Dynamiske kompressorer, ofte kaldet turbokompressorer, bruger højhastighedsskovlhjul til at omdanne mekanisk energi til gastryk. De primære typer er centrifugal og aksial. I modsætning til positive fortrængningskompressorer arbejder de ved konstant tryk, så ydeevnen afhænger af indsugningsforholdene. I denne artikel sammenligner vi begge typer, deres anvendelser, og hvordan man vælger den rigtige til anvendelser med store volumener.
Ved dynamisk kompression trækkes luft ind mellem bladene på et hurtigt roterende pumpehjul. Dette accelererer luften til en meget høj hastighed, før den udledes gennem en diffuser. I diffusoren omdannes luftens kinetiske energi, eller hastighed, til statisk tryk. Denne proces er baseret på Bernoulli-princippet, som siger, at når en væskes hastighed øges, falder trykket. Diffusoren vender denne effekt ved at sænke luftens hastighed for at øge trykket.
Selvom begge maskiner er dynamiske, håndterer de gasflowet forskelligt. Aksialkompressorer flytter luft parallelt med akslen, mens centrifugalkompressorer skubber luft radialt udad fra midten.
| Funktion | Aksialkompressor | Centrifugalkompressor |
| Strømningsretning | Parallelt med akslen gennem flere rækker af blade | Går ind aksialt, drejer udad for at udlede radialt |
| Trykforhold (pr. trin) | Typisk 1,2: 1 til 1,6: 1 | Typisk 2,2: 1 til 3,0: 1 |
| Reduktionsområde | Snævrere stabilt driftsområde | Bredere stabilt driftsområde |
| Størrelse og vægt | Slank, lang, lettere til meget høje flow | Større diameter, tungere massestrøm pr. enhed |
| Effektiviseringer | Fremragende ved meget højt masseflow | Høj i enkelt- eller flertrinsdesign |
| Serviceeftersyn | Krævende (følsom over for erosion og tilsmudsning) | Robust mod forurening, færre komponenter |
En centrifugalkompressor defineres af dens radiale afgangsstrøm. Luften trænger ind i midten af et roterende pumpehjul og kastes udad af centrifugalkræfterne. Denne radiale bevægelse øger både tryk og kinetisk energi. Før luften bevæger sig til næste trin, passerer den gennem en diffusor og en spiral, hvor hastigheden omdannes til statisk tryk.
i industrimaskiner er et enkelt centrifugaltrin typisk begrænset til et trykforhold på 2,2 til 3,0 for at opretholde maksimal effektivitet. Selvom teknologien kan opnå højere udvekslingsforhold, øger overskridelse af dette område ofte belastningen på pumpehjulet og reducerer trineffektiviteten.
De fleste centrifugalkompressorer til luftapplikationer bruger åbne pumpehjul. Disse er fremstillet af rustfri stållegeringer eller højstyrkealuminium for at kunne modstå rotationshastigheder mellem 15.000 og 100.000 o/min. Ved disse hastigheder anvendes glatte oliefilmlejer på den hurtigtgående aksel, da standardrullelejer ikke kan modstå varmen.
oliefri centrifugalkompressorer anvender luftfilmlejer eller aktive magnetiske lejer for at undgå kontakt og slitage. Disse systemer fjerner behovet for traditionelle smøremidler i kompressionskammeret. Direkte drevne elmotorer bruges ofte til at forbedre den mekaniske effektivitet med op til 5% ved at fjerne gearkassen og de tilhørende oliesystemer.
Effektiv tætning er afgørende for sikkerheden. Der anvendes forskellige tætningstyper afhængigt af anvendelsen:
En centrifugalkompressor defineres af dens radiale afgangsstrøm. Luften trænger ind i midten af et roterende pumpehjul og kastes udad af centrifugalkræfterne. Denne radiale bevægelse øger både tryk og kinetisk energi. Før luften bevæger sig til næste trin, passerer den gennem en diffusor og en spiral, hvor hastigheden omdannes til statisk tryk.
I industrimaskiner er et enkelt centrifugaltrin typisk begrænset til et trykforhold på 3 til 4 for at opretholde effektiviteten. For at opnå højere tryk anvendes flertrins med intercooling, hvilket kan reducere det samlede effektbehov med ca. 15-20% afhængigt af konfigurationen.
Valget mellem disse teknologier er primært drevet af krav til masseflow. Centrifugalkompressorer er standarden for lave til mellemstore flow, typisk fra 5.000 til 150.000 Nm3/t (ca. 2.943 til 88.287 CFM). Omvendt er aksialkompressorer den foretrukne løsning til applikationer med meget højt flow, der overstiger 150.000 Nm3/t (88.287 CFM). Mens aksialenheder tilbyder et snævrere stabilt driftsområde, gør deres evne til at håndtere massive volumener med en mindre diameter dem ideelle til fremdrift af fly og indtag i store kraftværker.
