壓縮機系統和用于根據軌道車輛的運行狀態運行壓縮機系統的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于軌道車輛的壓縮機系統，其包括由電機(1)通過驅動軸(2)驅動的壓縮機(3)，該壓縮機用于產生至少一個壓縮空氣容器(4)所用的壓縮空氣，所述電機(1)能夠至少間接地通過調節裝置(5)進行操控，用于以至少一個處在最大轉速(m)與最小轉速(i)之間的額定轉速(n)運行該電機(1)，此外在設于壓縮機(3)下游的壓縮空氣引導管道(6)中設置有至少一個用于針對調節裝置(5)測定壓力的壓力傳感器(7)。根據本發明，在供電設備(15)與電機(1)之間設置有用于持續地影響電機(1)轉速的執行機構(8)，其中，通過調節裝置(5)實施對該執行機構(8)的操控。另外，本發明還涉及一種用于控制本發明的壓縮機系統的方法，其中，使壓縮機(3)根據軌道車輛的運行狀態以可變的轉速運行，該轉速為在最大轉速(m)與最小轉速(i)之間的任一中間值。
【專利說明】
壓縮機系統和用于根據軌道車輛的運行狀態運行壓縮機系統的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于軌道車輛的壓縮機系統，其包括由電機通過驅動軸驅動的壓縮機，該壓縮機用于產生至少一個壓縮空氣容器的壓縮空氣，其中，所述電機能夠至少間接地通過調節裝置進行操控，用于以至少一個處在最大轉速與最小轉速之間的額定轉速運行該電機，此外在設于壓縮機下游的壓縮空氣引導管道中設置有至少一個用于針對調節裝置測定壓力的壓力傳感器。此外，本發明還涉及一種用于控制本發明的壓縮機系統的方法。
【背景技術】
[0002]對于軌道車輛中的壓縮機提出了諸多方面的部分對立的要求，例如高的供給性能、充分的接通持續時間、少的噪聲排放、低的能量消耗、小的結構空間以及低的購置成本和壽命周期費用。在此，依據軌道車輛的運行狀態，壓縮機必須滿足非常不同的需求特點。在壓縮機設計中典型的問題是:在這些需求之間找到最佳的折衷方案，從而在軌道車輛的所有運行狀態中都可以接受。通常，在軌道車輛中使用電驅動的壓縮機。所述壓縮機在接通/關斷運行中在低的接通壓力與高的關斷壓力之間以恒定的轉速(即所謂額定轉速)運行。壓縮機的尺寸大小被確定為，應達到預定的充風時間并且不低于在運行中的最小接通時間。
[0003]由公知的現有技術所獲知的情況是:在軌道車輛的不同運行狀態之間，壓縮機運行并無區別。在此，冷卻系統的風扇受制于與壓縮機相同的運行狀態(Betriebsregime)，因為該風扇通常直接由壓縮機連帶驅動。
[0004]在充風階段期間，壓縮機在額定轉速下運行。所述額定轉速是這樣選擇的:使壓縮機能夠持續運行工作。另外，壓縮機的結構尺寸是這樣選擇的:在線路區間運行中應不低于最小接通持續時間且不超過最大充風時間。在線路區間運行中，壓縮機間歇性地運行。在此，當壓縮空氣容器內的壓力下降到接通壓力時，壓縮機便起動。一旦達到壓縮空氣容器內的關斷壓力，就使壓縮機以額定轉速運行。在達到關斷壓力時，壓縮機被關斷并且直至壓力下降到接通壓力之后才重新起動。對于電力驅動的軌道車輛，在制動階段期間，驅動馬達被用作電動力制動器。隨此產生電能，將該電能回饋到電網中往往是不經濟的或者有時是不可能的。在停站運行期間(此時軌道車輛停靠于車站)，壓縮機同樣如在行駛期間那樣間歇性地運行。此時不存在顯著的行駛噪音，應該避免壓縮機和風扇的噪聲排放。由于在車站內氣動懸架系統因乘客上/下車之故而具有提高的空氣需求量，這一點常常導致在車站處停靠期間接通壓縮機和風扇，并因此導致所不期望的噪聲排放。此外，軌道車輛(特別是在短途交通中)經常是以整備待發狀態停放在住宅區附近，為的是例如避免凍結。在這種情況下必須盡可能地避免噪聲排放。由于泄漏，壓縮空氣容器內的壓力在一個夜晚當中多次達到壓縮機的低的接通壓力，因而需要進行后續充風并使壓縮機間歇性地在額定轉速下運行。另外，在這種情況下除了壓縮機噪聲排放之外還產生其他的聲響，諸如空氣干燥器的擾人的排風噪音。
