BR112018005694B1

BR112018005694B1 - CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR A DRAINAGE VALVE OF A PRE-FILTRATION STAGE IN A LOCOMOTIVE AIR SUPPLY SYSTEM

Info

Publication number: BR112018005694B1
Application number: BR112018005694-4A
Authority: BR
Inventors: Eric C. Wright
Original assignee: New York Air Brake, LLC
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2022-08-30
Also published as: BR112018005694A2; CA2999837A1; DE112015006955T5; CA2999837C; AU2015409599A1; AU2015409599B2; WO2017052607A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema para controlar de forma variável o ciclo de purga do estágio de pré-filtração do secador de ar de um sistema de alimentação de ar de uma locomotiva (10). Um sensor (28) na entrada de ar do secador de ar (16) fornece informações de temperatura para um controlador, que calcula um tempo de ciclo de purga apropriado com base na pressão parcial de saturação de vapor de água à temperatura real do ar que entra no secador de ar e opera a válvula de drenagem (24) de acordo com o tempo de ciclo de purga particular.The present invention relates to a system for variably controlling the purge cycle of the pre-filtration stage of the air dryer of a locomotive air supply system (10). A sensor (28) at the air inlet of the air dryer (16) provides temperature information to a controller, which calculates an appropriate purge cycle time based on the saturation partial pressure of water vapor at the actual temperature of the air that enters the air dryer and operates the drain valve (24) according to the particular purge cycle time.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION FIELD OF THE INVENTION

[0001] A presente invenção refere-se a secadores de ar do sistema de ar ferroviário e, mais particularmente, a um sistema e método para controlar o ciclo de uma válvula de drenagem do secador de ar.[0001] The present invention relates to air dryers of the rail air system and more particularly to a system and method for cycling an air dryer drain valve.

DESCRIPTION OF RELATED TECHNIQUE

[0002] Os sistemas de ar ferroviários geralmente compreendem um ou mais compressores de ar que fornecem ar comprimido para uso em conexão, entre outras coisas, com os sistemas de frenagem de locomotivas e vagões. Por exemplo, um sistema de alimentação de ar de locomotiva compatível com a Associação de Ferrovias Americanas (AAR) possui um compressor de ar, um resfriador de ar e dois reservatórios principais em série, denominados MR1 e MR2. Como a compressão mecânica do ar ambiente resultará em água líquida e em água forma de aerossol e óleo na corrente de ar comprimido, um sistema de ar ferroviário também incluirá um secador de ar para a remoção desses contaminantes. Em um sistema AAR, o secador de ar geralmente é instalado entre MR1 e MR2, de modo que o ar seco seja entregue ao MR2. O ar no MR2 é usado como uma fonte de ar exclusiva para o sistema de frenagem do trem e é protegido por uma válvula de retenção do fluxo reverso posicionada em série entre MR1 e MR2. O ar no MR1 é usado para outros consumidores de ar na locomotiva, como limpadores de para-brisa, buzinas, lançadores de areia, removedores de neve, etc. Quando o ar é consumido tanto de MR1 como MR2, o compressor de ar será operado para recarregar o sistema. Se a pressão do ar em MR1 for inferior a MR2, o compressor de ar é operado de modo que o ar flua para MR1 para recarregá-lo. No entanto, ar não fluirá para MR2, até que a pressão em MR1 seja maior do que a pressão no MR2. Sistemas de ar ferroviários como este também podem incluir um estágio de pré-filtração composto por um separador de água e/ou aglutinador que remove água líquida e em forma de aerossol e óleo da corrente de ar do sistema de ar. O estágio de pré-filtração pode ser uma unidade de tratamento de ar independente ou pode ser combinado com o secador de ar. Em qualquer uma das abordagens, qualquer água e óleo serão acumulados no estágio de pré-filtração à medida que o ar comprimido flui através dele. Como resultado, uma válvula de drenagem está normalmente associada ao estado de pré-filtração para a purga periódica do líquido acumulado. O esquema de controle convencional para purgar líquido acumulado é abrir e fechar a válvula de drenagem, de acordo com um temporizador fixo habilitado em resposta ao recebimento de um sinal de "LIGADO" do sistema de controle do compressor de ar. Assim, sempre que o compressor de ar estiver funcionando, a válvula de drenagem é aberta e fechada de acordo com o ciclo de tempo fixo definido pelo temporizador ajustado para purgar qualquer líquido acumulado. O ciclo da válvula de drenagem consiste em uma duração de purga da válvula de drenagem e um intervalo de purga entre as atuações da válvula de drenagem.[0002] Rail air systems generally comprise one or more air compressors that supply compressed air for use in connection with, among other things, the braking systems of locomotives and railcars. For example, an Association of American Railroad (AAR) compliant locomotive air supply system has an air compressor, an air cooler, and two main reservoirs in series, named MR1 and MR2. As the mechanical compression of ambient air will result in liquid water and aerosolized water and oil in the compressed air stream, an air rail system will also include an air dryer for the removal of these contaminants. In an AAR system, the air dryer is usually installed between MR1 and MR2 so that dry air is delivered to the MR2. The air in the MR2 is used as an exclusive air source for the train braking system and is protected by a reverse flow check valve positioned in series between MR1 and MR2. The air in the MR1 is used for other air consumers in the locomotive, such as windshield wipers, horns, sand blasters, snow throwers, etc. When air is consumed from both MR1 and MR2, the air compressor will be operated to recharge the system. If the air pressure in MR1 is less than MR2, the air compressor is operated so that air flows into MR1 to recharge it. However, air will not flow to MR2 until the pressure in MR1 is greater than the pressure in MR2. Rail air systems such as this may also include a pre-filtration stage comprising a water separator and/or binder that removes liquid and aerosolized water and oil from the air stream of the air system. The pre-filtration stage can be an independent air handling unit or it can be combined with the air dryer. In either approach, any water and oil will accumulate in the pre-filtration stage as compressed air flows through it. As a result, a drain valve is normally associated with the pre-filtration state for periodic purging of accumulated liquid. The conventional control scheme for purging accumulated liquid is to open and close the drain valve in accordance with a fixed timer enabled in response to receiving an "ON" signal from the air compressor control system. Thus, whenever the air compressor is running, the drain valve is opened and closed according to the fixed time cycle set by the timer set to purge any accumulated liquid. The drain valve cycle consists of a drain valve purge duration and a purge interval between drain valve actuations.

