Vermeidung von Dauerbetrieb in frequenzumrichtererregten Torsionsresonanzen eines Verdichterstrangs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Drehzahl eines unter Verwendung einer Antriebseinheit mit veränderlicher Drehzahl antreibbaren Verdichterstrangs sowie eine Anordnung zur Steuerung einer Drehzahl eines unter Ver- wendung einer Antriebseinheit mit veränderlicher Drehzahl antreibbaren Verdichterstrangs .

Weiter betrifft die Erfindung einen Verdichterstrang mit einer den Verdichterstrang mit veränderlicher Drehzahl

antreibbaren, frequenzumrichtergeführten Antriebseinheit und einem die Antriebseinheit führenden Frequenzumrichter.

Verdichter bzw. Fluide komprimierende Vorrichtungen werden in verschiedenen Industriebereichen für verschiedene Anwendungen genutzt, bei denen es um eine Kompression oder Verdichtung von Fluiden, im Speziellen (Prozess- ) Gasen, geht.

Bekannte Beispiele hierfür sind Turboverdichter in mobilen industriellen Anwendungen, wie in Abgasturboladern oder in Strahltriebwerken, oder auch in stationären industriellen Anwendungen, wie Getriebe- bzw. Getriebeturboverdichter für chemische oder petrochemische Anlagen, beispielsweise zur Luftzerlegung oder Ergasverflüssigung . Bei einem solchen - in seiner Arbeitsweise kontinuierlich arbeitenden - Turboverdichter wird die Druckerhöhung (Verdichtung) des Fluids dadurch bewirkt, dass ein Drehimpuls des Fluids von Eintritt zu Austritt durch ein rotierendes, radial erstreckende Schaufeln aufweisendes Laufrad des Turboverdich- ters durch die Rotation von den Schaufeln erhöht wird. Hier, d.h. in einer solchen Verdichterstufe, steigen Druck und Temperatur des Fluids, während die relative (Strömungs- ) Geschwindigkeit des Fluids im Laufrad bzw. Turbolaufrad sinkt. Um eine möglichst hohe Druckerhöhung bzw. Verdichtung des Fluids zu erreichen, können mehrere solcher Verdichterstufen hintereinander geschaltet werden.

Als bekannte Bauformen von Turboverdichtern unterscheidet man zwischen Radial-, Axial- und kombinierten Axial- Radialverdichtern bzw. zwischen Ein-Wellen- und Getriebeverdichtern .

Bei dem Axialverdichter strömt das zu komprimierende Fluid, beispielsweise ein Prozessgas, in paralleler Richtung zur Achse (Axialrichtung) durch den Verdichter. Bei dem Radialverdichter strömt das Gas axial in das Laufrad der

Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial, Radialrichtung) abgelenkt. Bei mehrstufigen Radialverdichtern wird damit hinter jeder Stufe eine Stromungsumlenkung notwendig.

Kombinierte Bauarten von Axial- und Radialverdichtern saugen mit ihren Axialstufen große Volumenströme an, die in den anschließenden Radialstufen auf hohe Drücke komprimiert werden.

Während meist einwellige Maschinen (Ein-Wellen- Turboverdichter) , bei denen eine oder mehrere

Verdichterstufen auf bzw. über ein und derselbe Welle realisiert ist bzw. sind, zum Einsatz kommen, sind bei (mehrstufigen) Getriebeturboverdichtern (kurz im Folgenden auch nur Getriebeverdichter) die einzelnen Verdichterstufen um ein

Großrad herum gruppiert, wobei mehrere parallele (Ritzel - ) Wellen, die jeweils ein oder zwei - in als Gehäuseanbauten realisierte Spiralgehäusen aufgenommene - Laufräder (an freien Wellenenden der Ritzelwellen angeordnete Turbolaufräder) tragen, von einem großen, im Gehäuse gelagerten Antriebszahnrad, einem Großrad, angetrieben werden.

Ein Antrieb eines Verdichters erfolgt in der Regel mittels einer mit dem Verdichter mechanisch bzw. ein Drehmoment übertragbar gekoppelte Antriebseinheit, beispielsweise eines (Elektro- ) Motor oder einer Turbine. Deren Abtrieb bzw.

Abtriebswelle ist mittelbar, beispielsweise unter

Dazwischenschaltung eines Getriebes oder einer Kupplung, oder unmittelbar, beispielsweise durch eine gemeinsame Abtriebs- /Antriebswelle, mit der Antriebswelle des Verdichters verbunden .