【發明內容】
[0005]因此，本發明的目的是優化壓縮機系統和用于運行該壓縮機系統的方法，以便實質性地節省用于運行壓縮機系統的能量并且降低壓縮機系統的噪聲排放。
[0006]在設備技術方面，此目的從如權利要求1前序部分所述的壓縮機系統出發，結合其特征部分所述的特征得以實現。在方法技術方面，此目的根據權利要求3，結合其特征部分所述的特征得以實現。由后續從屬權利要求可得知本發明的一些有益的發展設計。
[0007]根據本發明，在供電設備與電機之間設置有用于持續地影響電機轉速的執行機構，其中，通過調節裝置實施對該執行機構的操控。換言之，所述執行機構在能流中位于電機的上游并且因此是接在電機前面。該執行機構能使電機以不同轉速運行。尤其是變頻器或逆變器適宜于此。依據頻率，對電機的轉速以及由此對壓縮機的運行進行適配調整。
[0008]優選的是，調節裝置至少間接地操控設于壓縮機下游的冷卻單元，該冷卻單元具有冷卻風扇，其中，冷卻風扇的轉速能夠持續地通過調節裝置進行調定。為此，優選在冷卻單元內集成一個執行機構。作為另選方案，也可以考慮將該執行機構至少接在冷卻單元的前面(上游)。
[0009]在方法技術方面，使壓縮機根據軌道車輛的運行狀態以可變的轉速運行，該轉速為在最大轉速與最小轉速之間的任一中間值。由于冷卻單元既不直接也不間接與壓縮機連接，因此實現了對冷卻單元的獨立操控并由此實現了對冷卻風扇轉速的獨立調定。有益的是，還可以將壓縮機和冷卻風扇關斷。由此，壓縮機雖然保持運行，然而卻不輸送或者僅僅輸送很少的壓縮空氣量。
[0010]優選的是，使壓縮機在軌道車輛的充風運行中以最大轉速運行。將壓縮機的轉速提升到最大轉速，對于很少出現的且在時間上有限制的充風運行特別有利，因為這樣縮短了充風時間并且另外還提供了使用更小型、更輕型以及由此節省結構空間的壓縮機的可能性。所以，在壓縮機的充風運行中，壓縮機的最大功率為首選。由此，通過由壓縮機產生最大體積的壓縮空氣而實現了最短的充風時間。
[0011]特別優選的是，使壓縮機在軌道車輛的線路區間運行中以略微高于最小轉速的可變的轉速運行，其中，將所述至少一個壓縮空氣容器內的空氣壓力調定為略微大于接通壓力。換言之，通過壓力傳感器可以監視壓力變化曲線，以便將所述至少一個壓縮空氣容器內的空氣壓力調定為幾乎恒定，優選為在壓縮機的接通壓力以上0.1至0.2bar。為了將所述至少一個壓縮空氣容器內的空氣壓力保持幾乎恒定，使電機轉速并由此使壓縮機轉速根據實時的壓縮空氣消耗進行變化。所以，在壓縮機的線路區間運行中，壓縮機的最大能量節省為首選，該最大能量節省通過壓縮機以至少最小轉速的可變運行而得以實現。因此壓縮機只產生用于在所述至少一個壓縮空氣容器內調定略微大于接通壓力之空氣壓力所需量的壓縮空氣。
