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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines geförderten Fluidmengenstromes in einer fluiddurchströmten Anlage mit einem Einlass, zumindest einem dem Einlass in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventilator mit einem Antrieb, einem Auslass für das von dem Ventilator geförderte Fluid, einem Druckverlustabschnitt zwischen dem Ventilator und dem Auslass und zumindest einem Sensor, der mit einem Kalkulationsmodul und zumindest einer Regeleinrichtung gekoppelt ist, über die auf der Grundlage von Sensorwerten der Antrieb des Ventilators geregelt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine fluiddurchströmte Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einem Einlass, zumindest einem dem Einlass in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventilator mit einem Antrieb, einem Auslass für das von dem Ventilator geförderte Fluid, einem Druckverlustabschnitt zwischen den dem Ventilator und dem Auslass und zumindest einem Sensor, der mit einem Kalkulationsmodul und zumindest einer Regeleinrichtung gekoppelt ist, über die auf der Grundlage von Sensorwerten der Antrieb des Ventilators geregelt wird. Unter einem Fluid werden insbesondere gasförmige Medien verstanden, insbesondere Luft, Dampf und andere Gase, Gasmischungen oder Gase mit Beimischungen aus kleinen Flüssigkeits- und/oder Festkörperpartikeln.
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In vielen Prozessen und in vielen Anlagen ist es notwendig, mit Ventilatoren Luft oder gasförmige Fluide zu fördern und diese zu verwenden. Die geförderte Luft dient beispielsweise zur Kühlung, Erwärmung, Trocknung, zum Materialtransport, zur Durchmischung oder zu anderen Zwecken der Materialaufbereitung oder Verarbeitung. Ein wichtiger Faktor bei diesen Verarbeitungs- und Bearbeitungsprozessen ist die dabei eingesetzte Fluid- oder Luftmenge oder der Fluid- oder Luftvolumenstrom. Beispielsweise ist zur Trocknung eines Produktes der durchgeleitete Fluid- oder Luftvolumenstrom eine wesentliche Größe, da darüber die Feuchtigkeitsaufnahme beziehungsweise -abgabe eingestellt werden kann. Die Veränderung des Fluid- oder Luftvolumenstroms oder der Fluid- oder Luftmenge erfolgt durch eine Variation der Drehzahl des Ventilators. Dabei wird der rechnerische Fluid- oder Luftvolumenstrom über eine Ventilatorkennlinie bestimmt, wobei die Ventilatorkennlinie entweder gemessen oder von dem Hersteller des Ventilators bereitgestellt wird. In der Kennlinie des Ventilators ist der Zusammenhang zwischen einer Druckerzeugung und dem Volumenstrom für eine definierte Drehzahl des Ventilators dargestellt. Für unterschiedliche Drehzahlen des Ventilators ergeben sich unterschiedliche Kennlinien, sodass sich durch die Variation der Drehzahl ein Kennfeld erzeugen lässt, das einen weiteren Bereich an möglichen Volumenströmen abdeckt. Ein gleichbleibender Volumenstrom oder eine präzise Einstellung des Volumenstromes ist für die Erzielung des gewünschten Ergebnisses und einen wirtschaftlichen Prozess vorteilhaft.
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Innerhalb der Anlage, in der der Ventilator und die Druckluft oder das Fluid eingesetzt werden, erfolgt die Messung des Fluid- oder Luftmengenstromes oder des Fluid- oder Luftvolumenstromes über eine Messsonde. Aus der
EP 3 287 641 A1 ist ein Verfahren zur Volumenstromregelung eines Ventilators bekannt bei dem in einem Ausblasabschnitt des Ventilators ein von dem Volumenstrom des Ventilators angetriebenes Flügelrad angeordnet ist. Die Drehzahl des Flügelrades wird erfasst und dient als Referenzwert des Volumenstromes des Ventilators. Ein Antriebsmotorparameter oder die Ventilatorraddrehzahl wird als Ventilatorparameter erfasst und eine Korrekturfunktion des Volumenstromes in Abhängigkeit von dem Ventilatorparameter festgelegt. Zur Volumenstromregelung ist somit eine Messung des Volumenstromes mittels eines Flügelrad-Anemometers notwendig.
