DE69231498T2

DE69231498T2 - Druckluftregeleinrichtung

Info

Publication number: DE69231498T2
Application number: DE69231498T
Authority: DE
Inventors: Charles Hunt; J. Mirel; E. Wilson
Original assignee: ConservAIR Technologies Co LLP
Current assignee: Atlas Copco Compressors LLC
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2012-07-11
Also published as: US5325884A; JPH09502546A; EP0610226B1; CA2112891C; EP0610226A1; WO1993001539A1; CA2112891A1; DE69231498D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft Regeleinrichtungen für Druckluftanlagenzuführungen und betrifft insbesondere, obgleich nicht ausschließlich, eine verbesserte Luftregeleinrichtung für Druckluftzuführungen, die zur Anwendung kommen, um eine industrielle oder großtechnische Anlage mit Energie zu versorgen, und ein komplettes Luftsystem, das eine derartige Luftregeleinrichtung mit einer Luftverdichtereinrichtung und einer nützlichen druckluftbetätigten Anlage integriert.

HINTERGRUND

Viele Fabriken benutzen Druckluft als Hauptquelle der Leistung für das Betreiben ihrer Produktionsmaschinen. Die Luft wird typischerweise von auf der Baustelle oder in der Nähe befindlichen Verdichtem zugeführt und zu einer nachfolgenden Verwendung oder einem nachfolgenden Bedarfsbereich durch ein Verteilungssystem in Rohrleitungen gefördert, wobei eine druckstabilisierende Speichereinrichtung stromaufwärts in der Form von Tanks oder Sammelbehältern bereitgestellt wird. Eine typische Anlage umfaßt druckluftbetätigte Werkzeugmaschinen, Bohrmaschinen, Mutternschlüssel, Pressen und Drehmaschinen ebenso wie Fräsmaschinen und Schwabbelmaschinen und Spritzkabinen mit niedrigem Bedarf sowie eine Geräteausstattung. Auf eine derartige Anlage bezieht man sich im Fachgebiet im allgemeinen als der "Artikel", ein allgemeiner Begriff, der zu gleich etwas bedeutet, das mit dem Luftsystem in Verbindung steht, um einen Gebrauch von der Zuführung zu machen.
Die Endverbraucher wünschen, daß das Luftsystem einen angemessenen Druck beibehält, damit ihre druckluftbetätigte Anlage funktioniert, und wenige betrachten die Energiekosten der Luft. Hauptveränderungen beim nachfolgenden Bedarf erzeugen sich verändernde Belastungen bei den Verdichtern. Luftverdichter werden typischerweise entsprechend dem Systemzuführdruck reguliert, wobei sie angeschlossen werden, während der Systemdruck am Verdichter oder in der Nähe davon auf unterhalb eines Grenzdruckes absinkt, und wobei sie bei einem höheren Ausschaltdruck in einen nicht angeschlossenen Zustand gehen. Das ist zwangsläufig eine ziemlich undurchdachte Regeleinrichtung, insbesondere, da Luftverdichter langsam auf Veränderungen reagieren. Während die Produktion in der Fabrik absinkt, beispielsweise am Ende einer Schicht, nimmt der Luftbedarf ab, und diese Abnahme kann ziemlich plötzlich auftreten.
Der Systemdruck steigt im wesentlichen an, um die Verdichterleistung zu entlasten, bis die Verdichterausgangsleistung reguliert werden kann, und dieser Überdruck kann die Luftverbrauchsmengenleistung erhöhen, da die noch arbeitenden Maschinen mehr Luft verbrauchen und ebenfalls das Ausströmen verstärkt wird. Diese Überdruckverluste bilden einen künstlichen Bedarf, der zu vergeudeter Energie führt. Indem sie so konstruiert sind, daß ein Grenzarbeitsdruck unter den Bedingungen eines starken Bedarfs beibehalten wird, benutzen die meisten Luftsysteme einen Überschuß an Verdichterleistungsfähigkeit gegenüber der theoretischen Leistungsfähigkeit, die benötigt wird, um zufriedenstellende Betriebsergebnisse zu liefern, woraus ein unnötiger Kapitalaufwand und Betriebskosten folgen.
Druckluftregeleinrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik hängen im allgemeinen vom vorangehend beschriebenen undurchdachten Schalten des Verdichters zusammen mit Druckreglern ab, die beim Artikel funktionieren, um die einzelnen Anlagenteile vor Druckstößen zu schützen. Derartige Regler können von stromabwärts angeordneten Druckdetektoren mit einem Rückführkreis reguliert werden, und typischerweise geben sie Überdrücke an die Atmosphäre ab.
Im allgemeinen wendet der bisherige Stand der Technik eine lokale Regulierung an, wobei wenige, wenn überhaupt, Gedanken an die Regulierung des Gesamtsystems verschwendet werden. Im allgemeinen hat der bisherige Stand der Technik eine geringe Aufmerksamkeit, wenn überhaupt, dem Wirkungsgrad des Gesamtsystems gewidmet. Tatsächlich war es eine überraschende Beobachtung mit Bezugnahme auf die Entstehung der vorliegenden Erfindung, daß die meisten Arbeiter ihre Reglerventile auf Maximum stellen, wahrscheinlich in dem Glauben, daß sie mehr Leistung aus ihrer Anlage herausholen werden. Derartige Arbeiter haben wenig für den Systemwirkungsgrad und die Haltbarkeit der Anlage übrig.
Diese ziemlich einfachen Regelvorrichtungen liefern nur ein vorläufiges Niveau der Regulierung und bewirken wenig, wenn überhaupt etwas, um den Wirkungsgrad des Gesamtsystems zu verbessern. Weitere wesentliche Nachteile in Verbindung mit dem Einsatz derartiger stromabwärts gelegener Durchflußregler sind, daß die mechanische und pneumatische Trägheit oder Hysterese die Ansprechbarkeit des Systems verlangsamen, was die Entwicklung von wesentlichen Abnormalitäten und folglichen Luft- oder Energieverlusten gestattet.
Das GB 2029513 und US Re 29383 offenbaren Anordnungen, die Luftregeleinrichtungen umfassen, die eine Vielzahl von Regelteilanlagen aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei eine jede Luftregeleinrichtung zwischen einer Quelle der Druckluft und einem Luftbedarf bereitgestellt wird, wobei die Luftregeleinrichtung so angeordnet ist, daß der Luftstrom dazwischen reguliert wird.
Das US 4241750 offenbart eine Anordnung für die Anwendung des Druckes des fließenden Mediums beim Regulieren, der an eine Regeleinrichtung für eine Verwendung in einer Laborumgebung angelegt wird, wobei die Anordnung umfaßt: eine Ventilanordnung, die die Zuführung des fließenden Mediums unter Druck zur Regeleinrichtung reguliert; und eine Entlüftung, die den Austritt des fließenden Mediums aus der Regeleinrichtung reguliert.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Druckluftregeleinrichtung für Druckluftzuführungen bereitzustellen, die den Energieverbrauch eines Druckluftsystems mit veränderlichem Bedarf reduzieren kann.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Druckluftregeleinrichtung für Druckluftzuführungen, wobei die Regeleinrichtung reaktionsfähig und schnell ansprechend ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Druckluftregeleimichtung für Druckluftzuführungen, wobei die Regeleinrichtung die Nutzarbeitslasten erhöhen kann, die bei einer Zuführeinrichtung angelegt werden können, ohne daß die Verdichterleistungsfähigkeit erhöht wird.
Ein noch weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Druckluftregeleinrichtung für Druckluftsysteme, die das Luftsystem ausgleichen kann, indem die Zuführung an die Nutzbedarfsleistung genauer angepaßt wird, als es hierin vorangehend möglich war.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Druckluftregeleinrichtung für Druckluftzufühnrngen, die die Vergeudung von Luft oder Verdichterenergie reduzieren kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Druckluftregeleinrichtung für Druckluftzuführungen, die anpassungsfähig ist, um hohe Luftdurchflußgeschwindigkeiten bei maximalem Bedarf zu regulieren, die dennoch natürlich in der Lage ist, viel kleinere Normalbelastungen mit stark verringerten Durchflußgeschwindigkeiten genau zu regulieren.
Die Erfindung liefert eine Abhilfe für eines oder mehrere der Probleme, denen man bei Einrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik begegenete.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Luftregeleinrichtung für einen Hauptkanal eines Druckluftsystems mit im wesentlichen kontinuierlicher Strömung bereitgestellt, wobei das Druckluftsystem aufweist: eine Druckluftzuführeinrichtung, die eine Luftzuführung bewirkt; eine druckluftbetätigte Anlage, die durch die Druckluftzuführeinrichtung bedient wird und einen Luftbedarf liefert; und einen Hauptluftzuführkanal, der zwischen der Druckluftzuführeinrichtung und der druckluftbetätigten Anlage geschaltet ist, um die Luftzuführung auf den Luftbedarf auszurichten, wobei die Luftzuführung einer Schwankung entsprechend den Veränderungen in der Luftzuführeinrichtung und beim Luftbedarf unterliegt; worin die Luftregeleinrichtung aufweist:
a) eine veränderliche regulierbare Durchflußregelanlage für das Regulieren des Luftstromes durch den Hauptluftzuführkanal beim Betrieb, wobei die Durchflußregelanlage eine Vielzahl von Durchflußteilanlagen in einer parallelen Anordnung aufweist;
b) eine Drucküberwachungseinrichtung stromabwärts von der Durchflußregelanlage und so angeordnet, daß ein druckbezogenes Bedarfssignal erzeugt wird, wobei das Bedarfssignal über der Zeit als Funktion der Veränderungen des Druckes schwankt; und
c) eine Betätigungseinrichtung für das Betätigen der Durchflußregelanlage als Reaktion auf das Bedarfssignal, um den Luftdruck stromabwärts zu stabilisieren, wodurch die Luftdurchflußgeschwindigkeit im Hauptluftkanal entsprechend den Druckveränderungen stromabwärts verändert wird; wobei die Durchflußregelanlage außerdem eine Urngehungsteilanlage aufweist, die als Reaktion auf einen vorgegebenen Druckunterschied über die Durchflußregelanlage geöffnet werden kann, um einen Umgehungsluftweg mit im wesentlichen ungehindeter Strömung bereitzustellen; wobei die Einrichtung außerdem eine verfügbare volumetrische Luftkapazität für die Speicherung stromaufwärts vom Hauptluftzuführkanal umfaßt;
wobei die Luftregeleinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Luftsystem in einer Ausführung vorliegt, bei der der Luftgewichtsdurchfluß reguliert wird, wobei eine jede Teilanlage veränderlich ist, um den Luftstrom dort hindurch zu regeln; und die Durchflußregelanlage wirksam ist, um die Zuführung hinsichtlich volumetrischer Luftkapazität einzuschränken, um die wahllose Freigabe von gespeicherter Luft zu verhindern, worin jede der Teilanlagen einen unabhängigen Luftweg zwischen der Luftzuführung und dem Luftbedarf bereitstellt, wobei jede der Teilanlagen ihren eigenen Durchflußregler besitzt, und wobei die Teilanlagen zusammenwirkend und sequentiell für ein gemeinsames Regeln des Luftstromes reguliert werden, wobei eine Vielzahl von Teilanlagen pneumatisch miteinander verbunden und so angeordnet ist, daß sie in Übereinstimmung funktionieren, wobei sie in gleichem Umfang als Reaktion auf die Anwendung eines bestimmten Regelsignals öffnen und schließen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Druckluftsystem, das eine derartige Regeleinrichtung umfaßt.
Die Luftregeleinrichtung dieser Erfindung wird daher zwischen der Zuführung und dem Bedarf in einer Position angeordnet, wo die Speicherkapazität stromaufwärts für Pufferzwecke genutzt werden kann, um das Gleichgewicht zwischen Zuführung und Bedarf zu beruhigen. Diese Speicherkapazität stromaufwärts kann nicht nur von Sammelbehältern erhalten werden, sondern ebenfalls von Rohrleitungen, Trocknem und einer anderen volumetrischen Kapazität im stromaufwärts gelegenen System.
In größeren Luftsystemen wird eine Vielzahl von Verdichtern, deren Anzahl zehn oder mehr betragen kann, und natürlich eine beträchtliche Anzahl und Vielfalt von stromabwärts gelegenen Bedarfsanlagen, die leicht zehn übersteigen und hunderte von Anlagenteilen zählen können, die von einem Verteilernetz von Zweigleitungen versorgt werden.
Der Bedarf stromabwärts kann mittels eines Druckwandlers gemessen werden, wobei die Betätigungseinrichtung die Durchflußregler als Reaktion auf Druckschwankungen so betreibt, daß der Bedarf bei der Druckluftzuführung beruhigt wird.
Auf diese Weise ist die Regelanlage der Erfindung mit einer Anzahl von Regelteilanlagen versehen, die jeweils unabhängige Luftwege oder Kreisläufe zwischen der Luftquelle und dem Luftbedarf bereitstellen, und die jeweils ihren eigenen Durchflußregler aufweisen. Die Luftkreisläufe sollten im pneumatischen Sinn parallel sein, und sie sollten im mechanischen Sinn vorzugsweise parallel sein. Es können mehr als zwei Kreisläufe benutzt werden, und einige oder alle davon können gekoppelt werden, damit sie betrieben oder ihre Durchflußregler in Übereinstimmung oder zusammen angetrieben werden können.
Die Benutzung einer Vielzahl von parallel geschalteten Durchflußreglern zeigt eindeutige Vorteile gegenüber einem einzelnen massiveren Durchflußregler, der gleichermaßen angeordnet ist. Die Größe der Anlage, die benötigt wird, um die Luftdurchflußgeschwindigkeiten in der Größenordnung von zehntausenden ft.³ pro Minute (cfm) zu handhaben, führt größere Hystereseverzögerungen und Trägheitsverluste ein.
Außerdem fehlt es einer derartigen Anlage an Redundanzeinrichtungen, und es kann nicht erwartet werden, daß kleine normale Durchflüsse in einer leicht ansprechenden Weise reguliert werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung werden daher zwei oder drei oder mehrere Regelteilanlagen gekoppelt, um den maximalen Bedarf zu handhaben, während eine weitere Einstellteilanlage für die wirksame Regelung von viel kleineren Normalbelastungen bereitgestellt wird, wobei die gekoppelten Teilanlagen während Perioden mit sehr geringem Bedarf abgeschaltet werden, beispielsweise über Nacht. Die Einstellteilanlage kann natürlich ebenfalls zur Regelung von maximalen Belastungen beitragen.
Zusätzlich zu den Regelteilanlagen weisen die Luftwege vorzugsweise eine Umgehungsteilanlage auf, die beim Versagen öffnet, die bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung reguliert werden kann, um mehrere nützliche Funktionen bereitzustellen, die sich von jenen der Regelteilanlagen unterscheiden, beispielsweise das Dämpfen von Stößen und das Regulieren des Gegendruckes.
Bei der bevorzugten praktischen Durchführung der Erfindung sind die Verteiler so konstruiert, daß sie dem Luftdurchfluß durch sie hindurch einen geringen oder keinen Widerstand entgegensetzen, wodurch eine ungehinderte und leichte Verteilung der Luft zwischen den Luftwegen der Regeleinrichtung der Erfindung und den Zufuhr- und Bedarfskanälen bewirkt wird. Die Verteiler können Ausgleichsbehälter aufweisen, die sich quer von den Regelluftwegen und dem Zufuhr- und Bedarfskanal erstrecken. Wenn die Ausgleichsbehälter großzügig dimensioniert sind, werden sie nicht nur einen ungehinderten Luftdurchfluß erleichtern, sondern ebenfalls zu einer wertvollen Luftspeicherkapazität für Pufferzwecke beitragen. Unter der Annahme, daß sie in einer Querrichtung länglich sind und einen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt in der Querrichtung aufweisen, indem sie beispielsweise zylindrisch sind, können ihre einzelnen Querschnittsflächen vorteilhafterweise eindeutig die Querschnittsflächen der entsprechenden Zuführ- und Bedarfskanäle übersteigen, mit denen sie in Verbindung stehen, vorzugsweise um einen Mindestwert von mindestens 20 Prozent.
Die Verwendung von Ausgleichsbehältern in dieser Weise erleichtert eine stabile integrierte Konstruktion, die, wenn die Teilanlagen im allgemeinen eine selbsttragende Metallrohrkonstruktion aufweisen, durch die Teilanlagen unterbaut ist, die sich zwischen den Ausgleichsbehältern erstrecken. Obgleich sie nicht die einzige mögliche Ausführung ist, ist diese Anordnung darin vorteilhaft, daß sie zweckmäßigerweise für eine Umrüstung bei vorhandenen Luftsystemen angepaßt werden kann, damit sie leicht als eine Zwischenanlage in einen Abschnitt des Hauptrohres im Luftsystem eingesetzt werden kann. Für diesen Zweck kann die Luftregeleinrichtung mit gegenüberliegenden, außen angeordneten und ausgerichteten Zuführ- und Bedarfsöffnungen versehen sein, die an das Hauptrohr angepaßt sind, das damit gekoppelt werden soll.
Ein typisches Druckluftleistungssystem weist auf Luftverdichter, die die Druckluftquelle bilden; Sammelbehälter; Wärmetauscher; und eine Verteilerrohrleitung ebenso wie die nutzbaren Anlagen oder Maschinen, die durch die Druckluft angetrieben werden und den Bedarf ausmachen. Eine oder mehrere der Regelanlagen dieser Erfindung kann in ein derartiges System eingebaut werden, und es wird vorzugsweise in einer Hauptzuführleitung oder einem Hauptrohr in Form der volumetrischen Kapazität so nahe am Bedarf wie durchführbar angeordnet, was von den ausreichenden Rohrdurchmessem im System abhängig ist. In den meisten Situationen wird nur eine Regelanlage geeignet sein, so daß sie in einer oder wahrscheinlicher der Hauptzuführleitung oder dem Hauptrohr angeordnet wird. Große Luftsysteme können jedoch einen Vorteil aus einer Vielzahl von Regelanlagen ziehen: eine für jeden einer Anzahl von Hauptabzweigkanälen.
Durch Anordnen der Regelanlage in einer Position stromabwärts liefern die einzigartigen charakteristischen Eigenschaften der Erfindung spezielle Vorteile, die zu einem ausgeglicheneren und wirtschaftlicheren Luftsystem führen. Genauer gesagt, die volumetrische Kapazität stromaufwärts, die neben den Verdichtern irgendwelche Sammelbehälter, eine stromaufwärts gelegene Rohrleitung, Wärmetauscher und andere stromaufwärts gelegene Anlagen aufweist, kann durch die Einrichtung der Erfindung in eine nutzbare primäre Speicherung umgewandelt werden, die eine wertvolle Druckpufferkapazität bereitstellt, die in starkem Maß zum Gesamtgleichgewicht des Systems unter einer Vielzahl von Bedingungen beiträgt, wodurch sein Wirkungsgrad verbessert wird.
Außerdem kann das stromabwärts gelegene Verteilungsrohrsystem mit der Bedarfsanlage reguliert werden, um es mit einem konstanteren Druck zu betreiben, als das bisher möglich war. Tatsächlich ist es ein wichtiger Vorteil dieser Erfindung, daß der Bedarfsdruck größtenteils, während genau lokale Einschwingvorgänge ignoriert werden, während die Anlage angeschlossen und getrennt wird, innerhalb eines überraschend schmalen Bereiches eingeschränkt werden kann, wodurch der Betriebswirkungsgrad und die Stabilität des Systems zur Zufriedenheit der Benutzer und der Betriebsleitung gleichfalls in starkem Maß verbessert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung wird nachfolgend detailliert mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die nur eine spezifische Ausführung der Erfindung veranschaulichen, und die zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Luftzufübrregeleinrichtung entsprechend dieser Erfindung, die im Aufriß oder in der Draufsicht gedeutet werden kann, und bei der verschiedene elektronische und Meßfühlerteileinrichtungen der Deutlichkeit halber weggelassen wurden;
Fig. 2 eine Darstellung gleich Fig. 1 von einer weiteren Ausführung der Erfindung, bei der einige mögliche elektronische und Meßfühlerteileinrichtungen schematisch gezeigt werden, wobei gleiche Bauteile die gleichen Bezugszahlen wie in der Ausführung der Fig. 1 anwenden; und
Fig. 3 (am 10. Juli 1992 hinzugefügt) eine Darstellung gleich Fig. 2 von einer weiteren Ausführung der Erfindung, bei der mehrere Regelanlagen in Verbindung mit Reihen von Verdichtern eingesetzt werden, um ihre Belastung und Entlastung wirksamer zu handhaben.

