BR112020002852A2

BR112020002852A2 - sistema e método de degelo para resfriador posterior de compressor de ar

Info

Publication number: BR112020002852A2
Application number: BR112020002852-5A
Authority: BR
Inventors: Eric C. Wright
Original assignee: New York Air Brake, LLC
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2020-07-28
Also published as: AU2017427589A1; CN110997435B; ZA202000305B; CA3071255A1; CN110997435A; CA3071255C; US10184714B1; AU2017427589B2; WO2019035812A1

Abstract

A presente invenção refere-se a sistema e método de degelo de compressor que possui uma válvula do degelador do resfriador intermediário (26) e uma válvula do degelador do resfriador posterior (28) para abrir e fechar de modo seletivo o descarregador de primeiro estágio (18) e o descarregador de segundo estágio (22) para que o ar em alta temperatura possa degelar o resfriador intermediário e o resfriador posterior. Quando o descarregador de primeiro estágio (18) estiver fechado e o descarregador de segundo estágio (22), aberto, as temperaturas do primeiro estágio (20) aumentarão e o ar em alta temperatura resultante do primeiro estágio (20) derreterá qualquer gelo acumulado no resfriador intermediário (14). Quando o descarregador de primeiro estágio (18) estiver aberto e o descarregador de segundo estágio (22) estiver fechado, as temperaturas do segundo estágio (24) aumentarão e o ar em alta temperatura resultante do segundo estágio (24) derreterá qualquer gelo acumulado no resfriador posterior (16).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTE-

MA E MÉTODO DE DEGELO PARA RESFRIADOR POSTERIOR DE COMPRESSOR DE AR". ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a sistemas de suprimento de ar para locomotivas e, mais particularmente, ao degelo de resfriadores intermediários e resfriadores posteriores de compressor de ar.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Um típico compressor de ar de dois estágios para ferrovias inclui tanto um resfriador intermediário ("intercooler") quanto um resfri- ador posterior para remover o calor da compressão. A capacidade de retenção de água do ar é altamente dependente da temperatura, co- nhecida como pressão parcial de saturação; em altas temperaturas, o ar pode reter muito mais vapor de água do que em temperaturas bai- xas. Além disso, a pressão parcial de saturação é independente da pressão do ar. Sendo assim, à medida que o ar é isotermicamente comprimido, toda a pressão do vapor de água que excede a pressão parcial de saturação se precipita como água líquida. Em um típico compressor de ar, a compressão não é isotérmica, e o ar esquenta durante a compressão e sua capacidade de retenção de vapor de água é aumentada de forma correspondente. Na maioria das condi- ções de entrada, a água líquida irá se precipitar tanto no resfriador in- termediário quanto no resfriador posterior à medida que o ar se resfri- ar. Quando as temperaturas ambientes estão abaixo do congelamento e o compressor está funcionando em uma operação de ciclo de traba- lho reduzido, o compressor pode não gerar calor suficiente no resfria- dor intermediário e/ou no resfriador posterior para manter os resfriado- res acima do congelamento. Como resultado, podem ocorrer congela- mento e formação de gelo dentro dos resfriadores e eles podem ser bloqueados pelo gelo. Se as condições de formação de gelo persisti- rem, o fluxo de ar comprimido que passa através do resfriador pode ser bloqueado, impedindo desse modo a distribuição de ar comprimido para os principais reservatórios de locomotiva e comprometendo a ca- pacidade de frenagem do trem.

[0003] Soluções convencionais para o congelamento do resfriador intermediário ou do resfriador posterior envolvem o uso de circuitos de desvio que possui uma válvula de desvio manualmente operada e uma passagem de fluxo de desvio em paralelo com o circuito resfriador. Embora tal solução de desvio possa funcionar, as válvulas de desvio devem ser manualmente abertas no início do inverno e fechadas no fim do inverno. Além das dificuldades práticas relacionadas com a mu- dança manual das válvulas de desvio, tal como acessar todas as vál- vulas de desvio no momento apropriado, não há nenhuma garantia de que a mudança sazonal das válvulas de desvio irá coincidir com as mudanças reais nas temperaturas ambientes. Por exemplo, as loco- motivas geralmente atravessam regiões que permanecem frias o sufi- ciente para resultar em congelamento ao longo do ano. Como resulta- do, a técnica carece de uma abordagem sobre o degelo que resolva por completo tal problema.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] A presente invenção provê um sistema de degelo para um compressor de ar que possui uma válvula descarregadora de primeiro estágio e uma válvula descarregadora de segundo estágio que permite o degelo de modo fácil e automático quando a temperatura ambiente muda. O sistema de degelo inclui uma válvula do degelador do resfria- dor intermediário que é acoplado à válvula descarregadora de primeiro estágio e que é móvel entre uma primeira posição, na qual a válvula descarregadora de primeiro estágio é conectada a uma saída de uma válvula de controle do descarregador e uma segunda posição, na qual a válvula descarregadora de primeiro estágio é conectada ao exaustor.

