Ölfreier Turbokompressor spart Energie in der Druckluftversorgung

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AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH

Der Grund: Eine Druckerhöhung von 2,5:1 je Stufe ist energetisch am wirtschaftlichsten darstellbar. Mit zwei Stufen lassen sich – unter der Nebenbedingung der besten Effizienz – also nur 2,5 × 2,5 = 6,25 bar erzeugen. Konstruktiv geht auch mehr, aber das geht zu Lasten des Energiebedarfs und damit der Lebenszykluskosten. Je höher also der benötigte Druck, umso eher eignet sich der dreistufige Turbokompressor.

Motor treibt Laufräder des Turbokompressors direkt an

In der Konstruktion des Turbokompressors wurden die erste und die zweite Verdichtungsstufe auf eine gemeinsame Welle gelegt, die dritte Stufe ist separat angeordnet. Die hohe Effizienz ergibt sich aus der Anordnung des Hochgeschwindigkeitsmotors zwischen den Laufrädern der ersten beiden Stufen.

Dadurch kann auf ein verlustbringendes Getriebe verzichtet werden: Der Motor treibt die Laufräder direkt an. Verluste von Getrieben können üblicherweise die Energieeffizienz von Kompressoren in der 350-kW-Leistungsklasse um 9% verschlechtern. Außerdem ist die Welle des Motors an den Laufrädern magnetisch gelagert, wodurch die mechanischen Verluste minimiert werden.

Die dritte Stufe wird von einem baugleichen Motor nach dem gleichen Prinzip angetrieben. Diese Konstruktionsmerkmale senken auch die Lebenszykluskosten: Es gibt keine Lager und kein Getriebe. Dadurch gibt es weniger mechanische Kontakte und weniger Verschleiß. Folglich sind im Laufe des Lebenszyklus weniger Ersatzteile vonnöten und es ist weniger Wartung notwendig. Zudem ist keinerlei Lager- und Getriebeschmierung erforderlich, somit kann komplett auf ein Ölsystem verzichtet werden.

Sparsamer Zwischenkühler steigert Energieeffizienz weiter

Sehr wichtig in der Konstruktion ist auch der sparsame Zwischenkühler zwischen den Verdichtungsstufen. Er vergrößert die Energieeffizienz weiter. Denn der nach der ersten Verdichtungsstufe etwa 100 °C heiße Luftstrom muss sehr schnell auf eine möglichst niedrige Temperatur abgekühlt werden, damit die Luft wieder dichter (weil kälter) wird und mehr Luft in der nächsten Stufe verdichtet werden kann. Je wärmer die Luft bliebe, umso dünner wäre sie, was die Effizienz der Folgestufe verringerte.

Atlas Copco hat hier einen sehr effizienten Zwischenkühler mit einer großen Oberfläche eingebaut, um die Wärme schnell abzuführen. Dafür sind die Rohre mit Aluminiumrippen ausgestattet, wodurch eine hohe Wärmeabgabe an den Kühler sichergestellt wird.

Turbokompressor hat Turbinenlaufräder aus Titan

Des Weiteren wurden die Turbinenlaufräder des ZH 350+ aus Titan gefertigt. Durch dieses hochfeste Material ist die Steuerung in der Lage, den Kompressor in sehr kurzer Zeit in den Leerlauf zu versetzen oder wieder hochzufahren. Dadurch werden die Verluste bis zum Erreichen des Leerlaufs und auch beim Hochfahren so gering wie möglich gehalten.

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