GEEIGNETSTE METHODEN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezugnahme auf Fig. 1 wird die Luftzuführregelanlage im allgemeinen mit 10 angezeigt und weist auf drei Hauptluftregelteilanlagen 12; eine Einstelluftregelteilanlage 14; und eine Umgehungsteilanlage 16. Die Teilanlagen 12, 14 und 16 liegen jeweils in der Form eines Rohres vor, das verschiedene Regelvorrichtungen trägt, die beschrieben werden, und jede erstreckt sich in einer im allgemeinen parallelen Weise zwischen einem Paar von senkrecht angeordneten Ausgleichsbehältern 18 und 20, mit denen die Teilanlagen 14 und 16 in unbehinderter Verbindung sind, wobei dazwischen regulierte Luftwege bereitgestellt werden.
Die Ausgleichsbehälter 18 und 20 können geschweißte zylindrische Stahlbehälter mit gewölbten Abschlußdeckeln 22 sein, und sie sind mit einer Anordnung von angeflanschten Teilanlagenöffnungen 24 versehen, die längs einer Seite ausgerichtet sind. Auf einer gegenüberliegenden Seite weist der Behälter 18 eine angeflanschte Eintrittsöffnung 26 auf, um mit einem Luftzuführhauptkanal (nicht gezeigt) in Eingriff zu kommen, und um Druckluft aufzunehmen. Gleichermaßen weist der Behälter 20 auf einer Seite, die seiner Anordnung von Öffnungen 24 gegenüberliegt, eine angeflanschte Austrittsöffnung 28 auf, die mit einem Luifförderkanal (nicht gezeigt) in Eingriff gebracht werden kann, wobei der Förderkanal zur druckluftbetätigten Anlage oder den Maschinen führt, die vom System bedient werden. Der Behälter 18 wird daher ein stromaufwärts gelegener Verteiler, während der Behälter 20 zu einem stromabwärts gelegenen Verteiler wird.
Jede Luftregelteilanlage 12 und 14 ist in ihrem mittleren Abschnitt mit einem Durchflußregler 30 ausgestattet und an ihren Enden mit einem Paar von Betriebsventilen 32, um sie vom Ausgleichsbehälter 18 oder 20 zu trennen. Stromaufwärts vom stromabwärts gelegenen Betriebsventil 32 weist jede Teilanlage 12 und 14 ein Einwegregulierventil 34 auf, um einen Rückstrom durch den Luftweg oder Kreislauf vom Bedarf zur Quelle zu verhindern, der von der Teilanlage bereitgestellt wird.
Jeder Durchflußregler 30 weist eine Vorsteuerluftöffnung 36 für eine Druckluftregelleitung (in Fig. 1 nicht gezeigt) auf, die den Durchflußregler mit einem Druckluftmeß- und Betätigungssystem verbindet, das vollständiger in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird. Vorsteuerluftöffiiungen 38, eine für jeden, dienen bei den Ausgleichsbehältern 18 und 20 einem gleichen Zweck. Die Durchflußregler 30 werden vorzugsweise durch Servoeinrichtungen angetrieben, die schematisch mit 44 gezeigt werden (wobei sie mit anderen Elementen des Systems Schritt halten). Die Servoeinrichtungen 44 werden vorzugsweise durch Druckluftsignale betätigt und reguliert, die durch die Vorsteueröffnungen 36 im bevorzugten Managementuntersystem der Erfindung empfangen werden, das elektropneumatische Wandler einsetzt. Vorteilhafterweise weisen die Durchflußregler 30 Ventilelemente auf, die in eine geschlossene Position federvorgespannt sind. Bei alternativen Ausführungen, die einige der Vorteile der Erfindung liefern, können jedoch die Druckluftaspekte des Managementsystems im wesentlichen elektronische, fluidische oder sogar manuelle Elemente sein, wobei die Servoeinrichtungen 44 durch ein elektronisches Signal betätigt werden. Wie schematisch durch die gemeinsame Linie 40 gezeigt wird, werden die drei Durchflußregler 30 der drei Hauptluliregelteilanlagen 12 in Übereinstimmung betrieben, wobei sie gleiche Regelsignale empfangen und in gleichem Maß öffnen und schließen, während jene Signale angelegt werden. Die Einstellteilanlage 14 und ihr Regler 30 funktionieren unabhängig von den Hauptteilanlagen 12. Diese drei Hauptluftteilanlagen 12 könnten mit einem gewissen Vorteil als Reaktion auf Druckdifferenzen oder Druckpegel durch einen mehr oder weniger direkten mechanischen Antrieb oder sogar mit einem gewissen manuellen Eingriff betätigt werden, aber ein derartiges mechanisches oder manuelles Managementsystem wäre weit weniger wirksam als das bevorzugte elektropneumatische Managementsystem, das beschrieben wird.
Die Umgehungsteilanlage 16 ist mit einem motorisierten Umgehungsventil 46 ausgestattet, das eine weitere kleine Servoluftöffnung 48 aufweist und in einem unabhängigen, aber parallelen Luftkreislauf zwischen den Ausgleichsbehältern 18 und 20 installiert ist. Sie ist vorzugsweise störungssicher, wobei sie in eine offene Position als Reaktion auf einen Verlust des Servodruckes oder anderer Systemstörungen vorgespannt wird. Die Motorisierung des Umgehungsventils 46 ermöglicht, daß es eine Anzahl von nützlichen Funktionen erfüllt, die beschrieben werden.
Jeder Durchflußregler 30 ist in der gesamten Regeleinrichtung eine Hilfsanlage und ist so konstruiert, daß er kleine oder leichte sich bewegende Betätigungselemente aufweist, um die innere mechanische Trägheit im Ventilantrieb des Durchflußreglers und die folgenden Hystereseverzögerungen zu minimieren. Die Durchflußregler 30 müssen ebenfalls so konstruiert sein, daß die Durchflußkapazität des Reglers 30 im Verhältnis zu seiner Größe maximiert wird, wodurch der Strömungswiderstand und die Druckabfälle über dem Durchflußregler minimiert werden. Sie müssen einen ungehinderten Durchfluß ohne Verengung hinsichtlich der weit geöffneten Position zeigen. Trennwandabsperregler mit Rückkopplungsregelung sind geeignet, beispielsweise die R18 Serie von Pilotreglern, die von der C. A. Norgren Co., Littleton, CO, geliefert werden.
Während vorrätig gehaltene Durchflußregler bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung eingesetzt werden können, ist die bevorzugte Praxis, um die hierin offenbarten Ziele zu erfüllen, die Modifizierung derartiger Durchflußregler oder Regler, um deren Strömungswiderstand und jeglichen Druckabfall über sie zu reduzieren. Das kann durch Verwendung von leichteren Federn als bei den vorrätigen, Verschließen jeglicher Leckstellen oder Austrittsöffnungen, Polieren und andere Verfahren bewirkt werden, die den Fachleuten vertraut sind, die das Verändern oder Modifizieren von Durchflußregelelementen derart umfassen, daß sie leichter werden oder einen vollständigeren Durchfluß in der weit geöffneten Position bieten. Ebenfalls oder alternativ können die Logikschaltungen, die beschrieben werden, so angepaßt werden, daß sie Druckverluste über die Durchflußregler ausgleichen, sobald ihre Werte bestimmt wurden. Derartige Moditizierungen können ebenfalls darauf ausgerichtet sein, daß sie die mechanische Trägheit im Ventil oder Regler verringern und die Ansprechgeschwindigkeit erhöhen, wobei alle diese Betrachtungen den Gesamtwirkungsgrad beeinflussen.
Das Problem der Reduzierung der Druckverluste ist wichtig, weil die Regeleinrichtung eine eingearbeitete Einrichtung ist, die ihr Vorhandensein durch geeignete Einsparungen rechtfertigen muß. Diese werden nicht erreicht, wenn die Regeleinrichtung bedeutende Energieverluste mittels der Druckabfälle einfuhrt. Außerdem ist ein geringer Druck für Regelzwecke verfügbar. Ein typischer Speisedruck kann im Bereich von 200 bis 244 kPa (90 bis 110 psig) liegen. Wenn der Regler 89 N (20 lb) oder so etwa absinkt, wie es einige tun, wird er die Leistung der Anlage behindern.
Die Servoeinrichtungen 44 arbeiten vorzugsweise gegen eine Federeinrichtung, die den Durchflußregler oder das Ventil 30 in eine geschlossene Position vorspannt. Geeignete servo- oder druckluftventilpositionierte Anlagen werden von Cashco, Inc., Elsworth, KS, geliefert, beispielsweise ihre Betätigungseinrichtungen der Serien #48 und #148, die eine Rolltrennwandkonstruktion mit mehreren Federn aufweisen. Diese sind in Konstruktionen verfügbar, die nicht öffnen oder nicht schließen. Ein Nichtschließen ist für die Durchflußregler 30 geeignet, während ein Modell, das nicht öffnet, als die Motoranlage für das motorisierte Umgehüngsventil 46 eingesetzt werden kann.
Die Regulierventile 34 sind dazu gedacht, den Rückstrom zu verhindern, und es müssen hochqualitative Ventile sein, die auf kleine Gegendrücke ansprechen, und die wirksam abdichten, vorzugsweise bläschendicht.
Die Betriebsventile 32 müssen minimale Durchflußeinschränkungen sichern, wobei ein Durchflußweg über die gesamte Bohrung bewirkt wird, und sie müssen dazu dienen, eine einzelne Luftregelteilanlage 12 oder 14 für eine Wartung oder Auswechselung zu trennen. Eine Kugelkonstruktion über die volle Öffnung ist ein Beispiel für eine geeignete Konstruktion. Bei der gezeigten Mehrfachweganordnung können einzelne Luftregelteilanlagen 12 oder 14 herausgenommen werden, während die anderen in Betrieb sind, wodurch Abschaltungen für die Wartung vermieden werden.
Die Betriebsventiltrennung ist normalerweise für die Umgehungsteilanlage 16 nicht erforderlich, kann aber bereitgestellt werden, wenn es gewünscht wird. Vorzugsweise wird das Umgehungsventil 46 reguliert, um einen vorgegebenen Druckunterschied über der Luftregeleinrichtung 10 aufrechtzuerhalten, um eine augenblickliche Zunahme der Durchflußgeschwindigkeit und die begleitende Erschöpfung der Speicherung stromaufwärts auf unterhalb der gewünschten Druckgrenzwerte zu verhindern, die eine verfrühte Inbetriebnahme des Verdichters auslösen können.
Die Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt wird, ist in der am meisten bevorzugten Ausführung dieser Erfindung selbsttragend und starr konstruiert. Es wird erkannt werden, daß die im allgemeinen geradlinige Anordnung einer Vielzahl von Luftwegen, die sich zwischen zylindrischen Ausgleichsbehältern 18 und 20 erstrecken, dieses Ziel erleichtert. Die etwas planare oder laminare Konstruktion mit einer mäßigen Tiefe und viel größeren Breite und Höhe und einer mehr oder weniger rechteckigen Gesamtkonfiguration ist insbesondere für die Umrüstung bei einer Vielzahl von Situationen in einer zweckmäßigen und kompakten Weise bequem. Die Luftregeleinrichtung kann leicht als integrierte Anlage in einer horizontalen oder vertikalen Position mit wenigen, wenn überhaupt, zusätzlichen Halteeinrichtungen, wie beispielsweise Halterungen oder Stützen, installiert werden, wobei angenommen wird, daß die passenden Luftzuführ- und Förderleitungen an den oder nahe der Eintritts- und Austrittsöffnungen 26 und 28 stabil gehalten werden.
Eine robuste oder stabile selbsttragende integrierte Konstruktion der Luftzuführregelanlage 10 wird durch die Verwendung von geeignet bemessenem Stahlrohr für die Rohrelemente der Teilanlagen 12, 14 und 16 mit Flanschverbindungen zu und zwischen den funktionellen Bauteilen der Teilanlagen 12, 14 und 16 und durch eine geschweißte angeflanschte Stahlkonstruktion der Teilanlagenöffnungen 24 bei den Ausgleichsbehältern 18 und 20 begünstigt. Diese Anordnungen von ausgerichteten Öffnungen 24 helfen dabei, Rotations- und Verdrehungsspannungen auszuhalten.
Bei einer praktischen und beispielhaften Ausführung, die natürlich als den Bereich der Erfindung nicht einschränkend verstanden werden soll, und die für das Handhaben einer Luftdurchflußkapazität mit normalem Maximum oder einem Nennwert von etwa 14,2 m³/s (3000 cfm) geeignet ist, weisen die Luftzufuhr- und Förderkanäle des Luftsystems und daher die Eintritts- und Austrittsöffnungen 26 und 28 der Luftregeleinrichtung der Erfindung Innendurchmesser von 76 mm (3 in.) auf, wobei die Teilanlagen 12, 14 und 16 Innendurchmesser von etwa 63 mm (2,5 in.) jeweils aufweisen. Die Ausgleichsbehälter 18 und 20 sind geeigneterweise etwa 1220 mm (48 in.) lang oder hoch und zeigen einen Durchmesser von etwa 102 mm (4 in.), wobei die Breite der Einrichtung 10 über den Eintritts- und Austrittsöffnungen 26 und 28 etwa 1370 mm (54 in.) beträgt. Diese Abmessungen verleihen den Ausgleichsbehältern 18 und 20 ein Volumen in der Größenordnung von etwa 9,5 Liter (580 in.³). Bei sorgfältiger Auswahl der funktionellen Bauteile kann die Tiefe auf etwa 460 mm (18 in.) beschränkt werden.
Die Ausführung aus Fig. 2 zeigt eine modifizierte Luftregelanlage 10, die aufweist: drei Hauptluftregelteilanlagen 12; eine Umgehungsteilanlage 16, die auf der anderen Seite der Teilanlagen 12 von der Position in Fig. 1 angeordnet ist, wobei aber jegliche Einstellteilanlage 14 fehlt.