O sistema de degelo também inclui uma válvula do degelador do res- friador posterior que está acoplada à válvula descarregadora de se- gundo estágio e que é móvel entre uma primeira posição, na qual a válvula descarregadora de segundo estágio é conectada à saída da válvula de controle do descarregador e uma segunda posição, na qual a válvula descarregadora de segundo estágio é conectada a um tercei- ro exaustor.

Um controlador é interconectado às guias da válvula do degelador do resfriador intermediário e à válvula do degelador do res- friador posterior e é programado para conduzir a válvula do degelador do resfriador intermediário para a segunda posição enquanto a válvula do degelador do resfriador posterior está na primeira posição por um primeiro intervalo de tempo quando a temperatura ambiente está abai- xo de um limite predeterminado.

O controlador também é programado para conduzir a válvula do degelador do resfriador posterior para a se- gunda posição enquanto a válvula do degelador do resfriador interme- diário está na primeira posição por um segundo intervalo de tempo quando a temperatura ambiente está abaixo de um limite predetermi- nado.

O controlador pode ser programado para determinar se o com- pressor está descarregado antes de conduzir a válvula do degelador do resfriador intermediário e a válvula do degelador do resfriador pos- terior.

O controlador também pode ser programado para repetir a con- dução da válvula do degelador do resfriador intermediário e da válvula do degelador do resfriador posterior depois de um intervalo de espera predeterminado que pode ser ajustado com base na temperatura am- biente.

Um sensor de pressão pode ser associado com a saída da vál- vula de controle do descarregador e interconectada ao controlador.

Um sensor de temperatura ambiente também pode ser interconectado ao controlador.

Um primeiro sensor de temperatura pode ser associa- do com uma saída do resfriador intermediário e interconectado ao con-

trolador, e um segundo sensor de temperatura pode ser associado com uma saída do resfriador posterior e interconectado ao controlador. O controlador pode então ser programado para ajustar o intervalo de espera predeterminado de tempo com base na leitura do primeiro sen- sor de temperatura ou do segundo sensor de temperatura. O controla- dor também pode ser programado para ajustar o intervalo de espera predeterminado de tempo com base em um ciclo de carga do com- pressor.

[0005] A presente invenção também inclui um método de degelo de um compressor de ar que possui uma válvula descarregadora de primeiro estágio e uma válvula descarregadora de segundo estágio. O método começa com a etapa para determinar se a temperatura ambi- ente pode resultar na formação de gelo sobre um resfriador intermedi- ário ou um resfriador posterior do compressor. Em caso afirmativo, o método inclui acoplar uma dentre a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor, e não acoplar a outra dentre a válvula descarregadora de primeiro es- tágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor, por um intervalo de tempo predeterminado para que o calor gerado por esse estágio possa degelar o resfriador intermediário ou o resfriador posterior associado. A etapa para acoplar a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor é executada conduzindo-se de maneira seletiva uma válvula do degelador do resfriador intermediário que está acoplada à válvula descarregadora de primeiro estágio e é móvel entre uma primeira po- sição, na qual a válvula descarregadora de primeiro estágio é conec- tada à saída de uma válvula de controle do descarregador e uma se- gunda posição, na qual a válvula descarregadora de primeiro estágio é conectada ao exaustor. A etapa para acoplar a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor também compreende conduzir de maneira seletiva uma válvula do degelador do resfriador posterior que está acoplada à válvu- la descarregadora de segundo estágio e é móvel entre uma primeira posição, na qual a válvula descarregadora de segundo estágio é co- nectada à saída da válvula de controle do descarregador e uma se- gunda posição, na qual a válvula descarregadora de segundo estágio é conectada ao exaustor. O método também inclui a etapa para aco- plar a outra dentre a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor por um se- gundo intervalo de tempo predeterminado e não acoplar a válvula des- carregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de se- gundo estágio que estava anteriormente acoplada ao exaustor durante o primeiro intervalo de tempo predeterminado. O método também compreende a etapa para repetir as etapas para acoplar de maneira seletiva a a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio depois de um intervalo de espera predeterminado que pode ser dependente da temperatura ambiente. BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DO(S) DESENHO(S)

