul 11 med skovle 12. Desuden findes i strømningskanalen stationære ledeskovle 13. Mediestrømmen gennem kanalen er antydet ved strømpile a, b og c i fig. 1. Det ses, at den i fig. 1 viste ventilator befinder sig i en ustabil driftstilstand, idet strømpilen a indikerer en retur-strømzone i strømningskanalen 15's radialt indre område efter ventilatorhjulet 11, regnet i mediestrømmens retning. Også strømpilen 6 141132 b indikerer en returstrømzone før ventilatorhjulet og i kanalens radialt ydre område. Strømpilene c anskueliggør den gennemgående mediestrømning i ventilatoren. Da returstrømzonen b flyttes af ventilatorskovlene 12 og således bevæges periferielt sammen med disse, fremkommer der en periferiel strømningskomposant, som tilmed er stærkt varierende, fordi en sådan returstrømningszone b som regel kun fremkommer ved en del af skovlene 12.

Denne periferielle strømningskomposant detekteres af en føler 20 i form af en bladformet tunge, der således indikerer ventilatorens ustabile driftstilstand. Føleren 20 er en tynd bladfjeder, der uden for strømningskanalen 15 er indspændt i en stålblok 21 med stor masse, og som rager ind i strømningskanalen gennem en åbning i ventilatorhuset 10. Tungen er beliggende i en afstand på tilnærmelsesvis 20 mm fra hjulskovlene 12's indstrømningskant. På stålblokken 21 er fastgjort et mellemstykke 22 af blød gummi, der er forbundet med en holdebøjle 23, som via en konsol 24 er fastgjort på ventilatorhuset 10. Bladf jederføleren 20 bringes i ventilatorens ustabile driftstilstand til at svinge frem og tilbage under indvirkning af mediestrømmens stærkt varierende periferielle strømningskomposant. I området ved de største formændringer i bladfjederen, d.v.s. i nærheden af indspændingsstedet, er der på bladfjederen fastgjort en deformationsmåle strimmel 25, som på kendt måde ved formændring ændrer sin elektriske modstand og derved afgiver et elektrisk signal. Fig. 2 viser med stiplede linier bladfjedertungens svingningsbevægelse frem og tilbage i et plan vinkelret på ventilatoraksen.

Fig. 3 viser en føler i form af en bladfjeder 30 med strækningsmålestrimmel 25. I den i fig. 3 viste udførelsesform svinger bladfjederen ikke som i fig. 1 og 2 i et plan på tværs af ventilatoraksen, men i et plan parallelt med ventilatoraksen. Bladfjederen 30 har sin længdeakse beliggende parallelt med ventilatoraksen og er fastgjort til et rørstykke 35, der uden for strømningskanalen er fastgjort i en stålblok 31, som efter samme princip som ved udførelsesformen ifølge fig. 1 og 2 er forankret på ventilatorhuset 10 via et elastisk mellemstykke 32, en holdearm 33 og en på ventilatorhuset 10 fast anbragt flange 16, til hvilken holdearmen 33 er fastskruet.

141132 7

Ifølge fig. 4 ledes signalet fra den på føleren 20 fastgjorte' stræk-ningsmålestrimmel 25 til en brokoblet forstærker 40 og fra denne til en vekselstrømsforstærker 41, der forstærker signalet, og fra hvilken dette ensrettet tilføres en tærskelværdiforstærker 42rder styrer en monostabil multivibrator 43, som alt efter styrken af det tilførte signal slutter strømmen til en af to indikationslamper 44, 45, af hvilke den ene indikerer ventilatorens stabile driftstilstand, medens den anden lampe indikerer den ustabile driftstilstand. Fra den monostabile multivibrator 43 kan der føres et signal til et styreorgan, som ved begyndende ustabil driftstilstand f.eks. kan åbne en på tegningen ikke vist udblæsningsventil, eller i tilfælde af indstillelige hjulskovle kan mindske skovlvinkelen eller reducere løbehjulets omdrejningstal, og herved føre ventilatoren tilbage til stabil driftstilstand.

Desuden kan ligeledes som vist i fig, 4 drivmotoren M’s omløbstal konstateres og en tilsvarende styreværdi tilføres en omskifter 46,, der er forbundet med tærskelværdiforstærkeren 42, så at efter behov styrken af det til den moilo stabile multivibrator 43 førte signal kan holdes konstant ved varierende omdrejningstal. Har ventilatoren indstillelige skovle 12a med et tilhørende skovlindstillingsorgan 19, kan der fra dette tilføres omskifteren 46 en yderligere, til den pågældende skovlvinkel svarende styreværdi således, at også i dette tilfælde styrken af det til den monostabile multivibrator 43 førte signal holdes konstant uafhængigt af skovlyinkelen.