DE112013002118T5

DE112013002118T5 - System und Verfahren für einen Kompressor

Info

Publication number: DE112013002118T5
Application number: DE112013002118.8T
Authority: DE
Inventors: Richard C. Peoples; Jason M. STRODE; Neil William Burkell; Milan Karunaratne; David Edward Petersen; Bret Dwayne Worden
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2015-01-15
Also published as: ZA201407992B; US20130294938A1; US20130294937A1; AU2013248977A1; US20130280095A1; WO2013159087A2; CN104364523B; US20130294935A1; CN104364523A; US20130294934A1; WO2013158518A2; US10233920B2; US9677556B2; WO2013158518A3; DE112013006838T5; AU2013248977B2; WO2013159087A3; US20130294936A1; US9771933B2

Abstract

Systeme (100 und 200) und Verfahren (1600 bis 1900) der Erfindung betreffen die Diagnose bei einem Kompressor. Ein Verfahren kann umfassen: Betreiben eines Kompressors (110) zum Verdichten von Luft aus einem Kompressor der ersten Stufe für einen Zwischenstufenbehälter (266), Abgeben von Luft aus dem Zwischenstufenbehälter an einen Kompressor der zweiten Stufe und weiteres Verdichten der Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe für einen Primärbehälter (180), Überwachen eines Zwischenstufendrucks in dem Zwischenstufenbehälter und Identifizieren eines Zustandes des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist. Es wird auch ein Fahrzeugsystem (100) mit einer Maschine, einem mit der Maschine wirkverbundenen Kompressor und einer Steuerung (130) bereitgestellt, die funktionsbereit ist, um einen Zustand des Kompressors zu identifizieren.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Hier offenbarte Ausführungsformen des Gegenstandes betreffen die Diagnose bei Kompressoren.
STAND DER TECHNIK
Kompressoren verdichten Gas, wie beispielsweise Luft. Kompressoren können von Elektromotoren angetrieben werden und luftgekühlt sein. Manche Kompressoren umfassen drei Zylinder mit zwei Stufen. So kann ein Kompressor beispielsweise zwei Niederdruckzylinder aufweisen, die einen einzelnen Hochdruckzylinder mit Luft bei einem Zwischendruck versorgen, der diese weiter verdichtet und schließlich in einen Druckluftbehälter abgibt. Bei dem Kompressor und den Kompressorkomponenten gibt es verschiedene Ausfallarten, die Schwierigkeiten beim Warten eines funktionierenden Kompressors erhöhen.
Es kann erwünscht sein, ein System und ein Verfahren zur Verfügung zu haben, die sich von den derzeit verfügbaren Systemen und Verfahren unterscheiden.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren für einen Kompressor (z. B. ein Verfahren zum Steuern und/oder Betreiben eines Kompressors) bereitgestellt, das die Schritte umfasst: Betreiben eines Kompressors zum Verdichten von Luft aus einem Kompressor einer ersten Stufe zu einem Zwischenstufenbehälter, zum Liefern von Luft aus dem Zwischenstufenbehälter an einen Kompressor einer zweiten Stufe und zum weiteren Verdichten der Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe zu einem Primärbehälter. Das Verfahren umfasst ferner ein Überwachen eines Zwischenstufendrucks des Zwischenstufenbehälters und Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks in dem Verlauf eines Zeitraums, in dem der Kompressor betrieben wird. (In Ausführungsformen wird das Verfahren automatisch oder anderweitig von einer Steuerung ausgeführt).
In einer Ausführungsform wird eine Steuerung bereitgestellt, die sich in Verbindung mit einem Kompressor betreiben lässt, der aufweist: einen Kompressor einer ersten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft in einen Zwischenstufenbehälter auf einen ersten Druck verdichtet, und einen Kompressor einer zweiten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft mit dem ersten Druck aus dem Zwischenstufenbehälter aufnimmt und die Luft in einen Primärbehälter des Kompressors auf einen zweiten Druck verdichtet; wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck. In der Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Zwischenstufendruck des Zwischenstufenbehälters des Kompressors entspricht, und einen Zustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor betrieben wird, identifiziert.
In einer Ausführungsform umfasst ein System ein Kompressorsystem mit einem Kompressor einer ersten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft in einen Zwischenstufenbehälter auf einen ersten Druck verdichtet, und einem Kompressor der zweiten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft mit dem ersten Druck aus dem Zwischenstufenkompressor aufnimmt und die Luft in einen Primärbehälter des Kompressorsystems auf einen zweiten Druck verdichtet, wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Zwischenstufendruck des Zwischenstufenbehälters des Kompressorsystems entspricht, und einen Zustand des Kompressorsystems durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums identifiziert, in dem das Kompressorsystem in Betrieb ist.
In einer Ausführungsform wird ein Kompressorsystem bereitgestellt, das Mittel zum Betreiben eines Kompressors zum Verdichten von Luft aus einem Kompressor einer ersten Stufe in einen Zwischenstufenbehälter, zum Liefern von Luft aus dem Zwischenstufenbehälter zu einem Kompressor einer zweiten Stufe und zum weiteren Verdichten der Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe in einen Primärbehälter und Mittel zum Überwachen eines Zwischenstufendrucks des Zwischenstufenbehälters umfasst. In der Ausführungsform kann das Kompressorsystem Mittel zum Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums umfassen, in dem der Kompressor in Betrieb ist.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren (z. B. Verfahren zum Betreiben und/oder Steuern eines Kompressors) ein Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors und Betätigen eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors. Das Verfahren umfasst ferner ein Erfassen eines Leckzustands eines Auslassventils des Zylinders durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird. (In anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein automatisches oder anderweitiges Steuern des Kompressors auf der Grundlage des erfassten Leckzustands und/oder in Reaktion auf den erfassten Leckzustand. In noch anderen Ausführungsformen wird das Verfahren alternativ oder zusätzlich automatisch oder ansonsten durch eine Steuerung ausgeführt.) Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Steuerung, die sich in Verbindung mit einem Kompressor betreiben lässt (z. B. kann die Steuerung Daten aus dem und/oder über den Kompressor empfangen, anhand der Daten einen Zustand diagnostizieren und den Kompressor auf der Grundlage des diagnostizierten Zustands steuern). Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors entspricht. Der Kompressor ist ferner so konfiguriert, dass er einen Leckzustand eines Auslassventils eines Zylinders des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Kolben in dem Zylinder betätigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein System einen mit einer Maschine wirkverbundenen Kompressor, wobei der Kompressor einen Behälter aufweist, der für das Speichern von Druckluft konfiguriert ist. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die betrieben werden kann, um einen Zustand des Kompressors zu ermitteln. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in dem Behälter entspricht, und einen Leckzustand eines Auslassventils eines Zylinders des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Kolben in dem Zylinder betätigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Kompressorsystem Mittel zum Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter und Mittel zum Betätigen eines Kolbens in einem Zylinder. Das Kompressorsystem umfasst ferner Mittel zum Erfassen eines Leckzustands eines Auslassventils des Zylinders durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft n dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren (z. B. ein Verfahren zum Steuern und/oder Betreiben eines Kompressors) bereitgestellt, das die Schritte umfasst: Überwachen eines Kurbelgehäusedrucks eines Kompressors, Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks und Identifizieren eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks. (Das Verfahren kann automatisch oder anderweitig von einer Steuerung ausgeführt werden).
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Steuerung, die sich in Verbindung mit einem Kompressor betreiben lässt (z. B. kann die Steuerung Daten aus dem und/oder über den Kompressor empfangen und den Kompressor oder andere Systeme auf der Basis der Daten steuern). Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck in einem Kurbelgehäuse des Kompressors entspricht, und den überwachten Kurbelgehäusedruck analysiert. Die Steuerung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks einen Zustand des Kompressors identifiziert.
In einer Ausführungsform umfasst ein System einen mit einer Maschine wirkverbundenen Kompressor, wobei der Kompressor ein Kurbelgehäuse mit einem Kurbelgehäusedrucksensor aufweist. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie von dem Kurbelgehäusedrucksensor ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck in dem Kurbelgehäuse des Kompressors entspricht. Die Steuerung ist ferner so konfiguriert, dass sie den überwachten Kurbelgehäusedruck analysiert und auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks einen Zustand des Kompressors identifiziert.
In einer Ausführungsform wird ein Kompressorsystem bereitgestellt, das Mittel zum Überwachen eines Kurbelgehäusedrucks eines Kompressors und Mittel zum Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks aufweist. Das Kompressorsystem weist ferner Mittel zum Identifizieren eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks auf.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren, das einen Leckzustand identifiziert, für einen Kompressor bereitgestellt. (Zum Beispiel kann das Verfahren ein Steuern des Kompressors auf der Grundlage des Leckzustands, der identifiziert wird, umfassen). Das Verfahren umfasst ein Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors und Betätigen eines Entlastungsventils des Kompressors. Das Verfahren umfasst ferner ein Erfassen eines Leckzustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem das Entlastungsventil betätigt wird.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Steuerung, die sich in Verbindung mit einem Kompressor betreiben lässt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors entspricht. Die Steuerung ist ferner so konfiguriert, dass sie einen Leckzustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Entlastungsventil des Kompressors betätigt wird. Die Steuerung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage des erfassten Leckzustands und/oder in Reaktion auf den erfassten Leckzustand steuert.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein System. Das System umfasst einen mit einer Maschine wirkverbundenen Kompressor, wobei der Kompressor einen Behälter, der so konfiguriert ist, dass er Druckluft speichert, und ein Entlastungsventil aufweist, das so konfiguriert ist, dass es Druck aus einem Abschnitt des Kompressors ablässt. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die sich in Verbindung mit dem Kompressor betreiben lässt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in dem Behälter des Kompressors entspricht, und einen Leckzustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem das Entlastungsventil betätigt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Kompressorsystem bereitgestellt werden, das ein Identifizieren eines Leckzustandes bei einem Kompressor auf der Grundlage einer zyklischen Betätigung eines Entlastungsventils ermöglicht. Das Kompressorsystem kann Mittel zum Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors und Mittel zum Betätigen eines Entlastungsventils des Kompressors aufweisen. Das Kompressorsystem kann ferner Mittel zum Erfassen eines Leckzustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums aufweisen, in dem das Entlastungsventil betätigt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen bestimmte Ausführungsformen und weitere Vorteile der Erfindung veranschaulicht sind, die in der nachfolgenden Beschreibung ausführlicher beschrieben werden:
1 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems mit einem Kompressor,
2 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit einem Kompressor,
3 ist ein Schaubild zur Steuerung eines Motors auf der Grundlage einer Erfassungskomponente für einen Kompressor,
4 ist ein Schaubild, das über der Zeit einen gemessenen Druck unter Angabe eines Verdichtungshubs oder eines Ansaughubs für einen Kompressor veranschaulicht,
5 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit einem Kompressor,
6 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit einem Kompressor,
7 ist ein Schaubild, das einen gemessenen Kurbelgehäusedruck für einen Kompressor veranschaulicht,
8 ist ein Schaubild, das einen gemessenen Kurbelgehäusedruck für einen Kompressor veranschaulicht,
9 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit einem Kompressor,
10 ist ein Schaubild, das einen gemessenen Kurbelgehäusedruck für einen Kompressor veranschaulicht,
11 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems, das einen Kompressor mit einem Entlastungsventil in geöffneter Position aufweist,
12 ist ein Schaubild, das einen überwachten Druck für einen Behälter eines Kompressors ohne einen Leckzustand veranschaulicht,
13 ist ein Schaubild, das einen überwachten Druck für einen Behälter eines Kompressors mit einem Leckzustand veranschaulicht,
14 ist ein Schaubild, das einen überwachten Druck für einen Kompressor veranschaulicht,
15 ist ein Schaubild, das einen überwachten Druck für einen Kompressor veranschaulicht,
16 ist ein Ablaufschema für eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Überwachen eines Drucks einer Zwischenstufe eines Kompressors zum Identifizieren seines Zustands,
17 ist ein Ablaufschema für eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Identifizieren eines Leckzustandes eines Kompressors auf der Grundlage eines zyklischen Kolbenbetriebs,
18 ist ein Ablaufschema für eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Identifizieren eines Zustandes eines Kompressors auf der Grundlage eines gemessenen Kolbengehäusedrucks, und
19 ist ein Ablaufschema für eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Identifizieren eines Leckzustandes eines Kompressors auf der Grundlage einer zyklischen Betätigung eines Entlastungsventils.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstandes betreffen Systeme und Verfahren, die das Identifizieren eines Zustandes eines Kompressors ermöglichen, insbesondere das Identifizieren eines Zustandes des Kompressors durch Überwachen eines Drucks einer Zwischenstufe. Eine Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie einen Kolben für einen Kompressor betätigt, während sie einen Zwischenstufendruck des Kompressors überwacht. Darüber hinaus kann ein Drucksensor (der z. B. auch als Erfassungskomponente bezeichnet wird) so konfiguriert sein, dass er zwecks Erfassens einer Druckänderung (z. B. Schwankung, Erhöhung, Verringerung usw.) den Druck für die Zwischenstufe überwacht. Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage einer erfassten Änderung des überwachten Drucks der Zwischenstufe einen Zustand des Kompressors identifiziert, der mit der erfassten Druckänderung verbunden ist. In einer Ausführungsform kann die Steuerung ferner so konfiguriert sein, dass sie eine Warnung bezüglich der erfassten Änderung des Zwischenstufendrucks übermittelt und die Änderung mit einer Position des Kolbens verknüpft. Bei der Warnung kann es sich um ein Signal (z. B. Fehlerdiagnosecode, akustisch, schriftlich, visuell, haptisch usw.) handeln, das eine Änderung des überwachten Drucks der Zwischenstufe des Kompressors angibt. Diese Warnung kann dazu genutzt werden, dass der Kompressor oder ein Abschnitt davon gewartet wird. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage der erfassten Änderung des Drucks der Zwischenstufe und/oder der übermittelten Warnung eine Wartungsmaßnahme einplant, damit eine vorbeugende Wartung durchgeführt wird.
Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstandes betreffen Systeme und Verfahren, die das Identifizieren eines Leckzustandes in einem Kompressor ermöglichen, insbesondere das Identifizieren eines Leckzustandes durch Überwachen eines Drucks beim Betätigen eines Kolbens. Eine Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie einen Kolben für einen Kompressor betätigt und dabei den Druck in einem Behälter aufrechterhält. Darüber hinaus kann ein Drucksensor (der z. B. allgemeiner auch als Erfassungskomponente bezeichnet wird) so konfiguriert sein, dass er zwecks Erfassens einer Änderung (z. B. Schwankung, Erhöhung, Verringerung usw.) des überwachten Drucks den Druck in dem Behälter überwacht. Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage einer erfassten Änderung des überwachten Drucks einen Leckzustand erfasst, der mit der erfassten Druckänderung verbunden ist. In einer Ausführungsform kann die Steuerung ferner so konfiguriert sein, dass sie eine Warnung bezüglich der während der Kolbenbetätigung erfassten Änderung des Behälterdrucks übermittelt. Bei der Warnung kann es sich um ein Signal (z. B. Fehlerdiagnosecode, akustisch, schriftlich, visuell, haptisch usw.) handeln, das eine Änderung des überwachten Drucks des Behälters des Kompressors angibt. Diese Warnung kann dazu genutzt werden, dass der Kompressor oder ein Abschnitt davon gewartet wird. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage der erfassten Änderung des Drucks und/oder der übermittelten Warnung eine Wartungsmaßnahme einplant, damit eine vorbeugende Wartung erfolgt. Die Steuerung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage eines erfassten Leckzustandes automatisch steuert, z. B. kann ein Arbeitszyklus des Kompressors automatisch reduziert werden.
Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstandes betreffen Systeme und Verfahren, die das Identifizieren eines Leckzustandes oder eines anderen Zustandes in einem Kompressor ermöglichen, insbesondere das Identifizieren eines Leckzustandes durch Überwachen eines Kurbelgehäusedrucks. Eine Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage des überwachten Kurbelgehäusedrucks einen Kompressorzustand identifiziert. Darüber hinaus kann ein Kurbelgehäusedrucksensor (der z. B. allgemeiner auch als Erfassungskomponente bezeichnet wird) so konfiguriert sein, dass er zwecks Erfassens einer Druckänderung (z. B. Schwankung, Erhöhung, Verringerung usw.) den Kurbelgehäusedruck des Kompressors überwacht. Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage einer erfassten Änderung des überwachten Kurbelgehäusedrucks einen Zustand des Kompressors ermittelt. In einer Ausführungsform kann die Steuerung ferner so konfiguriert sein, dass sie eine Warnung bezüglich der erfassten Änderung des Kurbelgehäusedrucks übermittelt. Bei der Warnung kann es sich um ein Signal (z. B. Fehlerdiagnosecode, akustisch, schriftlich, visuell, haptisch usw.) handeln, das eine Änderung des überwachten Drucks des Kurbelgehäuses des Kompressors angibt. Diese Warnung kann dazu genutzt werden, dass der Kompressor oder ein Abschnitt davon gewartet wird. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage der erfassten Änderung des Kurbelgehäusedrucks und/oder der übermittelten Warnung eine Wartungsmaßnahme einplant, damit eine vorbeugende Wartung erfolgt. Die Steuerung kann darüber hinaus so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage des überwachten Luftdrucks und/oder in Reaktion auf den überwachten Luftdruck automatisch oder anderweitig steuert/regelt.
Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstandes betreffen Systeme und Verfahren, die das Identifizieren eines Leckzustandes in einem Kompressor ermöglichen, insbesondere das Identifizieren eines Leckzustandes durch Überwachen eines Drucks beim Betätigen eines Entlastungsventils. Eine Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie ein Entlastungsventil für einen Kompressor betätigt, das den Druck in einem Behälter aufrechterhält. Darüber hinaus kann ein Drucksensor (der z. B. allgemeiner auch als Erfassungskomponente bezeichnet wird) so konfiguriert sein, dass er zwecks Erfassens einer Änderung (z. B. Schwankung, Erhöhung, Verringerung usw.) den Druck in dem Behälter überwacht. Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage einer erfassten Änderung des überwachten Drucks einen Leckzustand erfasst, der mit der erfassten Druckänderung verbunden ist. In einer Ausführungsform kann die Steuerung ferner so konfiguriert sein, dass sie eine Warnung bezüglich der während der Entlastungsventilbetätigung erfassten Änderung des Drucks für den Behälter übermittelt. Bei der Warnung kann es sich um ein Signal (z. B. Fehlerdiagnosecode, akustisch, schriftlich, visuell, haptisch usw.) handeln, das eine Änderung des überwachten Drucks des Behälters des Kompressors angibt. Diese Warnung kann dazu genutzt werden, dass der Kompressor oder ein Abschnitt davon gewartet wird. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage der erfassten Änderung des Drucks und/oder der übermittelten Warnung eine Wartungsmaßnahme einplant, damit eine vorbeugende Wartung durchgeführt wird.
Bezug nehmen auf die Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen in sämtlichen Ansichten identische oder übereinstimmende Teile. Die Aufnahme gleicher Elemente in verschiedene Ansichten bedeutet jedoch nicht, dass diese Elemente bei einer entsprechenden Ausführungsform unbedingt erforderlich sind oder dass alle Ausführungsformen der Erfindung solche Elemente aufweisen.
Der hier verwendete Begriff „Komponente” kann als Bestandteil von Hardware, Bestandteil von Software oder eine Kombination daraus definiert sein. Zu einem Bestandteil von Hardware können zumindest ein Prozessor und ein Speicherbestandteil gehören, wobei der Speicher einen Befehl zum Ausführen enthält. Der hier verwendete Begriff „Fahrzeug” kann als beliebige Anlage definiert sein, bei der es sich um eine mobile Maschine handelt, die zumindest eine Person, mehrere Leute oder/und eine Fracht transportiert oder so konfiguriert ist, dass sie sich transportieren lässt. So kann es sich bei. einem Fahrzeug unter anderem beispielsweise um eine Lokomotive oder ein anderes Schienenfahrzeug, einen intermodalen Container, ein Seeschiff, eine Bergbauausrüstung, eine stationäre transportierbare Energieerzeugungsanlage, eine Industrieausrüstung, ein Baugerät und dergleichen handeln. Der hier verwendete Begriff „geladen” kann als ein Kompressorsystemmodus definiert sein, in dem in den Behälter gelieferte Luft verdichtet wird. Der hier verwendete Begriff „geladen starten” kann als ein Kompressorsystemmodus in einem geladenen Zustand während einer Startphase des Kompressors definiert sein. Der hier verwendete Begriff „ungeladen” kann als ein Kompressorsystemmodus definiert sein, in dem keine Luft in den Behälter verdichtet wird.
