Regelung von Verdrängerkompressoren

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In vielen Fällen erfordern Anwendungen einen konstanten Druck in der Druckluftanlage. Dies wiederum erfordert, dass der Druckluftstrom der Kompressoranlage geregelt wird. Wir werden die verschiedenen Prinzipien der Volumenstromregelung bei Verdrängerkompressoren besprechen.

Wie werden Verdrängerkompressoren geregelt? – Die 9 Grundsätze der Regelung:

Druckentlastung

Schematische Darstellung des Grundsatzes der Druckentlastung bei der Regelung von Verdrängerkompressoren

Die ursprüngliche Methode für die Regelung von Kompressoren war die Verwendung eines Überdruckventils, um den überschüssigen Luftdruck in die Atmosphäre abzulassen. Das Ventil kann in seiner einfachsten Ausführung federbelastet sein, wobei die Federspannung den Enddruck bestimmt. Häufig wird ein von einem Regler gesteuertes Servoventil verwendet. Der Druck kann dann leicht gesteuert werden, und das Ventil kann auch als Entlastungsventil fungieren, wenn der Kompressor unter Druck gestartet wird. Die Druckentlastung benötigt eine erhebliche Menge an Energie, da der Kompressor kontinuierlich gegen vollen Gegendruck arbeiten muss. Eine Variante, die bei kleineren Kompressoren verwendet wird, ist die Entlastung des Kompressors durch vollständiges Öffnen des Ventils, so dass der Kompressor nur gegen den atmosphärischen Druck arbeitet. Der Stromverbrauch wird mit dieser Variante deutlich verringert.

Bypass

Schematische Darstellung des Grundsatzes der Druckentlastung bei der Regelung von Verdrängerkompressoren

Die Bypassregelung dient im Prinzip derselben Funktion wie die Druckentlastung. Der Unterschied liegt darin, dass die druckentlastete Luft gekühlt und zum Einlass des Kompressors zurückgeleitet wird. Diese Methode wird häufig bei Prozesskompressoren eingesetzt, wo das Gas ungeeignet oder zu wertvoll ist, um in die Atmosphäre abgelassen zu werden.

Einlassdrosselung

Schematische Darstellung des Grundsatzes der Druckentlastung bei der Regelung von Verdrängerkompressoren

Die Drosselung ist eine einfache Methode, um den Volumenstrom zu verringern, indem das Druckverhältnis im Kompressor entsprechend dem erzeugten Unterdruck am Einlass erhöht wird. Diese Methode ist jedoch auf einen kleinen Regelbereich begrenzt. Flüssigkeitseingespritzte Kompressoren, die ein solches hohes Druckverhältnis überwinden können, können auf bis zu 10 % der maximalen Kapazität heruntergeregelt werden. Die Drosselungsmethode benötigt aufgrund des hohen Druckverhältnisses relativ viel Energie.

Druckentlastung mit gedrosseltem Einlass

Schematische Darstellung des Grundsatzes der Druckentlastung bei der Regelung von Verdrängerkompressoren

Dies ist das gebräuchlichste Regelverfahren, das derzeit verwendet wird. Es kombiniert einen maximalen Regelbereich (0 – 100 %) mit niedrigem Energieverbrauch. Dieser beträgt nur 15 – 30 % der Volllastleistung eines entlasteten Kompressors (Nulldurchfluss). Das Einlassventil ist geschlossen, hat aber eine kleine Öffnung, die verwendet wird, während sich das Abblasventil öffnet und die Abblasluft aus dem Kompressor ausströmt. Das Kompressorelement arbeitet daher mit einem Vakuum im Einlass und einem niedrigen Gegendruck. Es ist wichtig, dass die Druckentlastung schnell durchgeführt wird und dass das freigegebene Luftvolumen begrenzt wird, um unnötige Verluste während des Übergangs von der Belastung zur Entlastung zu vermeiden. Das System benötigt ein Systempuffervolumen (Luftbehälter), dessen Größe durch den gewünschten Unterschied zwischen den Belastungs- und Entlastungsdruck-Grenzwerten und der zulässigen Anzahl der Entlastungszyklen pro Stunde bestimmt wird.

Start/Stopp

Schematische Darstellung des Grundsatzes der Druckentlastung bei der Regelung von Verdrängerkompressoren

Kompressoren mit weniger als 5 – 10 kW werden häufig gesteuert, indem der Elektromotor vollständig gestoppt wird, wenn der Druck den oberen Grenzwert erreicht, und erneut gestartet wird, wenn der Druck den unteren Grenzwert unterschreitet. Diese Methode erfordert ein großes Systempuffervolumen oder eine große Druckdifferenz zwischen oberem und unterem Grenzwert, um die Wärmebelastung des Elektromotors zu minimieren. Dies ist ein energieeffizientes und effektives Regelverfahren, vorausgesetzt, die Anzahl der Starts wird niedrig gehalten.

Drehzahlregelung

Schematische Darstellung des Grundsatzes der Druckentlastung bei der Regelung von Verdrängerkompressoren

Ein Verbrennungsmotor, eine Gasturbine oder ein frequenzgeregelter Elektromotor steuert die Drehzahl des Kompressors und somit den Volumenstrom. Dies ist ein effizientes Verfahren, um einen stabilen Auslassdruck und einen niedrigeren Energieverbrauch zu erzielen. Der Regelbereich variiert je nach Art des Kompressors und ist bei flüssigkeitseingespritzten Kompressoren am größten. Häufig wird die Drehzahlregelung mit dem Start/Stopp-Verfahren bei niedriger Belastung und Druckentlastung im Stillstand kombiniert.

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