[0012]由此獲得了如下優點:由于在所述至少一個壓縮空氣容器內的較小反壓而降低了能量消耗，并且使壓縮機運行更加輕緩。另外，由此還導致壓縮機的更低運行溫度，從而對壓縮機的冷卻需求也同樣得以減少。另外，使冷卻單元的冷卻風扇如此地運行，即在目標溫度范圍之內在壓縮機輸出端上實現盡可能低的壓縮空氣溫度。這一點提供了在壓縮空氣內液態水份額較高而水蒸氣份額較少的優點。液態水可以在一個預分離器內加以分離，而水蒸氣則在空氣干燥器中分離出去。由此減少了干燥劑內進水，從而只需要較小份額的壓縮空氣用于再生。
[0013]本發明包含這樣的技術教導:使壓縮機在軌道車輛的制動運行中以在額定轉速與最大轉速之間的轉速運行，并且對所述至少一個壓縮空氣容器供氣，至少直至壓縮機的關斷壓力，但最高供氣到最大過壓為止，其中，壓縮機最早在達到關斷壓力之后、但最遲在達到最大過壓之后以在額定轉速與最小轉速之間的可變的轉速運行。換言之，將可用電能用來對所述至少一個壓縮空氣容器完全充風。接著，壓縮機的轉速恢復到接通壓力以上的范圍中，并保持在所述至少一個壓縮空氣容器內事先確定的最大壓力，直至制動階段結束。這一點提供了在制動階段中內部使用電能的優點并且能夠實現能量節省，因為電能向電網中的回饋并不是在任何情況下都可能的。所以，在壓縮機的制動運行中，壓縮機的最大能量回收為首選。所述最大能量回收特別是通過在制動運行期間向所述至少一個壓縮空氣容器中最大限度地供給壓縮空氣和通過在所述至少一個壓縮空氣容器內保持最大過壓而實現。
[0014]特別優選的是，將壓縮機在制動運行結束之后要么關斷并且在達到接通壓力時調定到最小轉速。由此，壓縮機在制動階段結束時在后續運行中節省在制動階段期間所消耗的能量。壓縮機的關斷或者最小轉速的調定應一直保持到所述至少一個壓縮空氣容器內的壓力達到調節壓力為止。
[0015]根據一種實施例，調節裝置在停站運行之前從列車管理系統獲得關于停站運行即將來臨的信號，其中，將壓縮機的轉速至少調定到額定轉速，以便對所述至少一個壓縮空氣容器供氣，直至最大過壓。由此，為了準備在車站中停靠，將所有容器都充風到最大壓力。接著保持該壓力水平，直到停車狀態。
[0016]優選的是，在停站運行期間，壓縮機或是被關斷或是以最小轉速運行。由此，在停車狀態中可以將壓縮機關掉或者保持在最小轉速，直至在所述至少一個壓縮空氣容器內達到調節壓力。由此，在停站運行期間大多情況下可以避免壓縮機運行。冷卻風扇盡可能長時間地保持關斷或者僅僅如此快速地運行，即不超過壓縮機中或壓縮空氣輸出端上允許的最大溫度。由此，在停靠于車站期間，壓縮機和冷卻風扇所產生的噪聲排放被降低到最小程度。另外，整個壓縮機系統可以構造得更加節省結構空間，因為取消了省去用于消聲之被動措施的可能方案。所以，在壓縮機的停站運行中，壓縮機和冷卻風扇的最小噪聲排放為首選。所述最小噪聲排放特別是通過關斷壓縮機和冷卻風扇或者在最小轉速下運行壓縮機和冷卻風扇而得以實現。
[0017]有益的是，壓縮機在夜間待機運行中間歇性地在壓力下降到接通壓力時的最小轉速與達到關斷壓力時的壓縮機關斷之間運行。通過降低的轉速水平，在軌道車輛以整備待發狀態停放期間將噪聲排放降低到最小程度。另外，冷卻風扇也盡可能長時間地保持關掉或者僅僅如此快速地由調節裝置運行，即不超過壓縮機內或壓縮空氣輸出端上允許的最大溫度。作為另選方案，冷卻單元可以用來如此程度地減少水蒸氣進入空氣干燥器中，即在夜間不需要對空氣干燥器進行再生，因而不出現擾人的排風噪音。
[0018]通過在內部提供的軌道車輛信息，使調節裝置依據軌道車輛的運行狀態工作運行，從而節省用于運行壓縮機系統的能量并且降低壓縮機系統的噪聲排放。
【附圖說明】
[0019]下文將參照附圖結合對本發明優選實施例的說明進一步詳細地描述其他一些改進本發明的措施。附圖中示出:
