压缩机系统和用于根据轨道车辆的运行状态运行压缩机系统的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于轨道车辆的压缩机系统，其包括由电机(1)通过驱动轴(2)驱动的压缩机(3)，该压缩机用于产生至少一个压缩空气容器(4)所用的压缩空气，所述电机(1)能够至少间接地通过调节装置(5)进行操控，用于以至少一个处在最大转速(m)与最小转速(i)之间的额定转速(n)运行该电机(1)，此外在设于压缩机(3)下游的压缩空气引导管道(6)中设置有至少一个用于针对调节装置(5)测定压力的压力传感器(7)。根据本发明，在供电设备(15)与电机(1)之间设置有用于持续地影响电机(1)转速的执行机构(8)，其中，通过调节装置(5)实施对该执行机构(8)的操控。另外，本发明还涉及一种用于控制本发明的压缩机系统的方法，其中，使压缩机(3)根据轨道车辆的运行状态以可变的转速运行，该转速为在最大转速(m)与最小转速(i)之间的任一中间值。
【专利说明】
压缩机系统和用于根据轨道车辆的运行状态运行压缩机系统的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于轨道车辆的压缩机系统，其包括由电机通过驱动轴驱动的压缩机，该压缩机用于产生至少一个压缩空气容器的压缩空气，其中，所述电机能够至少间接地通过调节装置进行操控，用于以至少一个处在最大转速与最小转速之间的额定转速运行该电机，此外在设于压缩机下游的压缩空气引导管道中设置有至少一个用于针对调节装置测定压力的压力传感器。此外，本发明还涉及一种用于控制本发明的压缩机系统的方法。
【背景技术】
[0002]对于轨道车辆中的压缩机提出了诸多方面的部分对立的要求，例如高的供给性能、充分的接通持续时间、少的噪声排放、低的能量消耗、小的结构空间以及低的购置成本和寿命周期费用。在此，依据轨道车辆的运行状态，压缩机必须满足非常不同的需求特点。在压缩机设计中典型的问题是:在这些需求之间找到最佳的折衷方案，从而在轨道车辆的所有运行状态中都可以接受。通常，在轨道车辆中使用电驱动的压缩机。所述压缩机在接通/关断运行中在低的接通压力与高的关断压力之间以恒定的转速(即所谓额定转速)运行。压缩机的尺寸大小被确定为，应达到预定的充风时间并且不低于在运行中的最小接通时间。
[0003]由公知的现有技术所获知的情况是:在轨道车辆的不同运行状态之间，压缩机运行并无区别。在此，冷却系统的风扇受制于与压缩机相同的运行状态(Betriebsregime)，因为该风扇通常直接由压缩机连带驱动。
[0004]在充风阶段期间，压缩机在额定转速下运行。所述额定转速是这样选择的:使压缩机能够持续运行工作。另外，压缩机的结构尺寸是这样选择的:在线路区间运行中应不低于最小接通持续时间且不超过最大充风时间。在线路区间运行中，压缩机间歇性地运行。在此，当压缩空气容器内的压力下降到接通压力时，压缩机便起动。一旦达到压缩空气容器内的关断压力，就使压缩机以额定转速运行。在达到关断压力时，压缩机被关断并且直至压力下降到接通压力之后才重新起动。对于电力驱动的轨道车辆，在制动阶段期间，驱动马达被用作电动力制动器。随此产生电能，将该电能回馈到电网中往往是不经济的或者有时是不可能的。在停站运行期间(此时轨道车辆停靠于车站)，压缩机同样如在行驶期间那样间歇性地运行。此时不存在显著的行驶噪音，应该避免压缩机和风扇的噪声排放。由于在车站内气动悬架系统因乘客上/下车之故而具有提高的空气需求量，这一点常常导致在车站处停靠期间接通压缩机和风扇，并因此导致所不期望的噪声排放。此外，轨道车辆(特别是在短途交通中)经常是以整备待发状态停放在住宅区附近，为的是例如避免冻结。在这种情况下必须尽可能地避免噪声排放。由于泄漏，压缩空气容器内的压力在一个夜晚当中多次达到压缩机的低的接通压力，因而需要进行后续充风并使压缩机间歇性地在额定转速下运行。另外，在这种情况下除了压缩机噪声排放之外还产生其他的声响，诸如空气干燥器的扰人的排风噪音。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的是优化压缩机系统和用于运行该压缩机系统的方法，以便实质性地节省用于运行压缩机系统的能量并且降低压缩机系统的噪声排放。
[0006]在设备技术方面，此目的从如权利要求1前序部分所述的压缩机系统出发，结合其特征部分所述的特征得以实现。在方法技术方面，此目的根据权利要求3，结合其特征部分所述的特征得以实现。由后续从属权利要求可得知本发明的一些有益的发展设计。
