DE2456038C2

DE2456038C2 -

Info

Publication number: DE2456038C2
Application number: DE19742456038
Authority: DE
Inventors: Karlfrieder 7850 Loerrach De Ludin; Holger 7860 Schopfheim De Sehringer
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1974-11-22
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1987-10-15
Also published as: DE2456038A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Rotationsverdichteraggregates gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verdichteraggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Die Erfindung geht dabei davon aus, daß es aus der DE-Patentanmeldung K 4834 Ia/27b vom 15. 5. 1952 bekannt ist, für einen Kompressor die jeweils günstigste Betriebsart in Abhängigkeit vom jeweiligen Luftverbrauch während des intermittierenden Betriebszustandes "Förderperiode" durch entsprechende Regeleinrichtungen selbsttätig zu wählen. Dabei wird mit einem Zeitrelais die Dauer einer Förderperiode abgetastet. Wird der Betriebsdruck (Ausschaltdruck) innerhalb der eingestellten Zeit erreicht, wird der Kompressor stillgesetzt, da dies einem verhältnismäßig geringen Luftverbrauch entspricht. Wird der Betriebsdruck erst nach Ablauf des Zeitrelais erreicht, entspricht dies einem relativ hohen Luftverbrauch, so daß dann der Rotationsverdichter automatisch auf Durchlaufbetrieb geschaltet und die dabei auftretenden geringen Schwankungen im Druckluftverbrauch durch Saugdrosselregelung ausgeglichen werden. Die Wahl zwischen diesen beiden Betriebsarten wird im wesentlichen von der zulässigen Schalthäufigkeit des Antriebsmotors bestimmt, die bei den hierfür verwendeten Elektromotoren bei etwa 12 Schaltungen je Stunde liegt, und es wird der Umstand ausgenützt, daß sich ein Rotationsverdichter durch Schließen der Saugseite praktisch verlustfrei bis zu 60% der Nennförderleistung drosseln läßt. Eine weitere Voraussetzung für einen dem Verdichteraggregat entsprechenden Dauerbetrieb bei schwankendem Verbrauch ist ein hinreichend groß dimensionierter Druckkessel.

Bei insbesondere fahrbaren Verdichteraggregaten spielt die Größe des Druckkessels insofern eine erhebliche Rolle als sie das Gewicht und die Abmessungen des Verdichteraggregates wesentlich mitbestimmt und aus diesem Grunde möglichst klein ausgelegt sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln eines Rotationsverdichteraggregates zu schaffen, bei dem trotz der Verwendung eines relativ kleinen Druckkessels bei Verbrauchsschwankungen eine begrenzte Schalthäufigkeit des elektrischen Antriebsmotors sichergestellt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch das in dem Patentanspruch niedergelegte Verfahren, das durch die ebenfalls in den Patentansprüchen niedergelegten Verdichteraggregate ausführbar ist, erreicht.

Durch die Erfindung läßt sich die Liefermenge des Zwillingsrotationsverdichters im Bereich von 100% bis ca. 25% der Gesamtfördermenge regeln. Die besonderen Vorteile sind:

a) Stufenlose Anpassung an den Druckluftverbrauch, woraus sich ein kleines Druckluft-Speichervolumen, d. h. ein relativ kleiner Druckkessel und ein annährend konstanter Enddruck ergibt.
b) Eine wesentlich günstigere reduzierte Inanspruchnahme der installierten Leistung bei unter 50% reduzierter Druckluft-Fördermenge. Bei Verdichteraggregaten ab einer bestimmten Größenordnung war dies bisher nicht möglich.
c) Eine starke Reduzierung der Kühlmittelkosten, die bei bekannten Anlagen einen erheblichen Teil der Energiekosten ausmachen.
d) Schließlich ist als wesentlicher Vorteil der Überlastungsschutz für die elektrischen Antriebsmotoren anzusehen, weil durch den Vergleich der Förder- und der Leerlaufzeit die von jedem Motorhersteller vorgegebene zulässige Einschalthäufigkeit auch bei stark schwankendem Verbrauch nicht überschritten und außerdem die Leerlaufzeit auf ein Minimum begrenzt wird.

Die Figuren zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es zeigt

Fig. 1 das Rotationsverdichteraggregat mit der zugehörigen Regeleinrichtung

Fig. 2 die Funktionstabelle der in Fig. 1 verwendeten logischen Symbole

Fig. 3 einen in Fig. 1 bezeichneten Ausschnitt aus der Regeleinrichtung

Fig. 4 einen weiteren, ebenfalls in Fig. 1 näher bezeichneten Ausschnitt aus der Regeleinrichtung.

