Verfahren zum Betreiben eines Turboverdichters, Turboverdichter mit

Pumpqrenzreqler und Luftzerlequnqsanlaqe

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Turboverdichters, einen entsprechend betreibbaren Turboverdichter mit einem Pumpgrenzregler und eine Luftzerlegungsanlage mit einem Turboverdichter gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

Es ist allgemein bekannt, dass Turboverdichter nicht bei beliebigen Verhältnissen zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und zugleich beliebigen Volumenströmen betrieben werden können. Wird bei einem bestimmten Druckverhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck ein minimaler Volumenstrom unterschritten, kommt es zum sogenannten "Pumpen" (engl. Surge) des Turboverdichters.

Im Verdichterkennfeld (engl. Compressor Map) ergeben sich ein stabiler Bereich und ein instabiler Bereich, die durch die sogenannte Pumpgrenze (engl. Surge Line) voneinander abgegrenzt sind. In dem instabilen Bereich tritt das Pumpen auf. Zu weiteren Details sei beispielsweise auf Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 24. Auflage, insbesondere Abschnitte R 1 .7.1 und R 7.4.6, verwiesen. Das eigentliche Pumpen äußert sich in einer periodischen Rückströmung durch den Verdichter.

Das Pumpen ist darauf zurückzuführen, dass sich bei einer verringerten Fördermenge der Anströmwinkel an einzelnen Verdichterschaufeln bis hin zum Strömungsabriss vergrößert. Durch den Strömungsabriss kommt es zur Übertragung eines geringeren Impulses, so dass die Fördermenge weiter abnimmt und die Strömung auch an anderen Verdichterschaufeln, ggf. auch in anderen Verdichterstufen und schließlich in dem Turboverdichter insgesamt, abreißen kann.

Sinkt die Fördermenge des Turboverdichters dabei unter eine bestimmte Grenze, kann dieser dem Druckgefälle zwischen Austrittsdruck und Saugdruck nicht mehr entgegenwirken und es kommt zu der erwähnten Rückströmung. Hierdurch sinkt jedoch der Förderdruck, so dass der Turboverdichter wieder zu fördern beginnt, bis die Pumpgrenze erneut erreicht wird. Es ergibt sich eine Periodizität zwischen Fördern und Rückströmung mit einer Frequenz von beispielsweise ca. 0,3 bis 5 Hz. Das Pumpen ist mit einem typischen Geräusch verbunden.

Das Pumpen kann in verschiedenen Intensitäten auftreten bzw. können dem eigentlichen Pumpen Vorstufen der Instabilität vorangehen. Erfahren lediglich einzelne Verdichterschaufeln einen Strömungsabriss, kommt es nur zu einem leichten

Leistungsabfall. Bereits hierbei werden die Verdichterschaufeln jedoch zu

Schwingungen angeregt, die zu Schaufelbrüchen führen können. Bei einem vollständigen Strömungsabriss bricht die Leistung schlagartig zusammen und es kann zu massiven Schäden an den Verdichterschaufeln kommen.

Die DE 36 059 58 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem Ablöseerscheinungen an Verdichterschaufeln als Indiz für Pumpen mittels eines Schalldruckaufnehmers detektiert werden.

Das Pumpen eines Turboverdichters kann durch das Abblasen oder Rückführen eines Teils des verdichteten Mediums vor den Verdichter über ein Entlastungsventil, das sogenannte Pumpgrenzregelventil (engl. Anti-Surge Control Valve, ASCV) verhindert werden. Mittels eines derartigen Ventils kann das Druckverhältnis zwischen

Austrittsdruck und Saugdruck abgesenkt werden, wenn sich ein Betriebspunkt des Turboverdichters der Pumpgrenze annähert. Das Pumpgrenzventil wird unter anderem im Rahmen einer sogenannten Pumpgrenzregelung (engl. Anti-Surge Control) angesteuert, wie in der zitierten Literatur beschrieben.