Ein Kompressor verdichtet Gas, wie beispielsweise Luft. Bei manchen Ausführungsformen wird verdichtetes Gas zum Betreiben von pneumatischen oder anderen Einrichtungen zugeführt, die mit verdichtetem Gas angetrieben werden. Ein Kompressor kann für mobile Anwendungen, wie Fahrzeuge, benutzt werden. Zu Fahrzeugen, die Kompressoren benutzen, gehören beispielsweise Lokomotiven, Straßenfahrzeuge, Geländefahrzeuge, Bergbaugeräte und Seeschiffe. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Kompressor für stationäre Anwendungen benutzt werden, wie beispielsweise bei Produktions- oder Industrieanwendungen, bei denen unter anderem Druckluft für pneumatische Einrichtungen benötigt wird. Der in den nachstehenden Figuren abgebildete Kompressor ist einer, der für jeden Zylinder federrückgestellte Einlass- und Ablassventile benutzt, wobei die Bewegung dieser Ventile nicht durch eine mechanische Verbindung mit der Kurbelwelle des Kompressors, sondern durch den an jedem Zylinder anliegenden Differenzdruck verursacht wird. Die vorliegende Erfindung kann bei Maschinen mit beiden Ventiltypen (z. B. federrückgestellten Ventilen, mechanisch gekoppelten Ventilen und anderen) angewendet werden, und das federrückgestellte Ventil ist nur als Beispiel abgebildet und schränkt die vorliegende Innovation nicht ein.
Die Komponenten eines Kompressors können sich mit der Zeit abnutzen, was zur Leistungsverringerung und/oder letzendlichem Ausfall eines Kompressors führt. Bei Fahrzeuganwendungen kann es durch den Ausfall des Kompressors zu einer Panne auf der Strecke kommen, was beträchtliche Kosten für den Fahrzeugeigentümer oder -führer mit sich bringt. In diesem Zusammenhang gehört es zu der Panne auf der Strecke, dass ein eingesetztes Fahrzeug, wie eine Lokomotive, aufgrund des Ausfalls oder einer Verschlechterung eines Kompressorsystems, die einen Betrieb verhindert oder ein Ausschalten des Fahrzeugs erfordert, bis es repariert werden kann, funktionsunfähig wird. Vor einem Totalausfall kann das Erfassen abgenutzter Komponenten oder anderer Verschleißerscheinungen des Kompressors dazu dienen, beginnende Fehler oder Verschleißerscheinungen anzeigende andere Zustände zu identifizieren. Als Reaktion auf das Erfassen derartiger Zustände können Abhilfemaßnahmen getroffen werden, um das Risiko eines Kompressorausfalls und der damit verbundenen Kosten zu vermindern.
Die hier offenbarten Systeme und Verfahren können auch vor einem Totalausfall eines Kompressors zum Diagnostizieren und/oder Prognostizieren von Problemen bei dem Kompressor verwendet werden. Wenn Verschleißerscheinungen oder ein Leistungsverlust des Kompressors in dem System erfasst wird, können Maßnahmen ergriffen werden, um ein Fortschreiten des Problems zu vermindern und/oder das entstehende Problem weiter zu identifizieren. Auf diese Weise entstehen für Kunden Kosteneinsparungen, da Kompressorprobleme in den Anfangsstadien prognostiziert werden und sich so die Beschädigung von Kompressorkomponenten reduzieren sowie ein Kompressorausfall und ungeplantes Abschalten vermeiden lassen. Darüber hinaus lassen sich, wenn Kompressorprobleme in einem frühen Stadium erfasst und beseitigt werden, Folgeschäden an anderen Kompressorkomponenten (Kolben, Ventilen, Laufbuchsen usw.) oder Schäden an Ausrüstung vermeiden, die auf die Verfügbarkeit von Druckgas aus dem Kompressor angewiesen sind.
1 zeigt ein Blockdiagramm für eine Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100. Das Fahrzeugsystem 100 ist als Schienenfahrzeug 106 (z. B. Lokomotive) abgebildet, das so konfiguriert ist, dass es über mehrere Räder 108 auf einer Schiene 102 fährt. Das Schienenfahrzeug weist ein Kompressorsystem mit einem Kompressor 110 auf. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Kompressor um einen Kolbenkompressor, der Luft mit hohem Druck abgibt. Bei einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei dem Kompressor um einen Kolbenkompressor mit bidirektionalem Antriebssystem, das einen Kolben in einer Vorwärtsrichtung und in entgegengesetzter Richtung antreibt. In einer Ausführungsform nimmt der Kompressor Luft aus einem Umgebungslufteinlass 114 auf. Die Luft wird dann auf einen Druck verdichtet, der über dem Umgebungsdruck liegt, und die Druckluft wird in dem Behälter 180 gespeichert, der von einem Behälterdrucksensor 185 überwacht wird. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Kompressor um einen zweistufigen Kompressor (wie beispielsweise in 2 dargestellt), bei dem Umgebungsluft in einer ersten Stufe auf einen ersten Druckpegel verdichtet und an eine zweite Stufe abgegeben wird, die die Luft weiter auf einen zweiten Druckpegel verdichtet, der höher ist als der erste Druckpegel. Die Druckluft auf dem zweiten Druckpegel wird in einem Behälter gespeichert. Die Druckluft kann dann bedarfsgerecht einer oder mehreren pneumatischen Einrichtungen zugeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann es sich bei dem Kompressor 110 um einen einstufigen oder einen mehrstufigen Kompressor handeln.
Der Kompressor weist ein Kurbelgehäuse 160 auf. Bei dem Kurbelgehäuse handelt es sich um eine Einfassung für eine (in 1 nicht gezeigte) Kurbelwelle, die mit (in 1 nicht gezeigten) Zylindern des Kompressors verbunden ist. Ein Motor 104 (z. B. ein Elektromotor) wird zum Drehen der Kurbelwelle zum Antreiben der Kolben in den Zylindern eingesetzt. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Kurbelwelle mit einer Antriebswelle einer Maschine oder einer anderen Leistungsquelle gekoppelt sein, die so konfiguriert ist, dass sie die Kurbelwelle des Kompressors dreht. Bei jeder Ausführungsform kann die Kurbelwelle mit Kompressoröl geschmiert werden, das von einer (nicht gezeigten) Ölpumpe gepumpt und auf die Kurbelwelle gespritzt wird. Die Kurbelwelle ist über entsprechende Pleuel mechanisch mit mehreren Kolben gekoppelt. Die Kolben werden in ihren jeweiligen Zylindern gezogen und geschoben, wenn die Kurbelwelle zum Verdichten eines Gases in einer oder mehreren Stufen gedreht wird.
Das Schienenfahrzeug weist ferner eine Steuerung 130 zum Steuern verschiedener zu dem Fahrzeugsystem gehörender Komponenten auf. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Steuerung um ein computerbasiertes Steuersystem mit einem Prozessor 132 und einem Speicher 134. Bei dem Speicher kann es sich um computerlesbare Speichermedien handeln, und er kann einen flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speicher enthalten. In einer Ausführungsform weist die Steuerung mehrere Steuereinheiten auf, und das Steuersystem kann auf die einzelnen Steuereinheiten verteilt sein. Bei noch einer weiteren Ausführungsform können mehrere Steuerungen als eine einzelne Steuerung zusammenwirken, die mit mehreren Kompressoren verbunden ist, welche auf mehrere Fahrzeuge verteilt sind. Die Steuerung kann neben anderen Merkmalen Anweisungen zum Ermöglichen eines fahrzeugeigenen Überwachens und Steuerns des Fahrzeugbetriebs enthalten. Zu stationären Anwendungen kann auch eine Steuerung zum Lenken des Betriebs eines oder mehrerer Kompressoren und zugehöriger Einrichtungen oder maschineller Anlagen gehören.
In einer Ausführungsform empfängt die Steuerung Signale von einem oder mehreren Sensoren 150 zum Überwachen von Betriebsparametern und Betriebsbedingungen und entsprechenden Einstellen von Stellelementen 152 zum Steuern des Betriebs des Schienenfahrzeugs und des Kompressors. Bei verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Steuerung von einem oder mehreren Sensoren Signale, die der Kompressordrehzahl, der Kompressorlast, dem Ladedruck, dem Abluftdruck, dem Umgebungsdruck, der Ablufttemperatur oder anderen Parametern entsprechen, die den Betrieb des Kompressors oder des umliegenden Systems betreffen. Bei einer anderen Ausführungsform empfängt die Steuerung ein Signal von einem Kurbelgehäusedrucksensor 170, das dem Druck in dem Kurbelgehäuse entspricht. Bei noch einer weiteren Ausführungsform empfängt die Steuerung ein Signal von einem Kurbelwellenpositionssensor 172, das eine Position der Kurbelwelle angibt. Die Position der Kurbelwelle kann durch die Winkeldrehung der Kurbelwelle in Bezug auf eine bekannte Stelle identifiziert werden, so dass die Steuerung die Position jedes Kolbens in seinem jeweiligen Zylinder auf der Grundlage der Position der Kurbelwelle ermitteln kann. Bei manchen Ausführungsformen steuert die Steuerung das Fahrzeugsystem durch Senden von Befehlen zu verschiedenen Komponenten. Bei einer Lokomotive können zu solchen Komponenten u. a. beispielsweise Bahnmotoren, Wechselstromgeneratoren, Zylinderventile und Drosselklappensteuerungen gehören. Die Steuerung kann mit den Sensoren und Stellelementen über Kabel verbunden sein, die zu einem oder mehreren Kabelbäumen gebündelt sein können, um bei dem Fahrzeugsystem den Platz zu reduzieren, der für die Verkabelung benötigt wird, und die Signalkabel vor Abnutzung und Vibrationen zu schützen. Bei anderen Ausführungsformen kommuniziert die Steuerung über ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Netzwerk, das ein Hinzufügen von Komponenten ohne dedizierte Verkabelung ermöglichen kann.
Die Steuerung kann ein fahrzeugeigenes elektronisches Diagnosesystem für das Aufzeichnen von Betriebsdaten des Kompressors aufweisen. Zu Betriebsdaten können Messwerte von Sensoren gehören, die zu dem Kompressor oder anderen Komponenten des Systems gehören. Solche Betriebsdaten können in einer Datenbank in dem Speicher gespeichert werden. In einer Ausführungsform können aktuelle Betriebsdaten mit früheren Betriebsdaten verglichen werden, um Trends bei der Kompressorleistung zu ermitteln.
Die Steuerung kann ein fahrzeugeigenes elektronisches Diagnosesystem zum Identifizieren und Aufzeichnen von potentieller Abnutzung und Ausfällen von Komponenten des Fahrzeugsystems aufweisen. Wenn beispielsweise eine potentiell abgenutzte Komponente identifiziert wird, kann ein Fehlerdiagnosecode in dem Speicher gespeichert werden. In einer Ausführungsform kann jeder Verschleißart, die von der Steuerung identifiziert werden kann, ein eindeutiger Fehlerdiagnosecode zugeordnet sein. So kann beispielsweise ein erster Fehlerdiagnosecode ein fehlerhaftes Auslassventil eines Zylinders anzeigen, ein zweiter Fehlerdiagnosecode kann ein fehlerhaftes Einlassventil eines Zylinders anzeigen, ein dritter Fehlerdiagnosecode kann den Verschleiß eines Kolbens oder Zylinders anzeigen, der zu einem Blow-by-Zustand führen kann. Es können zusätzliche Fehlerdiagnosecodes definiert werden, die andere Verschleißerscheinungen oder Ausfallarten angeben. Bei noch weiteren Ausführungsformen können Fehlerdiagnosecodes dynamisch erzeugt werden, um Informationen zu einem erfassten Problem bereitzustellen, das keinem vorgegebenen Fehlerdiagnosecode entspricht. Bei manchen Ausführungsformen variiert die Steuerung die von dem Kompressor abgegebene Ladeluft, wie beispielsweise durch Reduzieren des Arbeitszyklus des Kompressors, auf der Grundlage von Parametern, wie dem Zustand oder der Verfügbarkeit anderer Kompressorsysteme (wie beispielsweise auf benachbarten Lokomotiven), Umweltbedingungen und dem Druckluftgesamtbedarf.
Die Steuerung kann ferner mit einem Display 140, wie einem Diagnoseschnittstellendisplay, verbunden sein, das eine Benutzerschnittstelle für das Bedienpersonal und/oder Wartungspersonal bereitstellt. Die Steuerung kann den Kompressor als Reaktion auf Eingaben des Bedienpersonals über Benutzereingabeelemente 142 durch Senden eines Befehls steuern, so dass verschiedene Kompressorstellelemente entsprechend eingestellt werden sollen. Zu nicht einschränkenden Beispielen für Benutzereingabeelemente können eine Drosselklappensteuerung, eine Bremssteuerung, eine Tastatur und ein Ein/Aus-Schalter gehören. Ferner können Betriebsdaten des Kompressors, wie abgenutzten Komponenten entsprechende Fehlerdiagnosecodes, der Bedienperson und/oder dem Wartungspersonal per Display gemeldet werden.
Das Fahrzeugsystem kann ein Kommunikationssystem 144 aufweisen, das mit der Steuerung verbunden ist. In einer Ausführungsform kann das Kommunikationssystem ein Rundfunkgerät und eine Antenne zum Übertragen und Empfangen von Sprach- und Datennachrichten aufweisen. Datenübertragungen können beispielsweise zwischen dem Fahrzeugsystem und einem Steuerzentrum für einen Schienenstrang, einer anderen Lokomotive, einem Satelliten und/oder einer Streckeneinrichtung, wie beispielsweise einer Weiche, erfolgen. Die Steuerung kann beispielsweise mit Hilfe von Signalen aus einem GPS-Empfänger geografische Koordinaten eines Fahrzeugsystems schätzen. Die Steuerung kann als ein weiteres Beispiel Betriebsdaten des Kompressors über eine von dem Kommunikationssystem übertragene Nachricht zum Steuerzentrum übertragen. In einer Ausführungsform kann eine Nachricht von dem Kommunikationssystem zu dem Steuerzentrum übertragen werden, wenn eine abgenutzte Komponente des Kompressors erfasst wird, und für das Fahrzeugsystem kann eine Wartung eingeplant werden.
Wie oben erläutert wurde, bezieht sich der Begriff „geladen” auf einen Kompressormodus, in dem Luft in den Behälter verdichtet wird. Der abgebildete Kompressor nutzt für jeden Zylinder federrückgestellte Einlass- und Ablassventile, wobei statt durch eine mechanische Verbindung mit der Kurbelwelle des Kompressors die Bewegung dieser Ventile durch den daran anliegenden Differenzdruck verursacht wird. Die vorliegende Offenbarung kann zwar bei Maschinen mit beiden Ventiltypen Anwendung finden, der Kürze halber ist hier jedoch der federrückgestellte Typ dargestellt.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen der folgenden Parameter einstellt: einen Betrieb des Kompressors, eine für den Kompressor geplante Wartung, eine Wartung für den Kompressor, eine Instandsetzung für den Kompressor, einen Fehlerdiagnosecode für den Kompressor, eine Warnung für den Kompressor usw. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer Erfassung einer Druckänderung in der Zwischenstufe des Kompressors für eine Zeitdauer einstellt. Bei einer spezielleren Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer beobachteten Druckänderung der Zwischenstufe in Kombination mit einer Position eines Kolbens des Kompressors einstellt.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen der folgenden Parameter einstellt: einen Betrieb des Kompressors, eine für den Kompressor geplante Wartung, eine Wartung für den Kompressor, eine Instandsetzung für den Kompressor, einen Fehlerdiagnosecode für den Kompressor, eine Warnung für den Kompressor usw. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer Erfassung einer Druckänderung in dem Behälter beim Betätigen des Kolbens einstellt. Bei einer spezielleren Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer beobachteten Druckänderung in Kombination mit einer Position eines Kolbens des Kompressors einstellt.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen der folgenden Parameter einstellt: einen Betrieb des Kompressors, eine für den Kompressor geplante Wartung, eine Wartung für den Kompressor, eine Instandsetzung für den Kompressor, einen Fehlerdiagnosecode für den Kompressor, eine Warnung für den Kompressor usw. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer Erfassung einer Druckänderung in dem Kurbelgehäuse einstellt. Bei einer spezielleren Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer beobachteten Druckänderung in Kombination mit einer Position eines Kolbens des Kompressors einstellt.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen der folgenden Parameter einstellt: einen Betrieb des Kompressors, eine für den Kompressor geplante Wartung, eine Wartung für den Kompressor, eine Instandsetzung für den Kompressor, einen Fehlerdiagnosecode für den Kompressor, eine Warnung für den Kompressor usw. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer Erfassung einer Druckänderung in dem Behälter einstellt. Bei einer spezielleren Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage einer beobachteten Druckänderung in Kombination mit einer Position eines Entlastungsventils des Kompressors einstellt.
Der Kompressor 110 kann eine Erfassungskomponente 128 aufweisen, die so konfiguriert sein kann, dass sie u. a. zumindest ein Muster, einen Kennlinienausschlag und/oder einen Pegel in Bezug auf einen in der Zwischenstufe gemessenen Druck erfasst, wobei ein solches Erfassen einen Zustand des Kompressors anzeigt (was nachfolgend genauer erläutert ist). Die Erfassungskomponente und/oder der Drucksensor (z. B. Drucksensor 266) kann bei dem Kompressor zum Sammeln von Daten eingesetzt werden, die einen Zustand, wie einen Blow-by-Zustand, einen Verschleiß des Einlassventils, einen Verschleiß des Auslassventils usw. angeben. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage der Erfassungskomponente und/oder des Drucksensors einstellt.
Der Kompressor 110 kann eine Erfassungskomponente 128 aufweisen, die so konfiguriert sein kann, dass sie u. a. zumindest ein Muster, einen Kennlinienausschlag und/oder einen Pegel in Bezug auf einen gemessenen Druck erfasst, wobei ein solches Erfassen einen Leckzustand des Kompressors anzeigt. Der Leckzustand kann insbesondere ein Leck (z. B. Leck des Auslassventils usw.) aus dem Behälter des Kompressors betreffen (was nachfolgend genauer erläutert ist). Die Erfassungskomponente und/oder der Drucksensor (z. B. Drucksensor 185) kann bei dem Kompressor zum Sammeln von Daten eingesetzt werden, die einen Leckzustand angeben. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage der Erfassungskomponente und/oder des Drucksensors einstellt.
Der Kompressor 110 kann eine Erfassungskomponente 128 aufweisen, die so konfiguriert sein kann, dass sie u. a. zumindest ein Muster, einen Kennlinienausschlag und/oder einen Pegel in Bezug auf einen gemessenen Kurbelgehäusedruck erfasst, wobei ein solches Erfassen einen Leckzustand des Kompressors anzeigt. Der Leckzustand kann insbesondere ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil oder einen Blow-by-Zustand betreffen (wird nachfolgend genauer erläutert). Die Erfassungskomponente und/oder der Drucksensor (z. B. Drucksensor 170) kann/können bei dem Kompressor zum Sammeln von Daten eingesetzt werden, die einen Leckzustand angeben. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage der Erfassungskomponente und/oder des Drucksensors einstellt.
Der Kompressor 110 kann eine Erfassungskomponente 128 aufweisen, die so konfiguriert sein kann, dass sie u. a. zumindest ein Muster, einen Kennlinienausschlag und/oder einen Pegel in Bezug auf einen gemessenen Druck erfasst, wobei ein solches Erfassen einen Leckzustand des Kompressors anzeigt. Der Leckzustand kann insbesondere ein Leck aus dem Behälter des Kompressors betreffen (wie nachfolgend genauer erläutert). Die Erfassungskomponente und/oder der Drucksensor (z. B. Drucksensor 185) kann/können bei dem Kompressor zum Sammeln von Daten eingesetzt werden, die einen Leckzustand angeben. In einer Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor auf der Grundlage der Erfassungskomponente und/oder des Drucksensors einstellt.
