Kompressor

Aus BS-Wiki: Wissen teilen
Wechseln zu: Navigation, Suche
G-LAderseite4234.jpg
G-LAderseite423.jpg
G-LAderseite42.jpg

Ein Kompressor (Verdichter) fördert im Gegensatz zu den "Flüssigkeitpumpen" Gase, d. h. kompressible Medien; dabei ist eine Drucksteigerung der Gase mit einer Temperaturerhöhung oder einer Wärmeabgabe sowie mit einer Volumenverringerung verbunden. Da Gase im Vergleich mit Flüssigkeiten eine weitaus geringere Dichte besitzen, können die Gasgeschwindigkeiten dei dem Verdichtern viel höher liegen (bis ca. 100 m/s) als die Wassergeschwindigkeiten in Pumpen (bi ca. 2 m/s).

Physikalische Grundlagen

Der rechnerische Zusammenhang der Größen Druck, Temperatur und Volumen bei Verdichtungsvorgängen von Gasen wird durch die allgemeine Zustandsgleichung der Gase beschrieben.

Verringert man das Volumen eines Gases, so spricht man von Verdichten bzw. Komprimieren. Entsprechende Maschinen nennt man Verdichter oder Kompressoren. Bei Verdichtungsvorgängen wird ein vorhandenes Ansaugvolumen V1 mit dem Betriebsdruck p1 zu einem kleineren Volumen V2 zusammengepresst. In dem kleineren Volumen V2 herrscht ein erhöhter Druck p2, und das Gas erwärmt sich.

Bei der Anwendung der Zustandsgleichung ist darauf zu achten, dass p1 und p2 absolute Drücke sind. Alle Druckangaben bei pneumatischen Anlagen beziehen sich jedoch auf den Überdruck Pe gegenüber dem atmosphärischen Druck. Andernfalls werden Druckangaben besonders gekennzeichnet.

Pfeil.gifDruckangaben in der Pneumatik beziehen sich auf Überdruck

Pfeil.gifDruckmessgeräte in der Pneumatik sind auf Überdruck eingestellt

Anwendungen

Pfeil.gifAtemschutzkompressor

Pfeil.gifDruckluftanlage

Pfeil.gifKlimakompressor

Pfeil.gifLuftpumpe

Pfeil.gifMotoraufladung, als Hilfsmittel zur „Zwangsbefüllung“ des Motors mit zusätzlicher Luft, oder Gasgemischen, zur Leistungssteigerung


Bauformen / Bauarten

Es werden zwei Funktionsweisen unterschieden. Zum einen die Turboverdichter für große Volumenströme bei kleinen Verdichtungsenddrücken, zum anderen die Verdrängerverdichter bei kleinem Durchsatz und großen Verdichtungsenddrücken. Die verschiedenen Verdichterbauarten unterteilen sich in ölgeschmierte und ölfreie Verdichter.

Pfeil.gifFlüssigkeitsringverdichter

Pfeil.gifionischer Verdichter (ionic compressor )

Pfeil.gifLamellenverdichter

Pfeil.gifRotationsverdichter

Pfeil.gifTaumelscheibenverdichter (Wobble-Plate)

Pfeil.gifLabyrinth-Kolben-Verdichter

Pfeil.gifSchraubenverdichter

Pfeil.gifRoots-Gebläse

Pfeil.gifSchiefscheibenverdichter (Swash-Plate)

Pfeil.gifScrollverdichter („VW G-Lader“)

Pfeil.gifJunkers-Freikolbenverdichter

Pfeil.gifMembrankompressor

Pfeil.gifHubkolbenkompressor

Kolbenverdichter

Bei Kolbenkompressoren, die nach dem Verdrängerprinzip arbeiten, wird das Gas in einem Volumen eingeängt, verdichtet und wieder ausgestoßen. Diese Verdichter arbeiten zyklisch, haben geringe Volumenströme und hohe Druckverhältnisse.

Schraubenverdichter

Der Schraubenverdichter gehört zu den rotierenden, zweiwelligen Verdrängerkompressoren mit innerer Verdichtung. Er ist einfach aufgebaut, hat kleine Abmessungen, eine geringe Masse, gleichmäßige, pulsationsfreie Förderung und einen ruhigen Lauf, weil ihm oszillierende Massen und Steuerorgane fehlen. Er erreicht bis zu 30 bar Überdruck.

Schraubenverdichter gehören zu der Gruppe der Rotationsverdichter.

Funktionsweise

Zwei parallel angeordnete, mechanisch zwangsgekoppelte Wellen mit ineinandergreifender, schraubenförmiger Verzahnung in einem Gehäuse sind das Herz dieser Anlage. An der Wälzlinie (die Stelle, an der sich die beiden schraubenförmigen Wellen berühren) zwischen den beiden Wellen ist der Durchgang für das zu fördernde Medium mechanisch (durch die notwendigerweise präzise Fertigung der Zahnung) verschlossen. Das Medium befindet sich in den Zahngängen und wird von der Gehäusewandung darin gehalten. Es wird in Achsrichtung gefördert. An den beiden Stirnseiten der Achsen befinden sich im Gehäuse Steuerschlitze für Ein- (Saugseite) und Auslass (Druckseite). Die Länge der Wellen, Steigung der Spiralen und die Steuerschlitze müssen so angepasst sein, dass kein direkter Durchgang von der Druck- zur Saugseite besteht, also kein Rückfluss entstehen kann. Die geförderte Menge des Mediums ist, von den Verlusten abgesehen, drehzahlabhängig.