[0006] A presente invenção será mais bem compreendida e apre- ciada por meio da leitura da Descrição Detalhada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais:

[0007] A figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de dege- lo de compressor de acordo com a presente invenção;

[0008] A figura 2 é uma vista esquemática de um controlador para um sistema de degelo de compressor de acordo com a presente in- venção;

[0009] A figura 3 é um fluxograma de um método de habilitação de degelo para um sistema de degelo de compressor de acordo com a presente invenção;

[0010] A figura 4 é um fluxograma de um método de controle para um sistema de degelo de compressor de acordo com a presente in- venção;

[0011] A figura 5 é um fluxograma de um método de controle para um sistema de degelo de compressor que representa o ciclo de carga do compressor de acordo com a presente invenção;

[0012] A figura 6 é um fluxograma de um método de controle para um sistema de degelo de compressor que representa temperaturas de saída do compressor de acordo com a presente invenção;

[0013] A figura 7 é uma vista esquemática de um sistema de dege- lo de compressor de acordo com a presente invenção em normal ope- ração;

[0014] A figura 8 é uma vista esquemática de um sistema de dege- lo de compressor de acordo com a presente invenção em uma configu- ração descarregada;

[0015] A figura 9 é uma vista esquemática de um sistema de dege- lo de compressor de acordo com a presente invenção em um resfria- dor posterior degelo configuração; e

[0016] A figura 10 é uma vista esquemática de um sistema de de- gelo de compressor de acordo com a presente invenção em uma con- figuração de degelo do resfriador intermediário.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0017] Com referência às figuras, nas quais numerais iguais refe- rem-se a partes iguais ao longo de toda a descrição, é visto na figura 1 um sistema 10 associado com a compressor de ar de locomotiva com dois estágios 12 para degelar de modo seletivo o resfriador intermediá- rio 14 e o resfriador posterior 16 associado com o compressor 12. O compressor 12 possui uma primeira válvula descarregadora 18 asso- ciada com seu primeiro estágio de compressão 20 e uma segunda vál- vula descarregadora 22 associada com seu segundo estágio de com- pressão 24. A válvulas descarregadoras, tais como a primeira válvula descarregadora 18 e a segunda válvula descarregadora 22, são usa- das convencionalmente para reduzir o torque durante o arranque do compressor causando um curto-circuito nas válvulas de entrada do compressor 12 para que não haja nenhuma compressão quando o compressor começar a operar. As válvulas descarregadoras 18 e 22 podem ser conduzidas de modo seletivo usando-se ar comprimido pa- ra abertura e fechamento quando o compressor 12 estiver operando para controlar a distribuição de ar. Por exemplo, quando as válvulas descarregadoras 18 e 22 estão fechadas, o compressor 12 se encon- tra carregado e, portanto, distribuindo ar, e quando as válvulas descar- regadoras 18 e 22 estão abertas, o compressor 12 está descarregado e sem distribuição de ar. Desse modo, o compressor 12 pode ser ope- rado de forma contínua com a distribuição de ar controlada por meio das válvulas descarregadoras 18 e 22.

[0018] Em adição à operação convencional de válvula descarre- gadora 18 e 22 para controlar a distribuição de ar, o sistema 10 é con- figurado para operar de modo seletivo a primeira válvula descarrega- dora 18 e uma segunda válvula descarregadora 22 para o degelo do resfriador intermediário 14 e do resfriador posterior 16. Quando a pri- meira válvula descarregadora 18 está fechada e a segunda válvula descarregadora 22 está aberta, a temperatura do primeiro estágio de compressão 20 se eleva à medida que as pressões no primeiro está- gio aumentam. E o ar em alta temperatura no primeiro estágio de compressão 20 derrete qualquer gelo acumulado no resfriador inter- mediário 14, permitindo apenas uma pequena capacidade de fluxo de ar a partir do compressor 12. Quando a primeira válvula descarregado- ra 18 está aberta e a segunda válvula descarregadora 22 está fecha- da, a temperatura do segundo estágio de compressão 24 se eleva à medida que as pressões no segundo estágio de compressão 24 au- mentam. E o ar em alta temperatura no segundo estágio de compres-

são 24 derrete qualquer gelo acumulado no resfriador posterior 16, permitindo apenas uma pequena capacidade de fluxo de ar a partir do compressor 12.

