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Titel:
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Verfahren zum Regeln der Liefermenge einer Verdichteranlage Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum hegel der Liefermenge einer Verdichteranlage
mit wenigstens einem Verdichter, der in einen Druckbehälter fördert, dessen Druck
zwischen einem unteren Schaltdruck und einem oberen Schaltdruck geregelt wird, wobei
die Verdichteranlage in Abhängigkeit von der Aufladezeit des Druckbehälters bei
über einer vorgegebenen Zeitspanne liegender Aufladezeit auf Leerlauf geschaltet
und bei unter der vorgegebenen Zeitspanne liegender Aufladezeit stillgesetzt wird.
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Bei Verdichteranlagen mit einem oder mehreren Verdichtern, die in
einen Druckbehälter fördern, ist es bekannt, die Verdichter, sobald ein vorbestimmter
Druck im Behälter erreicht ist, entweder auf Leerlauf zu schalten (Leerlaufregelung
)
oder durch Abschalten des Antriebsmotors stillzusetzen (Aussetzregelung). Die sogenannte
Leerlaufregelung hat den Vorteil, daß der weiterlaufende Verdichter unvermöglich
wieder auf volleFörderleistung geschaltet werden kann, wenn der Behälterdruck einen
vorbestimmten unteren Schaltdruck erreicht. Dabei genügt ein verhältnismäßig kleiner
Druckbehälter. Bei kleinem Luft- oder Gasverbrauch sind jedoch die dann auftretenden
langen Leerlaufzei-ten des Antriebsmotors und des Verdichters unwirtschaftlich.
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Bei der sogenannten Aussetzregelung ist hingegen ein verhältnismäßig
großer Druckbehälter erforderlich, weil ein zu häufiges Anfahren des stillgesetzten
Antriebsmotors und des Verdichters nachteilig ist. Diese Regelungsart ist somit
in erster Linie bei kleinem Luft- oder Gasverbrauch zweckmäßig.
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Es ist weiterhin bekannt, diese belden Regelungsverfahren miteinander
zu kombinieren und in Abhängigkeit vom Verbrauch an Druckmedium die jeweils günstigste
Betriebsart zu wählen. Bei einer bekannten Ausführung wird die Betriebsart in Abhängigkeit
von der jeweiligen Aufladezeit des Druckbehälters bestimmt, u.zw. dadurch, daß für
die Aufladung eine Zeitspanne vorgegeben wird und die Verdichteranlage bei über
dieser Zeitspanne liegender Aufladezeit, also bei-großem Luftverbrauch, auf Leerlauf
geschaltet, bei unter dieser Zeitspanne liegender Aufladezeit hingegen stillgesetzt
wird. Um für den Fall, daß der Verbrauch bei
leerlaufender Verdichteranlage
plötzlich verringert wird oder aufhört, ein zu langes Leerlaufen der Verdichteranlage
zu Verhindern, ist es ferner schon bekannt, beim Ubergang auf die Leerlaufregelung
eine Nachlaufzeit beginnen zu lassen, nach deren Ablauf die Verdichteranlage stillgesetzt
wird, wenn nicht vorher eine Wiedereinschlatung der Förderung aufgrund des Verbrauches
erforderlich war.