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Die
CN 10 505 224 B betrifft eine Steuerung einer Trocknungsanlage mit einem Ventilator, wobei eine Steuerungseinheit ein Volumenstrommessgerät, einen Drucksensor, einen Stellmotor und eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweist. Das Volumenstrommessgerät und der Drucksensor werden verwendet, um den Volumenstrom und den Druck an dem Lufteinlass des Trockners zu erfassen. Die erfassten Daten werden der Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt. In Abhängigkeit von den Sensordaten wird über ein Steuerungssignal der Stellmotor aktiviert, um die Größe einer Durchströmöffnung zu verändern.
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Die
US 10 184 680 B2 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Motors eines Ventilators dem zunächst ein vorgegebenes Zielvolumen der zu fördernden Luft in eine Steuerungseinheit eingegeben wird. Der Motor wird mit einem voreingestellten Drehmoment betrieben, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat. Das durch den Motor erzeugte Luftvolumen bei dem eingestellten Drehmoment wird ermittelt, ein Verstellkoeffizient errechnet und das Drehmoment anschließend angepasst, um den gewünschten Luftmengenstrom zu erreichen.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren sind entweder kompliziert oder benötigen eine Regelklappe oder ein Volumenstrommessgerät. Insbesondere Volumenstrommessgeräte benötigen bauliche und prozesstechnische Parameter, die nur aufwendig zu realisieren sind. Um ein stabiles Messsignal von dem Volumenstrommessgerät zu erhalten, muss eine vergleichsweise hohe Mindestfluidgeschwindigkeit von circa 20 Meter pro Sekunde erreicht werden. Darüber hinaus werden Einlauf- und Auslaufstrecken für die Fluid- oder Luftführung notwendig, deren Länge abhängig von der Rohrleitungsführung und von dem Durchmesser des Strömungskanals ist, in dem sich das Volumenstrommessgerät befindet. Bei einem Kanaldurchmesser von beispielsweise 500 Millimetern ergibt sich eine notwendige Länge der Messstrecke in einem geraden Kanal von 8 Metern. Werden diese Parameter nicht eingehalten, führt dies zu Einbußen bei der Genauigkeit der Messung. Werden genaue Messwerte gewünscht, bedeutet dies eine Vergrößerung des baulichen Aufwandes und damit der Kosten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung eines geförderten Fluid- oder Luftmengenstromes in einer fluid- oder luftdurchströmten Anlage und eine fluid- oder luftdurchströmte Anlage zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, mit denen kostengünstig und nachrüstbar eine einfache Fluid- oder Luftmengenregelung erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches und eine Anlage mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Das Verfahren zur Regelung eines geförderten Fluid- oder Luftmengenstromes und einer fluid- oder luftdurchströmten Anlage mit einem Einlass, zumindest einem dem Einlass in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventilator mit einem Antrieb, einem Auslass für das von dem Ventilator geförderte Fluid oder die geförderte Luft, einem Druckverlustabschnitt zwischen dem Ventilator und dem Auslass und zumindest einem Sensor, der mit einem Kalkulationsmodul und zumindest einer Regeleinrichtung gekoppelt ist, über die auf der Grundlage von Sensorwerten der Antrieb des Ventilators geregelt wird, sieht vor, dass ein erster Drucksensor in Strömungsrichtung vor dem Ventilator und ein zweiter Drucksensor in Strömungsrichtung nach dem Druckverlustabschnitt angeordnet ist und der Ventilator auf der Grundlage gemessenen Druckdifferenz zwischen den beiden Drucksensoren in der Drehzahl geregelt wird. Mit dem Verfahren wird erreicht, dass durch die einfache Messung des Druckes an zwei Stellen entlang des Strömungskanals einfach bestimmt werden kann, wie der Antrieb des jeweiligen Ventilators geregelt werden muss, also ob eine größere oder eine geringere Drehzahl oder Leistung zur Verfügung gestellt werden muss, um die jeweils benötigte Fluid- oder Luftmenge bereitzustellen. Es werden keine Durchflusssensoren zur Bestimmung der Regelgröße benötigt oder verwendet, wodurch sich eine Kostenersparnis und eine Verringerung des benötigten Bauraumes durch die Reduzierung der notwendigen Fluid- oder Luftkanallänge gegenüber herkömmlichen Verfahren ergeben. Insgesamt wird der Platzbedarf durch Verzicht auf Durchflusssensoren spürbar verringert. Darüber hinaus fällt kein Wartungsaufwand für die Drucksensoren an, der bei Durchflusssensoren aufgrund der nicht zu vermeidenden Verschmutzung unvermeidbar ist. Zwei Drucksensoren lassen sich leicht an den notwendigen Stellen und Positionen innerhalb der Anlage einsetzen und nachrüsten, sodass eine verbesserte Regelung des Fluid- oder Luftmengenstromes einfach und ohne große bauliche Veränderungen durch Einbau der Sensoren erreicht werden kann.