BE1016953A3 - Verbeterde compressorinrichting. - Google Patents

Abstract

Verbeterde compressorinrichting die in hoofdzaak bestaat uit een behuizing (2) met daarin een compressorelement (6) dat wordt aangedreven door een variabele snelheidsmotor (7) met een stuurdoos (8) met een ingesteld maximum toerental (Nmax) voor het compressorelement (6), daardoor gekenmerkt dat de stuurdoos (8) is voorzien van een algoritme (24) dat het voornoemde maximum toegelaten ingestelde toerental (Nmax) vermindert met een welbepaalde waarde van zodra de gemeten omgevingstemperatuur (T20) boven een maximum ingestelde waarde (Tmax) komt en het maximum toegelaten ingestelde toerental (Nmax) opnieuw verhoogt van zodra de omgevingstemperatuur (T20) onder de voornoemde waarde (Tmax) zakt.

Description

Verbeterde compressorinrichting.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een compressorinrichting.

De huidige uitvinding heeft meer speciaal betrekking op een compressorinrichting van het type met variabele snelheid dat in hoofdzaak bestaat uit een behuizing met daarin een compressorelement dat wordt aangedreven door een snelheidsmotor met een vast ingesteld maximum toerental voor de compressor, een luchtkoeling die omgevingslucht via een inlaat aanzuigt en deze doorheen de behuizing en via een uitlaat terug in de omgeving blaast en een afzonderlijk koelcircuit met een koelmedium voor de koeling van het door de compressor gecomprimeerde gas of een koeling van de gecomprimeerde lucht.

Dergelijke compressorinrichtingen zijn doorgaans ontworpen om te kunnen functioneren in bepaalde condities van maximum omgevingstemperatuur, welke condities de nominale werkingscondities worden genoemd.

Indien de limieten van de nominale omgevingscondities worden overschreden, dan kan de goede werking van de compressorinrichting niet meer worden gegarandeerd en zal dit leiden tot onvoorspelbare stopzettingen van de compressorinrichting.

In zulk geval wordt heden gekozen voor een compressorinrichting die overgedimensioneerd is en dus minder warmte ontwikkelt dan een kleinere compressorinrichting in dezelfde omstandigheden of voor een compressorinrichting die onder haar maximale capaciteiten werkt doordat het vast ingestelde maximum toegelaten toerental van de compressor wordt beperkt, bijvoorbeeld door toepassing van een transmissie met een kleinere overbrengingsverhouding dan in nominale omstandigheden. Daardoor creëert men een extra thermische reserve die men kan aanwenden om aan de hogere omgevingstemperatuur te weerstaan.

Dit heeft als nadeel dat een grotere investering nodig is voor de compressorinrichting en dat de compressorinrichting niet optimaal wordt benut onder alle nominale condities met een verlies van performantie in nominale omstandigheden tot gevolg.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een verbeterde compressorinrichting die voorzien is van een zelfregelende sturing die ervoor zorgt dat de compressorinrichting steeds met haar maximale prestaties kan worden ingezet bij alle omgevingstemperaturen met een steeds optimaal werkende koeling.

Hiertoe betreft de uitvinding een verbeterde compressorinrichting die in hoofdzaak bestaat uit een behuizing met daarin een compressorelement dat wordt aangedreven door een variabele snelheidsmotor met een stuurdoos met een ingesteld maximum toerental voor de compressor, een luchtkoeling die omgevingslucht via een inlaat aanzuigt en deze doorheen de behuizing en via een uitlaat terug in de omgeving blaast en een koelcircuit voor de koeling van het door de compressor gecomprimeerde gas, daardoor gekenmerkt dat de stuurdoos is voorzien van een algoritme dat het voornoemde maximum toegelaten ingestelde toerental vermindert met een welbepaalde waarde van zodra de gemeten omgevingstemperatuur boven een maximum ingestelde waarde komt en het maximum toegelaten ingestelde toerental opnieuw verhoogt van zodra de omgevingstemperatuur onder de voornoemde waarde zakt.