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Bei richtiger Wahl der die jeweilige Betriebsart vorausbestimmenden
Zeitspanne und der IWachlaufzeit ist mit dem bekannten Regelungsverfahren eine weitgehend
wirtschaftliche Regelung der Liefermenge möglich. Bei rasch wechselndem Verbrauch
kann es aber vorkommen, daß die Verdichteranlage in verhältnismäßig kurzen aufeinanderfolgenden
Zeitspannen stillgesetzt wird und wieder anfahren muß. Der Anfahrvorgang erfordert
jedoch einen relativ hohen Energieverbrauch, so daß kurze Stillsetzzeiten gegenüber
dem Durchlaufbetrieb im Leerlauf unwirtschaftlich sind. Darüber hinaus ist zur Vermeidung
von thermischen Uberlastungen der Antriebsmotoren vom IIersteller der rotoren nur
eine bestimmte Anzahl von Anlaufvorgängen in der Zeiteinheit zugelassen. Beide UmstUnde
werden von-den bekannten Regelungsverfahren nicht ausreichend berücksichtigt, so
daß trotz automatischer Vorwahl der Betriebsart zeitweise unwirtschaftliche Betriebsphasen
und Uberlastungen der Antriebsmotoren auftreten können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das
eingangs
angeführte bekannte Regelungsverfahren so zu verbessern, daß auch bei rasch wechselnden
Betriebsverhältnissen eine Uberlastung der Antriebsmotoren durch zu häufiges Anfahren
vermieden und hiebei die jeweils wirtschaftlichere Betriebsart ausgewählt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß zur Begrenzung
der Häufigkeit der nach dem Stillsetzen der Verdichteranlage erforderlichen Anfahrvorgänge
eine Vergleichszeit vorgegeben wird, die wenigstens annähernd gleich der durch Division
der Zeiteinheit durch die in dieser zulässige Anzahl von Anfahrvorgängen errechneten
Zeit gewählt wird, und daß zu jeder Vergleichszeit nur eine Stillsetzung zugelassen
wird, Die Vergleichszeit wird also so gewählt, daß die vom hersteller des Antriebsmotors
zugelassene maximale Anzahl von Anfahrvorgängen in der Zeiteinheit nicht überschritten
werden kann. Dabei kann die Vergleichszeit etwas kleiner gewählt werden, als die
errechnete kleinste Zeitspanne, weil im Betrieb die einzelnen Vergleichszeiten nicht
unmittelbar aneinander anschließen müssen.
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Wenn die Verdichteranlage aufgrund der gemessenen sonstigen Regelgrößen
stillgesetzt werden soll, bevor die vorgegebene Vergleichszeit abgelaufen ist, wird
die Verdichteranlage an Stelle der Stillsetzung auf Leerlauf geschaltet. Ehr die
praktische Durchführung dieses zusätzllalen Regelungs schrittes ist lediglich ein
weiteres Zeitrelais erforderlich. Durch diese einfache Ergänzung der bekannten Regelungsverfahren,
von
welchen ausgegangen wurde, wird somit ein zu häufiges Anfahren der Verdichteranlage
und damit eine thermische Uberlastung der Antriebsmotoren sicher vermieden.
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Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen
Verfahrens möglich, durch die eine Anpassung an unterschiedliche betriebsverhältnisse
erfolgen kann. Nach einer dieser Varianten wird erfindungsgemäß mit der Messung
der Vergleichszeit bei jedem Erreichen des oberen Schaltdruckes neu begonnen und
die Verdichteranlage nur nach Ablauf der zuletzt gemessenen Vergleichszeit stillgesetzt.
Diese maßnahme ist dann zweckmäßig, wenn bei allen Betriebsarten ein zu schnell
aufeinanderfolgendes Stillsetzen der Verdichteranlage verhindert werden soll, um
thermische Uberlastungen und einen hohen Energieverbrauch aufgrund der erforderlichen
Anfahrvorgänge zu vermeiden.
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Eine raschere Stillsetzung in einigen Betriebsfällen wird ermöglicht,
wenn nach einer weiteren Variante der Erfindung mit der Messung der Vergleichszeit
bei jedem Anfahren der Verdichteranlage nach erfolgter Stillsetzung neu begonnen
und die Verdichteranlage nur nach Ablauf der zuletzt gemessenen Vergleichszeit wieder
stillgesetzt wird. Es wird hier also der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Anfahrvorgängen überwacht, die bei rasch wechselndem Verbrauch im Abstand der Vergleichszeit
aufeinanderfolgen können. Dies kann bei hohem Energiebedarf für das Anfahren unter
ungünstigen
Umständen unwirtschaftlich sein. Dieses Verfahren ist
daher dann günstig, wenn ein zu häufiges Anfahren aufgrund der sonstigen Betriebsverhältnisse
nicht zu erwarten ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können aber auch die Vergleichszeiten
in ununterbrochener Reihenfolge aneinander anschließend vorgesehen werden und kann
innerhalb jedes dieser Zeitintervalle nur eine Stillsetzung der Verdichteranlage
zugelassen werden. Bei diesem Verfahren ist jeder Vergleichszeit ein Anlaufvorgang
fest zugeordnet. Wenn im Bereich des ueberganges zwischen zwei benachbarten Zeitintervallen
der Vergleichszeit zwei Stillsetzungen rasch aufeinanderfolgen, wird anschließend
für den restlichen Teil dieses Zeitintervalls nur mehr auf Leerlauf geschaltet,
so daß auch in diesem Fall ein zu häufiges Anfahren der Verdichteranlage sicher
verhindert wird.