Bei einer Pumpgrenzregelung wird typischerweise eine sogenannte

Pumpgrenzregellinie (engl. Surge Control Line) verwendet, bei deren Überschreiten das Pumpgrenzregelventil zunächst beispielsweise proportional-integral zur

Regelabweichung geöffnet wird. Die Pumpgrenzregellinie liegt typischerweise ca. 10% rechts der erwarteten Pumpgrenze im Verdichterkennfeld. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich der Betriebspunkt der Pumpgrenzregellinie annähert, kann die Pumpgrenzregellinie auch weiter in den stabilen Bereich des Kennfelds verschoben und damit der Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze vergrößert werden. Das Pumpgrenzregelventil kann also im Falle einer schnellen Annäherung an den instabilen Bereich früher geöffnet werden.

Die Pumpgrenzregelung hält den Betriebspunkt des Turboverdichters im Betrieb auf der Pumpgrenzregellinie. Zusätzlich kann bei Überschreiten einer sogenannten Pumpgrenzsicherheitslinie (engl. Control Safety Line), die ca. 3 bis 5% rechts der erwarteten Pumpgrenze liegt, das Pumpgrenzregelventil sehr schnell vollständig geöffnet werden, damit der Turboverdichter sicher entlastet wird. Je nach

Empfindlichkeit des Turboverdichters, Bauart, Druckniveau usw. sowie der im Regler verwirklichten Signalverarbeitungszeit können auch kleinere Sicherheitsabstände zwischen Pumpgrenze und Pumpgrenzregellinie bzw. zwischen Pumpgrenze und Pumpgrenzsicherheitslinie realisiert werden.

Die Lage der Pumpgrenze eines mehrstufigen Verdichters ist abhängig von den Saugbedingungen der einzelnen Stufen, der Verdichterdrehzahl, den geometrischen Verhältnissen sowie des Zustandes des Turboverdichters. Bei geänderten

Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen oder bei geänderter Verdichterdrehzahl kann die Abweichung der Pumpgrenze eines zwischengekühlten, mehrstufigen Turboverdichters von der experimentell für spezifische Betriebsbedingungen ermittelten Pumpgrenze mehr als 10% in Durchflussrichtung betragen.

Bislang wird die Anpassung der Pumpgrenzregellinie in der Pumpgrenzregelung auf Basis von theoretischen Kennfeldern oder auch auf Basis von Einzelstufenkennlinien des Verdichterherstellers in dynamischen Simulationen ermittelt. Gegenüber den theoretischen Kennfeldern, die auf Basis von gemessenen bzw. umgerechneten

Einzelstufenkennlinien vom Verdichterhersteller angegeben oder berechnet werden, weicht jedoch die Lage der Pumpgrenze realer Maschinen aufgrund unterschiedlicher Einflussfaktoren mit einer Unsicherheit von ca. 3 bis 5% ab. EP 2 765 313 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters, wobei ein Pumpen vermieden werden soll. Dazu wird verdichtetes Medium mittels eines

Ablassventils abgelassen, wenn aus dem Antriebsstrom auf Pumpen geschlossen wird. Um das Auftreten von Pumpen zu vermeiden, wird während des Betriebs die

Pumpgrenze ermittelt, indem dann, wenn ein Pumpen festgestellt wird, der zugehörige Betriebspunkt gespeichert wird. Diese Messungen werden verwendet, um die hinterlegte Pumpgrenze regelmäßig anzupassen. Weiterhin wird eine

Pumpgrenzregellinie vorgegeben, die einen gewissen Sicherheitsabstand zur

Pumpgrenze aufweist. Während des Betriebs wird die Pumpgrenzregellinie allmählich in Richtung der Pumpgrenze verschoben. Tritt dabei Pumpen auf, wird der ursprüngliche Sicherheitsabstand wiederhergestellt.

