Die Komprimierung von Gas ist ein Prozess, bei dem externe Energie verbraucht wird, um dem Gas Druckenergie zu verleihen. Der Kompressor erzeugt das komprimierte Gas. Daher ist die grundlegende Leistungsfähigkeit der Verdichterstufe eines Schraubenkompressors untrennbar mit diesen vier Aspekten verbunden: Druck, Volumenstrom, Leistung und spezifische Leistung.
Grundlegende Leistung des Verdichterkopfes eines Schraubenkompressors – Druck
Die Nutzung der Druckenergie von Druckluft ist die grundlegendste Funktion von Luftkompressoren, und Schraubenkompressoren bilden hier keine Ausnahme. Der Hauptmotor von Schraubenkompressoren erhöht den Luftdruck durch den Verbrauch externer Energie. Je höher der Druck, desto mehr Energie wird benötigt und desto höher sind die Anforderungen an den Hauptmotor. Üblicherweise werden Luftkompressoren anhand ihres Ausgangsdrucks in vier Kategorien eingeteilt:
Niedriger Druck: 0,2 bis 1,0 MPa
Mittlerer Druck: 1,0~10 MPa
Hochdruck: 10~100 MPa
Ultrahochdruck: über 100 MPa
Schraubenkompressoren arbeiten üblicherweise mit einem Ausgangsdruck von 0,2 bis 4,0 MPa. In diesem Bereich sind ihre Leistung, Praktikabilität und Wirtschaftlichkeit optimal. Dies wird durch die Bauart und Arbeitsweise der Verdichterstufe bestimmt und stellt gleichzeitig das Drucksegment mit der größten Marktnachfrage dar.
Der vom Luftkompressor erzeugte Druckluftdruck wird hauptsächlich über das Druckverhältnis gemessen, also das Verhältnis des Ausgangsdrucks Pd zum Ansaugdruck Ps. Je höher das Verhältnis, desto höher der Ausgangsdruck.
ε=Pd/Ps Formel (6)
Für den Hauptmotor des Schraubenluftkompressors gibt es ein internes Druckverhältnis und ein externes Druckverhältnis.
Innendruckverhältnis: das Verhältnis des Drucks im Zwischenzahnraum der Hauptmaschine zum Saugdruck, das durch die Lage und Form der Saug- und Auslassöffnungen bestimmt wird;
Externes Druckverhältnis: das Verhältnis des Drucks im Abgasrohr zum Saugdruck. Die für die Betriebsbedingungen oder den Prozessablauf erforderlichen Saug- und Abgasdrücke.
Wenn das Verhältnis des Innendrucks ungleich dem Verhältnis des Außendrucks ist, verbraucht der Hauptmotor mehr Leistung; wenn das Verhältnis des Innendrucks gleich dem Verhältnis des Außendrucks ist, befindet sich der Hauptmotor im optimalen Zustand.
Beim Hauptmotor des Schraubenluftkompressors gilt: Wenn Hauptmotor, Umgebungstemperatur, Saugdruck, Hauptmotordrehzahl und andere Faktoren gleich sind, ist der Leistungsverbrauch umso höher, je höher der Ausgangsdruck ist.
Grundlegende Leistungsmerkmale der Verdichterstufe eines Schraubenkompressors – Durchfluss
Der Volumenstrom setzt sich üblicherweise aus Massen- und Volumenstrom zusammen. In den Branchenstandards und -normen für Luftkompressorsysteme wird üblicherweise der Volumenstrom als Messmethode verwendet. Dieser wird in meinem Land auch als Abgasvolumenstrom oder Nennvolumenstrom bezeichnet: Unter dem erforderlichen Abgasdruck wird das vom Luftkompressor pro Zeiteinheit abgegebene Gasvolumen auf den Ansaugzustand umgerechnet. Dabei werden der Saugdruck am Ansaugrohr der ersten Stufe sowie die Ansaugtemperatur und -feuchtigkeit berücksichtigt. Die Einheit ist m³/min. Man unterscheidet zwischen tatsächlichem und Sollvolumenstrom.
