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Die
Erfindung betrifft eine Verdichteranlage mit einem Verdichter mit
Wassereinspritzkühlung
mit einem Kühlwasserkreislauf
für das
Kühlwasser
der Wassereinspritzkühlung
und mit einer Kondensiereinrichtung zum Kondensieren von in dem
verdichteten Medium vorhandenen Wasser.
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Eine
derartige Verdichteranlage ist aus der
DE 197 29 498 A1 bekannt.
Sie umfaßt
einen Verdichter für
gasförmige
Medien, insbesondere Luft, durch den das gasförmige Medium, insbesondere Luft,
komprimiert und als Druckgas zur Verfügung gestellt wird. Zur Abdichtung,
Schmierung und Kühlung des
Verdichters wird Wasser verwendet, das gegenüber Öl den Vorteil besitzt, nicht
umweltbelastend oder gesundheitsgefährdend zu sein. Der Verdichter kann
als Schraubenverdichter ausgebildet sein. Das Kühlwasser kann im Bereich der
Rotoren des Verdichters eingespritzt und nach dem Austritt aus dem Verdichter
von dem komprimierten Gas wieder getrennt werden. Das im Verdichter
erwärmte
Wasser wird anschließend
einer Kühlvorrichtung
zugeführt. Das
abgekühlte
Kühlwasser
wird dann gefiltert und erneut dem Verdichter zugeführt. Die
Verdichteranlage umfaßt
also einen Kühlwasserkreislauf,
so daß es sich
um eine Verdichteranlage mit einem Verdichter mit Wassereinspritzkühlung in
einem Kühlwasserkreislauf
handelt.
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Während des
Betriebs einer derartigen Verdichteranlage kann durch Verdunstung
von Kühlwasser
und/oder Aufnahme von Luftfeuchtigkeit in das Kühlwasser eine Veränderung
verschiedener Parameter des Kühlwassers
bewirkt werden. Insbesondere kann dadurch der relative Salzgehalt
des Wassers erhöht
werden, so daß vermehrt
Sedimente ausfallen, die in dem Verdichter, insbesondere in dessen Dichtspalten
und an dessen Dichtringen, Beschädigungen
und Zerstörungen
bewirken können.
Wenn der Salzgehalt des Kühlwassers
fällt,
verringert sich die Puffer fähigkeit
des Kühlwassers
zur Absorption von freier Kohlensäure, die aggressiv und korrosiv wirkt.
Auch der pH-Wert des Kühlwassers
kann sich verändern,
so daß das
Kühlwasser
dann korrosiv wirkt.
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Bei
der Verdichteranlage nach der
DE 197 29 498 A1 wird der Leitfähigkeits-Wert
des Kühlwassers durch
eine Meßvorrichtung
in dem Kühlwasserkreislauf
bestimmt. Durch eine Regelvorrichtung wird bei Überschreitung eines oberen
Leitfähigkeits-Grenzwertes von beispielsweise
20 μS/cm
die Einleitung von entsalztem Wasser in den Kühlwasserkreislauf veranlaßt. Bei
Unterschreitung eines unteren Leitfähigkeits-Grenzwertes von beispielsweise
10 μS/cm wird
die Einleitung von nichtentsalztem Wasser in den Kühlwasserkreislauf
veranlaßt.
