EP2253845A2 - Verfahren zur Regelung von mehrstufigen Linearverdichtern - Google Patents

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EP2253845A2
EP2253845A2 EP10004767A EP10004767A EP2253845A2 EP 2253845 A2 EP2253845 A2 EP 2253845A2 EP 10004767 A EP10004767 A EP 10004767A EP 10004767 A EP10004767 A EP 10004767A EP 2253845 A2 EP2253845 A2 EP 2253845A2
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EP
European Patent Office
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piston
variable
cylinder
stage
pressures
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EP10004767A
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EP2253845A3 (de
Inventor
Peter Rausch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BORSIG COMPRESSOR PARTS GmbH
Original Assignee
Compart Compressor Technology GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F04B25/005—Multi-stage pumps with two cylinders

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a multi-stage linear compressor with at least two piston-cylinder devices according to the preamble of claim 1.
  • Linear compressors are piston compressors in which the pistons are driven by linear drives, eg. B. roller screws, are driven independently of a crankshaft.
  • EP 2 133 568 A1 is a multi-stage piston compressor with at least two piston-cylinder units known which each have a separate linear drive for moving the piston and a control device which is designed such that the linear drives are individually controlled in speed and stroke.
  • a change in the final pressure causes in all multi-stage, even conventional compressors, that the pressures between the individual stages can not be maintained at the previously calculated level and this results in shifts in the intermediate pressure ratio.
  • the intermediate pressures changing at variable end pressures in a respective cylinder 01 are controlled by variable piston speeds and / or variable piston strokes of a respective piston (02) of the individual pressure stages to maintain a predetermined stage pressure ratio becomes.
  • the intermediate pressures are adapted to the required delivery quantity.
  • the adjusted intermediate pressures stabilize the delivery quantity and, in addition, prevent an increase in the heat of compression and the associated thermal problems.
  • intermediate pressure control can be carried out at variable final pressures of multi-stage single and / or double-acting linear compressors.
  • Fig. I is a three-stage linear compressor shown schematically, each consisting of a piston-cylinder device 02, 01.
  • the piston-cylinder device 02, 01 is in each case composed of a cylinder 01 and a piston 02 guided linearly therein.
  • the piston 02 is connected to a piston rod 04.
  • intake and exhaust valves not shown are provided on the cylinder 01, which are each connected to associated inlet and outlet lines.
  • Each piston-cylinder device 02, 01 has its own drive 03, which is connected to the piston rod 04 of the respective piston-cylinder device 02, 01.
  • the pressure of a gas is increased in several stages in a multi-stage linear compressor.
  • a three-stage linear compressor is in a first stage by the first piston-cylinder device 02, 01 of the Output pressure increased to a first intermediate pressure.
  • the first intermediate pressure is then increased in the second stage or intermediate stage by a second piston-cylinder device to an even higher pressure or second intermediate pressure.
  • the process continues depending on the number of stages used.
  • the second intermediate pressure in the third stage is increased by a third piston-cylinder device to an even higher pressure or final pressure.
  • a two-stage arrangement of a single-acting linear compressor is shown, which in turn consists of a piston-cylinder device 02, 01.
  • the piston is moved via a drive 03.
  • the output of the first piston-cylinder device 02, 01 is connected to the input of the second piston-cylinder device.
  • the drive is controlled individually.
  • the intermediate pressures changing at variable final pressures in a respective cylinder 01 are regulated relative to one another by variable piston speeds and / or variable piston strokes of a respective piston 02 of the individual pressure stages, so that a predetermined stage pressure ratio is maintained.
  • the linear compressor can be driven at any intermediate pressure.
  • the intermediate pressures can be adapted to the required delivery quantity at any time. Due to the adjusted intermediate pressures can stabilize the Delivery quantity can be achieved. Furthermore, an increase in the heat of compression and the associated thermal problems are avoided, so that they are kept at a stable level.
  • the intermediate pressure control can preferably be carried out at variable final pressures of multi-stage single or double-acting linear compressors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines mehrstufigen Linearverdichters mit zumindest zwei Kolben-Zylinder-Vorrichtungen (02, 01), die jeweils einen separaten Antrieb (03) aufweisen, der individuell steuerbar ist. Dabei werden die sich bei variablen Enddrücken ändernden Zwischendrücke in einem jeweiligen Zylinder (01) durch variable Kolbengeschwindigkeiten und/oder variable Kolbenhübe eines jeweiligen Kolbens (02) der einzelnen Druckstufen zueinander so geregelt werden, dass ein vorbestimmtes Stufendruckverhältnis aufrechterhalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines mehrstufigen Linearverdichters mit zumindest zwei Kolben-Zylinder-Vorrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Linearverdichter sind Kolbenkompressoren, bei denen die Kolben durch Linearantriebe, z. B. Rollengewindetriebe, unabhängig von einer Kurbelwelle angetrieben werden.
