DE69832144T2

DE69832144T2 - Doppelturmlufttrockner

Info

Publication number: DE69832144T2
Application number: DE69832144T
Authority: DE
Inventors: Murtaza R. Spartanburg Dossaji; Larry L. Greer Foster; Conley L. Simpsonville McGee; Charlie E. Greenville Jones; Thomas A. Greer Glenn; Michael V. Simpsonville Kazakis
Original assignee: Westinghouse Air Brake Co
Current assignee: Westinghouse Air Brake Co
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: EP0933118B1; CN1225439A; CA2236778C; US5961698A; CA2236778A1; EP0933118A1; BR9803685A; HK1021019A1; AU747291B2; ZA987556B; CN1153932C; DE69832144D1; AU8303498A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Zwillingsturmgastrocknungssysteme zum Reinigen und Trocknen von Luft für Luftkompressoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein neues und verbessertes Doppelbehältersystem zum Reinigen und Trocknen von Luft für solche Luftkompressoren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es wird bekannt sein, dass Lufttrockner der Westinghouse Air Brake Company dafür bestimmt sind, Feuchtigkeit aus Druckluft zur Verwendung in Druckluftsystemen zu entfernen, wie sie bei Eisenbahnzügen, Transitfahrzeugen und dergleichen verwendet werden und erforderlich sind, um das Luftbremssystem und die Luftventile zu betätigen. Das US-Patent Nr. 5,423,129, das auf den Rechtsnachfolger dieser Erfindung übertragen wurde, der zuvor erwähnt wird, offenbart solch ein System, wobei Druckluft gereinigt und getrocknet wird, indem sie durch ein Regenerationssystem strömt, das ein Entfeuchtungsmaterial enthält, um die Feuchtigkeit zu absorbieren und Schwebstoffteilchen auszufiltern. Das Entfeuchtungsmittel wird regeneriert, indem ein kleiner Prozentsatz der getrockneten Luft wieder dadurch zurückgeführt wird, welche wenigstens etwas von der Feuchtigkeit absorbiert, die im Entfeuchtungsmittel gesammelt wird, und daher verworfen wird.
In Betrieb empfängt das zuvor erwähnte Lufttrocknungssystem des Standes der Technik (im Folgenden als das „Einturmsystem" bezeichnet) Druckluft von einem herkömmlichen Luftkompressor, eine Zufuhr, die normalerweise eine unannehmbar hohe Menge von Feuchtigkeit und anderen Teilchen, die darin schweben, enthält. Diese unreine Druckluft wird veranlasst, durch ein Entfeuchtungsmaterial üblicherweise in der Form einer porösen Patrone, die ein poröses Entfeuchtungsmedium enthält, nach oben zu strömen. Das Entfeuchtungsmittel spielt die Schlüsselrolle innerhalb des Einturmlufttrocknungssystems, indem die Feuchtigkeit absorbiert und verschiedene Teilchen (z.B. Staub, Schmutz usw.) einfängt, wenn sich die Druckluft durch das Entfeuchtungsmedium nach oben bewegt. Sobald dem Luftstrom die Feuchtigkeit und die Teilchen entzogen sind, strömt die gereinigte und getrocknete Druckluft vom Entfeuchtungsmedium durch ein Ablassrückschlagventil, das in der Nähe des oberen Endes des Turms angeordnet ist, weiter. Diese gereinigte Druckluft strömt dann durch eine Seitenkammer hindurch, von welcher ein Teil schließlich ein Spülvolumen erreicht.
