BE1018096A3 - Werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor. - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor die minstes twee compressorelementen bevat, en die een elektrische motor (3,4) per compressorelement (1 en 2) bevat die gevoed wordt via een eigen frequentieregelaar (5,6) zodat de snelheid per motor afzonderlijk regelbaar is, waarbij deze werkwijze er minstens in bestaat om de snelheden van de motoren (3 en 4) van de compressorelementen (1 en 2) te regelen zodat een gewenste einddruk (Pw) van de meertrapscompressor wordt verkregen en zodat daarenboven een regeling geschiedt van de uitlaattemperatuur van een compressorelement (1 en/of 2) of van de tussendruk (Pi) tussen twee voornoemde met elkaar verbonden compressorelementen (1 en 2).

Description

Werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor.

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor.

Meer speciaal betreft de uitvinding een werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor die minstens twee compressorelementen bevat waarbij de uitlaat van een compressorelement van een trap direct of indirect met de inlaat van een compressorelement van een volgende trap in verbinding staat, en welke meertrapscompressor tevens een elektrische motor per compressorelement bevat die gevoed wordt via een eigen frequentieregelaar zodat de frequentie en dus de snelheid per motor afzonderlijk regelbaar zijn.

Uit het BE 1.012.944 van dezelfde aanvrager is reeds een werkwijze bekend voor het regelen van een meertrapscompressor, waarbij de snelheidsverhouding tussen de motoren van de verschillende trappen continu wordt ingesteld.

Het doel hiervan is een besparing van energie te verkrijgen door de snelheidsverhouding van de trappen, en dus de drukverhouding tussen de verschillende trappen, zodanig in te stellen dat, naast een gewenste einddruk, een goede efficiëntie van de compressoreenheid wordt verkregen.

Het BE 1.015.088, eveneens van dezelfde aanvrager, heeft betrekking op een werkwijze voor het regelen van de draaisnelheid van één enkel compressorelement, in functie van de werkingsomstandigheden, waardoor een rendementsverbetering wordt verkregen.

De huidige uitvinding heeft als doel een werkwijze aan te leveren die ertoe leidt dat de performantie van een persluchtinstallatie die is voorzien van een meertrapscompressor verbetert en die daarenboven de belasting van de verschillende compressorelementen, die deel uitmaken van de meertrapscompressor, positief beïnvloedt.

Hiertoe heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor die minstens twee compressorelementen bevat waarbij de uitlaat van een compressorelement van een trap met de inlaat van een compressorelement van een volgende trap in verbinding staat, en waarbij deze meertrapscompressor een elektrische motor per compressorelement bevat die gevoed wordt via een eigen frequentieregelaar zodat de frequentie en dus de snelheid per motor afzonderlijk regelbaar is, waarbij deze werkwijze er minstens in bestaat om de snelheden van de motoren van de verschillende compressorelementen te regelen zodat een gewenste einddruk van de meertrapscompressor wordt verkregen en zodat daarenboven een regeling geschiedt van de uitlaattemperatuur van een compressorelement of van de tussendruk tussen twee voornoemde met elkaar verbonden compressorelementen, door aansturing van voornoemde snelheden.

Een voordeel van het regelen van de uitlaattemperatuur van een compressorelement is dat een gelijke belasting van alle trappen kan worden gerealiseerd.

Nog een voordeel hiervan is dat, in het geval de meertrapscompressor deel uitmaakt van een persluchtinstallatie die bijvoorbeeld eveneens een adsorptie- of absorptiedroger omvat, de werking van zulke adsorptie- of absorptiedroger wordt geoptimaliseerd doordat een nagenoeg constante persluchttemperatuur wordt verkregen en dus fluctuaties van het dauwpunt van de verkregen perslucht worden tegengegaan.

In het geval de werkwijze volgens de uitvinding een regeling van de tussendruk realiseert in functie van de actuele einddruk van de meertrapscompressor, kan een optimale energie-efficiëntie worden benaderd als er met identieke compressorelementen gecomprimeerd wordt.

Volgens een voorkeurdragend kenmerk van de uitvinding maakt de werkwijze gebruik van een algoritme dat het toerental van de respectievelijke compressorelementen zodanig regelt dat de uitlaattemperatuur van minstens één compressorelement naar een streefwaarde wordt gebracht, bij voorkeur doordat het voornoemde algoritme de gemeten uitlaattemperatuur van een compressorelement vergelijkt met een wenswaarde en, bij een afwijking tussen beide, de snelheden van de voornoemde motoren aanpast.