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Fluid oder die Luft vor dem ersten Drucksensor mit zumindest einem Fluid- oder Luftaufbereitungsaggregat aufbereitet wird, beispielsweise durch eine Kühlung, einen Filter und/oder eine Trocknungseinrichtung. Dieses Fluid- oder Luftaufbereitungsaggregat oder diese Fluid- oder Luftaufbereitungsaggregate stellen eine Fluid- oder Luftqualität bereit, die für die weitere Nutzung des Fluids oder der Luft in der Anlage benötigt wird. Die Anordnung dieser Luftaufbereitungsaggregate oder zumindest eines Aufbereitungsaggregates vor dem ersten Drucksensor verhindert, dass diese Einbauten oder Aggregate Einfluss auf die Bestimmung des ersten Messwerts und damit auf einen wesentlichen Parameter zur Bestimmung der Regelgröße haben.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Fluid oder die Luft nach dem Ventilator über eine zumindest Aufbereitungseinrichtung aufbereitet und insbesondere hinsichtlich der Feuchtigkeit, Temperatur und/oder Verunreinigung eingestellt wird, um die für den jeweiligen Prozess benötigte Beschaffenheit des durch den Ventilator geförderten Fluids oder der durch den Ventilator geförderten Luft zu gewährleisten. Die Temperatur kann beispielsweise durch Erwärmen und/oder Zumischung von Kaltluft oder einem Fluid anderer Temperatur aus einem parallelen Ventilationsstrang erfolgen. Dazu ist vorgesehen, dass dem Druckverlustabschnitt unterschiedlich aufbereitete Luft oder unterschiedlich aufbereitetes Fluid von mehreren Ventilatoren zugeführt wird. Dabei ist der erste Drucksensor vor beiden oder der Vielzahl der Ventilatoren angeordnet, um den ersten Druckmesswert zu bestimmen.
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Die Luft oder das Fluid nach dem Ventilator oder den Ventilatoren wird in einer Weiterbildung des Verfahrens innerhalb des Druckverlustabschnittes durch eine Materialaufbereitungsvorrichtung geleitet und dort beispielsweise zur Trocknung, Kühlung, Vereinzelung oder anderweitigen Aufbereitung eines Materials eingesetzt. Die Materialaufbereitungsvorrichtung kann beispielsweise ein Trommeltrockner, eine Trommelkühleinrichtung und/oder ein Separator sein und ist Teil des Druckverlustabschnittes oder bildet diesen. Bei dem eingesetzten Material handelt es sich insbesondere um feuchte Schüttgüter der Lebensmittel, Biomasse oder Chemieprodukte verarbeitenden Industrie.
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Zur Anpassung der Fluid- oder Luftmenge im Rahmen der Regelung, wenn die gemessene und ermittelte Druckdifferenz zwischen den beiden Sensoren von dem vorgegebenen Wert abweicht, sieht eine Weiterbildung vor, dass die notwendige Drehzahl des Antriebes aus einem Kennlinienfeld ermittelt wird, das in dem Kalkulationsmodul hinterlegt ist. Für jeden Ventilator existiert entweder eine gemessene oder durch den Hersteller ermittelte Kennlinie, die den Zusammenhang von Fluid- oder Luftdurchsatz und Druckerzeugung für eine bestimmte Drehzahl bei dem jeweiligen Ventilator angibt. Wenn der Differenzdruck über den Ventilator gemessen wird und die Drehzahl des Ventilators bekannt ist, können der Fluid- oder Luftdurchsatz und damit der Fluid- oder Luftmengenstrom anhand der jeweiligen Kennlinie bestimmt werden. Wird die Drehzahl des Ventilators verändert, ergibt sich eine neue Kennlinie. Diese neuen Kennlinien sind entweder von dem Hersteller bereitgestellt oder werden gemessen oder über Berechnungsmethoden modifiziert, sodass sich ein Kennlinienfeld ergibt, das den Druckverlust der luftdurchströmten Anlage bei verschiedenen Drehzahlen für einen bestimmten Fluid- oder Luftdurchsatz angibt. Um dieses Kennlinienfeld zur Regelung zu nutzen, wird der Zusammenhang von Differenzdruck und Fluid- oder Luftdurchsatz bei der jeweiligen Drehzahl verwendet.
