DE456825C - Presslufterzeugungsanlage fuer stark schwankende Belastung - Google Patents

Presslufterzeugungsanlage fuer stark schwankende Belastung

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DE456825C
DE456825C DEA46163D DEA0046163D DE456825C DE 456825 C DE456825 C DE 456825C DE A46163 D DEA46163 D DE A46163D DE A0046163 D DEA0046163 D DE A0046163D DE 456825 C DE456825 C DE 456825C
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compressor
compressed air
pressure
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air generation
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DEA46163D
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English (en)
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0269Surge control by changing flow path between different stages or between a plurality of compressors; load distribution between compressors

Description

  • Preßlufterzeugungsanlage für stark schwankende Belastung. In Werken mit sehr hohem Preßluftbedarf, z. B. in großen Steinkohlenbergwerken, wird die Preßluft meist in Dampfturbokompressoren erzeugt, weil dies am wirtschaftlichsten ist. Um trotz der stark wechselnden Luftentnahme Preßluft von gleichem Druck zu erzeugen, besitzt der Turbokompressor eine Vorrichtung, die selbsttätig seine Drehzahl so verstellt, daß der Preßluftdruck stets annähernd der gleiche bleibt. Die. Kompressoranlage kann dabei für die mittlere Belastung angelegt sein; sie arbeitet dann für diese Belastung im Bereich des günstigsten Wirkungsgrades, während sie bei starken Abweichungen schon ziemlich ungünstige Wirkungsgrade aufweist. Es kommt aber hinzu, daß mit Rücksicht auf die ständigen Schwankungen des Luftverbrauches und mit Rücksicht auf spätere Erweiterungen neue Dampfturbokompressoren, besonders in Bergwerksanlagen, meist für eine Preßluftmenge bemessen werden, die noch über der zu erwartenden, selten vorkommenden Höchstmenge liegt, so daß sie notwendigerweise häufig in der Nähe der Pumpgrenze und damit besonders unwirtschaftlich arbeiten. Man hat diesen Übelstand durch Einrichtungen zu mildern gesucht, welche durch entsprechende Verlegung der Pumpgrenze das Pumpen auf geringere Belastungen beschränken oder ganz vermeiden sollen, doch bleibt der Wirkungsgrad auch dann noch stark unter den besten erreichbaren Werten.
  • Die Erfindung sucht die Wirtschaftlichkeit derartiger, für stark schwankenden Bedarf bestimmter Preßlufterzeugungsanlagen durch eine neuartige Anordnung zu steigern. Der Turbokompressor wird nicht für den Höchstbedarf, sondern so gewählt, daß seine mittlere Leistung annähernd mit dem mittleren Bedarf übereinstimmt. Zur Deckung der Spitzenleistung wird ein zweiter Kompressor herangezogen, der zweckmäßig etwa 30 Prozent der Ansaugeleistung des Hauptkompressors besitzen wird, weil er dann in der Regel den schwächeren Sonntags- und Nachtbetrieb allein übernehmen kann. Wird für den kleineren Zusatzkompressor ein Dampfkompressor gewählt, so wird er eine Belastung haben, die dauernd zwischen Null- und Vollast wechselt, was natürlich nicht wirtschaftlich ist. Mit dem Zusatzkompressor wird also zunächst nur erreicht, daß zwar der Hauptkompressor dauernd gut, er selbst aber sehr unregelmäßig belastet läuft. Das erstrebenswerte Ziel ist aber eine Anordnung, bei der auch der Zusatzkompressor trotz der stark schwankenden Luftentnahme nur voll belastet läuft. Gemäß der Erfindung wird dies folgendermaßen erreicht: Es ist bekannt, Kompressoren, insbesondere elektrisch angetriebene Kompressoren, in der Weise zu betreiben, daß sie bei -einem bestimmten Höchstdruck von selbst zum Stillstand kommen und bei einem bestimmten Mindestdruck von selbst wieder anlaufen. Das Anlassen und S,tillsetzen wird eingeleitet durch eine Membran, einen Kontaktdruckmesser oder ,ähnlichen Apparat, der- an die Preßluftleitung angeschlossen ist und beim Höchstdruck beispielsweise einen elektrischen Schalter effnet und beim Mindestdruck wieder schließt, wodurch das Stillsetzen bzw. das Anlaufen des ganzen Kompressors herbeigeführt mrd. Steht der Kompressor still, so erfolgt die Preßluftentnahme aus dem Preßluftspieich@er, Rohinetz und Windkessel. Hierbei sinkt -der Luftdruck, bis die auf einen bestimmten Mindestdruck ansprechende Schaltvorrichtung den Kompressor wieder zum Anlaufen bringt.