Het voordeel van zulke inrichting volgens de uitvinding is dat, wanneer de omgevingstemperatuur stijgt tot boven de nominale waarde waarvoor de compressorinrichting werd ontworpen, het maximum toegelaten toerental automatisch verminderd zal worden, waardoor de compressorinrichting minder warmte zal ontwikkelen en de koelcapaciteit van de luchtkoeling voldoende is voor de compressor, zelfs bij deze verhoogde omgevingstemperatuur, voldoende te blijven koelen om ongewenste stopzettingen wegens oververhitting te vermijden en een goede werking van de inrichting te garanderen.

Bij voorkeur is het voornoemde algoritme zodanig dat bijkomend het maximum ingestelde toerental nog verder wordt verminderd wanneer de temperatuur van de voornoemde koeling van het gecomprimeerde gas ontoereikend is of de temperatuur van het koel medium boven een ingestelde waarde stijgt.

Door de temperatuur van de omgevingslucht en/of van de koeling continue of met regelmatige tussenpauzen te meten en het maximum ingestelde toegelaten toerental aan te passen in functie van de meetresultaten, zal de compressorinrichting, zelfs bij hogere omgevingstemperaturen dan nominaal voorzien, steeds met haar maximum van haar mogelijkheden kunnen functioneren zonder risico van stopzettingen of schade.

Doorgaans bevat de behuizing een elektronisch compartiment dat voorzien is van een luchtkoeling die omgevingslucht aanzuigt via een ingang en deze via een uitgang terug in de omgeving blaast, waarbij, om te vermijden dat er schade zou optreden aan de elektronische componenten, een maximimum waarde wordt opgelegd voor de temperatuur van de koellucht die hiervoor wordt gebruikt.

De luchtkoeling van dit elektronisch compartiment is normaal berekend voor nominale omstandigheden en bij een overschrijding van de maximum temperatuur van de koellucht zal dit leiden tot ongewenste stilstanden van de compressorinrichting.

Volgens een bijkomend aspect van de uitvinding kan in dit geval een bijkomende koeling worden voorzien voor het koelen van de lucht dat als koelmedium fungeert van het elektronisch compartiment, waarbij deze koeling pas wordt ingeschakeld wanneer de omgevingstemperatuur boven een ingestelde waarde dreigt te stijgen. Dit om de energiekost zo laag mogelijk te houden.

Deze bijkomende koeling kan onafhankelijk functioneren en worden gebruikt of in combinatie met het algoritme voor de sturing van het maximum ingestelde toerental van het compressorelement waarbij deze koeling bij voorkeur gestuurd wordt door de voornoemde stuurdoos van de compressorinrichting.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een compressorinrichting volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een verbeterde compressorinrichting volgens de uitvinding weergeeft; Figuren 2 en 3 twee stuuralgoritmes weergeven die kunnen worden toegepast bij de inrichting van figuur 1.

De compressorinrichting 1 van figuur 1 bestaat in hoofdzaak uit een behuizing 2 die in dit geval door een tussenschot 3 is ingedeeld in twee compartimenten 4 en 5, waarbij in het compartiment 4 een compressorelement 6 is ondergebracht dat wordt aangedreven door een variabele snelheidsmotor 7, bijvoorbeeld een frequentiegestuurde motor, met een stuurdoos 8 met een ingesteld maximum toerental Nmax en waarbij het compartiment 5 een elektronisch compartiment is waarin elektronische componenten 9 aanwezig zijn, waaronder bijvoorbeeld de voornoemde stuurdoos 8.

Het compartiment 4 wordt gekoeld door een luchtkoeling 10 die omgevingslucht via een inlaat 11 aanzuigt en deze doorheen het compartiment 4 van de behuizing 2 en via een uitlaat 12 terug in de omgeving blaast zoals weergegeven met de pijlen A.

