Seitenkanalverdichter Entwicklung - Klassen - Auswahl

Die Entwicklung der Seitenkanalverdichter - Klassifikation der Verdichter - Die richtige Auswahl der Verdichter

(IINews) - Die Entwicklung der Verdichter und Gebläse - Klassifikation - Auswahl der geeigneten Verdichter

Die Geschichte der Verdichter

Die ersten Anfänge

Die ersten Anfänge der bewussten Anwendung komprimierten Luft lassen sich bis zur Bronzezeit ( ca. 2000 Jahre vor unsrer Zeitrechnung) zurückverfolgen.
Zum Schmelzprozess der Erze wurde ein Luftstrom erforderlich, der zusammen mit dem Brennstoff die erforderliche Schmelzwärme erzeugte. Damals wurden aus Tierfellen Blasebalge angefertigt, die für die Erzeugung dieser Luftströme benutzt wurden.

Der erste Kolbenverdichter

Der erste "Kolbenverdichter", der auch diesen Namen nach der implementierten Technologie auch verdiente, wurde aus Bambus gefertigt. Die Abdichtung der Kolben gegen die Kolbenwände wurde damals aus Vogelfedern hergestellt. Das liegt jetzt ca. 2000 Jahre zurück.

Die Entwicklung der Dampfmaschine

Die eigentliche Entwicklung der Verdichter begann mit der Erfindung der Dampfmaschinen und etablierte den Verdichter als eigentliche Arbeitsmaschine.
Die erste doppeltwirkende Luftpumpe wurde von D.Papin 1680 in England entwickelt. In seiner Funktion und Tätigkeit als Professor für Mathematik und Physik an der Universität in Marburg, entwickelte Papin die Luftpumpe zur damals sogenannten "atmosphärische" Kolbenmaschine weiter.

Der Einfluss der Hüttenwerke Englands

In den Hüttenwerken Englands wurden in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts die Entwicklung Papins als Kolbengebläse für Hochöfen und Bessemerbirnen eingesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wurden Förderströme bis zu 4000 m² /h bei einer maximalen Druckerhöhung von delta p = 0,4 kp/cm² erreicht.
Druckluft als Energieträger und Bewetterungselement
In gößeren Umfang wurde Druckluft als Energieträger und Bewetterungselement erstmals beim Bau des Mont-Cenis-Tunnels verwandt. Der Ingenieur Sommellier entwickelte dazu den sogenannten "Nassen Kompressor". Sommellier patentierte seine Erfindung 1860.

Der "Nasse Kompressor"

Bei dieser Technologie wird die Verdichtung der Luft nicht unmittelbar zwischen Kolben und Zylinder, sondern unter Zwischenschaltung einer Wassersäule, die den Saug- und Druckimpuls vom Arbeitskolben mitgeteilt bekam, übernommen.
Diese Verdichter mit einer Drehzahl von n = 16 U/min wurden mit Förderströmen bis 400 m³ / h und Enddrücken von 3 bis 5 kp/cm² unter anderem beim oben genannten Tunnelbau des Mont-Cenis-Tunnels verwendet.

Der erste trockene Verdichter

Nach der bestandenen Bewährungsprobe des "Nassen Verdichters" als Arbeitsmaschine, ging die Weiterentwicklung der Verdichter zügig voran. Die ersten "Trockenen Verdichter", solche die mit Öl geschmiert wurden, wurden bereits 1885 von der Firma Davey, Paxman und Co. aus Paris, nach dem System Sturgeon, in der damaligen größten Druckluftzentrale der Welt, mit einer Antriebleistung von insgesamt 2000 PS installiert. Diese Maschinen mit einer Drehzahl von bereits 37 U/min verdichteten etwa 800 m³/h Luft in einer Stufe auf 6 kp/cm².

Die Treiber Rüstung und Industrie

Die Weiterentwicklung der Verdichter wurde weiter befeuert. Rüstung und Industrei brachten ihre Beiträge.
Speziell die Erfindung der Torpedos am Ende der 60er Jahre des 20. Jahrhunderts aber auch der zunehmende Einsatz der Druckluft-Lokomotiven im Untertage-Bergbau beflügelte die Entwicklung sprunghaft. Besonders durch den zunehmenden Bedarf der Industrie nach Gasverflüssigung, stieg die Nachfrage nach hochverdichteter Luft stark an.

Luftzerlegungsanlagen der Firma Linde

Die um 1900 von der Firma Linde entwickelten Luftzerlegungsanlagen und die 1912 erfolgte industrielle Einführung der Amoniaksynthese, führten zu Verdichterarten mit Drücken bis zu 350 kp/cm² und Förderströmen von bis zu 12000 m³/h je Maschineneinheit.