  • Es handelt sich nun darum, einen solchen wirtschaftlich arbeitenden Kompressor, -dessen intermittierender Betrieb auf Unterschieden des Preßluftdruckes beruht, mit dem Hauptkompressor, der dauernd mit annähernd -gleichem Druck läuft, zum gemeinsamen Arbeiten zu bringen. Dies geschieht nun unter Ausnutzung der bei Überlastung des Hauptkompressors eintretenden Druckverminderung.
  • In Abb. i ist der Vorgang näher veranschaulicht. Das Schaubild zeigt .drei verschiedene Dru.ckvolumenkurvenpi, p2, p3, die Wirkungsgradkurve n sowie die PumpZreme f des Hauptkompressors, der ein Dampfturbokompressor sein möge. Die Drehzahl der Maschine werde so geregelt, daß der Druck p der Förderluft in weitem Bereich auf 6 at verbleibt. Die Linie konstanten Druckes schneidet die Druckkurv-ep2 an der Stelle, welche dem günstigsten Wirkungsgrad entspricht. Zu diesem Wert gehört die Nor-Inalleistung des Turbokompressors, d. h. eine Fördermenge Q von ioo Prozent. Dann liegt die Höchstleistung bei gleichem Druck und der größten Betriebsdrehzahl etwa bei 125 Prozent (Schnittpunkta der @urc=epi), während die geringste Förderleistung in der Nähe der Pumpgrenze f etwa 75 Prozent beträgt (Schnittpunkt b der Kurve p,3).
  • Abb. 2 zeigt das Schema der Preßlufterzeugungsanlage. - Über Tage ist der Dampfturbokompressor G angeordnet, der die Grundbelastung übernimmt; er fördert in die Preßluftleitung L, die in den Schacht hinabgeht und sich am Verteilungspunkt V weiter verzweigt. In der Preßluftleitung L entsteht durch Reibung ein Druckabfall, der am VerteilungspunktV beispielsweise o,5 at betragen soll. Erzeugt der Hauptkompressor über 6 atü, so wird bei voller Beanspruchung der Druck im Punkt V z. B. 5,5 atü, an weiter entlegenen Stellen noch weniger betragen.
  • Tritt nun eine 'vorübergehende, über 125 Prozent hinausgehende P-reßluftentnahme und damit eine Überlastung des Dampfturbokompressors G ein, so wird sich dies in einem Sinken des Druckes am Kompressor und im ganzen Preßluftnetz äußern; an den entlegensten Betriebspunkten kann dies so weit gehen, daß der Luftdruck zum Betrieb -der Preßluftwerkzeuge nicht mehr ausreicht. Es tritt darm der Zusatzkompressor Z, zweckmäßig ein 6ektrsch betriebener Kompressor, in Tätigkeit, :der unter Tage aufgestellt und in dessen -Nähe ein Membranschalter M oder ein ähnlicber Apparat an die Preßluftleitung angeschlossen ist. Dieser Schalter kann auf elektrischem Wege auf die Anlaßvorrichtung des Zusatzkompressors wirken.
  • Solange der Luftbedarf entsprechend Abb. i gleich oder geringer als 125 Prozent ist, läuft der Dampfkompressior G allein. Steigt die Luftentnahme über 125 Prozent, so kann er, da seine Leistung nicht mehr steigerbar ist, den bis dahin erzeugten Luftdruck von 6 atü nicht mehr halten; der Betriebspunkt bewegt sich nach unten, beispielsweise zum Punkt c, d.h., es werden 135 Prozent Luft angesaugt, aber nur auf 5 atü verdichtet.
  • Gleichzeitig ist unter Tage im Verteilungspunkt V der Druck von seinem Normalwert 5,5 atü auf beispielsweise 4,5 atü zurückgegangen. .Ist er Mernbranschalter M auf 4,5 atü eingestellt, 3o wird der elektrisch angetriebene Zusatzkompressor Z selbsttätig zum Anlaufen gebracht und übernimmt nach Beendigung der kurzen Anlaufzeit sofort seine volle Förderung. Da diese aber 30 Prozent der Fördermenge -von G beträgt, so würden nun beide Kompressoren 135 + 30 = 165 Prozent fÖrdern können. Die Entnahme beträgt aber zunächst nur 135 Prozent oder wenig mehr; zufolge der erzeugten Überschußmenge wird daher der Luftdruck wieder ansteigen, bis er den ursprünglichen Normalwert von 6 atü erreicht hat. War der Membranschalter unter Tage auf 5,5 atü Ausschaltdruck eingestellt, so wird .er in diesem Augenblick im Punkt a den Zusatzkompressor selbsttätig zum Stillstand bringen.