Generell ist es jedoch wünschenswert, die Pumpgrenzregellinie so nahe wie möglich der tatsächlichen Pumpgrenze anzunähern, da sich hiermit der Energieverbrauch im Teillastbetrieb verringern lässt. Weil herkömmlicherweise jedoch die erwähnten Unsicherheiten bei der Definition der Pumpgrenze berücksichtigt werden müssen, ist der Abstand zwischen Pumpgrenzregellinie und tatsächlicher Pumpgrenze aber mitunter sehr groß. Hier besteht der Bedarf nach Verbesserungen.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Turboverdichters, einen entsprechend betreibbaren Turboverdichter mit einem Pumpgrenzregler und eine Luftzerlegungsanlage mit einem entsprechenden Turboverdichter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Turbo Verdichters vor, bei dem eine Pumpgrenzregellinie in einem Verdichterkennfeld festgelegt wird, das einen instabilen Bereich aufweist, der durch eine Pumpgrenze gegenüber einem stabilen Bereich abgegrenzt ist. Wie erwähnt, sieht eine aus dem Stand der Technik bekannte Pumpgrenzregelung dabei insbesondere vor, ein Pumpgrenzregelventil in Abhängigkeit von einer Lage eines Betriebspunkts des Turboverdichters in Bezug auf die Pumpgrenzregellinie in dem Verdichterkennfeld anzusteuern. Insoweit

unterscheidet sich das Verfahren nicht vom Stand der Technik. Bezüglich

Turboverdichtern, Verdichterkennfeldern und des diesbezüglichen fachmännischen Verständnisses sei ausdrücklich auf einschlägige Lehrbücher und Nachschlagewerke, beispielsweise die bereits oben zitierten Abschnitte in Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, verwiesen. Wie bereits eingangs erläutert, ist die Lage der Pumpgrenze eines mehrstufigen Verdichters von unterschiedlichen Faktoren abhängig und bei geänderten

Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen oder bei geänderter Verdichterdrehzahl kann die Pumpgrenze eines zwischengekühlten, mehrstufigen Turboverdichters von der experimentell für spezifische Betriebsbedingungen ermittelten Pumpgrenze mehr als 10% in Durchflussrichtung abweichen. Herkömmliche Verfahren zur Anpassung von Pumpgrenzregellinien leiden, wie erwähnt, an diesen Ungenauigkeiten, so dass Potentiale zur Reduzierung der Energieaufnahme durch Verringerung der

Verdichtermenge ohne Abblase- bzw. Umblasebetrieb über ein Pumpgrenzregelventil ungenutzt bleiben.

Bei der Inbetriebnahme auf der Baustelle wird die Lage der Pumpgrenze in herkömmlichen Verfahren durch Anfahren mehrerer Betriebspunkte nacheinander bei einer spezifischen Ansaugbedingung und bei einer spezifischen Verdichterdrehzahl experimentell ermittelt, bei einem Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage (eng. Main Air Compressor, MAC) typischerweise entsprechend der atmosphärischen Wetterbedingungen. Somit ist davon auszugehen, dass installierte Verdichter über Reserven zur Reduzierung der Teillastmenge verfügen, da die Lage der Pumpgrenze entsprechend der tatsächlichen Ansaugbedingung nicht genau bekannt ist.

Die vorliegende Erfindung schlägt daher vor, im Rahmen der Festlegung der

Pumpgrenzregellinie einen Betriebspunkt des Turboverdichters in dem stabilen Bereich so lange in Richtung des instabilen Bereichs zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser Strömungsabriss an einer oder mehreren Verdichterschaufeln des Turboverdichters festgestellt werden kann, und die Verschiebung des Betriebspunkts nach der Feststellung des zumindest teilweisen Strömungsabrisses so lange wieder rückgängig zu machen, bis auf Grundlage der Auswertung des einen oder der mehreren Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der einen oder den mehreren Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann. Dies kann zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten und damit auch für unterschiedliche Betriebspunkte durchgeführt werden

Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht damit in einer Erfassung einer beginnenden Instabilität eines Turboverdichters bei Annäherung an die Pumpgrenze. Bei dieser beginnenden Instabilität ist noch ein (teil)stabiler Betrieb möglich, aber erste Anzeichen von Strömungsablösung treten auf. Im Unterschied beispielsweise zu dem in der EP 2 765 313 A1 beschriebenen Verfahren mit festem Abstand erlaubt ein anschließendes allmähliches bzw. schrittweises Zurückschieben bis zu einem Punkt, an dem die beginnende Instabilität nicht mehr festgestellt werden kann, vorteilhaft, eine Linie festzulegen, bis zu der ein stabiler Betrieb zu erwarten ist. Durch die iterative Ermittlung entfällt die im Stand der Technkik unbekannte Varianz der Pumpgrenze. Hierdurch kann der Sicherheitsabstand der Pumpgrenzregellinie kleiner gewählt werden als bei herkömmlichen Pumpgrenzreglern. Der mit geschlossenem

Pumpgrenzregelventil realisierbare Fahrbereich wird größer und der Energieverbrauch im Teillastbetrieb sinkt.