[0003] Por exemplo, uma válvula de drenagem típica irá purgar (abrir) por 2 segundos após cada 2 minutos de operação do compressor de ar. Embora a abordagem convencional para purgar líquidos acumulados seja simples e robusta, é ineficiente e desperdiça energia considerável. Por exemplo, no sistema compatível com AAR descrito acima, o ciclo de purga da válvula de drenagem é ativado sempre que há um sinal LIGADO do compressor. Como o compressor de ar é frequentemente operado quando não há fluxo de ar entre MR1 e MR2, não há fluxo resultante através do estágio de pré-filtração. Como resultado, a válvula de drenagem é desnecessariamente operada de acordo com o seu temporizador fixo predeterminado, apesar da falta de fluxo de ar através do estágio de pré-filtração e, portanto, falta de umidade acumulada. O ciclo de temporização fixo também é ineficiente porque pressupõe que o teor de água do ar comprimido "úmido" entrante é constante e, portanto, é baseado no pior cenário do fluxo máximo de ar e umidade máxima. Na realidade, no entanto, a quantidade de vapor de água no ar é diretamente proporcional à pressão parcial de vapor de água de saturação, que tem uma relação altamente não linear, exponencial, com relação à temperatura do ar. Por exemplo, a pressão parcial de vapor de água de saturação a -17,77 °C (0 °F) é 0,12804 kPa (0,01857 psia); a 21,11 °C (70 °F) é 2,50486 kPa (0,3633 psia); a 51,66 °C (125 °F) é 13,4082 kPa (1,9447 psia), e a 65,55 °C (150 °F) é 25,6678 kPa (3,7228 psia). O ar a 51,66 °C (125 °F) pode conter 5,35 vezes mais vapor de água que o ar a 21,11 °C (70 °F), e o ar a 65,55 °C (150 °F) pode conter 10,2 vezes mais vapor de água que o ar a 21,11 °C (70 °F). O ar a 51,66 °C (125 °F) pode conter 105 vezes mais vapor de água que o ar a 21,11 °C (70 °F), e o ar a 65,55 °C (150 °F) pode conter 200 vezes mais vapor de água que o ar a 21,11 °C (70 °F). Assim, uma válvula de drenagem de ciclo fixo com um ciclo de purga com base na umidade máxima a uma temperatura elevada do ar, tal como 65,55 °C (150 °F), irá operar até 200 vezes mais do que é necessário quando a temperatura do ar é baixa, como -17,77 °C (0 °F), e, portanto, é muito ineficiente e desperdiça energia considerável.[0003] For example, a typical drain valve will purge (open) for 2 seconds after every 2 minutes of air compressor operation. While the conventional approach to purging accumulated liquids is simple and robust, it is inefficient and wastes considerable energy. For example, in the AAR compatible system described above, the drain valve purge cycle is activated whenever there is an ON signal from the compressor. As the air compressor is often operated when there is no air flow between MR1 and MR2, there is no resultant flow through the pre-filtration stage. As a result, the drain valve is unnecessarily operated according to its predetermined fixed timer, despite the lack of airflow through the pre-filtration stage and therefore lack of accumulated moisture. The fixed timing cycle is also inefficient because it assumes that the water content of the incoming "wet" compressed air is constant and is therefore based on the worst case scenario of maximum airflow and maximum humidity. In reality, however, the amount of water vapor in the air is directly proportional to the saturation water vapor partial pressure, which has a highly nonlinear, exponential relationship with the air temperature. For example, the partial pressure of saturation water vapor at -17.77°C (0°F) is 0.12804 kPa (0.01857 psia); at 21.11°C (70°F) it is 2.50486 kPa (0.3633 psia); at 51.66°C (125°F) it is 13.4082 kPa (1.9447 psia), and at 65.55°C (150°F) it is 25.6678 kPa (3.7228 psia). Air at 51.66 °C (125 °F) can contain 5.35 times more water vapor than air at 21.11 °C (70 °F), and air at 65.55 °C (150 °F) F) can contain 10.2 times more water vapor than air at 21.11 °C (70 °F). Air at 51.66 °C (125 °F) can contain 105 times more water vapor than air at 21.11 °C (70 °F), and air at 65.55 °C (150 °F) can contain 200 times more water vapor than air at 21.11 °C (70 °F). Thus, a fixed-cycle drain valve with a purge cycle based on maximum humidity at an elevated air temperature, such as 65.55 °C (150 °F), will operate up to 200 times longer than necessary when the air temperature is low, such as -17.77 °C (0 °F), and therefore it is very inefficient and wastes considerable energy.

BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

[0004] A presente invenção é um sistema de controle para uma válvula de drenagem de um estágio de pré-filtração em um sistema de alimentação de ar de locomotiva. O sistema inclui um sensor na proximidade de uma entrada de um secador de ar que está configurado para emitir um sinal correspondente à temperatura real de uma corrente de ar na entrada e um estágio de pré-filtração com uma válvula de drenagem que é aberta e fechada de acordo com um tempo de ciclo de purga. Um controlador interligado ao sensor de temperatura e à válvula de drenagem é programado para calcular um tempo de ciclo de purga variável com base na pressão parcial de saturação de vapor de água na temperatura real indicada pelo sinal recebido do sensor de temperatura, em seguida, opera a válvula de drenagem de acordo com esse tempo de ciclo de purga calculado. O ciclo de purga variável geralmente consiste em uma duração fixa da abertura da válvula de drenagem e um intervalo de tempo variável entre as atuações da válvula de drenagem (isto é, aberturas) O tempo do ciclo de purga é geralmente baseado na pressão parcial de saturação do vapor de água na temperatura real ajustando um tempo de ciclo predeterminado de acordo com a relação entre uma pressão parcial de saturação de referência e a pressão parcial de saturação de vapor de água na temperatura real. Se a temperatura real estiver acima de uma temperatura mínima predeterminada e abaixo de uma temperatura máxima predeterminada, o tempo de ciclo predeterminado é ajustado de acordo com a relação entre uma pressão parcial de saturação de referência e a pressão parcial de saturação de vapor de água à temperatura real. Se a temperatura real estiver abaixo de uma temperatura mínima predeterminada, o tempo de ciclo predeterminado é ajustado de acordo com a relação entre uma pressão parcial de saturação de referência e a pressão parcial de saturação de vapor de água à temperatura mínima predeterminada. Se a temperatura real estiver acima da temperatura máxima predeterminada, o tempo do ciclo de purga é configurado para ser o mesmo que o tempo de ciclo predeterminado.[0004] The present invention is a control system for a pre-filtration stage drain valve in a locomotive air supply system. The system includes a sensor in the vicinity of an air dryer inlet that is configured to output a signal corresponding to the actual temperature of an air stream at the inlet and a pre-filtration stage with a drain valve that is open and closed. according to a purge cycle time. A controller wired to the temperature sensor and drain valve is programmed to calculate a variable purge cycle time based on the water vapor saturation partial pressure at the actual temperature indicated by the signal received from the temperature sensor, then operates the drain valve according to this calculated purge cycle time. The variable purge cycle generally consists of a fixed duration of the drain valve opening and a variable time interval between drain valve actuations (i.e. openings) Purge cycle time is generally based on saturation partial pressure of water vapor at actual temperature by setting a predetermined cycle time according to the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at actual temperature. If the actual temperature is above a predetermined minimum temperature and below a predetermined maximum temperature, the predetermined cycle time is adjusted according to the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at actual temperature. If the actual temperature is below a predetermined minimum temperature, the predetermined cycle time is adjusted according to the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at the predetermined minimum temperature. If the actual temperature is above the predetermined maximum temperature, the purge cycle time is set to be the same as the predetermined cycle time.