[0007]根据本发明，在供电设备与电机之间设置有用于持续地影响电机转速的执行机构，其中，通过调节装置实施对该执行机构的操控。换言之，所述执行机构在能流中位于电机的上游并且因此是接在电机前面。该执行机构能使电机以不同转速运行。尤其是变频器或逆变器适宜于此。依据频率，对电机的转速以及由此对压缩机的运行进行适配调整。
[0008]优选的是，调节装置至少间接地操控设于压缩机下游的冷却单元，该冷却单元具有冷却风扇，其中，冷却风扇的转速能够持续地通过调节装置进行调定。为此，优选在冷却单元内集成一个执行机构。作为另选方案，也可以考虑将该执行机构至少接在冷却单元的前面(上游)。
[0009]在方法技术方面，使压缩机根据轨道车辆的运行状态以可变的转速运行，该转速为在最大转速与最小转速之间的任一中间值。由于冷却单元既不直接也不间接与压缩机连接，因此实现了对冷却单元的独立操控并由此实现了对冷却风扇转速的独立调定。有益的是，还可以将压缩机和冷却风扇关断。由此，压缩机虽然保持运行，然而却不输送或者仅仅输送很少的压缩空气量。
[0010]优选的是，使压缩机在轨道车辆的充风运行中以最大转速运行。将压缩机的转速提升到最大转速，对于很少出现的且在时间上有限制的充风运行特别有利，因为这样缩短了充风时间并且另外还提供了使用更小型、更轻型以及由此节省结构空间的压缩机的可能性。所以，在压缩机的充风运行中，压缩机的最大功率为首选。由此，通过由压缩机产生最大体积的压缩空气而实现了最短的充风时间。
[0011]特别优选的是，使压缩机在轨道车辆的线路区间运行中以略微高于最小转速的可变的转速运行，其中，将所述至少一个压缩空气容器内的空气压力调定为略微大于接通压力。换言之，通过压力传感器可以监视压力变化曲线，以便将所述至少一个压缩空气容器内的空气压力调定为几乎恒定，优选为在压缩机的接通压力以上0.1至0.2bar。为了将所述至少一个压缩空气容器内的空气压力保持几乎恒定，使电机转速并由此使压缩机转速根据实时的压缩空气消耗进行变化。所以，在压缩机的线路区间运行中，压缩机的最大能量节省为首选，该最大能量节省通过压缩机以至少最小转速的可变运行而得以实现。因此压缩机只产生用于在所述至少一个压缩空气容器内调定略微大于接通压力之空气压力所需量的压缩空气。
[0012]由此获得了如下优点:由于在所述至少一个压缩空气容器内的较小反压而降低了能量消耗，并且使压缩机运行更加轻缓。另外，由此还导致压缩机的更低运行温度，从而对压缩机的冷却需求也同样得以减少。另外，使冷却单元的冷却风扇如此地运行，即在目标温度范围之内在压缩机输出端上实现尽可能低的压缩空气温度。这一点提供了在压缩空气内液态水份额较高而水蒸气份额较少的优点。液态水可以在一个预分离器内加以分离，而水蒸气则在空气干燥器中分离出去。由此减少了干燥剂内进水，从而只需要较小份额的压缩空气用于再生。
[0013]本发明包含这样的技术教导:使压缩机在轨道车辆的制动运行中以在额定转速与最大转速之间的转速运行，并且对所述至少一个压缩空气容器供气，至少直至压缩机的关断压力，但最高供气到最大过压为止，其中，压缩机最早在达到关断压力之后、但最迟在达到最大过压之后以在额定转速与最小转速之间的可变的转速运行。换言之，将可用电能用来对所述至少一个压缩空气容器完全充风。接着，压缩机的转速恢复到接通压力以上的范围中，并保持在所述至少一个压缩空气容器内事先确定的最大压力，直至制动阶段结束。这一点提供了在制动阶段中内部使用电能的优点并且能够实现能量节省，因为电能向电网中的回馈并不是在任何情况下都可能的。所以，在压缩机的制动运行中，压缩机的最大能量回收为首选。所述最大能量回收特别是通过在制动运行期间向所述至少一个压缩空气容器中最大限度地供给压缩空气和通过在所述至少一个压缩空气容器内保持最大过压而实现。
[0014]特别优选的是，将压缩机在制动运行结束之后要么关断并且在达到接通压力时调定到最小转速。由此，压缩机在制动阶段结束时在后续运行中节省在制动阶段期间所消耗的能量。压缩机的关断或者最小转速的调定应一直保持到所述至少一个压缩空气容器内的压力达到调节压力为止。
[0015]根据一种实施例，调节装置在停站运行之前从列车管理系统获得关于停站运行即将来临的信号，其中，将压缩机的转速至少调定到额定转速，以便对所述至少一个压缩空气容器供气，直至最大过压。由此，为了准备在车站中停靠，将所有容器都充风到最大压力。接着保持该压力水平，直到停车状态。
