DE3102928A1

DE3102928A1 - Verfahren zum regeln der foerdermenge einer verdichteranlage und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3102928A1
Application number: DE19813102928
Authority: DE
Inventors: Gerhard 1210 Wien Bach
Original assignee: Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1981-01-29
Publication date: 1981-12-17
Also published as: FR2476345B1; FR2476345A1; AT364065B; GB2069728B; GB2069728A; IT1135343B; IT8119568A0; ATA79980A

Description

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HOERBIGER VENTILWERKE AKTIENGESELLSCHAFT, Wien

Braunhubergasse 23, A-1110 Wien (Österreich)

Titel:

Verfahren zum Regeln der Fördermenge einer Verdichteranlage und Vorrichtung _#zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Fördermenge einer Verdichteranlage mit wenigstens einem Verdichter, der in einen Druckbehälter fördert und dessen Fördermenge in Abhängigkeit vom Druck im Behälter zwischen einem unteren und einem oberen Schaltdruck geregelt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, die Fördermenge eines Verdichters oder einer Verdichteranlage dadurch dem jeweiligen Verbrauch anzupassen, daß die Förderung in Abhängigkeit vom Druck in dem vom Verdichter versorgten Netz oder in einem dem Verdichter nachgeschalteten Druckbehälter in Stufen oder stufenlos zwischen zwei vorgegebenen Druckwerten geregelt wird. Dabei kann es vorkommen, daß z.B. bei stark sdiwankendem Verbrauch, der Behälterdruck die vorgegebenen Grenzwerte über- oder unterschreitet. Wenn beispielsweise eine Aussetzregelung durch zeitweises Abschalten des Antriebsmotors des Verdichters vorgesehen ist, ist bei Stillstand des Motors zum neuerlichen Starten desselben, etwa

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bei elektrischem Antrieb mit Hilfe einer Stern-Dreieck-Schaltung, und zum Inbetriebsetzen des Verdichters eine verhältnismäßig lange Zeitspanne erforderlich, bis verdichtetes Medium in den Behälter gefördert wird. In dieser Zeit kann es, vor allem bei großem Verbrauch an verdichtetem Medium, vorkommen, daß der Behälterdruck unter einen vorgewählten Wert abfällt. Es ist auch denkbar, daß der vorgewählte höchste Behälterdruck bei kleinem Verbrauch und raschem Anstieg des Behälterdruckes überschritten wird.

Aus der DE-PS 1 083 478 ist eine Regelung für Verdichteranlagen bekannt, bei der das Zu- und Abschalten des Verdichters in Abhängigkeit vom Ausmaß der Druckänderung pro Zeiteinheit vorgenommen wird. Diese Regelung paßt sich an das Verhältnis von Verbrauch und Erzeugung an, wobei über die Druckänderung pro Zeiteinheit alle Faktoren erfaßt werden, die auf den Druck im Behälter einwirken. Nachteilig ist aber, daß diese Regelung nicht die Einhaltung eines bestimmten Behälterdruckes innerhalb vorgegebener Grenzen sicherstellt. Hiezu ist ein Eingreifen von Hand oder eine eigene, auf den Behälterdruck ansprechende Regelung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher bekannten, in Abhängigkeit vom Druck im Druckbehälter arbeitetenden Regelungsverfahren so zu verbessern, daß auch bei stark schwankendem Verbrauch an verdichtetem Medium der Behälterdruck Innerhalb vorgewählter Grenzen gehalten wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens einer der beiden Schaltdrücke, insbesondere der untere Schaltdruck, in Abhängigkeit von der zeitlichen Druckänderung im Behälter