Anvendelsesområder:
Disse er specialiseret i:
Dynamiske kompressorer har et specifikt stabilitetsområde. Overspændingsgrænsen er det punkt, hvor flowhastigheden er for lav til at overvinde afgangstrykket, hvilket forårsager en flowomvending, der kan føre til mekanisk skade.
Drosselgrænsen, eller stenvæggen, opstår, når gashastigheden når lydhastigheden, hvilket forhindrer yderligere stigning i flowet. Overvågning af disse grænser ved hjælp af overspændingskontrolsystemer er en kritisk udvælgelsesfaktor for anlægssikkerheden.
Miljømæssige parametre påvirker ydeevnekurverne betydeligt. Høj relativ luftfugtighed reducerer lufttætheden, hvilket reducerer afgangstrykket ved stigning og sænker vægtflowet. Højden påvirker også densiteten, hvilket kræver, at kompressoren arbejder hårdere for at opnå det samme udgangstryk. For flertrinsmaskiner er kølevandstemperaturen afgørende, da koldere vand forbedrer flowet og energieffektiviteten, mens varmere vand reducerer det.
Forståelse af ISO 8573-1:2010-standarden er nøglen til at vælge den korrekte luftrenhed til enhver anvendelse eller branche. Den definerer luftkvalitetsklasser baseret på tre forurenende stoffer: partikler, vand og olie. Se nedenstående tabel for en hurtig oversigt over renhedsklasser.
I Atlas Copco-terminologi henviser klasse 0 altid til luft, der produceres af en oliefri kompressor, og ikke til at opnå et lavere olieindhold gennem yderligere filtreringstrin. Denne differentiering sikrer ægte oliefri luft ved kilden, hvilket reducerer behovet for vedligeholdelse og risikoen for kontaminering i følsomme applikationer.
Valg af den optimale centrifugal- eller aksialkompressor kræver en detaljeret analyse af belastningsprofiler, miljøforhold og langsigtede mål for energieffektivitet. Atlas Copcos specialister leverer omfattende tekniske audits og kortlægning af ydeevne for at identificere den mest effektive turbomaskinkonfiguration til specifikke industrielle processer.
Hovedforskellen mellem aksial- og centrifugalkompressorer er, hvordan de bevæger sig og komprimerer luften. En centrifugalkompressor bruger et roterende pumpehjul til at accelerere luften udad og omdanne denne hastighed til tryk. En aksialkompressor flytter luft parallelt med akslen gennem rækker af roterende og stationære vinger. Kort sagt vælges centrifugalkompressorer ofte til stabil drift og højere tryk, mens aksialkompressorer er bedre egnede til meget høje flowhastigheder.
Aksialkompressorer er generelt mere effektive til applikationer, der kræver ekstremt højt masseflow, især dem, der overstiger 150.000 Nm3/t (88.287 CFM). De giver fremragende effektivitet ved deres designpunkt, selvom de er mere følsomme over for tilsmudsning og vingeslitage end centrifugalmodeller.
Dynamiske kompressorer kan opnå en lang række trykforhold afhængigt af deres design og antal trin. Ettrins centrifugalkompressorer giver normalt en moderat trykstigning, mens flertrinsdesign kan opnå meget højere trykforhold. Aksialkompressorer anvendes typisk, når der er behov for meget højt flow, hvor trykket opbygges gradvist over flere trin.
Dynamiske kompressorer kræver regelmæssig vedligeholdelse for at holde ydeevnen stabil og undgå uplanlagt nedetid. Typisk service omfatter kontrol af lejer, tætninger, smøresystemer, filtre, og kølekomponenter samt overvågning af vibrationer, temperatur og generelle driftsforhold. Rutinemæssig overvågning er vigtig, fordi indgangsforhold og belastningsændringer kan påvirke ydeevnen over tid.
16 marts, 2023
Der er to generelle principper for kompression af luft (eller gas): Positiv fortrængning kompression og dynamisk kompression. Denne vejledning dækker begge.
30 juni, 2022
Der er mange ting, du skal overveje, når du vælger en luftkompressor til din virksomhed. I denne artikel vil vi forklare, hvilken kompressor der passer bedst til dig, baseret på din anvendelse og dine behov.
22 april, 2022
Learn more about some other kinds of compressors: the vacuum pump, booster compressor and pressure intensifier.
