WO2016202443A1 - Method for compressing a gas, computing unit, and multi-stage piston compressor - Google Patents

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WO2016202443A1
WO2016202443A1 PCT/EP2016/000973 EP2016000973W WO2016202443A1 WO 2016202443 A1 WO2016202443 A1 WO 2016202443A1 EP 2016000973 W EP2016000973 W EP 2016000973W WO 2016202443 A1 WO2016202443 A1 WO 2016202443A1
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compression stage
stage
compression
valve
pressure
Prior art date
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PCT/EP2016/000973
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Robert Adler
Sascha Dorner
Markus Stephan
Christoph Nagl
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Linde Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/01—Pressure before the pump inlet

Definitions

  • the invention relates to a method for compressing a gas by means of a multi-stage piston compressor, a computing unit for its implementation and such a multi-stage piston compressor.
  • Reciprocating compressors rotary compressors or ionic compressors are used.
  • For higher compression ratios can, for example, a multi-stage construction of
  • Compression devices are used. Individual stages are included.
  • valves or slider controls usually separated by valves or slider controls.
  • Such compaction devices or compressors are both power and power usually designed for defined sizes such as pressures, piston diameter and thus also gas forces. Changing these parameters on existing systems is therefore often difficult to achieve.
  • Compressors with linear motors in particular electric linear motors as a drive, can be designed in terms of force so that the pressure force of the individual
  • Compressor levels is higher than the achievable by the linear motor maximum force.
  • An inventive method is used for compressing a gas by means of a multi-stage piston compressor.
  • the gas is branched off at least partially, in particular completely, before the first compression stage and fed to a second compression stage immediately following the first compression stage.
  • the compression level does not have to be switched off. Instead, the branched off gas is fed directly to the subsequent compression stage. Since this compression stage is designed for higher input pressures, the gas can be compressed here. Thus, it is also possible to use a compressor for higher than actually provided input pressures. This may result in additional applications for a compressor, for which previously a larger or
  • a stroke of the piston of the piston compressor assigned to the first compression stage is reduced.
  • a dead space in the first compression stage can be deliberately allowed to increase the amount of gas in the corresponding cylinder.
  • it can be prevented that in the first
  • Compression level too low a cylinder pressure is created (the compression device pushes gas with a closed suction valve through a pressure valve, the gas but can not flow and the remaining gas is expanded, whereby a pressure drop occurs in the cylinder), which could, for example, lead to shutdown, otherwise air would be sucked from the outside and would mix with the gas to be compressed. In addition, this can reduce the power requirement of the compressor.
  • the stroke is reduced as a function of a residual pressure after a re-expansion in the first compression stage and / or an inlet pressure of the second compression stage.
  • the higher the residual pressure after the re-expansion in the first compression stage and / or the greater (in terms of the lift reduction) the input pressure of the second compression stage the further reduced a difference amount by which the stroke is reduced.
  • the dead volume of the relevant cylinder of the first compression stage can be taken into account. In this way, the operation of the compressor can be optimally adapted to the present circumstances.
  • the reduction of the stroke is determined on the basis of stored values for the residual pressure and / or the inlet pressure of the second compression stage.
  • the computational effort, especially in real time can be significantly reduced.
  • the values for the stroke reduction can be stored in accordance with increments of 0.5 bar of the respective pressures, for example in a control unit for the compressor.
  • the gas is branched off before the first compression stage and supplied to the second compression stage by a first valve in a first
  • Delivery path to the first compression stage at least partially closed and a second valve in a second conveying path from the first conveying path to the second compression stage is at least partially opened.
  • a valve logic with a second delivery path in the sense of a bypass line allows a particularly simple embodiment of the method.
  • an inlet valve of the first compression stage is used as the first valve.
  • the inlet valve can be locked, for example. In this way, except the second valve in the second conveying path, no additional valve is needed.
  • An arithmetic unit according to the invention is set up to carry out a method according to the invention.
  • a computing unit may, for example, be a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • a method and a device for knock detection is additionally provided.
  • An inventive multi-stage reciprocating compressor has a gas inlet, a first compression stage and a second compression stage.
  • a first valve is arranged in a first conveying path to a gas inlet of the first compression stage, and a second conveying path, which branches off from the first conveying path upstream of the first valve and leads to a gas inlet of the second compression stage, is provided.
  • a second valve is provided in the second conveying path.
  • the first valve is designed as an inlet valve of the first compression stage.
  • the multistage reciprocating compressor has at least one electric linear motor for moving pistons of the reciprocating compressor.
  • the multistage reciprocating compressor has an arithmetic unit according to the invention.
  • the reciprocating compressor is used for the compression of gases.
  • the reciprocating compressor is used for the compression of carbon dioxide, hydrogen, methane, natural gas, helium or nitrogen.
  • the reciprocating compressor for compressing gas is preferably operated at temperatures of -253 to 150 ° C.
  • the gas can preferably be compressed to pressures between 0.1 bar and 1000 bar.
  • the temperatures and pressures depend on the gas to be compressed.
  • gases may also be moist and / or contaminated gases or gas mixtures.
  • the inlet temperature (temperature before compression) of the carbon dioxide is preferably between -60 ° C and 120 ° C, especially 1 to 80 ° C.
  • Starting temperature (temperature after compression) of the carbon dioxide is preferably between 40 and 150 ° C, in particular between 60 and 100 ° C.
  • the inlet pressure (pressure before compression) of the carbon dioxide is preferably 0.1 bar to 10 bar, in particular 0.2 to 4 bar.
  • the initial pressure (pressure after compression) of the carbon dioxide is preferably between 5 and 100 bar, in particular 20 to 60 bar.
  • the volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 50 Nm 3 / h, in particular 1 Nm 3 / h to 8 Nm 3 / h. Hydrogen:
  • the inlet temperature (temperature before compression) of the hydrogen is preferably between -253 ° C and 80 ° C, especially -253 ° C to -80 ° C when used as a cryogenic compressor or in particular -20 ° C to 80 ° C in the Use as ionic compressor.
  • the starting temperature (temperature after compression) of the hydrogen is preferably between -250 and 150 ° C, especially between -60 and 80 ° C.
  • the inlet pressure (pressure before compression) of the hydrogen is preferably 0.8 bar to 40 bar, in particular 2.5 to 30 bar.
  • the outlet pressure (pressure after compression) of the hydrogen is preferably between 10 and 1000 bar, in particular 500 to 1000 bar.
  • the volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 500 Nm 3 / h, in particular at 50 Nm 3 / h to 350 Nm 3 / h.