[0020]圖1為本發明的壓縮機系統的方框連接圖，和
[0021]圖2為兩個相關聯的圖表，其中，在上部圖表中描繪了隨時間變化的壓縮機轉速，在下部圖表中描繪了隨時間變化的壓縮機壓力。
【具體實施方式】
[0022]根據圖1，用于軌道車輛的壓縮機系統具有電機I，該電機通過驅動軸2驅動用于產生壓縮空氣的壓縮機3。由壓縮機3所產生的壓縮空氣通過壓縮空氣引導管道6被輸送到帶有冷卻風扇14的冷卻單元9。在冷卻單元9的下游，在壓縮空氣引導管道6中設置有壓力傳感器7和溫度傳感器13b。此外，壓縮空氣引導管道6通入一個預分離器11中，在該預分離器后面(下游)接有一個空氣處理設備12。然后將經過干燥并且清除了微粒的壓縮空氣供送到壓縮空氣容器4中。設置在壓縮機3上的溫度傳感器13a以及所述溫度傳感器13b和壓力傳感器7全都將測得的溫度和測得的壓力發送給調節裝置5。另外，調節裝置5還從列車管理系統10獲得信號。此外，調節裝置5既適用于控制冷卻單元9的轉速，也適用于將信號傳送給執行機構8。執行機構8構造為變頻器，它調定電機I的轉速并由此調定壓縮機3的轉速。在此，執行機構8為了連續影響電機I轉速而設置在供電設備15與電機I之間。
[0023]根據圖2可以清楚地看出:通過壓縮機3的轉速可以調定壓縮空氣容器4內的空氣壓力。上部圖表圖解說明了轉速在時間上的變化曲線，而下部圖表圖解說明了在壓縮空氣容器4內空氣壓力在時間上的變化曲線。壓縮機3在軌道車輛的充風運行A中以最大轉速m運行，直至壓縮空氣容器4內的空氣壓力達到關斷壓力a。在軌道車輛繼此之后的線路區間運行N中，壓縮機3以可變的轉速(略微高于最小轉速i)運行，其中，壓縮空氣容器4內的空氣壓力被調定為略微大于接通壓力e。
[0024]在軌道車輛的制動運行B中，壓縮機3以額定轉速η運行并且給壓縮空氣容器4供氣，直到最大過壓X，其中，壓縮機3在達到最大過壓X之后以可變的轉速(該轉速在額定轉速η與最小轉速i之間，略微高于最小轉速i)運行。在結束制動運行B之后，壓縮機3被關斷并且在達到接通壓力e時才調定到最小轉速i。由此軌道車輛便重新處于線路區間運行N中。
[0025]在停站運行S之前，調節裝置5從列車管理系統10獲得關于停站運行S即將來臨的信號，此時將壓縮機3的轉速調定到最大轉速m，以便對所述至少一個壓縮空氣容器4供氣，直到最大過壓X。在停站運行S期間，將壓縮機3關斷。在達到接通壓力e時，將壓縮機3調定到最小轉速i。軌道車輛在停站運行S之后重新處于線路區間運行N中。在夜間待機運行O中，壓縮機3間歇性地在壓力下降到接通壓力e時的最小轉速i與達到關斷壓力a時的壓縮機3關斷之間運行。
[0026]本發明并不局限于上述的優選實施例。確切地說，還可以考慮它們的一些變型方案，這些變型方案一起囊括于后附權利要求的保護范圍內。因此，例如也可能的是:使壓縮機3對許多個壓縮空氣容器4供氣。此外還可以考慮:執行機構8具有兩個輸出端并且因而通過調節裝置5既調定電機I的轉速也調定冷卻風扇14的轉速。
[0027]附圖標記列表
[0028]I電機
[0029]2驅動軸
[0030]3壓縮機
[0031]4壓縮空氣容器
[0032]5調節裝置
[0033]6壓縮空氣引導管道
[0034]7壓力傳感器
[0035]8執行機構
[0036]9冷卻單元
[0037]10列車管理系統
[0038]11預分離器
[0039]12空氣處理設備
[0040]13a，13b溫度傳感器[0041 ]14冷卻風扇
[0042]15供電設備
