DE102006034179A1 - Arbeitseinheit, insbesondere Kompressoreinheit - Google Patents

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Abstract

Eine Arbeitseinheit, insbesondere eine Kompressoreinheit (30), umfaßt zwei Arbeitsanlagen (31, 32), die jeweils einen Elektromotor und eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Kompressor, umfassen. Um eine derartige Arbeitseinheit zu verbessern, weist die Arbeitseinheit (30) einen Frequenzumrichter auf, der wahlweise dem einen Elektromotor oder dem anderen Elektromotor zuschaltbar ist (Fig. 1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Arbeitseinheit, insbesondere eine Kompressoreinheit, mit zwei Arbeitsanlagen, die jeweils einen Elektromotor und eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Kompressor, umfassen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Arbeitseinheit. Bei dem Kompressor handelt es sich insbesondere um einen Verdichter, insbesondere einen Schraubenverdichter. Bei den Arbeitsmaschinen kann es sich allerdings auch um Pumpen oder andere Arbeitsmaschinen handeln. Als Elektromotoren werden vorzugsweise Asynchronmotoren verwendet, insbesondere Dreiphasen-Asynchronmotoren.
  • Eine Kompressoreinheit der eingangs angegebenen Art ist bereits bekannt. Bei dieser Arbeitseinheit sind zwei Kompressoren in einem Gehäuse untergebracht und mit einer Master-Slave-Grundlastwechselschaltung ausgestaltet. Dies bedeutet, daß ein Kompressor als Grundlastkompressor arbeitet. Der andere Kompressor arbeitet als Spitzenlastkompressor. Er wird nur hinzugeschaltet, wenn die von dem Grundlastkompressor erbrachte Leistung für die Leistungsanforderung nicht ausreicht, wenn also beispielsweise die Leistung des Grundlastkompressors nicht genügt, um den eingestellten Mindestdruck zu halten. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, die an der Kompressoreinheit einstellbar ist, wird der Betrieb umgestellt: der bisherige Spitzenlastkompressor arbeitet dann als Grundlastkompressor, und der bisherige Grundlastkompressor als Spitzenlastkompressor. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Betriebsstunden, also die Gesamtlaufzeit jedes Kompressors langfristig gleich ist. Die Kompressoren wechseln sich also nach bestimmten Zeitintervallen, die vorzugsweise einstellbar sind, in der Erfüllung der Grundlast und der Spitzenlast ab.
  • Um diese Grundlastwechselschaltung durchführen zu können, wird bei bisherigen Kompressoreinheiten für jede einen Elektromotor und einen Kompressor umfassende Arbeitsanlage jeweils ein Frequenzumrichter benötigt. Der Frequenzumrichter ist erforderlich, um den als Spitzenlastkompressor arbeitenden Kompressor der Leistungsanforderung entsprechend ansteuern zu können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Arbeitseinheit der eingangs angegebenen Art und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer derartigen Arbeitseinheit vorzuschlagen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Arbeitseinheit weist einen Frequenzumrichter auf, der wahlweise dem einen Elektromotor oder dem anderen Elektromotor zuschaltbar ist. Hierdurch ist für die gesamte Arbeitseinheit nur noch ein einziger Frequenzumrichter erforderlich. Der bisher benötigte, zweite Frequenzumrichter wird überflüssig gemacht.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Vorteilhaft ist es, wenn wahlweise eine der Arbeitsanlagen als Grundlastanlage und die andere Arbeitsanlage als Spitzenlastanlage betreibbar ist. Auf diese Weise kann die Arbeitseinheit in Grundlastwechselschaltung betrieben werden. Die Umschaltung kann nach einer vorherbestimmten Zeit erfolgen, die vorzugsweise einstellbar ist. Dabei kann die Umschaltung von Hand oder automatisch durch ein entsprechendes Steuergerät oder Regelgerät durchgeführt werden. Es ist allerdings auch möglich, die Umschaltung in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern durchzuführen. Zu den Betriebsparametern kann die Betriebsdauer gehören. Stattdessen oder zusätzlich können allerdings auch andere Betriebsparameter ver wendet werden, insbesondere Betriebsparameter, die ein Maß für den Verschleiß beinhalten.
  • Vorzugsweise ist der Frequenzumrichter dem Elektromotor der Grundlastanlage zugeschaltet. Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Elektromotor der Spitzenlastanlage in Y/D-Schaltung (Stern/Dreieck-Schaltung) betreibbar ist. In diesem Fall wird der Elektromotor der Spitzenlastanlage mit konstanter Leistung betrieben. Die Leistungssteuerung oder Leistungsregelung, also die Anpassung an verschiedene Leistungsanforderungen, wird durch den Elektromotor der Grundlastanlage erreicht.
  • Bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst. Das Verfahren dient zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Arbeitseinheit und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor einer Arbeitsanlage frequenzgeregelt betrieben wird und daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Leistungsanforderung der Elektromotor der anderen Arbeitsanlage in Y/D-Schaltung (Stern/Dreieck-Schaltung) betrieben wird.
  • Vorteilhaft ist es, wenn in Abhängigkeit von der Betriebsdauer und/oder in Abhängigkeit von einem oder mehreren weiteren Betriebsparametern der Elektromotor der anderen Arbeitsanlage frequenzgeregelt betrieben wird und wenn der Elektormotor der einen Arbeitsanlage bei Überschreiten einer vorgegebenen Leistungsanforderung in Y/D-Schaltung betrieben wird. Auf diese Weise kann eine Grundlastwechselschaltung realisiert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt
  • 1 eine Kompressoreinheit mit zwei Kompressoranlagen in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2 ein Schaltschema der Kompressoranlagen der Arbeitseinheit,
  • 3 ein Schaltbeispiel der beiden Kompressoranlagen,
  • 4 ein abgewandeltes Schaltbeispiel, bei dem die Funktionen der Kompressoranlagen umgekehrt worden sind und
  • 5 ein Luftverbrauch-Liefermenge-Diagramm der Kompressoreinheit.
  • Die in 1 gezeigte Kompressoreinheit 30 umfaßt eine erste Kompressoranlage 31 und eine zweite Kompressoranlage 32, die sich in einem gemeinsamen Gehäuse 34 befinden, und einen Frequenzumrichter.
  • Wie aus 2 ersichtlich umfaßt jede Kompressoranlage 31, 32 jeweils einen Elektromotor M1, M2, bei denen es sich jeweils um Drei-Phasen-Asynchronmotoren handelt. Die Elektromotoren M1, M2 können in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung (Y-Schaltung oder D-Schaltung) betrieben werden.
  • Der Elektromotor M1 der ersten Kompressoranlage 31 treibt über seine Ausgangswelle einen Schraubenverdichter 4 an, der über einen Abscheiderbehälter 5 mit einem Feinabscheider 6 verbunden ist. Der Ölkreislauf des Schraubenverdichters 4 wird von dem Ölthermostat 8, dem Ölkühler 10 und dem Ölfilter 9 gebildet. Von dem Feinabscheider 6 führt eine Leistung zum Schraubenverdichter 4. Die Druckluft gelangt von dem Feinabscheider 6 über das Druckventil 12 zum Mindestdruckventil 7.
  • Am Lufteintritt 13 befindet sich ein Ansaugfilter 1. Von dort gelangt die eintretende Luft über die Steuereinheit 3 zum Eingang des Schraubenverdichters 4. Die Steuereinheit 3 umfaßt ein Ansaugventil 14 und einen Ansaugregler 2. Der Ansaugregler 2 umfaßt ein Magnetventil, das in zwei Schaltstellungen bringbar ist, nämlich die in 2 gezeigte unterbrochene Stellung, in der Luft über das Ansaugventil 14, das dem Ansaugregler 2 parallel geschaltet ist, dem Schraubenverdichter 4 zugeführt wird, und in eine zweite Schaltstellung, in der die Luft vom Ansaugfilter 1 unmittel bar zum Eingang des Schraubenverdichters 4 gelangt. Der Ansaugregler 2 ist durch eine Feder vorbelastet und befindet sich um nicht-geschalteten Zustand in der in 2 gezeigten Stellung.
  • Die zweite Kompressoranlage 32 ist in identischer Weise aufgebaut, so daß sie nicht erneut beschrieben werden muß.
  • Die Druckleitungen beider Arbeitsanlagen 31, 32 werden in Strömungsrichtung nach den Mindestdruckventilen 7 zusammengeführt. In der danach anschließenden gemeinsamen Leitung zum Luftaustritt 15 ist ein Luftnachkühler 11 vorgesehen.
  • 3 und 4 zeigen das Schaltschema der Kompressoreinheit 30. Der Elektromotor M1 der ersten Kompressoranlage 31 ist über einen Schütz KM1, einen Schalter K10 und einen Widerstand F1 mit dem dreiphasigen Netz N verbunden. Der Elektromotor M2 der zweiten Kompressoranlage 32 ist über einen Schütz KM2, einen Schalter K20 und den Widerstand F1 mit dem Netz N verbunden.
