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Funktionsweise, Vor- und Nachteile von Turbogebläsen

Die Energiesparer

Turbogebläse eignen sich für Niederdruckanwendungen in den unterschiedlichsten Branchen, so etwa für die Abwasserreinigung, die pneumatische Förderung in der Lebensmittel-, Kosmetik- oder Baustoffindustrie, aber auch für die Rauchgasentschwefelung. Im Gegensatz zu Verdrängermaschinen, die einen konstanten Volumenstrom haben, arbeiten Zentrifugalmaschinen („Turbogebläse“, „Turbokompressoren“) immer mit einem konstanten Druck. Ihre Vorteile spielen sie besonders dort aus, wo hohe Volumenströme gefordert sind. Hier können Turbos effizienter arbeiten als Schraubengebläse, zumindest bei relativ konstantem Druckluftbedarf, wenn entsprechend wenig geregelt werden muss. Bei stärker schwankenden Bedarfen und einem dadurch großen Regelbereich sind Schraubengebläse meistens effizienter.

Turbogebläse: Dynamische Verdichter arbeiten mit konstantem Luftstrom

Anders als Drehkolben- und Schraubengebläse sind Turbogebläse sogenannte „dynamische Verdichter“. Diese Technologie arbeitet mit einem konstanten Druck, wohingegen die beiden anderen Prinzipien – als „Verdränger“ – mit einem konstanten Luftstrom arbeiten. Die Leistung eines dynamischen Kompressors wird durch externe Bedingungen beeinflusst: Eine Änderung der Einlasstemperatur führt beispielsweise zu einer Änderung der Kapazität. In Turbogebläsen strömt die Luft in radialer Richtung zum Auslass. Die Luft wird durch ein mit Radialflügeln besetztes, rotierendes Laufrad in dessen Mitte angesaugt und von den Zentrifugalkräften zum Außenrand des Laufrads geleitet. Daher werden Turbogebläse auch „Zentrifugalgebläse“genannt. Durch die radiale Bewegung der Luft wird kinetische Energie erzeugt. Durch das anschließende Abbremsen der beschleunigten Luft im Diffusor wird die kinetische Energie in potenzielle Druckenergie umgewandelt.“

Niederdruckanwendungen zwischen 0,3 und 1 bar Überdruck

Turbos besitzen eine oder auch mehrere Verdichtungsstufen. Die im Bereich der Niederdruckanwendungen eingesetzten Gebläse arbeiten in der Regel einstufig mit Betriebsüberdrücken bis in den Bereich um 1,0 bar. Effiziente Turbogebläse finden Sie bei Atlas Copco in der ZB-Baureihe . Für Niederdruckanwendungen mit Druckerhöhungen im sehr gefragten Bereich zwischen 0,3 und 1 bar eignen sich die Zentrifugalgebläse der neuesten Generation (ZB 5-6 VSD+) besonders. Die direkt angetriebenen, drehzahlgeregelten Maschinen arbeiten hocheffizient und verdichten ölfrei – zertifiziert gemäß ISO 8573-1, Klasse 0 . Das bedeutet, es wird kein Öl durch das Gebläse in den Prozess eingetragen. Dies ist für sensible Branchen wie die Lebensmittelindustrie, die Getränkeabfüllung oder die Pharmaindustrie wichtig, um auszuschließen, dass das Produkt im Prozess kontaminiert wird.

Mögliche Anwendungen von Turbogebläsen:
  • Pneumatische Förderung von Schüttgütern in der Lebensmittelverarbeitung oder der chemischen Industrie
  • Gärung und Verpackung in der Lebensmittelindustrie
  • Belüftung in der kommunalen und industriellen Abwasseraufbereitung
  • Rauchgasentschwefelung in Kohlekraftwerken
  • Oxidationsluft für Prozesse in der chemischen Industrie
  • Metallurgische Prozesse in Hochöfen oder in der Glasindustrie
  • Kühlen von Produkten im Herstellungsprozess, zum Beispiel von (PET-)Kunstfasern

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Vorteile von Turbogebläsen: Bedarfsgerechte, hohe Luftzufuhr und wenig Wartung

Durch ihren Direktantrieb liefern die ZB-Gebläse bei Bedarf einen konstanten Volumenstrom, wie er etwa bei der pneumatischen Förderung gewünscht ist. Auch für Prozesse, die auf eine kontinuierliche Luftzufuhr angewiesen sind, eignen sich die Turbos der Baureihe ZB 5-6 VSD+ besonders. Durch die VSD+-Technologie („Variable Speed Drive“ = variable Drehzahl des Motors) gehören die Zentrifugalgebläse zu den effizientesten Niederdruckerzeugern: Der bereitgestellte Volumenstrom wird stets den Anforderungen des jeweiligen Prozesses angepasst, so dass eine bedarfsgerechte Luftversorgung bei geringem Energieverbrauch möglich ist. Die Lebenszykluskosten der ZB-Turbos sind dementsprechend niedrig.

