BR112018072143B1 - Secador de ar e método de impedir válvulas de secador de ar congeladas - Google Patents

Abstract

Um secador de ar tendo um elemento aquecedor associado com suas válvulas para impedir o congelamento em temperaturas frias. O secador de ar inclui um sensor de temperatura e um controlador eletrônico que lê o sensor de temperatura durante operações normais e abre e fecha seletivamente certas válvulas quando a temperatura cai abaixo de um limite predeterminado para entrar em um modo de segurança que evita o congelamento das válvulas durante a operação. Se uma válvula de exaustão e aberta quando entra no modo de segurança, a válvula de entrada correspondente é fechada, ambas as válvulas de exaustão são fechadas, e a outra válvula de entrada é aberta. Se uma válvula de exaustão não está aberta, ambas as válvulas de entrada estão abertas e ambas as válvulas de exaustão estão fechadas.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a secadores de ar de sistema de ar de ferrovia e, mais particularmente, a um secador de ar tendo um sistema de controle de aquecimento para impedir o congelamento de válvulas.

Descrição da Técnica Relacionada

[002] Um secador de ar do tipo dissecante de torre dupla típico inclui dois circuitos de secagem que são controlados por válvula. O ar de entrada úmido flui através de um circuito para remover vapor d’água, enquanto o ar seco produzido flui através do outro circuito para remover a água acumulada e regenerar o dissecante. Válvulas de entrada e exaustão para cada circuito pneumático são responsáveis pelo controle de eletrônicos para comutar o fluxo de ar ente os dois circuitos de modo que um circuito está sempre secando enquanto o outro está regenerando. Por exemplo, quando a entrada A está aberta, a exaustão A está fechada, a entrada B está fechada, e a exaustão B está aberta pela duração do ciclo de regeneração, mas de outro modo fechada. Igualmente, quando a entrada B está aberta, a exaustão B está fechada, a entrada A está fechada, e a exaustão A está aberta pela duração do ciclo de regeneração, mas de outro modo fechada.

[003] As válvulas de secador de ar são constantemente submetidas ao ar úmido e assim inclinadas a congelar em baixas temperaturas. Porque os dois conjuntos de válvulas de entrada e exaustão são controlados independentemente, é possível para uma válvula de entrada e uma válvula de exaustão no mesmo circuito estar simultaneamente abertas, se cada uma ou ambas as válvulas de entrada e exaustão congelam abertas. Quando as válvulas de entrada e exaustão estão simultaneamente abertas, o reservatório da locomotiva principal ventilará e o compressor de ar da locomotiva terá capacidade insuficiente para superar a perda de ar. Em um segundo cenário, embora as válvulas de entrada estejam normalmente aberta (sem energia), é possível que uma ou ambas destas válvulas pudessem congelar fechadas. Em ambas as válvulas de entrada estão fechadas simultaneamente, então todo o fluxo do secador é bloqueado.