Die Massachusetts-Kreiselpumpe

Mit dem Anwachsen der Luftströme, die für metallurgische Schmelzprozesse oder auch zur Bewetterung von Bergwerken benötigt wurden, wurde Ende der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts die Entwicklung der Ventilatoren (Lüfter) und Gasgebläse, die als Vorläufer der heutigen Kreiselverdichter anzusehen sind, besonders forciert. Dabei erfolgte die Verwendung der Erkenntnisse und Ergebnisse des Betriebs mit den ersten Kreiselradpumpen. Die erste praktisch erprobte Kreiselpumpe war die 1818 erbaute "Massachusetts-Kreiselpumpe" mit geraden Schaufeln und exzentrischem Gehäuse.

Klassifikation der Verdichter

Verdichter lassen sich nach drei Gesichtspunkten klassifizieren:
Nach dem Duckverhältnis
Nach Funktionsprinzip und der Bauart
Nach dem Fördermittel und dem Verwendungszweck

Die Klassifikation nach dem Druckverhältnis

Das Druckverhältnis ist das Verhältnis von Enddruck zu Anfangsdruck. Beide Werte werden jeweils am Druckstutzen und am Saugstutzen gemessen.

Danach ergibt sich folgende Aufstellung:
Lüfter mit einem Druckverhältnis Pd/Ps > 1 1,1 3

Innerhalb der Gruppe Lüfter und Verdichter wird noch einmal nach dem gesamten Druckunterschied unterschieden. Das sind
Niederdruckverdichter
Mitteldruckverdichter
Hochdruckverdichter

Unter diesem Gesichtspunkt spricht man von:
Niederdrucklüftern für Druckerhöhungen delta Pges. = 1 ... 160 kp/m²,
Mitteldrucklüftern für Druckerhöhungen delta Pges. = 160 ... 400 kp/m²,
Hochdrucklüftern für Druckerhöhungen delta Pges. = 400 ... 1000 kp/m²,
Niederdruckverdichter für Enddrücke P = 3 ... 10 kp/cm²,
Mitteldruckverdichter für Enddrücke P = >10 ... 100 kp/cm²,
Hochdruckverdichter für Enddrücke P = >100 kp/cm².

Die Klassifikation nach dem Funktionsprinzip

Danach ergeben sich die Verdichter-Klassen:

Hubkolbenverdichter
Umlaufkolbenverdichter
Kreiselradverdichter
sonstige Verdichter

Klassifikation nach dem Fördermittel und dem Verwendungszweck

Danach ergeben sich folgende Verdichter-Klassen:

Verdichter für Luft und neutrale Gase
Verdichter für aggressive Gase
Verdichter für explosive Gase


Weiter mit der Klassifikation der Verdichter

Klassifikation der Verdichter
Verdichter werden zunächst in Lüfter und Gebläse unterschieden.

Lüfter:

Lüfter werden im Bereich der Druckerhöhung von delta P =< 1000 kp/m² eingeordnet. In diesem Druckbereich vorherrschend sind auch heute noch Kreisellüfter in radialer, diagonaler und axialer Bauart.
Die Einsatzmöglichkeiten für diese drei Bauarten der Kreisellüfter werden durch Anforderungen an Förderströme, Druckverhältnisse, Drehzahlen und Hauptabmessungen bestimmt. Wenn diese Anforderungen keinen Beschränkungen unterliegen kann man prinzipiell alle drei Bauarten in allen Einsatzmöglichkeiten anwenden.
In den meisten Fällen werden aber die Drehzahlen sowie die Hauptabmessungen aus bautechnischen Erwägungen heraus bei der Projektierung von Lüftern mit angegeben. Außerdem sind Angaben zur Gesamtdruckerhöhung (in kp/m²) und Volumen beeinflussend. Der eingesetzte Lüfter sollte also im optimalen Wirkungsgradbereich laufen. Unabhängig von dem Bereich des optimalen Wirkungsgrades können aber durchaus auch andere Lüftertypen zum Einsatz kommen, wenn aus betrieblichen Besonderheiten heraus dem Wirkungsgrad nur sekundäre Bedeutung zugemessen wird. Wenn beispielsweise der Verschleiß des Lüfters auf ein Minimum beschränkt werden soll, dann kann bei der Föderung stark schleißender oder sehr staubhaltiger Gase ein besonderer Wert auf eine extrem hohe Drehzahl gelegt werden. Außerdem kann die Nähe von Arbeitskräften oder Arbeitsplätzen zum Lüfter den Parameter der Geräuschfrage höher in den Fokus rücken, und den Investor dazu zwingen, leise Lüfter zu Lasten des Wirkungsgrades des Lüfters anzuschaffen.
Der Kennlinienverlauf des Lüfters muss ebenfalls bei der Auswahl für einen bestimmten Bedarfsfall berücksichtigt werden. Bespielsweise wird für einen breiten Förderstrombereich bei relativ konstanten Druck neben guten Teillastwirkungsgraden ein flacher Kennlinienverlauf sowie kleinster Kraftbedarf bei Nullförderung und größter bei Normalförderung verlangt.