In einer Strich- und Kästchenweise wird schematisch ein elektropneumatisches Managementsystem gezeigt, das Luftmeßfühler und Servoeinrichtungen sowie eine Digital- oder Analogsignalverarbeitung benutzt. Das ist ein bevorzugter Betriebszustand, der sich für einen Computeranschluß eignet, insbesondere einen PC oder ein PC-Netz, und der wirksam mit einem geringsten menschlichen Eingriff funktionieren kann.
Dieses Managementsystem, das bald detaillierter beschrieben wird, zeigt seine eigenen neuartigen und schöpferischen charakteristischen Eigenschaften und ist die beste gegenwärtig bekannte Einrichtung für die Handhabung der Luftregelanlage 10 oder eines Luftsystems, in dem eine Luftregelanlage 10 installiert ist. Es ist jedoch natürlich nicht das einzige mögliche Managementsystem, das benutzt werden kann, während dennoch Vorteile aus den neuartigen und schöpferischen charakteristischen Eigenschaften der Luftregelanlage 10 gezogen werden. Einfachere Systeme, die vielleicht mehr einen manuellen Eingriff anwenden, werden den Fachleuten einfallen. Andererseits kann erwartet werden, daß Fortschritte in den wichtigen Fachgebieten des Prozeßmanagements, der Signalverarbeitung und Meßfühlerkonstruktion verbesserte Managementsysteme liefern werden, die die Vorteile der Erfindung oder Erfindungen, die hierin offenbart werden, besser ausnutzen.
Jetzt mit Bezugnahme auf das spezielle Managementuntersystem, das in Fig. 2 abgebildet wird, weist dieses Untersystem auf: ein Gehirn in der Form eines kleinen Logikreglers 100; ein Bediener- Interface 102; Meßfühler in der Form eines Druckwandlers 104; einen Differenzdruckwandler 106; und einen Massendurchflußmesser 108; ebenso wie vier parallelgeschaltete elektropneumatische Wandler 110. Diese Bauteile stehen durch ein zweiseitiges Nervensystem in Verbindung, das aufweist: auf der Druckluftseite kleinbemessene hochwertige Luftleitungen, beispielsweise 6,25 mm (1/4 in.) verstärkter Kunststoff mit Messingabschlüssen; und auf der elektrischen oder elektronischen Seite Leiterdrähte von angemessener Drahtdicke, um beispielsweise Signalströme von 4 bis 20 mA ohne wahrnehmbare Dämpfung zu führen.
Das Nervensystem umfaßt eine gemeinsame Entlüftungsleitung 112, die von der Öffnung 38 im stromaufwärts angeordneten Ausgleichsbehälter 18 verläuft und den Druck darin an die vier elektropneumatischen Wandler 110 anlegt, von denen ein jeder in einem unabhängigen parallelen Kreis durch eine Luftleitung 114 mit den drei Durchflußreglern 30 in den Hauptluftregelteilanlagen 12 und mit dem motorisierten Umgehungsventil 46 in der Umgehungsteilanlage 16 verbunden ist. Die elektromagnetischen Wandler 110 werden separat durch Signale betätigt, die über einzelne Leiter 116 empfangen werden, und jeder weist eine Luftauslaßleitung 114 auf, die mit der Öffnung 36 eines Durchflußreglers 30 oder der Öffnung 48 des motorisierten Umgehungsventils 46 gekoppelt ist. Auf diese Weise können die elektropneumatischen Wandler 110 Druckluft vom Ausgleichsbehälter 18 anwenden, um den Durchflußregler 30 oder das Umgehungsventil 46 in Übereinstimmung mit elektrischen Regelsignalen anzutreiben oder zu betätigen, die vom kleinen Logikregler 100 empfangen werden.
Ein geeigneter empfindlicher elektropneumatischer Wandler 110, der für Präzisionsventilbetätigungszwecke konstruiert ist, wird von Fairchild Controls geliefert, beispielsweise ihre Serie T6000 von Miniaturwandlern, die ein Druckluftsignal übertragen, das einem Gleichstromeingang linear proportional ist, beispielsweise ein Regelsignal von 4 bis 20 mA. Diese Produkte sind ebenfalls feldreversibel, was gestattet, daß der Ausgang dem Eingangssignal umgekehrt proportional ist.
Der Druckwandler 104 liest den Druck im stromabwärts angeordneten Ausgleichsbehälter 20 von der Luftöfhgung 38 über eine Luftleitung 118 und sendet ein entsprechendes Ausgangssignal an den kleinen Logikregler 100 über einen Leiter 120. Ein geeigneter Druckwandler ist ein Meßfühler mit veränderlicher Kapazität, der einen Signalausgang von 4 bis 20 mA mit einer Empfindlichkeit von mindestens 1 Prozent erzeugt. Die Setra Systems, Inc., Acton, MA, liefert einen derartigen Wandler in ihrer Modellreihe 206/207 mit einer angekündigten Empfindlichkeit von etwa 0,13%.
Der Differenzdruckwandler 106 nimmt Luftdruckeingänge vom stromaufwärts gelegenen Ausgleichsbehälter 18 über eine Luftleitung 122 und vom stromabwärts gelegenen Ausgleichsbehälter 20 über eine Luftleitung 124 auf und gibt ein Differenzsignal, das den Druckunterschied zwischen den Behältern 18 und 20 widerspiegelt, an den kleinen Logikregler 100 über einen Leiter 126 aus.
Der Massendurchflußmesser 108 ist vorzugsweise nur stromabwärts von der dazwischen montierten Luftregelanlage 10 angeschlossen, wie durch die Linie 129 angezeigt wird, und sein Ausgangssignal, vorzugsweise ein Analogstromsignal im Bereich von 4 bis 20 mA, gelangt über einen Leiter 128 zum kleinen Logikregler. Der Massendurchflußmesser kann irgendeine empfindliche Vorrichtung sein, die genaue Durchflußmessungen in einem Kanal ohne einen übermäßigen Verlust an Druck über diesen vornehmen kann.
Ein bevorzugter Massendurchflußmesser erzeugt einen temperaturausgeglichenen Ausgang, wofür er einen Temperaturmeßfühler einschließen kann, um die Lufttemperatur innerhalb des Kanals zu ermitteln, und um Schwankungen bei jener Temperatur zu verfolgen. Ein geeigneter Massendurchflußmesser ist ein Einsetztyp und weist einen Heizmeßfühler auf, der im Luftstrom vorhanden ist. Die Kühlwirkung des Luftstromes wird gemessen, um die Geschwindigkeit des Massedurchflusses zu ermitteln.
Empfindlichkeiten von 5 Prozent oder weniger des Vollausschlages, vorzugsweise unter 2 Prozent, mit einer Durchflußzeitreaktion unter 5 Sekunden, vorzugsweise unter 2 Sekunden, sind wünschenswert. Geeignete derartige Massendurchflußmesser werden von Sierre Instruments unter dem Markennamen "Accu-Flo" geliefert. Diese Instrumente bieten Durchflußgeschwindigkeitsbereiche bis zu 61 m/s (12000 genormte ft/min.) mit einer Vollausschlaggenauigkeit von etwa 1 Prozent und einer Durchflußzeitreaktion von etwa 0,2 Sekunden. Genauere Ermittlungen des Durchflusses durch einen großen Kanal, der einer Turbulenz unterliegt, können durch die Verwendung einer Anordnung von Massedurchflußmesser- Meßfühlern erhalten werden, die um den Kanal herum angeordnet sind. Ein derartiges System wird von Sierra Instruments unter dem Markennamen "Sting" geliefert. Ein derartiges Anordnungssystem kann den Durchschnitt der Ausgänge der Meßfühler genau ermitteln.
Indem man an die potentiellen Einsparungen an Bargeld und den Gewinn aus der Investition denkt, die die Luftregeleinrichtung dieser Erfindung bringen kann, muß die eingesetzte Hardware von hoher Qualität sein, damit sie haltbar und zuverlässig ist, und im Fall der Meßfühler und Regler empfindlich und genau ebenso wie schnell ansprechend.
Außerdem ist es wünschenswert, daß der Druckwandler 104 und der Differenzdruckwandler 106 in der Lage sind, Echtzeitsignale auszugeben, die genaue Widerspiegelungen nicht nur der statischen Drücke in Probeintervallen sind, sondern ebenfalls Echtzeitmitteilungen von Druckschwankungen auf einer Teilsekundenbasis, besser noch Millisekundenbasis. Daher ist eine bevorzugte Ausgabe vom Druckwandler 104 und Differenzdruckwandler 106 dynamisch und mindestens ein Differential erster Ordnung mit Bezugnahme auf den Zeitpunkt des statischen Druckes oder des Druckunterschiedes (Wandler 106), um eine gewisse Voraussage der Amplitude der Druckveränderung zu bewirken. Ein weiterer Vorteil wird sich aus dem zweiten Differenzdruckausgang ableiten, der bei der Voraussage der Geschwindigkeit nützlich sein kann, bei der eine künftige Druckamplitude erreicht wird.
Ebenfalls in Fig. 2 wird schematisch der Anschluß von Luftverdichtern 130 und dazugehörenden Wärmetauschern 132 und Sammelbehältern 134 an den stromaufwärts gelegenen Ausgleichsbehälter 18 durch einen Luftzuführhauptkanal 136 gezeigt. In einer vergleichbaren Weise wird Druckluft vom stromabwärts gelegenen Ausgleichsbehälter 20 durch einen Förderkanal 138 zu mehreren Betriebsanlagen 140 über ein Luftverteilungssystem gefördert, das schematisch durch die Linien 142 gezeigt wird.
Eindeutig kann die Vorrichtung der Erfindung, ganz besonders die Luftregelanlage 10, auf unterschiedliche Weise entsprechend den Managementalgorithmen betätigt werden, die im kleinen Logikregler 100 zur Anwendung kommen, wenn ein derartiger eingesetzt wird.
Dementsprechend kann die Luftregelanlage 10 in einer einfachen oder einer komplizierteren Weise betätigt werden.
Im allgemeinen mißt das beschriebene Managementuntersystem den Luftbedarf stromabwärts, wie er hauptsächlich durch den bisherigen Druckverlauf beim stromabwärts gelegenen Ausgleichsbehälter 20 widergespiegelt wird, obgleich weitere Vorteile daraus erwachsen können, daß Meßfühler im Verteilungssystem stromabwärts vom Ausgleichsbehälter 20 hinzugefügt werden, insbesondere in der Nähe der kritischen Anlage oder der Anlage mit hohem Bedarf, und es reguliert die Durchflußregler, um den Luftdruck stromabwärts zu stabilisieren. Diese Stabilisierung verbessert den Wirkungsgrad der Luftverwendung, was zu Energieeinsparungen und einer besseren Leistung und Haltbarkeit der Anlage führt.
Durch schnelles Schließen eines offenen Durchflußreglers 30, während der Bedarf absinkt, beispielsweise während die Anlage abgeschaltet wird, wird die Verdichterbelastung, die anderenfalls stromabwärts einen Druckstoß hervorrufen würde, der durch Luftleckstellen und einen wirkungslosen Überdruckbetrieb der restlichen angeschlossenen Anlage abgeleitet werden muß, stromaufwärts aufgenommen, gepuffert in der Speicherung, die durch den Ausgleichsbehälter 18, die Sammelbehälter 134, die Wärmetauscher 132 und die stromaufwärts gelegene Rohrleitung, die den Zuführkanal 136 umfaßt, bewirkt wird. Diese Trennung des stromaufwärts vorhandenen Druckstoßes erzeugt schnell einen Gegendruck bei den Verdichtern, was zu deren frühzeitigen Ausschaltung führt, während der Grenzdruck beim Verdichter gemessen wird. Eine derartige wünschenswerte energieeinsparende frühzeitige Ausschaltung wird nicht nur durch die Tatsache des Schließens der Durchflußregler 30 begünstigt, sondern ebenfalls durch die Schnelligkeit, mit der sie geschlossen werden, indem die Luftregeleinrichtung dieser Erfindung benutzt wird. Der reduzierte Bedarf kann jetzt von der unter Druck stehenden Speicherkapazität stromaufwärts zugeführt werden, verstärkt durch die Speicherung in der Luftregeleinrichtung der Erfindung, was weitere Einsparungen bringt, da die Inbetriebnahme der Verdichter verzögert wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung wendet der kleine Logikregler 100 einen Schleifenregler an, der einen konstanten Eingang vom Bedarfsdruck stromabwärts und seinen Schwankungen auf Zeitbasis vom Druckwandler 104 zusammen mit dem konstanten Eingang vom Differenzdruckwandler 106 empfängt, was durch eine Vergleichsüberwachung ein Speicherdrucksignal stromaufwärts liefert. Diese Eingänge werden über der Zeit integriert, um ein Massendurchflußsignal zu liefern, das als die Basis für einen Ausgang zu den elektropneumatischen Wandlern 110 dient. Das Ausgangssignal wird verarbeitet, um eine Ableitung proportional zum Massendurchfluß und zu den Schwankungen darin zu liefern, die in geeigneter Weise gesteuert wird, um zu gestatten, daß die elektropneumatischen Wandler 110 die Durchflußregler 30 gegen ein Federschließen antreiben.
Die Verarbeitungsalgorithmen umfassen vorzugsweise ebenfalls einen Eingang von den Temperaturmeßfühlern, um einen Temperaturausgleich der Drucksignale zu liefern, und um die Berechnung der genauen Luftgewichtsdurchflüsse zu gestatten.
