DE102017107601B4

DE102017107601B4 - Verfahren zur Steuerung eines Schraubenverdichters

Info

Publication number: DE102017107601B4
Application number: DE102017107601.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Thomes
Original assignee: Gardner Denver Deutschland GmbH
Current assignee: Gardner Denver Deutschland GmbH
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: US11686310B2; CA3000496A1; US20230279857A1; US20220082100A1; US11193489B2; EP3388677A1; US20180291902A1; CN108691768A; CN108691768B; DE102017107601A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Schraubenverdichters mit mindestens einer ersten und einer zweiten Verdichterstufe, wobei die erste Verdichterstufe ein gasförmiges Medium komprimiert und an die zweite Verdichterstufe führt, welche das Medium weiter komprimiert, und wobei beide Verdichterstufen getrennt voneinander und drehzahlregelbar angetrieben sind, folgende Schritte umfassend:
- Erfassen eines am Ausgang der zweiten Verdichterstufe abgenommenen Volumenstroms des komprimierten Mediums;
- Anpassen der Drehzahl beider Verdichterstufen, wenn der abgenommene Volumenstrom in einem Bereich zwischen einem Maximalwert und einem vorbestimmten Minimalwert schwankt, unter Beibehaltung eines vorbestimmten Ausgangsdrucks;
- Öffnen eines Abblasventils, wenn der Volumenstrom den vorbestimmten Minimalwert unterschreitet, um den von der zweiten Verdichterstufe gelieferten Volumenstrom über das Abblasventil zumindest teilweise austreten zu lassen;
- weiteres Reduzieren der Drehzahl mindestens der ersten Verdichterstufe auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl (V1_L) , um den von der ersten an die zweite Verdichterstufe gelieferten Volumenstrom zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Schraubenverdichters, insbesondere eines Doppelschraubenverdichters im Leerlaufbetrieb. Ein solcher Schraubenverdichter besitzt mindestens eine erste und eine zweite Verdichterstufe, wobei die erste Verdichterstufe ein gasförmiges Medium, üblicherweise Luft, komprimiert und an die zweite Verdichterstufe führt, welche das Medium weiter komprimiert und an ein nachgeordnetes System abgibt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Steuerung von direkt angetriebenen Schraubenverdichtern, bei denen beide Verdichterstufen getrennt voneinander und drehzahlregelbar angetrieben sind. Die Erfindung betrifft außerdem einen Kompressor mit einem Doppelschraubenverdichter, der durch dieses Verfahren im Leerlaufbetrieb gesteuert wird.
Zur Kompression von gasförmigen Medien, insbesondere zur Erzeugung von Druckluft sind unterschiedlichste Bauformen von Kompressoren bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 601 17 821 T2 einen Mehrstufen-Schraubenverdichter mit zwei oder mehr Verdichterstufen, wobei jede Verdichterstufe ein Paar von Rotoren zum Verdichten eines Gases umfasst. Weiterhin sind zwei oder mehr Antriebsmittel mit veränderbarer Geschwindigkeit vorgesehen, wobei jedes Antriebsmittel eine jeweilige Verdichterstufe antreibt. Eine Steuereinheit steuert die Geschwindigkeiten der Antriebsmittel, wobei das Drehmoment und die Geschwindigkeit jedes Antriebsmittels überwacht wird, sodass der Schraubenverdichter Gas bei einer geforderten Strömungslieferrate und bei einem geforderten Druck bereitstellt und gleichzeitig der Energieverbrauch des Schraubenverdichters minimiert werden soll.