[0016]优选的是，在停站运行期间，压缩机或是被关断或是以最小转速运行。由此，在停车状态中可以将压缩机关掉或者保持在最小转速，直至在所述至少一个压缩空气容器内达到调节压力。由此，在停站运行期间大多情况下可以避免压缩机运行。冷却风扇尽可能长时间地保持关断或者仅仅如此快速地运行，即不超过压缩机中或压缩空气输出端上允许的最大温度。由此，在停靠于车站期间，压缩机和冷却风扇所产生的噪声排放被降低到最小程度。另外，整个压缩机系统可以构造得更加节省结构空间，因为取消了省去用于消声之被动措施的可能方案。所以，在压缩机的停站运行中，压缩机和冷却风扇的最小噪声排放为首选。所述最小噪声排放特别是通过关断压缩机和冷却风扇或者在最小转速下运行压缩机和冷却风扇而得以实现。
[0017]有益的是，压缩机在夜间待机运行中间歇性地在压力下降到接通压力时的最小转速与达到关断压力时的压缩机关断之间运行。通过降低的转速水平，在轨道车辆以整备待发状态停放期间将噪声排放降低到最小程度。另外，冷却风扇也尽可能长时间地保持关掉或者仅仅如此快速地由调节装置运行，即不超过压缩机内或压缩空气输出端上允许的最大温度。作为另选方案，冷却单元可以用来如此程度地减少水蒸气进入空气干燥器中，即在夜间不需要对空气干燥器进行再生，因而不出现扰人的排风噪音。
[0018]通过在内部提供的轨道车辆信息，使调节装置依据轨道车辆的运行状态工作运行，从而节省用于运行压缩机系统的能量并且降低压缩机系统的噪声排放。
【附图说明】
[0019]下文将参照附图结合对本发明优选实施例的说明进一步详细地描述其他一些改进本发明的措施。附图中示出:
[0020]图1为本发明的压缩机系统的方框连接图，和
[0021]图2为两个相关联的图表，其中，在上部图表中描绘了随时间变化的压缩机转速，在下部图表中描绘了随时间变化的压缩机压力。
【具体实施方式】
[0022]根据图1，用于轨道车辆的压缩机系统具有电机I，该电机通过驱动轴2驱动用于产生压缩空气的压缩机3。由压缩机3所产生的压缩空气通过压缩空气引导管道6被输送到带有冷却风扇14的冷却单元9。在冷却单元9的下游，在压缩空气引导管道6中设置有压力传感器7和温度传感器13b。此外，压缩空气引导管道6通入一个预分离器11中，在该预分离器后面(下游)接有一个空气处理设备12。然后将经过干燥并且清除了微粒的压缩空气供送到压缩空气容器4中。设置在压缩机3上的温度传感器13a以及所述温度传感器13b和压力传感器7全都将测得的温度和测得的压力发送给调节装置5。另外，调节装置5还从列车管理系统10获得信号。此外，调节装置5既适用于控制冷却单元9的转速，也适用于将信号传送给执行机构8。执行机构8构造为变频器，它调定电机I的转速并由此调定压缩机3的转速。在此，执行机构8为了连续影响电机I转速而设置在供电设备15与电机I之间。
[0023]根据图2可以清楚地看出:通过压缩机3的转速可以调定压缩空气容器4内的空气压力。上部图表图解说明了转速在时间上的变化曲线，而下部图表图解说明了在压缩空气容器4内空气压力在时间上的变化曲线。压缩机3在轨道车辆的充风运行A中以最大转速m运行，直至压缩空气容器4内的空气压力达到关断压力a。在轨道车辆继此之后的线路区间运行N中，压缩机3以可变的转速(略微高于最小转速i)运行，其中，压缩空气容器4内的空气压力被调定为略微大于接通压力e。
[0024]在轨道车辆的制动运行B中，压缩机3以额定转速η运行并且给压缩空气容器4供气，直到最大过压X，其中，压缩机3在达到最大过压X之后以可变的转速(该转速在额定转速η与最小转速i之间，略微高于最小转速i)运行。在结束制动运行B之后，压缩机3被关断并且在达到接通压力e时才调定到最小转速i。由此轨道车辆便重新处于线路区间运行N中。
[0025]在停站运行S之前，调节装置5从列车管理系统10获得关于停站运行S即将来临的信号，此时将压缩机3的转速调定到最大转速m，以便对所述至少一个压缩空气容器4供气，直到最大过压X。在停站运行S期间，将压缩机3关断。在达到接通压力e时，将压缩机3调定到最小转速i。轨道车辆在停站运行S之后重新处于线路区间运行N中。在夜间待机运行O中，压缩机3间歇性地在压力下降到接通压力e时的最小转速i与达到关断压力a时的压缩机3关断之间运行。
[0026]本发明并不局限于上述的优选实施例。确切地说，还可以考虑它们的一些变型方案，这些变型方案一起囊括于后附权利要求的保护范围内。因此，例如也可能的是:使压缩机3对许多个压缩空气容器4供气。此外还可以考虑:执行机构8具有两个输出端并且因而通过调节装置5既调定电机I的转速也调定冷却风扇14的转速。
