Turboverdichter liefern ölfreie Druckluft in großen Mengen

Wenn absolut ölfreie Druckluft in großen Mengen benötigt wird, dann schlägt die Stunde des Turbokompressors. Durch seine strikte Trennung in einen Getriebe- und einen absolut ölfrei arbeitenden...

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Klinkhammer Intralogistics GmbH

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AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Wenn absolut ölfreie Druckluft in großen Mengen benötigt wird, dann schlägt die Stunde des Turbokompressors. Durch seine strikte Trennung in einen Getriebe- und einen absolut ölfrei arbeitenden Verdichtungsbereich sowie durch seine großen Leistungen hat sich der Turboverdichter seit vielen Jahren hervorragend bewährt.In der Drucklufttechnik nehmen Turboverdichter eine gewisse Sonderstellung ein. Weil sie sehr große Mengen ölfreie Druckluft liefern, ist ihr Einsatz in der Regel nur bei entsprechendem Bedarf gegeben. Bei der GDT-Baureihe der Gardner Denver Kompressoren, Schopfheim, handelt es sich um Turboverdichter auf dem aktuellsten Stand der Technik für Dauerbetrieb rund um die Uhr mit einem schnellen und sicheren ,,Return on investment". Bei ihrer Konstruktion hatten größtmögliche Wirtschaftlichkeit und Funktionssicherheit, hohe Zuverlässigkeit, leichte Zugänglichkeit der Wartungsbereiche, minimaler Wartungsaufwand, Dauerhaftigkeit und ein sehr benutzerfreundliches Steuerungssystem höchste Priorität. Der hohe Standard der Anlagen ergibt sich dabei aus einer Vielzahl sehr attraktiver Einzeldetails. Dazu zählen unter anderem die höchst effizient arbeitenden, besonders aerodynamisch ausgeformten und nach rückwärts gekrümmten Laufradschaufeln. Alle Anlagen können bei konstanter Drehzahl durch die Auto-Dual-Steuerung in Verbindung mit einem so genannten Eintrittsleitapparat bedarfsabhängig über einen sehr großen Leistungsbereich sehr wirtschaftlich gefahren werden. Der Bereich liegt zwischen 100% und ,60% und ist damit um bis zu 75% größer als bei anderen Herstellern. Diese von Gardner Denver bevorzugten Eintrittsleitapparate haben gegenüber Ansaugdrosseln ganz deutliche Vorteile:- Eine Ansaugdrossel schließt den Ansaugquerschnitt zwar auch bedarfsabhängig mehr oder weniger, jedoch müssen erhebliche Wirkungsgradverluste akzeptiert werden.- Demgegenüber arbeitet der Eintrittsleitapparat durch eine annähernd parallele Abnahme von Liefermenge und elektrischem Leistungsbedarf nahezu verlustfrei und verbessert die Energiebilanz gegenüber einer Ansaugdrossel im Teillast- und Leerlaufbetrieb um bis zu 9%.Die in die erste Verdichterstufe eintretende Druckluft erhält in Abhängigkeit vom Druckluftbedarf durch den Eintrittsleitapparat mit seinem von außen verstellbaren Schaufelsystem einen um so stärkeren Vordrall, je stärker die Liefermenge bedarfsabhängig zurückgehen soll. Durch diesen Vordrall wird dem Laufrad der ersten Verdichterstufe ein Teil seiner Arbeit abgenommen. Dadurch verändern sich die Strömungsverhältnisse in der gesamten Maschine. Durch die nahezu parallele Abnahme von Liefermenge und elektrischem Leistungsbedarf arbeiten die GD-Turboverdichter unter allen Leistungsbedingungen besonders wirtschaftlich.