Schraubenkompressor: Funktionen & Anwendung

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Letzter Autor: Jana Könekamp, , 7.869 Zeichen
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🎓 Schraubenkompressoren (auch Schraubenverdichter genannt) gehören zur Familie der Rotationsverdichter. Es sind Kompressoren, die durch Rotation von ineinandergreifenden, schraubenförmigen Rotoren den Verdichtungsraum verringern und so das Volumen von Gasen als Fördermedium komprimieren. Sie werden immer dann zur Aufbereitung von Gasen eingesetzt, wenn auf Dauer ein konstanter Druck benötigt wird und dienen somit der Drucklufterzeugung für Industrie, Gewerbe und Handwerk. Sie gehören, wie die Kolbenkompressoren, zu der Kategorie der Verdrängerkompressoren.
Synonym(e): Schraubenverdichter, Schraubenkompressor, Schraub Kompressoren, Rotationsverdichter, Rotationskompressoren



3D-Animation: Funktionsweise eines Schraubenkompressors

Schraubenverdichter Arten (in einer Druckluftstation oder als einzelner Kompressor): Man unterscheidet zwischen einwelligen und zweiwelligen Rotationskompressoren. Heutzutage versteht man unter Schraubenkompressoren üblicherweise jedoch Rotationsverdichter mit zwei parallel angeordneten Rotoren, welche aus jeweils einem konvexen und einem konkaven Schraubenprofil bestehen. Dadurch sind die Verdichterschrauben zwangsläufig ineinander verzahnt und komprimieren durch Rotation das zwischen den Profilen befindliche Biogas beispielsweise. Ein Schraubenkompressor arbeitet somit nach dem sogenannten Verdrängungsprinzip (Verdrängerkompressor).

Schraubenverdichter sind in mehreren Gewindegrößen erhältlich. Um die Gewindegrößen im Detail zu erfahren und richtig einschätzen zu können ist die Withworth Gewindetabelle von Nöten.

Kühlung

Öleingespritzte Schraubenkompressoren

Bei öleingespritzten Schraubenverdichter wird kontinuierlich Öl direkt in den Verdichterraum eingespritzt. Das Öl erfüllt hierbei drei Aufgaben:

  1. Verhinderung des metallischen Kontakts der Rotoren
  2. Kompressorkühlung durch Abführung der bei der Verdichtung entstehenden Wärme
  3. Abdichtung des Spalts zwischen den Rotoren sowie zum Gehäuse hin

Ölfreie Schraubenkompressoren

Schraubenkompressor mit Direktantrieb
Schraubenkompressor mit Direktantrieb (Almig)

Bei Verdichtungsprozessen mit Verdichteröl verbleibt immer ein geringer Restölgehalt in der Druckluft. Für kritische Anwendungen in der Medizin- oder Nahrungsmittelbranche werden daher zunehmend öl freie Schraubenkompressoren verwendet, um trotz Filtration ein Restrisiko durch Ölkontamination zu vermeiden. Ölfreie Schraubenkompressoren arbeiten entweder komplett ohne Fluideinspritzung oder sie sind wassereingespritzt. Bei ölfreien Schraubenkompressoren ohne Fluideinspritzung ist der Verdichterraum nicht geschmiert. Dabei dürfen sich die Schraubenpaare nicht berühren, um Abnutzung und Verschleiß zu vermeiden. Deswegen ist eine hohe Präzision bei der Produktion und Fertigung eine Voraussetzung.

Trockenlaufende compressors gibt es in luftgekühlter und wassergekühlter Ausführung. Bei einem Kühlsystem mit Wasser fließt dieses in Rohren, welche von der Druckluft umspült werden, durch den Verdichtungsraum. Bei Trockenläufern entstehen ab bestimmten Verdichtungsgraden dennoch höhere Temperaturen, da kein direkter Kontakt zur Kühlflüssigkeit besteht. Daher werden hier zwei Verdichterstufen benötigt, um einen höheren Betriebsdruck und höhere Betriebsstunden zu erreichen.

Antrieb

Normalerweise wird nur ein Rotor angetrieben. Hierbei spricht man vom Hauptläufer. Durch die Verzahnung rotiert der Nebenläufer bei zweiwelligen Schraubenverdichter automatisch mit.