Hierdurch kann die Wasserqualität
im Kühlwasserkreislauf
der Wassereinspritzkühlung
verbessert werden, und die beschriebenen schädlichen Wirkungen können vermindert
oder vermieden werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Verdichteranlage der eingangs angegebenen
Art zu vereinfachen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
Verdichteranlage umfaßt
eine Kondensiereinrichtung zum Kondensieren von in dem verdichteten
Medium vorhandenen Wasser. Das Kondensat kann zur Verbesserung der
Wasserqualität
des Kühlwasserkreislaufs
verwendet werden. Die Verdichteranlage umfaßt ferner eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung
zum Messen der Leitfähigkeit
des Kondensats und eine Regeleinrichtung zum Regeln der Leitfähigkeit
des Kondensats. Die Kondensiereinrichtung umfaßt eine Kondensat-Rückleitung
zum Verdichter und eine Entsalzungs-Rückleitung zum Verdichter. In
der Entsalzungs-Rückleitung
ist vorzugsweise eine Entsalzungseinrichtung vorhanden. Durch die
Erfindung kann der Vorteil erreicht werden, daß die Regeleinrichtung nicht
Bestandteil des Kühlwasserkreislaufs sein
muß. Die
Leitfähigkeit
des Kühlwassers
der Wassereinspritzkühlung
wird durch die Regelung der Leitfähigkeit des Kondensats indirekt
geregelt.
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Bei
der
DE 197 29 498
A1 wird das Wasser des Kühlwasserkreislaufs aufbereitet.
Dies geschieht durch ein aufwendiges Verfahren unter Verwendung von
Magnetventilen, Rückschlagventilen
und einem Entsalzungsgerät,
das als Mischbettionenaustauscher oder als Umkehrosmose-Vorrichtung
ausgebildet ist. Ferner wird eine externe Wassereinspeisung verwendet.
Bei der
DE 197 29
498 A1 befinden sich alle für die Wasseraufbereitung verwendeten
Bauteile (Magnetventile, Rückschlagventile,
Entsalzungsgerät,
lonenaustauscher, Umkehrosmose-Vorrichtung, Sensoren etc.) im Kühlwasserkreislauf,
wo sie erhöhten
mechanischen Schwingungen und Druckbelastungen ausgesetzt sind.
Dies wird durch die Erfindung vermieden. Durch die Erfindung wird
eine Verdichteranlage mit Wassereinspritzkühlung geschaffen, bei der es
nicht erforderlich ist, daß sich
die für
die Verbesserung der Wasserqualität benötigten Anlagenteile im druckbelasteten
Kühlwasserkreislauf befinden.
Dadurch wird es insbesondere möglich,
im Kühlwasserkreislauf
höhere
Betriebsdrücke
von bis zu 60 bar oder höher,
auch unter Ex-Bedingungen, zu erzeugen.
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Bauteile
wie der bei der
DE
197 29 498 A1 verwendete lonenaustauscher sind nicht für höhere Betriebsdrücke zugelassen,
beispielsweise nicht für Betriebsdrücke über 6 bis
10 bar. Bei der Verdichteranlage nach der
DE 197 29 498 A1 steigt
der Druck des Kühlkreislaufs
nach dem Anlaufen des Verdichters auf den Verdichtungsdruck an,
so daß dies
bei Drücken über 10 bar
zu einer Zerstörung
von Bauteilen führen
kann. Ferner entstehen durch den üblicherweise durch Einschrauben
bewirkten Einbau von Sensoren, Magnetventilen und Rückschlagventilen im
druckbelasteten Kühlkreislauf
zusätzliche
Leckagestellen. Durch die Erfindung wird eine Verdichteranlage geschaffen,
bei der im druckbelasteten Kühlwasserkreislauf
keinerlei Sensorik oder Technik zur Wasseraufbereitung erforderlich
ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Kondensiereinrichtung kann eine oder mehrere Kondensationsvorrichtungen,
vorzugsweise Zyklonabscheider umfassen. Vorzugsweise umfaßt die Kondensiereinrichtung
einen nachgeschalteten Kältetrockner.