Bei der Erfassungskomponente kann es sich um eine eigenständige Komponente (wie abgebildet) handeln, die in die Steuerungskomponente integriert ist, oder um eine Kombination daraus. Bei der Steuerungskomponente kann es sich um eine eigenständige Komponente (wie abgebildet) handeln, die in die Erfassungskomponente integriert ist, oder um eine Kombination daraus. Bei einer anderen Ausführungsform kann es sich bei der Erfassungskomponente und/oder dem Drucksensor um eine eigenständige Komponente (wie abgebildet) handeln, die in die Steuerungskomponente integriert ist, oder um eine Kombination daraus.
2 zeigt eine genaue Ansicht des oben unter 1 erläuterten Kompressors. Der Kompressor weist drei Zylinder 210, 220, 230 auf. Jeder Zylinder enthält einen Kolben 218, 228, 238, der über Pleuel 240, 242, 244 mit einer Kurbelwelle 250 gekoppelt ist. Die Kurbelwelle wird von dem Motor so angetrieben, dass sie zyklisch die jeweiligen Kolben zu einem unteren Totpunkt (UT) zieht und zu einem oberen Totpunkt (OT) schiebt, damit Ladeluft abgegeben wird, die über Luftleitungen 280, 282, 284, 286 zu dem Behälter gelangt. Bei dieser Ausführungsform ist der Kompressor in zwei Stufen unterteilt: eine Niederdruckstufe und eine Hochdruckstufe zum schrittweisen Erzeugen von Ladeluft. Die Niederdruckstufe verdichtet Luft auf einen ersten Druckpegel, die von der Hochdruckstufe weiter auf einen zweiten Druckpegel verdichtet wird. Bei diesem Beispiel gehören zu der Niederdruckstufe die Zylinder 220, 230 und zu der Hochdruckstufe der Zylinder 210.
Im Betrieb wird zunächst von dem Umgebungslufteinlass über Einlassventile 222, 232, die in Einlassöffnungen 223, 233 öffnen und schließen, Luft in die Niederdruckzylinder gesaugt. Die Umgebungsluft wird angesaugt, während die Niederdruckzylinder zum UT gezogen werden und sich die Einlassventile 222, 232 aus den Einlassöffnungen 223, 233 lösen, um Luft in die einzelnen Zylinder 220, 230 einströmen zu lassen. Wenn die Kolben den UT erreichen, schließen die Einlassventile 222, 232 die Einlassöffnungen 223, 233, so dass Luft in jedem Zylinder eingeschlossen wird. Danach werden die Kolben 228, 238 zu dem OT geschoben, wodurch die ursprünglich in die Zylinder gesaugte Umgebungsluft verdichtet wird. Wenn die Zylinder die Umgebungsluft auf einen ersten Druckpegel verdichtet haben, werden Auslassventile 224, 234 in Auslassöffnungen 225, 235 geöffnet, so dass die Niederdruckluft in Niederdruckleitungen 280, 282 abgegeben wird.
Die auf einen ersten Druckpegel verdichtete Luft wird zu einem Zwischenstufenbehälter 260 geleitet. Der Zwischenstufenbehälter 260 nimmt Luft aus einer Stufe eines Mehrstufenkompressors auf und leitet die Druckluft zu einer nachfolgenden Stufe eines Mehrstufenkompressors. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Zwischenstufenbehälter 260 um einen Tank oder einen anderen Raum, der über Luftleitungen zwischen aufeinanderfolgende Stufen geschaltet ist. Bei anderen Ausführungsformen stellen die Luftleitungen, wie beispielsweise Niederdruckleitungen 280, 282, ausreichend Raum zur Verfügung, so dass sie als Zwischenstufenbehälter dienen können, ohne dass ein Tank oder eine andere Konstruktion benötigt wird.
In einer Ausführungsform weist das Kompressorsystem auch einen Zwischenkühler 264 auf, der über einen in dem Wesentlichen konstanten Druckkühlprozess die Verdichtungswärme ableitet. Es können ein oder mehrere Zwischenkühler zusammen mit einer oder mehreren Zwischenkühlersteuerungen 262 bereitgestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen ist der Zwischenkühler 264 in den Zwischenstufenbehälter 260 integriert. Durch eine Verringerung der Temperatur der Druckluft erhöht sich die Luftdichte, wodurch eine größere Menge in die Hochdruckstufe gesaugt werden kann, was die Effizienz des Kompressors erhöht. Der Betrieb des Zwischenkühlers wird von der Zwischenkühlersteuerung 262 zum Regeln des Kühlbetriebs gesteuert. In einer Ausführungsform nutzt die Zwischenkühlersteuerung 262 eine Thermostatregelung auf mechanischem Wege, wie beispielsweise über die Wärmeausdehnung von Metall. Bei einem Mehrstufenkompressorsystem mit mehr als zwei Stufen kann bei jeder Zwischenstufe ein Zwischenkühler vorhanden sein.
Die Luft auf dem ersten Druckpegel (z. B. Niederdruckluft) wird aus dem Zwischenkühler in die Niederdruckleitung 284 abgelassen und danach in den Hochdruckzylinder 210 gesaugt. Insbesondere öffnet sich, wenn der Kolben 218 zum UT gezogen wird, das Einlassventil 212, so dass die Niederdruckluft über die Einlassöffnung 213 in den Zylinder 210 gesaugt werden kann. Wenn der Kolben 218 den UT erreicht hat, schließt sich das Einlassventil 212 und dichtet den Zylinder 210 mit der Niederdruckluft darin ab. Der Kolben wird dann nach oben geschoben, wodurch die Niederdruckluft zu Hochdruckluft verdichtet wird. Bei Hochdruckluft handelt es sich um Luft auf einem zweiten Druckpegel, der höher ist als der erste, wobei jedoch das Ausmaß der Verdichtung je nach den Anforderungen der Anwendung variieren wird. Bei steigender Verdichtung wird das Auslassventil 214 geöffnet, damit die Hochdruckluft über die Auslassöffnung 215 in die Hochdruckleitung 286 abgelassen werden kann. Ein Nachkühler 270 kühlt die Hochdruckluft, damit über die Hochdruckluftleitung 288 eine höhere Dichte für den Behälter geliefert werden kann.
Der obige Prozess wird zyklisch wiederholt, wenn sich die Kurbelwelle 250 dreht und Hochdruckluft in den Behälter 180 abgibt, der von dem Behälterdrucksensor 185 überwacht wird. Wenn der Behälter einen bestimmten Druckpegel (z. B. 140 psi) erreicht hat, wird der Kompressorbetrieb eingestellt.
Bei manchen Ausführungsformen weist der Kompressor ein oder mehrere Ventile auf, die so konfiguriert sind, dass sie Druckluft aus Zwischenstufen des Kompressorsystems ablassen. Die Entlastungsventile und/oder Überdruckventile können nach dem Einstellen des Kompressorbetriebs oder während des Kompressorbetriebs betätigt werden, um Druck in dem Kompressorsystem abzulassen. In einer Ausführungsform wird in dem Zwischenstufenbehälter 260 ein Entlastungsventil 268 bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es die Niederdruckluft aus dem Zwischenstufenbehälter, den Niederdruckluftleitungen 280, 282 und dem Zwischenkühler 264 ablässt. Das Ablassen von Druckluft verringert die Belastung von Systemkomponenten in Zeiträumen, in denen der Kompressor nicht benutzt wird, und kann die Lebensdauer des Systems verlängern. Bei einer weiteren Ausführungsform fungiert das Entlastungsventil 268 als Überdruckventil, das den Druckanstieg in dem Zwischenstufenbehälter 260 einschränkt. Bei noch einer weiteren Ausführungsform fungieren die Einlassventile 222, 232 als Entlastungsventile für die Zylinder 220, 230, indem sie Druckluft in den Zylindern in den Umgebungslufteinlass 114 zurück ablassen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das System 200 Überdruckventile wie das Entlüftungsventil 174, ein Überdruckventil an dem Zwischenkühler 264 (in 4 gezeigt), ein Überdruckventil für die Luftleitung 286, ein schnelles Entlastungsventil an dem Zwischenkühler 264 (in 4 gezeigt) aufweisen.
Ein Kompressor wie der in 2 dargestellte dient zum Laden des Behälters 180 mit Druckluft oder einem anderen Druckgas. Wenn der Kompressor den Behälter auf einen bestimmten Druckwert geladen hat, wird der Kompressorbetrieb eingestellt. Bei manchen Ausführungsformen werden nach dem Einstellen des Kompressorbetriebs ein oder mehrere Entlastungsventile geöffnet, um Zwischenstufen des Kompressors in die Atmosphäre zu entlüften. Die Einlassventile der Zylinder sowie die Entlastungsventile der Zwischenstufenbehälter können alle als Entlastungsventile fungieren und die Zylinder des Kompressors in die Atmosphäre entlüften. Wenn die Entlastungsventile betätigt und die Zylinder und Zwischenstufen des Kompressors in die Atmosphäre entlüftet worden sind, wird, wie bereits erläutert, davon ausgegangen, dass der Druck in dem Behälter konstant bleibt.
Der Kompressor 110 kann weitere Merkmale und/oder Komponenten aufweisen, die in den 1 und 2 nicht dargestellt sind. Das System kann beispielsweise ein Steuermagnetventil (SMV), einen thermostatgeregelten Zwischenkühler-Bypass (TCIS – Thermostatically Controlled Intercooler System), ein schnelles Entlastungsventil, ein Entlastungsventil für den Zylinder 230, ein Entlastungsventil für den Zylinder 220, ein oder mehrere Entlüftungsventile usw. aufweisen.
Die Kurbelwelle kann ein einem zweiten Ende gegenüberliegendes erstes Ende aufweisen, das mit einem oder mehreren Pleueln für jeden jeweiligen Zylinder gekoppelt ist. Die Kurbelwelle, Zylinder und Kolben sind auf der Grundlage der Lage des ersten Endes in UT-Position dargestellt. Bei der UT-Position handelt es sich um eine Lage des ersten Endes bei etwa minus neunzig Grad (–90 Grad) oder 270 Grad. Es sei angemerkt, dass das erste Ende in 2 bei etwa dreißig Grad (30 Grad) dargestellt ist. Bei der OT-Position handelt es sich um eine Lage des ersten Endes bei etwa neunzig Grad (90 Grad) oder –270 Grad.
Die Steuerung kann, wie oben erläutert, so konfiguriert sein, dass sie eine Einstellung an dem Kompressor auf der Grundlage einer erfassten Druckänderung in der Zwischenstufe und/oder einer mit einer Position eines Kolbens verbundenen erfassten Druckänderung in der Zwischenstufe vornimmt. In einer Ausführungsform kann der Drucksensor 266 einen Druck in der Zwischenstufe mit oder ohne Identifizierung einer Position eines Kolbens überwachen. Nach Erfassen einer Druckänderung kann die Steuerung ein Einstellen des Kompressors implementieren und/oder eine Warnung auf der Grundlage der erfassten Änderung übermitteln.
Die Steuerung kann, wie oben erläutert, so konfiguriert sein, dass sie eine Einstellung an dem Kompressor auf der Grundlage einer erfassten Druckänderung in dem Behälter und/oder einer beim Betätigen eines Kolbens erfassten Druckänderung in dem Behälter vornimmt. In einer Ausführungsform kann der Drucksensor einen Druck in dem Behälter mit oder ohne Betriebsspiel eines Kolbens überwachen. Nach Erfassen einer Druckänderung kann die Steuerung ein Einstellen des Kompressors implementieren und/oder eine Warnung auf der Grundlage der erfassten Änderung übermitteln.
Die Steuerung kann, wie oben erläutert, so konfiguriert sein, dass sie eine Einstellung an dem Kompressor auf der Grundlage einer erfassten Druckänderung in dem Kurbelgehäuse und/oder einer einer Position eines Kolbens entsprechenden erfassten Druckänderung in dem Kurbelgehäuse vornimmt. In einer Ausführungsform kann der Drucksensor einen Druck in dem Kurbelgehäuse mit oder ohne Betriebsspiel eines Kolbens überwachen. Nach Erfassen einer Druckänderung in dem Kurbelgehäuse kann die Steuerung ein Einstellen des Kompressors implementieren und/oder eine Warnung auf der Grundlage der erfassten Änderung übermitteln.
Die Steuerung kann, wie oben erläutert, so konfiguriert sein, dass sie eine Einstellung des Kompressors auf der Grundlage einer erfassten Druckänderung in dem Behälter und/oder einer beim Betätigen eines Entlastungsventils erfassten Druckänderung in dem Behälter vornimmt. In einer Ausführungsform kann der Drucksensor einen Druck in dem Behälter mit oder ohne Betriebsspiel eines Entlastungsventils überwachen. Nach Erfassen einer Druckänderung kann die Steuerung ein Einstellen des Kompressors implementieren und/oder eine Warnung auf der Grundlage der erfassten Änderung übermitteln.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Kompressor das Betreiben eines Kompressors zum Verdichten von Luft aus einem Kompressor der ersten Stufe in einem Zwischenstufenbehälter, zum Abgeben von Luft aus dem Zwischenstufenbehälter an einen Kompressor der zweiten Stufe und zum weiteren Verdichten der Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe in einem Primärbehälter, zum Überwachen eines Zwischenstufendrucks in dem Zwischenstufenbehälter und zum Ermitteln eines Zustandes des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist. Bei einem zweistufigen Kompressor wie dem in 2 dargestellten ist der Zwischenstufenbehälter 260 zwischen mindestens einem Niederdruckzylinder und mindestens einem Hochdruckzylinder angeordnet. Bei manchen Ausführungsformen weist der Zwischenstufenbehälter 260 einen Zwischenkühler 264 auf. Der Druck in dem Zwischenstufenbehälter wird von dem Drucksensor 266 gemessen. Im Betrieb verdichtet ein Kompressor der ersten Stufe, wie beispielsweise die Zylinder 220, 230, Luft in dem Zwischenstufenbehälter 260 auf einen ersten Druck. Ein Kompressor der zweiten Stufe, wie beispielsweise der Zylinder 210, ist so konfiguriert, dass er Luft mit dem ersten Druck aus dem Zwischenstufenbehälter aufnimmt und diese in einem Primärbehälter 180 weiter auf einen zweiten Druck verdichtet. In dem Normalbetrieb ist der zweite Druck höher als der erste, und beide sind höher als der Umgebungsluftdruck. Bei einem Mehrstufenkompressor wird zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Verdichtungsstufen auf immer höherem Druck ein Zwischenstufenbehälter eingesetzt.
Der Druck in dem Zwischenstufenbehälter 260 wird durch Hinzufügen von Luft aus der ersten Stufe des Kompressors und Ablassen von Luft in die zweite Stufe des Kompressors bestimmt. In dem Schaubild 300 in 3 ist ein erwarteter Druck 380 des Zwischenstufenbehälters 260 des Kompressors 110 dargestellt. Der erwartete Druck erhöht sich wie gezeigt, wenn der Kompressor der ersten Stufe Druckluft in den Zwischenstufenbehälter ablässt, und der erwartete Druck verringert sich, wenn Luft aus dem Zwischenstufenbehälter in den Kompressor der zweiten Stufe gesaugt wird. Bei dem beispielhaften Kompressor 110 aus 2 kommt es, während der Kolben 238 in dem Zylinder 230 einen Verdichtungshub abschließt, zu einer ersten Erhöhung 382 des Zwischenstufenbehälterdrucks gegenüber dem Ausgangsdruckpegel 388. Wenn der Kolben 228 in dem Zylinder 220 seinen Verdichtungshub abschließt, kommt es zu einer zweiten Erhöhung 384 des Zwischenstufenbehälterdrucks. Schließlich kommt es beim Ansaughub des Kolbens 218 in dem Zylinder 210 zu einer Verringerung 386 des Zwischenstufenbehälterdrucks, wenn Luft aus dem Zwischenstufenbehälter in den Zylinder 210 gesaugt wird. Wenn die Erhöhungen 382, 384 des Drucks der Verringerung 386 entsprechen, kehrt der Zwischenstufenbehälterdruck zum Ausgangsdruckpegel 388 zurück, und der Prozess wiederholt sich mit jeder Umdrehung des Kompressors.
Verschiedene Fehler in dem Kompressorsystem wirken sich auf den gemessenen Zwischenstufendruck aus. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors das Ermitteln eines Zustands eines Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist. Im Betrieb dient der Kompressor 110 zum Füllen des Primärbehälters 180 mit Druckluft auf einen bestimmten Druckwert. Bei manchen Ausführungsformen variiert der Zwischenstufendruck in dem Verhältnis zum Behälterdruck. Je nach dem von jeder Stufe gelieferten Verdichtungsgrad kann beispielsweise der Druck in dem Zwischenstufenbehälter 260 etwa 15%, 25% oder 50% des Drucks in dem Primärbehälter 180 betragen. Es wird also erwartet, dass der Druck in dem Zwischenstufenbehälter proportional ansteigt, während der Druck in dem Primärbehälter steigt. Auf das erwartete Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Zwischenstufenbehälterdruck und dem Primärbehälterdruck können sich auch Umwelt- und Betriebsbedingungen auswirken.
In einer Ausführungsform wird ein Durchschnittswert des Zwischenstufendrucks berechnet und mit einem durchschnittlichen Zwischenstufennenndruck verglichen und ein Fehler identifiziert, wenn der durchschnittliche Zwischenstufenbehälterdruck von dem erwarteten Wert des durchschnittlichen Zwischenstufennenndrucks abweicht. Der durchschnittliche Zwischenstufennenndruck kann aus Umweltbedingungen wie dem Umgebungsluftdruck und der Umgebungslufttemperatur ermittelt werden. Der durchschnittliche Zwischenstufennenndruck kann auch aus Betriebsbedingungen wie dem Primärbehälterdruck oder der Kompressordrehzahl ermittelt werden. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Zwischenstufennenndruck, wie bereits erläutert, um einen Prozentsatz des Primärbehälterdrucks.
Bei manchen Ausführungsformen wird die Art und das Ausmaß eines Kompressorfehlers aus der Abweichung zwischen dem Durchschnittswert des Zwischenstufendrucks und dem durchschnittlichen Zwischenstufennenndruck ermittelt. Wenn beispielsweise ermittelt wird, dass der durchschnittliche Zwischenstufendruck über dem erwarteten Wert liegt, kann der Hochdruckzylinder 210 pro Hub eine geringere Menge aus dem Zwischenstufenbehälter entnehmen. Wenn eine geringere Menge entnommen wird, reduziert sich die Verringerung 386 so, dass sich der durchschnittliche Druck erhöht. Ein solcher Zustand kann durch verschiedene Ausfallarten entstehen. So kann beispielsweise ein Blow-by-Zustand beim Ansaughub des Kolbens 218 Luft aus dem Kurbelgehäuse 160 in den Zylinder 210 strömen lassen, wodurch sich die aus dem Zwischenstufenbehälter gesaugte Luftmenge reduziert. Bei einem weiteren Beispiel kann ein Ausfall des Einlassventils 212 das Aufnehmen von Luft in den Zylinder 210 behindern. Im Gegensatz dazu können die Niederdruckzylinder 220, 230, wenn ermittelt wird, dass der Zwischenstufendruck unter dem erwarteten Wert liegt, eine geringere Menge pro Hub an den Zwischenstufenbehälter abgeben. Wenn eine geringere Menge abgegeben wird, verringern sich die Erhöhungen 382, 384 so, dass sich der durchschnittliche Druck verringert. Wie bei Hochdruckfehlern kann ein solcher Zustand durch verschiedene Ausfallarten entstehen. Zum Beispiel kann ein Blow-by-Zustand während des Verdichtungshubs eines oder mehrerer Kolben 228, 238 die Luftmenge verringern, die an den Zwischenstufenbehälter abgegeben wird, da Luft, wie bereits erläutert, an den Kolben vorbei in das Kurbelgehäuse 160 austritt. Bei einem weiteren Beispiel kann ein Ausfall der Auslassventile 224, 234 das Ablassen von Druckluft in den Zwischenstufenbehälter behindern.