[0019] Conforme visto na figura 1, o sistema 10 efetua o controle seletivo da primeira válvula descarregadora 18 e da segunda válvula descarregadora 22 para uma válvula do degelador do resfriador inter- mediário 26 associada com a primeira válvula descarregadora 18 e uma válvula do degelador do resfriador posterior 28 associada com a segunda válvula descarregadora 22. A válvula do degelador do resfri- ador intermediário 26 e a válvula do degelador do resfriador posterior 28 são geralmente acopladas a uma válvula de controle do descarre- gador 30. A válvula de controle do descarregador 30 pode ser condu- zida para acoplar de modo seletivo a válvula do degelador do resfria- dor intermediário 26 e a válvula do degelador do resfriador posterior 28 a uma fonte de pressão do reservatório principal MR ou a um exaustor EX. A válvula do degelador do resfriador intermediário 26 pode ser conduzida de modo correspondente para acoplar a primeira válvula descarregadora 18 à saída da válvula de controle do descarregador 30 ou ao exaustor EX. A válvula do degelador do resfriador posterior 28 também pode ser conduzida para acoplar a segunda válvula descarre- gadora 18 à saída de válvula de controle do descarregador 30 ou a um exaustor EX. O sistema 10 também inclui um transdutor de pressão 32 posicionado entre a saída de válvula de controle do descarregador 30 e as entradas da válvula do degelador do resfriador intermediário 26 e uma válvula do degelador do resfriador posterior 28. Um primeiro sen- sor de temperatura 34 é opcionalmente posicionado para determinar a temperatura do ar no compressor entre o resfriador intermediário 14 e o segundo estágio de compressão 24. Um segundo sensor de tempe- ratura 36 é opcionalmente posicionado para determinar a temperatura do ar no compressor a jusante do resfriador posterior 16. Um terceiro sensor de temperatura 38 é posicionado para determinar a temperatu- ra ambiente. A válvula do degelador do resfriador intermediário 26 e a válvula do degelador do resfriador posterior 28 podem compreender válvulas magnéticas de três vias para o controle eletrônico das mes- mas conforme descrito aqui.

[0020] Com referência à figura 2, a válvula do degelador do resfri- ador intermediário 26 e a válvula do degelador do resfriador posterior 28 podem ser operadas de modo seletivo por um controlador 40 inter- conectado ao primeiro sensor de temperatura 34, ao segundo sensor de temperatura 36 e ao terceiro sensor de temperatura 38. O controla- dor 40 também pode ser acoplado ao sensor de pressão da válvula de controle do descarregador 32 e a um sensor de velocidade de rotação do compressor 42. O controlador 40 é programado para prover contro- le individual da válvula do degelador do resfriador intermediário 26 e da válvula do degelador do resfriador posterior 28 por meio das válvu- las magnéticas correspondentes. É válido observar que outras abor- dagens elétricas, pneumáticas e eletropneumáticas podem ser usadas para permitir que o controlador 40 opere a válvula do degelador do resfriador intermediário 26 e a válvula do degelador do resfriador pos- terior 28. Em um estado não energizado, cada válvula de três vias co- necta seu compressor descarregador associado à válvula de controle do descarregador 30. No estado energizado, a válvula de três vias ventila seu compressor descarregador associado ao exaustor EX e bloqueia a válvula de controle do descarregador 30. O controlador 40 pode ser qualquer dispositivo programável que possua um software, um firmware dedicado ou um circuito digital ou analógico configurado de acordo com a presente invenção.

[0021] Com referência à figura 3, o controlador 40 pode implemen- tar um método de habilitação de degelo 50 que começa com o contro- lador 40 lendo o sensor de pressão da válvula de controle do descar-

regador 32 para determinar quando o compressor está operando no estado descarregado 52. Alta pressão significa que o compressor 12 está descarregado, enquanto pressão baixa/zero significa que o com- pressor está carregado ou 12 desligado. Se uma verificação 54 deter- minar que o compressor 12 está carregado, o degelo é desabilitado

62. Se a verificação 54 determinar que o compressor 12 está descar- regado, então o controlador 40 lê o sensor de temperatura ambiente

56. Se uma verificação 58 determinar que a temperatura ambiente é maior que o congelamento (0 ºC), então a função de degelo do resfria- dor intermediário/resfriador posterior é desabilitada 62. Se a tempera- tura ambiente for menor ou igual ao congelamento (0 ºC) na verifica- ção 58, então a função de degelo do resfriador intermediário/resfriador posterior é habilitada 60.