[004] Para contornar este problema, um elemento aquecedor pode ser fornecido para aquecer as válvulas suficientemente para impedir o congelamento. Na partida, um controlador determina a temperatura do bloco de válvulas, se a temperatura do bloco de válvulas é menor que uma temperatura predeterminada, tal como 5°C, então o controlador liga o aquecedor e retarda o acionamento de qualquer um dos dois conjuntos as válvulas de entrada normalmente abertas e as válvulas de exaustão normalmente fechadas até o momento em que a temperatura do bloco de válvulas é igual a ou maior que a temperatura predeterminada. Em uma abordagem convencional, esta avaliação somente ocorre em partida inicial e, portanto, assume-se que o aquecedor e controlador manterão a temperatura de bloco de válvulas acima da temperatura predeterminada e não ocorrerá congelamento. Na prática, no entanto, o aquecedor pode não ter energia suficiente para manter o bloco de válvula acima da temperatura predeterminada quando as temperaturas ambientes são bastante altas e a taxa de fluxo de ar alta é devido à perda de calor substancial para o fluxo de ar de entrada frio através do secador. Como resultado, embora o aquecedor possa aquecer com sucesso o bloco de válvulas em uma partida de temperatura fria, o bloco de válvulas pode cair abaixo do congelamento durante as operações de fluxo alto de modo que as válvulas de entrada e exaustão podem congelar e resultar nos problemas descritos acima. Consequentemente, existe uma necessidade de um sistema de controle de aquecedor que pode lidar com o problema de condições que causam o congelamento das válvulas depois da partida inicial baseado em condição de operação subsequente.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] A presente invenção inclui um secador de ar tendo uma entrada para receber ar comprimido, um par de válvulas de entrada e um par de válvulas de exaustão correspondentes posicionado em um bloco de válvulas para controlar o movimento do ar comprimido através de um par correspondente de torres dissecantes, um aquecedor configurado para aquecer o bloco de válvulas, um sensor de temperatura para emitir um sinal indicando a temperatura de pelo menos uma parte do secador de ar; e um controlador pilotando a série de válvulas. O controlador é programado para determinar se uma do par de válvulas de exaustão está aberta quando a temperatura cai abaixo de um limite predeterminado esse assim, fechar uma correspondente do par de válvulas de entrada, fechar ambas as válvulas de exaustão, e abrir a outra do par de válvulas de entrada. O controlador também é programado para abrir ambas as válvulas de entrada e fechar ambas as válvulas de exaustão se uma do par das válvulas de exaustão não está aberta quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado. O secador de ar pode incluir uma válvula de dreno associada com um estágio de pré-filtragem e, se assim, o controlador é programado para fechar a válvula de dreno quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado.

[006] A presente invenção também inclui um método de impedir válvulas de secador de ar congeladas para um secador de ar tendo uma entrada para receber ar comprimido, um par de válvulas de entrada e um par correspondente de válvulas de exaustão posicionado em um bloco de válvulas para controlar o movimento do ar comprimido através de um par correspondente de torres dissecantes, um aquecedor configurado para aquecer o bloco de válvulas, um sensor de temperatura para emitir um sinal indicando a temperatura de pelo menos uma parte do secador de ar, e um controlador pilotando a série de válvulas. O método envolve receber o sinal indicando a temperatura do secador de ar do sensor de temperatura, determinar se a temperatura do secador de ar caiu abaixo de um limite predeterminado, determinar se uma do par de válvulas de exaustão está aberta quando a temperatura caiu abaixo de uma temperatura limite, e fechar uma correspondente do par de válvulas de entrada, fechar ambas as válvulas de exaustão, e abrir a outra do par de válvulas de entrada, se uma do par de válvulas de exaustão está aberta quando a temperatura cai abaixo de um limite predeterminado. O método pode ainda incluir a etapa de abrir ambas as válvulas de entrada e fechar ambas as válvulas de exaustão, se uma do par de válvulas de exaustão não está aberta quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado. Se o secador de ar inclui uma válvula de dreno associada com um estágio de pré-filtragem, o método pode incluir a etapa de fechar a válvula de dreno quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DO DESENHO(S)

[007] A presente invenção será mais completamente entendida e apreciada pela leitura da Descrição Detalhada seguinte em conjunto com os desenhos anexos em que:

[008] a figura 1 é um esquema de um sistema de suprimento de ar de locomotiva tendo um secador de ar tendo um bloco de válvulas aquecido de acordo com a presente invenção;

[009] a figura 2 é um esquema de um secador de ar com estágio de pré-filtragem integral e um bloco de válvulas aquecido de acordo com a presente invenção;

[0010] a figura 3 é um esquema de um bloco de válvulas aquecido de um secador de ar com estado de pré-filtragem de acordo com a presente invenção;

[0011] a figura 4 é um fluxograma de um processo de controle de aquecedor de partida para um secador de ar tendo um bloco de válvulas aquecido; e