Dieses mechanische Antrieb-/Abtriebssystem des Verdichters, d.h. die gesamte mechanische, das Drehmoment übertragende Kette aus, beispielweise Abtriebswelle ( -n) , Kupplung ( -en) , (Zwischen- ) Getriebe ( -n) , Abtriebswelle ( -n) , beim Verdichter wird dabei als Verdichterstrang bezeichnet.

Es ist bekannt, mit verschiedenen Methoden der

Verdichterausführung und Betriebsweise, wie z.B. Drosselung, Verstellung von Eintrittleitgittern bzw. Verstellung von Betriebsdrehzahlen, ein regelbares Verdichterkennfeld zu erzeugen . Hierbei kommen Verdichterstränge antreibende,

umrichtergeführte Elektromotoren zum Einsatz, um einen Betriebsdrehzahlbereich der Anlage bzw. des Verdichters (Leistungsbereich der Anlage) zu ermöglichen bzw. das Drehzahl - bzw. Verdichterkennfeld zu erzeugen.

Dabei erfolgt eine - beispielsweise für eine geforderte Leistungsänderung bzw. -Steigerung des Verdichters bzw.

Verdichterstrangs erforderliche - Drehzahländerung im

Verdichterstrang durch entsprechende Ansteuerung der den Verdichterstrang antreibenden Elektromotoren mittels elektronischer Frequenzumrichter (im Folgenden nur kurz Frequenzumrichter oder nur Umrichter) .

Frequenzumrichter sind ebenfalls bekannt. Ein Frequenzumrich- ter ist z.B. ein Stromrichter der aus einem Wechselstrom (sowohl Einphasenwechselstrom als auch Dreiphasenwechselstrom) mit bestimmter Frequenz eine in Amplitude und Frequenz veränderbare Spannung generiert. Mit dieser umgerichteten Spannung wird dann ein Verbraucher, in der Regel ein Drehstrommotor, betrieben .

Durch eine zweimalige Umwandlung eines elektrischen Stroms bzw. einer elektrischen Spannung von dem Wechselstrom auf einer Netzseite, zu dem Gleichstrom innerhalb des Umrichters und schließlich zu einem Wechselstrom auf Seite des Elektromotors werden zusätzlich zu einer Speisefrequenz des Elektromotors auch torsionsanregende Frequenzanteile generiert.

Diese anregende Frequenzanteile, überwiegend harmonische und interharmonische Anregungen, können Torsionsresonanzen im Verdichterstrang, d.h. in Bauteilen und/oder Komponenten des mechanischen Antriebssystems bzw. im Verdichterstrang, verur- Sachen.

Diese Torsionsresonanzen führen zu Schwingungen in den Bauteilen bzw. Komponenten des Verdichterstrangs, insbesondere zu Torsionsschwingungen in Wellen und/oder RadialSchwingungen in Zwischengetrieben.

Infolge solcher Torsionsschwingungen bzw. RadialSchwingungen mit infolge entsprechender hohen Bauteilbelastungen kann es zu Bauteilversagen bei den Bauteilen der Verdichterstränge kommen .

Ausbau und Ersatz bzw. Reparatur der beschädigten Bauteile des Verdichterstrangs sowie erforderliche Stillstandszeiten der Anlagen erzeugen hohen Kosten.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen

Verdichterstrang vorzusehen, welcher die Nachteile im Stand der Technik überwindet. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Bauteilsbeschädigungen und -ausfälle bei Verdichtersträngen zu verhindern bzw. zu vermindern.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer Drehzahl eines unter Verwendung einer Antriebseinheit mit veränderlicher Drehzahl antreibbaren Verdichterstrangs, einer Anordnung zur Steuerung einer Drehzahl eines unter Verwendung einer Antriebseinheit mit veränderlicher Drehzahl

antreibbaren Verdichterstrangs sowie einem Verdichterstrang mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst .

Bei dem Verfahren wird ein eine dynamische Torsionsbelastung im Verdichterstrang beschreibender Belastungswert bei einer aktuellen Drehzahl des durch die Antriebseinheit angetriebenen Verdichterstrangs ermittelt.

Dabei sei unter „ermittelt" jegliche Art einer - direkten oder indirekten - Ermittlung, Erfassung oder Messung des die dynamische Torsionsbelastung im Verdichterstrang beschreibenden Belastungswerts zu verstehen.

Der Belastungswert wird mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen und, wenn der Belastungswert bezüglich des vorgegebe- nen Grenzwertes eine vorgegebene Bedingung erfüllt, wird die aktuelle Drehzahl im Verdichterstrang unter Verwendung der Antriebseinheit verändert.

Die Anordnung weist eine Ermittlungseinrichtung sowie eine Steuerungseinheit auf.