Bei einer weiteren Ausführungsform entspricht für die weitere Fehlerdiagnose der überwachte Zwischenstufendruck einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors. Der Kurbelwellenpositionssensor kann zum Ermitteln der Position jedes Kolbens benutzt werden. Durch Zuordnen der Position jedes Kolbens zum überwachten Zwischenstufendruck kann für die Fehlerlokalisierung die Auswirkung jedes Kolbens ermittelt werden. So würde beispielsweise ein Blow-by-Zustand bei Zylinder 220 oder 230 dazu führen, dass eine geringere Menge an den Zwischenstufenbehälter abgegeben wird und der erwartete durchschnittliche Zwischenstufendruck geringer ausfällt. Wenn der Zwischenstufenbehälterdruck der Position der jeweiligen Kolben zugeordnet ist, kann der für die reduzierte Menge verantwortliche Kolben identifiziert werden. Unter Verwendung des durchschnittlichen Zwischenstufendrucks und der Beziehung zwischen Zwischenstufendruck und Kolbenposition kann der Zustand eines oder mehrerer Zylinder identifiziert werden, so dass für Wartungs- und Reparaturarbeiten ausführliche Informationen bereitgestellt werden können. Ferner kann eine Frequenzanalyse des Zwischenstufendrucks dazu benutzt werden, auf der Grundlage der Betriebsrate des Kompressors Frequenzkomponenten zu identifizieren. Abweichungen von den normalen Frequenzkomponenten, die mit der periodischen Auswirkung jedes Zylinders auf die Zwischenstufe verbunden sind, können identifiziert und Ausfallarten zugeordnet werden. Die Zeit- und Frequenzbereichsanalyse für den Zwischenstufendruck kann somit vor einem Totalausfall Erkenntnisse zu Kompressorausfällen gewähren. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann die Analyse des Zwischenstufenbehälterdrucks mit der Analyse des überwachten Kurbelwellendrucks kombiniert werden, damit ferner Leckzustände einzelner Zylinder identifiziert werden können. Solche Verfahren reduzieren die für die Fehlersuche erforderliche Zeit und die Reparaturkosten, da sie Wartungspersonal darauf hinweisen, welche Komponenten gewartet werden müssen.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Steuerung zum Ermitteln (z. B. Identifizieren) eines Zustands eines Kompressors bereitgestellt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Zwischenstufendruck in dem Zwischenstufenbehälter des Kompressors entspricht. Die Steuerung ist ferner so konfiguriert, dass sie durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist, einen Zustand des Kompressors ermittelt. In einer Ausführungsform kommuniziert die Steuerung mit einem oder mehreren Zwischenstufendrucksensoren 266 und empfängt das Signal, das dem überwachten Zwischenstufendruck entspricht, von diesem oder diesen Sensoren. Die Steuerung kann einen Prozessor aufweisen, der die Zwischenstufendruckdaten wie oben beschrieben analysiert. In einer Ausführungsform berechnet die Steuerung einen Durchschnittswert des Zwischenstufendrucks über einen Zeitraum und vergleicht diesen mit dem durchschnittlichen Zwischenstufennenndruck. Bei einer weiteren Ausführungsform ordnet die Steuerung den überwachten Zwischenstufendruck zur weiteren Ermittlung der Lage und Art eines identifizierten Fehlers bei einem oder mehreren von vielen Zylindern einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors zu. Bei noch einer weiteren Ausführungsform führt die Steuerung eine Frequenzanalyse an dem überwachten Zwischenstufendruck durch und ermittelt auf der Grundlage der identifizierten Frequenzkomponenten einen Zustand des Kompressors.
In den 4 bis 6 ist ein Aspekt eines Verfahrens für einen Kompressor veranschaulicht. Ein Kompressor wie der in den 1 und 2 veranschaulichte dient zum Laden des Behälters 180 mit Druckluft oder einem anderen Druckgas. Wenn der Kompressor den Behälter auf einen bestimmten Druckwert geladen hat, wird der Kompressorbetrieb eingestellt. Bei manchen Ausführungsformen werden nach dem Einstellen des Kompressorbetriebs ein oder mehrere Entlastungsventile geöffnet, um Zwischenstufen des Kompressors in die Atmosphäre zu entlüften. Die Einlassventile der Zylinder sowie die Entlastungsventile der Zwischenstufenbehälter können alle als Entlastungsventile fungieren und die Zylinder des Kompressors in die Atmosphäre entlüften. Wenn die Entlastungsventile betätigt und die Zylinder und Zwischenstufen des Kompressors in die Atmosphäre entlüftet worden sind, wird, wie bereits erläutert, davon ausgegangen, dass der Druck in dem Behälter konstant bleibt.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors ein Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter, Betätigen eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors und Erfassen eines Leckzustandes eines Auslassventils des Zylinders durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird. Ein Leckzustand des Auslassventils 214 des Zylinders 210 kann durch Zuordnen des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter 180 zu einer Angabe einer Position des Kolbens 218 in dem Zylinder 210 erfasst werden. Das Schaubild 400 in 4 zeigt Verdichtungshübe und gemessenen Druck über der Zeit. Bei normalem oder geladenem Betrieb des Kompressors erhöht sich bei jedem Verdichtungshub (T) des Hochdruckzylinders 210 der gemessene Druck 342 in dem Behälter 180, während eine zusätzliche Menge Druckluft durch die Auslassöffnung 215 in den Behälter 180 gepresst wird. Bei jedem Ansaughub (↓) wird die Auslassöffnung 215 geschlossen, und es wird erwartet, dass der gemessene Druck 340 in dem Behälter 180 konstant bleibt. Es wird erwartet, dass sich der gemessene Behälterdruck an sich einmal pro Umlauf des Kolbens 218 allgemein schrittweise erhöht. Somit kann bei geladenem Betrieb des Kompressors eine Änderung oder fehlende Änderung des jedem Verdichtungshub zugeordneten überwachten Drucks einen fehlerhaften Betrieb des Kompressors anzeigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Kolben durch das Betriebsspiel des Kolbens in dem Zylinder in dem ungeladenen Zustand des Kompressors betätigt. Der ungeladene Zustand wird durch Öffnen eines oder mehrerer Entlastungsventile zum Entlüften der Zylinder und, sofern vorhanden, des Zwischenstufenbehälters in die Atmosphäre beibehalten. In einem ungeladenen Zustand dreht sich die Kurbelwelle 250 des Kompressors, was dazu führt, dass sich die Kolben 218, 228, 238 in ihren jeweiligen Zylindern bewegen, wobei jedoch durch die offenen Entlastungsventile Luft in die beziehungsweise aus den Zylindern strömt.
In 5 ist ein System 500 abgebildet. Während des Ansaughubs des Kolbens 238 strömt durch die Einlassöffnung 233 ein Luftstrom 324 in den Zylinder 230. Auf ähnliche Weise strömt während des Verdichtungshubs des Kolbens 228 durch die Einlassöffnung 223 ein Luftstrom 326 aus dem Zylinder 220. Bei dieser Ausführungsform dienen die Einlassventile 222, 232 als Entlastungsventile für ihre jeweiligen Zylinder. Bei dem Zylinder 210 ist der Kolben 218 bei einem Ansaughub gezeigt, der dazu führt, dass der Luftstrom 328 durch das Entlastungsventil 268, den Zwischenstufenbehälter 260 und die Einlassöffnung 213 in den Zylinder 210 gesaugt wird.
In dem ungeladenen Betrieb wird erwartet, dass die Auslassöffnung 215 und das Auslassventil 214 des Zylinders 210 geschlossen bleiben, damit ein geschlossener Raum und konstanter Druck in dem Behälter erhalten bleiben, vorausgesetzt, es wird nicht gerade Luft aus dem Behälter 180 an pneumatische Einrichtungen abgegeben. Ist die Auslassöffnung 215 und/oder das Auslassventil 214 beispielsweise durch Korrosion oder Abrieb abgenutzt, kann das Auslassventil in dem ungeladenen Betrieb eventuell nicht luftdicht abdichten, und so kann Druckluft aus dem Behälter durch die Auslassöffnung 215 zurück in den Zylinder 210 gelangen. Je nach Druck in dem Behälter und der Art der Verschleißerscheinung an dem Auslassventil oder der Auslassöffnung kann ein Leck in unregelmäßigen Abständen auftreten oder schwer zu identifizieren sein.
In einer Ausführungsform wird ein Leckzustand des Auslassventils 214 durch Zuordnen des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter zu einer Angabe einer Position des Kolbens in dem Zylinder erfasst. Während des Ansaughubs entsteht in dem Zylinder 210 ein geringerer Druck. Der geringere Druck ist unbeständig, da die durch die Einlassöffnung hereinströmende Luft den Druck in dem Zylinder wieder auf Atmosphärendruck bringt. In dem Zeitraum bei geringerem Druck lässt jedoch ein Auslassventil 214 in einem entsprechenden Leckzustand einen Luftstrom 322 aus dem Behälter in den Zylinder. Der Luftstrom 322 führt zu einer Verringerung des Behälterdrucks, da Luft aus dem Behälter gesaugt wird. Zu einem solchen Luftstrom 322 kann es selbst dann kommen, wenn sich an dem Auslassventil 214 in dem Ruhezustand kein Leck nachweisen lässt.
In 6 ist ein System 600 zu sehen, das einen Kompressor bei einem Verdichtungshub darstellt. Während des Verdichtungshubs des Kolbens 218 entsteht in dem Zylinder 210 ein erhöhter Druck. Der erhöhte Druck ist auf ähnliche Weise wie oben beschrieben unbeständig, da der durch die Einlassöffnung 213 und das Entlastungsventil 268 nach außen strömende Luftstrom 338 den Druck in dem Zylinder wieder auf Atmosphärendruck bringt. In dem Zeitraum bei erhöhtem Druck lässt jedoch ein Auslassventil 214 in einem entsprechenden Leckzustand einen Luftstrom 332 durch die Auslassöffnung 215 aus dem Zylinder 210 in den Behälter 180 strömen, was zu einer Erhöhung des Behälterdrucks führt. Zu einem solchen Luftstrom 332 kann es selbst dann kommen, wenn sich an dem Auslassventil 214 in dem Ruhezustand kein Leck nachweisen lässt oder wenn das Entlastungsventil, wie oben beschrieben, betrieben wird. Je nach Konfiguration des Kompressorsystems können sich die Kolben 228, 238 während des Verdichtungshubs des Kolbens 218 in verschiedenen Stadien ihres jeweiligen Umlaufs befinden. Wie in 6 gezeigt, hat der Kolben 228 den oberen Totpunkt erreicht, wodurch ein Luftstrom 334 durch die Einlassöffnung 223 aus dem Zylinder 220 heraus entsteht. Der Kolben 238 kann, wie gezeigt, einen Verdichtungshub durchlaufen, wodurch ein Luftstrom 336 durch die Einlassöffnung 233 aus dem Zylinder 230 heraus entsteht. Auf diese Weise dienen die Einlassventile 222, 232 weiterhin als Entlastungsventile für ihre jeweiligen Zylinder.
Bei manchen Ausführungsformen lässt sich die den Verdichtungs- und Ansaughüben des Kolbens 218 entsprechende Erhöhung und Verringerung des Behälterdrucks selbst dann erfassen, wenn die Luftströme 322 (siehe 5) und 332 (siehe 6) nicht einzeln identifizierbar sind. In einer Ausführungsform wird der Kolben 218 mit einer bekannten Rate zyklisch betrieben und in einer Frequenzanalyse der überwachten Druckdaten ein Kennlinienausschlag pro Umdrehung identifiziert, der einem Auslassventilleck während des Ansaug- oder Verdichtungshubs entspricht. Bei anderen Ausführungsformen kann ein zweifacher Kennlinienausschlag pro Umdrehung identifiziert werden, wenn das Auslassventil sowohl während des Ansaug- als auch des Verdichtungshubs des Kolbens leckt. Die Rate, mit der der Kolben zyklisch betrieben wird, kann so variieren, dass sich die dem Leck entsprechenden Frequenzkomponenten zum Ermöglichen des Erfassens des Leckzustands einstellen lassen. Bei einem Beispiel wird der Kolben 218 während eines ersten Abschnitts des Zeitraums mit einer ersten Rate und während eines zweiten Abschnitts mit einer zweiten Rate zyklisch betrieben. Durch Vergleichen der Behälterdruckmessdaten für beide Zeiträume in dem Zeit- oder Frequenzbereich können Geräusche oder andere Schwankungen des gemessenen Behälterdrucks so berücksichtigt werden, dass sich die der Kolbenbewegung entsprechende Schwankung isolieren lässt. Bei anderen Ausführungsformen können sich Vibrationen oder Geräusche aus der Kompressorumgebung oder andere von umgebenden Einrichtungen verursachte Verzerrungen auf den gemessenen Behälterdruck auswirken. In solchen Umgebungen kann die zyklische Betätigung des Kolbens bei zwei oder mehr Raten das Identifizieren von Lecks ermöglichen, die sonst verborgen geblieben wären. Zusätzlich dazu kann der Kolben 218 mit unter der Abtastrate für den überwachten Druck liegender Rate zyklisch betrieben werden, damit der Bewegung des Kolbens zugeordnete Druckänderungen in ausreichendem Maße erfasst werden können. Auf diese Weise kann sowohl die Zeit- als auch die Frequenzbereichsanalyse des gemessenen Behälterdrucks zum Identifizieren eines Leckzustandes bei einem Auslassventil benutzt werden.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Verlust durch das Auslassventil 214 von dem Behälterdruck abhängig sein. Wenn der Behälterdruck hoch ist, kann der Luftstrom 332 aus dem Zylinder 210 in den Behälter 180 zwar behindert werden, jedoch trotzdem ein Luftstrom 322 aus dem Behälter 180 in den Zylinder 210 entstehen. Wenn der Behälterdruck gering ist, kann es zwar sein, dass kein Luftstrom 322 aus dem Behälter 180 in den Zylinder 210 entsteht, jedoch trotzdem ein Luftstrom 332 aus dem Zylinder 210 in den Behälter 180 erfasst werden. Folglich umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors bei manchen Ausführungsformen das Füllen des Behälters mit Druckluft bis zu einem bestimmten Druckwert, bevor der Kolben, wie oben erläutert, betrieben wird. Genauso wie die Rate, mit der der Kolben zyklisch betrieben wird, zur Unterstützung bei der Suche nach Leckzuständen variiert werden kann, kann das Diagnoseverfahren bei mehr als einem Behälterdruckpegel durchgeführt werden, damit Lecks unter verschiedenen Bedingungen erfasst werden können.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Steuerung zum Ermitteln des Zustands eines Kompressors bereitgestellt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in einem Behälter des Kompressors entspricht, und einen Leckzustand eines Auslassventils eines Zylinders des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Kolben in dem Zylinder betätigt wird. In einer Ausführungsform ist die Steuerung, wie die Steuerung 130, in ein Fahrzeugsystem integriert. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung mit einer Testausrüstung ausgestattet, die für Wartung und Reparatur oder Diagnoseaufgaben benutzt wird. Auf diese Weise kann die Steuerung ferner so konfiguriert sein, dass sie zumindest während eines Abschnitts des Zeitraums den Kolben in dem Zylinder des Kompressors betätigt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung mit der Steuerung 130, Kompressorstellelementen 152 oder dem Motor 104 zum Betätigen des Kolbens verbunden sein. Zusätzlich dazu ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren Behälterdrucksensoren 185 kommuniziert und das Signal empfängt, das dem überwachten Druck entspricht. Die Steuerung kann auch das Signal, das dem überwachten Druck der Druckluft in dem Behälter entspricht, einer Angabe einer Position des Kolbens in dem Zylinder des Kompressors zuordnen. Die Position des Kolbens kann von der Drehposition der Kurbelwelle oder des Motors angegeben werden oder von einem Sensor, der so konfiguriert ist, dass er die Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors identifiziert. In einer Ausführungsform wird der Kurbelwellenpositionssensor 172 zum Ermitteln der Position eines Kolbens in dem Zylinder benutzt.
Damit die Funktionstüchtigkeit des Kompressors unter verschiedenen Betriebsbedingungen eingeschätzt werden kann, kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Kolben in dem Zylinder eines Kolbenkompressors in dem geladenen oder ungeladenen Zustand betätigt. Die Steuerung ist ferner so konfiguriert, dass sie eine Verringerung des überwachten Drucks erkennt, die einem Ansaughub des Kolbens in dem Zylinder entspricht, und eine Erhöhung des überwachten Drucks, die einem Verdichtungshub des Kolbens in dem Zylinder entspricht, wie bereits erläutert wurde. Die Steuerung kann auch so konfiguriert sein, dass sie eine Frequenzbereichsanalyse an den Daten des überwachten Drucks während des Zeitraums durchführt, in dem der Kolben betätigt wird. Bei manchen Ausführungsformen weist die Steuerung einen Digitalsignalprozessor auf, der die Frequenzkomponenten der überwachten Druckdaten analysieren kann. Auf diese Weise implementiert die Steuerung ein Diagnoseverfahren, und sie ist so konfiguriert, dass sie Diagnoseinformationen für den Kompressor erzeugt.
In den 7 bis 10 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens und/oder einer Einsatzmöglichkeit eines Systems für einen Kompressor veranschaulicht. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Kompressor das Überwachen eines Kurbelgehäusedrucks eines Kompressors, das Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks und das Identifizieren eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks. Beim Betrieb eines Kolbenkompressors, wie des in 2 gezeigten Kompressors 110, sorgt die sich drehende Kurbelwelle 250 dafür, dass sich die Kolben 218, 228, 238 in ihren jeweiligen Zylindern bewegen. Während sich die Kolben durch jede Umdrehung bewegen, ändert sich das effektive Volumen des Kurbelgehäuses 160.
Zur besseren Veranschaulichung ist in dem Schaubild 700 von 7 ein Kurbelgehäusedruck 350 eines einstufigen Kompressors mit nur einem Zylinder, wie dem Zylinder 210, dargestellt. Während sich der Kolben bei einem Ansaughub hebt, erhöht sich das effektive Volumen des Kurbelgehäuses (z. B. da das Volumen des Kolbens das Kurbelgehäuse verlässt), wodurch der von einem Kurbelgehäusedrucksensor, wie dem Kurbelgehäusedrucksensor 170, gemessene Kurbelgehäusedruck sinkt. Der Kurbelgehäusedruck 350 sinkt, bis der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, wo der Kurbelgehäusedruck einen Minimalwert erreicht, was durch einen Tiefstpunkt 352 angezeigt wird. Wenn sich der Kolben durch einen Ansaughub bewegt, verringert sich das effektive Volumen des Kurbelgehäuses, was zu einer Erhöhung des Kurbelgehäusedrucks führt. Der Kurbelgehäusedruck 350 steigt, bis der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, wo der Kurbelgehäusedruck einen Maximalwert 354 erreicht. Wie in 7 veranschaulicht ist, steigt und fällt der Kurbelgehäusedruck in Abhängigkeit von der Position des Kolbens in dem Zylinder in einem Zeitraum 362, der einem Umlauf des Kolbens entspricht. Bei einem Mehrstufenkompressor, wie einem Kompressor mit zwei oder mehr Zylindern, beeinflusst die Bewegung der einzelnen Kolben den Kurbelgehäusedruck auf ähnliche Weise. Bei dem in 2 veranschaulichten Kompressor würde jeder der drei Kolben 218, 228, 238 ähnliche periodische Druckschwankungen erzeugen, die je nach Konfiguration der Kurbelwelle zueinander versetzt wären. Der entsprechende Kurbelgehäusedruck würde daher mehrere Maximal- und Minimalwerte widerspiegeln, die den Positionen eines, zweier oder mehrerer Kolben des Kompressors entsprechen. Bei einem Mehrstufenkompressor kann der Kurbelgehäusedruck einer Angabe der Position eines oder mehrerer Kolben zugeordnet sein, damit identifiziert werden kann, wie sich jeder Kolben auf den Kurbelgehäusedruck auswirkt. Mit Hilfe der Zuordnung kann ein Zustand eines der mehreren Zylinder des Kompressors ermittelt werden.
