Regelung von Turbokompressoren

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In vielen Fällen erfordern Anwendungen einen konstanten Druck im Druckluftsystem. Dies wiederum erfordert, dass der Druckluftstrom der zentralen Kompressoranlage geregelt wird. In diesem Artikel sprechen wir über die Volumenstromregelung von Turbokompressoren.

Wie werden Turbokompressoren geregelt?

Einlassregelung

  • Einlassdrosselung:
    Der Einlass kann bei Turbokompressoren gedrosselt werden, um die Kapazität des Kompressors kontinuierlich zu verringern. Der minimale Volumenstrom ist erreicht, wenn das Druckverhältnis den Pumpengrenzwert erreicht und die Maschine instabil wird (Druckanstieg). Der Regelbereich wird durch die Konstruktion der Maschine bestimmt (z. B. Anzahl der Stufen und Laufradkonstruktion), aber auch durch äußere Faktoren wie Gegendruck, Ansaugtemperatur und Kühlmitteltemperatur. Der minimale Volumenstrom liegt häufig zwischen 60 % und 85 % des maximalen Volumenstroms.
  • Eintrittsleitapparat:
    Flügelräder, die radial im Einlass angeordnet sind, bewirken, dass das angesaugte Gas in Rotation versetzt wird, während der Volumenstrom gedrosselt wird. Die Methode hat die gleiche Wirkung wie die Drosselung, bietet jedoch einen größeren Regelbereich und eine verbesserte Energieausnutzung. Die Regelung auf 50 bis 70 % des Volumenstroms ist ein typischer Wert. Es besteht auch die Möglichkeit, die Kapazität und den Druck des Kompressors leicht zu erhöhen, indem die Flügelräder in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden. Dies kann jedoch zu einer Leistungseinbuße führen.
  • Auslassregelung

  • Variabler Austrittsleitapparat (Diffusor):
    Um den Regelbereich weiter zu verbessern, kann der Volumenstrom im Diffusor der Kompressorstufe ebenfalls gesteuert werden. Eine Regelung auf 30 % bei gleichbleibendem Druck ist ein üblicher Wert. Der Einsatz ist aufgrund der Komplexität und hohen Kosten auf einstufige Kompressoren beschränkt.
  • Druckentlastung:
    Die ursprüngliche Methode für die Regelung von Turbokompressoren war die Verwendung eines Überdruckventils oder Abblasventils, um überschüssige Druckluft in die Atmosphäre abzulassen. Im Prinzip funktioniert diese Methode gleich wie die Druckentlastung bei einem Verdrängerkompressor.
  • Belasten-Entlasten-Stopp-Prinzip

    Belasten-Entlasten-Stopp
    Die zuvor genannten Regelungsmethoden können kombiniert werden, um die Kompressoreinheit zu steuern. Zwei Modi werden häufig verwendet:

    Modulation: Der zu hohe Luftstrom wird in die Atmosphäre (oder den Einlass) abgelassen, aber der Energieverbrauch bleibt unverändert.
    Auto/Dual: Der Regelbereich der Einheit wird auf den Regelbereich des Einlassventils und/oder des Austrittsleitapparats beschränkt, wenn der Volumenstrom unterhalb des Grenzwerts des Regelbereichs liegt. Das Regelsystem schließt das Einlassventil vollständig, während der Kompressorauslass in die Umgebungsluft geöffnet wird (vgl. Verdrängerkompressor).

    Die Entlastungsleistung ist immer noch relativ hoch. Sie entspricht 20 % der Volllast, je nach Konstruktion des Laufrads und der anderen Komponenten.
    Drehzahlregelung
    Die Drehzahlregelung hat einen ähnlichen Effekt wie die Verwendung eines Eintrittsleitapparats. Der Volumenstrom kann bei konstantem Druck innerhalb des Kompressorregelbereichs variiert werden. Bei höheren Leistungsklasse ist die Drehzahlregelung aufgrund der hohen Kosten für die erforderlichen Antriebe weniger geeignet.

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