Een belangrijk voordeel hiervan is dat, bijvoorbeeld bij persluchttoepassingen, een nagenoeg constante persluchttemperatuur kan worden verkregen wat onder meer de werking van een eventuele adsorptie- of absorptiedroger die kan worden aangewend voor het drogen van de betreffende perslucht, kan optimaliseren.

Volgens een ander voorkeurdragend kenmerk van de uitvinding maakt de werkwijze gebruik van een algoritme dat de snelheid van de motoren van de respectievelijke compressorelementen zodanig regelt dat de uitlaattemperatuur van één compressorelement een bepaalde waarde boven of onder de uitlaattemperatuur van een ander daarmee verbonden compressorelement gelegen is.

Voordelen hiervan zijn dat een gelijke belasting van de verschillende trappen kan worden verkregen en dat de productiespreiding op de elementen kan worden opgevangen.

Volgens nog een ander voorkeurdragend kenmerk volgens de uitvinding maakt de werkwijze gebruik van een algoritme dat de druk tussen twee opeenvolgende compressorelementen regelt in functie van de einddruk van de meertrapscompressor.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende werkwijze volgens de uitvinding voor het regelen van een meertrapscompressor beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 schematisch een meertrapscompressor weergeeft voor het toepassen van een werkwijze volgens de uitvinding; de figuren 2 en 3 regeltechnische schema's weergeven van regelprincipes die kunnen worden toegepast tijdens een werkwijze volgens de uitvinding.

In figuur 1 is een tweetraps-compressoreenheid weergegeven die in hoofdzaak een eerste compressorelement 1 bevat voor de lage druk trap, en een tweede compressorelement 2 voor de hoge druk trap, en twee elektrische motoren 3 en 4 die compressorelement 1, respectievelijk 2 aandrijven en die elk afzonderlijk gevoed worden door een frequentieregelaar 5, respectievelijk 6.

Beide compressorelementen 1 en 2 zijn in dit geval volumetrische compressorelementen, namelijk schroef-compressorelementen.

In een variante kunnen het evenwel ook andere volumetrische compressorelementen zijn zoals spiraalcompressorelementen of kunnen het zelfs dynamische compressorelementen zijn.

Het compressorelement 1 bezit een inlaat 7 en een lage druk uitlaat 8 die over een tussenkoeler 9 aansluit op de inlaat 10 van het compressorelement 2 dat van een hoge druk uitlaat 11 is voorzien.

In deze uitlaat 11 is in het weergegeven voorbeeld een nakoeler 12 opgesteld.

Het compressorelement 1 is via een eerste tandwieloverbrenging 13 gekoppeld aan de motor 3, terwijl het compressorelement 2 via een tweede tandwieloverbrenging 14 gekoppeld is aan de motor 4.

Verder bevat de compressoreenheid een besturingsinrichting 15, bijvoorbeeld een PLC-sturing, die met zijn uitgangen via elektrische leidingen 16 en 17 in verbinding staat met de twee frequentieregelaars 5 en 6.

De besturingsinrichting 15 is verder met een eerste ingang aangesloten via een leiding 18 op een drukmeter 19 op de uitlaat 11 van het compressorelement 2, en is met een tweede ingang via een leiding 20 aangesloten op middelen 21 voor het instellen van de gewenste einddruk pw.

In dit geval is een derde ingang van de besturingsinrichting 15 via een leiding 22 met een drukmeter 23 verbonden met de verbinding tussen de twee compressorelementen 1 en 2, bijvoorbeeld zoals weergegeven met de tussenkoeler 9.

Leidingen 18, 20, 22, 24 en 26 zijn hierbij allemaal elektrische leidingen waarover elektrische signalen kunnen worden verstuurd.

Een vierde ingang van de besturingsinrichting 15 sluit via een leiding 24 aan op een eerste temperatuursensor 25 die is aangebracht stroomafwaarts van het compressorelement 2, in dit geval in de leiding 8, terwijl een vijfde ingang van de besturingsinrichting 15 via een leiding 26 aansluit op een tweede temperatuursensor 27 die stroomafwaarts van het compressorelement 2 is voorzien, in dit geval in de leiding 11.

Door de aandrijving van elk compressorelement 1 en 2 door een eigen motor 3 en 4, is het toerental van elk van deze compressorelementen 1 en 2 afzonderlijk te regelen.