Übliche Turboregelungen arbeiten sehr unwirtschaftlichHerkömmliche Regelungen von Turboverdichtern arbeiten sehr unwirtschaftlich, weil die überschüssige Druckluft bei konstantem Enddruck in die Atmosphäre abgeblasen wird. Demgegenüber kann ein GD-Turboverdichter durch die standardmäßige Auto-Dual-Steuerung mit einem Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit in einem bedarfsspezifisch definierten Druckband (Beispiel: 8,0 bis 8,5 bar) sehr präzise am schwankenden Druckluftbedarf entlanggefahren werden. In kundenspezifischen Sonderfällen können die Anlagen aber auch mit einem konstanten Druck (Beispiel: 9 bar ±0,1 bar) betrieben werden.Die standardmäßige Steuerung ermöglicht einen besonders wirtschaftlichen Betrieb, weil die Anlagen dann in Verbindung mit dem bereits beschriebenen Eintrittsleitapparat in einem vordefinierten Druckband im Leistungsbereich zwischen 100 und ,60% gefahren werden können. Unter diesem Wert gelangt die Druckluft über ein Abblasventil mit Auf-Zu-Funktion ins Freie. Allerdings tritt dieser energiewirtschaftlich ungünstigste Fall bei richtiger Auslegung des Verdichters dank seiner großen Leistungsbandbreite sehr selten ein. Bei besonderen Druckverbrauchsprofilen, zum Beispiel kurzfristig extrem schwankendem Druckluftbedarf, können die GD-Anlagen auch mit konstantem Druck gefahren werden. Dann öffnet und schließt das Abblasventil in sehr kurzen Schaltspielen, sobald die Liefermengenregelung des Eintrittsleitapparates ihren Minimalpunkt erreicht hat. Durch den erhöhten Druckluftverlust beim häufigen Abblasen arbeitet dieses Konzept jedoch nicht mit der hohen Wirtschaftlichkeit der standardmäßigen Regelung. Durch eine sorgfältige Bedarfsanalyse im Vorfeld ist es jedoch möglich, immer eine maßgeschneiderte Druckluftversorgung sicherzustellen.Bis zu vier GD-Turboverdichter - auch in unterschiedlichen Leistungsgrößen - können mit der übergeordneten Steuerung Sequenz-Control besonders wirtschaftlich im Verbundbetrieb gefahren und zum Beispiel in Grundlastanlagen für 100%igen Vollastbetrieb und in Spitzenlastanlagen mit bedarfsabhängiger Leistungsregelung von 100 bis ,60% aufgeteilt werden. Bei stärker schwankendem Bedarf lassen sich aber auch alle Anlagen leistungsgeregelt fahren. Unterschiedliche Verdichterleistungen, zum Beispiel drei Anlagen mit Leistungsabstufungen von 100, 50, und 25%, können die Betriebskosten zusätzlich deutlich senken, weil die Steuerung dann die Anlagen noch bedarfsbezogener auswählen kann. Die Verdichter lassen sich für eine bedarfsorientierte Druckluftversorgung auch zeitabhängig (Tag, Nacht, Wochenende) vorwählen.Ein wichtiges Kriterium für die tägliche Arbeit ist die Bedienerfreundlichkeit. Alle relevanten Anlagenwerte können vom Bediener in Landessprache über einen Bildschirm mit Touch-Screen-Technik sehr benutzerfreundlich eingegeben werden. Das System arbeitet mit einem Höchstmaß an Betriebssicherheit vollautomatisch und enthält alle Überwachungs- und Abschaltfunktionen für einen störungsfreien Betrieb (Bild 1). Kontinuierlich werden alle für die einwandfreie Funktion wichtigen Parameter, darunter auch alle aktuellen Temperatur- und Vibrationswerte, erfasst und mit den zulässigen Maximalwerden verglichen. Außerdem wird der benötigte Motorstrom kontinuierlich analysiert, weil seine Veränderung ebenfalls Hinweise für einen nicht den Sollwerten entsprechenden Betriebszustand gibt. Eine integrierte, vorausschauende Steuerungslogik ermöglicht die Nutzung des gesamten Regelbereichs bei vollständiger Absicherung gegenüber der so genannten Pumpgrenze. Bei Erreichen der Alarmwerte meldet das System eine Störung, bei Erreichen der etwas höheren Abschaltwerte wird die Anlage zur Vermeidung von Folgeschäden automatisch stillgesetzt. Detaillierte Abschaltmeldungen vereinfachen die