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Die fluid- oder luftdurchströmte Anlage zur Durchführung des Verfahrens, wie oben beschrieben, mit einem Einlass, zumindest einem dem Einlass in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventilator mit einem Antrieb, einem Auslass für von dem Ventilator geförderte Luft oder gefördertes Fluid, einem Druckverlustabschnitt zwischen dem Ventilator und dem Auslass und zumindest einem Sensor, der mit einem Kalkulationsmodul und zumindest einer Regeleinrichtung gekoppelt ist, über die auf der Grundlage von Sensorwerten der Antrieb des Ventilators geregelt wird, sieht vor, das ein erster Drucksensor in Strömungsrichtung vor dem Ventilator und ein zweiter Drucksensor in Strömungsrichtung nach dem Druckverlustabschnitt angeordnet ist, wobei beide Drucksensoren mit der Regeleinrichtung gekoppelt sind, die den Antrieb auf der Grundlage der aus den gemessenen Drucksensorwerten errechneten Druckdifferenz durch Änderung der Ventilatordrehzahl regelt. Die Anordnung der beiden Sensoren einmal vor dem Ventilator und einmal nach dem Druckverlustabschnitt ermöglicht eine wartungsarme, robuste und nachrüstbare Konstruktion, mit der eine genaue Fluid- oder Luftmengenregelung bei durchströmten Anlagen möglich ist. Das System kann auch bei staubhaltiger Luft oder stabhaltigem Fluid eingesetzt werden, da die Druckmessung unabhängig von der Fluid- oder Luftqualität durchgeführt werden kann. Zur Nachrüstung nicht vorhandener Drucksensoren müssen lediglich Bohrungen in einen Strömungskanal eingebracht und jeweils ein entsprechender Sensor montiert werden, Rücksichten auf Einlaufstrecken und Auslaufstrecken zur Strömungsharmonisierung des Fluids oder der Luft sind nicht erforderlich. Falls bereits Drucksensoren in einer Anlage vorhanden sind, diese aber bisher für andere Aufgaben verwendet werden, wie die Regelung eines Unterdruckes in einer Trocknungseinrichtung oder zur Überwachung der Beladung eines Zuluftfilters, sind keine zusätzlichen Sensoren notwendig. Die vorhandenen Sensoren können im Sinne der Erfindung genutzt werden.
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Zur Verbesserung oder Einstellung der benötigten Fluid- oder Luftqualität kann vor dem ersten Drucksensor zumindest ein Fluid- oder Luftaufbereitungsaggregat angeordnet sein. Zur feineren Einstellung und Anpassung des Prozessmediums kann nach dem Ventilator zumindest eine Fluid- oder Luftaufbereitungsvorrichtung angeordnet sein, insbesondere um unterschiedliche Temperaturen oder Temperaturveränderungen im Verlauf eines Materialaufbereitungsprozesses einstellen zu können.
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Zur vereinfachten Mischung unterschiedlicher Fluid- oder Luftqualitäten kann in Strömungsrichtung nach dem ersten Drucksensor eine Abzweigleitung zu einem zweiten Ventilator oder einem weiteren Ventilator führen, der ebenfalls Fluid oder Luft in den Druckverlustabschnitt fördert. Beide Ventilatoren werden dann im Rahmen der Regelung betrachtet und berücksichtigt. Die Abzweigung erfolgt bevorzugt vor dem ersten Ventilator.
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In dem Druckverlustabschnitt ist in einer Weiterbildung eine Materialaufbereitungsvorrichtung, insbesondere ein Trockner angeordnet, der einen Materialzuführanschluss aufweist. Über den Materialzuführanschluss wird das aufzubereitende Material der Vorrichtung zugeführt. Das Material kann durch den Zuführanschluss auch wieder entnommen werden, sofern kein separater Materialauslass vorgesehen ist. Bei einem Einlass und einem Auslass kann auch eine kontinuierliche Materialaufbereitung erfolgen.