Üblicherweise wird bei Mustern, Auswahlen und Maschinentypenschildern der Standardvolumenstrom verwendet. Aufgrund der Branche, der Region und der Anwendung gibt es im Druckluftmarkt zwei Definitionen des Standardvolumenstroms, die sich nach den Unterschieden im Standardzustand (Temperatur, Druck und Komponenten) richten:
Der Standardzustand ist gegeben durch einen Druck von P = 101,325 kPa, eine Standardtemperatur von T = 0 °C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 0 %. Er wird häufig in der Industriegas- und Chemiebranche sowie in Ausschreibungsunterlagen unter der Bezeichnung „Standardquadrat“ verwendet, üblicherweise mit dem Formelsymbol „VN“ und der Einheit Nm³/min.
Der Standardzustand ist ein Druck von P = 101,325 kPa, eine Standardtemperatur von T = 20 °C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 0 %. Er wird üblicherweise in den Normen der Druckluftindustrie verwendet und als „Standardbetriebsbedingungen“ bezeichnet. Das Symbol ist in der Regel „V“, die Einheit m³/min.
Üblicherweise wird in unserer Druckluftindustrie der letztgenannte Standardvolumenstrom verwendet. Die Umrechnung des Volumenstroms zwischen den beiden Zuständen kann mit folgender Formel berechnet werden:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Formel (7)
Beim Hauptmotor des Schraubenluftkompressors gilt unter sonst gleichen Bedingungen: Je größer der Rotor-Mittenabstand, desto größer der Volumenstrom; je höher die Drehzahl des Hauptmotors, desto größer der Volumenstrom.
V Volumenstrom = qv Hauptmaschinen-Kompressionsvolumen × n Kopfdrehzahl Formel (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Formel (9)
Dabei ist Z1 die Zähnezahl des männlichen Rotors; n die Drehzahl des männlichen Rotors; λ das Rotorseitenverhältnis; D der Außendurchmesser des männlichen Rotors.
Aus Kostengründen reduzieren wir daher üblicherweise die Anzahl der Hauptmotortypen und können die Abgasmenge des Luftkompressors durch Anpassung der Hauptmotordrehzahl an die Marktnachfrage regulieren.
Die Drehzahl des Schraubenkompressor-Hauptmotors kann jedoch nicht unbegrenzt hoch sein, sondern liegt üblicherweise zwischen 800 und 10.000 U/min. Daher entwickelt der Hersteller von Schraubenkompressor-Hauptmotoren Hauptmotoren mit unterschiedlichen Volumenstrombereichen, um den Förderstromanforderungen des Schraubenkompressors gerecht zu werden.
spezifische Leistung und Berechnung der Verdichterstufe eines Schraubenkompressors
Die vom Volumenstrom pro Zeiteinheit verbrauchte Wellenleistung, wenn die Verdichterstufe des Luftkompressors arbeitet. Die Einheit der spezifischen Leistung ist: kW/(m³/min).
Die Berechnungsformel lautet wie folgt:
SER Verdichterende = Pd Verdichterende/qv Formel (10)
Pd-Verdichterwelle – Verdichterwellenleistung;
qv – Volumenstrom am Verdichterende pro Zeiteinheit
Sein spezifischer Leistungswert beträgt:
SER-Verdichterstufe = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Je kleiner die spezifische Leistung des Verdichterstufenelements eines Schraubenkompressors ist, desto geringer ist sein Energieverbrauch und desto besser seine Leistung. Bei konstantem Volumenstrom ist die Wellenleistung des Verdichterstufenelements umso höher, je höher der Ausgangsdruck ist, und somit auch dessen spezifische Leistung.
Jeder Schraubenkompressor besitzt eine optimale spezifische Leistung, die von der Drehzahl des Hauptmotors abhängt. Bei zu niedriger Drehzahl des Hauptmotors steigen die Leckagen, das Gasvolumen sinkt und die spezifische Leistung steigt. Bei zu hoher Drehzahl hingegen erhöhen sich die Reibung, die Wellenleistung steigt und die spezifische Leistung steigt ebenfalls. Es gibt jedoch eine optimale Drehzahl, bei der die spezifische Leistung minimal ist. Daher ist die Aussage, dass ein größerer Hauptmotor automatisch energieeffizienter ist, nicht unbedingt korrekt.
Bei der Konstruktion von Schraubenkompressoren und Frequenzumrichtern müssen wir neben der Sicherstellung der Qualität auch Wirtschaftlichkeit, Standardisierung und Modularität des Hauptmotors berücksichtigen. Daher verwenden wir die spezifische Leistungskennlinie des Hauptmotors, um Schraubenkompressoren mit unterschiedlichen Drücken und Fördermengen zu konstruieren und zu entwickeln.
Veröffentlichungsdatum: 17. Juli 2024