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Die
Kondensiereinrichtung umfaßt
vorzugsweise einen Kondensatsammelbehälter. Vorteilhaft ist es, wenn
die Leitfähigkeitsmeßeinrichtung
oder ein Teil davon, insbesondere eine Meßsonde, in dem Kondensatsammelbehälter vorgesehen
ist. Der Kondensatsammelbehälter
kann als senkrechtes Kondensatsammelrohr ausgestaltet sein. Vorzugsweise wird
das Kondensatsammelrohr von unten nach oben durchströmt. Die
Leitfähigkeitsmeßeinrichtung oder
ein Teil davon, insbesondere eine Meßsonde, ist vorzugsweise in
der Nähe
des Kondensateintritts in den Kondensatsammelbehälter bzw. in das Kondensatsammelrohr
angeordnet.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung ist gekennzeichnet durch ein
Wegeventil zum wahlweisen Aufsteuern der Kondensat-Rückleitung
und/oder der Entsalzungs-Rückleitung.
Dadurch ist es insbesondere möglich,
den Salzgehalt des aus der Kondensiereinrichtung zurückgeleiteten
Wassers zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere innerhalb bestimmter
Grenzen zu regeln. Durch diese Steuerung und/oder Regelung des Salzgehalts
des zurückgeleiteten
Kondensats kann eine indirekte Steuerung und/oder Regelung des Salzgehalts
in dem Kühlwasserkreislauf
erfolgen, ohne daß in
dem Kühlwasserkreislauf
eine Messung des Salzgehalts vorgenommen werden muß.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das Wegeventil in Abhängigkeit von der gemessenen
Leitfähigkeit
gesteuert und/oder geregelt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensiereinrichtung
oder Teile davon von dem Verdichter und/oder dem Druckbehälter und/oder
dem Kühlkreislauf räumlich getrennt
ist.
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Die
Verdichteranlage umfaßt
vorzugsweise eine Wasserpumpe zum Versorgen des Verdichters, insbesondere
der Gleitlager des Verdichters, mit Wasser. Dies ist insbesondere
während
der Startphase von Vorteil.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen
erläutert.
In der Zeichnung zeigt die
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einzige
Figur eine Verdichteranlage in einer schematischen Darstellung.
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Die
Zeichnung zeigt eine Verdichteranlage 1 zur Erzeugung ölfreier
Druckluft. Die Verdichteranlage 1 umfaßt einen Elektromotor 2,
der durch eine Welle 31 einen Verdichter 3 antreibt.
Der Verdichter 3 ist als wassereinspritzgekühlter Schraubenverdichter ausgeführt. Er
saugt durch einen Ansaugkanal 32 Luft oder ein anderes
gasförmiges
Medium an, verdichtet sie auf den gewünschten Betriebsdruck und fördert sie
in einen Druckbehälter 5,
von wo sie über eine
Druckluftleitung 6 weitertransportiert wird.
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Die
Verdichteranlage 1 umfaßt einen Kühlkreislauf 33 und
eine Kondensiereinrichtung 39. Der Kühlkreislauf 33 umfaßt eine
Kühlwasserleitung 7. Die
Kondensiereinrichtung umfaßt
die Druckluftleitung 6 und die daran anschließenden Bauteile
bis zum Verdichter 3.
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Kühlkreislauf 33:
Aus dem Druckbehälter 5 wird
Kühlwasser über ein
Saugrohr 8 und die anschließende Kühlwasserleitung 7 in
einen Kühler (Wärmeaustauscher) 9 geleitet,
in dem das Kühlwasser
die aufgenommene Wärmeenergie
abgibt. Im weiteren Verlauf der Kühlwasserleitung 7 zwischen dem
Kühler 9 und
dem Verdichter 3 sind eine Magnetisierungsvorrichtung 10 und
ein Partikelfilter 11 angeordnet. Es ist allerdings auch
möglich,
die Magnetisierungsvorrichtung 10 stattdessen oder zusätzlich zwischen
dem Saugrohr 8 und dem Kühler 9 vorzusehen.