[0027]附图标记列表
[0028]I电机
[0029]2驱动轴
[0030]3压缩机
[0031]4压缩空气容器
[0032]5调节装置
[0033]6压缩空气引导管道
[0034]7压力传感器
[0035]8执行机构
[0036]9冷却单元
[0037]10列车管理系统
[0038]11预分离器
[0039]12空气处理设备
[0040]13a，13b温度传感器[0041 ]14冷却风扇
[0042]15供电设备
[0043]a关断压力
[0044]e接通压力
[0045]i最小转速
[0046]m最大转速
[0047]η额定转速
[0048]X最大过压
[0049]A充风运行
[0050]B制动运行[0051 ]N线路区间运行
[0052]O夜间待机运行
[0053]S停站运行
【主权项】
1.用于轨道车辆的压缩机系统，其包括由电机(I)通过驱动轴(2)驱动的压缩机(3)，该压缩机用于产生至少一个压缩空气容器(4)的压缩空气，其中，所述电机(I)能够至少间接地通过调节装置(5)进行操控，用于以至少一个处在最大转速(m)与最小转速(i)之间的额定转速(η)运行该电机(I)，此外在设于压缩机(3)下游的压缩空气引导管道(6)中设置有至少一个用于针对所述调节装置(5)测定压力的压力传感器(7)， 其特征在于:在供电设备(15)与所述电机(I)之间设置有用于持续地影响电机(I)转速的执行机构(8)，其中，通过所述调节装置(5)实施对该执行机构(8)的操控。2.如权利要求1所述的压缩机系统，其特征在于:所述调节装置(5)至少间接地操控设于压缩机(3)下游的冷却单元(9)，该冷却单元具有冷却风扇(14)，其中，所述冷却风扇(14)的转速能够持续地通过所述调节装置进行调定。3.用于控制如权利要求1至2之任一项所述的压缩机系统的方法，其特征在于:使所述压缩机(3)根据轨道车辆的运行状态以可变的转速运行，该转速为在最大转速(m)与最小转速(i)之间的任一中间值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:在轨道车辆的充风运行(A)中，使所述压缩机(3)以最大转速(m)运行。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于:在轨道车辆的线路区间运行(N)中，使所述压缩机(3)以略微高于最小转速(i)的可变的转速运行，其中，将所述至少一个压缩空气容器(4)内的空气压力调定为略微大于接通压力(e)。6.如权利要求3所述的方法，其特征在于:在轨道车辆的制动运行(B)中，使所述压缩机(3)以在额定转速(η)与最大转速(m)之间的转速运行，并且对所述至少一个压缩空气容器(4)供气，至少直至压缩机(3)的关断压力(a)，但最高供气到最大过压(X)为止，其中，使所述压缩机(3)最早在达到关断压力(a)之后、但最迟在达到最大过压(X)之后以在额定转速(η)与最小转速(i)之间的可变的转速运行。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于:将所述压缩机(3)在制动运行(B)结束之后关断并且在达到接通压力(e)之后调定到最小转速(i)。8.如权利要求3所述的方法，其特征在于:在停站运行(S)之前，所述调节装置(5)从列车管理系统(10)获得关于停站运行(S)即将来临的信号，其中，将所述压缩机(3)的转速至少调定到额定转速(η)，以便对所述至少一个压缩空气容器(4)供气，直到最大过压(X)。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于:在停站运行(S)期间，所述压缩机(3)或是被关断或是以最小转速(i)运行。10.如权利要求3所述的方法，其特征在于:在夜间待机运行(O)中，所述压缩机(3)间歇性地在压力下降到接通压力(e)时的最小转速(i)与达到关断压力(a)时的压缩机(3)关断之间运行。
【文档编号】F04D27/00GK105934583SQ201480074099
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年12月2日
【发明人】G·阿斯曼, T·基普, T·默克尔, K·黑林, R·弗兰克, C·米勒
【申请人】克诺尔轨道车辆系统有限公司