Die Ermittlungseinrichtung ist derart eingerichtet, dass der die dynamische Torsionsbelastung im Verdichterstrang beschreibende Belastungswert bei einer aktuellen Drehzahl des durch die Antriebseinheit angetriebenen Verdichterstrangs ermittelbar ist.

Die Steuerungseinheit ist derart eingerichtet, dass der Belastungswert mit dem vorgegebenen Grenzwert vergleichbar und, wenn der Belastungswert bezüglich des vorgegebenen Grenzwertes die vorgegebene Bedingung erfüllt, die Antriebseinheit zu der Änderung der aktuelle Drehzahl im Verdichterstrang ansteuerbar ist. Der Verdichterstrang weist eine den Verdichterstrang mit veränderlicher Drehzahl antreibbare, frequenzumrichtergeführte Antriebseinheit, einen die Antriebseinheit führenden Fre- quenzumrichter sowie die Anordnung auf .

Vereinfacht ausgerückt, die Erfindung beruht auf einer Überwachung bzw. ermittlungs-/messtechnischen Überwachung der dynamischen Torsionsbelastung im Verdichterstrang.

Dazu wird eine die dynamische Torsionsbelastung im

Verdichterstrang repräsentierende Belastungsgröße, d.h. der Belastungswert, wie insbesondere ein dynamisches Torsionsmoment im Verdichterstrang, eine dynamische Wellendrehzahl im Verdichterstrang, eine dynamische relative Wellenschwingung im Verdichterstrang oder ein dynamischer drehmomentbildender Strom der Antriebseinheit, ermittelt bzw. gemessen.

Das dynamische Torsionsmoment im Verdichterstrang - oder die andere die dynamische Torsionsbelastung repräsentierende Belastungsgröße, wie die dynamische Wellendrehzahl im

Verdichterstrang, die dynamische relative Wellenschwingung im Verdichterstrang oder den dynamischen drehmomentbildenden Strom der Antriebseinheit, wird mit einer vorher zu definie- renden, zulässigen Grenzbelastung bzw. Grenzwert, meist eine Maximalbelastung bzw. ein Maximalwert, verglichen.

Sollte, wie im Fall einer Torsionsresonanzbedingung im

Verdichterstrang bei entsprechender Festlegung des Grenzwerts entsprechend vorsehbar, der Wert der Maximalbelastung bzw. der Maximalwert überschritten sein, ist unter Verwendung der Antriebseinheit ein Betrieb des Verdichterstranges auf eine niedrigere bzw. höhere Drehzahl zu ändern. Der Verdichter bzw. der Verdichterstrang wird aus der Resonanz „herausgefah- ren".

Typischerweise wird man den Betriebspunkt des Verdichters bzw. des Verdichterstrangs auf eine höhere Drehzahl verla- gern, da damit sichergestellt ist, die Anforderungen des Verdichter- bzw. Anlagenprozesses zu erreichen.

Da Torsionsresonanzen im Verdichterstrang typischerweise schwach gedämpft sind, ist meist nur eine geringe Drehzahländerung notwendig, um den Betriebspunkt des Verdichters aus dem Resonanzbereich zu verschieben bzw. herauszufahren.

Anschaulich gesehen, wird bzw. werden somit bei der Erfindung bei einem spezifischen Verdichterstrang durch dortiger Ermittlung bzw. Messung der dynamischen Torsionsbelastung derjenige bzw. diejenigen Drehzahlbereiche, in welchem bzw. welchen eine bzw. die Torsionsresonanzen - mit entsprechend hohen (relevanten) Torsionsamplituden - bei dem

Verdichterstrang auftritt bzw. auftreten, identifiziert.

Dieser Drehzahlbereich bzw. diese Drehzahlbereiche können dann für einen stationären und/oder dauerhaften Betrieb des Verdichterstrangs gesperrt bzw. auf ein notwendiges Minimum reduziert werden. D.h., entsprechende Drehzahlbereiche bzw. Drehzahlbänder in einem Verdichterkennfeld des

Verdichterstrangs werden für einen stationären Betrieb bzw. Dauerbetrieb des Verdichterstrangs gesperrt. Unter dauerhaft bzw. dauerhaften Betrieb/Betriebszustand kann dabei ein für eine vorgebbare Zeitspanne eingenommener und für diese Zeitspanne angehaltener bzw. anhaltender (Betriebs- ) Zustand verstanden werden. Diese Zeitspanne überschreitet dabei in der Regel eine Zeitdauer von einer oder wenigen Se- künden .