  • An einer Stelle zwischen dem Schütz KM1 und dem Schalter K10 zweigt eine Leitung ab, die über den Schalter K11 zu dem Frequenzumrichter FU1 führt und von dort über die Drossel L1 zum Netz N. An einer Stelle zwischen dem Schalter K11 und dem Frequenzumrichter FU1 zweigt eine Leitung ab, die über den Schalter K21 zu einer Stelle zwischen dem Schütz KM2 und dem Schalter K20 führt.
  • Die Schaltung gemäß 3 und 4 kann als Grundlastwechselschaltung für die Elektromotoren M1, M2 der Kompressoranlagen 31, 32 betrieben werden. In 3 ist ein Schaltbeispiel gezeigt, bei dem die erste Kompressoranlage 31 als frequenzgeregelte Grundlastanlage und die zweite Kompressoranlage 32 als Spitzenlastanlage arbeitet. Dabei sind die jeweils aktiven Schütze und Schalter eingekreist. Bei dem Schaltbeispiel gemäß 3 sind die Schalter K20 und K11 geschlossen und die Schalter K10 und K21 offen. Der Elektromotor M1 der ersten Kompressoranlage 31 ist über dem geschlossenen Schalter K11 mit dem Frequenzumrichter FU1 verbunden. Er ist ferner durch den offenen Schalter K10 im übrigen vom Netz N getrennt. Der erste Motor M1 wird also frequenzgeregelt betrieben.
  • Der Motor M2 ist über dem geschlossenen Schalter K20 und über den Widerstand F1 mit dem Netz N verbunden. Er ist durch den offenen Schalter K21 vom Frequenzumrichter FU1 getrennt. Der zweite Motor M2 wird also in Y/D-Schaltung betrieben.
  • 4 zeigt ein Schaltbeispiel nach Ablauf des eingestellten Wechselintervalls. Die Grundwechselschaltung schaltet nun den ehemaligen Spitzenlast-Elektromotor M2 als Grundlast-Elektromotor zu, während der ehemalige Grundlast-Elektromotor M1 zum Spitzenlast-Elektromotor wird. Bei dem Schaltbeispiel nach 4 ist der Schalter K10 geschlossen und der Schalter K11 offen, so daß der Elektromotor M1 vom Frequenzumrichter FU1 abgekoppelt und über den Widerstand F1 dem Netz N zugeschaltet wird. Der Elektromotor M1 wird also in Y/D-Schaltung betrieben, und zwar als Spitzenlast-Elektromotor. Der Elektromotor M2 wird durch den geschlossenen Schalter K21 und den offenen Schalter K20 vom Netz N abgekoppelt und dem Frequenzumrichter FU1 zugeschaltet. Damit wird der Elektromotor M2 über den Frequenzumrichter FU1 betrieben, und zwar als Grundlast-Elektromotor. Nach Ablauf eines weiteren Wechselintervalls wird wieder zum Schaltbeispiel nach 3 zurückgeschaltet.
  • 5 zeigt die Liefermenge in l/min in Abbhängigkeit von dem Luftverbrauch (Luftbedarf) in l/min. Bei der ersten Druckanforderung (Einschaltmoment) 21 wird der erste Elektromotor, der über den Frequenzumrichter betrieben wird, eingeschaltet. Bis zu einer Liefermenge von 1048 l/min wird der erste Elektromotor bis zum Anfang 22 des Regelbereiches mit einer Auslastung von 10 % betrieben. Das Ende 23 des linearen Regelbereiches liegt bei einem Luftverbrauch und einer Liefermenge von 5240 l/min. Hier befindet sich gleichzeitig die maximale Auslastung des frequenzgeregelten Verdichters. Die Gesamtauslastung der Arbeitseinheit beträgt 50%.
  • Nach der Einschaltverzögerung 24 des zweiten Verdichters wird der Betriebspunkt 25 erreicht, bei dem der zweite Verdichter zugeschaltet ist. Der Elektromotor des zweiten Verdichters wird in Y/D-Schaltung betrieben. Er deckt den schraffierten Bereich 28 ab, also 50 % der Auslastung der Arbeitseinheit. Der Anfang 26 des oberen Regelbereichs, also des Regelbereichs über 50 %, entspricht dem Anfang 22 des unteren Regelbereichs. Ab dort beginnt der obere lineare Regelbereich, dessen Ende 27 bei einem Luftverbrauch und einer Liefermenge von 10480 l/min und einer Auslastung von 100 % der Kompressoreinheit liegt. Der schraffierte Bereich 28 wird von dem Spitzenlastkompressor abgedeckt, dessen Elektromotor in Y/D-Schaltung arbeitet, die Regelbereiche werden von dem Grundlast-Kompressor abgedeckt, dessen Elektromotor über den Frequenzumrichter angesteuert wird.