Wie in dem Schaubild 700 in 7 gezeigt ist, wird der Kurbelgehäusedruck 350 bei einem gut funktionierenden Kompressorsystem in der Regel unter dem Atmosphärendruck gehalten, der als „0” angegeben ist. Der Kompressor weist bei verschiedenen Ausführungsformen ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil, wie das Entlüftungsventil 174 in 2, auf, das den Kurbelgehäusedruck regelt, indem es Luft aus dem Kurbelgehäuse ablässt, wenn der Kurbelgehäusedruck steigt, und die in das Kurbelgehäuse strömende Luftmenge einschränkt, wenn der Kurbelgehäusedruck fällt. Auf diese Weise wird ein Überdruck in dem Kurbelgehäuse vermieden, so dass sich die Effizienz des Kompressorsystems erhöht. Folglich bleibt der durchschnittliche Kurbelgehäusedruck während des Betriebs des Kompressorsystems in dem Sollbereich.
In einer Ausführungsform gehört zum Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks das Berechnen eines Durchschnittswerts für den Kurbelgehäusedruck über einen Zeitraum und das Vergleichen des durchschnittlichen Kurbelgehäusedrucks mit einem durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndruck. Der Zustand des Kompressors kann dann auf der Grundlage der Differenz zwischen dem berechneten durchschnittlichen Kurbelgehäusedruck und dem durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndruck ermittelt (z. B. identifiziert) werden. In einer Ausführungsform ist der durchschnittliche Kurbelgehäusenenndruck der auf der Grundlage der Konstruktion des Kompressors und des Kurbelgehäuses erwartete durchschnittliche Druck. Der durchschnittliche Kurbelgehäusenenndruck kann anhand von empirischen Tests ermittelt werden, in denen die Ausgangswerte festgelegt werden, wenn der Kompressor neu ist oder bekannt ist, dass er ordnungsgemäß funktioniert. Die Ausgangswerte können in dem Speicher gespeichert und zwecks Überwachung des Kompressorbetriebs periodisch mit dem tatsächlichen durchschnittlichen Kurbelgehäusedruck verglichen werden. Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird der durchschnittliche Kurbelgehäusenenndruck auf der Grundlage von Umgebungs- oder Betriebsbedingungen berechnet. Bei manchen Konstruktionen kann der Kurbelgehäusedruck beispielsweise auf der Grundlage der Umgebungslufttemperatur oder des Umgebungsluftdrucks variieren. Der durchschnittliche Kurbelgehäusenenndruck kann somit so eingestellt werden, dass solche Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Bei anderen Ausführungsformen wird die Kompressorbetriebsdrehzahl, der Behälterdruck und/oder die Kompressoröltemperatur dem durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndruck oder dem erwarteten durchschnittlichen Kurbelgehäusedruck zugeordnet. Bei noch anderen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Kurbelgehäusenenndruck um einen vorgegebenen Grenzwert, bei dessen Überschreiten der Betrieb des Kompressors eingestellt werden muss. Der durchschnittliche Kurbelgehäusenenndruck kann daher aus mindestens einem oder mehreren dieser oder anderer Umgebungs- oder Betriebsparameter des Kompressors ermittelt werden.
Bei einem gut funktionierenden Kompressorsystem bleibt, wie in dem Schaubild 700 in 7 gezeigt, der durchschnittliche Kurbelgehäusedruck und die Zuordnung des Kurbelgehäusedrucks zu der Position des Kolbens im Wesentlichen gleich. Der Ausfall oder Verschleiß des Entlüftungsventils kann jedoch das ordnungsgemäße Regeln des Kurbelgehäusedrucks beeinträchtigen. Wenn das Entlüftungsventil verstopft ist, wird bei steigendem Kurbelgehäusedruck keine Luft abgelassen, was zu einer Verschiebung des gemessenen Kurbelgehäusedrucks führt, wie sie beispielsweise in dem Schaubild 800 in 8 veranschaulicht ist. Die der Kolbenbewegung zugeordneten periodischen Maximalwerte 360 und Minimalwerte 358 können wie gezeigt bei einem gemessenen Kurbelgehäusedruck 356 (auch als Kurbelgehäusedruck 356 bezeichnet) immer noch erfasst werden. Der durchschnittliche Kurbelgehäusedruck steigt jedoch, wenn das Entlüftungsventil den Überdruck in dem Kurbelgehäuse nicht ablassen kann. Auf diese Weise wird durch den erhöhten durchschnittlichen Druck ein Ausfall des Kurbelgehäuseentlüftungsventils identifiziert, und es können entsprechende Wartungs- oder Reparaturarbeiten eingeplant werden. Mit der Zeit kann der erhöhte durchschnittliche Kurbelgehäusedruck zu einer Beschädigung der Dichtungen und anderer Komponenten des Kompressorsystems und, wenn dies nicht überprüft wird, zu einem Funktionsausfall des Kompressorsystems führen. Ein erhöhter Kurbelgehäusedruck kann auch die Effizienz des Kompressorsystems verringern, indem er gegen die einzelnen Kolben drückt, wenn diese durch ihren Ansaughub gezogen werden, wodurch sich die Last für den Motor 104 oder eine andere die Kurbelwelle 250 antreibende Leistungsquelle erhöht.
Bei anderen Ausführungsformen wird ein Verfahren für einen Kompressor, das das Überwachen des Kurbelgehäusedrucks umfasst, zum Identifizieren anderer Kompressorausfallarten benutzt. In einer Ausführungsform wird ein Zustand eines von mehreren Zylindern auf der Grundlage der Zuordnung des überwachten Kurbelgehäusedrucks zu der Angabe der Position des Kolbens in dem Zylinder eines Kolbenkompressors identifiziert. Im Betrieb wird Luft in dem Zylinder verdichtet, wenn sich der Kolben durch einen Verdichtungshub bewegt, um den Behälter 180 mit Druckluft zu füllen. Damit es bei einem effizienten Betrieb bleibt, ist das Volumen des Zylinders, in dem die Verdichtung erfolgt, beispielsweise im Wesentlichen durch eine Buchse oder Dichtung abgedichtet, die zum Einschränken des Luftverlusts bei der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder dienen kann.
Bei dem System 900 in 9 ist der Hochdruckzylinder 210 aus 2 bei einem Verdichtungshub dargestellt. Während von zumindest einem Abschnitt des Verdichtungshubs des Kolbens 218 ist das Einlassventil 212 geschlossen und dichtet die Einlassöffnung 213 ab, und das Auslassventil 214 ist geschlossen und dichtet die Auslassöffnung 215 ab. Wenn Einlass- und Auslassöffnung dichten verschlossen sind, wird davon ausgegangen, dass das Innenvolumen des Zylinders 210 in dem Wesentlichen so abgedichtet ist, dass die Luft in dem Zylinder verdichtet werden kann. Infolge des Abriebs zwischen dem Kolben 218 und einer Zylinderinnenwand 290 oder anderer Verschleißerscheinungen an der Buchse oder den Dichtungen, die zum Aufrechterhalten des geschlossenen Raums dienen, kann, wie durch die Pfeile 370 veranschaulicht, Luft zwischen dem Kolben 218 und der Zylinderinnenwand 290 in das Kurbelgehäuse 160 austreten. Ein Abrieb an dem Kolben oder der Zylinderwand kann durch verschiedene Probleme entstehen, wie beispielsweise durch eine Fehlausrichtung des Kolbens oder einen Betrieb ohne ausreichende Schmierölmenge oder bei zu hoher Öltemperatur. Außerdem können sich Zylinderbuchsen infolge von Überdruck in dem Kurbelgehäuse abnutzen, der wie oben erläutert durch den Ausfall eines Entlüftungsventils entstehen kann. Unabhängig von der zugrundeliegenden Ursache entsteht ein Blow-by-Zustand eines Kolbens, wenn Luft an dem Kolben 218 vorbei aus dem Zylinder 210 in das Kurbelgehäuse 160 entweicht (wie durch die Pfeile 370 veranschaulicht ist).
Der Luftstrom in das Kurbelgehäuse, der durch einen Blow-by-Zustand eines Kolbens entsteht, beeinflusst den von dem Kurbelgehäusedrucksensor 170 gemessenen Kurbelgehäusedruck. Das Schaubild 1000 in 10 zeigt zur Veranschaulichung einen guten Kurbelgehäusedruck 372 analog zu dem in dem Schaubild 700 in 7 gezeigten. Wenn ein Zylinder abgenutzt ist, kann der Kurbelgehäusedruck ein Blow-by-Anzeichen 374 entwickeln. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Blow-by-Anzeichen 374 um eine Erhöhung des gemessenen Kurbelgehäusedrucks während des Verdichtungshubs eines Kolbens. Mit Hilfe des Kurbelwellenpositionssensors 172 kann die Position jedes Kolbens ermittelt werden, so dass der Verdichtungshub jeder Position identifiziert wird. Durch Zuordnen des identifizierten Blow-by-Zustands 374 zum Verdichtungshub eines gegebenen Kolbens wird ein Blow-by-Zustand eines gegebenen Zylinders identifiziert. Die Identifizierung eines bestimmten Zylinders, bei dem der Blow-by-Zustand besteht, erleichtert Reparaturen und erhöht die Effizienz von Wartungsarbeiten.
Zusätzlich zum Identifizieren eines vorliegenden Blow-by-Zustands kann dessen Schweregrad eingeschätzt werden. Wie in dem Schaubild 1000 in 10 dargestellt ist, kann sich ein Blow-by-Zustand als Erhöhung des Kurbelgehäusedrucks bei einem Verdichtungshub präsentieren. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen der Blow-by-Zustand weniger schwerwiegend ist, kann das Blow-by-Anzeichen in einer geringeren Reduzierung des Kurbelgehäusedrucks bei einem Verdichtungshub bestehen. Anders ausgedrückt, kann eine Reduzierung der Differenz zwischen den Maximalwerten 376 und den Minimalwerten 378 des gemessenen Kurbelgehäusedrucks einen Blow-by-Zustand anzeigen, selbst wenn der Kurbelgehäusedruck während des Verdichtungshubs nicht ansteigt.
Die Darstellungen des überwachten Kurbelgehäusedrucks in den Schaubildern 700, 800 und 1000 der 7, 8 beziehungsweise 10 zeigen den Einfluss eines einzelnen Zylinders. Bei Kompressorsystemen mit zwei oder mehr Zylindern hat jeder Zylinder einen ähnlichen Einfluss auf den Kurbelgehäusedruck, so dass der entstehende Kurbelgehäusedruck die Kombination dieser Einflüsse widerspiegelt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird der überwachte Kurbelgehäusedruck durch Identifizieren des Frequenzinhalts des überwachten Kurbelgehäusedrucks auf einer oder mehreren bekannten Frequenzen analysiert. Die bekannten Frequenzen werden auf der Grundlage der Rate ermittelt, mit der der Kompressor betrieben wird. Wie oben angemerkt wurde, wird davon ausgegangen, dass der überwachte Kurbelgehäusedruck ansteigt und fällt, während der Kolben in dem Zylinder betrieben wird. Der überwachte Kurbelgehäusedruck weist somit eine periodische Schwankung auf, die einem mit der Bewegung des Kolbens verbundenen, einfachen Kennlinienausschlag pro Umdrehung entspricht. Wie in dem Schaubild 1000 in 10 gezeigt ist, kann durch einen Kolben-Blow-by-Zustand ein zusätzlicher Maximalwert 374 entstehen (auch als Blow-by-Zustand bezeichnet). Der Blow-by-Zustand lässt sich daher in einer Frequenzanalyse auf der Grundlage der Rate identifizieren, mit der der Kompressor betrieben wird. In einer Ausführungsform kann der Blow-by-Zustand zu einer erfassbaren Änderung des einen Kennlinienausschlags pro Umdrehung führen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Blow-by-Zustand zu einem erfassbaren zweifachen Kennlinienausschlag pro Umdrehung führen. Es kann auch eine Reihe von mit der Kompressorbetriebsdrehzahl verbundenen Frequenzkomponenten erzeugt werden, da der Kurbelgehäusedruck von einem oder mehreren Kolben, einem oder mehreren Blow-by-Zuständen, Entlüftungsventilausfällen oder anderen Einflüssen während des Betriebs des Kompressors beeinflusst wird. Auf diese Weise wird eine Frequenzanalyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks dafür benutzt, den Zustand des Kompressors zu ermitteln (z. B. identifizieren). Die Frequenzanalyse kann zusätzlich oder als Alternative zur Zeitbereichsanalyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks verwendet werden. Zur weiteren Unterstützung bei der Fehlersuche wird der Kurbelgehäusedruck unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise bei unterschiedlichen Behälterdruckpegeln, und bei Betrieb der Kolben in dem geladenen und in dem ungeladenen Zustand überwacht. Auf diese Weise bieten die hier offenbarten Verfahren für einen Kompressor ein verbessertes Erfassen von Fehlern, und sie erleichtern die Fehlersuche und Reparatur, indem sie die Art des Fehlers und die wahrscheinlich betroffenen Komponenten identifizieren.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Steuerung zum Ermitteln eines Zustands eines Kompressors bereitgestellt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck in einem Kurbelgehäuse eines Kompressors entspricht. In einer Ausführungsform ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren Kurbelgehäusedrucksensoren 170 kommuniziert und von diesem oder diesen Sensoren das Signal empfängt, das dem überwachten Druck entspricht. Die Steuerung ist ferner auch so konfiguriert, dass sie den überwachten Kurbelgehäusedruck analysiert und auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks einen Zustand des Kompressors ermittelt. In einer Ausführungsform führt die Steuerung eine Frequenzanalyse durch und identifiziert auf der Grundlage der Rate, mit der der Kompressor betrieben wird, Frequenzkomponenten in dem überwachten Kurbelgehäusedruck.
Bei einer weiteren Ausführungsform ordnet die Steuerung den überwachten Kurbelgehäusedruck einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors zu. Die Steuerung kann mit dem Kurbelgehäusepositionssensor 172 kommunizieren, um die Position des Kolbens in dem Zylinder zu ermitteln. In einer Ausführungsform ist die Steuerung, wie die Steuerung 130, in ein Fahrzeugsystem integriert. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung mit einer Testausrüstung ausgestattet, die für Wartung und Reparatur oder Diagnoseaufgaben benutzt wird. Auf diese Weise kann die Steuerung ferner so konfiguriert sein, dass sie den Kompressor entweder in dem geladenen oder in dem ungeladenen Zustand betätigt und dabei den Kurbelgehäusedruck überwacht. In Ausführungsformen ist die Steuerung in der Lage, einen Blow-by-Zustand mindestens eines Zylinders des Kompressors sowie einen Kurbelgehäuseentlüftungsventilausfall zu identifizieren, indem sie, wie oben beschrieben, den gemessenen Kurbelgehäusedruck analysiert. Die Steuerung kann einen Prozessor umfassen und so konfiguriert sein, dass sie einen Durchschnittswert des Kurbelgehäusedrucks für einen Zeitraum berechnet und den durchschnittlichen Kurbelgehäusedruck für den Zeitraum mit einem durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndruck vergleicht. Bei manchen Ausführungsformen wird der Zeitraum von der Bedienperson ermittelt, bei anderen Ausführungsformen jedoch von der Steuerung auf der Grundlage von Betriebsbedingungen des Kompressors. Bei manchen Anwendungen wird der gemessene Kurbelgehäusedruck auch von Vibrationen und Geräuschen aus verbundenen Systemkomponenten beeinflusst. Durch eine Berechnung des Durchschnittwerts des gemessenen Kurbelgehäusedrucks für einen Zeitraum lassen sich solche Einflüsse reduzieren, so dass eine genauere Einschätzung des Kurbelgehäusedrucks möglich ist.
In den 11 bis 15 ist ein Aspekt eines Systems und eines Verfahrens für einen Kompressor offenbart, der das Diagnostizieren eines Kompressors unterstützen kann. Im Betrieb verdichtet der Kompressor, wie beispielsweise der unter anderem in 1, 2, 11 dargestellte Kompressor, Luft, die, wie bereits beschrieben, in dem Behälter 180 gespeichert wird. Der Druckpegel der Druckluft in dem Behälter 180 wird von dem Behälterdrucksensor 185 überwacht. Wenn der Druckpegel in dem Behälter einen bestimmten Druckwert erreicht hat, wird der Betrieb des Kompressors eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird erwartet, dass der gemessene Druck in dem Behälter konstant bleibt, bis der Kompressor wieder gestartet oder pneumatischen Einrichtungen oder anderen mit dem Behälter verbundenen Geräten Druckluft zugeführt wird.
Die Kurbelwelle 250 kann ein einem zweiten Ende gegenüberliegendes erstes Ende aufweisen, das mit einem oder mehreren Pleueln für jeden jeweiligen Zylinder gekoppelt ist. Kurbelwelle, Zylinder und Kolben sind in 11 in UT-Position auf der Grundlage der Lage des ersten Endes veranschaulicht. Bei der UT-Position handelt es sich um eine Lage des ersten Endes bei etwa minus neunzig Grad (–90 Grad) oder 270 Grad. Bei der OT-Position handelt es sich um eine Lage des ersten Endes bei etwa neunzig Grad (90 Grad) oder –270 Grad.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren von Lecks bei einem Kompressor das Überwachen des Drucks der Druckluft in dem Behälter 180 eines Kompressors und das Betätigen eines Entlastungsventils, wie beispielsweise des Entlastungsventils 268. Ein Leckzustand des Kompressors wird durch Erkennen einer von dem Behälterdrucksensor 185 gemessenen Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem das Entlastungsventil betätigt wird. In einer Ausführungsform wird das Entlastungsventil 268 betätigt, indem das Entlastungsventil 268 während zumindest eines Abschnitt des Zeitraums, in dem er betätigt wird, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position zyklisch betätigt wird. In der geöffneten Position entlüftet das Entlastungsventil den Zwischenstufenbehälter und lässt Druck aus dem Zylinder 210 ab. In der geschlossenen Position sorgt das Entlastungsventil 268 für einen geschlossenen Raum in dem Zwischenstufenbehälter und dem Zylinder 210. Bei einer weiteren Ausführungsform, wie beispielsweise einem einstufigen Kompressor, handelt es sich bei dem Einlassventil des Zylinders um das Entlastungsventil für den Zylinder. Bei manchen Ausführungsformen misst oder meldet der Behälterdrucksensor 185 den gemessenen Druck in dem Behälter mit einer bestimmten Abtastrate, die auf der Sensorkonstruktion beruht. Bei solchen Systemen kann das Entlastungsventil mit unter der Abtastrate für den überwachten Druck liegender Rate zyklisch betrieben werden, damit der Bewegung des Entlastungsventils zugeordnete Druckänderungen in ausreichendem Maße erfasst werden können. Bei noch anderen Ausführungsformen bleibt das Entlastungsventil für eine erste Zeitdauer in der geöffneten Position und für eine von der ersten Zeitdauer verschiedene zweite Zeitdauer in der geschlossenen Position. Die erste und die zweite Zeitdauer können so gewählt werden, dass bei dem überwachten Druck eine gewünschte Reaktion entsteht und das Erfassen eines Leckzustands ermöglicht wird. Bei noch anderen Ausführungsformen kann das Entlastungsventil mit einer einzigen bekannten Rate zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position zyklisch betrieben werden. Bei anderen Ausführungsformen wird das Entlastungsventil während zumindest eines ersten Abschnitts des Zeitraums mit einer ersten Rate und zumindest während eines zweiten Abschnitts des Zeitraums mit einer zweiten Rate zyklisch betrieben, während der Behälterdruck überwacht wird. Eine Position des Entlastungsventils kann direkt überwacht oder aus den Befehlen abgeleitet werden, die zum Anordnen des Öffnens und Schließens des Entlastungsventils beim Ausführen des Verfahrens benutzt werden. Auf diese Weise kann der Einfluss des Öffnens und Schließens des Entlastungsventils so ausgelegt werden, dass bei dem gemessenen Druck in dem Behälter ein gewünschtes Resultat entsteht und das Erfassen von Lecks ermöglicht wird. Um das Verhältnis zwischen der Betätigung des Entlastungsventils und dem gemessenen Behälterdruck isolieren zu können, wird bei manchen Ausführungsformen die Bewegung des Kolbens 218 in dem Zylinder 210 in dem Zeitraum gehemmt, in dem das Entlastungsventil betätigt wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Kolbenbewegung über den Kurbelwellenpositionssensor 172 überwacht, und die Bewegung des Kolbens, wenn sich das Entlastungsventil in der geschlossenen Stellung befindet, kann zum Identifizieren eines Lecks in einem Auslassventil 214 des Zylinders 210 benutzt werden.