De werkwijze volgens de uitvinding voor het regelen van een meertrapscompressor bestaat minstens uit het regelen van de snelheden van de motoren 3 en 4 van de verschillende compressorelementen 1 en 2 zodat een gewenste einddruk pw van de meertrapscompressor wordt verkregen en zodat daarenboven een regeling geschiedt van de uitlaattemperatuur van een compressorelement 1 of 2 of van de tussendruk tussen twee voornoemde compressorelementen 1 en 2, door aansturing van voornoemde snelheden.

Een mogelijke regeling van de uitlaattemperatuur van een compressorelement bestaat bijvoorbeeld uit het toepassen van een algoritme dat het toerental van de respectievelijke compressorelementen 1 en 2 zodanig regelt dat de uitlaattemperatuur van één compressorelement naar een streefwaarde wordt gebracht, wat praktisch bijvoorbeeld kan worden verwezenlijkt door de gemeten uitlaattemperatuur van een compressorelement te vergelijken met een wenswaarde en, bij een afwijking tussen beide, de snelheden van de voornoemde motoren aan te passen.

Bij voorkeur, doch niet noodzakelijk, is de voornoemde wenswaarde pw van de einddruk een constante waarde.

Een andere mogelijkheid, die wordt geïllustreerd aan de hand van figuur 2, bestaat erin om een algoritme toe te passen dat de snelheid van de respectievelijke compressorelementen 1 en 2 zodanig regelt dat de uitlaattemperatuur van één compressorelement een bepaalde waarde boven of onder de uitlaattemperatuur van een ander compressorelement is gelegen, welke waarde bij voorkeur, doch niet noodzakelijk, constant is.

Zoals weergegeven in figuur 2 kan hiertoe de gewenste einddruk pw van de meertrapscompressor worden vergeleken met de effectief gemeten einddruk p0. Het verschilsignaal εΐ wordt in de besturingseenheid 15 aangewend voor het genereren van een eerste stuursignaal n voor het aansturen van de snelheid nLP van de lage druktrap en dus van de motor 3, welk eerste stuursignaal n in dit geval wordt verkregen door het voornoemde verschilsignaal εΐ aan een PI-actie te onderwerpen.

De tussentemperatuur Ti, die in dit geval de uitlaattemperatuur vormt van het compressorelement 1 van de lage druktrap en die wordt gemeten door de eerste temperatuursensor 25, wordt vergeleken met de eindtemperatuur Te, die de uitlaattemperatuur vormt van het compressorelement 2 van de hoge druktrap en die wordt gemeten door de tweede temperatuursensor 27.

Het verschil signaal ε2 tussen Ti en Te wordt via een PI-regelaar omgezet in een signaal Δη dat wordt opgeteld bij het eerste stuursignaal n, waardoor een tweede stuursignaal n' wordt verkregen op basis waarvan de snelheid nHp van de hoge druktrap wordt geregeld.

In het schema uit figuur 2 wordt de besturingseenheid 15 schematisch weergegeven aan de hand van een blok dat de gemeten einddruk pQ, de tussentemperatuur Ti en de eindtemperatuur Te kent door middel van de voornoemde drukmeter 19 en de temperatuursensoren 25 en 27.

Een andere mogelijke regeling die kan worden toegepast in een werkwijze volgens de uitvinding, is hierna beschreven met verwijzing naar het regeltechnisch schema uit figuur 3.

Deze werkwijze bestaat erin de actuele einddruk pQ van de meertrapscompressor te regelen naar de gewenste einddruk pw.

Hierbij wordt in dit voorbeeld de gewenste einddruk pw vergeleken met de actueel gemeten einddruk p0, en wordt, analoog als bij het voorbeeld uit figuur 2, het verschilsignaal sl tussen beide aangewend voor het berekenen van de snelheid nLp van het compressorelement van de lage druktrap, in dit geval door middel van een PI-regelaar.

Op basis van de actueel gemeten einddruk p0, wordt de gewenste tussendruk piw berekend door middel van een rekenalgoritme dat in het schema van figuur 3 is voorgesteld door middel van rekenblok 28.

De gewenste tussendruk piw wordt vervolgens vergeleken met de actueel gemeten tussendruk pi, en het verschilsignaal ε3 tussen beide wordt aangewend om, in dit geval via een PI-actie, een eerste stuursignaal n" te verkrijgen waarbij desgewenst, doch niet noodzakelijk, een bepaalde waarde kan worden opgeteld voor het bekomen van een tweede stuursignaal n' , op basis waarvan de snelheid nHp van de hoge druktrap wordt geregeld.

Ook in dit voorbeeld wordt de besturingseenheid 15 schematisch weergegeven aan de hand van een blok dat de gemeten einddruk p0 en de tussendruk Pi kent door middel van de voornoemde drukmeters 19 en 23.