[0012] a figura 5 é um fluxograma de um processo de controle de aquecedor de operação normal de acordo com a presente invenção apra um secador de ar tendo um bloco de válvulas aquecido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0013] Referindo-se agora aos desenhos, em que numerais de referência iguais se referem a partes iguais, é visto na figura 1 um sistema de ar de locomotiva 10 tendo um compressor de ar 12, um pós- refrigerador 14, primeiro e segundo reservatórios principais MR1 e MR2, e secador de ar dissecante de duas torres 16 tendo controle de aquecedor de acordo com a presente invenção, como descrita mais completamente abaixo. O segundo reservatório principal MR2 é acoplado ao sistema de frenagem 18 e uma válvula de retenção 20 é posicionada entre os primeiro e segundo reservatórios principais MR1 e MR2. Um estágio de pré-filtragem 22 é associado com secador de ar 16 e inclui uma válvula de dreno 24 que é operada de acordo com um tempo de ciclo de purga de válvula de dreno.

[0014] Referindo-se à figura 2, o secador de ar dissecante de duas torres 16 compreende uma entrada 28 para receber ar do primeiro reservatório principal MR1. A entrada 28 está em comunicação com o estágio de pré-filtragem 30, mostrada como compreendendo um separador de água 32, um coalescedor grosso 34, um coalescedor fino 36. Quaisquer líquidos acumulados em separador de água 32, coalescedor grosso 34, e coalescedor fino 36 são expelidos através da válvula de dreno 24. Um par de válvulas de entrada 42 e 44 é posicionado à jusante do estágio de pré-filtragem 30 para desviar o ar que entra entre uma de duas trajetórias, cada uma das quais está associada com uma de duas torres dissecantes 46 e 48. Um sensor de temperatura 50 é posicionado a montante das válvulas de entrada 42 e 44 e à jusante do estágio de pré-filtragem 30. Opcionalmente, a temperatura, ou um segundo sensor de temperatura pode estar localizado no bloco de válvulas alojando a série de válvulas. A primeira trajetória à jusante da primeira válvula de entrada 42 leva a uma válvula de exaustão 52 e a primeira torre dissecante 46. A segunda trajetória a jusante da segunda válvula de entrada 44 leva a uma segunda válvula de exaustão 54 e a segunda torre dissecante 48. A primeira trajetória ainda inclui uma primeira válvula de retenção 58 e primeiro orifício de derivação 62 à jusante da primeira torre dissecante 46, e a segunda trajetória ainda inclui uma segunda válvula de retenção 60 e orifício de derivação 64 à jusante da segunda torre dissecante 48. Uma saída única 66 é acoplada no fim das primeira e segunda trajetórias, e um sensor de umidade 68 é posicionado a montante da saída 66. As válvulas de entrada 42 e 44 e as válvulas de exaustão 52 e 54 são pilotadas pelo controlador 40. O controlador 40 opera as válvulas de entrada 42 e 44 e as válvulas de exaustão 52 e 54 de modo que o ar comprimido fornecido na entrada 28 é direcionado através de uma das torres dissecantes 46 ou 48 para secagem. A outra das torres dissecantes 46 ou 48 pode ser regenerada permitindo o refluxo de ar seco através do orifício de derivação 62 ou 64 e para fora da válvula de exaustão 52 ou 54 quando necessário. O controlador 40 também está em comunicação com o sensor de temperatura 50 e sensor de unidade 68. O elemento de aquecimento 70 pode também ser acoplado no controlador 40 e posicionado em secador de ar 16 para aquecer a válvula de dreno 24, válvulas de entrada 42 e 44 e válvulas de exaustão 52 e 54 se a temperatura está abaixo do congelamento.