Damit vermindert oder verhindert die Erfindung - durch die Vermeidung von Torsionsresonanzen mit entsprechend hohen bzw. relevanten dynamischen Torsionsamplituden und damit durch die Reduzierung von Bauteilbelastungen im Verdichterstrang - belastungsbedingte Bauteilschäden am/im Verdichterstrang und ermöglicht dadurch einen zuverlässigen, ausfallsicheren und lebensdauerlängeren Betrieb des Verdichterstrangs bzw. der Verdichters .

Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Auswahl aus Umrichter, Elektromotor und Strangkonfiguration ohne besondere Einschränkung getroffen werden kann.

Ein Betrieb des Verdichters bzw. des Verdichterstrangs in Torsionsresonanzzuständen mit nicht-dauerhaft übertragbaren dynamischen Torsionsmomenten wird hierdurch vermieden.

Zusätzlich wird der zusperrende Dauerbetriebesdrehzahlbereich auf ein Minimum reduziert. Somit sind auch die Auswirkungen bzw. Einschränkungen für den Anlagenbetrieb und auch der Leistungsmehrbedarf des Verdichters ebenfalls auf ein Minimum reduziert.

Auch weitere Einflussgrößen, wie z.B. Netzfrequenzschwankun- gen, leistungsabhängige Resonanzamplituden, Veränderungen der Torsionseigenfrequenzen usw., werden durch diese Erfindung berücksichtigt .

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren, auf die erfindungsgemäße Anordnung wie auch auf den erfindungsgemäßen Verdichterstrang . Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden. Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder die Weiterbildung ausführt. Auch können die Erfindung und/oder jede beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Compu- terprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildung ausführt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Belastungswert das dynamische Torsionsmoment im Verdichterstrang.

D.h., bevorzugt wird das dynamische Torsionsmoment im

Verdichterstrang bzw. an einem Bauteil, insbesondere an einer Welle oder einer Kupplung, des Verdichterstrangs gemessen. Torsionsmessungen an Wellen oder Kupplungen sind einfach und kostengünstig zu realisieren.

Besonderes bevorzugt ist hier dann die Ermittlungseinrichtung eine Messeinrichtung auf Basis einer Dehnungsmessstreifen- technologie (DMS-Technologie) .

D.h., besonders bevorzugt erfolgt die Messung des dynamischen Torsionsmoments mittels der DMS-Technologie. Diese DMS- Technologie ist vielfach erprobt, insbesondere für dynamische Belastungen geeignet, ausgereift, zuverlässig und einfach und kostengünstig zu realisieren.

Insbesondere können Dehnmessstreifen, d.h. im Allgemeinen die Ermittlungseinheit zur Ermittlung des Belastungswerts, auf einer Welle oder Kupplung des Verdichterstrangs aufgebracht werden, mittels deren das Torsionsmoment, d.h. im Allgemeinen der Belastungswert, und damit die dynamische Torsionsbelastung im Verdichterstrang messbar ist. Eine Kupplung eignet sich deshalb besonders, da dort der Ort der höchsten Verdrehung im Verdichterstrang ist.

Als der Belastungswert kann auch die dynamische Wellendrehzahl im Verdichterstrang, die dynamische relative Wellenschwingung im Verdichterstrang oder der dynamische drehmo- mentbildende Strom der Antriebseinheit verwendet werden. Auch diese Größen geben die dynamische Torsionsbelastung im

Verdichterstrang sehr gut wieder. Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird, wenn der Belastungswert bezüglich des vorgegebenen Grenzwertes eine vorgegebene Bedingung erfüllt, die aktuelle Drehzahl im

Verdichterstrang erhöht. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Verdichter die Anforderungen des Verdichtungsprozes- ses, d.h. des Anlagenprozesses, erfüllt.

Der vorgegebene Grenzwert kann ein oberer Grenzwert, beispielsweise ein maximales dynamisches Torsionsmoment, und die vorgegebene Bedingung ein Erreichen oder Überschreiten des oberen Grenzwertes sein.

Auch kann der vorgegebene Grenzwert ein unterer Grenzwert, wie ein minimales dynamisches Torsionsmoment, und die vorgegebene Bedingung ein Erreichen oder Unterschreiten des unte- ren Grenzwertes sein.

Bevorzugt wird der Grenzwert unter Verwendung eines maximalen, dynamisch übertragbaren Drehmoments ermittelt bzw. festgelegt. Übliche Sicherheiten können dabei berücksichtigt und/oder Sicherheitsfaktoren können entsprechend bei dem Grenzwert eingerechnet werden.