Das in Fig. 1 dargestellte Verdichteraggregat besteht aus zwei mit zugeordneten elektrischen Antriebsmotoren 4, 7 gekuppelten Rotationsverdichtern 5, 6, deren Druckleitungen in eine gemeinsame Druckleitung 43 übergehen und in einen gemeinsamen Druckkessel 13 fördern. In den Saugleitungen 38, 37 der Rotationsverdichter 5, 6 sind Mengenregler 2, 9 vorgesehen, die über Druckregler 1, 10 gesteuert werden. Weiterhin ist in den Saugleitungen 38, 37 je ein Unterdruckwächter 3, 8 angeordnet. Der erste Antriebsmotor 4 ist über eine Kraftleitung 26 mit einem Schaltgerät 12 und der zweite Antriebsmotor 7 über eine weitere Kraftleitung 27 mit einem weiteren Schaltgerät 11 verbunden. Gespeist werden beide Kraftleitungen 26, 27 über eine Netzzuleitung 28.

Am Druckkessel 13 ist ein Druckwächter 14 für den Zuschaltdruck und ein Druckwächter 15 für die Druckregelung vorgesehen. Pneumatische Steuerleitungen sind mit 39, 40, 41 und 42 bezeichnet. Die pneumatischen Steuerleitungen sind als Doppellinien gezeichnet, um herauszustellen, daß die Steuerung und Regelung aus einem pneumatischen und einem elektrischen Teil zusammengesetzt ist. Der elektrische Teil ist im wesentlichen in den Fig. 3 und 4 näher beschrieben, die die in Fig. 1 durch gestrichelte Linien umgrenzten Ausschnitte aus der Regeleinrichtung näher erläutern. In Fig. 1 sind anstelle der tatsächlichen Schalt- und Regelelemente logische Symbole eingesetzt, durch deren Verknüpfung die Regelung ersichtlich ist. Die zum Verständnis der logischen Schaltung erforderliche Funktionstabelle und die Beschreibung der verwendeten Symbole ist in Fig. 2 dargestellt.

Die Eingangsimpulse erhält die Regeleinrichtung über Steuerleitungen 16, 17, 18, 19, 20 sowie über weitere Steuerleitungen 22, 24 und gibt ihre Impulse ab über die Steuerleitungen 23 und 25. Im einzelnen sind folgende Funktionen vorgesehen:

16 Steuerleitung vom Unterdruckwächter 3 führt 1 Signal, wenn Mengenregelung ausgenutzt ist
17 Steuerleitung vom Unterdruckwächter 8 führt 1 Signal, wenn Mengenregelung ausgenutzt ist
18 Steuerleitung von Druckwächter 14 führt 1 Signal, wenn Minimal-Druck 2 unterschritten wird
19 Steuerleitung von Druckwächter 15 führt 1 Signal, wenn Minimal-Druck 1 erreicht wird
20 Steuerleitung von Druckwächter 15 führt 1 Signal, wenn Maximal-Druck erreicht wird
21 Steuerleitung für "EIN" Impuls führt 1 Signal, wenn keine Störung vorhanden ist
22 Steuerleitung vom Schaltgerät 12 führt bei Abschaltung kurzzeitig 0 Signal
23 Steuerleitung für Start-Impuls an Schaltgerät 12
24 Steuerleitung vom Schaltgerät 11 führt bei Abschaltung kurzzeitig 0 Signal
25 Steuerleitung für Start-Impuls an Schaltgerät 11

In den Figuren 3 und 4, die die elektrische Schaltung wiedergeben, sind Hilfsschütze 29, 30, 31, 33, 34 und 36 ein erstes Zeitrelais 35 sowie ein zweites Zeitrelais 32 vorgesehen.

Die Steuerung und Regelung des Zwillingsrotationsverdichteraggregates läuft wie folgt ab:
Nach Einschalten des Zwillingsrotationsverdichters fördern beide Verdichter 5, 6 und die volle Liefermenge von 100% steht dem Druckluftverbraucher zur Verfügung. Bei sinkendem Druckluftverbrauch reduziert sich im gleichen Verhältinis die Liefermenge über die Mengenregler 2 bzw. 9 durch Impulsgabe von den Druckreglern 1 bzw. 10 bis zu einem durch die Verdichterkonstruktion bedingten Druckverhältnis. Begrenzt wird dieses Druckverhältnis durch die Unterdruckwächter 3 bzw. 8.