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Der zweite Drucksensor ist in einer Weiterbildung unmittelbar an dem Ende des Druckverlustabschnittes positioniert, beispielsweise am Ende der Materialaufbereitungsvorrichtung, wodurch sich die Genauigkeit der Bestimmung der Druckdifferenz erhöht, da keine weiteren Druckverluste innerhalb der Rohrleitung der Anlage auf die Messung auswirken.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - eine schematische Darstellung einer Luftmengenregelung an einem Trommeltrockner; sowie
- 2 - ein Signalflussplan für die Regelung eines Ventilators der 1.
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In der 1 ist eine Anlage 1 zum Aufbereiten und/oder zum Konditionieren von Materialien aus einer vorgelagerten Verarbeitungsstufe dargestellt, beispielsweise zum Trocknen oder Kühlen von Chemieprodukten, feuchten Schüttgütern oder anderen Produkten der verarbeitenden Industrie. Die Anlage 1 weist einen Einlass 2 für ein einzuleitendes Fluid auf, beispielsweise für Frischluft oder ein anderes, gasförmiges Medium. Wenn nachfolgend von Luft gesprochen wird, beziehen sich die Ausführungen grundsätzlich auf alle gasförmigen Fluide, insbesondere auch Dampf.
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Dem Einlass 2 sind in Strömungsrichtung zwei Luftaufbereitungsaggregate 10 vorgelagert, die auch außerhalb eines Gebäudes, in dem die Anlage 1 betrieben wird, angeordnet sein können. Die Luftaufbereitungsaggregate 10 sind beispielsweise ein Wetterschutz, Filter, strömungsbeeinflussende Bauteile wie Lamellen, Entfeuchter, Wärmetauscher, Frostschutzeinrichtungen oder Umleitungseinrichtungen. Das Fluid wird durch die Luftaufbereitungsaggregate 10 über von einen Elektromotor 4 angetriebenen Ventilator 3 in eine Hauptleitung 21 gesaugt. Der Ventilator 3 drückt das Fluid durch die Hauptleitung 21 zu einer in Strömungsrichtung nachgelagerten Luftaufbereitungseinrichtung 11. Mit dieser Luftaufbereitungseinrichtung 11 kann beispielsweise das Fluid insbesondere hinsichtlich seiner Temperatur eingestellt werden, insbesondere über einen Wärmetauscher erwärmt oder gekühlt werden. Der Wärmetauscher als Luftaufbereitungseinrichtung 11 wird von einem Wärmeträgermedium durchströmt, dessen Durchströmmenge über ein Stellventil 19 verändert werden kann. Beispielsweise kann die Menge eines zugeführten Heizdampfes oder eines Kältemittels verändert werden, wodurch sich die auf das Fluid übertragbare oder dem Fluid entzogene Wärmemenge einstellen lässt.
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Nachdem das Fluid durch die Luftaufbereitungseinrichtung 11 hindurchgeleitet wurde, wird es einer Materialaufbereitungsvorrichtung 12 zugeführt, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Trommeltrockner ausgebildet ist. Innerhalb der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 erfolgt die Behandlung des jeweiligen Materials mit dem Fluid, vorzugsweise im Gegenstromprinzip. Neben der durch die Luftaufbereitungseinrichtung 11 und die Hauptleitung 21 zugeleiteten Fluidmenge wird der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 ein weiterer Fluidstrom zugeleitet. Der weitere Fluidstrom, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel keiner weiteren Behandlung ausgesetzt wird, wird der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 über eine separate Abzweigleitung 14 im Bereich des Einlasses der Hauptleitung 21 zugeleitet.
