Ist ein ultrahochdrehender Turbo Kompressor der richtige Kompressor-Typ für Ihre Anwendung?

21. März 2016

„Die technische Anwendung ist definiert, der Druck-Hub und der Massenstrom stehen fest, doch welcher Kompressor-Typ ist nun der Richtige für diese Applikation?“

Diese oder ähnliche Fragen stellen sich viele Ingenieure und System-Betrachter. Dieser Artikel stellt eine Übersicht der verfügbaren Kompressor-Konzepte dar und zeigt die Vor- und Nachteile eines ultrahochdrehenden Turbo Kompressors auf. Vorab soll aber bereits erwähnt werden, dass die Antwort auf diese so einfach erscheinende technische Fragstellung derart breit gefächert ist, dass eine Einzelfallprüfung unabdingbar ist. Machen Sie den ersten Schritt und nutzen Sie hierzu unseren kostenfreien Service, welcher am Ende des Artikels beschrieben wird.

Die abgebildete Tabelle stellt einleitend beispielhaft gegenüber, wie unterschiedlich die Kompressor-Anforderungen für unterschiedliche Anwendungsfälle sind.

Beispiel 1:
Kompressor
für Brennstoff-zellen-
Fahrzeuge
Beispiel 2:
Füllen einer Druckluft-flasche
Beispiel 3: Kühlen einer elektrischen Komponente
Arbeitsmedium Luft Luft Luft
Druckverhältnis 1:1.7
gering - mittel
1:200 - 300
sehr hoch
~1:1.05
gering - mittel 
Massenstrom ~15 g/s ~3-7 g/s ~1-500 g/s   
Haupt-Herausforderung beim Systementwurf 
Wirkungsgrad, geringes Systemgewicht Hohes Druck-verhältnis Grosser Volumenstrom  
Zusätzliche Anforderungen
Ölfreiheit Überwachung der Gaszusammen-setzung Kostengünstige Herstellung                 
Mögliche Kompressor-
Typen
Turbo Kompressor, Scroll Kompressor, Schrauben Kompressor, Seitenkanal-Verdichter Kolben-kompressor Lüfter / Gebläse

Tabelle 1: Beispiele für unterschiedliche Systemanforderungen

 

Die nachfolgende Abbildung zeigt die verschiedenen Kompressor-Konzepte, die zur Förderung oder Druckerhöhung eingesetzt werden. Die vorrangige Unterteilung findet in der obersten Ebene zwischen den intervallweise arbeitenden Verdrängermaschinen und den kontinuierlich arbeitenden Strömungsmaschinen (auch Turbomaschinen genannt) statt. Anschliessend gliedern sich die Zweige hauptsächlich aufgrund der Bauart des Kompressors auf. Diese reduzierte Auswahl zeigt bereits die Breite an verfügbaren Kompressor-Typen und stellt die Schwierigkeit bei der Auswahl weiter dar.

 Kompressor-Typ

Abbildung 1: Kompressor-Typ-Übersicht

 

Jeder Kompressor-Typ hat seine individuellen Vor- und Nachteile sowie ein optimales Einsatzgebiet. In Publikationen wurden Kompressor-Typen für den Einsatz in Brennstoffzellen oder Wärmepumpen für die Luft- und Raumfahrt verglichen.

Die Vor- und Nachteile der ultrahochdrehenden Turbo Kompressor-Technologie haben wir für Sie in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Vorteile hochdrehender
Turbo Kompressoren
Nachteile hochdrehender
Turbo Kompressoren
  • Hohe Drehzahl ⇒ Kleine
    Abmessung ⇒ Hohe Leistungsdichte ⇒ vergleichsweise geringes Gewicht
  • Nur eine rotierende Komponente ohne oszillierende Massen ⇒ geringe Systemkomplexität
  • Hoher Wirkungsgrad der Energiewandlung
  • Stationäre, kontinuierliche Durchströmung ⇒ kein Druck-Rippel
  • Hohe Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Lebensdauer
  • Bewährte Technologie
  • Wartungs- und Revisionsfreundlich
  • Beim Einsatz von Gas- oder Magnetlagern schmiermittelfreie Kompression möglich
  • Für unterschiedliche Medien einsetzbar
  • Anpassungsfähige Konstruktion
  • Tiefer Geräuschpegel, da bei ultrahochdrehenden Turbo Kompressoren keine niederfrequenten Geräuschanteile vorhanden sind
  • Geringes Trägheitsmoment ⇒ schnelle Regelung
  • Dynamisches Arbeitsprinzip ⇒ Einschränkung im Betriebsbereich (Pumpgrenze / Sperrgrenze)
  • Stationäre, kontinuierliche Durchströmung ⇒ Limitierte Druckverhältnisse pro Kompressor-Stufe (im Gegensatz zu anderen Kompressor-Typen); höhere Druckverhältnisse sind nur mit mehrstufigen Kompressoren möglich
  • Hohe Leistungsdichte ⇒ kleine Abmessungen ⇒ hohe thermische Systembelastung
  • Miniaturisierung ⇒ hoher Anspruch an Fertigungstoleranzen

Tabelle 2: Vor- und Nachteile des ultrahochdrehenden Turbo Kompressors

 

Innovationen aus Forschung und Entwicklung, verbesserte Materialien und neue Fertigungstechnologien erlauben heutzutage die Miniaturisierung von Turbo Kompressoren. Dies wiederum eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten der Turbo Kompressor-Technologie in Bereichen, in denen bisher ausschliesslich kleine Membran-, Kolben-, oder Drehschieber-Kompressoren zum Einsatz kamen. Abbildung 2 stellt dies am Beispiel des Celeroton CT-15-150 dar.

Grafik CT-15-150

Abbildung 2: Eröffnung neuer Anwendungsgebiete durch ultrahochdrehende Turbo Kompressoren

 

Die Vorteile der Turbo Kompressoren, wie geringes Volumen und Gewicht sowie hoher Wirkungsgrad, können nun auch in diesen Anwendungsgebieten genutzt werden. Wir berichteten hierzu ausführlich in einem separaten Artikel.

CT-15-150

Abbildung 3: Miniaturisierung am Beispiel des Celeroton CT-15-150


Kostenfreier Machbarkeitscheck

Sind sie unschlüssig ob die ultrahochdrehende Turbo Kompressor-Technologie für Ihre Anwendung geeignet ist? Gerne prüfen wir Ihr Vorhaben kostenfrei für Sie. Bitte stellen Sie uns hierzu die folgenden Informationen via E-Mail oder Telefon bereit:

  • Betriebsmedium
  • Sind bei Ihrer Anwendung die Bedingungen am Eintritt (typisch) oder am Kompressor-Austritt (Unterdruck-Anwendungen) konstant
  • Druck- und Temperatur-Niveau am Eintritt in den Kompressor
  • Druckverhältnis oder gewünschter Druck am Kompressor-Austritt
  • Massenstrom oder Volumenstrom (mit Angabe ob am Eintritt oder Austritt)

 

Mit diesen Angaben klären wir kostenfrei für Sie:

  • Können Ihre Spezifikationen mit einem unserer Produkte oder mit einer Produktmodifikation abgedeckt werden
  • Können Ihre Spezifikationen mit einem kundenspezifischen System mit Celeroton als Partner abgedeckt werden

 

Wir freuen uns über Ihre Kontaktaufnahme (infocelerotoncom oder Telefon +41 44 250 52 20) um Ihr Anliegen zu prüfen.

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