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unterschiedlich gewählt wird, u.zw. bei rascher Druckänderung im Behälter der untere Schaltdruck höher und/ oder der obere Schaltdruok niedriger als bei langsamer Druckänderung. Es wird also erfindungsgemäß bei raschem Abfall des Behälterdruckes die neuerliche Förderung von Druckmedium in den Behälter früher eingeleitet als bei langsamer Änderung, so daß die Druckmittelförderung wieder einsetzt, bevor der Behälterdruck einen vorgegebenen minimalen Wert unterschreitet. Bei rasch ansteigendem Behälterdruck wird hingegen die Druckmittelförderung früher abgeschaltet, damit der vorgewählte maximale Behälterdruck nicht überschritten wird. Im Bereich des oberen Schaltpunktes ist jedoch die Gefahr einer Überschreitung des Maximaldruckes weniger groß, weil beim Abschalten des Verdichters die Förderung weitgehend verzögerungsfrei aufhört. Für das Anfahren des Verdichters bis zum Wiedereinsetzen der Förderung ist hingegen eine verhältnismäßig gra>ße Zeitspanne erforderlich. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird Jedenfalls verhindert, daß der vorgewählte Druckbereich des Behälters in einer der beiden Richtungen verlassen wird.

Die Wahl unterschiedlicher Schaltdrücke kann durch einen Eingriff in den Regler erfolgen, z.B. mit Hilfe einer elektronischen Steuerung, wobei auch ein elektronischer Fühler zur Feststellung der Jeweiligen Druckänderung im Behälter vorgesehen sein kann. Das gleiche Ziel kann aber auch durch eine Beeinflussung der dem Regler zugeführten Eingangssignale im Sinne der gewünschten Änderung der Schaltdrücke erreicht werden. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens "besteht darin, daß zum Jeweiligen Behälterdruck das Differential der Jeweiligen Druckänderung addiert und die Fördermenge

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nach dem so entstehenden Drucksignal geregelt wird. Das Differential ist ein Maß der Druckänderung im Behälter und besitzt bei steigendem Druck einen positiven und bei fallendem Druck einen negativen Wert. Bei abnehmendem Behälterdruck wird also das Differential vom Behälterdruck abgezogen, so daß dem Regler ein früheres Erreichen des vorgewählten unteren Schaltdruckes vorgetäuscht wird und dieser die Inbetriebsetzung des Verdichters entsprechend früher beginnt. In gleicher Weise bewirken die positiven Differentialwerte bei steigendem Behälterdruck ein vom zeitlichen Verlauf des Druckanstieges abhängiges früheres Abschalten der Förderung.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Förderung des Verdichters in Abhängigkeit von einem dem Druckverlauf im Druckbehälter entsprechenden Analogsignal geregelt werden und kann zusätzlich der Antriebsmotor des Verdichters durch ein Zweipunktsignal ein- und ausgeschaltet werden, das von der zeitlichen Druckänderung im Behälter abhängig ist. Hiebei wird durch das Analogsignal die Fördermenge des Verdichters in Abhängigkeit vom Druckverlauf im Druckbehälter den jeweiligen Anforderungen entsprechend geregelt, wogegen das Zweipunktsignal ein Unterschreiten vor allem des unteren Schaltdruckes verhindert, wenn die Verdichteranlage abgeschaltet wird. Dieses Zweipunktsignal bewirkt, daß der Antriebsmotor rechtzeitig wieder angefahren wird, so daß die Förderung des Verdichters einsetzt, bevor der untere Schaltdruck unterschritten ist.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhaft eine Vorrichtung mit einem die Fördermenge des Verdichters bestimmenden Regler verwendet, dem der Druck im Behälter als Eingangssignal zugeführt ist.

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Gemäß der Erfindung ist hiebei dem Eingang des Reglers ein Addierglied vorgeschaltet, dem der Behälterdruck und das von einem Differentiator gebildete Differential des Behälterdruckes über die Zeit als Eingangsgrößen zugeführt sind und dessen Ausgang an den Eingang des Reglers geschaltet ist. Es handelt sich hiebei um eine einfache, aus nur wenigen handelsüblichen Geräten zusammengebaute Vorrichtung. Als Addierglied und als Differentiator werden vorteilhaft elektronische Schaltungen verwendet. Es ist aber auch möglich, diese Punktionen mit Hilfe von pneumatischen Geräten zu erzielen.

Wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Regler eigene Eingänge für die beiden Schaltdrücke aufweist und das Ausgangssignal des Addiergliedes nur dem Eingang für den unteren Schaltdruck zugeführt ist, wogegen der Eingang für den oberen Schaltdruck vom Druck im Behälter direkt beaufschlagt ist, wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung nur ein Unterschreiten des vorgewählten unteren Schaltdruckes im Behälter verhindert, wogegen die Abschaltung der Förderung jeweils bei Erreichen des in diesem Fall feststehenden oberen Schaltdruckes erfolgt.

Das Ausgangssignal des Reglers kann in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterteilt sein, u.zw. in ein Analogsignal, das dem Druckverlauf im Druckbehälter proportional ist und über eine erste Regelleitung dem Verdichter als Regelgröße zugeführt ist, und in ein Zweipunktsignal, daö von der zeitlichen Druckänderung im Behälter abhängig ist und über eine zweite Regelleitung der Ein- und Ausschaltvorrichtung des Antriebsmotors zugeführt ist. Von den beiden Ausgangsgrößen des Reglers sorgt hiebei das Analogsignal für die Einhaltung des gewünschten Druckverlaufes im

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druckbehälter oder in dem vom Verdichter versorgten Drucknetz, wogegen das Zweipunktsignal ein rechtzeitiges Anfahren des abgestellten Antriebsmotors des Verdichters bewirkt, so daß die Förderung vor Erreichen des unteren Schaltdruckes wieder einsetzt.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispiele^ zu entnehmen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelten Verdichteranlage, Fig. 2 dazu ein Diagramm des Verlaufes der Fördermenge in Abhängigkeit vom Druck im Behälter und Fig. 3 eine Variante der Regelung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Verdichteranlage besteht aus einem Verdichter 1 mit einer Saugleitung 2 und einer Druckleitung 3, die zu einem Druckbehälter 4 führt. Von diesem führt eine Verbraucherleitung 5 weiter. Die Fördermenge des Verdichters 1 wird von einem Regler 6 über eine Regelleitung .beeinflußt. Dem Regler 6 ist ein Addierglied 8 vorgeschaltet, von dessen beiden Eingängen der eine Eingang über eine Signalleitung 9 und der andere Eingang über einen Differentiator mit dem Druckbehälter 4 in Verbindung steht. Eine weitere Signalleitung 11 führt vom Druckbehälter 4 direkt zum Regler

Der Verdichter 1 saugt das zu verdichtende Medium über die Saugleitung 2 an und fördert es über die Druckleitung 3 in den Druckbehälter 4. Wenn sich dort ein vorgewählter Druck aufgebaut hat, wirkt dieser auf den Regler 6, der wiederum über die Regelleitung 7 die Förderung des Verdichters 1 vermindert. Sobald durch Entnahme von Druckmittel über die Verbraucherloitung 5 der Druck im Behälter 4 fällt, wird wiederum über den Regler 6 die Förderung des Ver-

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dlchters 1 zugeschaltet. In Flg. 2 1st ein Diagramm dieses Regelvorganges an Hand einer einfachen Aussetzregelung gezeigt.· Hiebei 1st auf der Abszisse der Druck P im Druckbehälter und auf der Ordinate die Fördermenge Q des Verdichters in Prozent aufgetragen. Bei voller Förderung des Verdichters 1 steigt der Druck im Behälter 4 entlang der mit 12 bezeichneten Geraden bis der vorgewählte obere Schaltdruck P₀ erreicht ist. Bei Entnahme von Druckmittel aus der Verbraucherleitung 5 sinkt der Druck im Behälter entlang der Abszissenachse bis zum unteren Schaltdruck p_u, bei dessen Erreichung die Förderung des Verdichters 1 wieder eingeschaltet wird.