[0043]a關斷壓力
[0044]e接通壓力
[0045]i最小轉速
[0046]m最大轉速
[0047]η額定轉速
[0048]X最大過壓
[0049]A充風運行
[0050]B制動運行[0051 ]N線路區間運行
[0052]O夜間待機運行
[0053]S停站運行
【主權項】
1.用于軌道車輛的壓縮機系統，其包括由電機(I)通過驅動軸(2)驅動的壓縮機(3)，該壓縮機用于產生至少一個壓縮空氣容器(4)的壓縮空氣，其中，所述電機(I)能夠至少間接地通過調節裝置(5)進行操控，用于以至少一個處在最大轉速(m)與最小轉速(i)之間的額定轉速(η)運行該電機(I)，此外在設于壓縮機(3)下游的壓縮空氣引導管道(6)中設置有至少一個用于針對所述調節裝置(5)測定壓力的壓力傳感器(7)， 其特征在于:在供電設備(15)與所述電機(I)之間設置有用于持續地影響電機(I)轉速的執行機構(8)，其中，通過所述調節裝置(5)實施對該執行機構(8)的操控。2.如權利要求1所述的壓縮機系統，其特征在于:所述調節裝置(5)至少間接地操控設于壓縮機(3)下游的冷卻單元(9)，該冷卻單元具有冷卻風扇(14)，其中，所述冷卻風扇(14)的轉速能夠持續地通過所述調節裝置進行調定。3.用于控制如權利要求1至2之任一項所述的壓縮機系統的方法，其特征在于:使所述壓縮機(3)根據軌道車輛的運行狀態以可變的轉速運行，該轉速為在最大轉速(m)與最小轉速(i)之間的任一中間值。4.如權利要求3所述的方法，其特征在于:在軌道車輛的充風運行(A)中，使所述壓縮機(3)以最大轉速(m)運行。5.如權利要求3所述的方法，其特征在于:在軌道車輛的線路區間運行(N)中，使所述壓縮機(3)以略微高于最小轉速(i)的可變的轉速運行，其中，將所述至少一個壓縮空氣容器(4)內的空氣壓力調定為略微大于接通壓力(e)。6.如權利要求3所述的方法，其特征在于:在軌道車輛的制動運行(B)中，使所述壓縮機(3)以在額定轉速(η)與最大轉速(m)之間的轉速運行，并且對所述至少一個壓縮空氣容器(4)供氣，至少直至壓縮機(3)的關斷壓力(a)，但最高供氣到最大過壓(X)為止，其中，使所述壓縮機(3)最早在達到關斷壓力(a)之后、但最遲在達到最大過壓(X)之后以在額定轉速(η)與最小轉速(i)之間的可變的轉速運行。7.如權利要求6所述的方法，其特征在于:將所述壓縮機(3)在制動運行(B)結束之后關斷并且在達到接通壓力(e)之后調定到最小轉速(i)。8.如權利要求3所述的方法，其特征在于:在停站運行(S)之前，所述調節裝置(5)從列車管理系統(10)獲得關于停站運行(S)即將來臨的信號，其中，將所述壓縮機(3)的轉速至少調定到額定轉速(η)，以便對所述至少一個壓縮空氣容器(4)供氣，直到最大過壓(X)。9.如權利要求8所述的方法，其特征在于:在停站運行(S)期間，所述壓縮機(3)或是被關斷或是以最小轉速(i)運行。10.如權利要求3所述的方法，其特征在于:在夜間待機運行(O)中，所述壓縮機(3)間歇性地在壓力下降到接通壓力(e)時的最小轉速(i)與達到關斷壓力(a)時的壓縮機(3)關斷之間運行。
【文檔編號】F04D27/00GK105934583SQ201480074099
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年12月2日
【發明人】G·阿斯曼, T·基普, T·默克爾, K·黑林, R·弗蘭克, C·米勒
【申請人】克諾爾軌道車輛系統有限公司