Die Schaubilder 1200, 1300, 1400 und 1500 in den 12 bis 15 veranschaulichen einen überwachten Behälterdruck, der für einen Zeitraum aufgetragen ist, in dem ein Entlastungsventil bei dargestellten ausgewählten Zuständen eines Kompressors (z. B. des Kompressors 110 aus 1) betätigt wird. In einer Ausführungsform kann der Behälterdruck von dem Drucksensor 185 überwacht werden, die Änderungen und Daten (z. B. Druckablesewerte, Druckkennlinienausschläge, Messwerte des Drucks usw.) können von der (u. a. in den 1 und 2 dargestellten) Erfassungskomponente 128 ausgewertet werden, und die Steuerung 130 kann den Kompressor 110 auf der Grundlage der Auswertung und/oder des überwachten Drucks einstellen.
In 12 ist ein Schaubild 1200 zu sehen, das für einen Kompressor den Druck über der Zeit abbildet. Der gemessene Druck 1202 bleibt konstant, was anzeigt, dass der Behälter (z. B. Behälter 180) die Druckluft auf einem konstanten Druck hält, selbst wenn das Entlastungsventil (z. B. Entlastungsventil 268) betätigt wird. Das Schaubild in 12 zeigt einen gut funktionierenden Kompressor ohne Verluste aus einem Ventil des Kompressors, das zwischen dem Behälter und einem Zylinder des Kompressors (z. B. Auslassventil 214, Auslassöffnung 215, Einlassöffnung 213, Einlassventil 212 usw.) angeordnet ist.
Das Schaubild 1300 in 13 zeigt einen gemessenen Druck 502, der ohne Übereinstimmung mit der Bewegung (z. B. Betätigung) des Entlastungsventils 268 sinkt. Das stete Absinken des gemessenen Drucks 502 kann auf ein Leck in dem Behälter oder in Luftleitungen, die zu pneumatischen Einrichtungen führen, hinweisen, auf welches sich die Bewegung des Entlastungsventils 268 nicht auswirkt. Im Gegensatz zu den 12 und 13 entspricht der in den 14 und 15 gezeigte gemessene Druck der Betätigung des Entlastungsventils. Wie im Schaubild 1400 gezeigt ist, bleibt der gemessene Druck 604, 606 und 608 konstant, wenn sich das Entlastungsventil in der geschlossenen Position befindet, was bedeutet, das der Behälter 185 nicht leckt. Wenn sich das Entlastungsventil jedoch in der geöffneten Position befindet, weist eine Verringerung des gemessenen Drucks 605 und 607 darauf hin, dass Druckluft aus dem Behälter 185 entweicht, wie durch den Luftstrom 295 (in 11) angezeigt wird. Auf diese Weise wird ein Leckzustand des Kompressors durch das Zuordnen von Änderungen des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter zu einer Angabe der Position des Entlastungsventils in entweder der geöffneten oder der geschlossenen Position erfasst.
Bei der Ausführungsform in 11 weist eine Übereinstimmung zwischen dem Betätigen des Entlastungsventils und dem gemessenen Behälterdruck auf einen Leckzustand des Auslassventils 214 hin, das zwischen dem Behälter 180 und dem Zylinder 210 des Kolbenkompressors angeordnet ist. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann die Übereinstimmung zwischen gemessenem Behälterdruck und Betätigung des Entlastungsventils auf Lecks in dem Behälter sowie in einem Ventil zwischen dem Behälter und einem Zylinder hinweisen. Das Schaubild 1500 in 15 stellt Änderungen des Behälterdrucks während der Betätigung des Entlastungsventils dar. Wenn sich das Entlastungsventil in der geschlossenen Position befindet, verringert sich der gemessene Druck 710, 712 und 714, was analog zu Schaubild 1300 in 13 auf ein Leck in dem Behälter 185 hinweist. Wenn sich das Entlastungsventil jedoch in der geöffneten Position befindet, verringert sich der gemessene Druck 711 und 713 mit einer anderen Rate, was auf ein weiteres Leck beispielsweise in einem Ventil zwischen dem Behälter und dem Zylinder 210 hinweist.
Die 12 bis 15 stellen den gemessenen Druck in einem Zeitbereich dar, es kann jedoch auch eine Frequenzbereichsanalyse benutzt werden. Eine Frequenzbereichsanalyse des überwachten Drucks in den 14 und 15 umfasst eine Frequenzkomponente, die der Rate entspricht, mit der das Entlastungsventil betätigt wird. Die Frequenzkomponente kann auf der Grundlage der bekannten Rate oder Raten identifiziert werden, mit der oder denen das Entlastungsventil betätigt wird. Durch Betätigen des Entlastungsventils mit verschiedenen Raten können unterschiedliche Frequenzkomponenten erzeugt und identifiziert werden, was das Ermitteln der Art des Leckzustands und das Identifizieren der wartungsbedürftigen Komponenten erleichtert.
Wie in den 12 bis 15 dargestellt ist, ermöglicht die Korrelation zwischen gemessenem Behälterdruck und Betätigung des Entlastungsventils die Diagnose von Lecks in einem Kompressorsystem. Zusätzlich dazu ermöglicht die Korrelation ein Unterscheiden zwischen verschiedenen potentiellen Ausfallarten, was die für Wartungs- und Reparaturarbeiten verfügbaren Informationen verbessert. In einer Ausführungsform wird das Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors mit Hilfe des Entlastungsventils jedes Mal dann eingesetzt, wenn der Kompressor den Betrieb einstellt, nachdem der Behälter einen bestimmten Druckwert erreicht hat. Bei anderen Ausführungsformen wird das Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors periodisch eingesetzt, wie beispielsweise einmal pro Stunde oder pro Tag, je nach der Anwendung, bei der der Kompressor benutzt wird.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Steuerung (z. B. Steuerung 130) zum Ermitteln des Zustands eines Kompressors bereitgestellt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in einem Behälter des Kompressors entspricht, und einen Leckzustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Entlastungsventil des Kompressors betätigt wird. In einer Ausführungsform ist die Steuerung, wie die Steuerung 130, in ein Fahrzeugsystem integriert. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung mit einer Testausrüstung ausgestattet, die für Wartung und Reparatur oder Diagnoseaufgaben benutzt wird. Die Steuerung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie das Entlastungsventil des Kompressors betätigt, und kann mit der Steuerung 130 oder direkt mit Kompressorstellelementen 152 verbunden sein. Zusätzlich dazu ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren Behälterdrucksensoren 185 kommuniziert und das Signal empfängt, das dem überwachten Druck entspricht. Zusätzlich dazu ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie mit der (in 1 und 2 dargestellten) Erfassungskomponente kommuniziert. In einer Ausführungsform ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie Änderungen in dem Signal, das dem überwachten Druck der Druckluft in dem Behälter entspricht, einer Position des Entlastungsventils zuordnet. Die Steuerung kann den überwachten Druck in dem Zeitbereich, dem Frequenzbereich oder in beiden wie oben beschrieben analysieren. Auf diese Weise implementiert die Steuerung ein Prognoseverfahren, und sie ist so konfiguriert, dass sie vor einem Kompressorausfall Diagnoseinformationen über den Kompressor erzeugt.
Durch die Analyse des Zwischenstufendrucks können Fehler wie Einlass- oder Auslassventilausfälle, Blow-By-Zustände oder andere Ausfälle der einzelnen Zylinder in dem Kompressor erfasst werden. Wird ein Fehler erfasst, können Maßnahmen ergriffen werden, die eine weitere Beschädigung oder Abnutzung des Kompressorsystems reduzieren. In einer Ausführungsform wird als Reaktion auf das Ermitteln eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist, ein Signal erzeugt. Das erzeugte Signal kann auf der Grundlage einer Auswirkung des Zustands auf den Zwischenstufendruck einen Schweregrad des Zustands anzeigen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird, falls der identifizierte Zustand schwerwiegend ist, der Arbeitszyklus des Kompressors reduziert, um einen weiteren Leistungsverlust des Kompressors zu reduzieren, bis er repariert werden kann. Wird ein Leck oder ein potentieller Fehler in dem Kompressorsystem erfasst, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um einen weiteren Leistungsverlust der Komponenten zu reduzieren und eine Reparatur zu erleichtern. In einer Ausführungsform wird als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird, ein Signal erzeugt. Das erzeugte Signal kann auf einen Schweregrad des Leckzustands des Auslassventils hinweisen, wobei der Schweregrad der Änderung des überwachten Drucks entspricht, wenn der Kolben betätigt wird. In einer Ausführungsform wird als Reaktion auf das Signal der Arbeitszyklus des Kompressors reduziert, um einen weiteren Leistungsverlust des Kompressors zu reduzieren, bis er repariert werden kann. Wenn ein Fehler, wie ein Blow-By-Zustand oder ein Entlüftungsventilausfall erfasst wird, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um einen weiteren Leistungsverlust des Kompressorsystems zu reduzieren. In einer Ausführungsform wird als Reaktion auf das Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks ein Signal erzeugt. Das erzeugte Signal kann einen Schweregrad des Zustands anzeigen, wie beispielsweise den Schweregrad eines Blow-By-Zustands, der durch ein Ansteigen des Kurbelgehäusedrucks während eines Verdichtungshubs eines Kolbens angezeigt wird. In einer Ausführungsform wird als Reaktion auf das Signal der Arbeitszyklus des Kompressors reduziert, um einen weiteren Leistungsverlust des Kompressors zu reduzieren, bis er repariert werden kann. Wird ein Leck oder ein potentieller Fehler in dem Kompressorsystem erfasst, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um eine weitere Abnutzung der Komponenten zu reduzieren und eine Reparatur zu erleichtern. In einer Ausführungsform wird als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks während eines Zeitraums, in dem das Entlastungsventil betätigt wird, ein Signal erzeugt. Das erzeugte Signal weist auf einen Schweregrad des Leckzustands hin, wobei der Schweregrad der Änderung des überwachten Drucks entspricht, wenn das Entlastungsventil betätigt wird. In einer Ausführungsform wird als Reaktion auf das Signal der Arbeitszyklus des Kompressors reduziert, um einen weiteren Leistungsverlust des Kompressors zu reduzieren, bis er repariert werden kann.
Der Arbeitszyklus kann um einen festen Betrag, wie beispielsweise 25%, 50% oder mehr, oder in dem Verhältnis zum Schweregrad des identifizierten Ausfalls reduziert werden. Wenn der Leckzustand schwerwiegend ist, kann der Strom für den Kompressor abgeschaltet werden, so dass der Kompressor den Betrieb einstellt, bis entsprechende Reparaturarbeiten ausgeführt worden sind. Bei einer weiteren Ausführungsform wird Personal durch ein akustisches Alarmsignal, ein visuelles Alarmsignal, eine Textnachricht, eine E-Mail, eine Sofortnachricht, einen Telefonanruf oder ein anderes Verfahren informiert, das sich für die Betriebsumgebung eignet. Bei einem System mit mehreren Kompressoren kann als Reaktion auf ein erfasstes Leck an einem Kompressor der Betrieb der anderen Kompressoren so eingestellt werden, dass die reduzierte Leistung eines Kompressors ausgeglichen wird und das System funktionsfähig bleibt, bis es repariert werden kann.
Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen können die Aspekte der bereits beschriebenen Systeme und Verfahren auch einzeln oder in Kombination zum Diagnostizieren des Zustands eines Kompressors eingesetzt werden. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors das Betreiben eines Kompressors in einem ungeladenen Zustand durch zyklisches Betreiben der Kolben in ihren jeweiligen Zylindern, das Überwachen zumindest des Behälterdrucks und des Kurbelgehäusedrucks und das Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage einer Analyse sowohl des überwachten Behälterdrucks als auch des Kurbelgehäusedrucks. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors das Betreiben eines Mehrstufenkompressors zum Laden eines Behälters mit Druckluft, zum Überwachen eines Kurbelgehäusedrucks und eines Zwischenstufendrucks und zum Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage einer Analyse sowohl des überwachten Kurbelgehäusedrucks als auch des überwachten Zwischenstufendrucks. Bei noch einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors das Überwachen von Signalen von mindestens zwei Sensoren von einem Primärbehälterdrucksensor, einem Zwischenbehälterdrucksensor, einem Kurbelgehäusedrucksensor und einem Kurbelwellenpositionssensor und das Zuordnen der überwachten Signale zum Identifizieren eines Ausfallzustands des Kompressors. Bei noch einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Kompressors das Betätigen eines Entlastungsventils, das Überwachen zumindest eines Behälterdrucksensors und eines Kurbelwellenpositionssensors und das Identifizieren eines Leckzustands eines Ventils, das zwischen einem Zylinder und einem Behälter eines Kompressors angeordnet ist. Die vorliegende Offenbarung kann unter anderem beispielsweise allein oder in Kombination mit einem System und/oder einem Verfahren benutzt werden, die in der am 20. April 2012 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 61/636,192 und dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR A COMPRESSOR” („SYSTEM UND VERFAHREN FÜR EINEN VERDICHTER”) offenbart werden, die in ihrer Gesamtheit durch Verweis hier ausdrücklich mit aufgenommen ist.
Die hier offenbarten Verfahren und Systeme können auf einen Kolbenkompressor mit einer oder mehreren Kompressorstufen angewendet werden, wie beispielsweise auf den in 2 dargestellten Kompressor. Bei anderen Ausführungsformen können die Verfahren und Systeme auf andere Kompressortypen Anwendung finden. So kann es sich bei dem Kompressor beispielsweise um einen Membrankompressor handeln, bei dem die Verdichtung durch die Bewegung einer flexiblen Membran entsteht. Bei dem Kompressor kann es sich um einen hermetisch oder halbhermetisch abgedichteten Kompressor handeln. Zusätzlich dazu können zu den Kompressortypen unter anderem Turbokompressoren, Diagonalkompressoren, Axialkompressoren, Schraubenkompressoren, Rotationskompressoren und Scroll-Kompressoren gehören.
Die hier offenbarten Verfahren können auch das Erzeugen eines dem Ausfallzustand entsprechenden Signals und das Warnen einer Bedienperson oder anderen Personals umfassen, so dass Mängel beseitigt werden können. Jedes der oben beschriebenen Systeme und Verfahren kann auch bei einem Fahrzeugsystem, wie dem oben beschriebenen Schienenfahrzeug 106, implementiert werden. Bei noch anderen Ausführungsformen wird eine Testausrüstung bereitgestellt, die eine Steuerung mit einem Speicher und einem Prozessor aufweist, die für das Ausführen der oben beschriebenen Verfahren konfiguriert ist.
Bei jeder der hier offenbarten Ausführungsformen können Komponentenfehlerdaten aufgezeichnet werden. In einer Ausführungsform können Komponentenfehlerdaten in einer Datenbank gespeichert werden, die historische Kompressordaten enthält. Die Datenbank kann beispielsweise in dem Speicher 134 der Steuerung 130 gespeichert sein. Als weiteres Beispiel kann die Datenbank an einem von dem Schienenfahrzeug 106 entfernt gelegenen Ort gespeichert sein. So können beispielsweise historische Kompressordaten in einer Nachricht zusammengefasst und mit dem Kommunikationssystem 144 übertragen werden. Auf diese Weise kann ein Steuerzentrum den Funktionszustand des Kompressors in Echtzeit überwachen. Das Steuerzentrum kann beispielsweise Schritte zum Diagnostizieren des Zustands des Kompressors unter Verwendung der von dem Kommunikationssystem 144 übermittelten Kompressordaten ausführen. Das Steuerzentrum kann beispielsweise Kompressordaten empfangen, zu denen die Zylinderdruckdaten von dem Schienenfahrzeug 106, der Behälterdruck, der Zwischenstufendruck, der Kurbelgehäusedruck, die Verschiebung eines oder mehrerer Kolben und/oder die Bewegung der Kurbelwelle gehören, und einen potentiellen Leistungsverlust des Kompressors diagnostizieren. Ferner kann das Steuerzentrum eine Wartung einplanen und gut funktionierende Lokomotiven und Wartungsteams schicken, so dass der Investitionseinsatz optimiert wird. Historische Kompressordaten können ferner vor und nach einer Kompressorinstandsetzung, Kompressormodifikationen und Kompressorkomponentenaustausch zum Einschätzen des Funktionszustands des Kompressors benutzt werden.
Wenn ein Leck- oder ein anderer Fehlerzustand besteht, kann eine weiterführende Diagnostik und Reaktion darauf erfolgen. So kann beispielsweise ein potentieller Ventilfehlerzustand gemeldet werden, damit das entsprechende Personal informiert wird. In einer Ausführungsform wird das Melden durch eine Signalausgabe ausgelöst, die angibt, dass ein Fehlerzustand besteht. Die Meldung wird beispielsweise über ein Display 140 präsentiert oder mit dem Kommunikationssystem 144 als Nachricht übertragen. Die so informierte Bedienperson kann den Betrieb des Schienenfahrzeugs 106 so einstellen, dass das Potential für einen weiteren Leistungsverlust des Kompressors reduziert ist.
In einer Ausführungsform wird mit dem Kommunikationssystem 144 eine Nachricht zum Steuerzentrum übermittelt, die einen potentiellen Fehler anzeigt. Ferner kann der Schweregrad des potentiellen Fehlers gemeldet werden. Das Diagnostizieren eines Fehlers auf der Grundlage der oben beschriebenen Verfahren kann beispielsweise dazu führen, dass ein Fehler früher erfasst wird, als dies bei der Diagnose mit bisher verfügbaren Mitteln möglich ist. Bei manchen Anwendungen darf der Kompressor weiterarbeiten, wenn ein potentieller Fehler in dem frühen Stadium eines Leistungsverlusts diagnostiziert wird. Bei anderen Anwendungen wird der Kompressor angehalten, oder es kann umgehend eine Wartung eingeplant werden, wie beispielsweise wenn der potentielle Fehler als schwerwiegend diagnostiziert wird. Auf diese Weise können durch frühzeitiges und richtiges Erfassen die Kosten von Folgeschäden am Kompressor vermieden werden.
Der Schweregrad des potentiellen Fehlers kann auf der Grundlage einer Analyse eines oder mehrerer Parameter aus einem oder mehreren Diagnoseverfahren ermittelt werden. Es kann beispielsweise sinnvoller sein, den Kompressor auszuschalten, als wenn ein abgenutzter Zylinder auf eine Weise ausfällt, die zu einer weiteren Beschädigung des Kompressors führt. In einer Ausführungsform können ein Grenzwert oder ein oder mehrere überwachte Parameter ermittelt werden, die anzeigen, dass ein weiterer Betrieb des Kompressors ungünstig ist, da der potentielle Fehler schwerwiegend ist. Der potentielle Fehler kann beispielsweise als schwerwiegend eingeschätzt werden, wenn der Verlust bei einem Auslassventil einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Bei manchen Ausführungsformen wird beispielsweise durch eine über das Kommunikationssystem 144 gesendete Nachricht eine Aufforderung zum Einplanen einer Instandsetzung gesendet. Ferner lässt sich durch Senden des potentiellen Fehlerzustands und des Schweregrads des potentiellen Fehlers die Ausfallzeit des Schienenfahrzeugs 106 reduzieren. So kann zum Beispiel eine Instandsetzung am Schienenfahrzeug 106 verschoben werden, wenn der potentielle Fehler nicht schwerwiegend ist. Die Ausfallzeit lässt sich ferner durch das Herabsetzen der Leistung des Kompressors, wie beispielsweise durch Einstellen eines Kompressorbetriebsparameters auf der Grundlage des diagnostizierten Zustands, weiter reduzieren.