Wenn der Zyklus des Luftkompressors unterbrochen wird, arbeitet das System im Spülmodus. Während des Spülmodus strömt die gereinigte Druckluft, die innerhalb des Spülvolumens enthalten ist, langsam in der Rückwärtsrichtung durch eine Drossel in einem Ablassrückschlagventil und dann zurück durch das Enfeuchtungsmedium. Dieser langsame Strom getrockneter Luft nimmt einen Teil der Feuchtigkeit, die zuvor innerhalb des Entfeuchtungsmediums gesammelt wurde, wieder auf. Nach Verdampfung in diesen durchlaufenden Strom von trockener Luft entweicht die verdampfte Feuchtigkeit schließlich durch das Sammelbehältervolumen in die Umgebung. Dieses allmähliche Spülen von trockener Luft zurück durch das System dient dazu, das Entfeuchtungsmedium auszutrocknen und dadurch zu erneuern oder zu regenerieren. Wenn der Zyklus des Luftkompressors wieder fortgesetzt wird, kehrt das System wieder zu einem Betrieb im Trocknungsmodus zurück, wobei das Entfeuchtungsmedium dann wieder Feuchtigkeit aus dem Strom von unreiner Druckluft entnimmt, die dadurch hindurchströmt.
In letzter Zeit wurde ein Doppelturmsystem vorgeschlagen und entwickelt, in welchem ein Paar von Entfeuchtungsmittel enthaltende Kammern oder Türmen vorgesehen ist, welche jeweils zwischen einem Betrieb in einem Trocknungsmodus und einem Rücklaufmodus hin und her wechseln. Demgemäß arbeitet ein Turm zu einem bestimmten Betriebszeitpunkt im Lufttrocknungszyklus, während der andere im Rücklaufmodus oder Spülmodus arbeitet. Ein Paar von Regelventilen ist vorgesehen, um den Strom automatisch umzuschalten, um diese Strömungsrichtungen derart umzukehren, dass nach einer definierten Zeitspanne die Zyklen umgekehrt werden, derart dass in der Tat ein kontinuierlicher Betrieb erreicht wird, wobei jeder Turm abwechselnd in einem Trocknungsmodus arbeitet, um dadurch zu ermöglichen, dass Feuchtigkeit innerhalb des Entfeuchtungsmediums gesammelt wird, während der andere Turm im Rücklaufmodus ist und die gesammelte Feuchtigkeit aus dem Entfeuchtungsmaterial oder -medium entfernt. Dieses einzigartige System weist offensichtlich eine größere Feuchtigkeitsentzugskapazität auf und vermeidet auch die Notwendigkeit, den Zyklus der Quelle unreiner Luft unterbrechen zu müssen, um das Entfeuchtungsmaterial von der Feuchtigkeit, die es gesammelt hat, zu reinigen, und schaltet dadurch die Notwendigkeit aus, das Druckluftsystem vorübergehend einer stetigen Zufuhr von reiner und getrockneter Druckluft berauben zu müssen, während der Kompressor ausgeschaltet wird.
Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Vorteilen ermöglicht das abwechselnde Hin- und Herschalten der beiden Trocknungseinheiten zwischen den Betriebsarten des Trocknens und Spülens, dass das Doppelturmsystem den Luftstrom wirksamer austrocknet als das Einturmsystem des Standes der Technik.
Zwei Entfeuchtungstürme anstelle von einem werden in dem Lufttrocknungssystem eingesetzt, wobei einer Feuchtigkeit absorbiert, während der andere davon gereinigt wird. Das abwechselnde Hin- und Herschalten der beiden Trocknungseinheiten zwischen den Betriebsarten des Trocknens und Spülens dient demnach dazu, kontinuierlich Feuchtigkeit aus dem Doppelturmsystem abzuführen. Somit wird dem Druckluftsystem eine besser entfeuchtete Luft zugeführt. Die Menge, Dichte und Gesamtoberfläche des Entfeuchtungsmittels kann ebenfalls ausgewählt werden, um veränderlichen Bedürfnissen angepasst zu werden.