Dieses Verarbeitungssystem kann ebenfalls ein Mehrschleifensystem sein, das einzelne Schleifen aufweist, eine für jeden Durchflußregler 30 und eine andere Schleife für das Umgehungsventil 46. Wenn es bei der Ausführung aus Fig. 1 zur Anwendung kommt, können diese Prozeßregelschleifen in Übereinstimmung für die Hauptteilanlagen 12 mit einem unterschiedlichen Algorithmus für die Einstellteilanlage 14 betätigt werden. Dieser unterschiedliche Algorithmus wird dennoch bewirken, daß die Einstellteilanlage den Luftdurchflußbedarf auf Massenbasis so genau wie möglich verfolgt, wünschenswerterweise zusammen mit den Hauptteilanlagen 12 für einen maximalen Luftbedarf, während Verfahrensweisen eingeschlossen sind, um nur die Einstellteilanlage bei niedrigen Bedarfspegeln zu betreiben, beispielsweise unterhalb 25 bis 40% des maximalen Nennwertes.
Eine derartige mehrschleifige Primärlogikregelung kann eng mit dem vollständigen Luftsystem integriert werden, das die Quellenluftverdichter umfaßt, indem Ferndruck- oder Durchflußänderungseingänge eingeschlossen sind, beispielsweise von Verdichterumgebungen, wobei die Eingänge benutzt werden können, um Ausgleichsregulierungen einzubringen, um beispielsweise eine Verzögerungssteuerreaktion zu berücksichtigen, die durch den Luftverdichter auferlegt wird. Diese Verfahrensweise des integrierten Systems ist von besonderem Wert, wenn dynamische Verdichter für die Grundlast verwendet werden.
Der kleine Logikregler 100 kann zweckmäßigerweise in einem Steuerschrank eingebaut werden, der separat von der oder an der oder in der Nähe der Luftregelanlage 10 montiert ist, und er könnte mit dem Bediener-Interface 102 eingebaut werden, das eine Tastatur und einen Monitor ebenso wie andere manuelle Regler umfassen kann. Dieser Steuerschrank kann ebenfalls eine Auswahl von wahlfreien Geräteausrüstungen umfassen, beispielsweise: einen elektronischen Drucktaupunktmonitor mit einer regulierbaren Alarmeinrichtung, um bei übermäßiger Feuchtigkeit zu warnen; eine Digitaldurchflußgeschwindigkeitsanzeige; geeichte Manometer; und eine Vielzahl von anderen Anzeige- und Alarmeinrichtungen für hohe und niedrige Drücke, Strom eingeschaltet, Umgehung betriebsbereit, übermäßiger Kohlenwasserstoff, usw.
Insbesondere in einer arbeitsreichen Umgebung mit häufigen Veränderungen des Luftbedarfs ist eine schnelle Reaktion für den Wirkungsgrad dieser Regeleinrichtung entscheidend, um zu sichern, daß die Durchflußregler 30 mit dem tatsächlichen Bedarf Schritt halten und nicht dahinter zurückbleiben. Sogar ziemlich geringe Verzögerungen könnten eine Regeleinrichtung in schlechtem Zustand hinterlassen, außer Schritt mit der Anlage, wie beispielsweise einer Druckluftramme, die in kurzen Stößen betätigt wird, was zu bedeutenden Verlusten stromabwärts führt, wenn die Durchflußregler offen sind, wenn die Anlage nicht angeschlossen ist. Die Regeleinrichtung dieser Erfindung umfaßt eine Anzahl von charakteristischen Merkmalen, die die Reaktionszeit begünstigen und die Verzögerungen reduzieren.
Insbesondere ist es mittels der Erfindung möglich, die Durchflußregler 30 zu betätigen oder einzelne davon auszuwählen, um mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die die Geschwindigkeit der Veränderung des Luftbedarfs widerspiegelt. Dieses charakteristische Merkmal kann erreicht werden, indem ein gemessenes Drucksignal, das mindestens ein Zeitdifferential erster Ordnung ist, oder ein direktes Massendurchflußmeßfühlersignal benutzt wird. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit der mechanischen Funktion der Durchflußregler der Geschwindigkeit der Veränderung des Bedarfs direkt proportional, so daß ein geringes oder kein Überschreiten oder Unterschreiten des eingestellten Druckes zu verzeichnen ist.
In starkem Maß trägt zu diesen Zielen die Benutzung einer Vielzahl von parallelen Luftregelkreisen bei, die durch die Teilanlagen 12 und 14 bereitgestellt werden. Wo, wie bei den bevorzugten Ausführungen, der Durchmesser eines Strömungsweges einer jeden Teilanlage von 10 bis 33% kleiner ist als der der Eintrittsöffnung 26 und der Austrittsöffnung 28, besser noch von 15 bis 20% kleiner, wird dann ein Paar von Teilanlagen dazwischen einen größeren Strömungsquerschnitt bereitstellen als die Kanäle 136 und 138, wodurch ein voller Durchfluß gestattet wird, wobei die Durchflußregler 30 fast in ihren weit geöffneten Positionen sind, wo sie ein besseres Ansprechvermögen zeigen. Im Gegensatz zu einer vermeintlich einzelnen massiveren Regelteilanlage weisen die sich bewegenden Elemente und Ventilantriebe der kleineren parallelen in Gruppen angeordneten Regler 30 dieser Erfindung eine einzelne geringere träge Masse auf, die sie in die Lage versetzt, schneller anzusprechen. Zusätzlich werden die Ventilelemente der Durchflußregler 30, während sie in eine geschlossene Position federvorgespannt sind, sorgfältig auf einen minimalen wirksamen Schließdruck reguliert und geeicht, um so den Druckaufbau über den Durchflußregler 30 zu minimieren, bevor er öffnet.
Um sich an den absinkenden Systembedarf anzupassen, reduziert der Logikregler 100 den Servodruck bei den einzelnen Hauptdurchflußreglern 30 proportional zum Absinken des Luftmassendurchflusses durch ein geeignetes Signal zu den elektropneumatischen Wandlern 110.
Schließlich werden die Hauptdurchflußregler abgeschaltet, wie es erforderlich ist, um die stabilisierte Regelbefügnis beizubehalten.
Um eine Massendurchflußüberbelastung zu verhindern, können die kombinierten offenen Torschaltungswege der Hauptdurchflußregler auf ein vorgegebenes Maximum begrenzt werden. Als ein zusätzliches Übersteuerungsmerkmal, sollte der Druck stromaufwärts auf unterhalb eines Grenzwertes absinken, können die Durchflußregler vorübergehend in einer entgegengesetzten Richtung angetrieben werden, um zu schließen, während der Druck absinkt, und um so die Speicherung stromaufwärts vor einer übermäßigen Erschöpfung zu schützen.
Wie es bereits angedeutet und aufgezeigt wurde, kann das Umgehungsventil 46 vor mehreren Eventualitäten schützen. Erstens liefert es einen störungssicheren Schutz, um zu sichern, daß die Regelanlage keine Verschlechterungen in das Luftsystem hineinbringt, indem es im Fall des Verlustes an primärer Regelleistung nicht öffnet. Weitere Umstände, unter denen es wünschenswerterweise durch ein Betätigungssignal vom kleinen Logikregler 100 oder einen fernbetätigten Hauptcomputer geöffnet werden kann, sind:
i) Wenn der Bedarfsdruck auf unterhalb eines feldregulierbaren Grenzwertes absinkt, während der Zuführdruck angemessen ist.
ii) Der Differenzdruck über den Ausgleichsbehältern 18 und 20 einen Grenzwert übersteigt.
iii) Oder aus unabhängigen Managementgründen.
Außerdem kann das Umgehungsventil moduliert werden, um Systemunregelmäßigkeiten auszugleichen, beispielsweise kann es benutzt werden, um bei der Gegendruckregulierung eine Unterstützung zu gewähren, um einen Bedarfsstoß zu verhindern, der das System nach unten zieht, indem die Regelbefugnis für das Ventil von den stromabwärts gelegenen Meßfühlern auf ein Drucksignal stromaufwärts umgeschaltet wird.
Diese Einrichtung ist für das wichtig, was als Fallmanagement bekannt ist. Ein Fall ist im allgemeinen eine bekannte Situation oder eine Reihe von Umständen, die das mit sich bringen, was als abnormale Beanspruchungen beim Luftsystem betrachtet werden kann, weil sie von kurzer Dauer sind, und Versuche der Regellogik, eine Regulierung bei den Fallbedingungen vorzunehmen, können nachteilig sein. Ein Beispiel ist die Schichtinbetriebnahme, wie beispielsweise die Rückkehr vom Essen: jedermann schaltet gleichzeitig ein, wodurch ein abnormaler Bedarfsstoß erzeugt wird. Wie es vorangehend beschrieben wird, kann eine geeignete Funktion des Umgehungsventils 46 diesen Stoß regeln, wobei vorübergehend die Benutzer eingeschränkt werden, während sie einen lokalen Druck aufbauen, während die Reserven stromaufwärts bewahrt werden, und die aktive Verdichterkapazität innerhalb stabiler Bedarfsgrenzen eingeschränkt wird. Die Erfindung kann daher die Fallkurven glätten.
Die Erfindung stellt, wenn sie sachgemäß durch Befolgen der hierin vorgelegten Lehren praktiziert wird, eine Luftregeleinrichtung bereit, die in der Lage ist, einen im wesentlichen konstanten Druck stromabwärts beizubehalten, während ein breiter Bereich von Strömungsbedingungen innerhalb einer vorgeschriebenen Konstruktionskapazität gehandhabt wird. Ein Beispiel für erreichbare Regelniveaus ist die Durchflußkonstanz von 3 Prozent oder besser bei den gesamten Durchflußnennwerten. Eine Druckkonstanz stromabwärts von innerhalb 1 Prozent ist ebenfalls während breiter vorgeschriebener Schwankungen im Zuführdruck stromaufwärts erreichbar. Quellendrücke von mehreren hundert lbs., beispielsweise 500 kPa (225 psig), sind bei der praktischen Durchführung der Erfindung geeignet, wobei die niedrigeren Arbeitsdrücke innerhalb eines Bereiches von beispielsweise von 111,1 bis 333,3 kPa (50 bis 150 psig) feldregulierbar sind. Unter derartigen Druckbedingungen können die Luftdurchflüsse auf einen Wert von 0,95 m³/s (200 cfm) ausgeglichen werden.
Wünschenswerterweise, indem beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte Konfiguration zur Anwendung gebracht wird, wird eine angemessene Teilanlagenkapazität für eine Redundanz bereitgestellt, so daß eine Teilanlage außer Betrieb genommen werden kann, während die anderen eine fortgesetzte Regelung bei vollen Luftdurchflullnennwerten bringen.
Aus einer Betrachtung der vorangegangenen Offenbarung wird außerdem ersichtlich, daß die Erfindung eine Einrichtung für das Ausgleichen von Zuführung und Bedarf in einem Druckluftsystem bereitstellt, insbesondere einem größeren System auf einer Luftmassen- oder Luftgewichtsdurchflußbasis, wobei eine bedeutungsvollere und wirksamere Regelung bewirkt wird als die einfache druckbezogene Regelung. Um das zu erreichen, ist es wichtig, die Temperatureinflüsse in angemessener Weise zu betrachten, indem die Temperaturen an den Durchfluß- und Druckmeßstellen ermittelt werden und ein angemessener Ausgleich bei den ermittelten Werten zur Anwendung gebracht wird, um sie zu standardisieren.
Indem eine genaue Meß- und Durchflußregelanlage in Verbindung mit einem Logikregler oder eine Computervorrichtung zur Anwendung kommt, wird es möglich, nicht nur die Luftgewichtsdurchflußbedarfszahlen zu ermitteln, sondern ebenfalls ihre Veränderungsgeschwindigkeiten, die benutzt werden können, um eine gewisse Voraussagbarkeit in das System einzubauen. Außerdem kann ein Vergleich der Bedarfsbilder mit bisherigen Ablaufaufzeichnungen die Voraussagen verbessern, um wesentliche Wahrscheinlichkeiten einer benötigten Kapazität rechtzeitig für eine wirksame Handhabung der Luftverdichter bereitzustellen.
Auf diese Weise liefert die einzigartige Luftregeleinrichtung dieser Erfindung außerdem die nötigen Mittel, um eine Reihe von Verdichtern in einer neuartigen und überraschend wirksamen Weise zu handhaben. Die Luftbedarfsinformation, die von der Regeleinrichtung und ihren Meßfühlern bereitgestellt wird, kann für die Zeit- oder Folgeschaltung der Verdichter verwendet werden. Beispielsweise können neuere wirksamere Verdichter kontinuierlich laufen, während ältere Anlagen nur zu Zeitpunkten der Maximallast in Betrieb genommen werden. Ebenfalls kann die Verdichteraktivität entsprechend der Regelbarkeit und Ansprechbarkeit des betreffenden Verdichters ebenso wie seines Teillastbetriebswirkungsgrades eingereiht werden.
Wiederum in einem großen System kann der Bedarfsbereich in separate Kanalzonen für Regelzwecke aufgeteilt werden, wobei die Zonen durch einzelne Meßfühler oder sogar durch separate Luftregelanlagen 10 abgegrenzt werden. Danach können Daten, die den Speicherdruck, den Massendurchfluß und zusätzliche Fernsignale von den Zonen, vorzugsweise ebenfalls mit einer Information betreffs des Benutzungscharakters der Zonen, wenn sie so unterteilt sind, und wenn eine derartige vorhanden ist, mit einer Regeleinrichtung für mehrere Verdichter zusammengeschaltet werden, um mit konstanter Überwachungsrückkopplung eine optimale Verdichterfolge auf der Basis der einzelnen charakteristischen Verdichtereigenschaften festzulegen, die insbesondere ihre Teillastwirkungsgrade umfassen. Daten aus den Zonen können gewichtet oder reguliert werden, um bekannte oder vorausgesagte charakteristische Luftverbrauchseigenschaften aufzunehmen.

