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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Lufttrockner für Eisenbahn-Luftsysteme, und insbesondere einen Lufttrockner mit einem Heizsteuersystem, um das Einfrieren von Ventilen zu verhindern.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Ein typischer Lufttrockner mit zwei Trockenmitteltürmen („Doppelturmlufttrockner“) umfasst zwei Trockenkreisläufe, die durch Ventile gesteuert werden. Feuchte Einlassluft strömt durch einen Kreislauf, um Wasserdampf zu entfernen, während trockene Produktluft im Gegenstrom den anderen Kreislauf durchläuft, um das angesammelte Wasser zu entfernen und das Trockenmittel zu regenerieren. Einlass- und Auslassventile für jeden Pneumatikkreis reagieren auf die Steuerelektronik, um den Luftstrom zwischen den beiden Kreisläufen so umzuschalten, dass ein Kreislauf stets trocknet, während der andere sich regeneriert. Der Lufttrockner kann eine Vorfiltrationsstufe mit einem Wasserabscheider und/oder Koaleszer umfassen, der in der Strömungsrichtung vor den Trocknungskreisen angeordnet ist. Die Vorfiltrationsstufe entfernt Flüssigphasen- und Aerosolwasser und -öl, die sich aufgrund der Verdichtung der Umgebungsluft durch die Luftkompressoren der Lokomotive im Luftversorgungssystem ansammeln können. Eine Vorfiltrationsstufe umfasst ein Entwässerungsventil, das periodisch benutzt wird, um angesammelte Flüssigkeit zu spülen. Ein typischer Betätigungszyklus eines Entwässerungsventils der Vorfiltrationsstufe kann zum Beispiel alle zwei Minuten eine zwei Sekunden lange Spülung (Öffnung) veranlassen.
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Die Lufttrocknerventile einschließlich des Entwässerungsventils der Vorfiltrationsstufe sind ständig feuchter Luft ausgesetzt und neigen bei niedrigen Temperaturen dazu, einzufrieren. Um diesem Problem entgegenzuwirken, kann ein Heizelement vorgesehen sein, das die Ventile genügend erwärmt, um ein Einfrieren zu verhindern. Leider braucht es Zeit, um die Ventile ausreichend zu erwärmen, wenn das Luftversorgungssystem bei kalten Temperaturen eingeschaltet wird. Wenn Ventile geöffnet werden, bevor sie ausreichend erwärmt sind, können die Ventile in der geöffneten Stellung einfrieren. Wenn ein Ventil in der geöffneten Stellung bleibt, obwohl es geschlossen sein müsste, besteht die Gefahr eines unkontrollierbaren Auslassens der Druckluft aus dem Luftversorgungssystem für Lokomotiven. Aufgrund des hohen Luftvolumens, das durch das gefrorene Ventil strömt, hat das Heizgerät möglicherweise nicht genügend Leistung, um das gefrorene Ventil abzutauen, wenn es im offenen Zustand eingefroren ist. Daher besteht ein Bedarf an einem Heizsteuersystem, das sicherstellt, dass die Ventile vor der Betätigung ausreichend erwärmt werden, damit sie nicht einfrieren.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung umfasst einen Lufttrockner mit einem Einlass, um Druckluft zu empfangen, einer Ventilreihe, die in einem Ventilblock angeordnet ist, um die Strömung der Druckluft durch ein Trockenmittel zu steuern, einem Heizgerät, das dazu konfiguriert ist, den Ventilblock zu erwärmen, einem Temperatursensor zur Ausgabe eines Signals, das die Temperatur mindestens eines Teils des Lufttrockners angibt, und einem Steuergerät zum Steuern der Ventilreihe. Um eine Gefahr des Einfrierens der Ventile während der Betätigung zu verhindern, ist das Steuergerät dazu programmiert, die Betätigung der Ventilreihe zu unterbinden, bis das vom Temperatursensor empfangene Signal angibt, dass die Ventilreihe warm genug ist, um nicht einzufrieren, wenn sie betätigt wird. Die Ventilreihe kann ein Paar Einlassventile und ein Paar Auslassventile umfassen, die mit einem Doppelturmlufttrockner verbunden sind. Die Ventilreihe kann auch ein Entwässerungsventil umfassen, das mit einer Vorfiltrationsstufe verbunden ist. Der Temperatursensor ist bevorzugt angeordnet, um die Temperatur der durch den Lufttrockner strömenden Luft zu erkennen, kann aber auch im Ventilblock installiert sein oder positioniert sein, um die Außentemperatur zu erkennen.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Verhindern eingefrorener Lufttrocknerventile, das die Verwendung eines Lufttrockners beinhaltet, der folgendes umfasst: Einen Einlass zum Empfangen von Druckluft, eine Ventilreihe, die in einem Ventilblock angeordnet ist, um die Strömung der Druckluft durch ein Trockenmittel zu steuern, ein Heizgerät, das dazu konfiguriert ist, den Ventilblock zu erwärmen, einen Temperatursensor zur Ausgabe eines Signals, das die Temperatur mindestens eines Teils des Lufttrockners angibt, ein Steuergerät zum Steuern der Ventilreihe. Das Steuergerät empfängt vom Temperatursensor das Signal, das die Temperatur im Lufttrockner angibt, und dann unterbindet das Steuergerät die Betätigung der Ventilreihe, wenn das vom Temperatursensor empfangene Signal angibt, das ein Ventil der Ventilreihe einfrieren könnte, wenn es betätigt wird.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird beim Durchlesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
