Verfahren zur kondensatfreien Zwischenkühlung verdichteter Gase

Abstract

 Verfahren, wobei ein wesentlicher, den Zustand des zu verdichtenden Gases bestimmender Messwert vor der ersten Verdichtungsstufe ermittelt wird und der Sollwert für den Zustand des Gases auf der Saugseite jeder der der ersten folgenden Verdichterstufen mit Hilfe einer das i-x Diagramm linearisiert darstellenden Funktion berechnet wird, wobei die Taupunkttemperatur (absolute Feuchte) τ a des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite der ersten Verdichterstufe und der Druck pi des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite jeder der der ersten folgenden Verdichterstufe gemessen wird und aus diesen Messwerten anhand einer Gleichung

die zulässige Kühlertemperatur Ti als Sollwert berechnet wird und weiterhin die Temperatur des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite jeder der ersten folgenden Verdichterstufe als Istwert bestimmt wird, wobei a_i, bt und c_i Konstante sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kondensatfreien Zwischenkühlung verdichteter Gase, wobei ein wesentlicher, den Zustand des zu verdichtenden Gases bestimmender Meßwert vor der ersten Verdichterstufe ermittelt wird und der Sollwert für den Zustand des Gases auf der Saugseite jeder der der ersten folgenden Verdichterstufe mit Hilfe einer das i-x Diagramm linearisiert darstellenden Funktion berechnet wird.

[0002] Ein derartiges Verfahren, wie es z.B. aus der DE-AS 2 113 038 bekannt ist, ermöglicht zwar bereits eine gewisse Berechnung der zulässigen Temperaturen des zu verdichtenden Gases in den Zwischenkühlern, da bei dem bekannten Verfahren aber die Ansaugtemperatur gemessen wird und von einer relativen Feuchte von 100 % ausgegangen wird, sind die berechneten Temperaturwerte nicht exakt genug, um optimale Meßwerte zu erhalten. Außerdem bleibt dort der recht beachtliche Einfluß des Kühlerdrucks unberücksichtigt. Die ermittelten Temperaturen sind also bei Betriebsdrücken, die unterhalb des maximal möglichen Kühlerdrucks liegen und bei relativen Ansaugfeuchten, die unter 100 % liegen, nicht unwesentlich zu hoch.

[0003] Der Wirkungsgrad der Anlage ist damit geringer als maximal möglich.

[0004] Es ist jetzt Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die zulässige Kühlertemperatur jedes der Zwischenkühler mit geringem Aufwand nahezu exakt berechnet und kontrolliert werden kann, um so zum einen die bekannten Nachteile durch die Unterschreitung der zulässigen Taupunkttemperatur zu vermeiden, andererseits aber den Wirkungsgrad der Verdichtungsanlage so gut wie möglich zu halten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Taupunkttemperatur (absolute Feuchte) τ _a des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite der ersten folgenden Verdichterstufe gemessen wird und aus diesen Meßwerten an Hand einer Gleichung

die zulässige Kühlertemperatur T_i als Sollwert berechnet wird und weiterhin die Temperatur jeder der ersten folgenden Verdichterstufe als Istwert bestimmt wird, wobei a_i, b_i und c_i Konstante sind.

[0005] Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Schemazeichnung näher erläutert. Die Konstanten a_i und c_i, die in der Größenordnung 1 - 5 liegen, können mit handelsüblichen Regelsystemen durch mehrfache Addition der Meßgrößen zu sich selbst und anschließender Abschwächung in einem Spannungsteiler realisiert werden.

[0006] Es zeigen:

Figur 1 die Abhängigkeit des Taupunktes τ₂ nach der zweiten Verdichterstufe vom Taupunkt des Ausgangsgases τ_a für verschiedene Drücke (dargestellt sind der tatsächliche Verlauf und die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Näherung) und

Figur 2 ein Regelschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0007] Bei den verwendeten Symbolen kennzeichnen der Index a den Anfangszustand vor der ersten Verdichterstufe und der Index i = 1, 2, 3 ... die Zahl der erfolgten Verdichtungen.

[0008] Für Temperaturen bis etwa 60 °C und Drücke bis 10 bar kann feuchte Luft näherungsweise als ideales Gasgemisch von Luft- und Wasserdampf betrachtet werden. Es gilt dann folgender Zusammenhang:

[0009] Um den Taupunkt beim Druck P_z zu erhalten, benötigt man den Taupunkt τ₁ beim Druck P₁, liest aus der Gasdruckkurve den zugehörigen Partieldruck P_D1, errechnet mit Formel (1) den Partialdruck P_D2 und erhält aus dem zugehörigen Punkt auf der Gasdruckkurve den Taupunkt τ₂.

[0010] Für den Fachmann überraschend hat sich gezeigt, daß sich die Taupunkttemperatur τ₁ auf beliebigem Druckniveau durch folgende Geradenapproximation hinreichend genau beschreiben läßt:

[0011] Da die gewünschte Kühlertemperatur um eine Sicherheitsspanne oberhalb der Taupunkttemperatur liegen soll, ergibt sich die gewünschte Temperatur T_i zu

Durch die Linearisierung entfällt die Notwendigkeit, Absoluttemperaturen zu berücksichtigen. Wie eine Beispielrechnung zeigt, ergeben sich bei einem Approximationsbereich zwischen τ_a = 0 ... 30 °C und P_i = 4 ... 6 bar maximale Fehler von 1,5 C.

[0012] In der Figur 1 ist der Zusammenhang zwischen exaktem und angenähertem Verlauf graphisch dargestellt.

[0013] Die Konstanten können einfach berechnet werden, indem für drei Arbeitspunkte aus dem Approximationsbereich die exakten Taupunkttemperaturen aus den Dampfdrucktafeln entnommen und in die Geradengleichungen eingesetzt werden.

[0014] In Fig. 2, in der eine Regelanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist, wurden folgende Symbole verwendet:

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Temperatur des Gases in Zwischenkühlern von Gasverdichtern mit einfachen Mitteln so zu regeln, daß der Wirkungskreis der Verdichteranlage nicht gemindert, die Ansaugleistung erhalten bleibt und ein dauerhafter korrosionsfreier Betrieb gesichert ist. Durch eine Linearisierung im jeweiligen Arbeitsbereich läßt sich die Regelung mit geringem Geräteaufwand zuverlässig durchführen. Es kann daher von einer hervorragenden Lösung der anstehenden Probleme gesprochen werden.

Ansprüche

Verfahren zur kondensatfreien Zwischenkühlung verdichteter Gase, wobei ein wesentlicher, den Zustand des zu verdichtenden Gases bestimmender Meßwert vor der ersten Verdichterstufe ermittelt wird und der Sollwert für den Zustand des Gases auf der Saugseite jeder der der ersten folgenden Verdichterstufen mit Hilfe einer das i-x Diagramm linearisiert darstellenden Funktion berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Taupunkttemperatur (absolute Feuchte) τ_a des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite der ersten Verdichterstufe und der Druck pi des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite jeder der der ersten folgenden Verdichterstufe gemessen wird und aus diesen Meßwerten an Hand einer Gleichung

die zulässige Kühlertemperatur T_i als Sollwert berechnet wird und weiterhin die Temperatur des zu verdichtenden Gases auf der Saugseite jeder der ersten folgenden Verdichterstufe als Istwert bestimmt wird, wobei a_i, b_i und c_i Konstante sind.

Zeichnung