Diese Punkte, an denen der Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, können die Pumpgrenzregellinie definieren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Pumpgrenzregellinie alternativ auch auf der der Pumpgrenze abgewandten Seite (stabilen Seite) in einem vorgegebenen Sicherheitsabstand zu der jeweiligen Position des Betriebspunkts, an der die beginnende Instabilität nicht mehr erfasst wurde, festgelegt werden. Auf diese Weise lassen sich Sicherheitszuschläge festlegen, die beispielsweise bei sich ändernden Ansaugbedingungen oder sich ändernder Verdichterdrehzahl die tatsächliche Pumpgrenze verschieben können. Der

Sicherheitsabstand wird jeweils vorteilhafterweise in der Abwicklungsphase (bei

Neumaschinen) mit dem Maschinenhersteller abgestimmt oder aber bei bestehenden Anlagen anhand von Erfahrungswerten vorgegeben. Eine durch lediglich das

Ausbleiben des zumindest teilweisen Strömungsabrisses definierte

Pumpgrenzregellinie könnte anlagenabhängig zu nahe an der Pumpgrenze liegen und daher bei unvorhergesehenen Störungen die Maschine gefährden.

Wird das Verfahren zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten für unterschiedliche Betriebspunkte durchgeführt, kann die Pumpgrenzregellinie - unabhängig davon ob sie an den ermittelten Punkten oder in einem Abstand dazu festgelegt wird -durch mehrere Punkte abgestützt werden kann. Ist nachfolgend jeweils von "einem"

Betriebspunkt (im Singular) die Rede, ist damit auch ein entsprechendes Verfahren umfasst, bei dem die Bestimmung zu unterschiedlichen Zeitpunkten für mehrere Betriebspunkte vorgenommen wird. Vorteilhafterweise wird eine Pumpgrenzsicherheitslinie verwendet, die zwischen der Pumpgrenzregelline und der Pumpgrenze festgelegt werden kann. Beispielsweise kann für den Fall, dass die Positionen der Betriebspunkte, an denen der

Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, die Pumpgrenzregellinie definieren, die Pumpgrenzsicherheitslinie an der Position der Betriebspunkte, an denen die Instabilitäten einsetzen, festgelegt werden. Beispielsweise können für den anderen Fall, dass die Pumpgrenzregellinie in einem Sicherheitsabstand zu den Positionen der Betriebspunkte, an denen der Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, festgesetzt wird, die Positionen der Betriebspunkte, an denen der Strömungsabriss nicht mehr festgestellt werden kann, die Pumpgrenzsicherheitslinie definieren.

Entsprechendes gilt, wie oben, auch für mehrere Betriebspunkte zu unterschiedlichen Zeitpunkten.

Wird im Betrieb die Pumpgrenzsicherheitslinie erreicht, wird vorzugsweise der Turboverdichter schnellstmöglich entlastet, beispielsweise durch vollständiges Öffnen eines Pumpgrenzregelventils.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Pumpgrenzregellinie mehrfach für

unterschiedliche Ansaugbedingungen und/oder für unterschiedliche

Verdichterdrehzahlen festgelegt wird. Auf diese Weise können für diese

Ansaugbedingungen die vorhandenen Potentiale zur Reduzierung der

Energieaufnahme vollständig genutzt werden.

Die unterschiedlichen Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen umfassen insbesondere unterschiedliche Saugdrücke und/oder Saugtemperaturen. Neben den Ansaugbedingungen der einzelnen Stufen sind die Lage der Pumpgrenze und damit die Festlegung der Pumpgrenzregellinie auch von der Verdichterdrehzahl abhängig.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als das oder die Signale mittels eines oder mehrerer Schallaufnehmer erfasste Schallsignale ausgewertet werden. Entsprechende

Schallsignale sind typischerweise sehr charakteristisch für sich ankündigende

Instabilitäten. Beispielsweise äußert sich ein beginnender oder teilweiser

Strömungsabriss durch ein charakteristisches Brummen.

