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Lagertechnik Magnetlager und Direktantriebe steigern Wirkungsgrad bei Kompressoren

| Autor / Redakteur: Tilmann Haar / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Durch Wahl moderner, geschwindigkeitsgeregelter Direktantriebe in Verbindung mit Magnetlagern lässt sich der Wirkungsgrad bei Luft- und Kältekompressoren deutlich erhöhen. Die antriebsseitigen Leistungsverluste, die bei konventionellen Maschinen bei 15% liegen, lassen sich dadurch auf 6% senken.

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Bild 1: Diese Magnetlagereinheit ermöglicht es, die Welle nahezu reibungsfrei zu führen.
Bild 1: Diese Magnetlagereinheit ermöglicht es, die Welle nahezu reibungsfrei zu führen.
( Archiv: Vogel Business Media )

Sucht man nach Einsparmöglichkeiten bei Kompressoren gibt es viele Lösungsansätze. Vielfach verwendete Schraubenkompressoren sind im Vergleich zu Turboverdichtern konstruktionsbedingt durch höhere Verlustleistungen gekennzeichnet.

In einer Modellrechnung, die ausschließlich auf einer Gegenüberstellung der Verlustleistungen beider Systeme beruht, lässt sich das energieseitige Einsparpotenzial von Schraubenkompressoren zu Turboverdichtern verdeutlichen.

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Würde 10 % aller Schraubenkompressoren, die derzeit in Gebrauch sind (etwa 5 Mio.), durch Turboverdichter ersetzen, entspräche die Energieeinsparung (bei einer durchschnittlichen Leistung von 100 kW und einer Laufzeit von 12 Stunden an 365 Tagen im Jahr) einem jährlichen Verbrauchsäquivalent von etwa 5 Mio. europäischen Haushalten.

Auch die Wahl der richtigen Antriebstechnik bietet ein hohes Potenzial zur Energieeinsparung. Bei bisher verwendeten Motoren mit konstanter Drehzahl und ölgeschmierten Lagern liegen die Verluste antriebsseitig bei 15%. Verwendet man hingegen zum Antrieb einen Hochgeschwindigkeitsdirektantrieb mit variabler Drehzahl und Magnetlagerung (Bild 1), sinken diese die Verluste auf 6%.

Magnetlagertechnik bietet viel Einsparpotenzial

Die Magnetlagertechnik von SKF gehört zu den neuen Lösungenangeboten für Antriebe mit variabler Drehzahl, bei denen Schraubenkompressoren in Anwendungen mit Luft- und Kältekompressoren durch z Turbokompressoren ersetzt werden und im Normalfall eine Wirkungsgradsteigerung um 75 bis 85% erzielt wird.

Durch die geänderte Technik gibt es weitere Vorteile wie:

  • niedrigeren Energieverbrauch,
  • höhere Ausfallsicherheit,
  • keinen Verschleiß von Lagerkomponenten und damit längere Nutzungsdauer,
  • stark verringerte Wartung und
  • kleinere Gerätegrundfläche.

Somit führt dieser Technikwandel zu niedrigeren Betriebskosten in Anwendungen wie Klimatechnik, industrieller Kältetechnik sowie in der Öl- und Gasindustrie:

Bei bisherigen Antrieben hat man geringe Drehzahlen und mechanische Vorschaltgetriebe. Dazu werden ölgeschmierte Lager benötigt. Die neue Technik basiert auf Verwendung moderner Direktantriebe, in denen das Kompressorrad an die Antriebswelle gekoppelt ist. Dazu werden Magnetlagerungskonzept eingesetzt.

Magnetlager können fast reibungsfrei arbeiten

Da es beim Einsatz von Magnetlagern nicht zu metallischem Kontakt kommt, tritt so gut wie keine Reibung und kein Lagerverschleiß auf. Lediglich die Reibung mit der umgebenden Luft führt zu sehr geringen mechanischen Verlusten. Bei der heute für Turbokompressoren eingesetzten konventionellen Technik mit konstanter Drehzahl und Vorschaltgetriebe sowie ölgeschmierten Lagern liegt der antriebsseitige Wirkungsgrad des Gesamtsystems bei 85%.

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