[0005] A presente invenção também compreende um método de controlar uma válvula de drenagem de um estágio de pré-filtração num sistema de alimentação de ar de locomotiva de acordo com um tempo de ciclo variável que se baseia na temperatura do ar na entrada de ar do secador de ar. Primeiro, é detectada a temperatura de uma corrente de ar em uma entrada de um secador de ar associado ao estágio de pré-filtração. Em seguida, um tempo de ciclo de purga é calculado com base na pressão parcial de saturação de vapor de água na temperatura real da corrente de ar na entrada do secador de ar. Finalmente, a válvula de drenagem é controlada de acordo com o tempo de ciclo de purga calculado. Se a temperatura real estiver acima de uma temperatura mínima predeterminada e abaixo de uma temperatura máxima predeterminada, o tempo de ciclo de purga é baseado na relação entre uma pressão parcial de saturação de referência e a pressão parcial de saturação de vapor de água à temperatura real. Se a temperatura real estiver abaixo de uma temperatura mínima predeterminada, o tempo de ciclo de purga é baseado na relação entre a pressão parcial de saturação de referência e a pressão parcial de saturação de vapor de água à temperatura mínima predeterminada. Se a temperatura real estiver acima da temperatura mínima predeterminada, o tempo do ciclo de purga é baseado no tempo de ciclo predeterminado.[0005] The present invention also comprises a method of controlling a drain valve of a pre-filtration stage in a locomotive air supply system in accordance with a variable cycle time that is based on the air temperature at the air inlet. of the air dryer. First, the temperature of an air stream at an inlet of an air dryer associated with the pre-filtration stage is detected. Then, a purge cycle time is calculated based on the saturation partial pressure of water vapor at the actual temperature of the air stream at the inlet of the air dryer. Finally, the drain valve is controlled according to the calculated purge cycle time. If the actual temperature is above a predetermined minimum temperature and below a predetermined maximum temperature, the purge cycle time is based on the relationship between a reference saturation partial pressure and the actual temperature water vapor saturation partial pressure. . If the actual temperature is below a predetermined minimum temperature, the purge cycle time is based on the relationship between the reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at the predetermined minimum temperature. If the actual temperature is above the predetermined minimum temperature, the purge cycle time is based on the predetermined cycle time.

BRIEF DESCRIPTION OF THE VARIOUS VIEWS OF THE DRAWINGS

[0006] A presente invenção será mais totalmente compreendido e apreciado pela leitura da seguinte Descrição Detalhada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:[0006] The present invention will be more fully understood and appreciated by reading the following Detailed Description in conjunction with the accompanying drawings, in which:

[0007] a figura 1 é um esquema de um sistema de alimentação de ar de locomotiva que inclui um secador de ar com um estágio de pré- filtração com uma válvula de drenagem a ser controlada de maneira variável pela presente invenção;[0007] Figure 1 is a schematic of a locomotive air supply system that includes an air dryer with a pre-filtration stage with a drain valve to be variably controlled by the present invention;

[0008] a figura 2 é um esquema de um sistema de controle para o estágio de pré-filtração e a válvula de drenagem para serem controlados de forma variável de acordo com a presente invenção;[0008] Figure 2 is a schematic of a control system for the pre-filtration stage and the drain valve to be variably controlled in accordance with the present invention;

[0009] a figura 3 é um gráfico de pressão parcial de vapor de água versus temperatura ambiente para utilização no controle da válvula de drenagem de uma fase de pré-filtração de acordo com a presente invenção; e[0009] Figure 3 is a plot of water vapor partial pressure versus ambient temperature for use in controlling the drain valve of a pre-filtration stage in accordance with the present invention; and

[00010] a figura 4 é um fluxograma de um processo para controlar a válvula de drenagem de um estágio de pré-filtração de acordo com a presente invenção.[00010] Figure 4 is a flowchart of a process for controlling the drain valve of a pre-filtration stage in accordance with the present invention.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[00011] Fazendo referência agora aos desenhos, em que os números de referência semelhantes referem-se a partes semelhantes em todo, se vê na figura 1 um sistema de ar de locomotiva 10 com um compressor de ar 12, pós-arrefecedor 14, primeiro e segundo reservatórios principais MR1 e MR2 e um secador de ar 16. O segundo reservatório principal é acoplado ao sistema de frenagem 18 e uma válvula de retenção 20 está posicionada entre os primeiro e segundo reservatórios principais MR1 e MR2. Uma fase de pré-filtração 22 está associada ao secador de ar 16 e inclui uma válvula de drenagem 24 que é operada de acordo com um tempo variável de ciclo de purga da válvula de drenagem que é dependente de condições reais em vez de uma quantidade máxima predeterminada de ar úmido.[00011] Referring now to the drawings, in which like reference numerals refer to like parts throughout, Fig. 1 shows a locomotive air system 10 with an air compressor 12, aftercooler 14, first and second main reservoirs MR1 and MR2 and an air dryer 16. The second main reservoir is coupled to the braking system 18 and a non-return valve 20 is positioned between the first and second main reservoirs MR1 and MR2. A pre-filtration stage 22 is associated with the air dryer 16 and includes a drain valve 24 which is operated according to a variable purge cycle time of the drain valve which is dependent on actual conditions rather than a maximum amount. predetermined amount of humid air.

