Verdrängerkompressor und dynamischer Kompressor – der Unterschied
16 March, 2023
Es gibt zwei grundlegende Verdichtungsarten: Verdrängungsverdichtung und dynamische Verdichtung. Dieser Leitfaden behandelt beide Arten.
Leitfaden zu dynamischen Kompressortypen: zentrifugal und axial
Wenn Sie viel Leistung benötigen, ist ein dynamischer Kompressor die ideale Wahl. Sie sind sowohl in axialer als auch in radialer Ausführung erhältlich und werden häufig auch als Turbokompressoren bezeichnet. Radiale Ausführungen werden als Zentrifugalkompressoren bezeichnet.
Ein dynamischer Kompressor funktioniert mit konstantem Druck, im Gegensatz zu beispielsweise einem Verdrängerkompressor, der mit einem konstanten Luftstrom arbeitet. Die Leistung eines dynamischen Kompressors wird durch äußere Bedingungen beeinflusst. Eine Änderung bei der Einlasstemperatur führt beispielsweise zu einer Änderung der Kapazität.
Was sind Turbokompressoren?
Ein Turbokompressor zeichnet sich durch den radialen Luftstrom am Auslass aus. Die Luft wird in die Mitte eines rotierenden Laufrads mit Radialflügeln angesaugt und durch die Zentrifugalkräfte zum Außenrand des Laufrads geleitet. Die radiale Bewegung der Luft führt gleichzeitig zu einem Druckanstieg und der Erzeugung von kinetischer Energie. Bevor die Luft zur Mitte des Laufrads der nächsten Kompressorstufe geleitet wird, strömt sie durch einen Diffusor und einen Strömungsring, wo die kinetische Energie in Druck umgewandelt wird.
Jede Kompressorstufe übernimmt einen Teil des Gesamtdruckanstiegs der Kompressoreinheit. Bei industriellen Maschinen beträgt das maximale Druckverhältnis einer Turbokompressorstufe oft nicht mehr als 3. Höhere Druckverhältnisse verringern die Effizienz der Stufe. Mehrstufige Anwendungen ermöglichen eine Zwischenkühlung, um den Energiebedarf zu verringern. Mehrere Stufen können in Reihe auf einer einzelnen, sich langsam drehenden Welle angeordnet werden. Dieses Konzept wird oft in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Prozessindustrie eingesetzt.
Das Druckverhältnis pro Stufe ist zwar niedrig, aber mit einer großen Anzahl von Stufen und/oder in Reihe geschalteten Kompressoren kann der gewünschte Auslassdruck erzielt werden. Für Luftverdichtungsanwendungen wird ein Hochgeschwindigkeitsgetriebe in die Kompressorstufen integriert, um die Laufräder auf Hochgeschwindigkeitswellen zu drehen. Das Laufrad kann entweder eine offene oder geschlossene Konstruktion haben.
Offene Konstruktion
Das offene Design wird am häufigsten für Hochgeschwindigkeits-Druckluftanwendungen verwendet. Dabei besteht das Laufrad in der Regel aus einer speziellen Edelstahllegierung oder Aluminium. Die Drehzahl der Laufradwelle ist im Vergleich zu anderen Kompressortypen sehr hoch. Drehzahlen von 15.000 bis 100.000 U/min sind üblich. Das bedeutet, dass die Drehung der Welle oder des Ritzels des Hochgeschwindigkeitskompressors mit einfachen Lagern mit einem Ölfilm anstatt auf Rollenlagern erfolgt.
Ölfreier
Alternativ können Luftschichtlager oder aktive Magnetlager für eine vollständig ölfrei verdichtende Maschine verwendet werden. Zwei Laufräder sind an beiden Enden einer Welle montiert, um den durch die Druckunterschiede verursachten Axiallasten entgegenzuwirken. In der Regel werden für Standarddruckluftanwendungen 2 oder 3 Stufen mit Zwischenkühlern verwendet.
In modernen Konfigurationen von Turbokompressoren werden ultraschnelle Elektromotoren verwendet, um die Laufräder direkt anzutreiben. Durch diese Technologie entsteht ein kompakter Kompressor ohne Getriebe und zugehöriges Ölschmiersystem, was ihn zu einer vollständig ölfrei verdichteten Kompressorkonstruktion macht.
Dichtungen
Jeder Turbokompressor muss auf geeignete Weise abgedichtet werden, um Leckagen entlang der Welle zu reduzieren, wo diese durch das Kompressorgehäuse verläuft. Es kommen viele Arten von Dichtungen zum Einsatz, und die fortschrittlichsten sind bei Hochgeschwindigkeitskompressoren für hohe Drücke zu finden. Die gängigsten Typen sind Labyrinthdichtungen, Ringdichtungen oder Dichtungen mit Spaltregelung (in der Regel Graphitdichtungen) und mechanische Dichtungen.
Ein Axialkompressor hat einen axialen Luftstrom, wobei die Luft oder das Gas entlang der Kompressorwelle durch Reihen von rotierenden und stationären Flügeln strömt. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Luft allmählich erhöht, während die stationären Flügel die kinetische Energie in Druck umwandeln. In der Regel ist eine Ausgleichstrommel in den Kompressor integriert, um den Axialschub auszugleichen.
Axialkompressoren sind in der Regel kleiner und leichter als die entsprechenden Turbokompressoren und arbeiten in der Regel bei höheren Drehzahlen. Sie werden für konstante und hohe Volumenströme bei einem relativ moderaten Druck eingesetzt, z. B. für Ventilationssysteme. Aufgrund ihrer hohen Rotationsgeschwindigkeit werden sie idealerweise mit Gasturbinen für die Stromerzeugung und den Flugzeugantrieb gekoppelt.
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