[0022] Com referência à figura 4, um primeiro método de controle de sistema de degelo 70 pode começar com uma verificação 72 para determinar se o degelo está habilitado, tal como por meio do método 50 da figura 3. Se o degelo estiver habilitado, o controlador 40 inicia um temporizador de degelo do resfriador intermediário 74 e energiza a válvula de degelo do resfriador intermediário para causar a carga 76 do primeiro estágio. Esta operação faz o ar em alta temperatura fluir para o resfriador intermediário 14. Uma verificação 78 para determinar se o temporizador de degelo de resfriamento interno fixo expirou provê a intervalo de tempo de degelo de resfriamento interno fixo, enquanto o segundo estágio permanece descarregado. Quando a verificação 78 determina que o fim de o intervalo de degelo de resfriamento interno fixo foi atingido, o controlador 40 desenergiza a válvula de degelo do resfriador intermediário 80. Em seguida, o controlador 40 inicia um temporizador de degelo do resfriador posterior 82 que estabelece um intervalo de tempo de degelo fixo para o resfriador posterior e energiza a válvula de degelo do resfriador posterior 84 para fazer o segundo estágio carregar em um tempo fixo.

Esta operação faz o ar em alta temperatura fluir para o resfriador posterior 16, derretendo assim qual- quer gelo formado no mesmo.

Quando uma verificação 86 determina que o temporizador de degelo do resfriador posterior expirou e que, portanto, o intervalo de tempo de degelo do resfriador posterior foi concluído, o controlador 40 desenergiza a válvula do degelador do res- friador posterior 88. O controlador 40 então inicia um temporizador que estabelece um intervalo de tempo de espera predefinido.

Quando uma verificação 90 determina que o temporizador de espera expirou, o mé- todo de degelo 70 é reiniciado.

O intervalo de espera predefinido pode ser proporcional à temperatura ambiente com um intervalo mais curto em temperaturas ambientes mais baixas, visto que formação de gelo ocorrerá com mais frequência quando as temperaturas ambientes fo- rem mais frias.

Se a qualquer momento o controlador 40 determinar que o compressor 12 está carregado ao detectar que a pressão de controle do descarregador é aproximadamente de O psi (ou menor que alguma outra pressão baixa usada para definir o que é considerado como carregado) e se a duração do ciclo carregado for menor que um valor mínimo predefinido (por exemplo, 30 segundos), então o contro- lador 40 poderá completar qualquer sequência de degelo que estiver em progresso.

Se o ciclo carregado for maior que o valor mínimo pre- definido, porém, menor que algum valor máximo predefinido (por exemplo, maior que 30 segundos, porém, menor que 60 segundos), o controlador 40 poderá reiniciar opcionalmente o temporizador de espe- ra.

Note que a pressão de controle do descarregador é zero durante a operação carregada e quando o compressor está desligado.

Os limites de tempo podem ser selecionados para que sejam longos o bastante para aquecer tanto o resfriador intermediário 14 quanto o resfriador posterior 16, porém, com um limite superior para lidar com a possibili- dade de um compressor em estado desligado.

[0023] Com referência à figura 5, um segundo método de controle de sistema de degelo 100 pode ser usado se o controlador 40 incluir um sensor de corrente/frequência sobre o motor de acionamento do compressor 12 ou um sensor de velocidade sobre os elementos girató- rios do compressor 12 que permitam ao controlador 40 determinar quando o compressor 12 está operando no estado carregado. Em um estado carregado, a pressão de controle do descarregador será baixa e o sinal de velocidade será alto. O método 100 começa com o contro- lador 40 lendo o sensor de pressão da válvula de controle 102 e o sensor do motor de acionamento do compressor 104. Se uma verifica- ção 106 determinar que o compressor 12 está ligado e carregado, e uma segunda verificação 108 determinar que o ciclo de carga é maior que um valor mínimo predefinido (por exemplo, maior que 30 segun- dos), o controlador 40 poderá reiniciar opcionalmente o intervalo de tempo de espera 110. O limite de tempo operacional mínimo pode ser selecionado para que seja longo o bastante para aquecer tanto o res- friador intermediário 14 quanto o resfriador posterior 16.

