КОМПРЕССОРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ С БЕЗОПАСНЫМ РЕЖИМОМ АВАРИЙНОГО ХОДА
COMPRESSOR SYSTEM FOR A RAIL VEHICLE AND METHOD OF A COMPRESSOR SYSTEM OPERATION WITH EMERGENCY SPEED SAFE MODE

Изобретение относится к компрессорной системе для рельсового транспортного средства, включающей в себя приводимый в действие от электродвигателя через приводной вал компрессор для производства сжатого воздуха для, по меньшей мере, одного резервуара для сжатого воздуха, причем электродвигатель выполнен с возможностью настройки, по меньшей мере, опосредованно посредством регулировочного устройства для работы электродвигателя, по меньшей мере, с номинальной частотой вращения, в пределах от максимальной частоты вращения до минимальной частоты вращения, причем далее в расположенном по ходу потока от компрессора, проводящем сжатый воздух трубопроводе расположен, по меньшей мере, один датчик давления для определения давления для регулировочного устройства. Изобретение относится также к способу управления компрессорной системой.
К компрессорам в рельсовых транспортных средствах предъявляются разнообразные, отчасти противоположные требования, к примеру, высокая мощность подачи, достаточная продолжительность включения, невысокий уровень шумов, небольшое энергопотребление, небольшое конструктивное пространство, а также низкие затраты на приобретение и на осуществление производственного цикла. При этом, в зависимости от рабочего режима рельсового транспортного средства, к компрессору предъявляются сильно отличающиеся друг от друга профили требований. Типичная постановка задачи при расчете компрессора состоит в поиске наилучшего компромисса между этими требованиями, и пригодности его для любых рабочих режимов рельсового транспортного средства. Как правило, в рельсовых транспортных средствах используются компрессоры, которые имеют электрический привод. Компрессоры работают в режиме включения/выключения в пределах от нижнего значения давления включения до верхнего значения давления выключения с постоянной частотой вращения, так называемой номинальной частотой вращения. Компрессор рассчитывается таким образом, что достигается заданное время заполнения и не происходит выхода за нижнюю границу минимального временного интервала включения в процессе работы.
Из уровня техники следует, что работа компрессора не отличается при различных рабочих состояниях рельсового транспортного средства. Вентилятор системы охлаждения подчиняется при этом тому же рабочему режиму, что и компрессор, так как вентилятор, как правило, приводится в действие напрямую от компрессора.
Далее известно, что отличающиеся от обычного режима эксплуатации и от обычной конструкции более сложная конструкция и режим работы компрессорной системы предполагают наличие дополнительных, в частности, электронных компонентов, которые могут иметь дополнительную вероятность отказа или, по меньшей мере, дополнительную склонность к ошибкам. Иными словами, за счет введения дополнительных электронных компонентов в компрессорную систему дополнительно увеличивается и вероятность отказов отдельных электронных компонентов в компрессорной системе. Таким образом, возрастает вероятность появления ошибок и риск отказа компрессорной системы. Так как компрессорная система снабжает тормозное устройство сжатым воздухом, то отказ компрессорной системы приводит, как правило, к остановке рельсового транспортного средства.
Задачей предложенного на рассмотрение изобретения является, поэтому, оптимизация компрессорной системы и способа функционирования компрессорной системы в том отношении, чтобы было возможно энергоэффективное и снижающее уровень шума функционирование компрессорной системы, без повышения вероятности возникновения ошибок и риска отказа компрессорной системы.
В отношении устройства задача решается посредством компрессорной системы в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения в сочетании с ее отличительными признаками. В отношении способа задача решается в соответствии с п. 6 формулы изобретения в сочетании с его отличительными признаками. Предпочтительные варианты осуществления изобретения выявляются на основании последующих зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствии с изобретением исполнительный орган для непрерывного воздействия на частоту вращения электродвигателя расположен между устройством подачи электроэнергии и электродвигателем, причем исполнительный орган выполнен с возможность настройки посредством регулировочного устройства и, причем в расположенном по ходу потока от компрессора, проводящем сжатый воздух трубопроводе расположен пневматический выключатель для контроля давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха и для воздействия, по меньшей мере, на частоту вращения электродвигателя.