[0015] Como visto na figura 3, as trajetórias de secador de ar vistas na figura 1 são dispostas de modo que a válvula de drenagem 24, as válvulas de entrada 42 e 44, e as válvulas de exaustão 52 e 54 são comumente localizadas com o elemento aquecedor 70 em um bloco de válvulas 72. Como explicado acima, o secador de ar 16 inclui o sensor de temperatura 50 para determinar a temperatura aproximada do bloco de válvulas 72 e assim a válvula de dreno 24, válvulas de entrada 42 e 44, e válvulas de exaustão 52 e 54. O sensor de temperatura 76 é mostrado como sendo posicionado para detectar a temperatura de ar que passa através do secador de ar 16, mas pode ser posicionado para detectar a temperatura de bloco de válvula 72, a temperatura da entrada de ar, a temperatura de ar ambiente, ou alguma combinação dos acima.

[0016] Referindo-se à figura 4, o controlador de secador de ar 40 é programado para implementar um processo de controle de aquecedor de partida 80 para assegurar que o bloco de válvulas 72 seja suficientemente aquecido a uma temperatura que impede a probabilidade de que a válvula de dreno 24, válvulas de entrada 42 e 44, ou válvulas de exaustão 53 e 54 possam se tornar congeladas. Primeiro, o controlador 40 lê a temperatura 82 de modo a usar a temperatura 76 posicionada no bloco de válvula 72. A seguir, uma verificação 84 e realizada para determinar se a temperatura está abaixo do congelamento (ou qualquer outra temperatura predeterminada selecionada para ser indicativa de um risco que a válvula de dreno 24, válvulas de entrada 42 e 44, ou válvulas de exaustão 52 e 54 se tornarão congeladas). Se a temperatura está abaixo do limite na verificação 84, o controlador 40 inibe a operação de válvula 86, tal como inibindo a operação de válvula de dreno 24, válvulas de entrada 42 e 44, e/ou válvulas de exaustão 52 e 54 até o momento em que a temperatura suba acima do limite. Assim, se o secador de ar 16 é ligado depois de um frio prolongado impregnado a baixa temperatura, o controlador 40 inibirá afirmativamente a atuação da válvula de dreno 24, válvulas de entrada 42 e 44, e/ou válvulas de exaustão 52 e 54 até que o elemento de aquecedor 70 aqueceu o bloco de válvulas 72 suficientemente para impedir qualquer válvula de dreno 24, válvulas de entrada 42 e 44, e válvulas de exaustão 52 e 54 de congelar em uma posição aberta e causando uma ventilação indesejada de ar comprimido do sistema de suprimento de ar da locomotiva 10. De preferência, as válvulas de entrada 42 e 44 são normalmente abertas e as válvulas de exaustão 52 e 54 estão normalmente fechadas em um estado não acionado, de modo que o ar comprimido pode fluir através do secador de ar 16 para MR2 quando todas as válvulas estão em um estado não acionado. Usando o controle de retorno de temperatura de circuito fechado para inibir a operação da série de válvulas, o tempo de partida para um secador de ar frio é proporcional à temperatura inicial. Alternativamente, um sistema simples que utiliza um atraso de tempo fixo calculado para permitir que o bloco de válvulas aqueça acima do congelamento para a pior condição pode ser fornecido.

[0017] Os mesmos sensor e controlador podem ser usados para desligar o aquecedor, quando a temperatura do bloco de válvulas está em ou acima da temperatura alvo, regulando assim a temperatura do bloco de válvulas a uma temperatura acima do congelamento quando a temperatura ambiente está abaixo do congelamento; e desligar o aquecedor completamente quando a temperatura ambiente, como indicado pela temperatura do bloco de válvulas, está acima do congelamento.