Ursachenbeseitigung. Sämtliche aktuellen Anlagendaten werden als detaillierte Einzelmeldungen am Bedientableau an der Anlage angezeigt. Sie lassen sich aber auch als Einzelwerte auf eine zentrale Leitwarte übertragen oder über eine Telefonleitung an eine weiter entfernte Warte melden. Optional kann sich das Werk in Schopfheim zur Erstellung von Ferndiagnosen auch in die weltweit installierten Anlagen einwählen. In detaillierten Grafiken lassen sich sowohl die aktuellen Situationen, zum Beispiel Temperaturen, Schwingungen oder Liefermengen, als auch Entwicklungen in der Vergangenheit aufzeigen und zu einer aussagefähigen Störungsanalyse heranziehen. Außerdem können beispielsweise alle wesentlichen Anlagenparameter sowohl direkt an der Anlage als auch von einer externen Leitwarte modifiziert und an veränderte Betriebsbedingungen angepasst werden.Gute Zugänglichkeit erleichtert die WartungGroßen Wert hat man bei der Konzeption der GDT-Baureihe auch auf die leichte Zugänglichkeit des Getriebe-/Verdichtungsbereichs gelegt. Weil dieser Bereich in einer waagerechten Ebene liegt, ist er nach Abnahme des horizontal geteilten Getriebegehäusedeckels ohne zeitaufwendigen Abbau von Druckluftleitungen problemlos für Wartungsarbeiten zugänglich (Bild 2). Jedes Laufrad kann vor Ort inspiziert und gereinigt werden. Über eine Hauptwelle mit dem Zentralgetrieberad werden die rechts und links liegenden Ritzelwellen für die erste und zweite sowie für die dritte Verdichterstufe angetrieben. Axial-Führungsbunde an den Ritzelwellen leiten die resultierenden Axialkräfte direkt in das Antriebszahnrad ein. Weil keine separaten Schublager für die Ritzelwellen erforderlich sind, reduziert sich der mechanische Leistungsbedarf um bis zu 4%. Für eine gleichmäßige Lastverteilung an den Ritzelwellen setzt man hier besonders hochwertige, geteilte Kippsegment-Gleitlager ein. Dieser Lagertyp erfüllt mit seinem hervorragenden Dämpfungsverhalten die hohen Anforderungen, die durch die hohen Drehzahlen dieser Wellen von bis zu 48 000 min-1 auftreten können. Deshalb liefern diese Lager einen wichtigen Beitrag für die hohen Standzeiten der Anlagen. Sie gewährleisten somit den sicheren Betrieb des Verdichters unter allen Betriebsbedingungen.Alle Anlagen werden vor Verlassen des Werkes in 400 Zyklen (Last/Entlastung) mit einer Überdrehzahl von 115% (rund 55 000 min-1) - vergleichbar mit dem Test von Flugzeugturbinen - auf ihre einwandfreie Funktionssicherheit geprüft, wobei dieser Test einer Bauteilbelastung von 132% entspricht.Als besonders sensibler Bereich gilt bei einem Turboverdichter die Abdichtung der ölberührten Teile gegenüber den ölfrei verdichtenden Verdichterstufen. Mechanische Dichtungen sind hier eine denkbar schlechte Lösung, weil bei Verschleiß Öl in die Druckluft gelangen kann. Turbokompressoren müssen aber absolut ölfreie Druckluft erzeugen. Deshalb erfordern sie eine integrierte Sicherung zwischen dem Getriebe- und dem Verdichtungsbereich. Gardner Denver geht hier den absolut sicheren Weg und setzt bei der Abdichtung der Antriebswellen gegenüber den ölfrei verdichtenden Verdichterstufen berührungsfreie Luft-/Öl-Labyrinthdichtungen ein (Bild 3). Die Luftdichtung ist direkt hinter den Spiralgehäusen jeder Verdichterstufe angebracht, die Öldichtung am Getriebegehäuse. Beide Bereiche werden durch einen atmosphärischen Zwischenraum getrennt, so dass garantiert kein Öl in den Verdichtungsbereich eintreten kann. Das bringt höchste Sicherheit. Außerdem ermöglicht dieser atmosphärische