Иными словами, исполнительный орган находится в потоке энергии по ходу потока в электродвигателе и, таким образом, подключен перед электродвигателем. Исполнительный орган допускает работу электродвигателя с различной частотой вращения. Для этого используются, в частности, преобразователи частоты или инверторы. Частота вращения электродвигателя и, таким образом, работа компрессора зависят от частоты. Однако из-за использования дополнительных электронных компонентов для регулировки частоты вращения, в частности, дополнительных датчиков, кабелей и исполнительного органа, возрастает вероятность ошибки и риск отказа компрессорной системы.
За счет использования пневматического выключателя для контроля давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха повышается надежность такой компрессорной системы и обеспечивается возможность безопасной работы в аварийном режиме. При падении давления пневматический выключатель может, именно опосредованно, оказывать воздействие, по меньшей мере, на частоту вращения электродвигателя. Посредством сигнала пневматического выключателя о превышении определенного нижнего пограничного значения давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха, компрессор может быть отрегулирован таким образом, в частности, частота вращения компрессора может быть повышена, чтобы давление, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха поднялось до определенного верхнего значения. Таким образом, пневматический выключатель лишь тогда оказывает воздействие, по меньшей мере, на частоту вращения компрессора, когда давление достигает либо минимального значения, либо верхнего значения давления выключения. При достижении минимального значения давления частота вращения повышается, причем достижение верхнего значения давления выключения, по меньшей мере, снижает частоту вращения или выключает компрессор. Иными словами, в случае ошибки в компрессорной системе, которая приводит к достижению минимального значения давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха, снова запускается обычный режим работы компрессора, так что компрессор приводится в действие с номинальной частотой вращения.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения пневматический выключатель для опосредованного воздействия на частоту вращения электродвигателя имеет рабочее соединение с регулировочным устройством. Иными словами, пневматический выключатель проводит генерированные сигналы далее к регулировочному устройству, причем оно, предпочтительно посредством встроенного алгоритма управления, приводит в соответствие частоту вращения электродвигателя с полученным сигналом.
В соответствии со следующим предпочтительным примером осуществления изобретения за исполнительным органом подсоединен силовой выключатель для отделения регулировочного устройства и исполнительного органа от электродвигателя. При этом силовой выключатель расположен, в частности, между устройством подачи электроэнергии и электродвигателем и представляет собой, таким образом, мостик как между исполнительным органом и электродвигателем, так и между устройством подачи электроэнергии и электродвигателем.
Далее в предпочтительном варианте пневматический выключатель соединен с силовым выключателем посредством расположенного между ними блока управления с логическими элементами. Таким образом, силовой выключатель не зависит от регулировочного устройства и может приводиться в действие через блок управления с логическими элементами, который получает сигналы от пневматического выключателя.
В предпочтительном варианте регулировочное устройство, по меньшей мере, опосредованно регулирует расположенное по ходу потока компрессора охлаждающее устройство с вентилятором, причем частота вращения вентилятора выполнена с возможностью непрерывной регулировки посредством регулировочного устройства. Для этого в охлаждающее устройство в предпочтительном варианте интегрирован исполнительный орган. В альтернативном варианте возможно также, чтобы исполнительный орган был, по меньшей мере, подключен перед охлаждающим устройством. Также возможно, чтобы исполнительный орган имел два управляющих выхода, чтобы и электродвигатель, и вентилятор настраивались посредством совместного исполнительного органа.
В соответствии со способом компрессор приводится в действие с переменной, в пределах от максимальной частоты вращения до минимальной частоты вращения, включающей в себя любое промежуточное значение, частотой вращения, причем пневматический выключатель контролирует давление, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха и опосредованно оказывает воздействие, по меньшей мере, на частоту вращения электродвигателя. За счет того, что охлаждающее устройство ни напрямую, ни опосредованно не соединено с компрессором, осуществляется отдельная настройка охлаждающего устройства и, тем самым, отдельная регулировка частоты вращения вентилятора. В предпочтительном варианте компрессор и вентилятор могут быть также выключены.
