Warum ist der Schallpegel eines Schraubenluftkompressors während des Frequenz‑Auf‑ und -Abbaus relativ hoch, während er sich nach Erreichen einer stabilen Frequenz verringert?

Einleitung

In der industriellen Produktion werden Schraubenluftkompressoren häufig eingesetzt, um eine stabile Druckluftversorgung zu gewährleisten. Viele Bediener stellen fest, dass sich das Geräusch des Kompressors bei einer Frequenzregelung mit Auf‑ und Ab‑Schaltungen deutlich erhöht; sobald die Frequenz jedoch stabilisiert ist, nimmt der Schall wieder merklich ab. Dieses Phänomen ist in der Regel auf Veränderungen der physikalischen und elektromagnetischen Eigenschaften des Geräts während des dynamischen Regelvorgangs zurückzuführen.

Elektromagnetische Störungen und die Eigenschaften von Frequenzumrichtern

Das zentrale Antriebselement eines frequenzgeregelten Schraubenluftkompressors ist der frequenzgeregelte Elektromotor. Während des Auf‑ und Abregelns der Drehzahl muss der Frequenzumrichter die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung häufig anpassen. In diesem Moment erzeugt die vom Umrichter abgegebene Pulsweitenmodulationswelle erhebliche Oberschwingungen, was zu starken Schwankungen der elektromagnetischen Kraftwellen im Motor führt und dadurch deutliche elektromagnetische Geräusche verursacht.

Wenn die Frequenz den eingestellten Wert erreicht und sich stabilisiert hat, ist das vom Umrichter abgegebene Ausgangssignal relativ gleichmäßig, der Oberschwingungsanteil sinkt, und auch die elektromagnetischen Geräusche des Motors verringern sich. Dies ist ein häufiges physikalisches Phänomen bei der dynamischen Regelung von Umrichtersystemen.

Mechanische Resonanz und kritische Drehzahl

Der Hauptrotor des Kompressors, der Motorenrotor sowie die Antriebselemente weisen jeweils eine charakteristische Eigenfrequenz auf. Während des Frequenzanhebungs‑ bzw. -absenkungsprozesses ändert sich die Drehzahl des Motors kontinuierlich. Wenn die Drehzahl bestimmte kritische Drehzahlen des Geräts durchläuft, fällt die Anregungsfrequenz der rotierenden Bauteile mit der Eigenfrequenz des Systems zusammen, was leicht zu einer mechanischen Resonanz führt.

• Resonanzverhalten: Im betreffenden Drehzahlbereich verstärkt sich die Schwingung der Anlage, begleitet von einem deutlichen tiefen Dröhnen oder metallischen Reibegeräuschen.
• Nach der Stabilisierung VeränderungenSobald die Drehzahl den kritischen Bereich überschreitet und sich auf der Sollfrequenz stabilisiert, weicht die Anregungsfrequenz von der Eigenfrequenz ab, das Resonanzphänomen verschwindet und das mechanische Geräusch kehrt zur Normalität zurück.

Luftströmungspulsation und aerodynamisches Geräusch

Bei Schraubenluftkompressoren unterliegen das Fördervolumen und der Systemdruck während des Frequenzregelbetriebs ständigen Schwankungen. Diese starken Betriebsbedingungsschwankungen führen zu einer äußerst instabilen Strömungs­lage sowohl im Inneren des Kompressors als auch im Rohrleitungssystem.

Luftströmungsverwirbelung und PulsationWährend der Frequenzänderungsphase sind Gasströmungsgeschwindigkeit und Druckverteilung ungleichmäßig, was leicht zu starken Wirbeln und Strömungsschwingungen in der Kompressionskammer, im Öl‑Gas‑Separator sowie in den Abgasleitungen führt und dadurch erhebliche aerodynamische Geräusche verursacht. Sobald die Frequenz stabilisiert ist, kehrt die Gasströmung in einen gleichmäßigen laminaren oder stabil turbulenten Zustand zurück, woraufhin das Strömungsgeräusch naturgemäß deutlich abnimmt.

Dynamische Reaktion des Schmier- und Kühlsystems

Während des Anhebens oder Absenkens der Frequenz bewirkt die Änderung der Drehzahl des Hauptmotors unmittelbar eine entsprechende Änderung der Drehzahlen der Schmierölpumpe und des Kühlgebläses. Kurzzeitige Druckschwankungen, plötzliche Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeit des Schmieröls in den Leitungen sowie frequenzbedingte Schwankungen, mit denen die Flügel des Kühlgebläses die Luft durchschneiden, führen jeweils für kurze Zeit zu zusätzlichen Fluidgeräuschen und mechanischen Betriebsgeräuschen. Sobald das System ein neues Gleichgewicht erreicht hat, klingen diese zusätzlichen Geräusche ab.

Optimierungs- und Wartungsempfehlungen für den täglichen Betrieb

Um die Geräuschentwicklung während des Frequenz‑ und Spannungsanhebungs‑ bzw. -absenkungsprozesses zu reduzieren und die Lebensdauer der Anlage zu verlängern, werden folgende Maßnahmen empfohlen:

• Optimierung der Frequenzumrichterparameter: Stellen Sie die Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten des Frequenzumrichters sinnvoll ein, um zu vermeiden, dass sich die Drehzahl zu stark ändert, und ermöglichen Sie so einen sanften Übergang im Bereich der kritischen Drehzahlen.
• Regelmäßiges Festziehen und Schmieren: Regelmäßige Überprüfung der Festigkeit der Anschraubungen der Fundamentbolzen sowie der Verbindungselemente von Motor und Hauptmaschine; Sicherstellung eines einwandfreien Ölführungssystems zur Reduzierung von durch mechanische Reibung verursachten ungewöhnlichen Vibrationen.
• Überprüfung der Rohrleitungshalterungen: Gewährleisten Sie, dass die Abgas- und Kühlleitungen sicher abgestützt sind; gegebenenfalls sind zusätzliche Schwingungsdämpfungspads einzubauen, um zu verhindern, dass die Leitungen bei Luftströmungs‑Pulsationen eine sekundäre Resonanz auslösen.