Das Medium (z.B. Luft) füllt auf der Saugseite einen Zahngang je Welle aus, der sich beim Weiterdrehen saugseitig am Abwälzpunkt verschließt. Er bildet nun um die Welle spiralförmig einen Luftschlauch. Bei weiterer Drehung wird er Richtung Druckseite befördert. An das druckseitige Ende transportiert, öffnet die Mechanik den Schlauch wieder, die Luft wird durch das Weiterdrehen aus der Maschine gefördert.

Wird eine weitgehend impulslose Verdichtung von den nachfolgend angeordneten Anlagen verlangt, muss im Verdichter schon vorkomprimiert werden. Dazu wird das Gas nicht einfach hinter dem Verdichter freigegeben. Dem sich öffnenden Zahngang auf der Druckseite wird deshalb eine Wand entgegengestellt. Beim Weiterdrehen der Welle verkleinert sich das Volumen des Luftschlauchs, da er quasi gegen die Wand gedrückt wird, er wird verdichtet. Nun kann je nach verlangtem Druck früher oder später dieser zusammengedrückte Luftschlauch durch einen Steuerschlitz freigegeben werden.


Turboverdichter

Beim Turboverdichter wird durch einen rotierenden Läufer nach den Gesetzen der Strömungsmechanik dem strömenden Fluid Energie zugesetzt. Diese Bauart arbeitet kontinuierlich und zeichnet sich durch geringe Druckerhöhung pro Stufe und hohen Volumendurchsatz aus. Radial- und Axialverdichter sind die beiden Hauptbauarten für Turboverdichter. Beim Axialverdichter strömt das zu komprimierende Gas in paralleler Richtung zur Achse durch den Verdichter. Beim Radialverdichter strömt das Gas axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial) abgelenkt. Bei mehrstufigen Radialverdichtern ist damit hinter jeder Stufe eine Strömungsumlenkung notwendig.

Eingesetzt werden diese Verdichter etwa im Abgasturbolader oder als Verdichter in Strahltriebwerken. Hier erhöht sich der Druck jedoch nicht durch den sich verengenden Kanalquerschnitt, sondern vielmehr dadurch, dass der Zwischenraum zwischen den Schaufeln eines solchen Verdichters die Form eines Diffusors einnimmt. Hier steigen der Druck und die Temperatur, während die Geschwindigkeit sinkt. Im sich drehenden Teil einer Verdichterstufe (Laufrad, Rotor) wird der Luft die für den weiteren Druckaufbau nötige kinetische Energie wieder zugeführt.


Offene und hermetische Verdichter

In der Kältetechnik unterscheidet man zusätzlich noch:

Pfeil.gifVollhermetische Verdichter - Motor und Kompressor befinden sich in einem gekapselten Gehäuse und in direktem Kontakt mit dem Kältemittel

Pfeil.gifHalbhermetische Verdichter - der Motor ist an das Kompressorgehäuse angeflanscht

Pfeil.gifOffene Verdichter - der Verdichter wird über Riemen, Getriebe oder Zahnräder angetrieben

Kenngrößen

Pfeil.gifLiefermenge - Volumen des abgegebenen Fluides je Zeiteinheit.

Pfeil.gifBetriebsdruck - erreichbarer Überdruck.

Pfeil.gifDruckverhältnis Π = p2 / p1 =Enddruck/Saugdruck

Pfeil.gifLiefergrad - Bezeichnet das Verhältnis von gefördertem, zum theoretisch (aufgrund der Geometrie) möglichen Volumenstrom.

Um Verdichter verschiedener Bauart und Betriebspunkte besser vergleichen zu können, wird oft der Normvolumenstrom betrachtet. Dies ist der Volumenstrom des Verdichters, umgerechnet auf Normbedingungen (Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit).

Betriebsdruck / Liefermenge

Stationäre Verdichter werden meist durch Elektromotoren angetrieben. Bei fahr- und tragbaren Anlagen benutzt man zum Antrieb häufig Verbrennungsmotoren (Baustellenkompressoren). Zur Kennzeichnung eines Verdichters dienen der erreichbare Druck und die Liefermenge. Die Liefermenge ist das je Zeiteinheit abgegebene Luftvolumen; sie wird bei kleinen Anlagen in Liter/min, sonst in m3/min angegeben. Leider auch häufig gebräuchlich - aber irreführend - ist die Angabe der (theoretischen) Ansaugleistung als Produkt aus Drehzahl und Hubvolumen. Sie sagt nichts über die tatsächliche Fördermenge aus, da dabei der volumetrische Füllungsgrad vernachlässigt wird. Pneumatische Anlagen arbeiten in der Regel mit einem Druck von 6 bar; als untere Grenze werden 3 bar und als obere 15 bar angegeben.