Das Doppelturmsystem kann auf eine große Vielfalt von Druckluftsystemen angewendet werden. Typische Arten von Druckluftsystemen, auf welche das Doppelturmsystem angewendet werden könnte, umfassen Druckluftbremssysteme von Eisenbahnzügen zur Personen- und Frachtbeförderung, Untergrundbahnzüge und verschiedene Arten von schienenbezogenen Transportsystemen. Weitere Beispiele umfassen die Druckluftbremssysteme von verschiedenen Lastkraftfahrzeugen für den Transport. Andere Arten von Druckluftsystemen, auf welche das Doppelturmsystem angewendet werden könnte, können außerhalb des Transportsektors gefunden werden.
Ein anderer Nachteil des Einturmlufttrocknungssystems ist, dass er nur eine bestimmte begrenzte Menge von Feuchtigkeit während des Spülmodus entfernen kann. Da das Volumen von unreiner, zu trocknender Luft, welche in das System strömt, das Volumen von gereinigter Luft, welche verwendet wird, um das Feuchtigkeitsmedium zu reinigen, weit übersteigt, trocknet das Feuchtigkeitsmedium während eines Betriebs des Einturmsystem nie in angemessener Weise aus. In der Tat trocknet das Entfeuchtungsmedium nur in angemessener Weise aus, nachdem das System für längere Zeit ausgeschaltet wurde, die ausreicht, um dies zu erreichen.
US-A-5 662 727, welches den nächst verwandtem Stand der Technik darstellt, offenbart ein Doppelturmgastrocknungssystem zum Reinigen und Trocknen eines Stroms von unreinem Druckgas, das von einer Quelle davon zur Verwendung durch ein Druckluftsystem empfangen wird. Das Gastrocknungssystem umfasst ein Schalt- und Reinigungsmittel, das mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen ist, und einen Trenn- und Sammelbehälter, der mit dem Block und den Öffnungen zum anfänglichen Trennen von Feuchtigkeit und „anderen" Teilchen aus solch einem Strom von unreinem Gas, bevor der Rest des Stroms zu einer Öffnung in dem Block geleitet wird, verbunden ist. Es umfasst ferner ein Paar von Entfeuchtungsmittel enthaltenden Behältern, die auf der Oberfläche des Blocks gegenüber der des Trenn- beziehungsweise Sammelbehälters montiert sind. Die Behälter sind mit bestimmten Öffnungen, die in Rückschlagventilmitteln vorgesehen sind, in Fluidverbindung verbunden, um den Behältern Druckluft zuzuführen und zu entziehen. Es umfasst auch eine Öffnung zum Abgeben von trockener, reiner Luft aus dem Mittel, Öffnungen zum Abführen von Spülluft an die Umgebung aus dem Block, und eine Öffnung, welche im Sammelbehälter zum Ablassen von Flüssigkeit, die im Sammelbehälter gesammelt wird, vorgesehen ist.
Obwohl die Doppelturmsysteme des Standes der Technik alle gute Dienste geleistet haben, siehe z.B. US-A-5 667 727, das einen Doppelturmlufttrockner offenbart, besteht noch immer ein Bedarf an Verbesserungen hinsichtlich der Kompaktheit, Bedienbarkeit und Anpassungsfähigkeit in der Verwendung von Doppelturmtrocknern mit einer Vielfalt von Kompressoren.
KURZDARSTELLUNG UND AUFGABEN DER ERFINDUNG
Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Luftzufuhr von einem Kompressor zu einem Haupttank über einen kompakten leicht bedienbaren Lufttrockner. Die Aufgabe der Erfindung wird durch den kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.
DIE ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist zusammen mit ihren Vorteilen und Aufgaben in Anbetracht der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser zu verstehen, wobei:
1 eine auseinander gezogene Ansicht des Trocknersystem der Erfindung ist, und
2 eine Schnittansicht des Trocknersystems von 1 ist.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist eine auseinander gezogene Ansicht des Trocknersystems der Erfindung dargestellt, das im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 ausgewiesen ist. Das System umfasst zwei Einwegbehälter 12 mit Gewinde, zwei flache Wechsel/Ablassventile 14 mit Außengewinde zum Verschrauben in die Behälter 12 und zum pneumatischen Verbinden der Behälter 12 dadurch mit einem Verteilerblock 16, welcher Öffnungen 18 mit einem Gewinde zur Aufnahme der Ventile 14 mit Gewinde aufweist. Demnach können die Behälter 12 über die Ventile 14 mit Gewinde leicht vom Block 16 abgenommen und daran befestigt werden, und die Ventile 14 mit Gewinde können leicht von den Behältern 12 und dem Block 16 abgenommen und daran befestigt werden.