[00012] Fazendo referência às figuras 1 e 2, o estágio de pré-filtração 22 compreende ainda um controlador 26 em comunicação com um sensor de temperatura 28, tal como um termistor ou termopar, que está posicionado na entrada do fluxo de ar 30 do secador de ar 16 ou próximo dela. O controlador 26 é programado para receber a informação da temperatura do ar a partir do sensor 28 na entrada 30 para ajustar o tempo do ciclo de purga da válvula de drenagem, referido como Tempo (purga), de modo que o tempo de ciclo de purga para a válvula de drenagem 24 do separador de água e/ou aglutinador 32 do estágio de pré-filtração 22 seja determinado de forma variável com base na temperatura do ar. Na maioria dos casos, o tempo de ciclo de purga da válvula de drenagem é ajustado proporcionalmente à pressão parcial de saturação do vapor de água no ar, conforme observado na figura 3, com base na temperatura real do ar de entrada. Deve reconhecer-se que o controlador 26 e o estágio de pré-filtração 22 podem ser incluídos como parte do secador de ar 16, ou fornecidos separadamente como um suporte junto como uma unidade autônoma. O controlador 26 também pode ser posicionado remotamente do estágio de pré-filtração 22 desde que o controlador 26 seja capaz de comunicar a mudança apropriada no tempo do ciclo de purga para o estágio de pré-filtração 22.[00012] Referring to figures 1 and 2, the pre-filtration stage 22 further comprises a controller 26 in communication with a temperature sensor 28, such as a thermistor or thermocouple, which is positioned at the airflow inlet 30 of the air dryer 16 or close to it. Controller 26 is programmed to receive air temperature information from sensor 28 at input 30 to adjust the purge cycle time of the drain valve, referred to as Time (purge), so that the purge cycle time for the drain valve 24 of the water separator and/or binder 32 of the pre-filtration stage 22 is variably determined based on the air temperature. In most cases, the drain valve purge cycle time is adjusted proportionally to the saturation partial pressure of water vapor in the air, as seen in Figure 3, based on the actual inlet air temperature. It should be recognized that the controller 26 and pre-filtration stage 22 may be included as part of the air dryer 16, or supplied separately as a stand together as a stand-alone unit. Controller 26 may also be remotely positioned from pre-filtration stage 22 provided controller 26 is able to communicate the appropriate change in purge cycle time to pre-filtration stage 22.

[00013] Fazendo referência à figura 4, o controlador 26 é programado para implementar um processo de controle de purga 40 que ajusta o tempo de ciclo de purga, Tempo (purga), com base em condições reais. Em primeiro lugar, são estabelecidos os parâmetros de operação do sistema controlador 42 do estágio de pré-filtração 22 que serão usados para determinar qualquer alteração na sincronização do ciclo de purga. Os parâmetros operacionais podem incluir uma temperatura de referência mínima predeterminada, Tref, uma temperatura de ar de entrada de referência de projeto, Dref correspondente a um tempo de ciclo de purga mínimo predeterminado, ciclo de tempo (purga). A temperatura mínima de referência predeterminada, Tref, representa a temperatura mais baixa na qual o controlador 26 ajustará o tempo do ciclo de purga e resultará em um intervalo de tempo máximo entre as atuações da válvula de drenagem. A temperatura predeterminada do ar de entrada de referência de projeto é selecionada com base na temperatura que representa a carga de água máxima, que é função da temperatura do ar e da taxa de fluxo de ar, que é menor do que o volume de armazenamento da fase de pré- filtração 22 e inferior à quantidade de água que pode ser descarregada através de uma válvula de drenagem aberta 24 para uma duração de purga predeterminada, por exemplo, 2 segundos, quando o sistema 10 é pressurizado com a pressão mínima de trabalho do sistema. O tempo predeterminado de ciclo de purga mínimo representa o intervalo de tempo mais curto entre as atuações subsequentes da válvula de drenagem 24. A temperatura de referência mínima, a temperatura do ar de entrada de referência de projeto e o tempo mínimo de ciclo de purga podem ser configurados como valores padrão pelo fabricante ou usuário com base nas especificações de um estágio particular de pré-filtração 22, secador de ar 16, e/ou sistema de ar de locomotiva 10 e depois carregados no controlador 26 durante o primeiro passo 42 do processo de controle de purga 40.[00013] Referring to Figure 4, the controller 26 is programmed to implement a purge control process 40 that adjusts the purge cycle time, Time (purge), based on actual conditions. First, the operating parameters of the controller system 42 of the pre-filtration stage 22 that will be used to determine any change in the timing of the purge cycle are established. Operating parameters may include a predetermined minimum setpoint temperature, Tref, a design setpoint inlet air temperature, Dref corresponding to a predetermined minimum purge cycle time, cycle time (purge). The predetermined minimum reference temperature, Tref, represents the lowest temperature at which the controller 26 will time the purge cycle and result in a maximum time lag between drain valve actuations. The predetermined design reference inlet air temperature is selected based on the temperature representing the maximum water load, which is a function of the air temperature and the airflow rate, which is less than the storage volume of the pre-filtration stage 22 and less than the amount of water that can be discharged through an open drain valve 24 for a predetermined purge duration, e.g. 2 seconds, when the system 10 is pressurized to the minimum working pressure of the system. The predetermined minimum purge cycle time represents the shortest time interval between subsequent actuations of the drain valve 24. The minimum reference temperature, the design reference inlet air temperature, and the minimum purge cycle time can be set to default values by the manufacturer or user based on the specifications of a particular pre-filtration stage 22, air dryer 16, and/or locomotive air system 10 and then loaded into controller 26 during the first step 42 of the process purge control 40.