  • Methane or natural gas Methane or natural gas
  • the inlet temperature (temperature before compression) of the methane or natural gas is preferably between -182 ° C and 80 ° C, especially -182 ° C to -40 ° C when used as a cryogenic compressor or more particularly -20 ° C to 80 ° C. when used as ionic compressor.
  • the starting temperature (temperature after compression) of the methane or natural gas is preferably between -180 and 150 ° C, in particular between -60 and 80 ° C.
  • the inlet pressure (pressure before compression) of the methane or natural gas is preferably 0.8 bar to 30 bar, in particular 1.5 to 20 bar.
  • the outlet pressure (pressure after compression) of the methane or natural gas is preferably between 10 and 650 bar, in particular 300 to 600 bar.
  • the volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 1000 Nm 3 / h, in particular at 5 Nm 3 / h to 350 Nn Vh.
  • Helium is preferably 0.5 Nm 3 / h to 1000
  • the inlet temperature (temperature before compression) of the helium is preferably between -269 ° C and 80 ° C, in particular -269 ° C to -80 ° C when used as a cryogenic compressor or especially -20 ° C to 80 ° C in the Use as ionic compressor.
  • the starting temperature (temperature after compression) of the helium is preferably between -269 and 150 ° C, in particular between -60 and 80 ° C.
  • the inlet pressure (pressure before compression) of the helium is preferably 0.8 bar to 40 bar, in particular 2.5 to 20 bar.
  • the initial pressure (pressure after compression) of the helium is preferably between 10 and
  • the volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 600 Nm 3 / h, in particular at 50 Nm 3 / h to 400 Nm 3 / h.
  • the inlet temperature (temperature before compression) of the nitrogen is preferably between -196 ° C and 80 ° C, in particular -196 ° C to -40 ° C when used as a cryogenic compressor or in particular -20 ° C to 80 ° C in the Use as ionic compressor.
  • the starting temperature (temperature after compression) of the nitrogen is preferably between -195 and 150 ° C,
  • the inlet pressure (pressure before compression) of the nitrogen is preferably 0.8 bar to 30 bar, in particular 1.5 to 17 bar.
  • the outlet pressure (pressure after compression) of the nitrogen is preferably between 10 and 650 bar, in particular 200 to 400 bar.
  • the volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 500 Nm 3 / h, in particular at 5 Nm 3 / h to 350 Nm 3 / h.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a flowchart according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of stroke profiles in a diagram
  • Multi-stage reciprocating compressor according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 1 shows schematically and as a flow chart an inventive multistage reciprocating compressor 100 in a preferred embodiment.
  • Piston compressor 100 has a first compression stage 110 and a second compression stage 120.
  • the two compression stages are each designed as pistons that move in a cylinder. These pistons are driven by a linear electric motor 130. Of course, further compression stages can be provided.
  • the first compression stage has an inlet valve 111 and an outlet valve 112, which may be designed as pressure-controlled check valves.
  • the second compression stage 120 has an inlet valve 121 and an outlet valve 122, which may also be designed as pressure-controlled check valves.
  • the regular gas flow takes place via a first conveying path 161 (shown on the left in FIG. 1) to the first compression stage 110 and from the first compression stage 110 then to the second compression stage 120. Subsequently, the gas can be fed to a desired use.
  • pressure sensors 141, 142 and 143 are provided. With the pressure sensor 141, an input pressure to the first compression stage can be detected, with the pressure sensor 142, an output pressure of the first compression stage 110, respectively input pressure of the second compressor stage 120 can be detected and with the pressure sensor 143, an output pressure of the second compression stage 120 can be detected.
  • the pressure sensors 141, 142 and 143 are connected to a
  • PLC Programmable logic controller
  • a first valve 151 is provided in the first delivery path 161.
  • this first valve 151 can be actuated via the SPS 170, i. be opened and closed.
  • the first valve 151 is open in normal operation.
  • a second conveying path 162 is provided in the sense of a bypass line, which branches off from the first conveying path 161, specifically before the first valve 151, and leads in front of the second compression stage 120.
  • a second valve 152 is provided, which is also controlled by the SPS 170, i. can be opened and closed. In this case, the second valve 152 is in
  • This threshold can preferably be chosen so that with
  • Input pressures up to this threshold the power or the applicable force of the electric linear motor 130 for the first compression stage 110 just enough to perform the required compression. That way Incoming pressures at which the required compression could not be performed in the first compression stage 110 avoided.
  • the electric linear motor 130 is controlled by the SPS 170 in such a way that the stroke of the piston assigned to the first compression stage 110 is reduced.
  • Multi-stage reciprocating compressor according to the invention in a preferred
  • a stroke h is plotted against a time t.
  • h 2 is a stroke course of the piston assigned to the second compression stage.
  • the stroke hh of the piston of the first compression stage is now reduced by an amount Ah, so that there is a stroke h'-, for the piston of the first compression stage.
  • the stroke of the piston of the second compression stage remains unchanged. As already mentioned, a negative pressure in the second compression stage is thereby avoided.
  • p1 denotes the residual pressure after the re-expansion in the first
  • the pressure p1 can be a freely definable pressure that a
  • the pressure after the re-expansion may, for example, be calculated or determined indirectly, provided that the pressure p1 in the period of the re-expansion falls below the pressure measured by the pressure sensor 141. In this Case would gas from the volume between the valves 151, 1 1 1 and the
  • Pressure sensor 141 flow and the pressure measured by the pressure sensor 141 would thus drop.
  • p 2 the input pressure of the second compression stage, as it is measured, for example, by means of the pressure sensor 142, designated.
  • K is the isentropic coefficient of the adiabatic change of state and V sta t is a static dead volume of the first compression stage, as it results from the dimensions of the piston and the cylinder. With d is finally the

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Abstract

The invention relates to a method for compressing a gas by means of a multi-stage piston compressor (100), wherein, if an inlet pressure of a first compression stage (110) exceeds a threshold value, the gas is at least partially, in particular completely, branched off before the first compression stage (110) and fed to a second compression stage (120), which directly follows the first compression stage (110). The invention further relates to a computing unit for performing said method and to such a multi-stage piston compressor (100).

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Verdichten eines Gases, Recheneinheit und mehrstufiger Method for compressing a gas, arithmetic unit and multi-stage
Kolbenverdichter  piston compressor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines Gases mittels eines mehrstufigen Kolbenverdichters, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie einen solchen mehrstufigen Kolbenverdichter. The invention relates to a method for compressing a gas by means of a multi-stage piston compressor, a computing unit for its implementation and such a multi-stage piston compressor.