In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist der oder zumindest einer der mehreren Schallaufnehmer als Körperschallsensor ausgebildet und an einem Gehäuse des Turboverdichters angeordnet. Auf diese Weise kann ein Öffnen des Verdichtergehäuses vermieden werden. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den oder zumindest einen der mehreren Schallaufnehmer in einem Gasraum des

Turboverdichters oder einer damit verbundenen Leitung anzuordnen. Auf diese Weise lassen sich ggf. auch beispielsweise durch Turbulenzen entstehende

Schalländerungen, die nicht als Körperschall übertragen werden, feststellen.

Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren, den Betriebspunkt in Richtung des instabilen Bereichs unter anderem dadurch zu verschieben, dass ein Volumenstrom durch den Turboverdichter verringert wird. Entsprechend wird die Verschiebung unter anderem dadurch wieder rückgängig gemacht, dass der

Volumenstrom durch den Turboverdichter wieder erhöht wird.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, den Betriebspunkt in Richtung des instabilen Bereichs zu verschieben, besteht darin, den Volumenstrom durch das Schließen einer stromauf des Verdichters angeordneten Saugdrossel zu verringern.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Volumenstrom durch ein Verstellen von Einlassleitschaufeln des Turboverdichters verringert wird. Der verwendete

Turboverdichter ist also vorteilhafterweise mit entsprechenden Einlassleitschaufeln versehen. Zu Details sei auch hier auf einschlägige Fachliteratur verwiesen.

Wie grundsätzlich bekannt, ist der mehrfach erwähnte Betriebspunkt unter Anderem durch ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und einen Volumenstrom durch den Turbo Verdichter definiert. Entsprechend setzt das Verdichterkennfeld ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck und einen Volumenstrom durch den Turboverdichter in Beziehung. In der üblichen Darstellung gelten die

Verdichterkennfelder jeweils für spezifische Saugtemperaturen der einzelnen Stufen und für eine spezifische Verdichterdrehzahl. Wie erwähnt erstreckt sich die vorliegende Erfindung auch auf einen Turboverdichter mit einem auf ein Pumpgrenzregelventil einwirkenden Pumpgrenzregler, wobei der Pumpgrenzregler dafür eingerichtet ist, eine Pumpgrenzregellinie in einem

Verdichterkennfeld festzulegen, das einen instabilen Bereich aufweist, der durch eine Pumpgrenze gegenüber einem stabilen Bereich abgegrenzt ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Pumpgrenzregler für das Festlegen der Pumpgrenzregellinie Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind, einen Betriebspunkt des Turboverdichters in dem stabilen Bereich so lange in Richtung des instabilen Bereichs zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser Strömungsabriss an einer oder mehreren

Verdichterschaufeln des Turboverdichters festgestellt werden kann, und die

Verschiebung des Betriebspunkts anschließend so lange wieder rückgängig zu machen, bis auf Grundlage der Auswertung des oder der Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der oder den Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann, und an diesen Punkten oder in einem Sicherheitsabstand dazu die Pumpgrenzregellinie festzulegen.

Vorteilhafterweise ist ein derartiger Turboverdichter zumindest zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet wie es zuvor erläutert wurde. Zu Merkmalen und Vorteilen sei daher auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Dies gilt auch für die erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Luftzerlegungsanlage, die einen

entsprechenden Turboverdichter aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, die Ausführungsformen der Erfindung näher veranschaulichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 veranschaulicht eine Adaption einer Pumpgrenzregellinie gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. Zugleich veranschaulicht Figur 1 einen Turboverdichter 1 mit einem zugehörigen Pumpgrenzregler 2, der zur Ansteuerung eines Pumpgrenzregelventils 3 ausgebildet ist. Daher betreffen die nachfolgend bezüglich des Verfahrens 100 erläuterten Merkmale eine entsprechende Vorrichtung in gleicher weise.