[00014] Uma vez que os parâmetros operacionais são carregados no passo 42, a temperatura do ar de entrada é detectada 44, por exemplo, por amostragem da saída do sensor de temperatura 28 com o controlador 26 para determinar a temperatura real do ar de entrada, Treal. Uma verificação 46 é então realizada para determinar se a temperatura real do ar de entrada é menor do que a temperatura mínima de referência. Se assim for, o tempo do ciclo de purga é definido de acordo com a seguinte fórmula 48: Tempo(purga) = Tempo(purga)ciclo min X [Pressão de Saturação Parcial a Dref ] / [Pressão de Saturação Parcial a Tref][00014] Once the operating parameters are loaded in step 42, the temperature of the inlet air is detected 44, for example by sampling the output of the temperature sensor 28 with the controller 26 to determine the actual temperature of the inlet air , Treal. A check 46 is then performed to determine whether the actual inlet air temperature is less than the minimum reference temperature. If so, the purge cycle time is defined according to the following formula 48: Time(purge) = Cycle time(purge) min X [Partial Saturation Pressure to Dref] / [Partial Saturation Pressure to Tref]

[00015] Alternativamente, o intervalo de purga máximo pode ser definido explicitamente;[00015] Alternatively, the maximum purge interval can be set explicitly;

[00016] Se Treal < Tref[00016] If Treal < Tref

[00017] Então Tempo(purga) = Tempo(purga)máx[00017] Then Time(purge) = Time(purge)max

[00018] Se a verificação 46 determinar que o ar de entrada é superior à temperatura mínima de referência, é realizada uma segunda verificação 50 para determinar se a temperatura de entrada está abaixo da temperatura de referência do projeto. Se assim for, então o tempo do ciclo de purga é definido de acordo com a seguinte fórmula 52: Tempo(purga) = Tempo(purga)ciclo min X [Pressão de Saturação Parcial a Dref ] / [Pressão de Saturação Parcial a Treal][00018] If check 46 determines that the inlet air is higher than the minimum reference temperature, a second check 50 is performed to determine if the inlet temperature is below the design reference temperature. If so, then the purge cycle time is defined according to the following formula 52: Time(purge) = Cycle time(purge) min X [Partial Saturation Pressure to Dref ] / [Partial Saturation Pressure to Treal]

[00019] Se a segunda verificação 48 determinar que as temperaturas do ar de entrada são iguais ou superiores à temperatura de referência do projeto, então o tempo do ciclo de purga é definido conforme a seguir 54: Tempo(purga) = Tempo(purga)ciclo min[00019] If the second check 48 determines that the inlet air temperatures are equal to or greater than the design reference temperature, then the purge cycle time is defined as follows 54: Time(purge) = Time(purge) min cycle

[00020] Assim, se Tempo (purga)ciclo min for 2 minutos, a temperatura mínima de referência é -34,4 °C (-30 °F) com uma pressão parcial de saturação de 0,0062, e a temperatura de referência do projeto é 37,7 °C (100 °F) com uma pressão parcial de saturação de 0,9503, a temperaturas inferiores ou iguais a -34,4 °C (-30 °F), o tempo entre os ciclos de purga será: Tempo(purga) = (2 min) X (0,9503)/(0,0062) = 306 minutes[00020] Thus, if Min (Purge) Cycle Time is 2 minutes, the minimum reference temperature is -34.4 °C (-30 °F) with a saturation partial pressure of 0.0062, and the reference temperature design is 37.7 °C (100 °F) with a saturation partial pressure of 0.9503, at temperatures less than or equal to -34.4 °C (-30 °F), the time between purge cycles will be: Time(purge) = (2 min) X (0.9503)/(0.0062) = 306 minutes

[00021] Sob as mesmas condições com uma temperatura do ar de entrada de 21,11 °C (70 °F), o tempo entre os ciclos de purga será conforme a seguir: Tempo(purga) = (2 min) X (0,9503)/(0,3633) = 5,2 minutos[00021] Under the same conditions with an inlet air temperature of 21.11 °C (70 °F), the time between purge cycles will be as follows: Time(purge) = (2 min) X (0 .9503)/(0.3633) = 5.2 minutes

[00022] Sob as mesmas condições com uma temperatura do ar de entrada igual ou superior a 37,7 °C (100 °F), o tempo entre os ciclos de purga será conforme a seguir: Tempo(purga) = (2 min)[00022] Under the same conditions with an inlet air temperature equal to or greater than 37.7 °C (100 °F), the time between purge cycles will be as follows: Time(purge) = (2 min)