Im praktischen Einsatz solcher mehrstufigen Schraubenverdichter tritt der sogenannte Leerlauf als ein Betriebszustand auf. Dabei wird von dem nachgeordneten System keine Druckluft abgenommen, sodass zur Vermeidung einer Drucküberhöhung das Fördern weiteren Mediums eingestellt werden muss. Dennoch soll der Kompressor im Leerlauf nicht vollständig abgeschaltet werden, wenn mit einem kurzfristig wieder erforderlichen Nachliefern von Druckluft gerechnet werden muss. Um diesen Leerlaufbetrieb zu ermöglichen, wird gewöhnlich eine Drosselklappe in der Saugleitung geschlossen und über einen Bypass nur noch ein Teilstrom der ersten Verdichterstufe zugeführt. Diese Funktionen übernimmt zumeist ein sogenannter Ansaugregler, der am Einlass der ersten Verdichterstufe angeordnet ist. Gleichzeitig öffnet auf der Ausgangsseite, also am Ausgang der zweiten Verdichterstufe ein Abblasventil zur Atmosphäre, sodass die zweite Verdichterstufe gegen Atmosphärendruck fördert. Die Druckverhältnisse in beiden Verdichterstufen bleiben gleich, wodurch auch die Austrittstemperaturen beider Stufen nahezu gleich bleiben. Nachteilig ist an dieser Leerlaufregelung der relativ hohe Energieverbrauch des Verdichters. Außerdem besteht ein hoher konstruktiver Aufwand für den Ansaugregler und dessen Steuerung. (vgl. Konka, K.-H., Schraubenkompressoren: Technik und Praxis, VDI-Verlag 1988, ISBN 3-18-400819-3, Seite 332 ff.)
Die DE 29 09 675 C3 zeigt ein Verfahren zur kondensationsfreien Zwischenkühlung verdichteter Gase, wobei ein Messwert vor einer ersten Verdichterstufe ermittelt und daraus ein Sollwert abgeleitet wird. Gemessen wird eine Taupunkttemperatur des zu verdichtenden Gases und ein Druck des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite der ersten Verdichterstufe.
In der DE 27 37 677 C2 wird eine Einrichtung zur Fördermengenregelung eines ein- oder mehrstufigen Verdichters beschrieben. Es erfolgt eine Druckregelung durch Betätigung einer Drosselklappe und/oder eines Abblasventils.
Die EP 1 934 476 B1 beschreibt eine Mehrstufen-Hochdruckverdichteranlage, welche eine Hauptleitung und mindestens zwei in Reihe angeordnete Verdichter mit jeweils einem Antrieb umfasst. Weiterhin umfasst die Anlage Mittel zur Erfassung des Druckes an einem Auslass der Hauptleitung. Die Verdichter werden so gesteuert, dass sie beide unter Last laufen oder beide im Leerlauf laufen und die gleiche Luftmenge pro Zeiteinheit verdichten.
Der US 2013/0039737 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Kompressors zu entnehmen. Der Kompressor umfasst ein oder mehrere Kompressorelemente. Das Verfahren sieht vor, dass bei einem Übergang von Volllast oder Teillast auf Nulllast mindestens ein erstes Kompressorelement einen Prozess A ausführt und umgekehrt ein Prozess B bei einem Übergang von einer Nulllast auf Volllast oder Teillast ausgeführt wird. Prozess A sieht vor, dass ein Einlassdruck sowie ein Antirebsmoment auf ein Drehmoment von Null und eine Drehzahl des ersten Kompressorelements reduziert werden und ein Antriebsdrehmoment von Null auf ein minimales Drehmoment erhöht wird.
Aus der DE 10 2014 107 126 A1 ist eine Verdichteranlage zur Erzeugung eines komprimierten Gases bekannt, welche einen Hauptverdichter und einen Vorverdichter umfasst. Mittels des Vorverdichters wird dem Hauptverdichter ein vorverdichtetes Gas zugeführt. Der Hauptverdichter und der Vorverdichter werden von einem gemeinsamen Antriebsmotor oder getrennten Antrieben angetrieben. An dem Vorverdichter ist eine hydrodynamische Strömungskupplung zur Veränderung der Antriebszahl des Vorverdichters angeordnet. Weiterhin zeigt die DE 10 2014 107 126 A1 ein Verfahren zur Regelung der Verdichteranlage, wobei Parameter als Regelgröße erfasst werden, welche die Auslastung des Antriebsmotors bzw. Elektromotors abbilden. Die Parameter sind: Wicklungstemperatur und/oder Stromaufnahme und/oder Stromspannung.
Die US 2007/189905 A1 zeigt ein Mehrstufenkompressionssystem, welches mehrere Kompressionsstufen mit jeweils einem Rotor sowie einem drehzahlvariablen Motor aufweist. Weiterhin umfasst das Mehrstufenkompressionssystem ein mit den Motoren verbundenes Kontrollsystem zur Geschwindigkkeitssteuerung.