Stand der Technik Vorrichtungen zum Verdichten von Gasen sind bekannt. Bspw. können hierzu Background Art Devices for compressing gases are known. For example. can do this
Hubkolbenverdichter, Rotationsverdichter oder ionische Verdichter verwendet werden. Für höhere Verdichtungsverhältnisse kann bspw. ein mehrstufiger Aufbau von  Reciprocating compressors, rotary compressors or ionic compressors are used. For higher compression ratios can, for example, a multi-stage construction of
Verdichtungsvorrichtungen verwendet werden. Einzelne Stufen sind dabei Compression devices are used. Individual stages are included
üblicherweise durch Ventile oder Schiebersteuerungen voneinander getrennt. usually separated by valves or slider controls.
Solche Verdichtungsvorrichtungen bzw. Verdichter sind dabei sowohl leistungs- als auch kraftmäßig in der Regel für definierte Größen wie Drücke, Kolbendurchmesser und somit auch Gaskräfte ausgelegt. Eine Änderung dieser Parameter an bestehenden Systemen ist daher oft nur schwer realisierbar. Such compaction devices or compressors are both power and power usually designed for defined sizes such as pressures, piston diameter and thus also gas forces. Changing these parameters on existing systems is therefore often difficult to achieve.
Verdichter mit Linearmotoren, insbesondere elektrischen Linearmotoren als Antrieb, können kraftmäßig so ausgelegt sein, dass die Druckkraft der einzelnen Compressors with linear motors, in particular electric linear motors as a drive, can be designed in terms of force so that the pressure force of the individual
Verdichterstufen höher ist als die vom Linearmotor erreichbare Maximalkraft. Durch eine betriebsweise Überlagerung der oszillierenden Massenkraft und der Compressor levels is higher than the achievable by the linear motor maximum force. By an operational superimposition of the oscillating mass force and the
Verdichtungskräfte ergibt sich eine maximale resultierende Kraft, die geringer sein muss, als die maximal erreichbare Kraft des Linearmotors. Dadurch können auch durch kleine Triebwerke große Drücke erzeugt werden, ohne kleine Compression forces results in a maximum resulting force, which must be less than the maximum achievable force of the linear motor. As a result, large pressures can be generated even by small engines, without small
Kolbendurchmesser zu verwenden und somit Förderleistung einbüßen zu müssen. Bei knapp an der Grenze zur maximal erreichbaren Kraft betriebenen Verdichtern kommt es bei einer Erhöhung des Eingangsdrucks des zu verdichtenden Gases in der Regel jedoch zur Abschaltung, da die aufbringbare Kraft des Verdichters nicht mehr ausreicht, um das Gas wie vorgesehen zu verdichten. Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, bei solchen Verdichtern eine Abschaltung bei Erhöhung des Eingangsdrucks zu verhindern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Verdichtung eines Gases, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung und einen mehrstufigen Kolbenverdichter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. To use piston diameter and thus to lose delivery capacity. However, when the compressors are operated close to the limit of the maximum achievable force, an increase in the inlet pressure of the gas to be compressed generally results in shutdown since the compressible force of the compressor is no longer sufficient to compress the gas as intended. It is therefore desirable to provide a way to prevent such compressors from switching off as the input pressure is increased. This object is achieved by a method for compressing a gas, a computing unit for its implementation and a multi-stage piston compressor with the features of the independent claims.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Verdichten eines Gases mittels eines mehrstufigen Kolbenverdichters. Dabei wird, wenn ein Eingangsdruck einer ersten Verdichtungsstufe einen Schwellwert überschreitet, das Gas wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, vor der ersten Verdichtungsstufe abgezweigt und einer unmittelbar auf die erste Verdichtungsstufe folgenden zweiten Verdichtungsstufe zugeführt. An inventive method is used for compressing a gas by means of a multi-stage piston compressor. In this case, if an input pressure of a first compression stage exceeds a threshold value, the gas is branched off at least partially, in particular completely, before the first compression stage and fed to a second compression stage immediately following the first compression stage.
Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Gas mit einem Druck, bei dem eine Verdichtung in der ersten Verdichtungsstufe bspw. aufgrund einer nicht aufbringbaren Kraft des verwendeten Antriebs nicht mehr möglich wäre, gar nicht erst der ersten Verdichtungsstufe, oder zumindest nicht vollständig, zugeführt wird. Die erste In this way it can be prevented that gas is supplied at a pressure at which compression in the first compression stage, for example, would no longer be possible due to a non-applied force of the drive used, not even the first compression stage, or at least not complete , The first
Verdichtungsstufe muss demzufolge nicht abgeschaltet werden. Das abgezweigte Gas wird stattdessen gleich der nachfolgenden Verdichtungsstufe zugeführt. Da diese Verdichtungsstufe für höhere Eingangsdrücke ausgelegt ist, kann das Gas hier verdichtet werden. Somit ist es auch möglich, einen Verdichter für höhere als eigentlich vorgesehen Eingangsdrücke zu verwenden. Damit können sich für einen Verdichter zusätzliche Anwendungsfälle ergeben, für welche vorher ein größerer bzw. As a result, the compression level does not have to be switched off. Instead, the branched off gas is fed directly to the subsequent compression stage. Since this compression stage is designed for higher input pressures, the gas can be compressed here. Thus, it is also possible to use a compressor for higher than actually provided input pressures. This may result in additional applications for a compressor, for which previously a larger or
leistungsstärkerer Verdichter nötig war. Vorzugsweise wird weiterhin ein Hub eines der ersten Verdichtungsstufe zugeordneten Kolbens des Kolbenverdichters reduziert. Damit kann bewusst ein Totraum in der ersten Verdichtungsstufe zugelassen werden, um die Gasmenge im entsprechenden Zylinder zu erhöhen. Zudem kann damit verhindert werden, dass in der ersten more powerful compressor was needed. Preferably, furthermore, a stroke of the piston of the piston compressor assigned to the first compression stage is reduced. Thus, a dead space in the first compression stage can be deliberately allowed to increase the amount of gas in the corresponding cylinder. In addition, it can be prevented that in the first
Verdichtungsstufe ein zu geringer Zylinderdruck entsteht (die Verdichtungsvorrichtung schiebt dabei bei geschlossenem Saugventil Gas durch ein Druckventil aus, das Gas kann aber nicht nachströmen und das verbleibende Gas wird expandiert, wodurch im Zylinder ein Druckabfall stattfindet), der bspw. zur Abschaltung führen könnte, da anderenfalls Luft von außen eingesaugt würde und sich mit dem zu verdichtenden Gas vermischen würde. Zudem kann dadurch der Leistungsbedarf des Verdichters verringert werden. Compression level too low a cylinder pressure is created (the compression device pushes gas with a closed suction valve through a pressure valve, the gas but can not flow and the remaining gas is expanded, whereby a pressure drop occurs in the cylinder), which could, for example, lead to shutdown, otherwise air would be sucked from the outside and would mix with the gas to be compressed. In addition, this can reduce the power requirement of the compressor.