[0018] Referindo-se à figura 5, o controlador de secador de ar 40 é programado para implementar um processo de controle de aquecedor de operação normal 90 depois da partida inicial para tratar do potencial para congelar durante operações de secador de ar normal. O processo 90 é desenhado para impedir o congelamento do secador de ar 16 durante operações de secador de ar normal. O processo 90 é desenhado para impedir o secador de ar 16 de congelar em um estado não seguro, tal como quando a válvula de entrada 42 ou 44 e válvula de exaustão correspondente 52 ou 54 no meso circuito, estão simultaneamente abertas ou quando ambas as válvulas de entrada 42 e 44 estão simultaneamente fechadas. Este estado inseguro é mais provável ocorrer quando a temperatura do bloco de válvulas cai abaixo de uma temperatura limite predeterminada indicando um risco de congelamento (tal como 5 graus C), como poderia ocorrer quando existe um alto fluxo de ar muito frio através do secador 16 que excede a capacidade do aquecedor 70 ou se existe uma falha de aquecedor 70.

[0019] O processo 90 começa quando o secador de ar 16 estava em um modo normal 92 depois de uma partida bem-sucedida (temperatura de bloco de válvulas está acima do limite predeterminado como explicado acima). Uma verificação 94 é realizada para determinar se a temperatura do bloco de válvulas caiu abaixo do limite predeterminado. Se não, o secador de ar permanece em modo operacional normal e o controle retorna. Se assim o processo 90 coloca o secador de ar 16 em um modo de segurança 96 como descrito aqui. Uma vez que o modo de segurança 96 é introduzido, é feita uma verificação 98 para determinar se uma das válvulas de exaustão 52 ou 54 está aberta. Se assim, a válvula de entrada correspondente 42 e 44 está fechada, as válvulas de exaustão estão fechadas, a válvula de dreno pré-filtragem 24 está fechada, e a outra válvula de entrada 42 ou 44 está aberta na etapa 100. Em operações normais, por exemplo, se inicialmente a entrada 1 esta aberta, a exaustão 1 esta fechada, a entrada 2 está fechada e a exaustão 2 está aberta. Se o controlador 40 entra no modo de segurança a partir deste estado, o controlador 40 fará a entrada 1 permanecer aberta, a exaustão 1 permanecer fechada, a entrada 2 permanecer fechada e a exaustão 2 fechar. Mesmo se a exaustão 2 congelou aberta, o circuito relevante é fechado mantendo a entrada 2 fechada. Deve ser reconhecido que, como visto na figura 2, as válvulas de entrada 42 e 44 estão normalmente abertas e assim energizadas pelo controlador 40 para fechar, e as válvulas de exaustão 52 e 54 estão normalmente fechadas e assim energizadas pelo controlador para abrir. Se a verificação 98 determina que nem a válvula de exaustão 52 nem a 54 está aberta, então ambas as válvulas de entrada 42 e 44 estão abertas, as válvulas de exaustão 52 e 54 estão fechadas, e a válvula de dreno pré-filtragem 24 está fechada. O ar pode assim fluir através de ambos os circuitos pneumáticos, minimizando a possibilidade de que o fluxo de ar através do secador de ar 16 é bloqueado devido ao acúmulo de gelo.

[0020] Depois que as válvulas apropriadas foram abertas ou fechadas na etapa 100 ou 102, uma verificação 106 é realizada para identificar se o bloco de válvulas 72 aqueceu acima da temperatura limite predeterminada. Se não, o secador de ar 16 permanece em modo de segurança 96. Se assim, o modo de segurança 96 é encerrado e o modo normal 92 restaurado. As operações de modo normal 92 podem ser dependentes das circunstâncias da verificação 98. Por exemplo, se o secador de ar 16 entrou no modo de segurança 96 com uma válvula de exaustão aberta (como determinado na etapa 98), quando a temperatura do bloco de válvulas 72 aquece mais que a temperatura limite, o controlador 40 pode reassumir a operação normal do ciclo particular que foi interrompido pelo processo 90. Se o secado entrou no modo de segurança cm ambas as válvulas de exaustão fechadas (como determinado na etapa 98), quando a temperatura do bloco de válvulas 72 aquece mais que o limite, o controlador 40 pode realizar uma partida normal, tal como comandando uma ciclo de dois minutos fixo no circuito 1 seguido por um ciclo de dois minutos fixo no circuito 2. O controlador 40 então permitirá que o secador 16 reassuma as operações normais (se o modo de segurança foi usado por um tempo prolongado, ambos os leitos dissecantes podem precisar de regeneração). Alternativamente, quando o modo de segurança 96 é disparado, a verificação 98 pode ser omitida, e a etapa 102 realizada. Assim, ambas as válvulas de entrada 42 e 44 são abertas, ambas as válvulas de exaustão 52 e 54 são fechadas, e a válvula de drenagem 24 é fechada independente do estado anterior das válvulas de exaustão 52 e 54. De outro modo, a lógica de controle permanece a mesma como descrito aqui.