Aus der DE 100 03 869 A1 ist ein Verfahren zum Komprimieren von fluiden Fördermedien bekannt. Das Komprimieren erfolgt mit mindestens zwei Verdichtereinheiten, wobei jede Verdichtereinheit ein eigenes Antriebsaggregat aufweist.
Der WO 2011/130807 A2 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verdichters mit mehreren Verdichterelementen bekannt. Die Verdichterelemente sind getrennt voneinander und drehzahlregelbar antreibbar.
In der DE 100 03 869 C5 ist ein Verfahren zum Komprimieren von fluiden Fördermedien in einer Schraubenverdichteranlage mit zwei Schraubenverdichtereinheiten beschrieben. Dabei ist der Auslass der vorgeschalteten Schraubenverdichtereinheit mit dem Einlass der nachgeschalteten Schraubenverdichtereinheit verbunden und jede Schraubenverdichtereinheit wird von einem eigenen Antriebsaggregat angetrieben. Zumindest ein Teil der Arbeitsparameter der zwei Schraubenverdichtereinheiten werden erfasst und verarbeitet und die Antriebsaggregate werden über die erfassten Arbeitsparameter der Schraubenverdichtereinheiten gesteuert. Mittels der Änderung der Arbeitsparameter der Antriebsaggregate, insbesondere Stromaufnahme, Spannungsaufnahme oder Kraftstoffzufuhr wird die Drehzahl der vorgeschalteten Schraubenverdichtereinheit mit der Drehzahl der nachgeschalteten Schraubenverdichtereinheit derart korreliert, dass der End-Auslassdruck oder die End-Fördermenge der Schraubenverdichteranlage konstant gehalten wird, und/oder die Gesamtleistungsaufnahme der Schraubenverdichteranlage minimiert wird, oder bei vorgegebener Gesamtleistungsaufnahme ein maximaler End-Auslassdruck bzw. ein maximales End-Fördervolumen erreicht wird. Zur Optimierung des Betriebs im Leerlauf des Systems und zu einer daraus resultierenden Energieeinsparung gibt dieses Steuerverfahren jedoch keine Auskünfte.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Doppelschraubenverdichters bereitzustellen, welches einen sicheren Leerlaufbetrieb unter gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs des Verdichters gestattet. Außerdem soll der konstruktive Aufwand des kompletten Schraubenverdichters reduziert werden, woraus eine Kostenreduzierung bei dessen Herstellung ableitbar sein soll.
Diese und weitere Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Steuerung eines Schraubenverdichters gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche nennen einige bevorzugte Ausführungsformen. Darüber hinaus stellt die Erfindung einen Kompressor in der Art eines Doppelschraubenverdichters bereit, der mit diesem Verfahren betrieben werden kann.
Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass durch eine veränderte Ansteuerung der direkt angetriebenen Verdichterstufen des Schraubenverdichters im Leerlaufbetrieb sowohl eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs als auch ein Vereinfachung des Aufbaus des Gesamtanlage erreichbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Steuerung eines Schraubenverdichters mit mindestens einer ersten und einer zweiten Verdichterstufe, wobei die erste Verdichterstufe ein gasförmiges Medium komprimiert und an die zweite Verdichterstufe führt, welche das Medium weiter komprimiert. Die erste Verdichterstufe liegt also in Strömungsrichtung des Mediums gesehen vor der zweiten Verdichterstufe. In den meisten Fällen besitzen solche Schraubenverdichter genau zwei Verdichterstufen, jedoch sind auch Bauformen mit mehr als zwei Stufen möglich. Weiterhin ist es für die Ausführung des Verfahrens erforderlich, dass beide Verdichterstufen getrennt voneinander und drehzahlregelbar angetrieben sind, d. h. jede Verdichterstufe wird von einem drehzahlregelbaren Antrieb angetrieben, insbesondere von einem Direktantrieb, sodass auf ein Verteilergetriebe verzichtet werden kann.
In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein Volumenstrom des komprimierten gasförmigen Mediums, welches am Ausgang der zweiten Verdichterstufe abgenommenen bzw. an nachfolgende Einheiten abgegeben wird, mit einem geeigneten Geber erfasst. Dabei kann eine direkte Volumenstrommessung zum Einsatz kommen oder der abgenommene Volumenstrom wird indirekt z. B. aus den am Ausgang der zweiten Verdichterstufe herrschenden Druckverhältnissen oder aus dem am Antrieb der zweiten Verdichterstufe auftretenden Drehmoment / Antriebsstrom ermittelt.