Vorteilhafterweise wird der Hub in Abhängigkeit von einem Restdruck nach einer Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe und/oder einem Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe reduziert. So kann ein Differenzbetrag , um den der Hub reduziert wird, bspw. umso weiter verringert werden, je höher der Restdruck nach der Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe ist und/oder je größer (bezogen auf die Hubverminderung) der Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe ist. Dabei kann insbesondere das Totvolumen des betreffenden Zylinders der ersten Verdichtungsstufe mit berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann der Betrieb des Verdichters optimal an die vorliegenden Umstände angepasst werden. Für eine detailliertere Beschreibung eines möglichen Zusammenhangs zwischen Verringerung des Hubs und dem Advantageously, the stroke is reduced as a function of a residual pressure after a re-expansion in the first compression stage and / or an inlet pressure of the second compression stage. For example, the higher the residual pressure after the re-expansion in the first compression stage and / or the greater (in terms of the lift reduction) the input pressure of the second compression stage, the further reduced a difference amount by which the stroke is reduced. In particular, the dead volume of the relevant cylinder of the first compression stage can be taken into account. In this way, the operation of the compressor can be optimally adapted to the present circumstances. For a more detailed description of a possible relationship between reducing the stroke and the
Restdruck nach einer Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe und dem Residual pressure after a re-expansion in the first compression stage and the
Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe sei an dieser Stelle auf die Input pressure of the second compression stage is at this point on the
Figurenbeschreibung verwiesen. Figure description referenced.
Es ist von Vorteil, wenn die Reduzierung des Hubs anhand von hinterlegten Werten für den Restdruck und/oder den Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe ermittelt wird. Damit kann der Rechenaufwand, insbesondere in Echtzeit, deutlich reduziert werden. Bspw. können dazu die Werte für die Hubreduzierung entsprechend Schritten von 0,5 bar der jeweiligen Drücke hinterlegt sein, bspw. in einer Steuerungseinheit für den Verdichter. It is advantageous if the reduction of the stroke is determined on the basis of stored values for the residual pressure and / or the inlet pressure of the second compression stage. Thus, the computational effort, especially in real time, can be significantly reduced. For example. For this purpose, the values for the stroke reduction can be stored in accordance with increments of 0.5 bar of the respective pressures, for example in a control unit for the compressor.
Vorzugsweise wird das Gas vor der ersten Verdichtungsstufe abgezweigt und der zweiten Verdichtungsstufe zugeführt, indem ein erstes Ventil in einem ersten Preferably, the gas is branched off before the first compression stage and supplied to the second compression stage by a first valve in a first
Förderweg zur ersten Verdichtungsstufe wenigstens teilweise geschlossen und ein zweites Ventil in einem zweiten Förderweg von dem ersten Förderweg zur zweiten Verdichtungsstufe wenigstens teilweise geöffnet wird. Eine solche Ventillogik mit einem zweiten Förderweg im Sinne einer Bypass-Leitung ermöglicht eine besonders einfache Ausführung des Verfahrens. Vorteilhafterweise wird als erstes Ventil ein Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe verwendet. Zum Schließen kann das Einlassventil bspw. verriegelt werden. Auf diese Weise ist, außer dem zweiten Ventil in dem zweiten Förderweg, kein zusätzliches Ventil nötig. Delivery path to the first compression stage at least partially closed and a second valve in a second conveying path from the first conveying path to the second compression stage is at least partially opened. Such a valve logic with a second delivery path in the sense of a bypass line allows a particularly simple embodiment of the method. Advantageously, an inlet valve of the first compression stage is used as the first valve. For closing, the inlet valve can be locked, for example. In this way, except the second valve in the second conveying path, no additional valve is needed.
Es ist von Vorteil, wenn zur Bewegung von Kolben im Kolbenverdichter wenigstens ein elektrischer Linearmotor verwendet wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache Anpassung des Hubs des Kolbens. Eine erfindungsgemäße Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Bei einer solchen Recheneinheit kann es sich bspw. um eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) handeln. Diese Recheneinheit ist dazu dann insbesondere dazu eingerichtet, die erforderlichen Größen zu erfassen und zu verarbeiten und entsprechend die nötigen Komponenten anzusteuern. It is advantageous if at least one electric linear motor is used to move the piston in the reciprocating compressor. This allows a particularly simple adaptation of the stroke of the piston. An arithmetic unit according to the invention is set up to carry out a method according to the invention. Such a computing unit may, for example, be a programmable logic controller (PLC). This arithmetic unit is then set up in particular to capture and process the required quantities and to control the necessary components accordingly.
Vorteilhafterweise wird zudem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klopferkennung vorgesehen. Advantageously, a method and a device for knock detection is additionally provided.
Ein erfindungsgemäßer mehrstufiger Hubkolbenverdichter weist einen Gaseingang, eine erste Verdichtungsstufe und eine zweite Verdichtungsstufe auf. Dabei ist in einem ersten Förderweg zu einem Gaseinlass der ersten Verdichtungsstufe ein erstes Ventil angeordnet und es ist ein zweiter Förderweg, der von dem ersten Förderweg vor dem ersten Ventil abzweigt und zu einem Gaseinlass der zweiten Verdichtungsstufe führt, vorgesehen. Dabei ist im zweiten Förderweg ein zweites Ventil vorgesehen. An inventive multi-stage reciprocating compressor has a gas inlet, a first compression stage and a second compression stage. In this case, a first valve is arranged in a first conveying path to a gas inlet of the first compression stage, and a second conveying path, which branches off from the first conveying path upstream of the first valve and leads to a gas inlet of the second compression stage, is provided. In this case, a second valve is provided in the second conveying path.
Vorzugsweise ist das erste Ventil als Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe ausgebildet. Preferably, the first valve is designed as an inlet valve of the first compression stage.
Vorteilhafterweise weist der mehrstufige Hubkolbenverdichter wenigstens einen elektrischen Linearmotor zur Bewegung von Kolben des Hubkolbenverdichters auf. Advantageously, the multistage reciprocating compressor has at least one electric linear motor for moving pistons of the reciprocating compressor.