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Die Abzweigleitung 14 zweigt unmittelbar nach dem Einlass 2 von der Hauptleitung 21 abzweigt, bevor eine weitere Fluidbehandlung stattfindet. Innerhalb der Abzweigleitung 14 ist ein zweiter Ventilator 13 angeordnet, der über einen gesteuerten Motor als Antrieb 16 betrieben wird. Über die Abzweigleitung 14 wird das durch die Luftaufbereitungsaggregate 10 vorbehandelte Fluid in einen separaten Einlass der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 eingeleitet und dort mit dem anderen Fluidstrom aus der Hauptleitung 21 vermischt. Durch die Abzweigleitung 14 wird insbesondere Kaltluft der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 zugeführt. Die Abzweigleitung 14 kann auch geschlossen werden, sodass das Fluid nur durch die Hauptleitung 21 in die Materialaufbereitungsvorrichtung 12 eingeleitet wird. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Luftaufbereitungseinrichtung 11 zur Kühlung des Fluids oder der Luft eingesetzt wird. Durch die unterschiedliche Behandlung des Fluids in der Hauptleitung 21 und der Abzweigleitung 14 kann die Qualität des Fluids für die Materialaufbereitungsvorrichtung 12 eingestellt werden. Die Qualität des Fluids wird durch eine entsprechende Regelung oder Steuerung der Antriebe 4, 16 der Ventilatoren 3, 13 eingestellt.
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Innerhalb der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 findet die vorgesehene Behandlung des Materials statt, beispielsweise wird dieses gekühlt, getrocknet, vereinzelt oder erwärmt. Wie bereits oben ausgeführt, findet die Aufbereitung des Materials vorzugsweise im Gegenstrom, d. h. dass im Bereich des Einlasses des fluide das aufbereitete Material aus der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 Austritt und an dem Austrittsende für das Fluid die Materialzufuhr stattfindet. Sowohl der Einlass als auch der Auslass für das zu verarbeitende oder aufzubereitende Material sind nicht dargestellt. An dem Ende der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 ist ein Luftauslass 15 oder ein Fluidauslass 15 ausgebildet, durch den das Fluid austritt. Zwischen dem Einlass der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 und dem Luftauslass 15 findet ein Druckverlust statt, sodass dieser Bereich als Druckverlustabschnitt 6 bezeichnet werden kann. Von dem Luftauslass 15 wird das Fluid über einen weiteren angetriebenen Ventilator 23 durch eine Reinigungseinrichtung 20 hindurch gesaugt, beispielsweise durch einen Zyklonabscheider, eine Filtereinrichtung, einen weiteren Wärmeaustauscher oder dergleichen. Von der Reinigungseinrichtung 20 aus wird die Prozessluft oder das Prozessfluid dann entweder in die Umgebung entlassen oder einer weiteren Verwertung oder Verwendung zugeführt.
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Innerhalb der Rohrleitung der Anlage 1 sind zwei Drucksensoren 7, 8 angeordnet, der erste Sensor 7 befindet sich innerhalb der Hauptleitung 21, die von dem Einlass 2 durch die Luftaufbereitungseinrichtung 11 in die Materialaufbereitungsvorrichtung 12 geleitet wird. Der erste Sensor 7 ist in Strömungsrichtung hinter den Luftaufbereitungsaggregaten 10 nach dem Einlass 2 und vor dem Ventilator 3 angeordnet. Der zweite Sensor 8 ist in der Auslassleitung nach dem Luftauslass 15 und vor dem Auslass 5 in die Reinigungseinrichtung 20 angeordnet. In einer Variante ist der erste Sensor 7 in Strömungsrichtung vor der Abzweigleitung 14 nach dem Einlass 2 angeordnet, wodurch sich der Druckabfall über die gesamte Anlage 1 von dem Einlass 2 bis zu dem Auslass 5 besser erfassen lässt. Die erste Messstelle für den ersten Drucksensor 7 befindet sich also nach den Luftaufbereitungsaggregaten 10, jedoch vor einer möglichen Abzweigleitung 14 und vor den Ventilatoren 3, 13. die zweite Messstelle mit dem zweiten Drucksensor 8 wird vorteilhafterweise unmittelbar an dem Luftauslass 15 eingerichtet, sodass ein weiterer Druckabfall innerhalb der Rohrleitung nach dem Austritt aus der Materialaufbereitungsvorrichtung 12 bei der Erfassung des Druckabfall nicht berücksichtigt wird. Dadurch wird der für die Regelung der Ventilatoren 3, 13 allein wichtige Druckabfall über die gesamte Anlage 1 am genauesten erfasst.