Im normalen Lastbetrieb wird ein Volumenstrom abgenommen, der zwischen einem Maximalwert, für welchen der Schraubenverdichter ausgelegt ist, und einem vorbestimmten Minimalwert schwanken kann. In diesem Lastbetrieb wird der Schraubenverdichter in an sich bekannter Weise geregelt, wozu auch gehört, dass die Drehzahl der Antriebe der beiden Verdichterstufen in einem vorgegebenen Bereich variiert werden kann. Wenn im Lastbetrieb der abgenommene Volumenstrom in einem Bereich zwischen einem Maximalwert und einem vorbestimmten Minimalwert sinkt, reduziert die Steuerung die Drehzahl beider Verdichterstufen, und wenn der Volumenstrom in diesem Bereich wieder ansteigt, erhöht die Steuerung die Drehzahl der Verdichterstufen wieder, sodass im normalen Lastbetrieb ein vorbestimmter Ausgangsdruck beibehalten wird.
Wenn hingegen der Volumenstrom den vorbestimmten Minimalwert unterschreitet, d. h. es wird kein oder nur ein sehr geringer Volumenstrom abgenommen, wechselt der Betriebszustand des Schraubenverdichters vom Lastbetrieb in den Leerlaufbetrieb. Dazu wird im nächsten Schritt des Verfahrens ein Abblasventil geöffnet, um den von der zweiten Verdichterstufe zunächst weiterhin gelieferten Volumenstrom über das Abblasventil zumindest teilweise austreten zu lassen. Damit wird verhindert, dass der Druck am Ausgang des Schraubenverdichters eine maximal zulässige Größe überschreitet. Das Abblasventil kann beispielsweise ein gesteuertes Magnetventil sein.
In einem weiteren Schritt, der vorzugsweise mit nur geringer Verzögerung oder im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Öffnen des Abblasventils ausgeführt wird, wird die Drehzahl mindestens der ersten Verdichterstufe auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl V1_L reduziert, um den von der ersten an die zweite Verdichterstufe gelieferten Volumenstrom zu reduzieren. Abweichend zum Stand der Technik wird dafür gerade nicht eine Drosselklappe bzw. ein Ansaugregler geschlossen. Vielmehr bleibt der Einlass der ersten Verdichterstufe vollständig geöffnet. Eine Drosselklappe bzw. ein Ansaugregler und deren Ansteuerung können vollständig entfallen. Die Reduzierung des von der ersten Verdichterstufe geförderten Volumenstroms erfolgt bevorzugt ausschließlich über die Reduktion der Drehzahl der ersten Verdichterstufe auf die Leerlaufdrehzahl V1_L.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem nächsten Schritt auch die Drehzahl der zweiten Verdichterstufe auf eine Leerlaufdrehzahl V2_L reduziert. Vorzugsweise werden die Drehzahlen beider Verdichterstufen im Wesentlichen parallel laufend jeweils bis auf die Leerlaufdrehzahl V1_L bzw. V2_L reduziert.
Die Leerlaufdrehzahl V1_L der ersten Verdichterstufe (Low Pressure - LP) wird in Abstimmung mit der Leerlaufdrehzahl V2_L der zweiten Verdichterstufe (High Pressure - HP) so gewählt, dass die Austrittstemperatur des Mediums an der zweiten Stufe nicht kleiner als die Eintrittstemperatur an dieser Stufe wird. Eine solche ungewollte Betriebsbedingung kann eintreten, wenn das Druckverhältnis an der zweiten Verdichterstufe kleine als 0,6 wird. Durch die Wahl der Leerlaufdrehzahlen ist daher sicherzustellen, dass die zweite Stufe nicht als „Expander“ arbeitet und die Medientemperatur dadurch sinkt. Andernfalls kann es zu einer unerwünschten Kondensation im Verdichter kommen. Weiterhin ist bei der Wahl der Leerlaufdrehzahlen sicherzustellen, dass die zweite Verdichterstufe nicht über das transportierte Medium von der ersten Verdichterstufe angetrieben wird, da andernfalls der Antrieb der zweiten Stufe in den Generatorbetrieb wechseln würde, was zu einer Schädigung des diesen ansteuernden Frequenzumrichters führen könnte.