Es ist von Vorteil, wenn der mehrstufige Hubkolbenverdichter eine erfindungsgemäße Recheneinheit aufweist. Bzgl. der Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen mehrstufigen It is advantageous if the multistage reciprocating compressor has an arithmetic unit according to the invention. Concerning. the advantages and embodiments of the multistage according to the invention
Hubkolbenverdichters sei zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Der Kolbenverdichter wird für die Verdichtung von Gasen verwendet. Insbesondere wird der Kolbenverdichter für die Verdichtung von Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff, Methan, Erdgas, Helium oder Stickstoff verwendet. Reciprocating compressor is referenced to avoid repetition at this point to the comments on the method according to the invention. The reciprocating compressor is used for the compression of gases. In particular, the reciprocating compressor is used for the compression of carbon dioxide, hydrogen, methane, natural gas, helium or nitrogen.
Der Hubkolbenverdichter zur Verdichtung von Gas wird bevorzugt bei Temperaturen von -253 bis 150 °C betrieben. Durch den Kolbenverdichter kann das Gas bevorzugt auf Drücke zwischen 0,1 bar und 1000 bar verdichtet werden. The reciprocating compressor for compressing gas is preferably operated at temperatures of -253 to 150 ° C. By means of the reciprocating compressor, the gas can preferably be compressed to pressures between 0.1 bar and 1000 bar.
Die Temperaturen und Drücke sind abhängig vom Gas, welches verdichtet werden soll.  The temperatures and pressures depend on the gas to be compressed.
In den folgenden Ausführungsbeispielen werden bevorzugte Betriebsparameter zur Verdichtung verschiedener Gase mit dem Kolbenverdichter beschrieben. Bei den Gasen kann es sich unter Umständen auch um feuchte und/oder verunreinigte Gase handeln oder um Gasmischungen. In the following embodiments, preferred operating parameters for compressing various gases with the reciprocating compressor will be described. The gases may also be moist and / or contaminated gases or gas mixtures.
Kohlenstoffdioxid: Carbon dioxide:
Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt zwischen -60 °C und 120 °C, insbesondere 1 bis 80 °C. Die The inlet temperature (temperature before compression) of the carbon dioxide is preferably between -60 ° C and 120 ° C, especially 1 to 80 ° C. The
Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt zwischen 40 und 150 °C, insbesondere zwischen 60 und 100 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt 0,1 bar bis 10 bar, insbesondere 0,2 bis 4 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt zwischen 5 und 100 bar, insbesondere 20 bis 60 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm3/h bis 50 Nm3/h, insbesondere bei 1 Nm3/h bis 8 Nm3/h. Wasserstoff: Starting temperature (temperature after compression) of the carbon dioxide is preferably between 40 and 150 ° C, in particular between 60 and 100 ° C. The inlet pressure (pressure before compression) of the carbon dioxide is preferably 0.1 bar to 10 bar, in particular 0.2 to 4 bar. The initial pressure (pressure after compression) of the carbon dioxide is preferably between 5 and 100 bar, in particular 20 to 60 bar. The volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 50 Nm 3 / h, in particular 1 Nm 3 / h to 8 Nm 3 / h. Hydrogen:
Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt zwischen -253 °C und 80 °C, insbesondere -253 °C bis -80 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt zwischen -250 und 150 °C, insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 40 bar, insbesondere 2,5 bis 30 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt zwischen 10 und 1000 bar, insbesondere 500 bis 1000 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm3/h bis 500 Nm3/h, insbesondere bei 50 Nm3/h bis 350 Nm3/h. The inlet temperature (temperature before compression) of the hydrogen is preferably between -253 ° C and 80 ° C, especially -253 ° C to -80 ° C when used as a cryogenic compressor or in particular -20 ° C to 80 ° C in the Use as ionic compressor. The starting temperature (temperature after compression) of the hydrogen is preferably between -250 and 150 ° C, especially between -60 and 80 ° C. The inlet pressure (pressure before compression) of the hydrogen is preferably 0.8 bar to 40 bar, in particular 2.5 to 30 bar. The outlet pressure (pressure after compression) of the hydrogen is preferably between 10 and 1000 bar, in particular 500 to 1000 bar. The volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 500 Nm 3 / h, in particular at 50 Nm 3 / h to 350 Nm 3 / h.
Methan oder Erdgas: Methane or natural gas:
Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt zwischen -182 °C und 80 °C, insbesondere -182 °C bis -40 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt zwischen -180 und 150 °C, insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 30 bar, insbesondere 1 ,5 bis 20 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt zwischen 10 und 650 bar, insbesondere 300 bis 600 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm3/h bis 1000 Nm3/h, insbesondere bei 5 Nm3/h bis 350 Nn Vh. Helium: The inlet temperature (temperature before compression) of the methane or natural gas is preferably between -182 ° C and 80 ° C, especially -182 ° C to -40 ° C when used as a cryogenic compressor or more particularly -20 ° C to 80 ° C. when used as ionic compressor. The starting temperature (temperature after compression) of the methane or natural gas is preferably between -180 and 150 ° C, in particular between -60 and 80 ° C. The inlet pressure (pressure before compression) of the methane or natural gas is preferably 0.8 bar to 30 bar, in particular 1.5 to 20 bar. The outlet pressure (pressure after compression) of the methane or natural gas is preferably between 10 and 650 bar, in particular 300 to 600 bar. The volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 1000 Nm 3 / h, in particular at 5 Nm 3 / h to 350 Nn Vh. Helium:
Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt zwischen -269 °C und 80 °C, insbesondere -269 °C bis -80 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt zwischen -269 und 150 °C, insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 40 bar, insbesondere 2,5 bis 20 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt zwischen 10 und  The inlet temperature (temperature before compression) of the helium is preferably between -269 ° C and 80 ° C, in particular -269 ° C to -80 ° C when used as a cryogenic compressor or especially -20 ° C to 80 ° C in the Use as ionic compressor. The starting temperature (temperature after compression) of the helium is preferably between -269 and 150 ° C, in particular between -60 and 80 ° C. The inlet pressure (pressure before compression) of the helium is preferably 0.8 bar to 40 bar, in particular 2.5 to 20 bar. The initial pressure (pressure after compression) of the helium is preferably between 10 and
1000 bar, insbesondere 200 bis 600 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm3/h bis 600 Nm3/h, insbesondere bei 50 Nm3/h bis 400 Nm3/h. 1000 bar, in particular 200 to 600 bar. The volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 600 Nm 3 / h, in particular at 50 Nm 3 / h to 400 Nm 3 / h.