Gebläse:

Gebläse werden im Bereich der Druckerhöhung von delta P > 1000 kp/m² eingeordnet.
Man kann im Allgemeinen Gebläse nach folgenden Bauarten unterscheiden: Kreiselrad-, Hubkolben-, Umlaufkolbenbauarten.
Die Auswahl der jeweiligen Bauart erfordert auch hier einige tiefergehende Überlegungen und Untersuchungen über technische Charakteristiken, Anschaffungskosten und Betriebsunterhaltung.
Hubkolbengebläse werden heute in der klassischen Bauform kaum noch verwendet. Der hohe Bauaufwand und Werkstoffeinsatz des Hubkolbengebläses steht heute in keinen wirtschaftlichen Verhältnis zu dem Gewinn des höheren Wirkungsgrades etwa gegenüber Kreiselgebläsen oder Umlaufkolbengebläsen. Allerdings hat ein Einsatzgebiet für Hubkolbengebläse in letzter Zeit stark zugenommen. Das ist der Einsatz in aufgeladenen Verbrennungsmotoren heutiger Zeit. In den Verbrennungsmotoren kommen die Hubkolbenmotoren etwas abgewandelt zum Einsatz. Es handelt sich hier mehr um Axial- und Radialkolbentypen dieser Ausprägung.

Das Funktionsprinzip der Seitenkanalverdichter
Der Seitenkanalverdichter kann entweder im Überdruck oder im Unterdruck betrieben werden.
Seitenkanalverdichter erhöhen den Druck oder Unterdruck des angesaugten Gases mittels einer Serie von Verwirbelungen, die durch Zentrifugalkraft im peripheren Ringkanal erzeugt werden. Diese Eigenschaft führt auch dazu, dass Seitenkanalverdichter auch oft als Ringverdichter bezeichnet werden.
Durch die Rotation des Laufrades wird das Gas in den einzelnen Kammern in eine Drehbewegung versetzt, während die dabei entstehende Zentrifugalkraft das Gas nach außen in den Seitenkanal drückt. Auf diese Weise entstehen spiralförmige Verwirbelungen. Während dieser Verwirbelungen wird das Gas wiederholt verdichtet, was die Druckerhöhung über die gesamte Länge des Seitenkanals zur Folge hat.
Die rotierenden Teile des Ringverdichters berühren das Gehäuse nicht. Da es während des Betriebes keine Reibungsverluste gibt, ist keine Schmierung erforderlich. Der Verdichtungsvorgang erfolgt absolut ölfrei, eine Verunreinigung des Gases findet nicht statt.

Auswahl von Verdichtern

Welche Faktoren entscheiden über den Einsatz eines Verdichters

Zwei Tatsachen erschweren heute die fachgerechte Auswahl heutiger Verdichterarten.
Die Vielzahl der heute existierenden Verdichterarten auf der einen Seite.
Die unterschiedlichsten Betriebsanforderungen an die Verdichter auf der anderen Seite.

Die Auswahl der optimalen Verdichterart für bestimmte Leistungsparameter und Betriebsverhältnisse muss, wenn ein ökonomischer Betrieb der Verdichter gewährleistet werden soll, sehr genau und unter Kenntnis der allgemeinen und spezifischen Charakteristiken der einzelnen Verdichter erfolgen.

Zu beachten sind folgende Faktoren:
Wirkungsgrad, Leistungsmasse, Hauptabmessungen, Regelmöglichkeiten und Betriebscharakteristiken, Art des Fördergutes, Aufwand für Wartung und Betriebsunterhaltung aber auch kalkulierte Lebensdauer und die Anschaffungskosten.

Diese Faktoren müssen bei der Entscheidung über die Anschaffung eines Verdichters mit einbezogen werden. Für weiterführende Informationen besuchen Sie auch unsere Webseite unter :
http://www.skvtec.de
Seitenkanalverdichter-Technik.

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Datum: 19.03.2013 - 17:14 Uhr
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