Die minimalen Leerlaufdrehzahlen werden auch dadurch bestimmt, welche Verzögerung beim Wiedereintritt in den Lastzustand hinnehmbar ist. Um so kürzer diese Rückkehrzeit sein muss, desto höher wird die Leerlaufdrehzahl zu wählen sein.
Vorzugsweise liegt das Drehzahlverhältnis im Leerlauf zwischen zweiter und erster Stufe im Bereich 2 bis 3, besonders bevorzugt etwa 2,5. Das Druckverhältnis der ersten Stufe liegt dabei bei etwa 1,5 und das Druckverhältnis der zweiten Stufe liegt etwa im Bereich von 0,6 bis 0,75. Bevorzugt beträgt die Leerlaufdrehzahl V2_L der zweiten Verdichterstufe etwa 1/2 bis 1/4 der Lastdrehzahl dieser Stufe. Bevorzugt beträgt die Leerlaufdrehzahl V1_L der ersten Verdichterstufe etwa 1/5 bis 1/8 der Lastdrehzahl dieser Stufe.
Ein Vorteil dieses Steuerverfahrens besteht somit darin, dass beide Verdichterstufen im Leerlaufbetrieb mit deutlich niedrigeren Drehzahlen betrieben werden können. Dies reduziert den Energieverbrauch und den Verschleiß. Außerdem sinken die Temperaturen des komprimierten Mediums am Auslass der jeweiligen Verdichterstufe, was sich ebenfalls vorteilhaft auswirkt. Dennoch kann der Schraubenverdichter bei erneuter Anforderung von Volumenstrom sehr schnell zurück in den Lastbetrieb gebracht werden, indem die Drehzahlen der Verdichterstufen wieder hochgefahren werden.
Der von der Erfindung bereitgestellte Kompressor zur Verdichtung von gasförmigen Medien umfasst einen Schraubenverdichter, welcher mindestens eine erste und eine zweite Verdichterstufe besitzt, wobei die erste Verdichterstufe das gasförmige Medium komprimiert und an die zweite Verdichterstufe führt, welche das Medium weiter komprimiert, und wobei beide Verdichterstufen getrennt voneinander und drehzahlregelbar angetrieben sind. Der Kompressor umfasst weiterhin eine Steuereinheit, welche zur Ausführung des zuvor beschriebenen Verfahrens konfiguriert ist.
Insbesondere zeichnet sich der Kompressor dadurch aus, dass der Einlass der strömungstechnisch vorderen, ersten Verdichterstufe ohne ein den Volumenstrom begrenzendes, steuerbares Drosselelement bzw. ohne einen Ansaugregler an die Umgebungsatmosphäre geführt ist. Der Kompressor besitzt am Auslass der strömungstechnisch hinteren, zweiten Verdichterstufe ein Abblasventil, welches von der Steuereinheit zum Öffnen veranlasst wird, wenn der abgenommene Volumenstrom einen vorbestimmten Minimalwert unterschreitet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

1 eine vereinfachte Darstellung der Betriebsparameter in einem Schraubenverdichter mit zwei Verdichterstufen während des Lastbetriebs;
2 eine vereinfachte Darstellung der Betriebsparameter in dem Schraubenverdichter während des Leerlaufbetriebs.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Kompressors, der als ein Doppelschraubenverdichter 200 ausgebildet ist. Neben den einzelnen Elementen des Doppelschraubenverdichters sind außerdem typische Parameter angegeben, wie sie im Lastbetrieb auftreten, wenn Druckluft mit einem Volumenstrom oberhalb eines vorbestimmten Minimalwertes und nicht größer als ein anlagenspezifischer Maximalwert abgefordert wird.
Eine erste Verdichterstufe 201 besitzt einen ersten Direktantrieb 202, der drehzahlgeregelt ist. Der Einlass der ersten Verdichterstufe 201, über welchen Umgebungsluft angesaugt wird, ist ohne Zwischenschaltung eines Ansaugreglers direkt an einen Ansaugstutzen 203 gekoppelt, an welchem Umgebungsatmosphäre mit einem Druck von 1,0 bar bei einer Temperatur von z. B. 20°C anliegt. Am Einlass der ersten Verdichterstufe 201 liegt somit ein Druck von 1,0 bar an.