Stickstoff: Nitrogen:
Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt zwischen -196 °C und 80 °C, insbesondere -196 °C bis -40 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt zwischen -195 und 150 °C, The inlet temperature (temperature before compression) of the nitrogen is preferably between -196 ° C and 80 ° C, in particular -196 ° C to -40 ° C when used as a cryogenic compressor or in particular -20 ° C to 80 ° C in the Use as ionic compressor. The starting temperature (temperature after compression) of the nitrogen is preferably between -195 and 150 ° C,
insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 30 bar, insbesondere 1 ,5 bis 17 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt zwischen 10 und 650 bar, insbesondere 200 bis 400 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm3/h bis 500 Nm3/h, insbesondere bei 5 Nm3/h bis 350 Nm3/h. especially between -60 and 80 ° C. The inlet pressure (pressure before compression) of the nitrogen is preferably 0.8 bar to 30 bar, in particular 1.5 to 17 bar. The outlet pressure (pressure after compression) of the nitrogen is preferably between 10 and 650 bar, in particular 200 to 400 bar. The volume flow is preferably 0.5 Nm 3 / h to 500 Nm 3 / h, in particular at 5 Nm 3 / h to 350 Nm 3 / h.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt schematisch in einem Flussdiagramm einen erfindungsgemäßen FIG. 1 shows a schematic diagram of a flowchart according to the invention
mehrstufigen Hubkolbenverdichter in einer bevorzugten Ausführungsform. Figur 2 zeigt schematisch in einem Diagramm Hubverläufe bei einem  multi-stage reciprocating compressor in a preferred embodiment. FIG. 2 shows a schematic diagram of stroke profiles in a diagram
erfindungsgemäßen mehrstufigen Hubkolbenverdichter in einer bevorzugten Ausführungsform.  Multi-stage reciprocating compressor according to the invention in a preferred embodiment.
Ausführungsform der Erfindung Embodiment of the invention
In Figur 1 ist schematisch und als Flussdiagramm ein erfindungsgemäßer mehrstufiger Kolbenverdichter 100 in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Der DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows schematically and as a flow chart an inventive multistage reciprocating compressor 100 in a preferred embodiment. Of the
Kolbenverdichter 100 weist dabei eine erste Verdichtungsstufe 1 10 und eine zweite Verdichtungsstufe 120 auf. Die beiden Verdichtungsstufen sind dabei jeweils als Kolben, die sich in einem Zylinder bewegen ausgebildet. Diese Kolben werden dabei von einem elektrischen Linearmotor 130 angetrieben. Selbstverständlich können weitere Verdichtungsstufen vorgesehen sein. Piston compressor 100 has a first compression stage 110 and a second compression stage 120. The two compression stages are each designed as pistons that move in a cylinder. These pistons are driven by a linear electric motor 130. Of course, further compression stages can be provided.
Die erste Verdichtungsstufe weist dabei ein Einlassventil 111 und ein Auslassventil 112 auf, welche als druckgesteuerte Rückschlagventile ausgebildet sein können. Ebenso weist die zweite Verdichtungsstufe 120 ein Einlassventil 121 und ein Auslassventil 122 auf, welche ebenfalls als druckgesteuerte Rückschlagventile ausgebildet sein können. The first compression stage has an inlet valve 111 and an outlet valve 112, which may be designed as pressure-controlled check valves. Likewise, the second compression stage 120 has an inlet valve 121 and an outlet valve 122, which may also be designed as pressure-controlled check valves.
Der reguläre Gasfluss erfolgt dabei über einen ersten Förderweg 161 (in Figur 1 links dargestellt) zur ersten Verdichtungsstufe 110 und von der ersten Verdichtungsstufe 110 dann zur zweiten Verdichtungsstufe 120. Anschließend kann das Gas einer gewünschten Verwendung zugeführt werden. The regular gas flow takes place via a first conveying path 161 (shown on the left in FIG. 1) to the first compression stage 110 and from the first compression stage 110 then to the second compression stage 120. Subsequently, the gas can be fed to a desired use.
Weiterhin sind Drucksensoren 141 , 142 und 143 vorgesehen. Mit dem Drucksensor 141 kann ein Eingangsdruck zur ersten Verdichtungsstufe erfasst werden, mit dem Drucksensor 142 kann ein Ausgangsdruck der ersten Verdichtungsstufe 110, respektive Eingangsdruck der zweiten Verdichterstufe 120 erfasst werden und mit dem Drucksensor 143 kann ein Ausgangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe 120 erfasst werden. Die Drucksensoren 141 , 142 und 143 sind dabei an eine als Furthermore, pressure sensors 141, 142 and 143 are provided. With the pressure sensor 141, an input pressure to the first compression stage can be detected, with the pressure sensor 142, an output pressure of the first compression stage 110, respectively input pressure of the second compressor stage 120 can be detected and with the pressure sensor 143, an output pressure of the second compression stage 120 can be detected. The pressure sensors 141, 142 and 143 are connected to a
speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildete Recheneinheit 170 angebunden. Die SPS 170 kann somit die entsprechenden Drücke erfassen bzw. auslesen. Programmable logic controller (PLC) trained computing unit 170 connected. The PLC 170 can thus detect or read the corresponding pressures.
Weiterhin ist ein erstes Ventil 151 im ersten Förderweg 161 vorgesehen. Dieses erste Ventil 151 kann vorliegend über die SPS 170 angesteuert, d.h. geöffnet und geschlossen werden. Dabei ist das erste Ventil 151 im Normalbetrieb geöffnet. Furthermore, a first valve 151 is provided in the first delivery path 161. In the present case, this first valve 151 can be actuated via the SPS 170, i. be opened and closed. In this case, the first valve 151 is open in normal operation.
Weiterhin ist ein zweiter Förderweg 162 im Sinne einer Bypass-Leitung vorgesehen, der vom ersten Förderweg 161 , und zwar noch vor dem ersten Ventil 151 , abzweigt und vor die zweite Verdichtungsstufe 120 führt. In dem zweiten Förderweg 162 ist ein zweites Ventil 152 vorgesehen, das ebenfalls von der SPS 170 angesteuert, d.h. geöffnet und geschlossen werden kann. Dabei ist das zweite Ventil 152 im Furthermore, a second conveying path 162 is provided in the sense of a bypass line, which branches off from the first conveying path 161, specifically before the first valve 151, and leads in front of the second compression stage 120. In the second conveying path 162, a second valve 152 is provided, which is also controlled by the SPS 170, i. can be opened and closed. In this case, the second valve 152 is in
Normalbetrieb geschlossen. Wird nun von der SPS 170 während des Betriebs des Kolbenverdichters 100 mittels des Drucksensors 141 ein Eingangsdruck zu ersten Verdichtungsstufe 110 erfasst bzw. gemessen, der über einem Schwellwert liegt, so wird das erste Ventil 151 bspw. vollständig geschlossen. Gleichzeitig wird das zweite Ventil 152 bspw. vollständig geöffnet. Das Gas strömt nun anstatt zur ersten Verdichtungsstufe 110 direkt zum Eingang der zweiten Verdichtungsstufe 120. Normal operation closed. If an input pressure to the first compression stage 110 is detected or measured by the SPS 170 during operation of the reciprocating compressor 100 by means of the pressure sensor 141, which is above a threshold value, then the first valve 151 is completely closed, for example. At the same time, the second valve 152, for example, completely open. The gas now flows instead of the first compression stage 110 directly to the input of the second compression stage 120th
Dieser Schwellwert kann dabei vorzugsweise so gewählt werden, dass mit This threshold can preferably be chosen so that with
Eingangsdrücken bis zu diesem Schwellwert die Leistung bzw. die aufbringbare Kraft des elektrischen Linearmotors 130 für die erste Verdichtungsstufe 110 gerade noch ausreicht, die geforderte Verdichtung durchzuführen. Auf diese Weise werden Eingangsdrücke, bei denen die geforderte Verdichtung nicht mehr durchgeführt werden könnte, in der ersten Verdichtungsstufe 110 vermieden. Input pressures up to this threshold, the power or the applicable force of the electric linear motor 130 for the first compression stage 110 just enough to perform the required compression. That way Incoming pressures at which the required compression could not be performed in the first compression stage 110 avoided.