Der Turboverdichter 1 ist im dargestellten Beispiel mit zwei Verdichterstufen 11 , 12 veranschaulicht. Er kann jedoch auch nur eine oder eine beliebige Anzahl von

Verdichterstufen aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei dem Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage, als der der Turboverdichter 1 ausgebildet sein kann, um einen sechsstufigen Turboverdichter handeln. Jede der Verdichterstufen 1 1 , 12 kann eine beliebige Anzahl an Laufrädern mit entsprechenden Laufschaufeln aufweisen. Über Einlassleitschaufeln 13 ist eine dem Turbo Verdichter 1 zugeführter Volumenstrom und dessen Strömungsrichtung einstellbar. Stromab jeder Verdichterstufe 11 , 12 sind im dargestellten Beispiel Gaskühler 14, 15 vorgesehen.

Ein gasförmiges Fluid, beispielsweise Luft, kann dem Turboverdichter 1 über eine Leitung 4 zugeführt werden. Stromab des Turboverdichters 1 zweigt eine

Rückführleitung 5 von der Leitung 4 ab, mittels derer ein bestimmter Teil des in der Leitung 2 geführten Fluids nach stromauf des Turboverdichters 1 zurückgeführt werden kann. Dieser Anteil kann mittels des Pumpgrenzregelventils 3 eingestellt werden. Der Pumpgrenzregler 2 ist mit Sensoren bzw. Gebern 21 bis 27 über nicht gesondert bezeichnete Signalleitungen drahtgebunden oder drahtlos verbunden. Stromauf des Turboverdichters 1 befinden sich ein Temperatursensor 21 , mittels dessen eine Temperatur T1 des Fluids stromauf des Turbo Verdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann, ein Drucksensor 22, mittels dessen ein Druck P1 des Fluids stromauf des Turboverdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann, und ein, beispielsweise mittels eines Differenz- oder Wirkdruckverfahrens arbeitender, Durchflusssensor 23, mittels dessen ein Volumenstrom stromauf des Turboverdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann. Letzterer entspricht dem Volumenstrom an Fluid durch den Turboverdichter 1 . Stromab des Turboverdichters 1 befindet sich schließlich ein Drucksensor 24, mittels dessen ein Druck P2 des Fluids stromab des Turboverdichters 1 in der Leitung 4 bestimmt werden kann.

Gemäß der beispielhaft dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zudem ein Drehzahlsensor 27 vorgesehen, mittels dessen eine Verdichterdrehzahl n bestimmt und an den Pumpgrenzregler 2 weitergeleitet werden kann. Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind den Verdichterstufen 1 1 , 12 jeweils Schallsensoren bzw. Schallgeber 25, 26 zugeordnet. Mittels dieser kann beispielsweise, wie oben erläutert, ein Körperschallsignal oder ein anderes

Schallsignal, das an den Verdichterstufen 1 1 , 12 erfasst wird, und das eine beginnende Instabilität kennzeichnet, erfasst und an den Regler 2 weitergeleitet werden. Wie erwähnt können zusätzlich oder alternativ aber beispielsweise auch Schallgeber in der Leitung 4 vorgesehen sein. Wie erläutert, verwendet der Pumpgrenzregler 2 eine Pumpgrenzregellinie, bei deren Überschreiten das Pumpgrenzregelventil 3 zunächst beispielsweise proportionalintegral zur Regelabweichung (d.h. mittels einer Pl-Regelung) geöffnet wird. Die Pumpgrenzregellinie wird hierbei insbesondere mehrfach für unterschiedliche

Ansaugbedingungen und/oder für unterschiedliche Verdichterdrehzahlen ermittelt, wie mehrfach zuvor erläutert.

Das Pumpgrenzregelventil 3 kann durch den Pumpgrenzregler 2 über Steuerleitungen 28, 29 grundsätzlich in der eingangs unter Bezugnahme auf den Stand der Technik erläuterten Weise angesteuert werden. Zu weiteren Details sei beispielsweise auf die dort zitierte Fachliteratur verwiesen.