Der folgende Text wird am 10. Juli 1992 hinzugefügt:

Luftverdichter können in mehrere Kategorien unterteilt werden, wobei eine Verdrängung, bei der ein Luftpaket in einer zyklischen Weise verdichtet und abgelassen wird, eine Hauptkategorie ist. Dynamische Verdichter sind eine weitere Hauptkategorie. Dynamische Verdichter beschleunigen kontinuierlich einen Luftstrom gegen eine Prallwand, um ihn zu verdichten. Eine von beiden oder beide dieser Auführungen können als der oder als Bauteile des Luftverdichters 30 eingesetzt werden, der im letzteren Fall ebenfalls eine Reihe von Luftverdichtern sein kann. Rotationsschrauben- und Hubkolbenverdichter sind Beispiele für Verdrängerverdichter, während dynamische Verdichter im allgemeinen Kreiselverdichter sind.
Derartige Verdichter können mit verschiedenen Management- und Regelverfahren zur Anwendung gebracht werden, von denen einige hierin nachfolgend beschrieben werden. Vorzugsweise wird die Verdichterreihe 30 jedoch in Verbindung mit der vorangehend beschriebenen Zwischensystemregelung und mit zusätzlichen Verdichtermanagementverfahren entsprechend der Erfindung betrieben, die hierin nachfolgend beschrieben werden. Derartige neue Managementverdichtersysteme, die hinsichtlich der Verbesserung des Wirkungsgrades eines Luftverdichtersystems vorteilhaft sind, insbesondere eines, das mehrere Verdichter und noch spezieller Verdichter mit unterschiedlicher Leistungscharakteristik einsetzt, sind ebenfalls bei Systemen anwendbar, bei denen das Zwischenregelsystem dieser Erfindung nicht zur Anwendung kommt, aber in Übereinstimmung mit den Prinzipien, die beim Zwischenregelsystem angewandt werden, ist ein wichtiges Prinzip des Verdichtermanagements unter den Vorzeichen der vorliegenden Erfindung, daß die Regelverfahren auf einen Druck stromabwärts oder einen Bedarfsdruck ansprechen, und daß die Verdichterbelastung und die Belastungsveränderungen entsprechend einem Voraussagemodell gehandhabt werden.
Derartige Voraussagemodelle können aus Zeitdifferentialen erster und zweiter Ordnung vom Druck stromabwärts oder Bedarfsdruck entwickelt werden. Vorzugsweise werden sie aus Luftmasse- oder Luftgewichtsdurchflußermittlungen abgeleitet, und vorzugsweise ist ebenfalls eine Luftimpedanz in Luftreihen zwischen den Verdichtern und dem Bedarf geschaltet, um die Bedarfsdruckermittlung zu verbessern. Ebenfalls in einer bevorzugten Ausführung ist die Luftimpedanz veränderlich, vorzugsweise zwischen einem weit geöffneten Volldurchflußwert ohne Widerstand und einem vollständig geschlossenen Wert, und die Impedanz wird reguliert, um den Druck stromabwärts zu stabilisieren.
Maschinen, die gegenwärtig in der Industrie im Einsatz sind, zeigen im allgemeinen die Fähigkeit, daß sie in einer angeschlossenen/nicht angeschlossenen Betriebsweise funktionieren, was bedeutet, daß ein Luftverdichter entlastet oder von irgendeiner Arbeitslast getrennt werden kann, während sein Antrieb weiter läuft, der Luftdurchfluß durch die Maschine selbst aber ausgeschaltet wird.
Die Regler variieren bei unterschiedlichen Ausführungen des Verdichters. Ein Rotationsschraubenverdichter oder eine Rotationsverdrängungsmaschine wendet im allgemeinen das an, was als Modulationsregelung bekannt ist. Eine Modulationsregelung ist ein Luftdrosselventil in der Fördersystemeinströmöffnung, das bei der Luftverdichterausgangsleistung funktioniert, um den Luftdurchfluß durch den Verdichter zu drosseln. Das Ventil öffnet und schließt sich in einem annähernd umgekehrten Verhältnis zum Austrittsluftdruck, wie er vom Verdichter erfahren wird. Im Ergebnis dessen, wenn der Verdichter arbeitet, öffnet und schließt sich das Einlaßventil, wodurch gestattet wird, daß mehr oder weniger Luft durch die Maschine gelangt, um das aufrechtzuerhalten, was als ein relativ konstanter Druck im Druckluftsystem gedacht ist.
Um diese Maschine zu entlasten, ist ein Problem darin vorhanden, daß bei Teillast, beispielsweise bei einer Kapazität von 70%, die durch die Einlaßventileinstellung des Fördersystems festgelegt wird, die durch das Einlaßventil auferlegte Einschränkung ein Vakuum stromaufwärts vom Ventil erzeugt. Das erhöht Pumpverluste, die den Eintrittsluftdruck herabsetzen, wie er vom Luftverdichter erfahren wird. Im Ergebnis dessen, selbst wenn ein reduzierter volumetrischer Durchsatz von Druckluft oder Freon durch Erhöhen der Anzahl der Verdichtungsverhältnisse, die diese Maschine erfahren muß, vorhanden ist, wird die Bremsleistung, die die Luft treibt, dazu neigen, daß sie relativ flach ist.
Daher kann bei Anwendung angenäherter gerundeter Zahlen, um den Punkt durch ein Beispiel zu erläutern, eine Rotationsschraubenmaschine, die mit 100% oder niedrigeren Lasten läuft, wie beispielsweise 80% oder 70% oder niedriger, herunter bis zu einer Last von etwa 40%, etwa die gleiche Größe der Leistung anwenden, als ob sie mit einer Last von etwa 90% betrieben würde. Es ist eine sehr flache Verschlechterung der absorbierten Kilowatteingangsleistung oder absorbierten Leistung in PS zu verzeichnen. Um diese Maschine zu entlasten, steht die Forderung, daß das Einlaßventil vollständig geschlossen wird, und daß der Luft/Öl-Abscheider, der ein grundlegendes Bauteil einer Rotationsverdrängungsmaschine ist, zur Atmosphäre entlüftet wird. Wenn das erfolgt, kann die Leistungsbelastung des Verdichters in einen Bereich von etwa 18 bis 30% der Eingangsbremsleistung absinken.
Ein weiteres Problem bei einem Rotationsschraubenverdichter ist als Rotorrasseln bekannt. Während der Verdichter entlastet wird, entwickelt sich eine Druckinstabilität, die schließlich die Luftseite selbst verschleißen und zerstören kann. Folglich werden die Rotationsschraubenverdichter im allgemeinen in einer Modulationsbetriebsart betrieben, wobei mindestens eine gewisse Luftlast bewegt wird. Die meisten gegenwärtigen Rotationsschraubenverdichter können sinnvoll in einer angeschlossenen/nicht angeschlossenen Konfiguration betrieben werden, aber eine große Sorgfalt muß augeübt werden, um die Anzahl der angeschlossenen/nicht angeschlossenen Zyklen zu begrenzen, um ernsthafte mechanische Probleme zu vermeiden, die zu Verdichterstörungen fuhren können.
Alternative Konstruktionen zur Regelung von Rotationsschraubenverdichtern zeigen eine beschränkte Akzeptanz. Bei einer derartigen Konstruktion ist ein Drehventil längs innerhalb des Luftseitengehäuses montiert. Es läuft auf einer spiralförmigen Schraube, und während eine Last verringert wird, wird, anstatt daß ein Eintrittsventil gedrosselt wird, das Drehventil gedreht. Es öffnet sich, um etwas von der Druckluft im Inneren der Luftseite abzuleiten, wobei ein Druck zurück zu einem offenen Abschnitt der Luftseite entlastet wird. Das verändert die Verdrängung, wodurch eine bessere Proportionakegelung zwischen der Menge an Luft, die durch den Verdichter hindurchgeht, und der Art und Weise der vom Fahrer zugeführten Leistung liefert, was die Leistungsaufnahme bestimmt. Dieser Nocken verringert die Pump- und Drosselverluste, die auf die Modulatorventile zurückgeführt werden können.
Ein weiterer Verdichterregler weist eine Reihe von Ablaßventilen auf, die durch einen einfachen Mikroprozessor gesteuert werden, und die in Längsrichtung in der Luftseite montiert sind. Diese Ablaßventile werden geöffnet und geschlossen, um die Geschwindigkeit der Ableitung auf der Luftseite zu verändern, und um eine Reduzierung der Luftkapazität und eine ziemlich proportionale Reduzierung der Leistung zu bewirken.
Weitere Ausführungen von Rotationsmaschinen, beispielsweise nicht geschmierte Rotationsmaschinen, wie beispielsweise die Atlas Copco Z-Serie, sind besser angepaßt, um angeschlossen/nicht angeschlossen zu funktionieren. Sie weisen eine Konstruktion mit veränderlicher Belastung auf, die das gestattet, aber wiederum kann die reduzierte Leistung im Leerlaufzustand dennoch im Bereich von 15 bis 18 oder 20 Prozent liegen.
Hubkolben- oder kolbengetriebene Verdichter sind bei Teillast besser regelbar. Es gibt mehrere Methoden der Entlastung eines Hubkolbenverdichters. Eine Einlaßventilregulierung, die als IVR oder als Kippregelung bekannt ist, bedeutet einfach, daß die Einlaßventile offen gehalten werden. Die Luftverdichterventile funktionieren barometrisch. Der Differenzdruck über das Ventil kann zunehmen, bis er in der Weise eines stark federbelasteten Regulierventils in den offenen Zustand federt.
Eine einstufige Maschine, bei der die gesamte Verdichtung von der Atmosphäre bis zum Austritt in einer Verdichtungsstufe erfolgt, ist im allgemeinen auf eine Förderleistung von etwa 266,7 kPa (120 psig) begrenzt und erfordert eine Einlaßventilregulierung oder Hochdruckentlastung. Im letzteren Fall wird ein Ablaßventil geöffnet, um den Verdichter vom Druckluftsystem zu trennen. In beiden Fällen wird die Leistung auf etwa 15 Prozent der Vollastbremsleistung weggebracht.
Eine zweistufige Maschine liefert mehr Flexibilität mit Bezugnahme auf die Regelverfahren, die eine Einlaßventilregulierung umfassen können (wobei das Einlaßventil weit offen gehalten wird). Ein weiteres Verfahren ist als Gesamtschließung bekannt, bei der ein Saugventil mittels eines sekundären Ventils getrennt wird, das stromaufwärts im freien Luftsystem angeordnet ist. Ein weiteres Regelverfahren umfaßt die stufenweise Regulierung der Entlastung bei einer Kombination von Einlaßventilregulierung und Volumenflaschen. Bei diesem Verfahren wird Luft in eine Volumenflasche gedrückt, die etwa der volumetrischen Verdrängung des Zylinders bei einer Verdichtung von Null gleich ist.
Bei Anwendung einer Reihe von Regelschritten ist es möglich, eine fiinfstufige Regeleinrichtung zu bilden. Eine Leistungskurve einer fünfstufigen geregelten Maschine zeigt einen bedeutenden Grad an Proportionalität zwischen dem volumetrischen Durchsatz und der Eingangsbremsleistung. Es sind jedoch mechanische Verluste zu verzeichnen, die umfassen: Trägheitsverluste in der Antriebskette; Luftreibungsverluste; Schmierungsverluste; Nebenverluste beim Antreiben von Ölpumpen und anderen peripheren Geräten beim Verdichter, während dennoch ein vernünftiger Grad an Proportionalität beibehalten wird.