Auch kann der Grenzwert unter Verwendung eines Nenndrehmoments festgelegt werden. Auch hier können Sicherheiten bzw. Sicherheitsfaktoren mitberücksichtigt werden.

Weiterhin kann der Grenzwert auch unter Verwendung einer vorgebbaren zulässigen Abweichung, beispielsweise durch Angabe einer prozentualen Abweichung, wie +/-5%, +/-10% oder +/- 15%, von einem Bezugswert, wie einem aktuellen Antriebsmoment oder Nenndrehmoment, festgelegt werden. Der Grenzwert kann ein Absolutwert oder auch Relativwert bezüglich eines Bezugswerts, wie dem aktuellen Antriebsmoment oder dem Nenndrehmoment, sein. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird ein oberer und unterer Grenzwert festgelegt, mit deren beiden der Belastungswert jeweils verglichen wird. Anschaulich gesehen kann hier somit ein zulässiger Schwankungsbereich für den Belastungswert „aufgespannt" werden, so dass bei einem „Herauslau- fen" des Belastungswerts aus dem zulässigen Schwankungsbereich eine Torsionsresonanz identifiziert - und die Drehzahländerung durchgeführt wird.

Ein solcher zulässiger Schwankungsbereich kann dabei „sta- tisch" sein, d.h. unabhängig von einem Betriebszustand des Verdichterstrang werden hier der obere und untere Grenzwert festgelegt. Auch kann ein solcher zulässiger Schwankungsbereich „dynamisch" sein, d.h. abhängig von einem Betriebszustand des Verdichterstrangs ändert sich der obere und untere Grenzwert. Anschaulich ausgedrückt entsteht hier ein Band - mit einer oberen und unteren Grenze -, innerhalb dessen sich zulässige Belastungswerte befinden. Liegt ein belastungswert außerhalb des Bandes wird eine Torsionsresonanz identifiziert .

Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Drehzahl unter Verwendung eines frequenzumrichtergeführten Elektromotors verändert. Der - den Verdichterstrang hier antreibende - Elektromotor kann insbesondere unter Verwendung eines Frequenzumrichters zur Veränderung der Drehzahl (angesteuert werden.

Besonders bevorzugt wird das Verfahren - mit den erfindungs- gemäßen Schritten „Ermitteln", „Vergleichen" und gegebenen- falls „Drehzahl ändern" - bei einer Mehrzahl aufeinander folgender Zeitpunkte, beispielsweise in einer Betriebsphase des Verdichterstrangs, wie bei einem Anfahren oder einem Durchfahren einer Leistungsrampe, durchgeführt. Hierdurch kann die Erfindung zur Überwachung von Betriebszu- ständen des Verdichterstrangs, insbesondere zu einer Vermeidung eines Dauerbetriebszustands des Verdichterstrangs in ei- ner Torsionsresonanz des Verdichterstrangs, eingesetzt werden .

Im Speziellen kann die Erfindung zur Vermeidung eines Dauerbetriebs in einer frequenzumrichtererregten Torsionsresonanz des Verdichterstrangs eingesetzt werden. Hier erfolgt der - Drehzahl veränderliche - Antrieb des Verdichterstrangs mittels eines frequenzumrichtergeführten Elektromotors, dessen Frequenzumrichter torsionsanregende Frequenzanteile generiert, die dann die Torsionsresonanzen im Verdichterstrang verursachen können.

Durch die Erfindung wird dann hier die dynamische Torsionsbelastung im Verdichterstrang überwacht, eine solche

frequenzumrichtererregte Torsionsresonanz im Verdichterstrang identifiziert - und der Verdichterstrang dann aus der Resonanz herausgefahren. Auch kann dann eine der identifizierten frequenzumrichtererregten Torsionsresonanz entsprechende Drehzahl (Resonanzdrehzahl) oder ein entsprechender Drehzahl - bereich (festlegbarer Bereich um die Resonanzdrehzahl) für den Dauerbetrieb gesperrt werden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist ein Turboverdichter, insbesondere ein Ein-Wellen-Turboverdichter oder ein Getriebeturboverdichter, den Verdichterstrang auf, so dass durch die Erfindung dann der Turboverdichter bzw. der Betrieb des Turboverdichters überwacht bzw. - bei Vermeidung eines Dauerbetriebs in der Torsionsresonanz - entsprechend gesteuert werden kann. Auch kann die Erfindung eingesetzt werden bei einer großtechnischen Anlage, insbesondere bei einer chemischen oder petro- chemischen Anlage, wie einer Anlage zu einer Luftzerlegung oder einer Anlage zu einer (Erdgas- ) Verflüssigung, welche dann den Verdichterstrang aufweist.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltun- gen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der Anordnung und/oder des Verdichterstrangs gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch kombinierbar.

In Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.

Es zeigen

FIG 1 eine schematische Darstellung einer Verdichteranlage mit einem mittels eines umrichtergeführten Elektromotors angetriebenen Verdichterstrang gemäß einem Aus- führungsbeispiel ;

FIG 2 ein Diagramm mit Betriebszuständen BZ und gemessenen

Belastungen des Verdichterstrangs bei einer Leistungsrampe gemäß dem Ausführungsbeispiel; FIG 3 ein Verdichterkennfeld mit gesperrten Drehzahlbändern von regelungstechnisch zu vermeidenden Dauerbetriebsdrehzahlbereichen gemäß dem Ausführungsbeispiel;

FIG 4 Verfahren zur Steuerung der Drehzahl des

Verdichterstrangs gemäß dem Ausführungsbeispiel. Ausführungsbeispiel: Vermeidung von Dauerbetrieb in frequenz- umrichtererregten Torsionsresonanzen eines Verdichterstrangs (FIG 1 - FIG 4) FIG 1 zeigt - schematisch - eine Verdichteranlage 50, beispielsweise zu einer Ergasverflüssigung, mit einem

Verdichterstrang 1 mit einem Ein-Wellen-Turboverdichter 51, kurz nur Verdichter 51. Bei dem Verdichterstrang 1 kommt ein - diesen

Verdichterstrang 1 mit veränderbarer Drehzahl 6 antreibender - umrichtergeführter Elektromotor 2 zum Einsatz, um einen Betriebsdrehzahlbereich der Verdichteranlage 50 bzw. des Verdichters 51 (Leistungsbereich der Anlage 50, vgl. FIG 3

Verdichterkennfeld 52) zu ermöglichen.

Hierbei erfolgt eine - beispielsweise für eine geforderte Leistungsränderung bzw. -Steigerung (vgl. FIG 2, Leistungsrampe 53) des Verdichters 51 bzw. Verdichterstrangs 1 erfor- derliche - Drehzahländerung 130 im Verdichterstrang 1 durch entsprechende Ansteuerung des den Verdichterstrang 1 antreibenden Elektromotors 2 mittels des elektronischen Frequenzumrichters 3. Durch eine zweimalige Umwandlung eines elektrischen Stroms von einem Wechselstrom auf einer Netzseite 13, zu einem

Gleichstrom innerhalb des Umrichters 3 und schließlich zu einem Wechselstrom auf Seite 14 des Elektromotors 2 werden zusätzlich zu einer Speisefrequenz des Elektromotors 2 auch torsionsanregende Frequenzanteile generiert.

Diese anregende Frequenzanteile, überwiegend harmonische und interharmonische Anregungen, können Torsionsresonanzen 12 im Verdichterstrang 1, d.h. in Bauteilen 4, 5 und/oder Komponen- ten 4, 5 des mechanischen Antriebssystems bzw. im

Verdichterstrang 1, verursachen. Diese Torsionsresonanzen 12 führen zu Schwingungen und Belastungen in den Bauteilen 4, 5 bzw. Komponenten 4, 5 des

Verdichterstrangs 1 und können zu Bauteilversagen im

Verdichterstrang 1 führen.

Um einen sicheren Betrieb des Verdichterstrangs 1, d.h. einen stationären Betrieb (Dauerbetrieb) außerhalb der Torsionsresonanzen 12, zu gewährleisten, sieht die Anlage 50 eine messtechnische Überwachung der dynamischen Torsionsbelastung 7 im Verdichterstrang 1 vor.

Dazu sind, wie FIG 1 verdeutlicht, an einer - eine

Abtriebswelle 4 des Elektromotors 2 mit einer Antriebswelle 4 des Verdichters 51 mechanisch koppelbare - Kupplung 5 im Verdichterstrang 1 Dehnmessstreifen 15 aufgebracht, welche das an der Kupplung 5 wirkende dynamische Torsionsmoment 7 während des Betriebs der Verdichteranlage 50 messen (FIG 4, 100, 110) . Eine Steuerung 220 - in einer Leittechnik 54 - der

Verdichteranlage 50 erhält zusätzlich zu anderen dort vorliegenden Betriebsparametern der Verdichteranlage 50, wie die aktuelle Drehzahl 6 im Verdichterstrang 1, Nenndrehzahl und Nenndrehmoment 16 des Verdichterstrangs 1, die gemessenen Torsionsmomente 7 übermittelt.

