Dynamische Verdichtertypen: Zentrifugal- und Axialverdichter

Obwohl beide Maschinen dynamisch sind, verarbeiten sie den Gasfluss unterschiedlich. Axialkompressoren bewegen die Luft parallel zur Welle, während Turbokompressoren die Luft radial von der Mitte nach außen drücken.

Die meisten Turbokompressoren für Druckluftanwendungen verwenden offene Laufräder. Diese werden aus Edelstahllegierungen oder hochfestem Aluminium gefertigt, um Drehzahlen zwischen 15.000 und 100.000 U/min standzuhalten. Bei diesen Drehzahlen werden auf der schnell laufenden Welle Gleitlager mit Ölfilm verwendet, da Standardrollenlager die Wärme nicht aufnehmen können.

Ölfrei verdichtende Turbokompressoren verwenden Luftfilmlager oder aktive Magnetlager, um Kontakt und Verschleiß zu vermeiden. Diese Systeme machen herkömmliche Schmiermittel im Verdichtungsraum überflüssig. Elektromotoren mit Direktantrieb werden häufig eingesetzt, um den mechanischen Wirkungsgrad um bis zu 5 % zu verbessern, indem das Getriebe und die zugehörigen Ölsysteme entfernt werden.

Eine effektive Abdichtung ist für die Sicherheit unerlässlich. Je nach Anwendung kommen verschiedene Dichtungstypen zum Einsatz:

• Labyrinthdichtungen: Einfach und zuverlässig für Standardluft.
• Gleitring- und Ringdichtungen: Für Hochdruck- oder Spezialgase.
• Trockengasdichtungen: berührungslose Dichtungen, die einen Gasfilm verwenden, um Reibung und Leckagen zu reduzieren.

Die Wahl zwischen diesen Technologien wird in erster Linie durch die Anforderungen an den Massendurchsatz bestimmt. Zentrifugalkompressoren sind der Standard für niedrige bis mittlere Durchsätze,in der Regel von 5.000 bis 150.000 Nm3/h (ca. 2.943 bis 88.287 CFM). Umgekehrt sind Axialkompressoren die bevorzugte Lösung für Anwendungen mit sehr hohen Durchsätzen von über 150.000 Nm3/h (88.287 CFM). Während Axialeinheiten einen engeren stabilen Betriebsbereich bieten, eignen sie sich dank ihrer Fähigkeit, große Volumina mit einem kleineren Durchmesser zu verarbeiten, ideal für den Antrieb von Flugzeugen und große Kraftwerkseinlässe.

Dynamische Verdichter haben einen spezifischen Stabilitätsbereich. Die Stoßgrenze ist der Punkt, an dem die Durchflussrate zu niedrig ist, um den Auslassdruck zu überwinden, was zu einer Durchflussumkehr führt, die zu mechanischen Schäden führen kann.

Die Drosselgrenze tritt auf, wenn die Gasgeschwindigkeit Schallgeschwindigkeit erreicht und verhindert so eine weitere Erhöhung des Durchflusses. Die Überwachung dieser Grenzwerte durch Überspannungsschutzsysteme ist ein entscheidender Auswahlfaktor für die Anlagensicherheit.

Umweltparameter beeinflussen die Leistungskurven erheblich. Eine hohe relative Luftfeuchtigkeit verringert die Luftdichte, wodurch der Auslassdruck bei Druckspitzen sinkt und der Gewichtsstrom sinkt. Höhe wirkt sich auch auf die Dichte aus, sodass der Verdichter härter arbeiten muss, um denselben Ausgangsdruck zu erreichen. Bei mehrstufigen Maschinen ist die Kühlwassertemperatur von entscheidender Bedeutung, da kälteres Wasser den Durchfluss und die Leistungseffizienz verbessert, während wärmeres Wasser ihn reduziert.

Das Verständnis der Norm ISO 8573-1:2010 ist der Schlüssel zur Auswahl der richtigen Luftreinheit für jede Anwendung oder Branche. Sie definiert Luftqualitätsklassen basierend auf drei Schadstoffen: Partikel, Wasser und Öl. Eine kurze Übersicht über die Reinheitsklassen finden Sie in der folgenden Tabelle.

In der Atlas Copco-Terminologie bezieht sich Klasse 0 immer auf Luft, die von einem ölfreien Kompressor erzeugt wird, nicht auf das Erreichen eines niedrigeren Ölgehalts durch zusätzliche Filtrationsstufen. Diese Unterscheidung gewährleistet wirklich ölfreie Luft an der Quelle, wodurch der Wartungsbedarf und das Kontaminationsrisiko in empfindlichen Anwendungen reduziert werden.

Die Auswahl des optimalen Zentrifugal- oder Axialverdichters erfordert eine detaillierte Analyse von Lastprofilen, Umgebungsbedingungen und langfristigen Energieeffizienzzielen. Die Spezialisten von Atlas Copco bieten umfassende technische Audits und Leistungskartierungen an, um die effektivste Turbomaschinenkonfiguration für spezifische industrielle Prozesse zu ermitteln.