Die Regelung der Liefermenge und dadurch bessere Anpassung des Zwillingsrotationsverdichters an den Druckluftverbrauch wird im besonderen durch eine unterschiedliche Einstellung der Druckregler 1 und 10 erreicht. Sinkt die Liefermenge durch die oben genannte Einstellung unter 50% ab, so wird durch Impulsgabe vom zweiten Unterdruckwächter 8 über die in Fig. 3 dargestellte Schaltung der zweite Antriebsmotor 7 nach einer im ersten Zeitrelais 32 eingestellten Verzögerung abgeschaltet. Nun wird der Druckluftbedarf durch die Liefermenge des ersten Rotationsverdichters 5 gedeckt. Durch in der Fig. 3 eingebaute Steuerelemente wird dieser Impuls vom zweiten Unterdruckwächter 8 gespeichert, bis eine neue Impulsgabe vom Unterdruckwächter 8 erfolgt. Durch die Speicherung wird erreicht, daß bei nächster Impulsgabe vom Unterdruckwächter 8 in Verbindung mit dem vorherigen Minimum-Impuls vom Druckwächter 15 die Stufe verzögert oder unverzögert abgeschaltet wird. Bei weiter sinkendem Verbrauch unter 50%, bei abgeschaltetem zweiten Rotationsverdichter 6 wird der Druckluftverbrauch vom ersten Rotationsverdichter 5 bis zu 25% der Gesamtliefermenge des Zwillingsrotationsverdichters verlustfrei geregelt. Soll die Liefermenge noch weiter reduziert werden, so erfolgt durch die Impulsgabe durch den ersten Unterdruckwächter 3 über die in Fig. 2 dargestellte Schaltung wiederum nach einer im zweiten Zeitrelais 35 eingestellten Verzögerung die Abschaltung des ersten Rotationsverdichters 5

Durch die in Fig. 4 dargestellten Steuerelemente wird dieser Impuls vom ersten Unterdruckwächter 3 gespeichert, bis eine neue Impulsgabe vom Unterdruckwächter 3 erfolgt. Durch die Speicherung wird erreicht, daß bei nächster Impulsgabe vom Unterdruckwächter 3 in Verbindung mit dem vorherigen Minimum-Impuls vom Druckwächter 15 und über die Steuerleitung 18 vom Druckwächter 14 der Antriebsmotor verzögert oder unverzögert abgeschaltet wird und gleichzeitig eine Wiedereinschaltung des zweiten Rotationsverdichters 6 verhindert. Eine Entsperrung erfolgt nur dann, wenn der Verbrauch über 50% der Gesamtliefermenge des Zwillingsrotationsverdichteraggregates -ansteigt und der Druckwächter 14 den Einschaltimpuls für den zweiten Rotationsverdichter 6 gegeben hat.

Claims

1. Verfahren zum Regeln eines Rotationsverdichteraggregates mit zwei getrennt von je einem Elektromotor angetriebenen, in einen gemeinsamen Druckkessel fördernden Rotationsverdichtern, bei dem in Abhängigkeit vom Verhältnis des momentanen Druckluftverbrauches zur Nennförderleistung des Verdichters selbsttätig vom Durchlaufbetrieb mit Saugdrosselregelung auf Aussetzbetrieb bzw. vom Aussetzbetrieb auf Durchlaufbetrieb umgeschaltet wird, wobei beim Übergang von der Vollast zur Teillast unter Beibehaltung des Durchlaufbetriebes des ersten Rotationsverdichters der zweite Rotationsverdichter bei geringer Abweichung von der Vollast gedrosselt, bei größerer Abweichung im Aussetzbetrieb gefahren wird, worauf nach einem Abfall des Druckluftverbrauches unter 50% der Nennförderleistung der erste Rotationsverdichter nach dem Abschalten des zweiten Rotationsverdichters in Abhängigkeit vom tatsächlichen Druckluftverbrauch gedrosselt oder im Aussetzbetrieb gefahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten durch Vergleich der Zeitdauer der "Aussetzperiode" mit einem von der zulässigen Schalthäufigkeit des Antriebsmotors bestimmten Zeitwert ausgelöst wird.

2. Verdichteraggregat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus zwei mit zugeordneten elektrischen Antriebsmotoren gekuppelten Rotationsverdichtern, deren Druckleitungen mit einem gemeinsamen Druckkessel verbunden sind und in deren Saugleitungen Saugdrosselregler vorgesehen sind, denen jeweils ein mit der Saugseite und der Druckseite verbundener Druckregeler zugeordnet ist, wobei am Druckkessel mindestens zwei auf den in diesem herrschenden Luftdruck ansprechende Druckwächter vorgesehen sind, deren Steuerleitungen mit einem mindestens ein einstellbares Zeitrelais aufweisendes Regelgerät verbunden sind, von dem Schaltleitungen zu den Antriebsmotoren führen, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zweiten Rotationsverdichter (6) zugeordnete zweite Druckregler (10) auf eine geringere Druckdifferenz eingestellt ist als der dem ersten Rotationsverdichter (5) zugeordnete erste Druckregler (1), daß in jedem der beiden den beiden Antriebsmotoren (4, 5) zugeordneten Regelkreisen ein Zeitrelais (32, 35) vorgesehen ist und daß ein den zweiten Motor (7) über das Schaltgerät (11) aussetzender zweiter Unterdruckwächter (8) auf der Saugseite des zweiten Rotationsverdichters (6) sowie ein den ersten Motor (4) aussetzender erster Unterdruckwächter (3) auf der Saugseite des ersten Rotationsverdichters (5) vorgesehen ist.

3. Verdichteraggregat nach einem der Ansprüche 1 und 2 und zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitrelais (35) vom ersten Druckwächter (3) bei Stillstand des zweiten Rotationsverdichters (6) erregt ist.