Zwischenraum zwischen den Luft- und Öldichtungen einen voll entlasteten Betrieb des Turboverdichters bei vorübergehend geringerem Druckluftbedarf. Und noch einen Vorteil kennt dieses Konzept: Labyrinthdichtungen machen regelmäßige Wartungen überflüssig. Deshalb entfallen sowohl die damit verbundenen Kosten als auch die sonst erforderlichen Stillstandszeiten des Verdichters. Effiziente Druckluftkühlung für wirtschaftlichen BetriebEine effiziente Kühlung nach jeder Verdichtungsstufe ist bei einem wassergekühlten Turbokompressor eine unabdingbare Voraussetzung für einen wirtschaftlichen und zuverlässigen Betrieb. Die Nachkühler für die erste, zweite und dritte Stufe sind als hochwirksame Rippenrohr-Wärmeaustauscher ausgeführt. Sie garantieren durch ihre um bis zu 20% vergrößerte Oberfläche bei geringem Druckverlust einen optimalen Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Verdichterstufen. Die drei Kühler liegen dank des waagerechten Konzeptes der GDT-Baureihe unter dem Verdichtungsbereich.Dadurch ist der Eintritt von Kühlwasser bei einer Leckage in die Stufen ausgeschlossen. Denn wenn bei 48 000 min-1 Wassertröpfchen in die Laufräder gelangen, ist ein sofortiger Totalausfall unvermeidlich. Die Kühler erzielen aufgrund ihrer reichlichen Dimensionierung gute Rückkühlergebnisse mit einer Standard-Austrittstemperatur von 40 °C. Auch bei hochsommerlichen Temperaturen wird bei einer Wassereintrittstemperatur von etwa 25 bis 30 °C eine Temperaturdifferenz von rund 10 °C zwischen angesaugter und verdichteter Luft nicht überschritten. Bei den laufenden Kosten fließt der Energiebedarf als mit Abstand größter Kostenblock in die Bilanz einer Kompressoranlage ein, gefolgt von den Wartungs- und Ersatzteilkosten. Mit Ausnahme der Filter für die Ansaugluft und für das umlaufende Öl im Getriebebereich (Wechselintervalle unter normalen Betriebsbedingungen ein Jahr oder 8000 h) sowie des vorgeschriebenen Getriebeölwechsels nach rund 15 000 h fallen keine weiteren routinemäßigen Wartungsarbeiten an. Und falls doch Wartung notwendig wird, kann der Kunde alle Wartungsarbeiten selbst durchführen. Baukonzept erübrigt DichtungskontrolleDurch das Baukonzept entfällt auch die gelegentliche Dichtungskontrolle. Und Inspektionen im Getriebe- und Verdichtungsbereich müssen allenfalls erst nach einigen Jahren durchgeführt werden, wenn die hier gemessenen Vibrationswerte die zulässigen Richtgrenzen übersteigen. Diese Vibrationswerte sind für die einwandfreie Funktion der Verdichter sehr wichtig. Deshalb werden sie kontinuierlich in jeder Stufe mit sehr empfindlichen Messeinrichtungen kontrolliert. Diese Geräte arbeiten als Frühwarnsystem. Sie zeigen über das Bedienerdisplay rechtzeitig Abweichungen von den Sollwerten an. Erst dann muss der Getriebebereich für eine Wartung oder Überholung geöffnet werden - eine Arbeit, die bei einem GD-Turboverdichter nur einen Arbeitstag dauert. Marketingleiter Martin Müller von Gardner Denver Kompressoren GmbH in Schopfheim ist überzeugt: ,,Unsere GD-Turbokompressoren überzeugen in allen Details durch ihre moderne Konstruktion nach höchsten Qualitätsstandards auf dem aktuellen Stand der Technik. Sie bieten dem Betreiber höchste Betriebssicherheit, minimalen Wartungsaufwand und lange Lebensdauer. Durch die vielen, wie Zahnräder einer Uhr ineinander greifenden Produktvorteile erzeugen sie die Druckluft mit einem Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit. Sie sind die idealen Drucklufterzeuger für absolut ölfreie Druckluft."