Weiterhin wird der elektrische Linearmotor 130 von der SPS 170 derart angesteuert, dass der Hub des der ersten Verdichtungsstufe 110 zugeordneten Kolbens reduziert wird. Furthermore, the electric linear motor 130 is controlled by the SPS 170 in such a way that the stroke of the piston assigned to the first compression stage 110 is reduced.
In Figur 2 sind schematisch in einem Diagramm Hubverläufe bei einem In Figure 2 are schematically in a diagram Hubverläufe at a
erfindungsgemäßen mehrstufigen Hubkolbenverdichter in einer bevorzugten Multi-stage reciprocating compressor according to the invention in a preferred
Ausführungsform gezeigt. Dazu ist ein Hub h gegenüber einer Zeit t aufgetragen. Embodiment shown. For this purpose, a stroke h is plotted against a time t.
Mit h-i ist dabei ein Hubverlauf des der ersten Verdichtungsstufe zugeordneten Kolbens bezeichnet und mit h2 ein Hubverlauf des der zweiten Verdichtungsstufe zugeordneten Kolbens. With hi, a stroke course of the piston associated with the first compression stage is designated, and h 2 is a stroke course of the piston assigned to the second compression stage.
Der Hub hh des Kolbens der ersten Verdichtungsstufe wird nun um einen Betrag Ah reduziert, so dass sich ein Hub h'-, für den Kolben der ersten Verdichtungsstufe ergibt. Der Hub des Kolbens der zweiten Verdichtungsstufe bleibt unverändert. Wie bereits eingangs erwähnt, wird dadurch ein Unterdruck in der zweiten Verdichtungsstufe vermieden. The stroke hh of the piston of the first compression stage is now reduced by an amount Ah, so that there is a stroke h'-, for the piston of the first compression stage. The stroke of the piston of the second compression stage remains unchanged. As already mentioned, a negative pressure in the second compression stage is thereby avoided.
Der Differenzbetrag Ah, um den der Hub reduziert wird, kann dabei anhand folgender Formel berechnet werden: The difference Ah, by which the stroke is reduced, can be calculated using the following formula:
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
Dabei bezeichnet p1 den Restdruck nach der Rückexpansion in der ersten Here p1 denotes the residual pressure after the re-expansion in the first
Verdichtungsstufe. Der Druck p1 kann ein frei definierbarer Druck sein, der ein Compression stage. The pressure p1 can be a freely definable pressure that a
Unterschreiten eines Absolutdrucks von 1 bar ausschließen soll. Sinnvollerweise sollte p1 »1 bar absolut liegen. Der Druck nach der Rückexpansion kann bspw. rechnerisch ermittelt bzw. indirekt festgestellt werden, sofern der Druck p1 in der Periode der Rückexpansion unter den vom Drucksensor 141 gemessenen Druck fällt. In diesem Fall würde Gas aus dem Volumen zwischen den Ventilen 151 , 1 1 1 und dem Fall below an absolute pressure of 1 bar to exclude. It makes sense to have p1 »1 bar absolute. The pressure after the re-expansion may, for example, be calculated or determined indirectly, provided that the pressure p1 in the period of the re-expansion falls below the pressure measured by the pressure sensor 141. In this Case would gas from the volume between the valves 151, 1 1 1 and the
Drucksensor 141 nachströmen und der mit dem Drucksensor 141 gemessene Druck würde somit abfallen. Mit p2 ist der Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe, wie er bspw. mittels des Drucksensors 142 gemessen wird, bezeichnet. Pressure sensor 141 flow and the pressure measured by the pressure sensor 141 would thus drop. With p 2 , the input pressure of the second compression stage, as it is measured, for example, by means of the pressure sensor 142, designated.
Mit K ist der Isentropenkoeffizient der adiabatischen Zustandsänderung und mit Vstat ein statisches Totvolumen der ersten Verdichtungsstufe bezeichnet, wie es sich aus den Abmessungen des Kolbens und des Zylinders ergibt. Mit d ist schließlich der K is the isentropic coefficient of the adiabatic change of state and V sta t is a static dead volume of the first compression stage, as it results from the dimensions of the piston and the cylinder. With d is finally the
Durchmesser des Kolbens der ersten Verdichtungsstufe bezeichnet. Mit anderen Worten wird durch die Hubreduzierung also das Totvolumen der ersten Designates diameter of the piston of the first compression stage. In other words, by Hubreduzierung so the dead volume of the first
Verdichtungsstufe vergrößert. Compaction level increased.
Steigt der Druck auf der Saugseite der zweiten Verdichtungsstufe, verkleinert sich der Wert Ah und der effektive Hub wird dadurch erhöht. Für niedrige Drücke muss daher ein großer Totraum in Kauf genommen werden, um bei der Rückexpansion eine Saugdrucküberwachung nicht zu verletzen. If the pressure on the suction side of the second compression stage increases, the value Ah decreases and the effective stroke is thereby increased. For low pressures, therefore, a large dead space must be taken into account in order not to violate a suction pressure monitoring in the re-expansion.