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Eine weitere Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht schließlich
darin, daß jeder aus Aufladezeit und Entladezeit bestehenden Schaltperiode eine
Grenzzeit vorgegeben wird, die aus der Summe der maximal zulässigen Vergleichszeit
und dem Verhältnis aus erforderlicher Anfahrenergie zu der vom Antriebsmotor aufgenommenen
Leerlaufleistung errechnet und mit der vorangegangenen Schaltperiode verglichen
wird, und daß die Verdichteranlage stillgesetzt wird, wenn die vorangegangene Schaltperiode
größer als die Grenzzeit war, die Stillsetzung hingegen bis zum Ablauf der Grenzzeit
verzögert wird, wenn die vorangegangene Schaltperiode kleiner als die Grenzzeit
war. Diese Grenzzeit kann die sonst vorgegebene Nachlaufzeit ersetzen
und
erfordert daher kein weiteres Zeitrelais, schließt aber auch bei stark wechselndem
Verbrauch ein unwirtschaftliches Arbeiten durch zu rasch aufeinanderfolgende Anfahrvorgänge
aus. Die Verdichteranlge wird hiebei nur dann stillgesetzt, wenn aufgrund der vorangegangenen
Schaltperiode zu erwarten ist, daß die Energieeinsparung durch das Stillsetzen größer
ist als der durch das anschließende Anfahren verursachte erhöhte Energiebedarfr
In der nachfolgenden Beschreibung ist das erfindungsgemäße Verfahren an Hand von
Ausführungsbeispielen und an Hand der Zeichnung näher erläutert. rn der Zeichnung
zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
geregelten Verdichteranlage and Fig. 2 dazu ein Diagramm, in welchem die einzelnen
Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht sind.
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Gemäß kig. 1 besteht die Verdichteranlage aus einem Verdichter 1,
der durch einen vorzugsweise elektrischen Antriebsmotor 2 angetrieben ist. Der Verdichter
1 saugt das zu verdichtende Medium über eine Saugleitung 3 und ein Saugventil 4
an und fördert es über ein Druckventil 5 und eine Druckleitung 6 in einen Druckbehälter
7. Von diesem führt eine Verbraucherleitung 8 zu den Verbrauchern des verdichteten
Mediums. Für -die Regelung der Verdichteranlage ist ein Betriebsartenwahlschalter
9 vorgesehen, der über eine Meßleitung 10 mit dem Druckbehälter 7 verbunden ist
tnd von dem eine Steuerleitung 11 zum Saugventil 4 und
eine Steuerleitung
12 zum Antriebsmotor 2 führt. Das Saugventil 4 ist mit einer Einrichtung für die
Leerlaufregelung, z.B. mit einer Abhebeeinrichtung zum dauernden Offenhalten, ausgestattet
und der Antriebsmotor 2 ist Uber einen elektrischen Schalter 13 ans Netz geschaltet,
der über die SXterleitung 12 betätigt wird.
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Der Betriebsartenwahlschalter 9 enthält alle Meß- und Steuergeräte,
einschließlich Zeitrelais, die für die Durchführung des Regelungszrerfahrens erforderlich
sind. Vorzugsweise ist er aus elektrischen bzw. elektronischen Geräten und Schaltkreisen
zusammengesetzt. Es sind aber auch pneumatische Ausführungen möglich.