Die an der Rohraußenwandung
der Kühlwasserleitung 7 angeordnete
Magnetisierungsvorrichtung 10 wird vorzugsweise als Permanentmagnet, elektromagnetische
Spule oder Molekularwandler (UV-Strahlung) ausgeführt und
angeordnet. Die jeweilige Magnetisierungsvorrichtung 10 wirkt
primär auf
das durchströmende
Wasser. Dieses wird in seinen Bestandteilen als Dipol wirksam, was
mit einer Polarisierung der im Wasser gelösten Stoffe einhergeht. Die
Schwebstoffe werden gleichgeschaltet polarisiert, und eine Bildung
einer kristallinen Struktur (Cluster) als Ablagerung im System wird
verhindert. Unter diesen Bedingungen entsteht aus Calciumcarbonat
eine weiche lösliche
Verbindung, das Aragonit. Wenn dieses behandelte Wasser im Verdichtungsprozeß verdunstet,
kommt Kalk weich und nicht als steinharte, mineralisierte Substanz
(Sediment) zur Ablagerung. Eine Gefahr der Beschädigung von Lagern oder Dichtlippen
kann dadurch ausgeschlossen werden. Bei der Gestaltung des Kühlkreislaufs 33 wurde
besonders darauf Wert gelegt, das Kühlwasser berührungsfrei
und damit ohne Querschnittsverengungen oder Strömungswiderstände zu führen und
nicht in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften zu verändern.
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In
Strömungsrichtung
nach dem Partikelfilter 11 ist ein Rückschlagventil 12 angeordnet.
Vor und nach dem Rückschlagventil 12 verzweigt
sich die Kühlwasserleitung 7 auf
die Einspritzstellen am Verdichter 3.
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Im
Druckbehälter 5 befindet
sich ein Niveausensor 13, der bei Erreichen eines Maximalwerts
des Wasserstandes in dem Druckbehälter ein Signal an ein Auswertegerät 14 gibt,
welches bewirkt, daß das Magnetventil 15 für einen
definierten Zeitraum öffnet und
auf diese Weise eine bestimmte Wassermenge aus dem Druckbehälter 5 abläßt.
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Wenn
die Verdichteranlage 1 eingeschaltet werden soll, wird
durch den Einschaltbefehl bewirkt, daß das Auswertegerät 14 eine
selbstansaugende Pumpe 17 ein schaltet. Die selbstansaugende
Pumpe 17 saugt Wasser aus dem Druckbehälter 5 durch eine
Ansaugleitung 16, in der ein Partikelfilter 11 vorgesehen
ist, an und pumpt dieses Wasser durch eine Einspritzleitung 19 zur
Schmierung der Gleitlager in den Verdichter 3. Ein in der
Einspritzleitung 19 vorgesehener Strömungswächter 18 leitet bei
Durchströmung
mit Wasser ein Signal an das Auswertegerät 14, durch welches
dann der Antriebsmotor 2 für den Verdichter 3 gestartet
wird. Ferner wird die Pumpe 17 nach einem definierten Zeitraum
angehalten. In Strömungsrichtung
nach dem Strömungswächter 18 ist ein
Rückschlagventil 12 angeordnet,
nach welchem sich die Einspritzleitung 19 verzweigt. Die
Verzweigung 34 führt
zum Verdichter 3, die andere Verzweigung 4 wird
zwischen dem Rückschlagventil 12 und dem
Verdichter 3 in die Kühlwasserleitung 7 eingebunden.
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Kondensiereinrichtung 39:
In der Druckluftleitung 6 befindet sich mindestens ein
Zyklonabscheider 20. Wahlweise können noch ein weiterer Zyklonabscheider 21 und/oder
weitere Zyklonabscheider (in der Zeichnung nicht dargestellt) und/oder
ein Kältetrockner 22 und/oder
weitere Kondensationsvorrichtungen (in der Zeichnung nicht dargestellt) nachgeordnet
werden. Der weitere Zyklonabscheider 21 und der Kältetrockner 22 sowie
die möglicherweise
vorhandenen Zyklonabscheider und/oder Kondensationsvorrichtungen
können,
wie durch die Wand 35 symbolisiert, räumlich getrennt angeordnet werden.