De compressorinrichting 1 is verder voorzien van een koelcircuit 13, al dan niet met een koelmedium zoals olie, water of dergelijke voor de koeling van het gas dat door de compressor wordt gecomprimeerd en via een persleiding 14 en een aansluiting 15 aan een persluchtnet geleverd kan worden.

Het elektronisch compartiment 5 bevat een luchtkoeling 16 die omgevingslucht aanzuigt via een ingang 17 en deze over het elektronisch compartiment 5 via een uitgang 18 terug in de omgeving blaast, zoals weergegeven door de pijlen B.

Alhoewel in figuur 1 een compressorinrichting 1 is weergegeven waarbij de luchtkoelingen 10 en 16 van de compartimenten 4 en 5 gescheiden zijn, is het niet uitgesloten dat deze luchtkoelingen 10 en 16 gemeenschappelijk zijn of gemeenschappelijke delen bevatten.

Bijkomend is volgens de uitvinding een koeling 19 voorzien voor het koelen van de door de luchtkoeling 16 aangezogen lucht.

Verder bevat de compressorinrichting 1 middelen 20 om de temperatuur T20 van de omgevingslucht te bepalen; middelen 21 om de temperatuur T21 te bepalen van de koeling 13 van de compressor, bijvoorbeeld aan de uitgang van dit koelcircuit 13, en middelen 22 voor het bepalen van de temperatuur T22 van de koellucht die doorheen het elektronisch compartiment 5 stroomt voor het koelen van de elektronische componenten 9.

Deze middelen 20, 21 en 22 zijn elektrisch verbonden met de voornoemde stuurdoos 8 via verbindingen 23.

De compressorinrichting is ontworpen om in nominale omstandigheden te kunnen werken bij een maximale omgevingstemperatuur Tmax die in de stuurdoos 8 is ingesteld.

De stuurdoos 8 is volgens de uitvinding voorzien van een algoritme 24 dat geschematiseerd is in figuur 2 voor het instellen van het maximum toerental Nmax van het compressorelement 6, waarbij in een eerste stap 25 de omgevingstemperatuur T20 wordt vergeleken met de ingestelde waarde Tmax van de omgevingstemperatuur en waarbij in een volgende stap 26 dit maximum toegelaten toerental Nmax met een welbepaalde waarde wordt verminderd van zodra de omgevingstemperatuur T20 boven een maximum ingestelde waarde Tmax dreigt te komen en het maximum ingestelde toegelaten toerental opnieuw verhoogt naar zijn initiële waarde van zodra de omgevingstemperatuur T20 onder de voornoemde waarde Tmax komt.

Bij voorkeur wordt het maximum ingestelde toerental Nmax door het algoritme zodanig aangepast dat de koelcapaciteit van de luchtkoeling 10 ten allen tijde bij de gemeten omgevingstemperatuur voldoende is om het compressorelement 6 aan dit aangepaste maximum ingestelde toerental Nmax te laten draaien zonder gevaar voor oververhitting.

In een volgende stap 27 van het algoritme 24 wordt de temperatuur T21 van het koelmedium van het koelcircuit 3 en/of de temperatuur van de gecomprimeerde lucht vergeleken met een maximum ingestelde waarde T21max en wordt opnieuw zoals in stap 26 het maximum ingestelde toegelaten toerental Nmax verminderd wanneer de temperatuur T21 van het voornoemde koelmedium boven de ingestelde waarde T21max stijgt.

Het is duidelijk dat dit algoritme continue of met regelmatige tussenpauzes kan worden uitgevoerd en dat de waarde waarmee het maximum ingestelde toerental wordt verminderd of aangepast, in functie kan zijn van de meetresultaten en dus van de grootte van het verschil tussen de gemeten temperaturen en de overeenstemmende maximum ingestelde waarden.

De werking van de compressorinrichting 1 is eenvoudig en als volgt.