[0024] Com referência à figura 6, um terceiro método de controle de sistema de degelo 120 pode ser usado se o controlador 40 for in- terconectado ao primeiro sensor de temperatura 34 na saída de resfri- ador intermediário 14 e/ou ao segundo sensor de temperatura na saí- da do resfriador posterior 16. Em operação, se o modo de degelo esti- ver habilitado assim como na figura 3, o controlador 40 começa a pro- cessar 120 lendo a pressão de controle do descarregador e o sensor do motor de acionamento do compressor de velocidade 42 para de- terminar se o compressor 12 está operando no estado carregado. Se uma verificação 124 determinar que o compressor 12 está no estado operacional carregado, o controlador 40 lê as temperaturas de descar- ga 126 do resfriador intermediário e/ou resfriador posterior. Se uma verificação 128 determinar que as temperaturas de saída do resfriador intermediário e/ou do resfriador posterior são maiores que um valor limite, tal como o congelamento mais uma margem predefinida (tal como 5 ºC), então o intervalo de espera da função de degelo é redefi- nido 130 e pode ser opcionalmente configurado em um tempo maior. Se as temperaturas de saída do resfriador intermediário e do resfriador posterior não forem maiores que o congelamento mais a margem pre- definida (tal como 5 ºC), então o intervalo de espera de degelo do res- friador intermediário/resfriador posterior não é redefinido e pode ser opcionalmente diminuído para um tempo mais curto 132. Em qualquer uma das modalidades, a duração do tempo de degelo do resfriador intermediário e o intervalo de espera podem ser opcionalmente dife- rentes da duração do tempo de degelo do resfriador posterior e do in- tervalo de espera.

[0025] Com referência à figura 7, o primeiro estágio de compres- são 20 e o segundo estágio de compressão 24 são tipicamente dimen- sionados para que cada um comprima aproximadamente em uma taxa de compressão de 3,2:1 (CR), assumindo que o controlador do com- pressor está mantendo uma pressão de saída de aproximadamente 145 psi (10 bar). Isso gera aproximadamente uma taxa de compressão de 10:1 total (3,2 x 3,2 é aproximadamente 10) em operação normal com ambas as válvulas descarregadoras 18 e 22 fechadas. Com refe- rência à figura 8, em uma operação descarregada, a válvula de entra- da 136 do primeiro estágio de compressão 20 e a válvula de entrada 138 do segundo estágio de compressão 24 são dispostas em curto- circuito pelas válvulas descarregadoras 18 e 22, respectivamente, para que nenhuma compressão possa ocorrer. Como resultado, a taxa de compressão para cada estágio, e total, é de 1:1.

[0026] Com referência à figura 9, quando a válvula descarregadora de primeiro estágio 18 está aberta e a válvula descarregadora de se- gundo estágio 22 está fechada, o segundo estágio de compressão 24 executa todo o trabalho e comprime na taxa de compressão de 10:1. A admissão é a pressão atmosférica e o exaustor é de 10 bar, embora em um fluxo volumétrico baixo. Pelo fato de a taxa de compressão ser de 10:1, o calor de compressão é muito maior do que em uma opera- ção normal, na qual a taxa de compressão é de apenas 3,2:1. Esse calor de compressão maior é usado para degelar o resfriador posterior

16.

[0027] Com referência à figura 10, quando o primeiro estágio des- carregador 18 está fechado e o segundo estágio descarregador 22 es- tá aberto, o primeiro estágio de compressão 20 executa todo o traba- lho e comprime na taxa de compressão de 10:1. A sucção da admis- são decorrente da taxa de compressão de 3,2 resultará em uma pres- são de 3,2 bar(g) no cilindro posicionado no fundo de um curso de admissão. Essa pressão aumentará para 10 bar no ponto morto supe- rior (3,2 X 3,2 = -10). Se a saída do compressor for menor que 10 bar, o primeiro estágio de compressão 20 passará o ar através da válvula do exaustor 142 do segundo estágio de compressão 24 até que a saí- da atinja 10 bar. Em função de a taxa de compressão ser de 10:1, o calor de compressão é muito maior do que em uma operação normal, na qual a taxa de compressão é de apenas 3,2:1. Se a saída do com- pressor estiver em 10 bar ou mais, então a pressão no primeiro está- gio de compressão 20 será insuficiente para fluir através da válvula do exaustor 142 do segundo estágio de compressão 24. Como resultado, o primeiro estágio de compressão 20 adicionará calor ao volume con- finado do ar intermediário em cada curso de compressão. Esse calor acumulado de compressão é muito maior do que em uma operação normal, na qual a taxa de compressão é de apenas 3,2:1 e é usado para degelar o resfriador intermediário 14.