Um zu vermeiden, daß bei raschem Druckabfall im Druckbehälter 4 der Behälterdruck einen vorgegebenen minimalen Druckwert unterschreitet, wird der untere Schaltdruck p_u in Abhängigkeit von der zeitlichen Druckänderung im Behälter 4 unterschiedlich gewählt. Bei raschem Druckabfall im Behälter 4 wird der untere Schaltdruck höher gewählt, wie dies in Fig. 2 gestrichelt angedeutet und mit p'_u bezeichnet ist. Die Förderung des Verdichters wird also früher wieder eingeschaltet als bei langsamem Druckabfall, so daß auch bei rascher Entnahme von Druckmittel durch die Verbraucherleitung 5 genügend Zeit verbleibt, um den Verdichter 1 und dessen Antriebsmotor einzuschalten und auf volle Förderleistung zu bringen.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung kann das in Fig. 2 veranschaulichte Regelungsverfahren wie folgt durchgeführt werden: Sobald bei förderndem Verdichter 1 im Druckbehälter 4 der obere Schaltdruck p_Q erreicht wird, erhält der Regler 6 über die Signalleitung 11 ein Signal und bewirkt die Stillsetzung des Verdichters 1. Bei Entnahme von Druckmedium durch die Verbraucherleitung 5 sinkt

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der Druck im Behälter 4 ab. Der gemäß Fig. 1 vorgesehene Differentiator 10 stellt die zeitliche Druckänderung im Behälter 4 fest, indem der das Differential des Druckverlaufes im Behälter 4 bildet. Dieses Differential wird dem Addierglied 8 zugeführt, dem als weiteres Signal über die Signalleitung 9 der jeweilige Druck im Behälter 4 zugeführt wird. Bei feilendem Druck im Behälter 4 ist das Differential negativ, so daß das vom Addierglied 8 an den Regler 6 abgegebene Signal umso kleiner ist, je größer der absolute Wert des Differentials ist.' Bei raschem Druckabfall wird also dem Regler 6 ein kleineres Signal zugeführt, als es dem Jeweiligen Druck im Behälter 4 entsprechen würde. Dem Regler 6 wird ein niedrigerer Druck vorgetäuscht, wodurch er die neuerliche Einschaltung der Förderung des Verdichters früher in die Wege leitet. Es ist also der untere Schaltdruck ρ um einen von der Geschwindigkeit des Druckabfall-s im Behälter 4 abhängigen Betrag in Fig. 2 nach rechts verschoben worden, so daß sich ein höherer unterer Schaltdruck p¹ ergibt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist abweichend von Fig. 1 der Antriebsmotor 1a, der in Fig. 1 nicht eigens herausgezeichnet ist, dargestellt, der den Verdichter 1 antreibt. Außerdem ist die vom Regler 6 kommende Regelleitung in zwei Zweige aufgeteilt, u.zw. in eine erste Regelleitung 7a, die vom Regler 6 zum Verdichter 1 führt, und in eine zweite Regelleitung 7b, die den Regler 6 mit dem Antriebsmotor 1a verbindet. Die Eingangsseite des Reglers 6 ist gegenüber Fig. 1 unverändert. Es sind vom Druckbehälter 4 kommende Signalleitungen 9 und 11 vorgesehen, ebenso ein Addierglied und ein diesem vorgeschalteter Differentiator 10.