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Das
in den Zyklonabscheidern 20, 21 und in dem Kältetrockner 22 anfallende
Kondensat wird über
jeweils einen Kondensatableiter 23 in eine Kondensatsammelleitung 36 eingeleitet.
Die Kondensatsammelleitung 36 ist mit einem Kondensatsammelbehälter 24 verbunden.
Der Kondensatsammelbehälter 24 ist
bevorzugt in der Verdichteranlage 1 angeordnet, wie in
der Zeichnung dargestellt, er kann allerdings auch, insbesondere
bei einer Ex-gefährdeten
Aufstellung der Verdichteranlage 1, von der Verdichteranlage 1 räumlich getrennt
angeordnet sein.
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Der
Kondensatsammelbehälter 24 ist
als senkrechtes Kondensatsammelrohr ausgeführt. Der Kondensateintritt 25 erfolgt
im unteren Bereich des Kondensatsammelbehälters 24 bzw. Kondensatsammelrohrs.
In der Nähe
des Kondensateintritts 25 ist in bzw. an dem Kondensatsammelbehälter 24 bzw. dem
Kondensatsammelrohr eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 40 angeordnet,
die ein temperaturnormiertes Leitfähigkeitsmeßgerät 26 und eine Meßsonde 27,
die in den Kondensatsammelbehälter 24 bzw. das
Kondensatsammelrohr hineinragt oder darin angeordnet ist, umfaßt. Die
Meßsonde 27 der
Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 40 befindet
sich also über
dem Kondensateintritt 25 in dem senkrechten Kondensatsammelrohr,
welches von unten nach oben durchströmt wird.
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Das über den
Kondensateintritt 25 einströmende Kondensat füllt den
Kondensatsammelbehälter 24.
Während
des Betriebs wird die Meßsonde 27 von
Kondensat überspült, und
es erfolgt ein kontinuierlicher Meßvorgang der Leitfähigkeit
des im Kondensatsammelbehälter 24 momentan
vorhandenen Kondensats.
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Am
höchsten
Punkt des Kondensatsammelrohres 24 ist ein 3/2-Wegeventil 28 montiert,
zu dem die Austrittsleitung 37 aus dem Kondensatsammelrohr 24 führt. Von
dem Wegeventil 28 führen
eine Kondensat-Rückleitung 29 und
eine Entsalzungs-Rückleitung 38 zum
Verdichter 3. Das Wegeventil 28 ist im stromlosen
Zustand über
die Kondensat-Rückleitung 29 direkt
mit der Saugseite des Verdichters 3 verbunden. Wenn die
im Kondensatsammelbehälter 24 über das
Leitfähigkeitsmeßgerät 26 gemessene
Leitfähigkeit
des Kondensats einen vorgegebenen Wert erreicht, wird das Wegeventil 28 angesteuert
und das Kondensat über
die Entsalzungs-Rückleitung 38,
in der eine Entsalzungseinrichtung 30 vorgesehen ist, geleitet.
Der vorgegebene Wert beträgt
vorzugsweise 20 μS/cm.
Es ist vorteilhaft, wenn dieser Wert mit einer Tolereranz von +/- 10%
eingehalten wird. Gute Ergebnisse lassen sich allerdings auch noch
dann erzielen, wenn der vorgegebene Wert im Bereich von 20 bis 50 μS/cm liegt.
In bestimmten Anwendungsfällen
kann das Verfahren auch dann noch durchführbar sein, wenn der vorgegebene
Wert im Bereich zwischen 20 und 100 μS/cm liegt. Je höher der
vorgegebene Wert liegt, umso mehr wird die Entsalzungseinrichtung 30 geschont und
die Standzeit zur Regeneration verlängert. Durch einen hohen Wert,
der im Bereich von 20 bis 100 μS/cm
liegt, kann die Entsalzungseinrichtung 30 geschont und
die Standzeit zur Regeneration verlängert werden.
