[发明专利]用于操作具有超载保护的涡轮机的方法以及包括用于执行所述方法的装置的涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于操作具有超载保护的涡轮机的方法。该涡轮机具有至少一个涡轮机级。此外，详细说明了一种具有用于执行该方法的装置的涡轮机。

背景技术

在涡轮机中，能量通过流动流体（气体或者液体）来转移。在该情况下能量转移经由具有旋转轴（驱动轴或者输出轴）的转子而发生。旋转轴上布置的是转子叶片、翼或叶片，其形成为使得在转子的前侧和后侧之间流体流动（容积流率）中的压力差（Δp）上升。

通常，当前涡轮机（例如涡轮压缩机）中的超压保护一般经由驱动涡轮机来得到确保。用于驱动涡轮机级的旋转轴的马达的输出经由其启动电流来调控或者限制。这种方法是静态的并且不是非常灵活。

发明内容

本发明的目的是指出如何能够将有效超载保护灵活地且容易地集成到涡轮机中。

为了实现该目的，详细说明了一种用于操作具有至少一个涡轮机级的涡轮机的方法，该至少一个涡轮机级具有至少一个旋转轴，其中，该方法为旋转轴提供超载保护，并且为了旋转轴的超载保护，在旋转轴的操作期间感测旋转轴中的扭转应力。

为了实现该目的，还详细说明了一种具有至少一个涡轮机级的涡轮机，该至少一个涡轮机级具有至少一个旋转轴，其中，该涡轮机具有用于执行该方法的装置。例如，该涡轮机是具有多个压缩机级（涡轮机级）的涡轮压缩机。

该方法可以用于单级涡轮机。该涡轮机仅具有一个涡轮机级。在优选配置中，将具有至少一个其他涡轮机级的多级涡轮机用作该涡轮机，所述其他涡轮机级具有至少一个其他旋转轴。在该情况下，该方法为该其他旋转轴提供超载保护，并且，为了该其他旋转轴提供超载保护，在该其他旋转轴的操作期间感测该其他旋转轴中的其他扭转应力。该涡轮机具有至少一个其他涡轮机级，其具有至少一个其他旋转轴。在该情况下，例如，旋转轴和该其他旋转轴是相同的。涡轮机级仅有一个共同的旋转轴。例如，这种多级涡轮机是多级涡轮压缩机。

本发明的基本构思是，在涡轮机的操作期间确定旋转轴处的扭转扭矩和/或该其他旋转轴处的其他扭转扭矩。所确定的扭转扭矩用于每个特定旋转轴的超载保护。在该情况下，优选地对每个旋转轴单独地进行处理。用于感测扭转应力的方法和用于感测该其他扭转应力的方法彼此独立地执行。

根据一个特定配置，为了感测旋转轴中的扭转应力，测量该旋转轴的扭矩，和/或为了感测该其他旋转轴中的扭转应力，测量该其他旋转轴的其他扭矩。

在一个特定配置中，为了涡轮机级中的至少一个的旋转轴的超载保护，执行如下方法步骤：

a）通过使用旋转轴的测量扭矩来预测旋转轴的扭矩的发展，以及

b）通过该预测来改变涡轮机级的至少一个操作参数。

通过使用所测量的扭矩，估计扭矩的暂时发展。因此，例如，针对每个特定旋转轴估计出扭矩是否超过可允许的极限值M_lim。

在该情况下，优选地连续地测量特定扭矩。因此，可感测到扭矩中的暂时变化。基于所感测到的扭矩或者扭矩中的暂时变化，估计出扭矩的发展。建立扭矩的发展的预测（预计）。预测或推断扭矩的发展。通过使用该预测来估计是否超过了扭矩的可允许的极限值M_lim。在该情况下，采取了防范措施。对涡轮机级的至少一个操作参数作出改变，使得不会超过而是符合旋转轴的极限值M_lim。

例如，基于预测来改变流体的容积流率，涡轮机或者涡轮机级通过使用该容积流率进行操作。涡轮机级的操作参数是容积流率。同样可设想的是，基于预测来改变涡轮机级的旋转轴操作的旋转速度。因此，可关闭或者暂停（旋转速度为0）涡轮机或者涡轮机级。操作参数是涡轮机级的旋转轴的旋转速度。其它操作参数是例如流动流体的折流板（baffle）的定向的设置。

在一个特定配置中，用于测量旋转轴扭矩的扭矩传感器布置在旋转轴处，和/或用于测量该其他旋转轴的该其他扭矩的其他扭矩传感器布置在该其他旋转轴处。扭矩和该其他扭矩以及可选地其暂时变化可以独立于彼此进行测量。

扭矩传感器中的至少一个优选地直接布置在特定旋转轴上。在扭矩传感器的帮助下，直接测量出旋转轴处的扭矩。例如，压缩机具有多个压缩机级，其在每种情况下具有一个压缩机壳体。对于每个压缩机壳体，扭矩单独地测量为驱动轴与输出轴之间的扭矩差。

优选地，为了测量旋转轴的扭矩和/或为了测量该其他旋转轴的该其他扭矩，执行非接触式测量方法。扭矩传感器和/或该其他扭矩传感器是非接触式扭矩传感器。