Über die Steuerung 220 in der Leittechnik 54 der

Verdichteranlage 50 wird die Verdichteranlage 50 im Betrieb gefahren (vgl. FIG 3 Verdichter- bzw. Drehzahlkennfeld 52) .

FIG 2 verdeutlicht in einem Diagramm (Abszisse: Zeit in Zeitpunktangabe bzw. in [min] 17/0rdinate: Drehzahl 6 [U/min] bzw. Torsionsmoment 8 [kNm] ) die Betriebszustände BZ und Belastungen (dynamische Torsionsbelastung 7) des

Verdichterstrangs 1 bei Durchfahren einer Leistungsrampe (Drehzahlrampe) 53. Kurve A (Drehzahlkurve) 18 zeigt dabei im Zeitverlauf 17 - über eine Zeitdauer von ca. 16 min - die bei Durchfahren der Leistungsrampe (Drehzahlrampe) 52 gefahrenen Drehzahlen 6 bzw. die gefahrene Drehzahländerung 130 bzw. Drehzahlerhöhung 130 im Verdichterstrang 1.

Ausgehend von einem ersten Betriebszustand BZ1 zu einem ersten Zeitpunkt tl, in dem der Verdichterstrang 1 mit einer ersten Drehzahl DZ1 von ca. 7300 U/min gefahren wird, wird die Drehzahl 6 im Verdichterstrang 1 kontinuierlich - über eine Zeitspanne von ca. 12 min - auf eine zweite Drehzahl DZ2 von ca. 9300 U/min (Betriebszustand BZ2 zu einem zweiten Zeitpunkt t2) hochgefahren 130. Kurve B (Torsionsbelastungskurve 7 mit Nennmomentenkurve 16) 19 verdeutlicht die bei dem Durchfahren dieser Leistungsrampe 53 an der Kupplung 5 im Verdichterstrang 1 gemessenen dynamischen Torsionsmomente (dynamische Torsionsbelastung) 7, 8. Bei einem - annähernd zu der Drehzahlkurve A 18 parallelen - Kurvenverlauf von Kurve B 19 erhöht sich, wie FIG 2 zeigt, das im ersten Betriebszustand BZ1 gemessene Torsionsmoment 8 von ca. 54 kNm ebenfalls, bis es im zweiten Betriebszustand BZ2 das Torsionsmoment 8 in Höhe von ca. 90 kNm erreicht.

Die Drehzahlerhöhung 130 erfolgt dabei durch den Umrichter 3, welcher - . zusätzlich zu der entsprechend hochzufahrenden Speisefrequenz des Elektromotors 2 - auch torsionsanregende Frequenzanteile generiert.

Diese torsionsanregenden Frequenzanteile übertragen sich über den Elektromotor 2 auf den Verdichterstrang 1 und führen dort, wie die Torsionsmomentenmessung bzw. Kurve B 19 zeigt (FIG 2, Kurve B 19), zu oszillierenden Schwankungen 20 beim Torsionsmoment 8 bzw. um das jeweilige Nennmoment 16.

Erfüllen diese auf den Verdichterstrang 1 zusätzlich übertragenen Frequenzanteile Resonanzbedingungen im Verdichterstrang 1, so treten - bei den entsprechenden Drehzahlen 21 (Resonanzdrehzahlen 21) - Resonanzzustände 12 im Verdichterstrang lauf . Diese Resonanzzustände 12 sind gekennzeichnet durch sprunghafte Anstiege 22 bzw. sprunghaftes Absinken 22 der gemessenen dynamischen Torsionsmomente 8 bzw. von deren Amplituden bei bzw. im Bereich der Resonanzdrehzahlen 21. Da die Torsionsresonanzen 12 üblicherweise schwach gedämpft sind, nehmen, wie FIG 2 auch zeigt, die sprunghaften Änderungen 22 im Torsionsmoment 8 (Schwankungsbreiten) schon bei geringem Verlassen der jeweiligen Resonanzdrehzahl 21 ebenso schlagartig wieder ab.

FIG 2 verdeutlicht vier verschiedene Resonanzzustände, RZ1, RZ2, RZ3 und RZ4 , die bei Durchfahren der Leistungsrampe 53 durchlaufen werden und dort zu erhöhten Belastungen im

Verdichterstrang 1 führen.

Um die dynamische Torsionsbelastung 7 im Verdichterstrang 1 zu überwachen, wird, wie FIG 2 zeigt, um die Nennmomente 16 ein - in diesem Fall symmetrisch bezüglich der Nennmomente 16 ausgebildetes - (Überwachungs- ) Band 23 gelegt.