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In Fig. 2 ist mit a ein Diagramm bezeichnet, in dem der Druckverlauf
im Druckbehälter 7 über der Zeit t aufgetragen ist. Der Behälterdruck schwankt zwischen
einem unteren Schaltdruck Pu und einem oberen Schaltdruck po.
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Wenn der Verdichter 1 fördert, steigt der Druck im Druckbehälter 7
vom unteren Schaltdruck Pu auf den oberen Schalt druck pO an. Die hiezu erforderliche
Aufladezeit hängt vom jeweiligen Verbrauch ab, also von der jeweiligen Druckmittelentnahme
aus dem Druckbehälter 7, und ist in Fig. 2 mit tia w t2as t3a usw. bezelcimet. An
diese Aufladezeit t7a schließt die Entladezeit t1e, t2e, t3e an, in der der Druck
im Druckbehälter 7 vom oberen Schaltdruck pO auf den unteren Schaltdruck Pu dem
jeweiligen Verbrauch entsprechend abnimmt.
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Der Betriebsartenwahlschalter 9 wählt in Abhängigkeit von
den
jeweiligen Verbrauchsverhältnissen automatisch die richtige Betriebsart aus, u.zw.
in Abhängigkeit von der jeweiligen Aufladezeit t1a, t2a, t3a. Es wird eine Zeitspanne
ta vorgegeben. Wenn die jeweilige Aufladezeit größer ist als die vorgegebene Zeitspanne
tas also bei hohem Verbrauch, wird die Verdichteranlage auf Leerlauf geschaltet
und wenn die vorgegebene Zeitspanne ta größer ist als die tatsächliche Aufladezeit,
wird die Verdichteranlage stillgesetzt.
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In den Diagrammen, die in big. 2 mit b, c und d bezeichnet sind,
ist an iIand unterschiedlicher Aus£dhrungsvarianten des egelungsverfahrens jeweils
die durch den Betriebsartenwahlschalter 9 gewählte betriebsart über der Zeit aufgetragen.
Die gerade f bezeichnet die Förderung, die Gerade 1 den Leerlauf und die Gerade
o den Stillstand der Verdichteranlage. Wie aus dem Diagramm b ersichtlich ist, folgt
auf die Förderperiode während der Aufladezeit t1a während der Entladezeit tle eine
Leerlaufperiode, weil die Aufladezeit tia größer war als die vorgegebene Zeitspanne
t In der anschließenden Periode ist die Aufladezeit t2a hingegen kleiner als die
vorgegebene Zeitspanne tas so daß die Verdichteranlage auf Stillstand geschaltet
wird. Die anschließende Entladezeit 2e ist aber auch verhältnismäßig kurz, so daß
die Werdichteranlage bald wieder angefahren werden muß. Wenn mehrere solcher Perioden
aufeinanderfolgen,
kommt es zu häufigen Anfahrvorgängen der Verdichteranlage,
was eine thermische Überlastung des Antriebsmotors zur Folge haben kann. Um die
Häufigkeit der nach dem Stillsetzen der Verdichteranlage erforderlichen Anfahrvorgänge
zu begrenzen, wird eine Vergleichszeit tv vorgegeben und in jeder Wergleichszeit
tv nur eine Stillsetzung der Verdichteranlage zugelassen. Die Verglelchszeit tv
wird durch Division der Zeiteinheit durch die Anzahl von Anfahrvorgängen, die von
dem hersteller des Antriebsmotors in der Zeiteinheit zugelassen werden, errechnet.
Wenn der-ITersteller z.B. sechs Anfahrvorgänge in der Stunde zuläßt, beträgt die
Verglelcknszeit zehn Minuten.
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i4fr die Vorgabe der Vergleichszeit sind verschiedene Möglichkeiten
gegeben, von denen drei Ausführungsbeispiele in den Diagrammen b,c und d der Fig.