[00023] Deve reconhecer-se que Tempo (purga) pode ser configurado como o tempo de ciclo de purga mais longo permitido pelo sistema 10 e, em seguida, ajustado para baixo com base na temperatura do ar usando uma abordagem inversa à descrita acima. Da mesma forma, a primeira verificação 46 e a segunda verificação 48 podem ser implementadas em uma única ou em qualquer número de etapas de computação, desde que o controlador 26 aplique a fórmula apropriada para ajustar o tempo do ciclo de purga com base na temperatura real do ar de entrada fornecida pelo sensor 28 para explicar a quantidade real de umidade que pode estar presente no ar.[00023] It should be recognized that Time (Purge) can be set to the longest purge cycle time allowed by system 10 and then adjusted downwards based on air temperature using an inverse approach to that described above. Likewise, the first check 46 and the second check 48 can be implemented in a single or any number of computation steps as long as the controller 26 applies the appropriate formula to adjust the purge cycle time based on the actual temperature. input air provided by sensor 28 to account for the actual amount of moisture that may be present in the air.

[00024] O controlador 26 pode ser programado para receber uma entrada que representa quando o compressor de ar 12 está sendo operado para fornecer ar comprimido, por exemplo, um sinal "LIGADO". O controlador 26 pode ser programado para abrir a válvula de drenagem 24 após a detecção de que o compressor de ar 12 foi ligado e depois opera a válvula de drenagem 24 como descrito acima. Da mesma forma, o controlador 26 pode abrir a válvula de drenagem 24 quando sinalizado que o compressor de ar 12 foi desligado para drenar completamente qualquer água acumulada no estágio de pré-filtração 22 e evitando assim o congelamento caso o sistema 10 seja desligado durante um período prolongado em temperaturas frias.[00024] The controller 26 can be programmed to receive an input that represents when the air compressor 12 is being operated to supply compressed air, for example, an "ON" signal. Controller 26 can be programmed to open drain valve 24 upon detection that air compressor 12 has been turned on and then operate drain valve 24 as described above. Likewise, the controller 26 can open the drain valve 24 when signaled that the air compressor 12 has been turned off to completely drain any water accumulated in the pre-filtration stage 22 and thus prevent freezing if the system 10 is turned off during a period of time. prolonged period in cold temperatures.

[00025] Em uma concretização alternativa, o secador de ar pode usar um sensor de umidade na corrente de saída para determinar quando o leito dessecante está se aproximando da saturação ao monitorar a umidade e temperatura de saída instantânea ou outros meios de regeneração do dessecante dependente do ponto de orvalho, como o descrito no pedido NY-1273. O secador de ar pode ser projetado de modo que seja conhecido o tempo de ciclo de regeneração em alguma condição de operação de referência, por exemplo, 37,7 °C (100 °F) e 100% na entrada de RH e 100 SCFM (pés cúbicos por minuto) de fluxo. Por exemplo, nas condições de operação de referência, o leito dessecante ficaria saturado em 2 minutos. Se estiver usando um sensor de umidade no fluxo de ar de saída para controle do ciclo de regeneração, então, sob essas condições, a umidade da corrente de saída do ar aumentaria para o nível de disparo em aproximadamente 2 minutos. Usando um sensor de umidade, o tempo do ciclo de regeneração é proporcional às condições reais de temperatura de entrada, RH e fluxo de ar, onde o volume total de água nessas condições é proporcional à pressão parcial de saturação do vapor de água no ar como descrito anteriormente. Como o secador de ar em uma locomotiva está normalmente localizado entre MR1 e MR2, o ar do compressor primeiro flui para MR1, permitindo que uma quantidade significativa da água da fase de aerossol precipite em MR1, onde é expulsa pela válvula de escape MR1. Uma vez que o leito dessecante fica saturado com uma massa fixa de água razoavelmente independente da temperatura ambiente ou da taxa de fluxo de ar, o fluxo total da massa de água através da pré-filtração é aproximadamente o mesmo que a massa total de água removida pelo dessecante. Como resultado, a água total coletada na pré-filtração é aproximadamente constante com o ciclo de regeneração dessecante. Portanto, em um secador de ar com um estágio de pré-filtração seguido de um estágio de dessecante e tendo um ciclo de regeneração de dessecante em circuito fechado usando um sensor de umidade na saída do secador de ar, a válvula de drenagem de pré-filtração pode ser ventilada em sincronia com o ciclo de regeneração dessecante.[00025] In an alternative embodiment, the air dryer may use a moisture sensor in the outlet stream to determine when the desiccant bed is approaching saturation by monitoring instantaneous outlet humidity and temperature or other means of desiccant dependent regeneration dew point as described in application NY-1273. The air dryer can be designed so that the regeneration cycle time is known at some reference operating condition, e.g. 37.7 °C (100 °F) and 100% at RH input and 100 SCFM ( cubic feet per minute) of flow. For example, under reference operating conditions, the desiccant bed would be saturated in 2 minutes. If using an outlet airflow humidity sensor for regeneration cycle control, then under these conditions the leaving airflow humidity would rise to the trigger level in approximately 2 minutes. Using a humidity sensor, the regeneration cycle time is proportional to the actual conditions of inlet temperature, RH and airflow, where the total volume of water under these conditions is proportional to the partial pressure of saturation of water vapor in the air as previously described. As the air dryer on a locomotive is normally located between MR1 and MR2, air from the compressor first flows into MR1, allowing a significant amount of the water from the aerosol phase to precipitate into MR1, where it is expelled through the MR1 exhaust valve. Once the desiccant bed becomes saturated with a fixed mass of water reasonably independent of ambient temperature or airflow rate, the total mass flow of water through the prefiltration is approximately the same as the total mass of water removed. by the desiccant. As a result, the total water collected in the pre-filtration is approximately constant with the desiccant regeneration cycle. Therefore, in an air dryer with a pre-filtration stage followed by a desiccant stage and having a closed-loop desiccant regeneration cycle using a moisture sensor at the outlet of the air dryer, the pre-filtration drain valve Filtration can be vented in sync with the desiccant regeneration cycle.