Dieses Band 23, welches die - für einen sicheren Betrieb der Verdichteranlage 50 - zulässigen dynamischen Schwankungen 24 im Nennmoment 16 festlegt, wird durch eine obere Grenzlinie 25, gebildet durch einen ca. 12% Aufschlag auf das jeweilige Nennmoment 16, sowie durch eine untere Grenzlinie 26, gebildet durch einen entsprechenden 12% Abschlag auf das jeweilige Nennmoment 16, festgelegt.

Durch Vergleich (FIG 4 100, 120) der gemessenen dynamischen Torsionsmomente mit den Grenzen bzw. Grenzlinien 25, 26 dieses Bandes 23 lassen sich, wie FIG 2 verdeutlicht, vier regelungstechnisch zu vermeidende Dauerbetriebsdrehzahlbereiche DBB1 , DBB2 , DBB3 , DBB4 bzw. 27, 28, 29, 30 identifizieren (FIG 4, 100, 120) .

Diese vier regelungstechnisch zu vermeidende Dauerbetriebs- drehzahlbereiche DBB1, DBB2 , DBB3 , DBB4 bzw. 27, 28, 29, 30 ergeben sich jeweils dort, wo - jeweils im Bereich der jeweiligen Resonanzdrehzahl 21 - die gemessenen dynamischen Torsionsmomente außerhalb des Bandes 23 liegen. Die so identifizierbaren Drehzahlbereiche DBB1, DBB2 , DBB3 , DBB4 bzw. 27, 28, 29, 30 können dann bei der Steuerung 220 der Verdichteranlage 50 als Dauerbetriebspunkte vermieden werden . FIG 3 zeigt den Einfluss dieser Überwachung der dynamischen Torsionsbelastung 7 im Verdichterstrang 1 - und Vermeidung des Dauerbetriebs der Verdichteranlage 50 in den

frequenzumrichtererregten Torsionsresonanzen 12 bzw. identifizierten Torsionsresonanzbereichen TB1, TB2 , TB3 , TB4 bzw. 30, 31, 32, 33 - auf das Verdichterkennfeld 52 der

Verdichteranlage 50.

Wie FIG 3 zeigt sind im Verdichterkennfeld 52 (Abszisse: (relativer) Durchsatz 35/Ordinate: (relativer) Ausströmdruck 36) vier Drehzahlbänder DBl, DB2 , DB3 , DB4 37, 38, 39, 40 gekennzeichnet, welche den vier identifizierten Torsionsresonanzbereichen TB1, TB2, TB3, TB4 bzw. 31, 32, 33, 34 bzw. den vier regelungstechnisch zu vermeidenden Dauerbetriebsdrehzahlbereichen DBB1, DBB2, DBB3 , DBB4 bzw. 27, 28, 29, 30 entspre- chen und welche für einen stationären Betrieb des Verdichters 51 gesperrt sind.

Betriebszustände BZ, welche nach der Steuerung 220 der Anlage 50 innerhalb eines solchen gesperrten Drehzahlbandes DBl, DB2, DB3, DB4 bzw. 37, 38, 39, 40 liegen, werden durch Drehzahlerhöhung 130 aus dem gesperrten Drehzahlband DBl, DB2 , DB3, DB4 37, 38, 39, 40 herausgefahren (FIG 4, 100, 130) bzw. vermieden . FIG 3 verdeutlicht dies anhand eines in dem zweiten gesperrten Drehzahlband DB2 38 liegenden Betriebspunkt X der

Verdichteranlage 50.

An diesem Betriebspunkt X tritt im Verdichterstrang eine Torsionsresonanz (zweiter identifizierter Torsionsresonanzbereich TB2 32) auf, was eine hohe mechanische (Bauteil - ) Belastung darstellt und zu Bauteilschäden im

Verdichterstrang führen kann.

Durch - mittels des Umrichters 3 bewirkte - Drehzahlerhöhung 130 wird, wie Pfeil Z in FIG 3 verdeutlicht, der Betriebspunkt X aus dem gesperrten zweiten Drehzahlband 38

herausverschoben (FIG 4, 100, 130) - und die Verdichteranlage 50 in einen zulässigen, außerhalb der Resonanzbedingung liegenden Betriebszustand BZ, Betriebspunkt Y, für einen Dauerbetrieb gefahren. Damit vermeidet die Steuerung 220 den stationären Betrieb der Verdichteranlage 50 in dieser frequenzumrichtererregten Torsionsresonanz 12 bzw. in dem zweiten identifizierten Torsionsresonanzbereich TB2 32 und beugt Bauteilversagen vor. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.