В соответствии со следующим примером осуществления изобретения регулировочное устройство при достижении минимального значения давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха получает от пневматического выключателя сигнал для настройки исполнительного органа для приведения в действие компрессора, по меньшей мере, с номинальной частотой вращения до достижения давления выключения. Благодаря этому, можно противодействовать работе, в частности, дефектных датчиков и/или кабелей. Регулировочное устройство управляет исполнительным органом именно в соответствии с пневматическим выключателем.
В соответствии со следующим примером осуществления изобретения блок управления с логическими элементами при достижении минимального давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха получает от пневматического выключателя сигнал для настройки силового выключателя и отделения регулировочного устройства и исполнительного органа от электродвигателя, причем компрессор через силовой выключатель приводится в действие с номинальной частотой вращения до достижения давления выключения. В зависимости от регулировки силового выключателя для электродвигателя может быть генерирована и большая частота вращения, чем номинальная частота вращения. Для этого силовой выключатель соединяет электродвигатель непосредственно с устройством подачи электроэнергии. Таким образом, регулировочное устройство не может оказывать воздействия на электродвигатель и, тем самым, на частоту вращения компрессора. Благодаря этому, в частности, выходу из строя или ошибке всего регулировочного устройства в целом может быть оказано противодействие всеми соответствующими датчиками, а также исполнительным органом.
В особо предпочтительном варианте после, по меньшей мере, двух эпизодов спада давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха до минимального давления электродвигатель приводится в действие в прерывистом режиме между, по меньшей мере, номинальной частотой вращения при спаде давления до минимального значения давления и выключением компрессора при достижении давления выключения. Иными словами, частота вращения электродвигателя и, тем самым, частота вращения компрессора более не изменяются, с целью удержания относительно постоянного давления, по меньшей мере, в одном резервуаре для сжатого воздуха. Однако возможно также приводить в действие компрессор не с номинальной частотой вращения, а с максимальной частотой вращения, для обеспечения возможности более быстрого заполнения, по меньшей мере, одного резервуара для сжатого воздуха.
Другие, улучшающие изобретение мероприятия поясняются далее более детально совместно с описанием предпочтительных примеров осуществления изобретения, на основании чертежей, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - блок-схема компрессорной системы в соответствии с изобретением,
фиг. 2 - блок-схема компрессорной системы в соответствии с изобретением согласно второму примеру осуществления изобретения, и
фиг. 3 - две сопряженные диаграммы, причем на верхней диаграмме нанесена частота вращения компрессора во времени, а на нижней диаграмме давление компрессора во времени.
В соответствии с фиг. 1 компрессорная система для рельсового транспортного средства имеет электродвигатель 1, который через приводной вал приводит в действие компрессор 3 для производства сжатого воздуха. Произведенный компрессором 3 сжатый воздух по проводящему сжатый воздух трубопроводу 6 проводится к охлаждающему устройству 9 с вентилятором 14. По ходу течения потока в охлаждающем устройстве 9 в проводящем сжатый воздух трубопроводе 6 расположены датчик 7 давления и датчик 13b температуры. Далее проводящий сжатый воздух трубопровод 6 входит в первичный сепаратор 11, к которому подсоединена установка 12 для регенерации воздуха. Высушенный и очищенный от мелких частиц сжатый воздух подается затем в резервуар 4 для сжатого воздуха. Кроме того, в проводящем сжатый воздух трубопроводе 6 расположен пневматический выключатель 16 для контроля давления в резервуаре 4 для сжатого воздуха и для опосредованного воздействия на частоту вращения электродвигателя 1 и вентилятора 14.