Die erste Verdichterstufe 201 wird z. B. mit einer Drehzahl von 15.500 min^-1 betrieben, um die Luft zu komprimieren. Am Auslass der ersten Verdichterstufe 201 herrscht dann ein Druck von 3,2 bar, sodass die erste Verdichterstufe im Lastbetrieb ein Verdichtungsverhältnis von 3,2 aufweist. Durch die Kompression erhöht sich die Temperatur des Mediums (Druckluft) auf 170°C. Die Druckluft wird vom Auslass der ersten Verdichterstufe 201 über einen Zwischenkühler 204 zum Einlass einer zweiten Verdichterstufe 206 geführt, welche einen zweiten, drehzahlgeregelten Direktantrieb 207 besitzt. Nach dem Zwischenkühler 204, am Einlass der zweiten Verdichterstufe 206, besitzt die Druckluft eine Temperatur von beispielsweise 30°C und weiterhin einen Druck von 3,2 bar. Im Lastbetrieb wird die zweite Verdichterstufe 206 mit einer Drehzahl von z. B. 22.000 min^-1 betrieben, sodass es zu einer weiteren Kompression kommt. Die Druckluft besitzt demzufolge am Auslass der zweiten Verdichterstufe 206 einen Druck von 10,2 bar und eine Temperatur von 180°C. Die zweite Verdichterstufe weist somit ein Kompressionsverhältnis ebenfalls von etwa 3,2 auf. Die Druckluft wird vom Auslass der zweiten Verdichterstufe 206 durch einen Nachkühler 208 geführt und dort auf etwa 35°C abgekühlt. Schließlich ist am Ausgang des Doppelschraubenverdichters 200 ein Abblasventil 209 angeordnet, welches von einer Steuereinheit (nicht dargestellt) angesteuert wird.
Der beispielhaft beschriebene Doppelschraubenverdichter 200 zeigt bei maximaler Drehzahl der Direktantriebe 202, 207 eine Leistungsaufnahme von 150 kW und liefert Druckluft mit einem maximalen Druck von 12 bar und minimalem Druck von 6 bar. Das Drehzahlverhältnis zwischen den Verdichterstufen beträgt im Lastbetrieb etwa 1,4.
2 zeigt den Doppelschraubenverdichter 200 im Leerlaufbetrieb, d.h. wenn im Wesentlichen keine Druckluft abgenommen wird. Neben den Elementen des Doppelschraubenverdichters sind wiederum typische Parameter angegeben, wie sie im Leerlaufbetrieb auftreten. Um in den Leerlaufbetrieb einzutreten, wird das Abblasventil geöffnet und die Drehzahl beider Verdichterstufen wird reduziert. Der Einlass der ersten Verdichterstufe 201, über welchen weiterhin Umgebungsluft angesaugt wird, wenn auch in reduzierter Menge, ist weiterhin ohne Zwischenschaltung eines Ansaugreglers direkt an den Ansaugstutzen 203 gekoppelt, an welchem Umgebungsatmosphäre mit einem Druck von 1,0 bar bei einer Temperatur von 20°C anliegt. Am Einlass der ersten Verdichterstufe 201 liegt somit unverändert ein Druck von 1,0 bar an.
Die erste Verdichterstufe 201 wird nun mit einer Leerlaufdrehzahl V1_L = 2.500 min^-1 betrieben, um die Luft zu komprimieren. Am Auslass der ersten Verdichterstufe 201 herrscht dann ein Druck von 1,5 bar, sodass die erste Verdichterstufe im Leerlaufbetrieb ein Verdichtungsverhältnis von 1,5 aufweist. Durch die verringerte Kompression erhöht sich die Temperatur des Mediums (Druckluft) nur noch auf 90°C. Die Druckluft wird vom Auslass der ersten Verdichterstufe 201 über den Zwischenkühler 204 zum Einlass der zweiten Verdichterstufe 206 geführt. Nach dem Zwischenkühler 204, am Einlass der zweiten Verdichterstufe 206, besitzt die Druckluft im Leerlauf eine Temperatur von beispielsweise 30°C und weiterhin einen Druck von 1,5 bar (Zwischendruck). Die nötige Kühlleistung für die Zwischenkühlung ist somit im Leerlaufbetrieb verringert. Im Leerlaufbetrieb wird die zweite Verdichterstufe 206 mit einer Leerlaufdrehzahl V2_L von 7.500 min^-1 betrieben. Die Druckluft besitzt am Auslass der zweiten Verdichterstufe 206 einen gegenüber dem Zwischendruck verringerten Druck von etwa 1,2 bar und eine Temperatur von 70°C. Die zweite Verdichterstufe weist somit ein Kompressionsverhältnis von etwa 0,8 auf (Expansion). Die Druckluft wird vom Auslass der zweiten Verdichterstufe 206 durch den Nachkühler 208 geführt und dort auf etwa 30°C abgekühlt.