Volgens een niet in de figuren weergegeven variant van een werkwijze volgens de uitvinding, kan tevens gebruik worden gemaakt van een algoritme dat, in functie van de levenscyclus en/of de belasting van de compressor, kan schakelen tussen een eerste regelprincipe waarbij de uitlaattemperatuur van een compressorelement wordt geregeld, bijvoorbeeld zoals hierboven uitgelegd met verwijzing naar figuur 2, en een tweede regelprincipe waarbij de tussendruk Pi tussen twee opeenvolgende compressorelementen wordt verwezenlijkt, door aansturing van voornoemde motoren, bijvoorbeeld zoals uitgelegd aan de hand van figuur 3.

Het aantal trappen van een meertrapscompressor voor het toepassen van een werkwijze volgens de uitvinding is niet beperkt tot twee.

De compressoreenheid hoeft niet noodzakelijk een tussenkoeler 9 tussen de compressorelementen 1 en 2 te bevatten en ook de nakoeler 12 is evenmin absoluut noodzakelijk.

De voornoemde temperatuursensors 25 en 27 dienen niet noodzakelijk in de leidingen te worden gemonteerd die aansluiten op de uitlaatzijde van de respectievelijke compressorelementen 1 en 2, doch, volgens een bijzonder kenmerk van de uitvinding kunnen deze temperatuursensors tevens worden aangebracht in een koeler, in de vorm van een tussenkoeler 9 of een nakoeler 12, die stroomafwaarts van een betreffend compressorelement 1 of 2 is aangebracht.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en aan de hand van de figuren geïllustreerde werkwijzen, doch, dergelijke werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor kan in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de hieraan toegevoegde conclusies te treden.

Claims (8)

1.- Werkwijze voor het regelen van een meertrapscompressor die minstens twee compressorelementen bevat waarbij de uitlaat van een compressorelement van een trap direct of indirect met de inlaat van een compressorelement van een volgende trap in verbinding staat, waarbij deze meertrapscompressor tevens een elektrische motor (3,4) per compressorelement (1 en 2) bevat die gevoed wordt via een eigen frequentieregelaar (5,6) zodat de frequentie en dus de snelheid per motor afzonderlijk regelbaar is, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze er minstens in bestaat om de snelheden van de motoren (3 en 4) van de verschillende compressorelementen (1 en 2) te regelen zodat een gewenste einddruk (pw) van de meertrapscompressor wordt verkregen en zodat daarenboven een regeling geschiedt van de uitlaattemperatuur van een compressorelement (1 en/of 2) of van de tussendruk (pi) tussen twee voornoemde met elkaar verbonden compressorelementen (1 en 2), door aansturing van voornoemde snelheden.

2, - Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat zij gebruik maakt van een algoritme dat het toerental van de respectievelijke compressorelementen (1 en 2) zodanig regelt dat de uitlaattemperatuur van minstens één compressorelement naar een streefwaarde wordt gebracht.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde algoritme de gemeten uitlaattemperatuur van een compressorelement (1 of 2) vergelijkt met een wenswaarde en, bij een afwijking tussen beide, de snelheden van de voornoemde motoren aanpast.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat zij gebruik maakt van een algoritme dat de snelheid van de motoren van de respectievelijke compressorelementen zodanig regelt dat de uitlaattemperatuur van één compressorelement een bepaalde waarde boven of onder de uitlaattemperatuur van een ander compressorelement gelegen is.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde bepaalde waarde een constante waarde is.

6. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 5, daardoor gekenmerkt dat, voor het meten van de uitlaattemperatuur van een compressorelement (1 en/of 2) , gebruik wordt gemaakt van een temperatuursensor (25 en/of 27. die is aangebracht in een tussenkoeler (9) of een nakoeler (12) die stroomafwaarts van het betreffende compressorelement (1 of 2) is aangebracht.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat zij gebruik maakt van een algoritme dat de tussendruk (pi) tussen twee opeenvolgende compressorelementen (1 en 2) regelt in functie van de einddruk (p0) van de meertrapscompressor.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat zij gebruik maakt van een algoritme dat, in functie van de levenscyclus en/of de belasting en/of een andere parameter van de compressor kan schakelen tussen verschillende regelprincipes waarbij de uitlaattemperatuur van een compressorelement wordt geregeld en/of een regelprincipe waarbij de tussendruk tussen twee opeenvolgende compressorelementen wordt verwezenlijkt, door aansturing van voornoemde motoren.