- 1 eine schematische Darstellung eines Luftversorgungssystems für Lokomotiven ist, das einen Lufttrockner mit einem beheizten Ventilblock gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
- 2 eine schematische Darstellung eines Lufttrockners mit einer integrierten Vorfiltrationsstufe und einem beheizten Ventilblock gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
- 3 eine schematische Darstellung eines beheizten Ventilblocks eines Lufttrockners mit Vorfiltrationsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
- 4 ein Ablaufplan eines Heizsteuerprozesses für einen Lufttrockner mit einem beheizten Ventilblock ist.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in welchen gleiche Bezugszeichen sich durchgängig auf gleiche Teile beziehen, wird in 1 ein Luftsystem 10 für Lokomotiven dargestellt, das einen Luftkompressor 12, einen Nachkühler 14, ein erstes und ein zweites Hauptreservoir MR1 und MR2, und einen Lufttrockner 16 mit zwei Trockenmitteltürmen umfasst, der eine Heizsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, wie weiter unten ausführlicher beschrieben. Das zweite Hauptreservoir MR2 ist mit dem Bremssystem 18 gekoppelt, und ein Rückschlagventil 20 ist zwischen dem ersten und dem weiten Hauptreservoir MR1 und MR2 angeordnet. Eine Vorfiltrationsstufe 22 ist mit dem Lufttrockner 16 verbunden und weist ein Entwässerungsventil 24 auf, das einer Entwässerungsventil-Spülzykluszeit entsprechend betätigt wird.
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Bezug nehmend auf 2, umfasst der Lufttrockner 16 mit zwei Trockenmitteltürmen einen Einlass 28, um Luft aus dem ersten Hauptreservoir MR1 zu empfangen. Der Einlass 28 steht mit der Vorfiltrationsstufe 30 in Verbindung, die einen Wasserabscheider 32, einen Grobkoaleszer 34 und einen Feinkoaleszer 36 umfasst. Im Wasserabscheider 32, Grobkoaleszer 34 und Feinkoaleszer 36 angesammelte Flüssigkeiten werden durch das Entwässerungsventil 24 ausgestoßen. Ein Paar Einlassventile 42 und 44 sind in der Strömungsrichtung hinter der Vorfiltrationsstufe 30 angeordnet, um einströmende Luft zwischen einem von zwei Luftwegen umzuleiten, von denen jeder mit einem der zwei Trockenmitteltürme 46 und 48 verbunden ist. Ein Temperatursensor 50 ist vor den Einlassventilen 42 und 44 und hinter der Vorfiltrationsstufe 30 angeordnet. Optional kann der Temperatur-(sensor) oder ein zweiter Temperatursensor im Ventilblock angeordnet sein, in welchem die Ventilreihe untergebracht ist. Der erste Luftweg hinter dem ersten Einlassventil 42 führt zu einem Auslassventil 52 und zum ersten Trockenmittelturm 46. Der zweite Luftweg hinter dem zweiten Einlassventil 44 führt zu einem zweiten Auslassventil 54 und zum zweiten Trockenmittelturm 48. Der erste Luftweg umfasst zudem ein erstes Rückschlagventil 58 und eine erste Bypassöffnung 62 hinter dem ersten Trockenmittelturm 46, und der zweite Luftweg umfasst zudem ein zweites Rückschlagventil 60 und eine Bypassöffnung 64 hinter dem zweiten Trockenmittelturm 48. Ein einziger Auslass 66 ist mit dem Ende des ersten und zweiten Luftwegs gekoppelt, und ein Feuchtigkeitssensor 68 ist vor dem Auslass 66 angeordnet. Die Einlassventile 42 und 44 und die Auslassventile 52 und 54 werden durch ein Steuergerät 40 gesteuert. Das Steuergerät 40 betätigt die Einlassventile 42 und 44 und die Auslassventile 52 und 54 derart, dass Druckluft, die am Einlass 28 zugeführt wird, zur Trocknung durch einen der Trockenmitteltürme 46 oder 48 geleitet wird. Der andere der Trockenmitteltürme 46 oder 48 kann regeneriert werden, indem die Rückströmung von Trockenluft durch die Bypassöffnung 62 oder 64 und aus dem Auslassventil 52 oder 54 nach Bedarf zugelassen wird. Das Steuergerät 40 kommuniziert auch mit dem Temperatursensor 50 und dem Feuchtigkeitssensor 68. Ein Heizelement 70 kann ebenfalls mit dem Steuergerät 40 verbunden sein und im Lufttrockner 16 angeordnet sein, um das Entwässerungsventil 24, die Einlassventile 42 und 44 und die Auslassventile 52 und 54 zu erwärmen, wenn die Temperaturen unter dem Gefrierpunkt liegen.