Die Ventile 14, welche flach oder kurz sind, stellen ein etwa einen Zoll großes Spiel zum Ausbauen und Einbauen der Behälter 12 bereit, wohingegen Trockner des Standes der Technik Entfeuchtungsbeutel verwenden, welche ein Spiel zum Ausbau und Einbau von sieben Zoll benötigen.
Außerdem bezieht der Ausbau und Einbau der Behälter 12 in der vorliegenden Erfindung einfache Drehbewegungen der Kanister 12, wenn sie auf die Ventile 14 auf- und davon abgeschraubt werden, ein.
Die Kompaktheit der Trocknersystems 10 ist in 2 mit den Behältern 12, die auf einer Seite oder Fläche des Blocks 16 voll befestigt sind, und einem Sammelbehältergehäuse 20, das auf der Seite und Oberfläche des Blocks 16 gegenüber den Behältern 12 in geeigneter Weise befestigt ist, am besten zu sehen. Der Block 16 selbst ist verhältnismäßig flach, das heißt in der Größenordnung von 10cm (3,9 Zoll) dick und 65 cm (25,5 Zoll) breit. Die Gesamthöhe des Trockners beträgt gemessen von einem unteren Trichter 22 an der Unterseite des Sammelbehälters 20 bis zum oberen Ende der Patronen 12 etwa 45 cm (18 Zoll).
Wie in 2 zu sehen, ist der Block 16 mit einer Anzahl von Öffnungen versehen, welche die verschiednen Bauteile des Zwillingsturmtrocknungssystems 10 verbinden. Ein Luftstrom von einem Kompressor (nicht dargestellt) tritt in eine Einlassöffnung 30, die im Sammelbehälter 20 vorgesehen ist, ein und wird zu einem Zentrifugaltrenner 21 geleitet, wodurch bewirkt wird, dass schweres Wasser und Verunreinigungen auf der Seitenwand des Trenners aufprallen und auf den Sammelbehälterboden fallen. Die Luft und jegliche Restfeuchtigkeit, die in der Luft enthalten ist, treten über eine Öffnung 32, die im Block 16 vorgesehen ist, in den Block 16 ein, wobei die Öffnung 32 die Luft und die Feuchtigkeit zu zwei Regel- oder Steuerventilen 34 leitet. Die Regelventile 34 leiten diese Luft und diese Feuchtigkeit über Öffnungen 36 in Block 16 abwechselnd zu den jeweiligen Behältern 12, von welchen in 2 nur eine sichtbar ist. Die Regelventile 34 werden durch zwei Magnetventile 38 betätigt, welche wiederum durch einen Zeitgeber (nicht dargestellt) angesteuert werden. Demnach wird die Richtung der „Spül- und Trocknungsluftströmung" in Block 16 direkt durch die Steuerventile 34 gesteuert. Im Trocknungsstrom und -prozess wird feuchte Luft entlang der Öffnung 36 zu einem Koaleszenzmaterial 39 und durch dieses hindurch geleitet, welches sich in einem unteren Abschnitt jedes Behälters 12 befindet und welches Öl und andere feine Verunreinigungen aus der feuchten Luft entfernt. Von solch einem Element 39, welches ein schwammähnliches Material ist, strömt Luft zum oberen Abschnitt des Behälters 12 und durch ein Entfeuchtungsmaterial 40 in Behälter 12 nach unten zum Wechselventil 14 und zu einer Öffnung 42, welche die beiden Behälter 12 und die Wechselventile 14 gemein haben.