  • Geht die Luftentnalune von 125 Prozent weiter zurück, so wandert der Betriebspunkt in ein günstigeres Gebiet der Wirkungsgradkurve. Steigt jedoch .die Luftentnahme nach Erreichen des Punktes a wieder an, bewegt sich also der Betrieb des Kompressors zwischena und c, so arbeitet der allein laufende Hauptkompressor in einem ungünstigen Bereich. Die Erfindung bezweckt weiterhin, auch in -dieser Beziehung eine Verbesserung zu schaffen. Wird der Hauptmotor so geregelt, daß der Betriebsdruck nicht genau konstant bleibt, sondern mit wachsender Förderung schwach abfällt, und würde der Membranschalter genügend empfindlich sein, so könnte er derart eingestellt sein, daß die Ausschaltung des Zusatzkompressors nicht im Punkt a, sondern in einem weiter zurückliegenden Punkt der Betriebsdrucklinie erfolgt. Im allgemeinen wird es aber nicht - möglich sein, den innerhalb eines größeren Druckbereiches arbeitenden Membranschalter o. dgl. für den geringen Abfall des normalen Betriebsdrukkes genügend empfindlich -auszubilden. Es wird dann Beben dem Mernbranschalter ein zweiter Schalter vorgesehen, der mit dem ersteren derart zusammenwirkt, daß das Stillsetzer des Zusatzkompressors erst erfolgt, wenn beide Schalter angesprochen haben. Dieser zweite Schalter kann von einem empfindlichen Kontaktmanometer gesteuert w erden"er kann aber auch von irgendeiner anderen Betriebsgröße des Hauptkompressors, z. B. von der geförderten Luftmenge oder von der Fördergeschwindigkeit der Luft in Abhängigkeit gebracht sein. Gegebenenfalls kann der zweite Schalter auch mit der Regeleinrichtung, also beispielsweise dem Drehzahlregler, in Verbindung stehen. Die letzteren Einrichtungen kommen insbesondere in Betracht, wenn die Betriebsdrucklinie des Hauptmotors überhaupt keinen merklichen Abfall aufweist. Damit der zweite Schalter unabhängig vom Ausschalten des Membranschalters den Zusatzkompressor später zum Abschalten bringt, ist in der elektrischen Leitung zweckmäßig noch ein mit Haltekontakt versehenes Zwischenrelais anzuordnen, auf das der Membranschalter und der zweite Hilfsschalter in an sich bekannter Weise einwirken. Wird daher der Zusatzkompressor nicht in Punkt a, sondern mit Hilfe des zweiten Schalters z. B. im Punkt cd stillgesetzt, so wird der alsdann allein arbeitende Hauptkompressor immer längere Zeit im günstigen Arbeitsbereich fördern.
  • Bleibt vor dem Abschalten des Zusatzkompressors die Gesamtluftentnahrne z. B. in den Grenzen zwischen 8 5 und 125 Prozent, so ist es nachteilig, beide Kompressoren längere Zeit für eine Luftentnahme arbeiten zu lassen, de der Hauptkompressor allein bewältigen kann. Es kann dies dadurch vermieden werden, daß man den zweiten Schalter als Zeitschalter ausbildet oder neben diesem einen Zeitschalter vorsieht, der dann dieses nachteilige Zusammenarbeiten beider Kompressoren nur kurze Zeit zuläßt. Hierdurch wird gleichzeitig auch erreicht, daß bei kurzzeitigen Überlastungen des Hauptkompressors der Zusatzkompressor nach seinem Anlassen nicht sofort wieder zum Stillstand kommt; es wird also selbst bei. geringer Speicherwirkung des Rohrnetzes eine zu große Häufigkeit des An-und Abstellens vermieden.
  • Die beschriebene Anordnung ergibt also den wesentlichen Vorteil, daß bei einer Luftentnahme, die die Liefermenge des auf annähernd gleichen Druck geregelten Hauptkompressors übersteigt, selbsttätig ein Zusatzkompressor zugeschaltet wird, der den veränderlichen Zusatzluftbedarf in wirtschaftlicher Weise deckt und sich -selbst wieder abschältet, wenn die ,gesamte Luftentnahme so weit zurückgegangen ist, daß sie vom Hauptkompressor innerhalb seines wirtschaftlichen Arbeitsbereiches allein bewältigt werden kann.