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Wie in 3 gezeigt, sind die in 1 dargestellten Luftwege des Lufttrockners so angeordnet, dass das Entwässerungsventil 24, die Einlassventile 42 und 44 und die Auslassventile 52 und 54 gewöhnlich zusammen mit dem Heizelement 70 in einem Ventilblock 72 liegen. Wie oben erläutert, weist der Lufttrockner 16 einen Temperatursensor 50 zur Bestimmung der ungefähren Temperatur des Ventilblocks 72 und somit des Entwässerungsventils 24, der Einlassventile 42 und 44 und der Auslassventile 52 und 54 auf. Ein Temperatursensor 76 ist so angeordnet, dass er die Temperatur der durch den Lufttrockner 16 strömenden Luft erkennt, kann aber auch so angeordnet sein, dass er die Temperatur des Ventilblocks 72, die Temperatur der Einlassluft, die Temperatur der Umgebungsluft oder eine Kombination daraus erkennt.
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Bezug nehmend auf 4, ist das Lufttrockner-Steuergerät 40 dazu programmiert, einen Heizsteuerprozess 80 zu implementieren, um sicherzustellen, dass der Ventilblock 72 ausreichend auf eine Temperatur erwärmt wird, die die Wahrscheinlichkeit verhindert, dass das Entwässerungsventil 24, die Einlassventile 42 und 44 und die Auslassventile 52 und 54 einfrieren können. Zuerst liest das Steuergerät 40 z.B. unter Verwendung des im Ventilblock 72 angeordneten Temperatur(sensors) 76 die Temperatur 82. Als nächstes wird eine Prüfung 84 durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Temperatur unter dem Gefrierpunkt liegt (oder unter einer anderen vorbestimmten Temperatur, die so gewählt ist, dass sie auf eine Gefahr des Einfrierens des Entwässerungsventils 24, der Einlassventile 42 und 44 oder der Auslassventile 52 und 54 hindeutet). Wenn die Temperatur bei der Prüfung 82 unter dem Schwellenwert liegt, unterbindet das Steuergerät 40 die Ventilbetätigung 86, indem es z.B. die Betätigung des Entwässerungsventils 24, der Einlassventile 42 und 44 und/oder der Auslassventile 52 und 54 unterbindet, bis die Temperatur über den Schwellenwert angestiegen ist. Wenn der Lufttrockner 16 nach einem längeren Kaltbad bei niedriger Temperatur eingeschaltet wird, wird das Steuergerät 40 die Betätigung des Entwässerungsventils 24, der Einlassventile 42 und 44 und/oder der Auslassventile 52 und 54 daher unterbinden, bis das Heizelement 70 den Ventilblock 72 ausreichend erwärmt hat, um zu verhindern, dass das Entwässerungsventil 24, die Einlassventile 42 und 44 und/oder die Auslassventile 52 und 54 in geöffneter Stellung einfrieren und ein unerwünschtes Auslassen von Druckluft aus dem Luftversorgungssystem für Lokomotiven 10 verursachen. Im stromlosen Zustand sind die Einlassventile 42 und 44 bevorzugt normalerweise geöffnet und die Auslassventile 52 und 54 normalerweise geschlossen, sodass Druckluft durch den Lufttrockner 16 zu MR2 strömen kann, wenn alle Ventile in einem stromlosen Zustand sind. Durch Verwenden eines geschlossenen Regelkreises mit Temperaturrückführung, um die Unterbindung der Betätigung der Ventilreihe zu unterbinden, ist die Anlaufzeit bei einem kalten Lufttrockner proportional zur Starttemperatur. Alternativ dazu kann ein einfaches System vorgesehen werden, das eine feste Zeitverzögerung verwendet, die so berechnet ist, dass der Ventilblock unter Worst-Case-Bedingungen über den Gefrierpunkt erwärmt werden kann.
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Der gleiche Sensor und das gleiche Steuergerät können verwendet werden, um das Heizgerät abzuschalten, wenn die Temperatur des Ventilblocks bei oder über der Solltemperatur liegt, wodurch die Temperatur des Ventilblocks auf eine Temperatur über dem Gefrierpunkt geregelt wird, wenn die Umgebungstemperatur unter dem Gefrierpunkt liegt; und das Heizgerät ganz abzustellen, wenn die Umgebungstemperatur, wie z.B. durch die Temperatur des Ventilblocks angegeben, über dem Gefrierpunkt liegt.