Wanneer de omgevingstemperatuur T20 toeneemt en boven de maximum ingestelde waarde Tmax stijgt, zal het ingestelde maximum toerental Nmax met een bepaalde waarde worden verminderd, waardoor het compressorelement 6 bij een lager toerental zal/kan worden aangedreven, hetgeen resulteert in een verminderde warmteontwikkeling die voornamelijk functie is van het toerental van het compressorelement 6 en van de compressiedruk van het samengeperst gas aan de uitgang van het compressorelement 6.

Wanneer bij deze regeling bovendien de temperatuur T21 van het koelcircuit 13 te hoog dreigt te worden, zal het maximum ingestelde toerental Nmax op een nog lagere waarde worden ingesteld zodat er geen enkel gevaar bestaat voor oververhitting van de compressoronderdelen in het compartiment 4.

Aldus wordt ervoor gezorgd dat de compressorinrichting 1 steeds aan een maximum toerental en dus met een maximum debiet samengeperst gas kan worden aangedreven rekening houdend met de beschikbare koelcapaciteit van de luchtkoeling 10 en van het koelcircuit 13. Er moet dus geen overmaatse koeling worden voorzien zoals vaak het geval is bij de bekende compressorinrichtingen.

Deze regeling komt normaal niet tussen in de normale sturing van het motortoerental maar werkt enkel met dynamische toerentallimieten.

De stuurdoos 8 kan optioneel worden voorzien van een tweede algoritme 28 dat schematisch wordt weergegeven in figuur 3 en dat bedoeld is voor de bescherming van de elektronische componenten 9 in het elektronisch compartiment 5, rekening houdend met het feit dat deze componenten 9 aan niet te hoge temperaturen mogen worden blootgesteld en dat bijgevolg de temperatuur T22 van de koellucht die door het elektronisch compartiment 5 stroomt niet boven een bepaalde kritische maximum waarde mag komen.

Het algoritme 28 vergelijkt in een eerste stap 29 de omgevingstemperatuur T20 met een maximum ingestelde waarde Tmax, die al dan niet dezelfde is als deze die gebruikt wordt voor het algoritme 24, en vergelijkt in een tweede stap 30 de temperatuur T22 van de koellucht in het compartiment 5 met een vooraf ingestelde maximum waarde T22max.

Wanneer de omgevingstemperatuur T20 groter wordt dan T20max, dan wordt het koelcircuit 19 ingeschakeld en wordt de koellucht die door het elektronisch compartiment wordt gestuurd bijkomend gekoeld.

Wanneer, zowel de omgevingstemperatuur T20, als de temperatuur van de koellucht T22 groter worden dan hun respectievelijke ingestelde maximum waarden Tmax en T22max, dan wordt in stap 31 de koelcapaciteit Q van de koeling 19 hoger ingesteld, om aldus de temperatuur T22 van de koellucht te doen dalen net onder de kritische temperatuur van de elektronische componenten 9.

Dit tweede algoritme 28 biedt de volgende voordelen: de luchtkoeling 16 hoeft niet te worden overgedimensioneerd ten opzichte van de nominale omgevingstemperaturen; er zijn geen energieverliezen voor extra koeling wanneer de luchtkoeling 16 voldoende is, zoals in het geval van normale omgevingstemperaturen; en, door de bijkomende koeling van de koellucht van het elektronisch compartiment 5 enkel te laten koelen tot net onder de kritische temperatuur van de componenten 9, wordt extra energie bespaard, door de minimale koelcapaciteit. Dit heeft tot gevolg dat het totale rendement van de machine zo hoog mogelijk blijft.

Ook het tweede algoritme kan continue of met tussenpauzes met een bepaalde frequentie worden toegepast.

Het is duidelijk dat beide algoritmen 24 en 28 elk individueel afzonderlijk of samen kunnen worden toegepast in een compressorinrichting 1.

