Turboverdichter
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Der Turboverdichter
Der Turboverdichter (auch Turbokompressor) gehört zu den thermischen Turbomaschinen. Er arbeitet in der Umkehrung des Prinzips der Turbine, ähnelt in Bauteilen und Aufbau auch der Kreiselpumpe und fördert das jeweilige Medium ebenfalls durch Übertragung kinetischer Energie in Form eines Drallimpulses. Im Unterschied zur Pumpe wird das Gas im Verdichter komprimiert, das heißt bei gleichem Massenstrom ist der Volumenstrom am Austritt geringer. Die aufzuwendende Volumenänderungsarbeit muss von einer Pumpe nicht aufgebracht werden, weshalb bei gleichem Druckaufbau die Pumparbeit wesentlich geringer ist als die Verdichter-bzw. Kompressorarbeit. Aus diesem Grund arbeiten Dampfkraftwerke effizienter als vergleichbare Kraftwerke, die mit Luft/Gas betrieben werden.
Aufbau
Alle Turbokompressoren besitzen
- eine Welle mit mindestens einem
- Laufrad mit Laufschaufeln bzw. einer direkt auf der Welle aufgezogenen Laufschaufelreihe.
- ein Gehäuse mit entsprechenden Leiteinrichtungen
Turbokompressoren unterteilen sich in die Hauptbauarten Radial- und Axialkompressoren. Beim Axialkompressor strömt das zu komprimierende Gas in paralleler Richtung zur Welle 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. Allgemein bringen Axialkompressoren höhere Volumenströme während Radialverdichter höhere Drücke erzeugen. Kombinierte Bauarten saugen mit ihren Axialstufen große Volumenströme an, die in den anschließenden Radialstufen auf hohe Drücke komprimiert werden. Während meist einwellige Maschinen zum Einsatz kommen, sind beim Getriebekompressor die einzelnen Verdichterstufen um ein Getriebegehäuse herum gruppiert, wobei mehrere parallele Wellen, die jeweils ein oder zwei Laufräder tragen, von einem großen Antriebszahnrad angetrieben werden.
Arten
Es gibt 2 Verschiedene Arten und Methoden von Turbokompressor von Luft oder anderen Gasen, das Turboprinzip und das Verdrängungsprinzip.
Bei Turbokompressoren strömt die angesaugte Luft in ein mit hoher Drehzahl rotierendes Laufrad und wird dort stark beschleunigt. Die Luft wird anschließend in einen Diffusor geleitet, um die kinetische Energie in Druckenergie umzuwandeln. Es existieren Turbokompressoren mitaxialer oder mit radialer Strömungsrichtung. Mit Turbokompressoren werden gewöhnlich große Volumenströme erzeugt.
Bei den Verdrängerkompressoren unterscheidet man zwischen Kolben- und unterschiedlichen Arten von Rotationsverdichtern. Sie sind die am häufigsten eingesetzten Kompressoren. Bei einem Kolbenkompressor wird die Luft in den Verdichtungsraum gesaugt und eingeschlossen. Anschließend wird das Volumen des Raumes verringert und die Luft so verdichtet. Sobald der Druck mit dem Druck in der Druckluftleitung identisch ist, öffnet sich das Austrittsventil, und die Luft wird, bei gleich bleibendem Druck und sich weiter verringerndem Volumen des Verdichtungsraumes, vom Kolben in die Leitung geschoben.
Der Ölfreie magnetgelagerter Turboverdichter
Der ölfreie, magnetgelagerte Turboverdichter (Turbocor) ist eine Revolution in der Kältetechnik.
In seinem Einsatzgebiet erreicht er die derzeit technisch maximal möglichen Leistungszahlen COP (Coefficient Of Performance), im Besonderen bei den im Jahresdurchschnitt häufiger vorkommenden Teillastbedingungen und/mit sehr niedrigen Verflüssigungstemperaturen. Durch die berührungslose 3-fache Magnetlagerung arbeitet der Turboverdichter Turbocor völlig schmierölfrei. Standardmäßig wird der Impeller zur Verdichtung des Kältemittels durch einen mit flüssigem Kältemittel gekühlten Motor mit Frequenzumformer und Drehzahlen bis 48.000 U/min angetrieben. Durch die Kombination mit einer Dralldrossel im Ansaug bei Schwachlastbetrieb paßt sich der ölfreie Turboverdichter (Turbocor) optimal an die unterschiedlichen Lastzustände an und in jedem Betriebspunkt wird der optimale COP zur Senkung Ihrer Energie- und Betriebskosten erreicht. Alle Funktionen und Betriebszustände des Verdichtungsprozesses werden über die am Turbocor Verdichter integrierte Elektronik überwacht und gesteuert.
Axialkompressor
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.
Leistungsmerkmale und Vorteile
1 Maximierter Systemwirkungsgrad - Der Wirkungsgrad der Gesamtanlage wird durch unsere Steuerung nach dem 'Lastverteilungsprinzip' optimiert.
2 Volumenstromregelung - Variabler Volumenstrom durch Diffusoren mit verstellbaren Schaufeln, vor dem Rotor angeordnete Eintrittsleitschaufeln oder eine Kombination beider Systeme.
3 Rahmenmontage mit integriertem Schmierölsystem - Kompaktes Aggregat, werkseitig montiert auf einer Unterkonstruktion zur Senkung des Zeitaufwandes für Einbauarbeiten.
4 Sehr hoher Wirkungsgrad (ca. 85%), der auch im Teillastbetrieb nur unwesentlich geringer ist.
5 Regelungssystem - Zur Maximierung der Leistung und Bereitstellung einer unendlichen Anzahl verschiedener Leistungspunkte über einen breiten Lastbereich. Vollautomatische Leistungsregelung über ein einziges Eingangssignal, das verarbeitet und an die elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Stellglieder der Leitschaufeln übertragen wird.
6 Inhärenter Schutz vor Druckstößen - Eine steile Druck-/Volumenkennlinie gewährleistet immanente Stabilität und Schutz vor Druckstößen
Quellen:
1 Wikipedia, [1] 2 OPK Kälte- und Klimatechnik [2] 3 Howden [3] 4 Mark [4]