Während der Trocknungsprozess in einem der Behälter 12 stattfindet, reinigt der andere Behälter sein Entfeuchtungsmittel von Feuchtigkeit mit einem kleinen Strom von trockener Luft, die vom Trocknungsbehälter über die gemeinsame Öffnung 42 zum Wechselventil 14 des Reinigungsbehälters geleitet wird. Das Wechselventil 14 leitet diesen kleinen Strom nach oben (in den Figuren) durch das Entfeuchtungsmittel 40, um daraus Feuchtigkeit zum Abführen an die Umgebung über Öffnungen 44 (wovon in 2 nur eine sichtbar ist), welche den Behälter mit den Steuerventilen 34 verbinden, zu entziehen.
Die trockene Luft vom Trocknungsbehälter verlässt den Block 16 über die Öffnung 42 und ein Auslassventil 46. Vom Auslassventil 46 wird die trockene Luft zu Beispiel zu einem Tank geschickt (nicht dargestellt), während ein kleiner Prozentsatz der trockenen Luft über eine Öffnung 47 in Block 16 zu den Magnetventilen 38 und zum Steuerungszeitgeber (nicht dargestellt) geschickt wird.
Demnach stellt der Block 16 eine kompakte Struktur zum Behandeln von Druckluft und Leiten derselben zu Bauteilen, die auf dem Block 16 montiert sind, bereit, um Wasser und andere Verunreinigungen aus der Luft zu entfernen und dann die verhältnismäßig trockene Luft und reine Luft aus dem Block 16 zu leiten. Das Material des Blocks 16 ist vorzugsweise eine Aluminiumlegierung, wie beispielsweise 6061, die maschinell sehr leicht zu bearbeiten ist, um geeignete Toleranzen bereitzustellen. Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ihre Anpassungsfähigkeit an eine Vielfalt von Luftkompressoren und Nachkühlern, wenn verwendet. Dies bezieht die Bereitstellung einer Öffnung 30 mit Gewinde in Standardgröße in der Wand des Sammelbehältergehäuses 20, wie in 2 der Zeichnungen zu sehen, ein. Diese Öffnung nimmt Gewindeanschlüsse in Standardgröße auf, welche an den Enden der flexiblen Schläuche vorgesehen sind, so dass im Wesentlichen alle Kompressoren, welche Lufttrockner benötigen, direkt an das Lufttrocknungssystem 10 des Gegenstands der Erfindung angeschlossen werden können. Die aktuelle Standardgröße für Anschlüsse zum Handhaben eines Kompressorausgangs in der Industrie ist ein Anschlussaußendurchmesser von 3/4 Zoll, welcher im Allgemeinen einen Innendurchmesser von 1/2 Zoll zum Leiten eines Luftstroms bereitstellt. Es werden keine Zwischenbausätze oder andere Bauteile benötigt, um die Trocknereinheit 10 an die enorme Mehrheit von Luftkompressoren, welche Trocknersysteme verwenden, anzuschließen.
Flüssiges Wasser sammelt sich im Sammelbehälter 20 an und wird über ein Ablassventil 50 und einen Trichter an die Umgebung ausgestoßen.
Die Lufttrocknereinheit und das Lufttrocknersystem 10 der vorliegenden Erfindung stellen Kompaktheit und schnelle Bedienbarkeit durch Ermöglichen eines Ausbaus und Austausches der Trocknerbehälter 12 durch Drehen in einem Spielraum von einem Zoll, sowie Anpassungsfähigkeit, welche eine leichte schnelle Verbindung der meisten Kompressoren mit dem Trocknersammelbehälter 20 des Systems 10 über eine Öffnung 30 mit Gewinde in Standardgröße in der Wand des Sammelbehälters ermöglicht, bereit.
Obwohl eine gegenwärtig bevorzugte Form zur Ausführung der vorliegenden Erfindung im Einzelnen dargelegt wurde, sind für die Fachleute auf dem Gebiet der Lufttrocknung und Luftreinigung, welches diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Möglichkeiten zur Umsetzung der Erfindung zu erkennen, ohne sich vom Geist und Rahmen der hierzu angehängten Patentansprüche zu entfernen.