  • Aus der EP 2 133 568 A1 ist ein mehrstufiger Kolbenkompressor mit zumindest zwei Kolben-Zylinder-Einheiten bekannt, welche jeweils einen separaten Linearantrieb zur Bewegung des Kolbens aufweisen sowie eine Steuereinrichtung, welche derart ausgestaltet ist, dass die Linearantriebe individuell in Geschwindigkeit und Hub steuerbar sind.
  • Weiter ist aus der DE 1 228 023 B ein mehrstufiger, druckflüssigkeitsgetriebener Hochdruck-Schubkolbenverdichter bekannt, dessen mit den Treibkolben starr verbundene Verdichterkolben gleiche Hübe bei veränderlicher Hubzahl haben. Dabei weisen wenigstens die beiden Endstufen gleiche Durchmesser der Verdichterkolben auf. Weiterhin ist jeder Druckstufe eine besondere stufenlos regelbare Pumpe für den Antrieb des Treibkolbens zugeordnet.
  • Eine Änderung des Enddruckes bewirkt bei allen mehrstufigen, auch konventionellen Verdichtern, dass die Drücke zwischen den einzelnen Stufen nicht auf dem zuvor berechneten Niveau gehalten werden können und es dadurch zu Verschiebungen des Zwischendruckverhältnisses kommt.
  • Das hat zur Folge, dass die sich ändernden Stufendruckverhältnisse zu Beeinträchtigungen der Liefermenge und zu einem Anstieg der Kompressionswärme und damit verbundenen thermischen Problemen führt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, dass die Auswirkungen bei sich ändernden Stufendruckverhältnissen von Kompressoren verbessert werden, wobei die Liefermenge im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird und ein Anstieg der Kompressionswärme und damit verbundene thermische Probleme vermieden werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die sich bei variablen Enddrücken ändernden Zwischendrücke in einem jeweiligen Zylinder 01 durch variable Kolbengeschwindigkeiten und/oder variabele Kolbenhübe eines jeweiligen Kolbens (02) der einzelnen Druckstufen zueinander so geregelt werden, dass ein vorbestimmtes Stufendruckverhältnis aufrechterhalten wird.
  • Dabei hat sich als Vorteil gezeigt, dass jeweils der Kolben in dem zugehörigen Zylinder durch den jeweiligen Antrieb individuell und mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder unterschiedlichen Kolbenhüben so betrieben wird, dass der Linearverdichter bei jedem beliebigen Zwischendruck gefahren werden kann.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Zwischendrücke an die geforderte Liefermenge angepasst werden. Durch die angepassten Zwischendrücke wird eine Stabilisierung der Liefermenge erzielt und darüber hinaus werden ein Anstieg der Kompressionswärme und die damit verbundenen thermischen Probleme vermieden.
  • Weiter ist von Vorteil, dass die Zwischendruckregelung bei variablen Enddrücken von mehrstufigen einfach- und/oder doppeltwirkenden Linearverdichtern durchgeführt werden kann.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. I einen Schnitt einer Vorrichtung mit einer mehrstufigen Anordnung eines doppeltwirkenden Linearverdichters für das erfindungsgemäße Verfahren und
    • Fig. II einen Schnitt einer Vorrichtung mit einer zweistufigen Anordnung eines einfachwirkenden Linearverdichters für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
  • In Fig. I ist ein dreistufiger Linearverdichter schematisch gezeigt, der aus jeweils einer Kolben-Zylinder-Vorrichtung 02, 01 besteht. Die Kolben-Zylinder-Vorrichtung 02, 01 ist jeweils aus einem Zylinder 01 und einem darin linear geführten Kolben 02 zusammengesetzt. Dabei ist der Kolben 02 mit einer Kolbenstange 04 verbunden. In bekannter Weise sind nicht dargestellte Ein- und Auslassventile am Zylinder 01 vorgesehen, die jeweils mit zugehörigen Ein- und Austrittleitungen verbunden sind.