Der beispielhaft beschriebene Doppelschraubenverdichter 200 zeigt im Leerlaufbetrieb eine Leistungsaufnahme von 7 kW und liefert einen maximalen Druck von 1,2 bar. Das Drehzahlverhältnis zwischen den Verdichterstufen beträgt etwa 3.
Bezugszeichenliste

200: Doppelschraubenverdichter
201: erste Verdichterstufe
202: erster Direktantrieb
203: Ansaugstutzen
204: Zwischenkühler
205: -
206: zweite Verdichterstufe
207: zweiter Direktantrieb
208: Nachkühler
209: Abblasventil

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Schraubenverdichters mit mindestens einer ersten und einer zweiten Verdichterstufe, wobei die erste Verdichterstufe ein gasförmiges Medium komprimiert und an die zweite Verdichterstufe führt, welche das Medium weiter komprimiert, und wobei beide Verdichterstufen getrennt voneinander und drehzahlregelbar angetrieben sind, folgende Schritte umfassend: - Erfassen eines am Ausgang der zweiten Verdichterstufe abgenommenen Volumenstroms des komprimierten Mediums; - Anpassen der Drehzahl beider Verdichterstufen, wenn der abgenommene Volumenstrom in einem Bereich zwischen einem Maximalwert und einem vorbestimmten Minimalwert schwankt, unter Beibehaltung eines vorbestimmten Ausgangsdrucks; - Öffnen eines Abblasventils, wenn der Volumenstrom den vorbestimmten Minimalwert unterschreitet, um den von der zweiten Verdichterstufe gelieferten Volumenstrom über das Abblasventil zumindest teilweise austreten zu lassen; - weiteres Reduzieren der Drehzahl mindestens der ersten Verdichterstufe auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl (V1_L) , um den von der ersten an die zweite Verdichterstufe gelieferten Volumenstrom zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren der Drehzahl der ersten Verdichterstufe die Leerlaufdrehzahl (V1_L) gleichzeitig mit dem Öffnen des Abblasventils erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Drehzahl der zweiten Verdichterstufe auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl (V2_L) reduziert wird, solange der abgenommene Volumenstrom den vorbestimmten Minimalwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Drehzahl der Verdichterstufen durch Drehzahlregelung von zwei Direktantrieben erfolgt, welche die jeweilige Verdichterstufe antreiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der abgenommene Volumenstrom mittelbar aus der Leistungsaufnahme mindestens einer der beiden Verdichterstufen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen der beiden Verdichterstufen erhöht werden, sobald der abgenommene Volumenstrom des komprimierten Mediums über dem vorbestimmten Minimalwert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Leerlaufdrehzahl (V2_L) der zweiten Verdichterstufe : Leerlaufdrehzahl (V1_L) der ersten Verdichterstufe im Bereich 2 bis 3 liegt.
Kompressor mit einem Schraubenverdichter, der mindestens eine erste und eine zweite Verdichterstufe umfasst, wobei die erste Verdichterstufe ein gasförmiges Medium komprimiert und an die zweite Verdichterstufe führt, welche das Medium weiter komprimiert, und wobei beide Verdichterstufen getrennt voneinander und drehzahlregelbar angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor weiterhin eine Steuereinheit umfasst, welche zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 konfiguriert ist.
Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der strömungstechnisch vorderen, ersten Verdichterstufe ohne ein den Volumenstrom begrenzendes, steuerbares Drosselelement an die Umgebungsatmosphäre geführt ist.
Kompressor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass der strömungstechnisch hinteren, zweiten Verdichterstufe ein Abblasventil angeordnet ist, welches von der Steuereinheit zum Öffnen veranlasst wird, wenn der abgenommene Volumenstrom einen vorbestimmten Minimalwert unterschreitet.