Claims

Zwillingsturmgastrocknungssystem (10) zum Reinigen und Trocknen von unreinem Druckgas, das von einer Quelle zur Verwendung durch ein Druckluftsystem empfangen wird, umfassend: a) Verteilermittel (16), welche mit einer Anzahl von Durchgängen versehen sind, die verschiedene Öffnungen darauf miteinander verbinden, b) einen Trenn- und Sammelbehälter (20), der mit den Verteilermitteln (16) verbunden ist, zum anfänglichen Trennen von Feuchtigkeit und Partikeln vom unreinen Druckgas, das an einer Einlassöffnung (30) des Trenn- und Sammelbehälters vor dem Zuführen des Restes des Druckgases zu einer Einlassöffnung (32) der Verteilermittel (16) empfangen wird, c) zwei Entfeuchtungsmittel enthaltende Behälter (12), die auf einer Oberfläche der Verteilermittel (16) gegenüber dem Trenn- und Sammelbehälter (20) montiert sind, wobei die Behälter dazu ausgelegt sind, um abwechselnd während einer Zeitspanne das unreine Druckgas zur Verwendung durch das Druckluftsystem zu reinigen und zu trocknen, und um in einer anderen Zeitspanne gespült zu werden, um Feuchtigkeit zu entfernen, d) ein Ablassventil (50) und einen Trichter (22) zum Ablassen von Flüssigkeit, die im Sammelbehälter (20) angesammelt wurde, e) zwei in Verbindung mit der Einlassöffnung (32) stehende Regelventile (34) in den Verteilermitteln (16), um abwechselnd das unreine Druckgas zu einem der beiden Entfeuchtungsmittel enthaltenden Behälter (12) zu leiten oder Spülgas aus einem der Entfeuchtungsmittel enthaltenden Behälter (12) zu Spülluftöffnungen (44) zur Abgabe an die Umgebung zu leiten, f) eine Öffnung (47) der Verteilermittel (16) zum Abgeben von reinem, trockenen Gas aus den Verteilermitteln (16) an das Druckluftsystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilermittel in Form eines einzelnen flachen Verteilerblocks (16) sind und dass das System ferner umfasst: g) zwei Rücklauf-vom-Entfeuchtungsmittel-Wechselventile (14) mit Gewinde, die auf dem Verteilerblock (16) zum Zuführen von reinem Gas zur Öffnung (47) zum Abgeben von trockenem Gas an das Druckluftsystem montiert sind, wobei die Behälter (12) auf die Wechselventile (14) geschraubt sind und jeweils eine Seite eines Entfeuchtungsmaterials (40) in jedem Behälter (12) in Verbindung mit dem jeweiligen Wechselventil (14) setzen und die andere Seite des Entfeuchtungsmaterials (40) in Verbindung mit dem jeweiligen Regelventil (34) setzen, wodurch die abwechselnde Aktivierung der Regelventile (34) und die Reaktion der Wechselventile (14) den Luftstrom im Verteilerblock (16) und den Behältern (12) regeln, wobei die Behälter (12) zwischen Spül- und Lufttrocknungsfunktionen hin- und hergeschaltet werden.
System (10) nach Anspruch 1, wobei eine Öffnung (30) mit Gewinde in einer Wand des Sammelbehälters (20) zur direkten Verbindung des Sammelbehälters (20) mit einer Druckluftquelle vorgesehen ist.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die Behälter (12) ein Koaleszenzmaterial zum Entfernen von Öl und Teilchen aus dem Gasstrom enthalten.
System (10) nach Anspruch 1, wobei der Verteilerblock (16) aus einem maschinell bearbeitbaren Material hergestellt ist.
System (10) nach Anspruch 4, wobei das Material des Verteilerblocks (16) eine Aluminiumlegierung ist.