Bei noch anderen Ausführungsformen kann es Bereitschafts- oder redundante Systeme geben. Bei einem Beispiel können Bereitschaftssysteme bewertet werden, um zu ermitteln, ob angemessene Ersatzressourcen bestehen, die den betroffenen Kompressor ersetzen können. In manchen Fällen wird zum Priorisieren von Bereitschaftssystemen, wie anderer Kompressoren, die so konfiguriert sind, dass sie Druckluft zu pneumatischen Einrichtungen in mehreren Schienenfahrzeugen liefern, eine vorgefertigte Liste dieser Systeme benutzt. Es können verschiedene Bereitschaftssysteme eingesetzt werden, wie unter anderem das Anhalten des defekten Kompressors und das Beziehen von Ladeluft aus einer anderen Quelle. Bei einem Beispiel handelt es sich bei der anderen Quelle um einen Kompressor, der sich in einer benachbarten Lokomotive befindet. Bei einem anderen Beispiel kann es sich bei der anderen Quelle um einen redundanten Kompressor in der gleichen Lokomotive handeln, der für diesen Zweck benutzt wird. Das Bereitschaftsschema kann so ausgelegt sein, dass negative systemweite Auswirkungen auf den Betrieb der Lokomotive minimal bleiben. Dies ist insbesondere bei für den Betrieb notwendigen Systemen der Fall.
Die oben genannten Systeme, Komponenten (z. B. Steuerung, Erfassungskomponenten usw.) und dergleichen sind im Hinblick auf die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Komponenten und/oder Elementen beschrieben worden. Es sei angemerkt, dass die hier aufgeführten Elemente oder Teilelemente, manche davon und/oder zusätzliche Elemente zu solchen Einrichtungen und Elementen gehören können. Darüber hinaus können ein oder mehrere Elemente und/oder Teilelemente zu einer Einzelkomponente kombiniert werden, die eine Gesamtfunktionalität bereitstellt. Die Elemente können auch mit einem oder mehreren anderen Elementen Wechselwirken, die hier nicht speziell beschrieben sind.
Angesichts der oben beschriebenen beispielhaften Einrichtungen und Elemente werden Verfahrensweisen, die gemäß dem offenbarten Gegenstand implementiert werden können, unter Bezugnahme auf die Ablaufschemas in den 16 bis 19 verständlicher. Die Verfahrensweisen sind als eine Reihe von Blöcken gezeigt und beschrieben, wobei der beanspruchte Gegenstand nicht durch die Reihenfolge der Blöcke eingeschränkt wird, da manche davon in anderer Reihenfolge als hier abgebildet und beschrieben und/oder gleichzeitig mit anderen Blöcken vorkommen können. Darüber hinaus sind zum Implementieren der nachfolgend beschriebenen Verfahren eventuell nicht alle dargestellten Blöcke erforderlich. Die Verfahrensweisen können durch eine Komponente oder einen Abschnitt einer Komponente implementiert werden, der zumindest einen Prozessor, einen Speicher und einen in dem Speicher gespeicherten und von dem Prozessor auszuführenden Befehl aufweist.
16 stellt ein Ablaufschema für ein Verfahren 1600 zum Überwachen eines Drucks einer Zwischenstufe eines Kompressors zum Identifizieren eines Zustands des Kompressors dar. Bei Bezugszeichen 1602 kann ein Kompressor zum Verdichten von Luft aus einem Kompressor der ersten Stufe in einem Zwischenstufenbehälter, zum Abgeben von Luft aus dem Zwischenstufenbehälter an einen Kompressor der zweiten Stufe und zum weiteren Verdichten der Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe in einem Primärbehälter betrieben werden. Bei Bezugszeichen 1604 kann ein Zwischenstufendruck des Zwischenstufenbehälters überwacht werden. So kann beispielsweise der Zwischenstufendruck des Kompressors von dem (in 2 dargestellten) Drucksensor 266 überwacht werden. Bei Bezugszeichen 1606 kann durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist, ein Zustand des Kompressors identifiziert werden.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Kompressor das Betreiben eines Kompressors zum Verdichten von Luft aus einem Kompressor der ersten Stufe in einen Zwischenstufenbehälter, zum Abgeben von Luft aus dem Zwischenstufenbehälter an einen Kompressor der zweiten Stufe und zum weiteren Verdichten der Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe in einen Primärbehälter, zum Überwachen eines Zwischenstufendrucks in dem Zwischenstufenbehälter und zum Identifizieren eines Zustandes des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Füllen des Primärbehälters mit Druckluft bis zu einem bestimmten Druckwert, wobei der Behälter so konfiguriert ist, dass er Druckluft speichert, die an mindestens eine pneumatische Einrichtung abgegeben werden soll. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Zuordnen des überwachten Zwischenstufendrucks zu einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Identifizieren eines Zustands eines von mehreren Zylindern des Kompressors auf der Grundlage der Zuordnung des Zwischenstufendrucks zu der Angabe der Position des Kolbens in dem Zylinder des Kompressors.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Berechnen eines Durchschnittswerts des Zwischenstufendrucks über einen Zeitraum und das Vergleichen des durchschnittlichen Zwischenstufendrucks in dem Zeitraum mit einem durchschnittlichen Zwischenstufennenndruck. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln des durchschnittlichen Zwischenstufennenndrucks aus der Umgebungslufttemperatur und/oder dem Umgebungsluftdruck. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Identifizieren des durchschnittlichen Zwischenstufennenndrucks aus der Kompressordrehzahl, dem Primärbehälterdruck und/oder der Öltemperatur.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Identifizieren eines defekten Auslassventils eines Niederdruckzylinders. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Identifizieren eines Blow-by-Zustands eines Kolbens bei mindestens einem Zylinder des Kompressors. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Identifizieren eines Einlassventilausfalls bei einem Hochdruckzylinder.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Erzeugen eines Signals als Reaktion auf das Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Reduzieren eines Arbeitszyklus des Kompressors als Reaktion auf das Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Informieren von Personal über ein akustisches Alarmsignal, ein visuelles Alarmsignal, eine Textnachricht, eine E-Mail, eine Sofortnachricht und/oder einen Telefonanruf als Reaktion auf das Ermitteln eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist.
In einer Ausführungsform wird eine Steuerung bereitgestellt, mit der sich ein Zustand eines Kompressors identifizieren lässt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Zwischenstufendruck in dem Zwischenstufenbehälter des Kompressors entspricht, und einen Zustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums identifiziert, in dem der Kompressor in Betrieb ist. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Kompressor um einen zweistufigen Kompressor, und der Zwischenstufenbehälter ist zwischen mindestens einem Niederdruckzylinder und mindestens einem Hochdruckzylinder angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie den überwachten Zwischenstufendruck einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors zuordnet. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie einen Zustand eines von mehreren Zylindern des Kompressors auf der Grundlage der Zuordnung des Zwischenstufendrucks zu einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors identifiziert.
In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie einen Durchschnittswert des Zwischenstufendrucks über einen Zeitraum berechnet und den durchschnittlichen Zwischenstufendruck für den Zeitraum mit einem durchschnittlichen Zwischenstufennenndruck vergleicht. In einer Ausführungsform ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren Zwischenstufendrucksensoren kommuniziert und das Signal, das dem überwachten Zwischenstufendruck entspricht, von dem einen oder den mehreren Zwischenstufendrucksensoren empfängt.
In Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das aufweist: eine Maschine, einen mit der Maschine wirkverbundenen Kompressor, wobei der Kompressor umfasst: einen Kompressor der ersten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft in einen Zwischenstufenbehälter auf einen ersten Druck verdichtet, und einen Kompressor der zweiten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft mit dem ersten Druck aus dem Zwischenstufenbehälter aufnimmt und diese in einen Primärbehälter des Kompressors auf einen zweiten Druck verdichtet, wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck, und eine Steuerung, mit der sich ein Zustand eines Kompressors identifizieren lässt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Zwischenstufendruck in dem Zwischenstufenbehälter des Kompressors entspricht, und einen Zustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums identifiziert, in dem der Kompressor in Betrieb ist.
In Ausführungsformen wird ein Kompressorsystem bereitgestellt, das umfasst: Mittel zum Betreiben eines Kompressors zum Verdichten von Luft aus einem Kompressor der ersten Stufe in einen Zwischenstufenbehälter, zum Abgeben von Luft aus dem Zwischenstufenbehälter an einen Kompressor der zweiten Stufe und zum weiteren Verdichten der Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe in einen Primärbehälter (zum Beispiel kann die Steuerung 130 Luft in dem Kompressorsystem steuern und verdichten), Mittel zum Überwachen eines Zwischenstufendrucks in dem Zwischenstufenbehälter (zum Beispiel können der Zwischenstufensensor 266, die Erfassungskomponente 128 usw. den Zwischenstufendruck überwachen) und Mittel zum Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist (zum Beispiel kann die Steuerung 130 und/oder die Erfassungskomponente 128 den Zustand des Kompressors identifizieren).
In einer Ausführungsform wird ein Kompressor bereitgestellt, der aufweist: mindestens einen Zwischenstufenbehälter, der zwischen einem Kompressor der ersten Stufe und einem Kompressor der zweiten Stufe angeordnet ist, wobei der Kompressor der ersten Stufe so konfiguriert ist, dass er Luft in den Zwischenstufenbehälter verdichtet, und der Kompressor der zweiten Stufe so konfiguriert ist, dass er Luft aus dem Zwischenstufenbehälter aufnimmt und diese in einen Primärbehälter weiter verdichtet, einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er Druck in dem Zwischenstufenbehälter misst, und Mittel zum Identifizieren eines Zustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor in Betrieb ist. Bei einer Ausführung umfasst das Verfahren den Kompressor, bei dem es sich um einen zweistufigen Kolbenkompressor handeln kann, und wobei der Kompressor der ersten Stufe mindestens einen Niederdruckzylinder und der Kompressor der zweiten Stufe mindestens einen Hochdruckzylinder umfasst. In einer Ausführungsform weist der Kompressor ferner auf: ein Kurbelgehäuse, einen Sensor, der für das Messen des Drucks in dem Kurbelgehäuse eines Kompressors konfiguriert ist, und Mittel zum Identifizieren eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage einer Zuordnung des überwachten Kurbelgehäusedrucks zu einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors.
17 zeigt ein Ablaufschema für ein Verfahren 1700 zum Identifizieren eines Leckzustandes eines Kompressors auf der Grundlage des Betriebsspiels eines Kolbens. Bei Bezugszeichen 1702 kann ein Druck der Druckluft in einem Behälter überwacht werden. Bei Bezugszeichen 1704 kann ein Kolben in einem Zylinder des Kompressors betätigt werden. Bei Bezugszeichen 1706 kann ein Leckzustand eines Auslassventils des Zylinders durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst werden, in dem der Kolben betätigt wird.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren für einen Kompressor bereitgestellt, das umfasst: Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter, Betätigen eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors und Erfassen eines Leckzustandes eines Auslassventils des Zylinders durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird. In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Erfassen eines Leckzustands des Auslassventils des Zylinders durch Zuordnen des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter zu einer Angabe einer Position des Kolbens in dem Zylinder umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Füllen des Behälters mit Druckluft bis zu einem bestimmten Druckwert, wobei der Behälter so konfiguriert ist, dass er Druckluft speichert, die an mindestens eine pneumatische Einrichtung abgegeben werden soll.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Betätigen des Kolbens in dem Zylinder ein zyklisches Betreiben des Kolbens in dem Zylinder mit einer ersten Rate während eines ersten Abschnitts des Zeitraums und zyklisches Betreiben des Kolbens in dem Zylinder mit einer zweiten Rate während eines zweiten Abschnitts des Zeitraums umfassen. In einer Ausführungsform umfasst des Erfassen eines Leckzustands des Auslassventils des Zylinders das Erkennen eines Kennlinienausschlags pro Umdrehung bei einer Frequenzanalyse des überwachten Drucks, wobei der eine Kennlinienausschlag pro Umdrehung einer Rate entspricht, mit der der Kolben in dem Zylinder betätigt wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Betätigen des Kolbens in dem Zylinder ein zyklisches Betreiben des Kolbens in dem Zylinder in einem ungeladenen Zustand. In einer Ausführungsform kann das Betätigen des Kolbens in dem Zylinder ein zyklisches Betreiben des Kolbens in dem Zylinder in einem geladenen Zustand umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das Erfassen eines Leckzustands des Auslassventils des Zylinders ferner das Erkennen einer Reduzierung des überwachten Drucks, die einem Ansaughub des Kolbens in dem Zylinder entspricht. In einer Ausführungsform umfasst das Erfassen eines Leckzustands des Auslassventils des Zylinders ferner das Erkennen einer Erhöhung des überwachten Drucks, die einem Verdichtungshub des Kolbens in dem Zylinder entspricht.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Erzeugen eines Signals als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Reduzieren eines Arbeitszyklus des Kompressors als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Informieren von Personal über ein akustisches Alarmsignal, ein visuelles Alarmsignal, eine Textnachricht, eine E-Mail, eine Sofortnachricht und/oder einen Telefonanruf als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird.
In einer Ausführungsform ist eine Steuerung offenbart, mit der sich ein Zustand eines Kompressors ermitteln lässt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors entspricht, und einen Leckzustand eines Auslassventils eines Zylinders des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Kolben in dem Zylinder betätigt wird. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie zumindest während eines Abschnitts des Zeitraums den Kolben in dem Zylinder des Kompressors betätigt. Die Steuerung 130 kann einen Kolben in dem Kompressor so betätigen, dass die Betätigung außerhalb des normalen Arbeitszyklus des Kompressors zum Verdichten von Luft liegt. Während dieser Betätigung außerhalb des normalen Arbeitszyklus kann das System einen Leckzustand auf der Grundlage des Vergleichs des überwachten Drucks erfassen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung 130 den Kolben in dem Kompressor so betätigen, dass die Betätigung innerhalb des normalen Arbeitszyklus des Kompressors zum Verdichten von Luft liegt. Während dieser Betätigung innerhalb des normalen Arbeitszyklus kann das System einen Leckzustand auf der Grundlage eines Vergleichs des überwachten Drucks erfassen. Somit kann die Steuerung 130 den Kolben außerhalb des normalen Arbeitszyklus des Kompressors, innerhalb des normalen Arbeitszyklus des Kompressors, abwechselnd innerhalb oder außerhalb des normalen Arbeitszyklus oder in einer Kombination davon betätigen. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie das Signal, das dem überwachten Druck der Druckluft in dem Behälter entspricht, einer Angabe einer Position des Kolbens in dem Zylinder des Kompressors zuordnet. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie den Kolben in dem Zylinder des Kompressors in einem ungeladenen Zustand betätigt. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie den Kolben in dem Zylinder des Kompressors in einem geladenen Zustand betätigt.
In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie eine Reduzierung des überwachten Drucks erkennt, die einem Ansaughub des Kolbens in dem Zylinder entspricht. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie eine Erhöhung des überwachten Drucks erkennt, die einem Verdichtungshub des Kolbens in dem Zylinder entspricht. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie einen Kennlinienausschlag pro Umdrehung bei einer Frequenzanalyse des überwachten Drucks erkennt, wobei der eine Kennlinienausschlag pro Umdrehung einer Rate entspricht, mit der der Kolben in dem Zylinder betätigt wird. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren Behälterdrucksensoren kommuniziert und von dem einen oder den mehreren Behälterdrucksensoren das Signal empfängt, das dem überwachten Druck entspricht.
In Ausführungsformen ist ein System offenbart, das aufweist: eine Maschine, einen mit der Maschine wirkverbundenen Kompressor, wobei der Kompressor aufweist: einen Behälter, der für das Speichern von Druckluft konfiguriert ist, eine Steuerung, mit der sich ein Zustand des Kompressors ermitteln lässt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in dem Behälter entspricht, und einen Leckzustand eines Auslassventils eines Zylinders des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Kolben in dem Zylinder betätigt wird.
In Ausführungsformen ist ein Kompressorsystem offenbart, das aufweist: Mittel für Mittel zum Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter (zum Beispiel kann ein Drucksensor 185 einen Druck von Druckluft in einem Behälter überwachen), Mittel zum Betätigen eines Kolbens in einem Zylinder (zum Beispiel kann eine Steuerung 130 einen Kolben in einem Zylinder betätigen) und Mittel zum Erfassen eines Leckzustands eines Auslassventils des Zylinders durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem der Kolben betätigt wird (zum Beispiel kann eine Erfassungskomponente 128 einen Leckzustand eines Auslassventils des Zylinders erfassen).
In einer Ausführungsform kann ein Kompressor bereitgestellt werden, der einen Behälter, der so konfiguriert ist, dass er Druckluft zur Verwendung bei mindestens einer pneumatischen Einrichtung aufnimmt und speichert, und einen Sensor aufweist, der so konfiguriert ist, dass er einen Druck von Druckluft in dem Behälter überwacht. Der Kompressor kann zusätzlich dazu eine Kompressorstufe aufweisen, die eine Auslassöffnung und ein Auslassventil besitzt, das so konfiguriert ist, dass es die Auslassöffnung verschließt, wobei die Kompressorstufe so konfiguriert ist, dass sie Luft verdichtet und die Druckluft durch die Auslassöffnung in den Behälter abgibt. Bei der Ausführungsform kann der Kompressor ferner Mittel zum Erfassen eines Leckzustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums aufweisen, in dem die Kompressorstufe in einem ungeladenen Zustand betrieben wird.
Bei der Ausführungsform kann die Kompressorstufe einen Zylinder und einen Kolben aufweisen, wobei der Kolben in dem Zylinder betätigt wird, um Luft zu verdichten, die durch die Auslassöffnung in den Behälter abgegeben werden soll. Bei der Ausführungsform kann der Kompressor Mittel zum Entladen der Kompressorstufe durch Entlüften der Kompressorstufe auf Atmosphärendruck aufweisen.
18 zeigt ein Ablaufschema für ein Verfahren 1800 zum Identifizieren eines Zustandes eines Kompressors auf der Grundlage eines gemessenen Kurbelgehäusedrucks. Bei Bezugszeichen 1802 kann ein Kurbelgehäusedruck eines Kompressors überwacht werden. Bei Bezugszeichen 1804 kann der überwachte Kurbelgehäusedruck analysiert werden. Bei Bezugszeichen 1806 kann auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks ein Zustand des Kompressors identifiziert werden.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren für einen Kompressor bereitgestellt, das das Überwachen eines Kurbelgehäusedrucks eines Kompressors, das Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks und das Identifizieren eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks umfasst. In Ausführungsformen kann das Verfahren das Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks durch Berechnen eines Durchschnittswerts für den Kurbelgehäusedruck über einen Zeitraum und Vergleichen des durchschnittlichen Kurbelgehäusedrucks für den Zeitraum mit einem durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndruck umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Differenz zwischen dem berechneten durchschnittlichen Kurbelgehäusedruck und dem durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndruck. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln des durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndrucks aus der Umgebungslufttemperatur und/oder dem Umgebungsluftdruck. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln des durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndrucks aus der Kompressordrehzahl, dem Behälterdruck und/oder der Öltemperatur.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks durch Identifizieren des Frequenzinhalts des überwachten Kurbelgehäusedrucks auf einer oder mehreren bekannten Frequenzen. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln der einen oder mehreren bekannten Frequenzen auf der Grundlage einer Rate, mit der der Kompressor betrieben wird. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks durch Zuordnen des überwachten Kurbelgehäusedrucks zu einer Angabe der Position eines oder mehrerer Kolben des Kompressors während eines Zeitraums, in dem der eine oder die mehreren Kolben in Betrieb sind. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Zustands des Kompressors durch Identifizieren eines Zustands eines von mehreren Zylindern des Kompressors auf der Grundlage einer Zuordnung des überwachten Kurbelgehäusedrucks zu einer Angabe der Position des Kolbens in dem Zylinder des Kompressors.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Zustands des Kompressors durch Identifizieren eines Kolben-Blow-by-Zustands bei mindestens einem Zylinder des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Zustands des Kompressors durch Identifizieren eines Kurbelgehäuseentlüftungsventilausfalls auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Überwachen des Kurbelgehäusedrucks eines Kompressors, während ein Kolben in einem Zylinder des Kompressors in einem ungeladenen Zustand zyklisch betrieben wird. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Überwachen des Kurbelgehäusedrucks des Kompressors, während ein Kolben in einem Zylinder des Kompressors in einem geladenen Zustand zyklisch betrieben wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Überwachen des Kurbelgehäusedrucks des Kompressors während eines ersten Zeitraums, in dem ein Kolben in einem Zylinder des Kompressors in einem ungeladenen Zustand zyklisch betrieben wird, das Überwachen des Kurbelgehäusedrucks des Kompressors während eines zweiten Zeitraums, in dem ein Kolben in dem Zylinder des Kompressors in einem geladenen Zustand zyklisch betrieben wird, und das Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage einer Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks aus dem ersten und dem zweiten Zeitraum.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Erzeugen eines Signals als Reaktion auf das Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Reduzieren eines Arbeitszyklus des Kompressors als Reaktion auf das Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Informieren von Personal über ein akustisches Alarmsignal, ein visuelles Alarmsignal, eine Textnachricht, eine E-Mail, eine Sofortnachricht und/oder einen Telefonanruf als Reaktion auf das Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks.