Kreiselverdichter, die eine dynamische Konstruktion aufweisen und nicht eine Verdrängung, sind am schwierigsten zu regeln und zu verstehen. In einem Kreiselverdichter wird die Luft in der Ansaugöffnung eines oder mehrerer Kreisekäder eingebracht und tangential aus dem Kreiselrad entleert. Kreiselverdichter funktionieren im allgemeinen in einer Anzahl von Verdichtungsstufen, im allgemeinen zwei, drei oder vier Stufen bei industriellen Anwendungen. Ein Problem beim Regeln von Kreiselverdichtern ist die Erscheinung des Stoßes. Wenn der Verdichter für einen Durchsatz ungenügend gefüllt ist, aus irgendeinem von einer Vielzahl von Gründen, wie beispielsweise Beschränkungen des Einlaßsystems selbst, der Position der Einlaßregelventile, Veränderungen der Eintrittstemperatur (die das Gewicht der Eintrittsluft beeinflussen), können alle einen Kreiselverdichter in einen Stoßzustand bringen. Ein Stoß bedeutet, daß die Laufschaufeln nur teilweise gefüllt sind, wobei in diesem Fall die Luft versucht, sich vorzeitig auszudehnen. Wenn das geschieht, wird die Maschine einem zyklischen Stoßen ausgesetzt, das zwischen einem Funktionieren als Verdichter und als eine Expansionsmaschine wechselt. Dem Stoßen geht im allgemeinen ein Anfangsstoß voraus, bei dem die Betriebstemperatur nach und nach ansteigt, was zu einem tatsächlichen Stoßaussetzen führt, wo die Maschine nicht mehr länger als Verdichter arbeiten wird. Das ist ein ziemlich übliches Problem. Das Stoßen kann verhindert werden, indem die Maschine augenblicklich von der Drucklast stromabwärts mit einem Ableitungsventil getrennt wird, das die Druckluft zur Atmosphäre zurückdrücken wird. Bei einem typischen System wird die Druckmodulation in einem stromaufwärts gelegenen Ventil gemessen, wie es für eine Schraubenmaschine beschrieben wird. Ein Durchflußmeßfühler weist den Luftdurchfluß nach und öffnet sofort ein Abblasventil, um Luft zur Atmosphäre zu blasen, wobei gleichzeitig der Verdichter aerodynamisch vom übrigen Luftsystem getrennt wird.
Das Problem in Form der Leistungsumwandlung ist, daß, während das Modulieren der Maschine nach unten eine Reduzierung der Eingangsbremsleistung bewirkt (was auffallender ist als bei einer vergleichbaren Schraubenmaschine), bis sich das Abblasventil öffnet, an dieser Stelle die Bremsleistung auf fast einen Vollastzustand wiederhergestellt wird, der an die Atmosphäre vergeudet wird.
Weitere Regelverfahren, die bei Kreiselverdichtern zur Anwendung kommen, umfassen Eintrittsleitschaufeln, die die Eintrittsluft von der Ansaugöffnung des Kreiselrades weglenken, und sie erhalten eine Reduzierung, wobei sich der volumetrische Durchsatz bei einer besseren Reduzierung der Leistung vektoriell verringert. Es gibt viele Möglichkeiten zur Regelung von Kreiselverdichtern.
Ein bevorzugtes Funktionsprofil ist die Grundbelastung einer Rotationsmaschine, sei sie ein Rotationsverdrängungstyp oder eine dynamische, und das Einstellen mit einer Hubkolbenmaschine, die eine bessere Regelbarkeit zeigt. Verdichterfolgeregler sind im Fachgebiet bekannt, Rotations-, Hubkolben- und Kreiselausführungen, beispielsweise unter dem Markennamen TENDA MATIL von Ingersoll-Rand Co. Ein derartiger Folgeregler mißt den Druck und reiht das Belasten und Entlasten der Verdichter entsprechend ihrer Größe und der charakteristischen Eigenschaften unter Last/ohne Last ein. Die Auswahl muß sowohl hinsichtlich der Größe der Maschine als auch hinsichtlich ihrer äußersten Regelbarkeit vorgenommen werden.
Als ein erster Hauptparameter oder zwei Parameter wird ein Folgeregler sowohl auf die Größe des Verdichters als auch die Eignung des Verdichters programmiert.
Im allgemeinen funktioniert ein Verdichterfolgeregler nach dem Luftdruck. Das Druckmessen vom Verdichter wird zur Regelung des Folgereglers hinübergebracht. Der Folgeregler regelt danach Matrizen, welcher Verdichter für den Bedarf geeignet sein wird. Der Folgeregler führt ebenfalls etwas anderes durch, weil es eine ziemlich einfache Matrix ist; er kann die Betriebslaufzeit bei den Verdichtern ausgleichen, indem er sie wechselt. Ein Verdichterfolgeregler entsprechend dieser Erfindung spricht jedoch auf Veränderungen des Systemdruckes an und setzt sie wieder durch den PLC gleich, der von formulargespeicherten Daten erneut berechnen wird, welcher Verdichter sowohl nach der Größe als auch Eignung und Regelung in Betrieb sein sollte.
Der TENDA MATIL Folgeregler von Ingersoll-Rand ist eine statische Druckmeßvorrichtung, die den Druckausgang zu einem elektrischen Signal hinüberbringt, um es zu einer Reihe von Verdichtern auszugeben, die danach entsprechend der Notwendigkeit belastet und entlastet werden. Das ist ein reaktives System.
Die vorliegende Erfindung wird durch Messen der Geschwindigkeit der Veränderung beim Systemdruck praktisch durchgeführt, indem die Regelfunktion eher proaktiv als reaktiv gemacht wird. Basierend auf der Geschwindigkeit der Veränderung des Druckes kann ein Verdichter entsprechend der Eignung seiner charakteristischen Eigenschaften dafür ausgewählt werden, daß er in den angeschlossenen Zustand gebracht wird. Das ist ebenfalls eine Gelegenheit, einen Auftrag für ein Startsignal für einen derartigen ausgewählten Verdichter aufzuheben, bevor es ankommt.
Ein Nachteil der Regeleinrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik ist, daß, wenn ein Übergangsereignis auftritt, der nächste Verdichter in Folge in den angeschlossenen Zustand mit dem begleitenden Motoreinschaltstoßstrom oder der Auferlegung von elementaren Stoßbelastungen beim Versorgungsbetrieb plus einer Abnutzung der Funktionsteile des Verdichters gebracht wird, selbst wenn das Ereignis vorbei ist, das die Inbetriebnahme ausgelöst hat. Durch Messen einer Geschwindigkeit der Veränderung eines Druckparameters und der Veränderungen hinsichtlich jener Geschwindigkeit der Veränderung wird entsprechend der Erfindung eine vielseitige Anwendbarkeit erreicht.
Wenn die Geschwindigkeit der Veränderung (Druckvemugerung) abnimmt, ist es möglich, das Startsignal mit begleitenden Energieeinsparungen und einer verringerten mechanischen Wartung aufzuheben. Die meisten industriellen Antriebsmotoren müssen auf vier Starts pro Stunde oder weniger begrenzt sein. Sobald er angelassen ist, muß der Motor typischerweise mindestens 15 Minuten laufen, bevor eine sichere Abschaltung zustande gebracht werden kann. Wenn das System nicht dynamisch druckausgeglichen ist, sind im allgemeinen die auferlegten Veränderungen einer bestimmten charakteristischen Systemeigenschaft entgegenwirkend, was dem gewünschten Ergebnis entgegensteht. Bei typischen industriellen Druckluftsystemen variiert der Systemluftdruck breit und manchmal spontan und kann die paradoxe Situation hervorrufen, daß, während der Systemdruck zu einem Anstieg als Reaktion auf einen verringerten Bedarf neigt, der Gesamtbedarf wegen des künstlichen Bedarfs zunimmt, der durch den höheren Systemdruck hervorgerufen wird. Das ist ein weiterer Nachteil der Folgeregler nach dem bisherigen Stand der Technik. Das Steigern des Bedarfes an Luft und das Inbetriebnehmen von mehr Verdichtern tendiert dahin, daß der Systemdruck auf einen höheren Wert nach oben gebracht wird, wobei mehr Luft noch zu dieser Impedanz gebracht wird, wobei die Impedanz oder dieser künstliche Bedarf das Hinzufügen von mehr Leistung usw. erfordert. Dieses Problem kann überwunden werden, indem ein Folgeregler mit einer Einrichtung integriert wird, um das System auf einer Massendurchflußbasis auszugleichen, nämlich der Zwischenregelanlage 10.
Die hierin beschriebene Zwichenregeleinrichtung der Erfindung strukturiert das Luftsystem in eine wirksamere Konfiguration um. Luft wird aus der Regelanlage mit einem konstanten Druck stromabwärts davon dosiert. Die Luftimpedanz des Systems wird stabilisiert und ist überraschenderweise beim konstanten Verteilungsdruck vorhersagbar. Die Primärspeicherung wird erzeugt, indem ein geregeltes Druckmaximum über dem Speichervolumen stromaufwärts erzeugt wird, das einige der Übergangsereignisse und Stoßbelastungen bedient, die normalerweise als plötzlicher Bedarf gesehen würden, der eine Abdeckung durch die Verdichterleistung erfordert. Effektiv werden zwei wünschenswerte Ziele gleichzeitig erreicht. Es ist eine vorhersagbare Luftimpedanz im System auf der Basis eines konstanten Systemdruckes vorhanden, wobei die Veränderliche des künstlichen Bedarfs im wesentlichen reduziert oder eliminiert wird. Wenn 0,5 m³/s (100 cfm) Bedarf bei 356 N (80 lbs.) hinzugefügt werden, ist es annähernd jene Durchflußgeschwindigkeit, die sich durch das System bewegt. Das Luftsystem der Erfindung kann als eine Verdrängungsverteilungskette beschrieben werden. Ein spezielles Gewicht an Luft wird eingesetzt, um ein Anlagenteil zu betreiben, und es wird direkt durch die gleiche Gewichtsmenge an Luft mit konstantem Druck ersetzt, auf eine konstante Temperatur reguliert.
Die Luft im Speicher bildet einen wichtigen Zeitpuffer, der das Abstimmen der Folgeregler auf einen Algorithmus gestattet. Dieser Algorithmus kann als Reaktion auf eine Geschwindigkeit der Veränderung des Systembedarfsdruckes fünktionieren. In einem System mit mehreren Verdichtern muß auf der Basis der vorangehend erwähnten Parameter eine Ermittlung betreffs dessen vorgenommen werden, welche Verdichter grundbelastet und welche für eine Lasteinstellung eingesetzt werden sollten. Das ist wiederum eine Funktion der Regelung nach der Größe des Verdichters und seiner Regelbarkeit des Leistungsnennwertes bei verringertem Bedarf. Die Zwischenregelung ermöglicht, daß das Luftsystem proaktiv wird, wobei auf einen vorhergesagten künftigen Bedarf einreguliert wird, im Gegensatz zum reaktiven Einregulieren auf einen bisher vorhandenen Bedarf. Eine maximale Leistung kann mit der Speicherung ergänzt werden. Beispielsweise wird angenommen, daß ein Druckabfall mit der Geschwindigkeit von 4,45 N (1 lb.) pro Sekunde im Sammelbehälter nachgewiesen wird, der danach auf 8,9 N (2 lb.) pro Sekunde ansteigt, dann ist ein deutlicher Hinweis auf einen wachsenden Bedarf vorhanden, der durch eine zusätzliche Leistung abgedeckt werden soll. Wenn sich die Umstände jetzt durch ein Gleichgewicht des Ausgleiches innerhalb des Systems verändern und er anstelle von 4,45 N (1 lb.) pro Sekunde mit 2,23 N (1/2 lb.) pro Sekunde absinkt, kann der differenzierte Druck oder die Geschwindigkeit der Veränderung der Druckzuführung beginnen, dieses neue Bedarfsprofil zu überholen, was der Notwendigkeit des Hinzufügens eines weiteren Verdichters zuvorkommt. Bei der