Um den Rechenaufwand zu minimieren ist es bspw. sehr praktikabel, In order to minimize the computational effort it is, for example, very practicable
wenn entsprechende Werte bspw. in 0,5 bar-Schritten in Tabellen festgehalten und diese in der SPS hinterlegt werden. Eine solche Stufenabschaltung wird praxisorientiert dann bspw. erst ab jenem Eingangsdruck aktiviert, ab dem der elektrische Linearmotor nicht mehr in der Lage ist, den Kolben in Bewegung zu setzen. if corresponding values are recorded in tables in 0.5 bar increments, for example, and these are stored in the PLC. Such a step shut-off is practically activated then, for example, only from that input pressure, from which the electric linear motor is no longer able to set the piston in motion.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zum Verdichten eines Gases mittels eines mehrstufigen Method for compressing a gas by means of a multi-stage
Kolbenverdichters (100),  Reciprocating compressor (100),
wobei, wenn ein Eingangsdruck einer ersten Verdichtungsstufe (1 10) einen Schwellwert überschreitet, das Gas wenigstens teilweise, insbesondere  wherein, when an input pressure of a first compression stage (1 10) exceeds a threshold value, the gas at least partially, in particular
vollständig, vor der ersten Verdichtungsstufe (110) abgezweigt und einer unmittelbar auf die erste Verdichtungsstufe (1 10) folgenden zweiten  completely branched off before the first compression stage (110) and a second immediately after the first compression stage (1 10) following
Verdichtungsstufe (120) zugeführt wird.  Compression stage (120) is supplied.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei weiterhin ein Hub (hi) eines der ersten The method of claim 1, further comprising a stroke (hi) of one of the first
Verdichtungsstufe (110) zugeordneten Kolbens des Kolbenverdichters (100) reduziert wird.  Compression stage (110) associated piston of the reciprocating compressor (100) is reduced.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Hub (hi) in Abhängigkeit von einem Method according to claim 2, wherein the stroke (hi) depends on a
Restdruck nach einer Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe (110) und/oder einem Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe (120) reduziert wird.  Residual pressure after a re-expansion in the first compression stage (110) and / or an input pressure of the second compression stage (120) is reduced.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Reduzierung des Hubs (h^ anhand von hinterlegten Werten für den Restdruck und/oder den Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe (120) ermittelt wird. The method of claim 3, wherein the reduction of the stroke (h ^ is determined based on stored values for the residual pressure and / or the inlet pressure of the second compression stage (120).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gas vor der ersten Verdichtungsstufe (10) abgezweigt und der zweiten Verdichtungsstufe (120) zugeführt wird, indem ein erstes Ventil (151) in einem ersten Förderweg (161) zur ersten Verdichtungsstufe (110) wenigstens teilweise geschlossen und ein zweites Ventil (152) in einem zweiten Förderweg (162) von dem ersten Förderweg (161) zur zweiten Verdichtungsstufe (120) wenigstens teilweise geöffnet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the gas before the first compression stage (10) is branched off and the second compression stage (120) is supplied by a first valve (151) in a first conveying path (161) to the first compression stage (110) at least partially closed and a second valve (152) in a second conveying path (162) from the first conveying path (161) to the second compression stage (120) is at least partially opened.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei als erstes Ventil (151 ) ein Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe verwendet wird. The method of claim 5, wherein as the first valve (151) an inlet valve of the first compression stage is used.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Bewegung von Kolben im Kolbenverdichter (100) wenigstens ein elektrischer Linearmotor (130) verwendet wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least one electric linear motor (130) is used to move the piston in the reciprocating compressor (100).
8. Recheneinheit (170), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. 9. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) mit einem Gaseingang, einer ersten Verdichtungsstufe (110) und einer zweiten Verdichtungsstufe (120), 8. arithmetic unit (170) which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. 9. Multi-stage reciprocating compressor (100) having a gas inlet, a first compression stage (110) and a second compression stage (120),
wobei in einem ersten Förderweg (161) zu einem Gaseinlass der ersten Verdichtungsstufe (110) ein erstes Ventil (151) angeordnet ist,  wherein a first valve (151) is arranged in a first conveying path (161) to a gas inlet of the first compression stage (110),
wobei ein zweiter Förderweg (162), der von dem ersten Förderweg (161) vor dem ersten Ventil (151) abzweigt und zu einem Gaseinlass der zweiten  wherein a second conveying path (162) branches off from the first conveying path (161) before the first valve (151) and to a gas inlet of the second
Verdichtungsstufe (120) führt, vorgesehen ist, und  Compaction level (120) performs, is provided, and
wobei im zweiten Förderweg (162) ein zweites Ventil (152) vorgesehen ist.  wherein in the second conveying path (162) a second valve (152) is provided.
10. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) nach Anspruch 9, wobei das erste Ventil (151) als Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe ausgebildet ist. 10. Multi-stage reciprocating compressor (100) according to claim 9, wherein the first valve (151) is designed as an inlet valve of the first compression stage.
1 1. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) nach Anspruch 9 oder 10, mit wenigstens einem elektrischen Linearmotor (130) zur Bewegung von Kolben des 1 1. A multi-stage reciprocating compressor (100) according to claim 9 or 10, comprising at least one electric linear motor (130) for moving the piston of
Hubkolbenverdichters (100).  Reciprocating compressor (100).
12. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , mit einer Recheneinheit (170) nach Anspruch 8. 12. Multi-stage reciprocating compressor (100) according to one of claims 9 to 11, with a computing unit (170) according to claim 8.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108548624A (en) * 2018-04-12 2018-09-18 海信（山东）空调有限公司 Residual stress test method for compressor piping
CN113533600B (en) * 2021-08-09 2022-02-22 江苏鑫华半导体材料科技有限公司 Trichlorosilane detection pretreatment method and trichlorosilane detection method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4236876A (en) * 1979-07-30 1980-12-02 Carrier Corporation Multiple compressor system
US5797729A (en) * 1996-02-16 1998-08-25 Aspen Systems, Inc. Controlling multiple variable speed compressors
WO2009058356A1 (en) * 2007-11-02 2009-05-07 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor sensor module
WO2009112479A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-17 Burckhardt Compression Ag Device and method for preparing liquefied natural gas (lng) fuel

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007052899A1 (en) * 2007-11-07 2009-05-14 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Charged internal combustion engine and method for operating such an internal combustion engine
DE102011084666A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Compressor circuit for a pneumatic control device of a vehicle
US20130280095A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-24 General Electric Company Method and system for reciprocating compressor starting
DE102014012646B4 (en) * 2014-08-22 2023-06-07 Zf Cv Systems Hannover Gmbh Compressed air supply system, pneumatic system and method for controlling a compressed air supply system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4236876A (en) * 1979-07-30 1980-12-02 Carrier Corporation Multiple compressor system
US5797729A (en) * 1996-02-16 1998-08-25 Aspen Systems, Inc. Controlling multiple variable speed compressors
WO2009058356A1 (en) * 2007-11-02 2009-05-07 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor sensor module
WO2009112479A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-17 Burckhardt Compression Ag Device and method for preparing liquefied natural gas (lng) fuel

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