Formel zur Berechnung der Verdrängung eines Druckluftkompressors

Grundbegriffe zur Verdrängung von Druckluftkompressoren

Die Verdrängung (Fördermenge) eines Druckluftkompressors ist die zentrale technische Kenngröße zur Beurteilung seiner Leistungsfähigkeit. Eine präzise Berechnung und Bewertung der Verdrängung ist von großer Bedeutung für die Auswahl der Anlagenauslegung, die Systemabstimmung sowie die Energieeffizienzanalyse.

Die Verdrängung von Druckluftkompressoren wird üblicherweise unterteilt inTheoretisches HubvolumenundTatsächliche AusstoßmengeDie theoretische Verdrängung bezeichnet das Volumen der von einem Kompressor unter idealen Bedingungen pro Zeiteinheit angesaugten Gasmenge; die tatsächliche Fördermenge hingegen ist das im realen Betriebszustand des Kompressors tatsächlich abgegebene, auf den Ansaugzustand umgerechnete Gasvolumen. Zwischen beiden Werten besteht eine Differenz, die maßgeblich durch die volumetrische Effizienz des Kompressors bestimmt wird.

Formel zur Berechnung der theoretischen Ausstoßmenge

Das theoretische Fördervolumen hängt in erster Linie von den geometrischen Abmessungen des Kompressors sowie von seiner Drehzahl ab. Für Kolbenkompressoren lautet die Berechnungsformel für das theoretische Fördervolumen wie folgt:

V_th = (π / 4) × D² × S × n × Z × 10⁻⁶

• V_th: Theoretische Fördermenge, Einheit Kubikmeter pro Minute (m³/min)
• D: Zylinderinnen­durchmesser, Einheit Millimeter (mm)
• S: Kolbenhub, Einheit in Millimetern (mm)
• n: Drehzahl der Kompressorscheibe, angegeben in Umdrehungen pro Minute (r/min)
• Z: Anzahl der Zylinder

Bei Schraubenkompressoren hängt das theoretische Fördervolumen von den geometrischen Abmessungen der Rotorgeometrie sowie von der Drehzahl des Rotors ab; die Berechnungslogik ist ähnlich und entspricht jeweils dem Produkt aus dem geometrischen Volumen und der Drehzahl.

Formel zur Berechnung der tatsächlichen Ausstoßmenge

Im praktischen Betrieb ist das tatsächliche Ausstoßvolumen aufgrund von Restvolumen, Gasleckagen, Ansaugwiderständen sowie der Erwärmung des Gases stets geringer als das theoretische Ausstoßvolumen. Die Berechnungsformel für das tatsächliche Ausstoßvolumen lautet:

V_act = V_th × λ

Darin,V_tätigkeitFür das tatsächliche Auslassvolumen (m³/min),λDer Ausströmungsgrad (auch Volumenwirkungsgrad genannt) ist ein Wert, der kleiner als 1 ist. Er wird in der Regel vom Hersteller durch experimentelle Messungen ermittelt und angegeben. Bei Kolbenkompressoren liegt der Ausströmungsgrad üblicherweise zwischen 0,65 und 0,85, während bei Schraubenkompressoren Werte von über 0,90 üblich sind.

Hauptfaktoren, die das Verdrängungsvolumen eines Luftkompressors beeinflussen

Das Verständnis der Faktoren, die das Hubvolumen beeinflussen, trägt dazu bei, im Rahmen der täglichen Wartung einen effizienten Betrieb der Anlage aufrechtzuerhalten:

• Restvolumen: Das beim oberen Totpunkt des Kolbens im Zylinder verbleibende Hochdruckgas dehnt sich vor dem Ansaugvorgang aus und nimmt einen Teil des Volumens ein, wodurch das Ansaugvolumen verringert wird.
• Leckverluste: Gasleckagen an den Kolbenringen, Ventilen und in den Spalten der Rotoren führen zum Verlust eines Teils des bereits angesaugten oder verdichteten Gases.
• Atemwiderstand und Erwärmung: Der Widerstand des Ansaugventils sowie die Erwärmung der Zylinderwand führen zu einer Erhöhung der Temperatur und einer Verringerung der Dichte des angesaugten Gases, wodurch die tatsächlich angesaugte Gasmasse abnimmt.
• Drehzahländerung: Schwankungen der Drehzahl des Antriebsaggregats wirken sich unmittelbar proportional auf die theoretische Fördermenge aus.