Regeleinrichtung dieser Erfindung kann jener Bedarf aufgehoben werden, bevor der Verdichter hinzugefügt wird. Die Regeleinrichtung dieser Erfindung wird sorgfältig ausgerüstet, um einen konstanten Druck stromabwärts beizubehalten. Indem man so verfährt, werden die gemessenen Druckveränderungen oder die Druckdifferenz durch einen Proportional-Integral-Differential-Regelkreis zurückgeführt und dem PLC durch eine integrierte Schaltung zurück zum Motor ausgegeben, der das Ventil antreibt. Der Motor, der das Ventil antreibt, könnte entweder ein pneumatisch geregelter Motor oder ein elektronisch positionierter sein. Wir beabsichtigten die Anwendung einer Druckluftregelung, weil man eine schnellere Reaktion damit erhalten kann, und die Geschwindigkeit der Reaktion ist noch einer der hauptsächlichen Konstruktionsparameter, die wir bei einer Zwischenregelung beibehalten müssen. Das andere Problem bei einer Druckluftregelung ist, daß wir dennoch die zusätzliche Hysterese haben, die durch den Druckluftkreis vom elektronischen zum Druckluftsignal eingeführt wird und danach schließlich als vollständig neues Ventil auf den Hauptdurchfluß reagieren und ihn regeln wird. Ein elektronischer Positionär könnte den Vorteil einer direkteren oder unmittelbaren Translation bewirken, und er legt einen sehr zweckmäßigen Weg der Abstufung der Anzahl der Module vor, die in der integrierten Schaltung eingesetzt werden sollen. Sie nehmen einfach, greifen wir ein Beispiel heraus, 4 bis 20 mA und teilen die 4 bis 20 in mehrere unterschiedliche Amperezahlen. Beispielsweise können die Durchflußregler 30 und möglicherweise ebenfalls das Umgehungsventil 48 parallel innerhalb unterschiedlicher Amperebereiche betrieben werden, vorzugsweise von 1 bis 6 Milliampere (mA) in jedem Bereich. Daher kann ein Durchflußregler bei von 4 bis 8 mA arbeiten, ein anderer bei von 8 bis 16 mA, usw. Vorzugsweise werden diese Bereiche durch eine Bandlücke von einem Milliampere oder zwei unterschieden.
Eine weitere wichtige und wertvolle Fähigkeit der Anwendung der Zwischenregelanlage 10 in Kombination mit einem Verdichterfolgeregler ist die Fähigkeit dabei zu helfen, daß ein Verdichter oder Verdichter innerhalb ihrer vorgeschriebenen Leistungsbereiche gehalten werden, insbesondere mit Bezugnahme auf den Ausgangsdruck.
Beispielsweise mit Bezugnahme auf die Verwendung eines Kreiselverdichters oder Kreiselverdichter als Grundlast ist die Einschaltbarkeit beschränkt, und die Kreiselverdichter arbeiten in einem sehr schmal begrenzten Leistungsband. Wenn er unterhalb oder außerhalb jenes Bandes gebracht wird, wird der Verdichter zu dem, was als Fehlkonstruktion bezeichnet wird. Im Fehlkonstruktionszustand sind mehrere unerwünschte Abnormalitäten zu verzeichnen. Der Durchfluß und der Druck werden auffallend umgekehrt, da der Druck in einem Fehlkonstruktionszustand zunimmt, die Durchflußgeschwindigkeit abnimmt und umgekehrt, wenn der Verdichterförderdruck verringert wird, neigt der Durchfluß zum Anstieg, was zu extremen Unregelmäßigkeiten beim Betrieb führt.
Beispielsweise noch mit Bezugnahme auf einen Kreiselverdichter, aber in einem System der Erfindung, das eine Regelanlage 10 enthält, stromabwärts vom Verdichter, um ein wählbares Regeldelta P auszunutzen, selbst wenn wir verlangen, daß der Verdichter bis zu einem höheren Förderdruck ansteigt und mehr Bremsleistung dabei nutzen, werden wir den Verdichter zwingen, in einem viel wirksameren Betriebsbereich zu arbeiten, wahrscheinlich zurück in einen optimalen Konstruktionsbereich.
Der aerodynamische Wirkungsgrad der Maschine wird im wesentlichen bei niedrigerem Ausgangsdruck verringert. Das trifft besonders bei einem drei- oder vierstufigen Kreiselverdichter mit Zwischenkühlern zu. Jedesmal, wenn ein anderer Zwischenkühler und eine andere Stufe hinzukommen, kann dieser Fehlkonstruktionswirkungsgrad noch weiter absinken.
Durch Nutzen eines Deltas P durch Benutzung einer Regelanlage 10 kann ein derartiger Kreiselverdichter in einen besseren Betriebsbereich mit einer Verbesserung des Wirkungsgrades bewegt werden, die bis zu 20 oder 30 Prozent betragen kann.
Weitere Regelvorteile können erhalten werden, indem Einstellverdichter hinzukommen, um zusätzliche Lasten als Reaktion auf die Bedarfsdruckabfälle bei Reallast aufzunehmen. Diese sind Druckveränderungen, die mittels des Vorhersageprozesses der Erfindung ausgesondert wurden, um Übergangszustände zu eliminieren. Derartige Einstellverdichter sind vorzugsweise Verdrängungsverdichter, typischerweise Hubkolben- oder Rotationsschraubenverdichter. Die Einstellverdichter können mittels eines Verdichterfolgereglers in den angeschlossenen Zustand gebracht werden, der mittels einer Zwischenregelanlage 10 funktioniert. Bei einer bevorzugten Ausführung ist diese Regelanlage 10 eine zweite Anlage zusätzlich zu einer ersten Anlage, die den Ausgang von einer oder mehreren Grundlasten regelt, typischerweise Kreiselverdichter.
Die Zwischenregelanlage 10 gestattet, daß Luft basierend auf dieser Folge strömt und die Verdichter mit dem Belasten und Entlasten beginnen werden, basierend auf ihren eigenen konstruktiven Fähigkeiten und inneren Reglern.
Ein Vorteil dieser Regeleinrichtung ist, daß sie so gehandhabt werden kann, daß die Verdichter der Einrichtung wegen nicht länger in eine Reihenfolge gebracht werden, sondern durch eine oder mehrere Zwischenregelanlagen 10, die einzelne Verdichter oder Gruppen von Verdichtern regeln.
Auf diese Weise können die Zwischenregler 10 eher als die Verdichter in eine Reihenfolge gebracht werden. Bei dieser Anordnung, in dem Fall, daß ein Kreiselverdichter, der für eine Grundlast eingesetzt wird, reduziert wird, werden die Regelanlagen 10 anders als die für den reduzierten Verdichter damit beginnen, in den angeschlossenen Zustand zu gelangen und damit beginnen, die Verdichter zu belasten, die sie regeln. Konventionell, wenn ein Kreiselverdichter einem Verdichter in einem Fehlkonstruktionszustand hinzugefügt wird, bleibt die vom Kreiselverdichter absorbierte Leistung annähernd konstant, während sich der Luftdurchsatz verringert.
Mit Bezugnahme auf Fig. 3 der Zeichnungen weist das schematisch gezeigte Luftsystem auf eine Grundlastreihe von drei Kreiselverdichtern 200, deren Ausgang jeweils durch einen Trockner 202 geht; und drei Einstellverdichter 204 in Verdrängungsausführung, deren Ausgang jeweils ebenfalls durch einen Trockner 202 geht. Die Summe der Speicherung stromaufwärts von einer Regelanlage, die beschrieben wird, wird schematisch als Grundlastprimärspeicherung 210 und Einstellastprimärspeicherung 212 angezeigt.
Bei der gezeigten der Veranschaulichung dienenden exemplarischen Ausführung sind zwei der Grundlastverdichter 200 mit 2,2 MW (3000 PS Leistung) bemessen und einer mit 1,1 MW (1500 PS). Vergleichbar sind zwei der Einstellverdichter mit 4,7 m³/s (1000 cfm (ft³ pro Minute)) bemessen und einer mit 7,1 m³/s (1500 cfm). Die unterschiedlichen Bemessungsmethoden sind für verschiedene Ausführungen des Verdichters üblich.
Jede Reihe von Verdichtern wird mit ihrer eigenen Zwischenregelanlage geliefert, die der vorangehend beschriebenen Regelanlage 10 gleicht, nämlich eine Grundlastregelanlage 206 und eine Einstellastregelanlage 208. Ein primärer Logikregler 214 empfängt einen Drucksignaleingang über die Leitung 216 von der stromaufwärts gelegenen Seite der Regelanlage 206 und über die Leitung 218 von der stromabwärts gelegenen oder Bedarfsseite der Regelanlage 208. Der Regler 214 gibt ein Regelsignal separat an jeden Einstellverdichter 204 über eine Leitung 224 aus.
Die Ausgänge der Regelanlagen 206 und 208 stromabwärts werden der Arbeitsanlage über einen gemeinsamen Luftförderkanal 220 zugeführt. Beispiele für mögliche Betriebsdrücke für die Bedarfsseite des Systems, im wesentlichen wie es durch die Artikel oder die Arbeitsanlage zu sehen ist, sind 177,8 kPa (80 psig), die bei 222 gezeigt werden, 200 kPa (90 psig) bei der Primärspeicherung 210 für den Grundlastausgang und 225,6 bis 277,8 kPa (115 bis 125 psig) bei der Primärspeicherung 212 für den Einstellastausgang.
Das in Fig. 3 dargestellte Geschehen ist für Kreiselverdichter geeignet, die mit etwa 277,8 kPa (125 psig) bemessen sind. Hierbei nutzt die Grundlastregelanlage 206 eine Druckdifferenz, ein Delta P, in einem Grundlasthauptluftkanal 226, um den Arbeitsdruck der Grundlastverdichter auf einen bevorzugten Bereich in der Nähe ihres Nennwertes anzuheben, und im wesentlichen über den Arbeitssystemdruck oder Bedarfsdruck von etwa 177,8 kPa (80 psig). Unter dieser Regelung arbeiten die Kreiselverdichter im wesentlichen wirkungsvoller. Die Regelanlage 206 und ihr dazugehörender Logikregler, der eine separate Anlage sein kann oder im Logikregler 214 eingebaut sein kann, betätigen die Grundlastverdichter mit im wesentlichen konstanter Nennleistung. Bedarfsschwankungen werden durch die Einstellverdichter 204 gehandhabt, die mittels der Regelanlage 208 angeschlossen und nicht angeschlossen bis zu einem derartigen Punkt belastet werden, während die Kapazität überschritten wird, und dann einen Grundlastverdichter 200.
Dieses System der Erfindung ist dahingehend wertvoll, daß ein oder mehrere Einstellverdichter 204 im allgemeinen mit einer niedrigeren Leistung eingesetzt werden, und die bessere Entlastungseigenschaften aufweisen als die Kreiselverdichter. Der Logikregler 214 kann wirksam mit den geeigneten Algorithmen und dem beschriebenen und veranschaulichten Regelnetz die Rolle eines Verdichters erfüllen, der eingereiht wird, indem geeignete Verdichter zur Belastung oder Entlastung ausgewählt werden. Der Auswahlalgorithmus oder die Auswahlalgorithmen berücksichtigen vorzugsweise nicht nur die Kapazität und Handhabbarkeit der verschiedenen Verdichter im System, sondern ebenfalls ihren Wirkungsgrad unter Last, was den temperaturbezogenen Wirkungsgrad umfaßt, wobei einige Verdichter bei hohen Eintrittstemperaturen wesentlich weniger wirksam sind und ebenfalls ihre Leistungseinsparungen ohne Last.
Während eine veranschaulichende Ausführung der Erfindung vorangehend beschrieben wurde, ist es natürlich so zu verstehen, daß den Fachleuten verschiedene Abwandlungen offensichtlich sein werden. Derartige Abwandlungen liegen innerhalb des Bereiches der Erfindung, der nur durch die als Anhang beigefügten Patentansprüche eingeschränkt und definiert wird.