  • Der Zusatzkompressor kann auch -über Tage aufgestellt werden; will man dann seine Abhängigkeit von dem Druckunterschied -unter Tage beibehalten, so ist eine elektrische Hilfsleitung vom Membranschalter M bis über Tage erforderlich. Uni diese zu vermeiden, kann der Membranschalter auch über Tage an die Preßluftleitung angeschlossen werden; dann ist er natürlich so einzustellen, daß er auf die Druckunterschiede über Tage anspricht. In den beiden zuletztgenannten Fällen hat der Zusatzkompressor natürlich einen höheren Druck zu erzeugen, als wenn er unter Tage steht.
  • Schließlich können auch mehrere Zusatzkompressoreti aufgestellt und in ähnlicher Weise betrieben werden.
  • Bemerkt sei, daß es bei Kesselspeisepumpen bekannt ist, zwei Kreiselpumpen zu verwenden, von denen die zweite sich selbsttätig zuschaltet, wenn die erste zufolge überschreitung einer bestimmten Fördermenge den zur Kesselspeisung erforderlichen Pumpendruck nicht mehr aufrechtzuerhalten vermag. Die Verhältnisse bei der bekannten Pumpenanlage weichen aber von den beim Erfindungsgegenstand vorliegenden Verhältnissen insofern wesentlich ab, als dort das Erfordernis besteht, daß die Fördereinrichtung stets einen durch die Kesselspannung gegebenen und daher als konstant anzusehenden Druck überwindet. Aus diesem Grunde müssen beide Pumpen mit einer selbsttätigen Drehzahleinstellvorrichtung zur Aufrechterhaltung des Pumpendruckes versehen sein, der für beide Pumpen nur wenig verschieden sein darf, und es ergibt sich der grundsätzliche Unterschied, daß die zweite Pumpe bei Überschreitung einer gegebenen Fördermenge sowohl dauernd als auch mit konstantem Druck, jedoch mit je nach den Betriebsverhältnissen verschiedener Leistung mitarbeitet, während bei der Preßlufterzeugungsanlage nach der Erfindung der zusätzliche Kompressor während der Dauer einer Belastungsspitze unabhängig von der benötigten Fördermenge stets mit voller Leistung,, aber mit teilweise aussetzendem Betrieb tätig ist, wobei die hierzu erforderlichen Ein- und Ausschaltungen in Abhängigkeit von den bei dieser Betriebsweise auftretenden Förderdruckschwankungen erfolgen.

Claims (3)

  1. PATENT ANsPRÜcIIE: i. Preßlufterzeugungsanlage für stark schwankende Belastung mit einem Hauptkompressor für die- Grundbelastung und einem absatzweise arbeitenden Zusatzkompressor für Spitzenbelastungen, dadurch gekennzeichnet, daß der -Hauptkompressor mit einer die Drehzahl unterhalb der Grundbelastungsgrenze selbsttätig einstellenden Vorrichtung zur Aufrechterhaltung annähernd konstanten Preßluftdruckes versehen ist, während der Zusatzkompressor mit annähernd gleichbleibender Drehzahl., demnach veränderlichem Förderdruck arbeitet und eine solche Schaltvorrichtung besitzt, die ihn bei überschreitung der Grundbelastung von Zeit zu Zeit mit seiner vollen Förderleistung in Tätigkeit setzt.
  2. 2. Preßlufterzeugungsanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Schaltvorrichtung den Zusatzkompressor erst dann wieder stillsetzt, wenn, der Hauptkompressor mit einer Fördermenge arbeitet, - die.-in- der . Nähe-. der dem besten Wirkungsgrad entsprechenden Belastung liegt.
  3. 3. Preßlufterzeugungsanlage nach. An-Spruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung des Zusatzkompressors gleichzeitig unter der Einwirkung des üblichen Druckreglers und einer zweiten, von feineren Druckunterschieden oder einer Betriebsgröße (z. B. Fördermenge oder Förderungsgeschwindigkeit) des Hauptkompressors beeinßußten Regelvorrichtung derart steht, daß das Stillsetzer des Zusatzkompressors erst erfolgt, wenn auch die zweite Regelvorrichtung in Wirkung tritt. q.. Preßlufterzeugungsanlage nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regelvorrichtung als Zeitschalter ausgebildet ist.
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