  • Jede Kolben-Zylinder-Vorrichtung 02, 01 besitzt einen eigenen Antrieb 03, der mit der Kolbenstange 04 der jeweiligen Kolben-Zylinder-Vorrichtung 02, 01 verbunden ist.
  • Bekanntlich wird bei einem mehrstufigen Linearverdichter der Druck eines Gases in mehreren Stufen erhöht. Bei einem dreistufigen Linearverdichter wird in einer ersten Stufe durch die erste Kolben-Zylinder-Vorrichtung 02, 01 der Ausgangsdruck auf einen ersten Zwischendruck erhöht. Der erste Zwischendruck wird dann in der zweiten Stufe oder Zwischenstufe durch eine zweite Kolben-Zylinder-Vorrichtung auf einen nochmals höheren Druck oder zweiten Zwischendruck erhöht. Der Vorgang setzt sich je nach Anzahl der verwendeten Stufen weiter fort. Bei dem dreistufigen Linearverdichter nach Fig. 1 wird der zweite Zwischendruck in der dritten Stufe durch eine dritte Kolben-Zylinder-Vorrichtung auf einen noch höheren Druck oder Enddruck gesteigert.
  • In Fig. II ist eine zweistufige Anordnung eines einfachwirkenden Linearverdichters dargestellt, der wiederum jeweils aus einer Kolben-Zylinder-Vorrichtung 02, 01 besteht. Der Kolben wird über einen Antrieb 03 bewegt. Dabei ist der Ausgang der ersten Kolben-Zylinder-Vorrichtung 02, 01 mit dem Eingang der zweiten Kolben-Zylinder-Vorrichtung verbunden.
  • Beim Betrieb eines mehrstufigen Linearverdichters mit zumindest zwei Kolben-Zylinder-Vorrichtungen 02, 01, die jeweils einen separaten Antrieb 03 aufweisen, wird der Antrieb individuell gesteuert. Dabei werden die sich bei variablen Enddrücken ändernden Zwischendrücke in einem jeweiligen Zylinder 01 durch variable Kolbengeschwindigkeiten und/oder variable Kolbenhübe eines jeweiligen Kolbens 02 der einzelnen Druckstufen zueinander geregelt, so dass ein vorbestimmtes Stufendruckverhältnis aufrechterhalten wird.
  • Bei der Regelung des Antriebs 03 wird der jeweilige Kolben 02 in dem zugehörigen Zylinder 01 durch den jeweiligen Antrieb 03 individuell und mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder unterschiedlichen Kolbenhüben betrieben. Auf die angegebene Weise kann der Linearverdichter bei jedem beliebigen Zwischendruck gefahren werden.
  • Aufgrund der Regelung können die Zwischendrücke an die geforderte Liefermenge jederzeit angepasst werden. Durch die angepassten Zwischendrücke kann eine Stabilisierung der Liefermenge erzielt werden. Weiterhin werden ein Anstieg der Kompressionswärme und die damit verbundenen thermischen Probleme vermieden, so dass diese auf einem stabilen Niveau gehalten werden.
  • Die Zwischendruckregelung kann bei variablen Enddrücken von mehrstufigen ein- oder doppeltwirkenden Linearverdichtern bevorzugt durchgeführt werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Regelung eines mehrstufigen Linearverdichters mit zumindest zwei Kolben-Zylinder-Vorrichtungen (02, 01), die jeweils einen separaten Antrieb (03) aufweisen, der individuell steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei variablen Enddrücken ändernden Zwischendrücke in einem jeweiligen Zylinder (01) durch variable Kolbengeschwindigkeiten und/oder variable Kolbenhübe eines jeweiligen Kolbens (02) der einzelnen Druckstufen zueinander so geregelt werden, dass ein vorbestimmtes Stufendruckverhältnis aufrechterhalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Kolben (02) in dem zugehörigen Zylinder (01) durch den jeweiligen Antrieb (03) individuell und mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder unterschiedlichen Kolbenhüben betrieben wird und dass der Linearverdichter bei jedem beliebigen Zwischendruck gefahren wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischendrücke an die geforderte Liefermenge angepasst werden und dass durch die angepassten Zwischendrücke die Liefermenge stabilisiert wird und die Kompressionswärme und die damit verbundenen thermischen Probleme auf einem stabilen Niveau gehalten werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischendruckregelung bei variablen Enddrücken von mehrstufigen einfach und/oder doppeltwirkenden Linearverdichtern durchgeführt wird.
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