  • Bei der beschriebenen Kompressoreinheit wird die Grundlastanlage frequenzgeregelt, die Spitzenlastanlage wird in Y/D-Schaltung betrieben. Bei einem Wechsel der Grundlastanlage wird auch die Zugehörigkeit des Frequenzumrichters gewechselt. Dies bedeutet, daß der Frequenzumrichter abwechselnd den einen und den anderen Elektromotor im Wechsel mit der Y/D-Schaltung betreibt. Der Wechsel kann dabei sowohl im Stand als auch während des Betriebes erfolgen.
  • Die Leistungsanforderung an die Kompressoren kann durch den Druck am Ausgang der Kompressoreinheit in das System eingebracht werden. Die Grundlastanlage startet, wenn die Einschaltdruckschwelle unterschritten wird. Diese Grundlastanlage ist frequenzgeregelt und in der Lage, 10 bis 50 % der Gesamtliefermenge zu liefern. Wenn mehr Luft verbraucht wird als die Grundlastanlage liefern kann, schaltet zeitverzögert die Spitzenlastanlage hinzu, die in Y/D-Schaltung betrieben wird und dann ständig 50 % der Gesamtliefermenge liefert. Dies wiederum veranlaßt die Grundlastanlage, die Frequenz zu drosseln. Wenn also beispielsweise nur 60 % der Gesamtliefermenge benötigt werden, arbeitet die frequenzgeregelte Spitzenlastanlage mit einer Leistung von 10 %.
  • Nach Ablauf des eingestellten Wechselintervalls schaltet die Grundlastwechselschaltung den ehemaligen Spitzenlastkompressor zu, und der ehemalige Grund lastkompressor wird dann zum Spitzenlastkompressor. Dieser Wechsel beinhaltet nicht nur eine Änderung von Grundlastkompressor zu Spitzenlastkompressor, sondern auch den Wechsel von frequenzgeregelt zu Y/D-Schaltung und umgekehrt. Dies bedeutet beispielsweise, daß der Motor M1 zunächst mit Frequenzumrichter betrieben wird und nach dem Wechsel in Y/D-Schaltung betrieben wird. Der Motor M2 wird ursprünglich in Y/D-Schaltung betrieben und nach dem Wechsel vom Frequenzumrichter betrieben.
  • Grundsätzlich können auch mehr als zwei Kompressoren und Elektromotoren mit einem einzigen Frequenzumrichter betrieben werden. In diesem Fall muß das Schaltschema gemäß 3 in der Weise angepaßt werden, daß einer der mehr als zwei Elektromotoren von dem einzigen Frequenzumrichter betrieben wird und die anderen Elektromotoren in Y/D-Schaltung betrieben werden oder ausgeschaltet sind.

Claims (6)

  1. Arbeitseinheit, insbesondere Kompressoreinheit (30), mit zwei Arbeitsanlagen (31, 32), die jeweils einen Elektromotor (M1, M2) und eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Kompressor (4), umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitseinheit (30) einen Frequenzumrichter (FU1) aufweist, der wahlweise dem einen Elektromotor (M1) oder dem anderen Elektromotor (M2) zuschaltbar ist.
  2. Arbeitseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise eine der Arbeitsanlagen als Grundlastanlage (31, 32) und die andere Arbeitsanlage als Spitzenlastanlage (32, 31) betreibbar ist.
  3. Arbeitseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumrichter (FU1) dem Elektromotor (M1, M2) der Grundlastanlage (31, 32) zugeschaltet ist.
  4. Arbeitseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (M2, M1) der Spitzenlastanlage (32, 31) in Y/D-Schaltung betreibbar ist.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Arbeitseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (M1, M2) einer Arbeitsanlage (31, 32) frequenzgeregelt (FU1) betrieben wird und daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Leistungsanforderung der Elektromotor (M2, M1) der anderen Arbeitsanlage (32, 31) in Y/D-Schaltung betrieben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Betriebsdauer und/oder in Abhängigkeit von einem oder mehreren weiteren Betriebsparametern der Elektromotor (M2, M1) der anderen Arbeitsanlage (32, 31) frequenzgeregelt (FU1) betrieben wird und daß der Elektromotor (M1, M2) der einen Arbeitsanlage (31, 32) bei Überschreiten einer vorgegebenen Leistungsanforderung in Y/D-Schaltung betrieben wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011107086A1 (de) * 2010-03-05 2011-09-09 Geuder Ag Vorrichtung zur drucklufterzeugung für ein medizinisches handgerät

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