Entscheidend für die Laufzeit und die Verdichtungsleistung ist der Kompressorantrieb. Man unterscheidet zwischen zwei Arten:

  • Riemenantrieb
  • Direktantrieb (ohne Getriebe)

Schraubenkompressoren mit Direktantrieb können eine besonders hohe Druckluftleistung erreichen und sind mit und ohne Drehzahlregelung erhältlich. Der Vorteil von einem Direktantrieb liegt dabei in der motorischen Antriebsleistung, welche ohne Defizite durch das Getriebe an die Verdichterstufe weitergeleitet wird. Durch diesen Kompressor verringert sich der Verbrauch elektrischer Energie und die Druckluft steigt im Kessel an. Verdichter mit Keilriemenantrieb bzw. Getriebeantrieb haben hingegen minimierte Drehzahlen und besitzen dadurch auch bei Dauerbetrieb eine längere Lebensdauer.

Anwendungen mit Schraubenverdichter und Wärmenutzung

Unter den Rotationsverdichtern setzen sich Schraubenkompressoren im Gegensatz zu Kolbenkompressoren immer mehr durch. Grund dafür ist der vollkommene Massenausgleich. Dieser sorgt für eine nahezu schwingungsfreie Aufstellung und gilt damit als besonders leise. Speziell nehmen dabei drehzahlgeregelte Schraubenkompressoren eine immer wichtigere Rolle ein, da ihr Energie-Einsparpotenzial, vor allem in der Wärmenutzung systembedingt sehr groß ist. Das bedeutet, dass die erzeugte Wärme weiterverwendet werden kann. Außerdem können Schrauben compressors mit integriertem Kältetrockner erworben werden. Dabei wird die Druckluft zur Aufbereitung in den Kälte-Drucklufttrockner befördert und im Luft-Wärmetauscher vorgekühlt. Diese Vorkühlung im Kältetrockner erfolgt im Gegenstrom zur austretenden, abgekühlten Druckluft. Dieser Wechsel geschieht ohne zusätzlichen Energiebedarf.

Schrauben Kompressoren kommen in nahezu allen Bereichen zum Einsatz, wo Druckluft benötigt wird - vom kleinsten Handwerksbetrieb bis hin zum größten Industrieunternehmen. Vor allem wird ein Schraubenkompressor eingesetzt, wenn über einen langen Zeitraum hinweg ein konstanter Betriebsdruck gebraucht wird. Sie arbeiten in der Regel im 5 bis 40 bar Bereich.

In Handwerksbetrieben kommen die Verdichter vor allem bei Druckluftwerkzeugen, beispielsweise beim Druckluftnagler zur Bearbeitung von Nägeln und Schlagschrauber, zum Einsatz. In der Industrie reichen die Einsatzgebiete von der Holz- und Papierindustrie und der Kunststoffindustrie bis hin zur Automobilindustrie oder dem Maschinen- und Anlagenbau.

Auch in der Chemie, der Verfahrenstechnik und der Lebensmittel- und Medizinbranche kommen Schraubenverdichter zur Anwendung. Hier werden außerordentlich hohe Anforderungen an saubere und trockene Druckluft ohne Öl und Staubpartikel gestellt, weshalb in diesen Bereichen in der Regel ölfreie Schraub Kompressoren mit integriertem Trocknungs- und Filtersystem (z.B. Adsorptionstrockner) zum Einsatz kommen.

Funktionsweise

An den beiden Stirnseiten des Schraubenkompressors befinden sich im Gehäuse je eine Öffnung zum Einsaugen der Luft und zum Auslassen (Druckseite). Die Rotoren und die Öffnungen müssen zur Verdichtung so gestaltet sein, dass kein direkter Durchgang von der Druck- zur Saugseite besteht.

Die Luft strömt auf der Saugseite in den Verdichtungsraum ein und wird bei der Rotation des Verdichters innerhalb der Schraubenzwischenräume in Richtung Druckseite befördert. Dabei gelangt die Luft in immer kleinere Kammern, weswegen es zur Verdichtung im Kessel kommt.

Schließlich öffnet sich die Verzahnung zur Druckseite hin und die Druckluft wird durch das Rotieren aus dem Schrauben Kompressor befördert oder in einem Druckluftbehälter gesammelt. Zur Aufbereitung für eine höhere Qualität und Dauerbetrieb werden oftmals Drucklufttrockner (Funktion siehe Anwendung) und Druckluftfilter integriert oder nachgeschalten.

Ein Kälte-Kompressor kann gerne auch mal laut sein. Um eine Schalldämmung zu erreichen, kann die Decke des Verdichters mit einem schalldämpfenden Akusi-Noppenschaumstoff ausgekleidet werden, der den Schallpegel im Kessel erheblich reduziert.