2 dargestellt sind. Gemäß dem Diagramm b wird mit der Messung der Vergleichszeit
tv bei jedem Erreichen des oberen Schaltdruckes gemäß dem Diagramm a begonnen. Die
Verdichteranlage wird stillgesetzt, wenn die Stillsetzung nach Ablauf der zuletzt
gemessenen Vergleichszeit tv erfolgt, wie dies im Diagramm b nach der Aufladezeit
t2a gezeigt ist. Nach der Aufladezeit t3a sollte nach dem Grundprogramm des Regelungsverfahrens
auch auf Stillstand geschaltet werden. Da aber die Vergleichszeit tv noch nicht
abgelaufen ist, wird die Verdichteranlage auf Leerlauf geschaltet und läuft weiter,
bis die an
sehließend gemessene Vergleichszeit tv während der Entladezeit
t3e abgelaufen ist.
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Das Diagramm c zeigt eine Variante, bei der mit der Messung der Vergleichszeit
tv nicht bei jedem Erreichen des oberen Schaltdruckes pO begonnen wird, sondern
nur bei jedem Anfahren der Verdichteranlage nach erfolgter Stillsetzung, im Diagramm
also bei Beginn a Aufladezeit tla und der Aufladezeit t3a. Während der Entladezeit
tie läuft auch hier die Verdichteranlage im Leerlauf weiter, weil der obere Schaltdruck
p0nachAblauf der Zeitspanne ta erreicht wurde. Xn der nächsten Periode, am Ende
der Aufladezeit erfolgt dann eine Stillsetzung der Verdichteranlage, wogegen am
Ende der Aufladezeit t3a zunächst auf Leerlauf geschaltet wird. Erst nach Ablauf
der Vergleichszeit tv wird in der Entladezeit t3e die Verdichteranlage stillgesetzt.
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Dies erfolgt etwas früher als bei der Variante nach dem Diagramm b,
weil gemäß dem Diagramm c die Vergleichszeit tv früher zu laufen beginnt.
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Im Diagramm d sind schließlich die Vergleichs zeiten tv in ununterbrochener
Keihenfolge aneinander anschließend vorgesehen. Wie aus dem Diagramm hervorgeht,
wird innerhalb jedes dieser neitintervalle nur eine einzige Stillsetzung der Verdichteranlage
zugelassen. Wenn innerhalb einer Vergleichszeit tv schon eine Stillsetzung erfolgt
ist, wird die Verdichteranlage beim nächsten Erreichen des oberen Schaltdruckes
pO auch dann auf Leerlauf geschaltet, wenn
der Betriebsartenwahlschalter
9 aufgrund der sonstigen Betriebsverhältnisse die Verdichteranlage stillsetzen wUrde,
wie dies im Diagramm d innerhalb der Entladezeit t3e gezeigt ist.
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Im Diagramm c ist zusätzlich zur Vergleichszeit ty in jeder Aufladeperiode
noch eine Grenzzeit tg vorgegeben.
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Diese Grenzzeit tg wird aus der Summe der maximal zulässigen Vergleichs
zeit und dem Verhältnis aus erforderlicher Anfahrenergie zur Leerlaufleistung des
Antriebsmotors der Verdichteranlage errechnet. Der automatische Betriebsartenwahlschalter
9 enthält auch ein Zeitrelais für die Grenzzeit tg und vergleicht diese mit der
unmittelbar vorhergehenden, aus Aufladezeit t1a, t2a, t3a und Entladezeit t1e, t2e,
t3e bestehenden Schaltperiode. Die erste, im Diagramm c dargestellte Schaltperiode
tla + tle ist größer als die Grenzzeit tg. Die Verdichteranlage wird deshalb am
Ende der Aufladezeit t2atda tv schon abgelaufen ist, auf Stillstand geschaltet.
Die Schaltperiode t2a + t2e ist jedoch verhältnismäßig kurz, jedenfalls kUrzer als
die zugeordnete Grenzzeit tg Während der Entladezeit t3e wird daher die Verdichteranlage
erst nach Ablauf der Grenzzeit tg auf Stillstand geschaltet, wie im Diagramm c mit
gestrichelten Linien angedeutet ist. Durch die Vorgabe der Grenzzeit wird bei kleinen
Schaltperioden ein zu häufiges Stillsetzen und Anfahren der Verdichteranlage verhindert.
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PatentansrUche: