1. Im Vergleich zu Kolbenkompressoren bieten Schraubenkompressoren eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. hohe Drehzahl, geringes Gewicht, kleines Volumen, geringer Platzbedarf und geringe Abgaspulsation.
2. Der Schraubenkältekompressor hat keine Massenträgheitskräfte durch den Kolben, eine gute dynamische Auswuchtung, einen stabilen Betrieb, geringe Basisvibrationen und benötigt ein kleines Fundament.
3. Der Schraubenkompressor für Kälteanlagen zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und wenige Bauteile aus. Verschleißteile wie Luftventile und Kolbenringe sind nicht vorhanden. Seine Hauptreibungsteile, wie Rotoren und Lager, weisen eine relativ hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit auf und sind gut geschmiert. Dadurch reduziert sich der Bearbeitungsaufwand, der Materialverbrauch ist gering, die Lebensdauer ist lang, der Betrieb ist relativ zuverlässig, die Wartung einfach und die Automatisierung des Betriebs wird begünstigt.
4. Im Vergleich zu drehzahlgeregelten Kompressoren zeichnet sich der Schraubenkompressor durch eine erzwungene Gasförderung aus. Das bedeutet, dass das Fördervolumen nahezu unabhängig vom Förderdruck ist und bei geringem Fördervolumen kein Pumpen auftritt. Innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs bleibt der Wirkungsgrad hoch.
5. Der Schieber dient zur Justierung und ermöglicht eine stufenlose Einstellung der Energie.
6. Der Schraubenkompressor ist unempfindlich gegenüber dem Flüssigkeitseinlass und kann durch Öleinspritzung gekühlt werden. Daher ist bei gleichem Druckverhältnis die Abgastemperatur viel niedriger als beim Kolbenkompressor, sodass das einstufige Druckverhältnis höher ist.
7. Es gibt kein Totvolumen, daher ist der volumetrische Wirkungsgrad hoch.
Funktionsprinzip und Aufbau des Schraubenkompressors:
1. Inhalationsprozess:
Der Sauganschluss auf der Einlassseite des Schraubenkompressors muss so konstruiert sein, dass die Kompressionskammer vollständig mit Luft versorgt wird. Schraubenkompressoren besitzen keine separate Einlass- und Auslassventilgruppe; die Ansaugluft wird ausschließlich durch das Öffnen und Schließen eines Regelventils reguliert. Bei Rotation des Rotors ist der Zahnspalt von Haupt- und Hilfsrotor am größten, wenn er die Öffnung der Einlassendwand erreicht. Die Luft wird vollständig abgelassen, und nach Abschluss des Ablassvorgangs herrscht im Zahnspalt ein Vakuum. Beim Eintritt in den Lufteinlass wird Außenluft angesaugt und strömt axial in den Zahnspalt von Haupt- und Hilfsrotor. Wartungshinweis für Schraubenkompressoren: Sobald der Zahnspalt vollständig mit Luft gefüllt ist, dreht sich die Einlassseite des Rotors vom Lufteinlass des Gehäuses weg, und der Luftspalt zwischen den Zahnspalten wird abgedichtet.
2. Abschluss- und Übergabeprozess:
Beim Ansaugen der Haupt- und Hilfsrotoren dichten deren Zahnspitzen am Gehäuse ab, und die Luft wird in den Zahnnuten eingeschlossen und kann nicht mehr entweichen – dies ist der Abdichtungsvorgang. Die beiden Rotoren drehen sich weiter, wobei sich die Zahnspitzen und Zahnnuten an der Saugseite aufeinanderlegen und sich die Kontaktflächen allmählich zur Auslassseite hin bewegen.
3. Kompressions- und Kraftstoffeinspritzprozess:
Während des Fördervorgangs bewegt sich die Eingriffsfläche allmählich in Richtung Auslassöffnung. Dadurch verringert sich die Zahnnut zwischen Eingriffsfläche und Auslassöffnung, das Gas in der Zahnnut wird komprimiert und der Druck steigt – dies ist der Kompressionsprozess. Gleichzeitig wird aufgrund des Druckunterschieds Schmieröl in die Kompressionskammer eingesprüht und vermischt sich mit der Kammerluft.
4. Abgasverfahren:
Wenn die Eingriffsfläche des Rotors sich dem Gehäuseauslass zuwendet (der Druck des komprimierten Gases ist zu diesem Zeitpunkt am höchsten), beginnt das komprimierte Gas auszustoßen, bis sich die Eingriffsfläche der Zahnspitze und die Zahnnut zum Auslass hin bewegen. Dann ist der Abstand zwischen der Eingriffsfläche der beiden Rotoren und der Auslassöffnung des Gehäuses null, d. h. der Ausstoßvorgang ist abgeschlossen. Gleichzeitig erreicht die Länge der Zahnnut zwischen der Eingriffsfläche der Rotoren und dem Lufteinlass des Gehäuses ihr Maximum. Anschließend beginnt der Ansaugvorgang von Neuem.
1. Vollständig gekapselter Schraubenkompressor
Das Gehäuse besteht aus hochwertigem, porenarmem Gusseisen mit geringer thermischer Verformung. Die doppelwandige Konstruktion mit innenliegenden Abgaskanälen sorgt für hohe Festigkeit und gute Geräuschdämpfung. Die inneren und äußeren Kräfte im Gehäuse sind weitgehend ausgeglichen, sodass keine Gefahr durch zu hohen Druck besteht, da weder ein offenes noch ein halbgeschlossenes System entsteht. Das Gehäuse ist aus hochfestem Stahl gefertigt und zeichnet sich durch ein ansprechendes Design und geringes Gewicht aus. Dank der vertikalen Bauweise benötigt der Kompressor wenig Platz, was die Anordnung mehrerer Kompressorköpfe im Kältemaschinenraum erleichtert. Das untere Lager ist im Öltank gelagert und somit optimal geschmiert. Die Axialkraft des Rotors wird im Vergleich zu halbgeschlossenen und offenen Bauweisen um 50 % reduziert (Ausgleichsfunktion der Motorwelle auf der Abgasseite). Es besteht keine Gefahr eines horizontalen Motorauslegers, was eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet. Der Einfluss von Schraubenrotor, Schieberventil und Motorrotor-Eigengewicht auf die Passgenauigkeit wird vermieden, was die Zuverlässigkeit weiter erhöht. Der Montageprozess ist optimiert. Die ölfreie Schraubenpumpe ist vertikal konstruiert, sodass weder im Betrieb noch im Stillstand Ölmangel auftritt. Das untere Lager ist als Ganzes im Öltank eingetaucht, das obere Lager wird mit Differenzdrucköl versorgt; der Differenzdruckbedarf des Systems ist gering, und es bietet im Notfall einen Lagerschmierschutz, wodurch ein Mangel an Ölschmierung des Lagers vermieden wird, was den Anlauf der Anlage in Übergangszeiten begünstigt.
Nachteile: Es wird eine Abgaskühlung eingesetzt, und der Motor befindet sich am Abgasanschluss, was leicht zum Durchbrennen der Motorspule führen kann; außerdem kann er im Fehlerfall nicht rechtzeitig entfernt werden.
2. Halbhermetischer Schraubenkompressor
Der Motor wird durch Flüssigkeitssprühung gekühlt, wodurch seine Betriebstemperatur niedrig und seine Lebensdauer lang ist. Offene Kompressoren verwenden luftgekühlte Motoren, deren Betriebstemperatur hoch ist, was die Lebensdauer beeinträchtigt und die Arbeitsbedingungen im Maschinenraum verschlechtert. Bei Abgaskühlung ist die Betriebstemperatur des Motors sehr hoch, was seine Lebensdauer verkürzt. Externe Ölabscheider sind in der Regel großvolumig, aber sehr effizient. Integrierte Ölabscheider sind im Kompressor verbaut und aufgrund ihres geringen Volumens weniger effizient. Die Ölabscheideleistung der Sekundärabscheidung kann 99,999 % erreichen und gewährleistet so eine gute Schmierung des Kompressors unter verschiedenen Betriebsbedingungen.
Allerdings wird der Kolben-Halbhermetik-Schraubenkompressor über ein Getriebe beschleunigt, die Drehzahl ist hoch (ca. 12.000 U/min), der Verschleiß ist groß und die Zuverlässigkeit gering.
3. Offener Schraubenkompressor
Die Vorteile der offenen Einheit sind:
1) Der Kompressor ist vom Motor getrennt, sodass der Kompressor in einem breiteren Anwendungsbereich eingesetzt werden kann;
2) Derselbe Kompressor kann mit verschiedenen Kältemitteln verwendet werden. Neben halogenierten Kohlenwasserstoff-Kältemitteln kann durch Änderung der Werkstoffe einiger Teile auch Ammoniak als Kältemittel eingesetzt werden;
3) Je nach Kältemittel und Betriebsbedingungen können Motoren mit unterschiedlichen Leistungsumfängen eingesetzt werden.
4) Die offene Bauart wird außerdem in Einschrauben- und Doppelschraubenbauweise unterteilt.
Der Einschraubenkompressor besteht aus einer zylindrischen Schraube und zwei symmetrisch angeordneten Sternrädern, die im Gehäuse montiert sind. Die Schraubennut, die Innenwand des Gehäuses (Zylinders) und die Verzahnung der Sternräder bilden einen geschlossenen Raum. Die Kraft wird auf die Schraubenwelle übertragen, welche die Sternräder in Rotation versetzt. Das Gas (Arbeitsmedium) strömt aus der Saugkammer in die Schraubennut und wird nach der Kompression über den Auslasskanal in die Auslasskammer ausgestoßen. Die Funktion der Sternräder entspricht der des Kolbens eines Hubkolbenkompressors. Durch die Bewegung der Sternradzähne in der Schraubennut verringert sich der geschlossene Raum und das Gas wird komprimiert.
Funktionsprinzip des Schraubenkompressors und Vergleich von vollständig geschlossenen, halbhermetischen und offenen Bauarten
Die Schraube des Einschraubenkompressors besitzt 6 Schraubennuten, und das Sternrad hat 11 Zähne, was 6 Zylindern entspricht. Die beiden Sternräder greifen gleichzeitig in die Schraubennuten ein. Daher entspricht jede Umdrehung der Schraube dem Betrieb von 12 Zylindern.
Wie allgemein bekannt, stellen Schraubenkompressoren (einschließlich Doppel- und Einschraubenkompressoren) den größten Anteil der Rotationskompressoren dar. Betrachtet man den internationalen Markt, so lag die jährliche Wachstumsrate der weltweiten Schraubenkompressorenverkäufe in den 20 Jahren von 1963 bis 1983 bei 30 %. Aktuell entfallen 80 % der mittelgroßen Kompressoren in Japan, Europa und den USA auf Doppelschraubenkompressoren. Im Vergleich zu Einschraubenkompressoren im gleichen Arbeitsbereich erreichen Doppelschraubenkompressoren aufgrund ihrer ausgereiften Fertigungstechnologie und hohen Zuverlässigkeit einen Marktanteil von über 80 %. Der Marktanteil von Einschraubenkompressoren liegt unter 20 %. Im Folgenden werden die beiden Kompressortypen kurz verglichen.
1. Struktur
Die Schraube und das Sternrad des Einschraubenkompressors bilden ein Paar kugelförmiger Schneckengetriebe, wobei die Schrauben- und Sternradwelle senkrecht zueinander angeordnet sein müssen. Die Rotoren des Doppelschraubenkompressors entsprechen einem Paar Zahnradgetriebe, deren Wellen parallel verlaufen. Konstruktiv betrachtet ist die präzise Zusammenarbeit von Schraube und Sternrad beim Einschraubenkompressor schwer zu gewährleisten, wodurch die Zuverlässigkeit der Gesamtmaschine geringer ist als beim Doppelschraubenkompressor.
2. Fahrmodus
Beide Kompressortypen können direkt an den Motor angeschlossen oder über einen Riemenantrieb angetrieben werden. Bei hohen Drehzahlen des Doppelschraubenkompressors muss die Drehzahl im Übersetzungsgetriebe erhöht werden.
3. Methode zur Anpassung der Kühlleistung
Die Luftmengenregulierungsmethoden beider Kompressoren sind im Prinzip gleich. Beide ermöglichen eine stufenlose Verstellung über den Schieber oder eine schrittweise Verstellung über den Kolben. Bei der Verstellung über den Schieber benötigt der Doppelschraubenkompressor einen Schieber, der Einschraubenkompressor hingegen zwei Schieber gleichzeitig. Dies führt zu einer komplexeren Konstruktion und verringert die Zuverlässigkeit.
4. Herstellungskosten
Einschraubenkompressor: Für Schrauben- und Sternradlager können gewöhnliche Lager verwendet werden, und die Herstellungskosten sind relativ niedrig.
Doppelschraubenkompressor: Aufgrund der relativ hohen Belastung der beiden Schraubenrotoren ist der Einsatz hochpräziser Lager erforderlich, und die Herstellungskosten sind vergleichsweise hoch.
5. Zuverlässigkeit
Einschraubenkompressor: Das Sternrad des Einschraubenkompressors ist ein Verschleißteil. Neben den hohen Anforderungen an das Material des Sternrads muss dieses regelmäßig ausgetauscht werden.
Doppelschraubenkompressor: Der Doppelschraubenkompressor besitzt keine Verschleißteile und erreicht eine störungsfreie Laufzeit von 40.000 bis 80.000 Stunden.
6. Montage und Wartung
Da die Schraubenwelle und die Sternradwelle des Einschraubenkompressors senkrecht im Raum ausgerichtet sein müssen, sind die Anforderungen an die axiale und radiale Positionsgenauigkeit sehr hoch, weshalb der Montage- und Wartungsaufwand beim Einschraubenkompressor geringer ist als beim Doppelschraubenkompressor.
Die Hauptnachteile der offenen Einheit sind:
(1) Die Wellendichtung neigt zu Undichtigkeiten und muss daher vom Benutzer häufig gewartet werden.
(2) Der eingebaute Motor dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, das Luftstromgeräusch ist groß, und auch das Geräusch des Kompressors selbst ist relativ groß, was die Umwelt beeinträchtigt;
(3) Es müssen komplexe Ölsystemkomponenten wie separate Ölabscheider und Ölkühler konfiguriert werden, und die Einheit ist sperrig und unpraktisch in der Handhabung und Wartung.
Vier, drei Schraubenkompressoren
Die einzigartige geometrische Struktur des Dreirotor-Kompressors bedingt eine geringere Leckagerate als beim Doppelrotor-Kompressor; der Dreirotor-Schraubenkompressor kann die Lagerbelastung erheblich reduzieren; die Reduzierung der Lagerbelastung erhöht die Abgasfläche und verbessert dadurch den Wirkungsgrad; es ist sehr wichtig, die Leckage des Geräts unter allen Lastbedingungen zu reduzieren, insbesondere im Teillastbetrieb ist die Auswirkung noch größer.
Lastselbstregulierung: Bei Systemänderungen reagiert der Sensor schnell, und der Regler führt entsprechende Berechnungen durch, um eine schnelle und korrekte Selbstregulierung zu gewährleisten; die Selbstregulierung ist nicht durch Aktuatoren, Leitschaufeln, Magnetventile und Schieberventile eingeschränkt und kann direkt, schnell und zuverlässig durchgeführt werden.
Veröffentlichungsdatum: 10. Februar 2023