Figur 2 veranschaulicht eine Adaption einer Pumpgrenzregellinie in einem

Verdichterkennfeld 10 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verdichterkennfeld 10 ist zwischen einer Abszisse, die einen Volumenstrom bzw. eine dem Volumenstrom proportionale Größe angibt, und einer Ordinate, die ein Verhältnis zwischen Austrittsdruck und Saugdruck bzw. eine spezifische Verdichtungsarbeit angibt, aufgespannt.

Das Verdichterkennfeld 10 umfasst einen stabilen Bereich SR und einen instabilen Bereich IR, die durch eine in Form einer durchgezogenen Linie veranschaulichte Pumpgrenze SL voneinander getrennt sind. Eine Pumpgrenzregellinie SP ist strichpunktiert, eine Pumpgrenzsicherheitslinie SFL gestrichelt veranschaulicht.

Eintrittsleitschaufelwinkel sind mit strichpunktierten Linien veranschaulicht. Werden bei definierten Saugbedingungen, d.h. beispielsweise bei definierten

Saugdrücken und/oder Saugtemperaturen, die Eintrittsleitschaufeln zunehmend geschlossen, verschiebt sich ein Betriebspunkt im Kennfeld nach links in Richtung des instabilen Bereichs IR. Diese Verschiebung entspricht einer Abnahme des

Volumenstroms durch den Verdichter.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine im Rahmen einer Annäherung eines Betriebspunkts in dem Verdichterkennfeld 10 an oder in die Nähe der

Pumpgrenze SL beginnende Instabilität des Turboverdichters, bei dem noch ein stabiler Betrieb möglich ist, aber erste Anzeichen einer Strömungsablösung auftreten, durch ein geeignetes Messverfahren, z.B. eine akustische Messung innerhalb der Gasströmung oder eine Messung des Körperschalls, erfasst. Beim Erkennen der Instabilität kann anschließend wieder eine zunehmende Öffnung der

Eintrittsleitschaufeln bis zum stabilen Bereich erfolgen, d.h. bis keine Instabilität mehr erkannt werden kann. Auf dieser Grundlage kann die Pumpgrenzregellinie SP und ggf. die Pumpgrenzsicherheitslinie SFL wie erläutert festgelegt werden.

Das Verfahren umfasst in der dargestellten Ausführungsform, wie mit Pfeilen veranschaulicht, einen Betriebspunkt von einer Position A in dem stabilen Bereich SR so lange in Richtung des instabilen Bereichs IR zu verschieben, bis auf Grundlage einer Auswertung eines oder mehrerer Signale ein zumindest teilweiser

Strömungsabriss an einer oder mehreren Verdichterschaufeln des Turboverdichters festgestellt werden kann. Dies ist im dargestellten Beispiel an Position B der Fall. Anschließend kann die Verschiebung des Betriebspunkts nach der Feststellung des zumindest teilweisen Strömungsabrisses so lange wieder allmählich bzw. schrittweise rückgängig gemacht werden, bis auf Grundlage der Auswertung des oder der Signale der zumindest teilweise Strömungsabriss an der oder den Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann. Dies ist im dargestellten Beispiel an Punkt C der Fall. Die Pumpgrenzregellinie SP kann dann im dargestellten Beispiel in einem

vorgegebenen Sicherheitsabstand zu der Position C des Betriebspunkts, in der der zumindest teilweise Strömungsabriss an der oder den Verdichterschaufeln nicht mehr festgestellt werden kann, in dem Verdichterkennfeld 10 festgelegt werden, wie in Form der Position D gezeigt. Vorzugsweise definert die Position C die Pumpgrenzsicherheitslinie SFL, bei deren Überschreiten in Richtung der Pumpgrenze der Verdichter schnellstmöglich entlastet wird, beispielsweise indem das Pumpgrenzregelventil 3 vollständig geöffnet wird oder die Reglerparameter der Pl-Regelung, insbesondere die Proportionalverstärkung, verändert, z.B. (stark) erhöht wird. Die Pumpgrenzsicherheitslinie dient somit als

Noteingriff, falls der Betriebspunkt sich über die Pumpgrenzsicherheitslinie in Richtung Pumpgrenze bewegt.