Die erste Regelleitjäng 7a überträgt ein Analogsignal, das der nicht dargestellten Regelungseinrichtung zur Veränderung der Fördermenge des Verdichters zugeführt ist,

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z.B. einer Saugdrosselregelung, einem Leistungsschieber oder einer stufenlosen Abheberegelung. Dieses Analogsignal verändert also die Fördermenge des Verdichters bei konstanter Drehzahl innerhalb vorgegebener Grenzwerte. Beim Überschreiten dieser Grenzwerte, u.zw. bei Überschreitung des oberen Grenzwertes^, wird der Antriebsmotor des Verdichters abgestellt und bei Überschreitung des unteren Grenzwertes muß der Antriebsmotor wieder angefahren werden. Das über die zweite Regelleitung 7b dem Antriebsmotor bzw. einer
diesem zugeordneten Regelungseinrichtung zugeführte Zweipunktsignal ist von der zeitlichen Druckänderung im Behälter abhängig und bewirkt, daß bei rascher Druckänderung im
Behälter der Antriebsmotor 1a früher angefahren wird, als bei langsamer Druckänderung. Es wird also auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Unterschreitung insbesondere des vorgewählten unteren Schaltdruckes vermieden, wie dies
an Hand der Fig. 2 erklärt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgesehene Vorrichtung können praktisch bei jeder bekannten Regelungsart und bei allen Verdichterbauarten angewendet werden. Es ist auch möglich, zwei oder mehrere Regelungsarten miteinander^ kombinieren, z.B. eine stufenlose Drehzahlregelung mit einer Stillsetzregelung durch
Abschalten des Antriebsmotors des Verdichters im unteren
Regelungsbereich. Auch die Festeteilung der Geschwindigkeit der Druckänderung im Behälter kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, z.B. dadurch, daß die Zeitspanne gemessen wird, die zwischen dem Erreichen zweier bestimmter Druckwerte verstreicht.

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Köln, den 28.01.1981 Iu Anm.: Hoerbiger Ventilwerke X ,

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Patentansprüche :

Verfahren zum Regeln der Fördermenge einer Verd /et» Ver ~ anlage mit wenigstens einem Verdichter, der in einer* Druckbehälter fördert und dessen Fördermenge in Abhängigkeit vom Druck im Behälter zwischen einem unteren und einem oberen Schaltdruck geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Schaltdrücke, insbesondere der untere Schaltdruck, in Abhängigkeit von der zeltlichen Druckänderung im Behälter unterschiedlich gewählt wird, u.zw. bei rascher Druckänderung im Behälter der untere Schaltdruck höher und/oder der obere Schaltdruck niedriger als bei langsamer Druckänderung .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum jeweiligen Behälterdruck das Differential der jeweiligen Druckänderung addiert und die Fördermenge nach dem so entstehenden Drucksignal geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung des Verdichters in Abhängigkeit von einem dem Druckverlauf im Druckbehälter entsprechenden Analogsignal geregelt wird und zusätzlich der Antriebsmotor des Verdichters durch ein Zweipunktsignal ein- und ausgeschaltet wird, das von der zeitlichen Druckänderung im Behälter abhängig ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einem die Fördermenge des Verdichters bestimmenden Regler, dem der Druck im Behälter als Eingangssignal zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Reglers (6) ein Addierglied (8) vorgeschaltet ist, dem der Behälterdruck und das von einem Differentiator (10) gebildete Differential des Behälterdruckes über die Zeit als Eingangsgrößen zugeführt sind

und dessen Ausgang an den Eingang des Reglers (6) geschaltet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, daß der Regler (6) eigene-Eingänge für die beiden Schaltdrücke (p_Q, p_u) aufweist und das Ausgangssignal des Addiergliedes (8) nur dem Eingang für den unteren Schaltdruck (p_u) zugeführt ist, wogegen der Eingang für den oberen Schaltdruck (p_Q) vom Druck im Behälter (4) direkt beaufschlagt ist.

Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Reglers (6) unterteilt ist, u.zw. in ein Analogsignal, das dem Druckverlauf im Druckbehälter (4) proportional ist und über eine erste Regelleitung (7a) dem Verdichter (1) als Regelgröße zugeführt ist, und in ein Zweipunktsignal, das von der zeitlichen Druckänderung im Behälter (4) abhängig ist und über eine zweite Regelleitung (7b) der Ein- und Ausschaltvorrichtung des Antriebsmotors (1a) zugeführt ist.

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