[0028] Conforme descrito aqui, a presente invenção é útil porque, em geral, o compressor 12 é controlado pela locomotiva sobre a qual ele é disposto para manter o sistema do reservatório principal da lo- comotiva em uma pressão entre 130 e 145 psi. Em clima quente, os descarregadores 18 e 22 são primariamente usados para permitir que o compressor 12 inicie descarregado e atinja a velocidade operacional sem o torque necessário para a compressão do ar. Assim que o com- pressor 12 atinge tal velocidade, as válvulas descarregadoras 18 e 22 são fechadas e o compressor 12 opera normalmente. Em clima frio, além de serem usadas para ajudar a facilitar o arranque, as válvulas descarregadoras 18 e 22 podem ser usadas para controlar a distribui- ção de ar. Mais especificamente, o compressor 12 é operado de forma contínua em clima mais frio porque, em baixas temperaturas, os com- pressores lubrificados com óleo podem ter torques de partida muito altos mesmo com os descarregadores abertos devido à viscosidade da temperatura baixa do óleo do cárter. Como o compressor 12 é operado de forma contínua para evitar as dificuldades de arranque frio, as vál- vulas descarregadoras 18 e 22 são usadas para verificar se o com- pressor operado de forma contínua 12 está de fato distribuindo ar comprimido. No entanto, quando o compressor 12 está operando des- carregado, não há nenhum fluxo de ar e pouco ou nenhum calor de compressão, porém, o ventilador de arrefecimento acionado pela cam- bota está operando para soprar o ar frio em direção ao resfriador in- termediário 14 e ao resfriador posterior 16. Qualquer umidade que te- nha precipitado a partir do resfriador intermediário 14 ou do resfriador posterior 16 está, portanto, sujeita ao congelamento. Em geral, tanto a válvula descarregadora de primeiro estágio 18 quanto a válvula des- carregadora de segundo estágio 22 são controladas de forma síncrona por uma única válvula de controle do descarregador 30 controlada pela locomotiva.

[0029] Desse modo, a presente invenção pode prover um com- plemento independente para um sistema existente de controle de compressor de locomotiva para fornecer um resfriador intermediá- rio/resfriador posterior degelo. O controlador 40 pode compreender um dispositivo independente que é conectado a um sistema de locomotiva junto com os componentes estruturais associados para implementar a presente invenção. O controlador 40 também pode compreender um controlador legado retro encaixado com programação de acordo com a presente invenção ou até mesmo um software ou firmware implantado nos elementos programáveis de um sistema de controle de locomotiva que é responsável por controlar o equipamento de suprimento de ar convencional.

[0030] Desse modo, a presente invenção pode ser um sistema, um método e/ou um programa de computador associado e é descrita aqui com referência a fluxogramas e diagramas em bloco de métodos e sis- temas. O fluxograma e os diagramas em bloco ilustram a arquitetura, a funcionalidade e a operação das possíveis implementações dos siste- mas, métodos e programas de computador da presente invenção. É válido observar que cada bloco dos fluxogramas e diagramas em bloco pode ser implantado em software, firmware, ou circuitos analógicos ou digitais dedicados por instruções de programa legíveis por computa- dor. Essas instruções de programa legíveis por computador podem ser implantadas no processador de um computador de propósito geral, um computador de propósito especial ou em outro aparelho programável de processamento de dados para produzir uma máquina que imple- menta uma parte ou todos os blocos dos fluxogramas e diagramas em bloco. Cada bloco do fluxograma ou diagramas em bloco pode repre- sentar um módulo, segmento ou uma porção de instruções, o que compreende uma ou mais instruções executáveis para implementar as funções lógicas especificadas. Também é válido notar que cada bloco dos diagramas em bloco e ilustrações de fluxogramas, ou combina- ções de blocos dos diagramas em bloco e fluxogramas, pode ser im-

plantado por sistemas baseados em hardware de propósito especial que executam as funções ou ações especificadas ou combinações de instruções de hardware e computador de propósito especial.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de degelo (10) para um compressor de ar que possui uma válvula descarregadora de primeiro estágio (18) e uma válvula descarregadora de segundo estágio (22), caracterizado pelo fato de que compreende: uma válvula do degelador do resfriador intermediário (26) acoplada à válvula descarregadora de primeiro estágio que é móvel entre uma primeira posição, na qual a válvula descarregadora de pri- meiro estágio (18) é conectada a uma saída de uma válvula de contro- le do descarregador (30) e uma segunda posição, na qual a válvula descarregadora de primeiro estágio (18) é conectada ao exaustor; e uma válvula do degelador do resfriador posterior (28) aco- plada à válvula descarregadora de segundo estágio que é móvel entre uma primeira posição, na qual a válvula descarregadora de segundo estágio é conectada à saída da válvula de controle do descarregador (30) e uma segunda posição, na qual a válvula descarregadora de se- gundo estágio (22) é conectada a um terceiro exaustor.

2. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que ainda compreende um controlador inter- conectado a um primeiro piloto para a válvula do degelador do resfria- dor intermediário e um segundo piloto para a válvula do degelador do resfriador posterior que é programado para conduzir a válvula do de- gelador do resfriador intermediário e a válvula do degelador do resfria- dor posterior.

3. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 2, ca- racterizado pelo fato de que o controlador é programado para conduzir a válvula do degelador do resfriador intermediário rumo à segunda po- sição durante um primeiro intervalo de tempo quando uma temperatura ambiente estiver abaixo de um limite predeterminado.

4. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 3, ca-

racterizado pelo fato de que o controlador é programado para conduzir a válvula do degelador do resfriador posterior rumo à segunda posição por um segundo intervalo de tempo quando a temperatura ambiente está abaixo de um limite predeterminado.

5. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 4, ca- racterizado pelo fato de que o controlador é programado para determi- nar se o compressor está descarregado antes de conduzir a válvula do degelador do resfriador intermediário ou a válvula do degelador do res- friador posterior.

6. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 5, ca- racterizado pelo fato de que o controlador é programado para repetir a condução da válvula do degelador do resfriador intermediário e da vál- vula do degelador do resfriador posterior depois de um intervalo de espera predeterminado.

7. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 6, ca- racterizado pelo fato de que compreende um sensor de pressão asso- ciado com a saída da válvula de controle do descarregador e interco- nectado ao controlador e um sensor de pressão ambiente interconec- tado ao controlador.

8. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 7, ca- racterizado pelo fato de que ainda compreende um primeiro sensor de temperatura associado com uma saída do resfriador intermediário e interconectado ao controlador e um segundo sensor de temperatura associado com uma saída do resfriador posterior e interconectado ao controlador.

9. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 8, ca- racterizado pelo fato de que o controlador é programado para ajustar um intervalo de espera predeterminado de tempo com base na leitura do primeiro sensor de temperatura (34) ou o segundo sensor de tem- peratura (36).

10. Sistema de degelo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o controlador é programado para ajus- tar o intervalo de espera predeterminado de tempo com base em um ciclo de carga do compressor de ar.

11. Método de degelo de um compressor de ar que possui uma válvula descarregadora de primeiro estágio (18) e uma válvula descarregadora de segundo estágio (22), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas para: determinar se a temperatura ambiente pode resultar em formação de gelo de um resfriador intermediário ou um resfriador pos- terior do compressor; e acoplar uma dentre a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor sem acoplar a outra dentre a válvula descarregadora de primeiro está- gio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor por um intervalo de tempo predeterminado.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracteriza- do pelo fato de que a etapa para acoplar a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor compreende conduzir de maneira seletiva uma válvula do degelador do resfriador intermediário que está acoplada à válvula des- carregadora de primeiro estágio e é móvel entre uma primeira posição, na qual a válvula descarregadora de primeiro estágio é conectada à saída de uma válvula de controle do descarregador e uma segunda posição, na qual a válvula descarregadora de primeiro estágio é co- nectada ao exaustor.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que a etapa para acoplar a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio ao exaustor também compreende conduzir de maneira seletiva uma vál-

vula do degelador do resfriador posterior que está acoplada à válvula descarregadora de segundo estágio e é móvel entre uma primeira po- sição, na qual a válvula descarregadora de segundo estágio é conec- tada à saída da válvula de controle do descarregador e uma segunda posição, na qual a válvula descarregadora de segundo estágio é co- nectada ao exaustor.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracteriza- do pelo fato de que ainda compreende a etapa para acoplar a outra dentre a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula des- carregadora de segundo estágio ao exaustor por um segundo intervalo de tempo predeterminado e não acoplar a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio que estava anteriormente acoplada ao exaustor durante o primeiro interva- lo de tempo predeterminado.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracteriza- do pelo fato de que ainda compreende repetir as etapas para acoplar de maneira seletiva a válvula descarregadora de primeiro estágio ou a válvula descarregadora de segundo estágio depois de um intervalo de espera predeterminado.

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NR 02 Ler o sensor de pressão da válvula de controle do descarregador 104 Ler o sensor do motor de acionamento do compressor 106 O compressor está carregado? 108 O ciclo de carga é maior que um valor mínimo? : Redefinir o intervalo de tempo de espera

Ler o sensor de pressão da válvula 122 120 de controle do descarregador e o DA sensor de velocidade 124 O compressor está carregado? Ler um ou ambos os 1% sensores de temperatura de saída de descarga 18 132 A temperatura de ii ; saída é maior que um Diminuir opcionalmente o valor limite? intervalo de tempo de espera Redefinir o intervalo de tempo de espera 130 ou aumentar o intervalo de tempo de espera oO o << o o 8 $ [88

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