Het is eveneens duidelijk dat voor beide algoritmen in eenzelfde stuurdoos 8 of in van elkaar verschillende stuurdozen kunnen worden toegepast.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een verbeterde compressorinrichting volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (9)

1. Verbeterde compressorinrichting die in hoofdzaak bestaat uit een behuizing (2) met daarin een compressorelement (6) dat wordt aangedreven door een variabele snelheidsmotor (7) met een stuurdoos (8) met een ingesteld maximum toerental (Nmax) voor het compressorelement (6), een luchtkoeling (10) die omgevingslucht via een inlaat (11) aanzuigt en deze doorheen de behuizing (2) en via een uitlaat (12) terug in de omgeving blaast en een koelcircuit (13) met een koelmedium en/of de temperatuur van de gecomprimeerde lucht voor de koeling van het door het compressorelement (6) gecomprimeerde gas, daardoor gekenmerkt dat de stuurdoos (8) is voorzien van een algoritme (24) dat het voornoemde maximum toegelaten ingestelde toerental (Nmax) vermindert met een welbepaalde waarde van zodra de gemeten omgevingstemperatuur (T20) boven een maximum ingestelde waarde (Tmax) komt en het maximum toegelaten ingestelde toerental (Nmax) opnieuw verhoogt van zodra de omgevingstemperatuur (T20) onder de voornoemde waarde (Tmax) zakt.

2. Verbeterde compressorinrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het maximum ingestelde toerental (Nmax) zodanig door het algoritme (24) wordt aangepast dat de koelcapaciteit van de luchtkoeling (10) bij de gemeten omgevingstemperatuur (T20) voldoende is om de compressor (6) aan dit aangepaste maximum ingestelde toerental (Nmax) te laten draaien zonder gevaar voor oververhitting of ongewenst uitvallen.

3. Verbeterde compressorinrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde algoritme (24) zodanig is dat het maximum ingestelde toerental (Nmax) nog verder wordt verminderd wanneer de temperatuur (T21) van het voornoemde koelcircuit boven een ingestelde waarde (T21max) stijgt.

4. Verbeterde compressorinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de temperatuur (T20-T21) van de omgevingslucht en/of van de koeling continu of met regelmatige tussenpauzen worden gemeten en het maximum ingestelde toerental (Nmax) wordt aangepast in functie van de meetresultaten.

5. Verbeterde compressorinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de behuizing (2) een elektronisch compartiment (4) bevat dat voorzien is van een luchtkoeling (16) die omgevingslucht aanzuigt via een ingang (17) en deze via een uitgang (18) terug in de omgeving blaast en dat de compressorinrichting (1) een bijkomende koeling (19) bevat voor het koelen van de lucht van deze luchtkoeling (16) van het elektronisch compartiment (5), waarbij deze bijkomende koeling (19) wordt ingeschakeld wanneer de omgevingstemperatuur (T20) boven een ingestelde waarde (Tmax) dreigt te stijgen.

6. Verbeterde compressorinrichting volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat de ingestelde waarde (Tmax) van de omgevingstemperatuur (T20) wordt bepaald door de maximum toegelaten koelluchttemperatuur (T22) van de componenten in het elektronisch compartiment (5).

7. Verbeterde compressorinrichting volgens conclusie 5 of 6, daardoor gekenmerkt dat de temperatuur (T22) van de door de bijkomende koeling (19) gekoelde lucht wordt gemeten en dat de koelcapaciteit (Q) van deze bijkomende koeling (19) wordt verhoogd wanneer de gemeten temperatuur (T22) van de gekoelde lucht boven een ingestelde maximum kritische waarde (T22max) komt.

8. Verbeterde compressorinrichting volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat de koelcapaciteit (Q) van de bijkomende koeling (19) zodanig wordt aangepast dat de temperatuur (T22) van de koellucht die doorheen het elektronisch compartiment (5) stroomt net onder de voornoemde critische waarde (T22max) is gelegen.

9. Verbeterde compressorinrichting volgens één van de conclusies 5 tot 8, daardoor gekenmerkt dat de bijkomende koeling (19) wordt gestuurd door de voornoemde stuurdoos (8) van de motor (7) .