Claims

1. Control system for a drain valve (24) of a pre-filtration stage (22) in a locomotive air supply system (10), characterized in that it comprises: a sensor (28) for positioning near an inlet (30) of an air dryer (16) which is configured to emit a signal corresponding to the actual temperature of an air stream at the inlet (30); a pre-filtration stage (22) with a drain valve (24) that is opened and closed according to a purge cycle time; and a controller (26) interconnected to the temperature sensor (28) and to the drain valve (24) that is programmed to calculate the variable purge cycle time based on the saturation partial pressure of water vapor at the actual temperature indicated by the signal received from the temperature sensor (28), and to operate the drain valve (24) in accordance with the calculated purge cycle time.

2. System according to claim 1, characterized in that the controller (26) is programmed to calculate the time of the purge cycle based on the partial pressure of saturation of water vapor at the actual temperature by setting a predetermined cycle time according to the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at actual temperature.

3. System according to claim 2, characterized in that the controller (26) is programmed to adjust the predetermined cycle time according to the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at actual temperature if the actual temperature is above a predetermined minimum temperature and below a predetermined maximum temperature.

4. System according to claim 3, characterized in that the controller (26) is programmed to adjust the predetermined cycle time according to the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at actual temperature if the actual temperature is below the predetermined minimum temperature.

5. System according to claim 4, characterized in that the controller (26) is programmed to adjust the purge cycle time to the predetermined minimum cycle time if the actual temperature is above the predetermined maximum temperature.

6. System according to claim 1, characterized in that the controller (26) is programmed to open the drain valve (24) if the controller (26) detects that an air compressor of the air supply system of the locomotive (10) was switched on.

7. System according to claim 1, characterized in that the controller (26) is programmed to open the drain valve (24) if the controller (26) detects that an air compressor of the air supply system of the locomotive (10) has been switched off.

8. Control method for a drain valve (24) of a pre-filtration stage (22) in a locomotive air supply system (10), characterized in that it comprises the steps of: detecting the temperature of an air stream at an inlet (30) of an air dryer (16) associated with the pre-filtration stage (22); calculating a purge cycle time based on the saturation partial pressure of water vapor at the actual temperature of the air stream at the inlet (30) of the air dryer (16); operate the drain valve (24) according to the calculated purge cycle time.

9. Method according to claim 8, characterized in that the step of calculating the time of the purge cycle based on the partial pressure of saturation of water vapor at the actual temperature comprises the adjustment of a predetermined cycle time according to with the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at actual temperature if the actual temperature is above a predetermined minimum temperature and below a predetermined maximum temperature.

10. Method according to claim 9, characterized in that the step of calculating the time of the purge cycle based on the partial pressure of saturation of water vapor at the real temperature also comprises the adjustment of a predetermined cycle time of according to the relationship between a reference saturation partial pressure and the saturation partial pressure of water vapor at the predetermined minimum temperature if the actual temperature is below the predetermined minimum temperature.

11. Method according to claim 10, characterized in that the step of calculating the time of the purge cycle based on the partial pressure of saturation of water vapor at the real temperature also comprises the adjustment of the purge cycle time according to the predetermined time cycle if the actual temperature is above the predetermined minimum temperature.

12. Method, according to claim 8, characterized in that it further comprises the steps of: detecting if an air compressor of the locomotive's air supply system (10) has been turned on; and open the drain valve (24) if the air compressor is on.

13. Method, according to claim 8, characterized in that it also comprises the steps of: detecting if an air compressor of the locomotive's air supply system (10) has been turned off; and open the drain valve (24) if the air compressor has been turned off.