In einer Ausführungsform wird eine Steuerung bereitgestellt, mit der sich ein Zustand eines Kompressors ermitteln lässt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck in einem Kurbelgehäuse des Kompressors entspricht, den überwachten Kurbelgehäusedruck analysiert und auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks einen Zustand des Kompressors identifiziert. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Zustand des Kompressors um einen Kolben-Blow-by-Zustand bei mindestens einem Zylinder des Kompressors. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Zustand des Kompressors um einen Kurbelgehäuseentlüftungsventilausfal1. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie einen Durchschnittswert des Kurbelgehäusedrucks für einen Zeitraum berechnet und den durchschnittlichen Kurbelgehäusedruck für den Zeitraum mit einem durchschnittlichen Kurbelgehäusenenndruck vergleicht. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren Kurbelgehäusedrucksensoren kommuniziert und von diesem oder diesen Sensoren das Signal empfängt, das dem überwachten Druck entspricht.
In Ausführungsformen ist ein System offenbart. Das System umfasst eine Maschine, einen mit der Maschine wirkverbundenen Kompressor, wobei der Kompressor ein Kurbelgehäuse mit einem Kurbelgehäusedrucksensor aufweist, eine Steuerung, mit der sich ein Zustand eines Kompressors ermitteln lässt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie von dem Kurbelgehäusedrucksensor ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck in dem Kurbelgehäuse des Kompressors entspricht, den überwachten Kurbelgehäusedruck analysiert und auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks einen Zustand des Kompressors ermittelt.
In Ausführungsformen ist ein Kompressorsystem offenbart, das aufweist: Mittel für Mittel zum Überwachen eines Kurbelgehäusedrucks bei einem Kompressor (zum Beispiel kann ein Kurbelgehäusedruck bei einem Kompressor durch den Drucksensor 170, den Sensor 172, die Erfassungskomponente 128 usw. überwacht werden), Mittel zum Analysieren des überwachten Kurbelgehäusedrucks (zum Beispiel kann die Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks von der Steuerung 130, der Erfassungskomponente 128 usw. bereitgestellt werden) und Mittel zum Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage der Analyse des überwachten Kurbelgehäusedrucks (zum Beispiel kann der Zustand des Kompressors von der Steuerung 130 ermittelt werden).
In einer Ausführungsform kann ein Kompressor bereitgestellt werden, der aufweist: einen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er den Druck in einem Kurbelgehäuse eines Kompressors misst, und Mittel zum Ermitteln der Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors, wobei der Kolben mit einer Kurbelwelle in dem Kurbelgehäuse des Kompressors wirkverbunden ist. Bei der Ausführungsform kann der Kompressor ferner Mittel zum Ermitteln eines Zustands des Kompressors auf der Grundlage einer Zuordnung des überwachten Kurbelgehäusedrucks zu einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors aufweisen. Darüber hinaus können die Mittel zum Ermitteln der Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressors einen Kurbelwellenpositionssensor aufweisen.
19 zeigt ein Ablaufschema für ein Verfahren 1900 zum Identifizieren eines Leckzustandes bei einem Kompressor auf der Grundlage einer zyklischen Betätigung eines Entlastungsventils. Bei Bezugszeichen 1902 kann ein Druck der Druckluft in einem Behälter eines Kompressors überwacht werden. Der Drucksensor 185 kann beispielsweise den Druck der Druckluft in dem Behälter eines Kompressors überwachen. Bei Bezugszeichen 1904 kann ein Entlastungsventil des Kompressors betätigt werden. Das Entlastungsventil kann beispielsweise zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position betätigt werden, wobei jede Betätigung (z. B. geöffnete Position, geschlossene Position, Übergang zwischen geöffneter und/oder geschlossener Position usw.) eine bestimmte Zeit dauern kann. Zum Beispiel kann die Steuerung 130 ein Entlastungsventil betätigen. Bei Bezugszeichen 1906 kann ein Leckzustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst werden, in dem das Entlastungsventil betätigt wird. Die Erfassungskomponente 128 kann beispielsweise in einem Zeitraum ein Muster des überwachten Drucks der Druckluft erfassen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Füllen des Behälters mit Druckluft bis auf einen bestimmten Druckwert. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Erfassen eines Leckzustands des Kompressors das Zuordnen von Änderungen des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter zu einer Angabe einer Position des Entlastungsventils.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Erfassen eines Leckzustands des Kompressors das Erfassen eines Leckzustands eines Ventils des Kompressors, das zwischen dem Behälter und einem Zylinder des Kompressors angeordnet ist. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Erfassen eines Leckzustands des Kompressors das Erfassen eines Leckzustands des Behälters des Kompressors.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Betätigen des Entlastungsventils des Kompressors eine zyklische Betätigung des Entlastungsventils zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position während zumindest eines Abschnitts des Zeitraums. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Entlastungsventil zumindest während des Abschnitts des Zeitraums für eine erste Zeitdauer in der geöffneten Position und für eine zweite Zeitdauer in der geschlossenen Position gehalten, wobei die erste Zeitdauer nicht gleich der zweiten Zeitdauer ist.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Betätigen des Entlastungsventils des Kompressors eine zyklische Betätigung des Entlastungsventils zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position mit einer bekannten Rate zumindest während eines Abschnitts des Zeitraums. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Betätigen des Entlastungsventils des Kompressors eine zyklische Betätigung des Entlastungsventils zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position mit einer ersten Rate während eines ersten Abschnitts des Zeitraums und mit einer zweiten Rate während zumindest eines zweiten Abschnitts des Zeitraums. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Betätigen des Entlastungsventils des Kompressors ein Entladen des Kompressors.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen eines Signals als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks während eines Zeitraums, in dem das Entlastungsventil betätigt wird, wobei das Signal einem Schweregrad eines Leckzustands entspricht. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Reduzieren eines Arbeitszyklus des Kompressors als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks während eines Zeitraums, in dem das Entlastungsventil betätigt wird. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Informieren von Personal über ein akustisches Alarmsignal, ein visuelles Alarmsignal, eine Textnachricht, eine E-Mail, eine Sofortnachricht und/oder einen Telefonanruf als Reaktion auf das Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks während eines Zeitraums, in dem das Entlastungsventil betätigt wird.
In einer Ausführungsform ist eine Steuerung offenbart, die sich in Verbindung mit einem Kompressor betreiben lässt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors entspricht, und einen Leckzustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Entlastungsventil des Kompressors betätigt wird. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie das Entlastungsventil des Kompressors betätigt. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie Änderungen in dem Signal, das dem überwachten Druck der Druckluft in dem Behälter entspricht, einer Position des Entlastungsventils zuordnet. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie einen Leckzustand eines Ventils des Kompressors erfasst, das zwischen dem Behälter und einem Zylinder des Kompressors angeordnet ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie das Entlastungsventil betätigt, indem sie es während zumindest eines Abschnitts des Zeitraums mit einer bekannten Frequenz zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position betreibt. In einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren Behälterdrucksensoren kommuniziert und von dem einen oder den mehreren Behälterdrucksensoren das Signal empfängt, das dem überwachten Druck entspricht.
In einer Ausführungsform weist ein System auf: eine Maschine, einen mit der Maschine wirkverbundenen Kompressor, wobei der Kompressor einen Behälter, der so konfiguriert ist, dass er Druckluft speichert, und ein Entlastungsventil aufweist, das so konfiguriert ist, dass es Druck aus einem Abschnitt des Kompressors ablässt, und eine Steuerung, mit der sich ein Zustand des Kompressors ermitteln lässt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie ein Signal empfängt, das einem überwachten Druck von Druckluft in dem Behälter des Kompressors entspricht, und einen Leckzustand des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums erfasst, in dem ein Entlastungsventil betätigt wird.
In Ausführungsformen ist ein Kompressorsystem offenbart, das aufweist: Mittel zum Überwachen eines Drucks von Druckluft in einem Behälter eines Kompressors (zum Beispiel kann der Drucksensor 185 den Druck von Druckluft in dem Behälter eines Kompressors überwachen), Mittel zum Betätigen eines Entlastungsventils des Kompressors (beispielsweise kann die Steuerung 130 ein Entlastungsventil betätigen) und Mittel zum Erfassen eines Leckzustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem das Entlastungsventil betätigt wird (zum Beispiel kann die Erfassungskomponente 128 ein Muster des überwachten Drucks der Druckluft während eines Zeitraums erfassen).
In einer Ausführungsform wird ein Kompressorsystem bereitgestellt, das einen Behälter, der so konfiguriert ist, dass er Druckluft zur Verwendung bei mindestens einer pneumatischen Einrichtung aufnimmt und speichert, und mindestens einen Sensor aufweist, der so konfiguriert ist, dass er einen Druck von Druckluft in dem Behälter überwacht. Das Kompressorsystem kann eine Kompressorstufe mit einer Auslassöffnung und einem Auslassventil aufweisen, das so konfiguriert ist, dass es die Auslassöffnung verschließt, wobei die Kompressorstufe so konfiguriert ist, dass sie Luft verdichtet und die Druckluft durch die Auslassöffnung in den Behälter abgibt. Das Kompressorsystem kann ferner aufweisen: Mittel zum Entlasten der Kompressorstufe durch Entlüften der Kompressorstufe auf Atmosphärendruck und Mittel zum Erfassen eines Leckzustands des Kompressors durch Erkennen einer Änderung des überwachten Drucks der Druckluft in dem Behälter während eines Zeitraums, in dem die Mittel zum Entlasten der Kompressorstufe betätigt werden.
Bei dem Kompressorsystem kann die Kompressorstufe einen Zylinder und einen Kolben aufweisen, wobei der Kolben in dem Zylinder betätigt wird, um Luft zu verdichten, die durch die Auslassöffnung in den Behälter abgegeben werden soll. Bei dem Kompressorsystem können die Mittel zum Entlasten des Kompressors mindestens ein Entlastungsventil aufweisen. Darüber hinaus kann bei dem Kompressorsystem das mindestens eine Entlastungsventil so konfiguriert sein, dass es während zumindest eines Abschnitts des Zeitraums zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position zyklisch betrieben wird.
Die hier benutzten Begriffe „hoher Druck” und ”niedriger Druck” sind relativ zueinander, das heißt, ein hoher Druck ist höher als ein niedriger Druck und ein niedriger Druck ist niedriger als ein hoher Druck. Bei einem Luftkompressor kann niedriger Druck einen Druck bedeuten, der zwar über dem Atmosphärendruck liegt, aber niedriger ist als ein anderer, höherer Druck in dem Kompressor. Zum Beispiel kann Luft auf Atmosphärendruck auf einen ersten, niedrigen Druck (der immer noch höher ist als Atmosphärendruck) und von dem ersten, niedrigen Druck weiter auf einen zweiten, hohen Druck verdichtet werden, der höher ist als der niedrige Druck. Ein Beispiel für einen hohen Druck in dem Zusammenhang mit Schienenfahrzeugen ist 140 psi (965 kPa).
In der Beschreibung und den Ansprüchen werden verschiedene Begriffe benutzt, die folgende Bedeutungen haben. Die Singularformen „ein”, „eine” und „der/die/das” schließen Pluralbezüge mit ein, es sei denn, der Kontext schreibt eindeutig anderes vor. Hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeter, in etwa übereinstimmender Wortgebrauch kann zum Modifizieren einer quantitativen Darstellung angewendet werden, die zulässigerweise variieren kann, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion zu führen, die sie betrifft. Dementsprechend darf ein Wert, der durch einen Begriff wie „etwa” modifiziert wird, nicht auf genau den angegebenen Wert eingeschränkt werden. In manchen Fällen kann der in etwa übereinstimmende Wortgebrauch der Präzision eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Darüber hinaus zeigt die Verwendung der Begriffe „erste/r”, „zweite/r” usw., soweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, keine Reihenfolge oder Bedeutung an, sondern sie werden zum Unterscheiden eines Elements von einem anderen benutzt.
Die hier verwendeten Begriffe „können” und „sein können” geben eine Möglichkeit für das Vorkommen unter einer Reihe von Umständen, das Vorhandensein einer genannten Eigenschaft, Ausprägung oder Funktion an und/oder relativieren ein anderes Verb, indem sie eine Eignung, Fähigkeit oder Möglichkeit ausdrücken, die mit dem relativierten Verb verbunden ist. Dementsprechend zeigt die Verwendung von „können” und „sein können” an, dass ein modifizierter Begriff für eine genannte Fähigkeit, Funktion oder Verwendung offensichtlich angemessen, geeignet oder passend ist, während berücksichtigt wird, dass der modifizierte Begriff unter manchen Umständen eventuell nicht angemessen, geeignet oder passend sein kann. So kann beispielsweise unter manchen Umständen ein Ereignis oder eine Fähigkeit erwartet werden, während es oder sie unter anderen Umständen nicht auftreten kann – diese Unterscheidung widerspiegelt sich in den Begriffen „können” und „sein können”.
Diese schriftliche Beschreibung benutzt Beispiele für die Offenbarung der Erfindung, einschließlich des besten Modus, sowie dazu, Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuüben, wozu das Herstellen und Benutzen von Einrichtungen oder Systemen und das Durchführen von eingebundenen Verfahren gehört. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für Fachleute ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, sofern sie Strukturelemente besitzen, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder sofern sie äquivalente Strukturelemente aufweisen, die sich nur unwesentlich von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden.

Claims

Verfahren für ein Kompressorsystem, das aufweist: Betreiben des Kompressorsystems, um Luft aus einem Kompressor einer ersten Stufe für einen Zwischenstufenbehälter zu verdichten, Luft aus dem Zwischenstufenbehälter an einen Kompressor einer zweiten Stufe abzugeben und die Luft in dem Kompressor der zweiten Stufe für einen Primärbehälter weiter zu verdichten; Überwachen eines Zwischenstufendrucks des Zwischenstufenbehälters; und Identifizieren eines Zustands des Kompressorsystems durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem der Kompressor betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Füllen des Primärbehälters mit Druckluft bis auf einen bestimmten Druckwert umfasst, wobei der Primärbehälter so konfiguriert ist, dass er Druckluft speichert, die an mindestens eine pneumatische Einrichtung abgegeben werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Identifizieren des Zustands des Kompressorsystems ferner ein Zuordnen des überwachten Zwischenstufendrucks zu einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressorsystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner ein Identifizieren eines Zustands des Zylinders auf der Grundlage der Zuordnung zwischen dem Zwischenstufendruck und der Angabe der Position des Kolbens in dem Zylinder des Kompressorsystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks erkannt wird durch: Berechnen eines Durchschnittswertes des Zwischenstufendrucks für den Zeitraum; und Vergleichen des durchschnittlichen Zwischenstufendrucks für den Zeitraum mit einem durchschnittlichen Zwischenstufennenndruck.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner ein Identifizieren des durchschnittlichen Zwischenstufennenndrucks aus der Umgebungslufttemperatur und/oder dem Umgebungsluftdruck umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner ein Identifizieren des durchschnittlichen Zwischenstufennenndrucks aus der Kompressordrehzahl, dem Primärbehälterdruck und/oder der Öltemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Identifizieren des Zustands des Kompressorsystems ein Identifizieren eines defekten Auslassventils eines Niederdruckzylinders umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Identifizieren des Zustands des Kompressorsystems ein Identifizieren eines Blow-by-Zustands eines Kolbens bei mindestens einem Zylinder des Kompressors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Identifizieren des Zustands des Kompressorsystems ein Identifizieren eines Einlassventilausfalls bei einem Hochdruckzylinder umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Erzeugen eines Signals als Reaktion auf das Identifizieren des Zustands des Kompressorsystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner ein Informieren von Personal über das Signal umfasst, wobei das Signal ein akustisches Alarmsignal, ein visuelles Alarmsignal, eine Textnachricht, eine E-Mail, eine Sofortnachricht und/oder einen Telefonanruf umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Reduzieren eines Arbeitszyklus des Kompressorsystems als Reaktion auf das Identifizieren des Zustands des Kompressorsystems umfasst.
System, das aufweist: ein Kompressorsystem, das aufweist: einen Kompressor einer ersten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft für einen Zwischenstufenbehälter auf einen ersten Druck verdichtet, und einen Kompressor der zweiten Stufe, der so konfiguriert ist, dass er Luft mit dem ersten Druck aus dem Zwischenstufenkompressor aufnimmt und die Luft für einen Primärbehälter des Kompressorsystems auf einen zweiten Druck weiter verdichtet, wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um: ein Signal zu empfangen, das einem überwachten Zwischenstufendruck des Zwischenstufenbehälters des Kompressorsystems entspricht; und einen Zustand des Kompressorsystems durch Erkennen einer Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks während eines Zeitraums, in dem das Kompressorsystem betrieben wird, zu identifizieren.
System nach Anspruch 14, wobei das Kompressorsystem ein zweistufiges Kompressorsystem ist und wobei der Zwischenstufenbehälter zwischen mindestens einem Niederdruckzylinder und mindestens einem Hochdruckzylinder angeordnet ist.
System nach Anspruch 14, bei dem die Steuerung ferner konfiguriert ist, um die Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks auf der Grundlage des überwachten Zwischenstufendrucks, wie er einer Angabe einer Position eines Kolbens in einem Zylinder des Kompressorsystems zugeordnet ist, zu erkennen.
System nach Anspruch 14, bei dem die Steuerung ferner konfiguriert ist, um: einen Zustand eines Zylinders des Kompressorsystems auf der Grundlage einer Zuordnung des Zwischenstufendrucks zu einer Angabe einer Position eines Kolbens in dem Zylinder des Kompressorsystems zu identifizieren.
System nach Anspruch 14, bei dem die Steuerung ferner konfiguriert ist, um die Änderung des überwachten Zwischenstufendrucks zu erkennen, indem sie: einen Durchschnittswert des Zwischenstufendrucks für den Zeitraum berechnet; und den durchschnittlichen Zwischenstufendruck für den Zeitraum mit einem durchschnittlichen Zwischenstufennenndruck vergleicht.
System nach Anspruch 14, bei dem die Steuerung ferner konfiguriert ist, um mit einem oder mehreren Zwischenstufendrucksensoren zu kommunizieren und das Signal, das dem überwachten Zwischenstufendruck entspricht, von dem einen oder den mehreren Zwischenstufendrucksensoren zu empfangen.
System nach Anspruch 14, bei dem der Zustand des Kompressorsystems ein Blow-by-Zustand mindestens eines Zylinders des Kompressorsystems ist.
System nach Anspruch 14, bei dem der Zustand des Kompressorsystems ein Zylinderventilausfall ist.
System nach Anspruch 14, bei dem der Zwischenstufenbehälter einen Zwischenkühler umfasst.