Claims

1. Luftregeleinrichtung für einen Hauptkanal eines Druckluftsystems mit im wesentlichen kontinuierlicher Strömung, wobei das Druckluftsystem aufweist: eine Druckluftzuführeinrichtung, die eine Luftzuführung bewirkt; eine druckluftbetätigte Anlage, die durch die Druckluftzuführeinrichtung bedient wird und einen Luftbedarf liefert; und einen Hauptluftzuführkanal, der zwischen der Druckluftzuführeinrichtung und der druckluftbetätigten Anlage geschaltet ist, um die Luftzuführung auf den Luftbedarf auszurichten, wobei die Luftzuführung einer Schwankung entsprechend den Veränderungen in der Luftzuführeinrichtung und beim Luftbedarf unterliegt, worin die Luftregeleinrichtung aufweist:

a) eine veränderliche regulierbare Durchflußregelanlage (10) für das Regulieren des Luftstromes durch den Hauptluftzuführkanal beim Betrieb, wobei die Durchflußregelanlage (10) eine Vielzahl von Durchflußteilanlagen (12, 14) in einer parallelen Anordnung aufweist;

b) eine Drucküberwachungseinrichtung (38) stromabwärts von der Durchflußregelanlage (10) und so angeordnet, daß ein druckbezogenes Bedarfssignal erzeugt wird, wobei das Bedarfssignal über der Zeit als Funktion der Veränderungen des Druckes schwankt; und

c) eine Betätigungseinrichtung (36) für das Betätigen der Durchflußregelanlage (10) als Reaktion auf das Bedarfssignal, um den Luftdruck stromabwärts zu stabilisieren, wodurch die Luftdurchflußgeschwindigkeit im Hauptluftkanal entsprechend den Druckveränderungen stromabwärts verändert wird; wobei die Durchflußregelanlage (10) außerdem eine Umgehungsteilanlage (16) aufweist, die als Reaktion auf einen vorgegebenen Druckunterschied über die Durchflußregelanlage (10) geöffnet werden kann, um einen Umgehungsluftweg mit im wesentlichen ungehindeter Strömung bereitzustellen; wobei die Einrichtung außerdem eine verfügbare volumetrische Luftkapazität für die Speicherung stromaufwärts vom Hauptluftzuführkanal umfaßt;

wobei die Luftregeleinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lufteinrichtung in einer Ausführung vorliegt, bei der der Luftmassenstrom reguliert wird, wobei eine jede Teilanlage (12, 14) kontinuierlich veränderlich ist, um den Luftstrom dort hindurch zu regeln; und die Durchflußregelanlage (10) wirksam ist, um die Zuführung hinsichtlich volumetrischer Luftkapazität einzuschränken, um die wahllose Freigabe von gespeicherter Luft zu verhindern, worin jede der Teilanlagen (12, 14) einen unabhängigen Luftweg zwischen der Luftzuführung und dem Luftbedarf bereitstellt, wobei jede der Teilanlagen (12, 14) ihren eigenen Durchflußregler (30) besitzt, und wobei die Teilanlagen (12, 14) zusammenwirkend und sequentiell für ein gemeinsames Regeln des Luftstromes reguliert werden, wobei eine Vielzahl von Teilanlagen (12, 14) pneumatisch miteinander verbunden und so angeordnet ist, daß sie in Übereinstimmung funktionieren, wobei sie in gleichem Umfang als Reaktion auf die Anwendung eines bestimmten Regelsignals öffnen und schließen.

2. Luftregeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl von Teilanlagen (12) miteinander gekoppelt ist, um einen maximalen Bedarf zu bringen, und eine weitere Einstellteilanlage (14) für das Regeln kleinerer Normalbelastungen bereitgestellt wird, wobei die Einstellteilanlage (14) unabhängig von der Teilanlage (12) betriebsfähig ist.

3. Luftregeleinrichtung nach Anspruch 1, die außerdem eine Logikregeleinrichtung (100) aufweist, um Eingangssignale vom druckbezogenen Bedarfssignal zu verarbeiten, und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, um die Durchflußregelanlage (10) zu betätigen.

4. Luftregeleinrichtung nach Anspruch 3, die außerdem aufweist: eine Druckmeßfühlereinrichtung (104), um den Druckbedarf stromabwärts vom Durchflußregler zu messen; und eine Differenzdruckmeßfiihlereinrichtung (106), die den Duck über der Durchflußregelanlage (10) mißt, wobei beide Druckeinrichtungen (104, 106) Eingangssignale für die Logikregeleinrichtung (100) liefern.

5. Luftregeleinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Logikregler (100) das Bedarfseingangssignal verarbeitet, um die Geschwindigkeit der Veränderung des druckbezogenen Bedarfs mit der Zeit zu ermitteln, und die Ermittlung bei der Regulierung der Durchflußregelanlage (10) zur Anwendung bringt, um den Luftdruck stromabwärts zu stabilisieren.

6. Drucklufteinrichtung, die aufweist: eine Druckluftzuführeinrichtung, die eine Luftzuführung bewirkt; eine druckluftbetätigte Anlage, die durch die Druckluifzuführeinrichtung bedient wird und einen Luftbedarf liefert; einen Hauptluftzufübrkanal, der zwischen der Druckluftzuführeinrichtung und der druckluftbetätigten Anlage geschaltet ist, um die Luftzuführung auf den Luftbedarf auszurichten, wobei die Luftzuführung einer Schwankung entsprechend den Veränderungen in der Luftzuführeinrichtung und beim Luftbedarf unterliegt; und eine Luftregeleinrichtung nach Anspruch 1 für das Regulieren des Luftmassenstromes, worin die Druckluftzuführeinrichtung eine Vielzahl von Luftverdichtern aufweist, wobei die Einrichtung außerdem eine Verdichterfolgesteuereinrichtung aufweist, die auf das druckbezogene Bedarfssignal anspricht und wirksam ist, um die Verdichter entsprechend dem Bedarfssignal in einer energiewirksamen Weise zu belasten und zu entlasten.

7. Drucklufteinrichtung, die aufweist:

a) eine Vielzahl von Luftverdichteranlagen, die mit einem Hauptzuführungskanal verbunden sind, wobei die Verdichteranlagen Fördermengen aufweisen, die im Kanal gemischt werden, um eine gemeinsame Druckluftzuführung zu bewirken, und Verdichteranlagen mit unterschiedlichen Leistungscharakteristiken in Beziehung zum energetischen Wirkungsgrad umfassen;

b) eine nützliche druckluftbetriebene Anlage, die in einen pneumatischen Kreislauf mit der gemeinsamen Druckluftzuführung stromabwärts vom Kanal geschaltet werden kann und einen veränderlichen Bedarf für die gemeinsame Druckluftzuführung bereitstellt;

c) eine Luftregeleinrichtung nach Anspruch 1 für das Regeln des Luftstromes durch den Hauptluftzuführkanal, wobei die Durchflußregelanlage (10) einen Strömungsweg in einer vollständig offenen Position bereitstellt, wobei der Strömungsweg im wesentlichen für den Luftstrom vom Hauptzuführungskanal nicht einschränkend ist;

d) eine Detektoreinrichtung (38, 104, 106), um Instabilitäten zwischen dem Luftstrom stromaufwärts von der Durchflußregelanlage (10) und einem Luftstrom stromabwärts von der Durchflußregelanlage (10) nachzuweisen; und

e) eine Betätigungseinrichtung (36), um die Durchflußregelanlage (10) zu betätigen, um die Instabilitäten zu verringern; worin die druckluftbetätigte Anlage eine geregelte Luftzuführung empfängt und der gesamte energetische Wirkungsgrad der Vielzahl von Verdichtern verbessert wird.