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Durch
die beschriebene Regelung der Leitfähigkeit bzw. des Salzgehaltes
des Kondensats wird eine Verdichteranlage mit einem Verdichter mit
Wassereinspritzkühlung
geschaffen, bei der eine direkte Regelung der Leitfähigkeit
bzw. des Salzgehalts des Kondensats und damit eine indirekte Regelung
der Leitfähigkeit
bzw. des Salzgehalts des Kühlwasserkreislaufs
erfolgt, ohne daß eine
Meßeinrichtung
in dem Kühlwasserkreislauf
erforderlich ist. Damit werden Querschnittsverengungen und Leckagestellen
in dem Kühlwasserkreislauf
auf ein Minimum begrenzt.
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Die
Entsalzungseinrichtung 30 ist vorzugsweise als lonenaustauscher
oder Umkehrosmoseeinrichtung ausgebildet. Das in der Entsalzungseinrichtung 30 behandelte
Kondensat gelangt auf die Saugseite des Verdichters 3 und
vermischt sich mit dem vorhandenen Kühlwasser. Dadurch wird der
Wert der Leitfähigkeit
des Kühlwassers
nach unten verändert. Die
Leitfähigkeit
des Kühlwassers
nimmt nach und nach den Wert der Leitfähigkeit des Kondensats an.
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Da
die Leitfähigkeit
des Kühlmediums
im druckbelasteten Kühlkreislauf 33 mit
der Leitfähigkeit des
anfallenden Kondensats identisch oder annähernd identisch ist, wird bei
einer Unterschreitung des Maximalwertes der Leitfähigkeit
das Wegeventil 28 wieder umgesteuert, so daß das Kondensat
dann wieder durch die Kondensat-Rückleitung 29 direkt auf
die Saugseite des Verdichters 3 bzw. der Verdichteranlage
gelangt, ohne über
die Entsalzungsvorrichtung 30 geführt zu werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Verdichteranlage 1 eine
Wasserpumpe 17, insbesondere eine selbstansaugende Wasserpumpe,
auf, welche vor und während
des Startvorganges Wasser in die Gleitlager einspritzt und damit
eine Mischreibung zuverlässig
verhindert.
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Durch
die Erfindung wird eine Verdichteranlage mit einem Verdichter mit
Wassereinspritzkühlung
mit einem Kühlwasserkreislauf
geschaffen, die eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 40 umfaßt, welche außerhalb
des Kühlkreislaufs 33 den
Leitfähigkeitswert
des Kondensats bestimmt, vorzugsweise den Leitfähigkeitswert des Kondensats
in einem Kondensatsammelbehälter 24.
Die Verdichteranlage kann ferner eine Kondensationsanlage zur Lieferung
von Kondensat und eine Vorrichtung umfassen, die Bestandteil der
Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 40 sein kann
und die bei Überschreitung
eines vorzugsweise frei einstellbaren Leitfähigkeitswerts das Kondensat über eine
Entsalzungsanlage 30 in den Verdichter 3 einleitet.
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Zum
Explosionsschutz ist es möglich,
einzelne oder alle Bestandteile der Kondensiereinrichtung, die einen
Kondensatkreislauf bilden kann, räumlich getrennt von dem Verdichter
und/oder dem Druckbehälter
und/oder dem Kühlkreislauf
anzuordnen. Zu dem von der Kondensiereinrichtung gebildeten Kondensatkreislauf
gehören
insbesondere der oder die Zyklonabscheider 20, 21 und/oder
der Kältetrockner 22 und/oder
weitere Kondensationsvorrichtungen und/oder der Kondensatsammelbehälter 24 und/oder die
Entsalzungsanlage 30. Die Kondensiereinrichtung bzw. der
Kondensatkreislauf umfaßt
die Anlagenteile zwischen dem Druckbehälter 5, aus dem die Druckluftleitung 6 herausführt, und
dem Verdichter 3, in den die Kondensat-Rückleitung 29 und
die Entsalzungs-Rückleitung 38 einmünden.