Mit magnetgelagerten Motoren ausgestattete Turbogebläse arbeiten absolut zuverlässig. Gegenüber Drehkolbengebläsen liegt die Leistungsaufnahme um bis zu 60 % niedriger. Die Turbos werden mit Volumenströmen zwischen 2000 und 11100 Kubikmetern pro Stunde angeboten, verfügen über High-Speed-Antrieb und arbeiten vibrationsfrei und ohne Getriebe, weil das Motorlaufrad direkt auf die Welle geflanscht ist. Der Wegfall eines Getriebes ermöglicht einen hervorragenden Wirkungsgrad und senkt den Wartungsaufwand.

Daneben sind auch luftgelagerte Turbogebläse verfügbar. Diese Technologie ist relativ alt und trotz gelegentlicher Verbesserungen in der Regel weniger effizient als die Magnetlagerung. Die Maschinen punkten aber mit niedrigeren Investitionskosten und ihrer kompakten Bauweise. Frequenzumrichter, Steuerung und High-Speed-Antrieb können auch hier integriert sein. Immerhin sind sie etwa 15 % effizienter als Drehkolbengebläse; aber über einen gesamten Lebenszyklus liegt der Vorteil praktisch immer bei einem magnetischen Turbo oder einem Schraubengebläse.

Bitte berücksichtigen: Höhere Investitionskosten und kleinerer Regelbereich


In die Entscheidung für oder gegen ein Turbogebläse müssen neben dem – sinnvollerweise: hohen und tendenziell konstanten – Luftbedarf auch die vergleichsweise hohen Investitionskosten einbezogen werden. Der gängige Betriebsüberdruck (Differenzdruck zum normalen Atmosphärendruck) von Turbogebläsen liegt übrigens bei 0,1 bis 1 bar. Ist der Luftbedarf nicht gut vorhersehbar, weil etwa das Aufkommen an organischen Stoffen in einer Kläranlage stark schwankt, sollte man von der Turbotechnologie Abstand nehmen; denn sie ist bei geringem Luftbedarf nicht effizient regelbar. Wer einen größeren Regelbereich benötigt und auf langfristige Wirtschaftlichkeit bedacht ist, ist bei der Schraubentechnologie besser aufgehoben.

Praxisbeispiel: Turbokompressoren für durchgehend hohen Bedarf ab 2,5 bar am effizientesten

Mit der Turbotechnologie sind auch mehrstufige Maschinen erhältlich. Für große Mengen ölfreier Druckluft und Druckerhöhungen oberhalb von 2,5 bar etwa bieten sich die Turbokompressoren der Baureihe ZH/ZH+ von Atlas Copco an. Sie zählen wegen des höheren Druckes nicht zu den Gebläsen und eignen sich für viele Prozesse mit Druckerhöhungen bis zu 13 bar. Doch auch am unteren Rand im niedrigen Druckbereich finden sich viele Einsatzzwecke.
Die Turbokompressoren werden für Niederdruckanwendungen etwa in der Glasherstellung eingesetzt. Bei Verallia in Essen beispielsweise versorgen vier Turbokompressoren des Typs ZH 500+ von Atlas Copco das 3,5-bar-Netz mit zertifiziert ölfreier Druckluft nach. ISO 8573-1:2010, Klasse 0 Diese wird vor allem für Formungsprozesse benötigt, aber ebenso zum Entladen der Lkw genutzt. Mit Luft wird die Gemengeanlage geschaltet, in der die für die Glasproduktion notwendigen Materialien (Gemenge) aus den verschiedenen Silos nach Rezepturen gemischt werden. Und in den Schmelzwannen dient sie unter anderem als Kühlluft für die Brenner. Aufgrund der höheren Effizienz der neuen Druckluftversorger wurde die Investition vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) als Maßnahme zur Energieeinsparung gefördert. den Anwenderbericht bei Verallia lesen Sie hier .

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