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Beide Sensoren 7, 8 sind mit je einem Kalkulationsmodul 9a, 9b verbunden, innerhalb der über die von den Sensoren 7, 8 erhaltenen Werte eine Berechnung der jeweils zuzuführenden Luftmenge oder Fluidmenge erfolgt. Die Ausgabegröße der Kalkulationsmodule 9a, 9b an die jeweils zugeordnete Regeleinrichtung 22a, 22b, die vorzugsweise als PID-Regler ausgebildet sind, ist die aktuell kalkulierte Fluidmenge. Ist nur ein Fluidstrom über den Ventilator 3 zu regeln, ist nur ein Regler 22b notwendig, sind mehr als zwei Ventilatoren 3, 13 vorhanden, beispielsweise um mehr als zwei unterschiedliche Fluidqualitäten zu mischen, ist eine entsprechende Anzahl an Reglern 22a, 22b vorgesehen. Basierend auf den Sensorwerten der Sensoren 7, 8 als Eingangssignale werden innerhalb des Kalkulationsmoduls 9a, 9b die Werte für die strömende Kaltluft und die strömende Warmluft errechnet und der Regeleinrichtung 22a, 22b als Istwert übermittelt. Die Regeleinrichtung 22a, 22b vergleicht den Istwert mit dem erforderlichen Sollwert und übermittelt den Ausgang der Regeleinrichtung 22a, 22b an den Frequenzumrichter der jeweiligen Antriebe 4, 16. Die Werte als Stellwerte sind bei frequenzgesteuerten Antrieben die Frequenzen des elektrischen Stroms für den jeweiligen Antriebsmotor 4, 16. Über diese Regelung werden die Antriebe 4, 16 der Ventilatoren 3, 13 getrennt geregelt, sodass unterschiedliche Mengen an Kaltluft und Warmluft der Materialaufbereitungseinrichtung 12 zugeführt werden. Die gezeigten Volumenstromregelkreise können bei Erreichen einer Grenzdrehzahl für den jeweiligen Antrieb 4, 16 ein Schaltsignal oder ein Alarmsignal ausgeben, damit beispielsweise Filter ausgetauscht oder die Materialmenge des zu behandelnden Materials verändert wird. Die benötigte Luftmenge oder Fluidmenge ist abhängig von der Menge des zu verarbeitenden Produktes.
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In der 2 ist ein Signalflussplan für die Regelung eines Ventilators 3 gezeigt, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel für den Ventilator in der Hauptleitung 21. Die Regelung des zweiten Ventilators 13 in der Abzweigleitung 14 erfolgt entsprechend. Der Sensorwert X1 von dem ersten Sensor 7 für den Druck in der Anlage 1 unmittelbar nach dem Einlass 2 und der Sensorwert X 2 des zweiten Sensors 8 kurz vor dem Auslass 5 der Anlage 1, besser kurz nach dem Luftauslass 15 aus der Materialaufbereitungsvorrichtung 12, werden zu einem gemeinsamen Druckwert Y1 kombiniert, wobei zur Errechnung des gemeinsamen Druckwertes Y1 ein Zusatzwert Y6 für den Druckverlust verwendet wird, der sich aus dem eingestellten Sollwert des Stellwertgebers 18 errechnen lässt. Der gemeinsame Druckwert Y1 wird zur Errechnung des Prozesswertes Y5 verwendet, wobei zu dem gemeinsamen Druckwert Y1 zusätzliche Widerstände zwischen dem Ventilator 13 und dem Messort über die numerischen Ausdrücke Y4 und Y5 hinzugerechnet werden. Die numerischen Ausdrücke Y4 und Y5 sind einfache Polynome, die sich problemlos in das Kalkulationsmodul integrieren lassen. Daraus ergibt sich insgesamt der Ausgangswert Y2 des Volumenstromregelkreises als veränderliches Eingangssignal für den Antrieb 4 des Ventilators 3. Der Volumenstromregelkreis ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als PID-Regler 22b ausgebildet. Der Ausgangswert Y2 stellt den Frequenzwert des elektrischen Stromes für den frequenzgesteuerten Motor des Antriebs 4 als Stellgröße dar. Durch die Änderung der Frequenz wird die Drehzahl des Motors 4 verändert, damit verändert sich auch der Luftdurchsatz des Ventilators 3.