Claims (8)

1. Secador de ar (16), que compreende: uma entrada (28) para receber ar comprimido; um par de válvulas de entrada (42, 44) e um par de válvulas de exaustão correspondente (52, 54) posicionados em um bloco de válvulas (72) para controlar o movimento do ar comprimido através de um par correspondente de torres dissecantes (46, 48); um aquecedor (70) configurado para aquecer o bloco de válvulas (72); um sensor de temperatura (50) para emitir um sinal indicando a temperatura de pelo menos uma parte do secador de ar (16); e caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um controlador (40) pilotando a série de válvulas que é programado para determinar se uma do par de válvulas de exaustão (52, 54) está aberta quando a temperatura cai abaixo de um limite predeterminado e se assim, fechar uma correspondente do par de válvulas de entrada (42, 44), fechar ambas as válvulas de exaustão (52, 54), e abrir a outra do par de válvulas de entrada (42, 44).

2. Secador de ar (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (40) é programado para abrir ambas as válvulas de entrada (42, 44) e fechar ambas as válvulas de exaustão (52, 54) se uma do par de válvulas de exaustão (52, 54) não está aberta quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado.

3. Secador de ar (16), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o secador de ar (16) inclui uma válvula de dreno (24) associada com um estágio de pré-filtragem (30).

4. Secador de ar (16), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o controlador (40) é programado para fechar a válvula de dreno (24) quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado.

5. Método de impedir válvulas de secador de ar (16) congeladas, que compreende as etapas de: fornecer um secador de ar (16) tendo uma entrada (28) para receber ar comprimido, um par de válvulas de entrada (42, 44) e um par correspondente de válvulas de exaustão (52, 54) posicionado em um bloco de válvulas (72) para controlar o movimento do ar comprimido através de um par correspondente de torres dissecantes (46, 48), um aquecedor (70) para aquecer o bloco de válvulas (72), um sensor de temperatura (50) para emitir um sinal indicando a temperatura de pelo menos uma parte do secador de ar (16), e um controlador (40) pilotando a série de válvulas; caracterizado pelo fato de que compreende ainda: receber o sinal indicando a temperatura do secador de ar (16) do sensor de temperatura (50), determinar se a temperatura do secador de ar (16) caiu abaixo de um limite predeterminado, determinar se uma do par de válvulas de exaustão (52, 54) está aberta quando a temperatura cai abaixo de uma temperatura limite, e fechar uma correspondente do par de válvulas de entrada (42, 44), fechar ambas as válvulas de exaustão (52, 54), e abrir a outra do par de válvulas de entrada (42, 44), se uma do par de válvulas de exaustão (52, 54) está aberta quando a temperatura cai abaixo de um limite predeterminado.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de abrir ambas as válvulas de entrada (42, 44) e fechar ambas as válvulas de exaustão (52, 54), se uma do par de válvulas de exaustão (52, 54) não está aberta quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o secador de ar (16) inclui uma válvula de dreno (24) associada com um estágio de pré-filtragem (30).

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de fechar a válvula de dreno (24) quando a temperatura cai abaixo do limite predeterminado.