Датчик 13а температуры, расположенный на компрессоре 3, также как и датчик 13b температуры и датчик 7 давления, все вместе передают на регулировочное устройство 5 общие данные измеренных температур и измеренного давления. Далее регулировочное устройство 5 также через сигнальный вход 10 получает сигналы от других, не изображенных в данном случае, датчиков или от системы подачи и управления. Кроме того, регулировочное устройство 5 подходит и для того, чтобы регулировать частоту вращения охлаждающего устройства 9, а также передавать сигналы на исполнительный орган 8. Исполнительный орган 8, который осуществлен в виде частотного преобразователя, регулирует частоту вращения электродвигателя 1 и, тем самым, частоту вращения компрессора 3. Исполнительный орган 8 имеет далее два выхода и, таким образом, посредством регулировочного устройства 5 регулирует также частоту вращения вентилятора 14. При этом исполнительный орган 8 для осуществления непрерывного воздействия на частоту вращения электродвигателя 1 расположен между устройством 15 подачи электроэнергии и электродвигателем 1. При этом регулировочное устройство 5 при достижении минимального давления е в резервуаре 4 для сжатого воздуха получает от пневматического выключателя 16 сигнал для настройки исполнительного органа 8 для приведения в действие компрессора 3 с номинальной частотой n вращения до достижения давления d выключения.
В соответствии с фиг. 2 силовой выключатель 17 для отделения регулировочного устройства 5 и исполнительного органа 8 от электродвигателя 1 подключен за исполнительным органом 8. Пневматический выключатель 16 соединен с силовым выключателем 17 через расположенный между ними блок 18 управления с логическими элементами. При этом блок 18 управления с логическими элементами при достижении минимального давления е в резервуаре 4 для сжатого воздуха получает от пневматического выключателя 16 сигнал для настройки силового выключателя 17 и отделения регулировочного устройства 5 и исполнительного органа 8 от электродвигателя 1. Компрессор 3 в этом случае приводится в действие через силовой выключатель 17 с номинальной частотой n вращения до достижения давления d выключения.
Фиг. 3 графически демонстрирует описанную выше характеристику при измеренном посредством пневматического выключателя 16 спаде давления в резервуаре 4 для сжатого воздуха. В зоне а компрессор 3 приводится в действие с частотой вращения от минимальной частоты i вращения до номинальной частоты n вращения, причем давление в резервуаре 4 для сжатого воздуха удерживается в определенном диапазоне. Таким образом, компрессор 3 находится в зоне а в регулируемом режиме работы. Частота вращения может меняться и зависит от ситуации.
В зоне b давление в резервуаре 4 для сжатого воздуха и частота вращения компрессора 3 спонтанно падают. Иными словами, в зоне b возникает ошибка в регулируемом режиме работы, которая приводит к измеренному спаду давления.
При достижении в резервуаре 4 для сжатого воздуха минимального давления е пневматический выключатель 16 реагирует и опосредованно, или через силовой выключатель 17, или через исполнительный орган 8 повышает в зоне с частоту вращения электродвигателя 1, и, тем самым, частоту вращения компрессора 3 до номинальной частоты n вращения. Таким образом, в зоне с имеет место реакция пневматического выключателя 16, которая приводит к переводу режима работы от регулируемого к нерегулируемому. Нерегулируемый режим работы имеет два состояния. Во-первых, режим работы компрессора 3 с номинальной частотой n вращения и, во-вторых, выключение компрессора 3. Аналогично режиму работы компрессора 3 приводится в действие и не изображенный в данном случае вентилятор 14.
После достижения давления d выключения в резервуаре 4 для сжатого воздуха компрессор 3 выключается и приводится в действие снова с частотой вращения от минимальной частоты i вращения до номинальной частоты n вращения, так что давление в резервуаре 4 для сжатого воздуха удерживается в определенном диапазоне.
Изобретение не ограничено ранее описанными примерами осуществления. Более того, возможны также варианты, которые включаются в область охранительного действия представленной ниже формулы изобретения. Так, к примеру, возможно также, чтобы компрессор 3 заполнял несколько резервуаров 4 для сжатого воздуха. Также возможно при достижении минимального давления е в резервуаре 4 для сжатого воздуха, повышать частоту вращения электродвигателя 1 и, тем самым, частоту вращения компрессора 3 до максимальной частоты m вращения, а только лишь до номинальной частоты n вращения.