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Aus den Drucksensorwerten der Sensoren 7, 8 in Verbindung mit der bekannten Drehzahl der Ventilatoren 3, 13 ist es möglich, die gegenwärtig vorhandene Luftmenge oder Fluidmenge, die durch den Trommeltrockner bzw. die Materialaufbereitungseinrichtung 12 hindurchgeführt wird, zu bestimmen. Die Luftmenge oder Fluidmenge wird mit dem vorher eingestellten Sollwert des Volumenstromregelkreises verglichen, und bei Abweichungen wird durch eine Änderung der Frequenz als Stellgröße eine Anpassung erreicht. Wird eine Grenzdrehzahl für den jeweiligen Motor 4 erreicht, wird ein Warnsignal ausgegeben, eine automatische Reduzierung des Materialdurchsatzes veranlasst oder eine andere Maßnahme ergriffen, beispielsweise die Anlage abgeschaltet.
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Für die Auslegung der Anlage 1 ist es notwendig, die Betriebsparameter der Ventilatoren 3, 13 zu kennen. Für jeden Ventilator 3, 13 kann durch Messungen eine Kennlinie ermittelt werden. Diese Kennlinie zeigt den Zusammenhang von Luftdurchsatz und Druckerzeugung bei einer bestimmten Drehzahl. Aus dem Zusammenhang von Luftdurchsatz, Druckerzeugung und Drehzahl ist es möglich, bei der Kenntnis der Drehzahl und einem gemessenen Differenzdruck über den Ventilator den Luftdurchsatz anhand der jeweiligen Kennlinie zu bestimmen. Da für die Behandlung des Materials in der fluiddurchströmten Anlage in der Regel die Fluidmenge bzw. die Luftmenge entscheidend ist, die durch die Materialbehandlungsvorrichtung hindurchgeleitet wird, kann über den bekannten Differenzdruck und die ebenfalls bekannte Drehzahl des Ventilators der Luftdurchsatz anhand der dazugehörigen Kennlinie genau bestimmt werden. Bei einer veränderten Drehzahl des Ventilators oder der Ventilatoren ergeben sich entsprechend abweichende Kennlinien, die entweder empirisch ermittelt oder über Berechnungsmethoden anhand von Modellen modifiziert werden können. Aus der Vielzahl der Kennlinien wird somit ein Kennlinienfeld berechnet, das zur Regelung der Ventilatoren genutzt wird. Dabei werden numerische Ausdrücke für den Zusammenhang von Differenzdruck und Luftdurchsatz bei der Drehzahlvariation der Ventilatoren ermittelt, diese numerischen Ausdrücke werden dann in dem jeweiligen Kalkulationsmodul 9 verwendet.
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Die Regelung der Ventilatoren 3, 13 erfolgt ausschließlich auf der Grundlage des gemessenen Differenzdruckes zwischen den beiden Sensoren 7, 8, insbesondere ist keine Luftmengenmessung oder Fluidmengenmessung innerhalb der Anlage 1 notwendig, wodurch sich hohe Kosten für notwendige Umbauten einsparen lassen. Es bedarf bei der Auslegung der Anlage keinerlei Berechnungen oder Abschätzungen des zu erwartenden Druckverlustes über den Druckverlustabschnitt bzw. innerhalb der Materialaufbereitungseinrichtung 12, vielmehr kann durch einfache Druckmessungen eine optimierte Regelung der Antriebe 4, 16 erreicht werden und eine optimierte Bereitstellung der benötigten Fluidmenge zur Materialbehandlung erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage
- 2
- Einlass
- 3
- Ventilator
- 4
- Antrieb
- 5
- Auslass
- 6
- Druckverlustabschnitt
- 7
- Sensor
- 8
- Sensor
- 9a, 9b
- Kalkulationsmodul
- 10
- Luftaufbereitungsaggregat
- 11
- Luftaufbereitungseinrichtung
- 12
- Materialaufbereitungsvorrichtung
- 13
- Ventilator
- 14
- Abzweigleitung
- 15
- Luftauslass
- 16
- Antrieb
- 19
- Ventil
- 20
- Reinigungseinrichtung
- 21
- Hauptleitung
- 22a, 22b
- Regeleinrichtung
- 23
- Ventilator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3287641 A1 [0003]
- CN 10505224 B [0004]
- US 10184680 B2 [0005]
