Grundbegriffe von Luftvolumenstrom und Druck bei Kompressoren
Bevor die Beziehung zwischen den beiden Aspekten geklärt wird, gilt es zunächst, die Definitionen dieser beiden zentralen Parameter zu präzisieren.Hubraum(Auch als Volumenstrom bezeichnet) bezeichnet das in einer Zeiteinheit vom Kompressor abgegebene Gasvolumen, das üblicherweise auf die Werte unter Standardansaugbedingungen umgerechnet wird.AbgasdruckDarunter versteht man den Druck, mit dem die Druckluftmaschine am Ausgang das Gas abgibt. Diese beiden Parameter sind entscheidende Kenngrößen zur Beurteilung der Leistung einer Druckluftmaschine und bestimmen unmittelbar, ob das Gerät den Anforderungen der angeschlossenen Verbraucher gerecht wird.
Umgekehrt proportionale Beziehung bei konstanter Leistung
Bei konstanter Antriebsleistung des Motors steht die Luftfördermenge eines Kompressors in der Regel in einem bestimmten Verhältnis zu seinem Ausströmdruck.Umgekehrt proportionale BeziehungDas bedeutet, dass bei einem vom System geforderten höheren Auslassdruck das Volumen der in der Einheitzeit verdichteten und abgegebenen Luft entsprechend abnimmt. Umgekehrt erhöht sich die tatsächliche Fördermenge, wenn der Auslassdruck verringert wird. Dieses physikalische Phänomen beruht auf der naturgegebenen Arbeitsleistung der Gasverdichtung: Die Verdichtung eines Gases auf einen höheren Druck erfordert einen größeren Energieaufwand.
Einfluss des Druckanstiegs auf den Volumenwirkungsgrad
Die Veränderung des Austrittsdrucks wirkt sich unmittelbar auf den Kompressor aus.Volumenwirkungsgradund verändert dadurch den tatsächlichen Abgasvolumenstrom. Die konkreten Ursachen lassen sich im Einzelnen wie folgt darlegen:
- Expansion des Restvolumens:Im Kompressionsraum eines Kompressors verbleibt zwangsläufig ein Totvolumen. Je höher der Austrittsdruck ist, desto mehr Raum nimmt das in diesem Totvolumen zurückbleibende Hochdruckgas während der Ansaugphase beim Ausdehnen ein, was die tatsächlich angesaugte Frischgasmenge verringert.
- Zunahme der internen Leckage:Mit steigendem Abgasdruck nimmt der Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Kompressionsraums zu. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Gas durch die Spalte zwischen den Rotoren, durch Ventile oder Dichtungen in den Niederdruckbereich zurückströmt, wodurch ein Verlust an nutzbarem Abluftvolumen entsteht.
- Temperatureffekt:Der Hochdruckkompressionsprozess erzeugt zusätzliche Wärme, was zu einem Anstieg der Ansauggastemperatur und einer Verringerung der Dichte führt; dies verringert bei gleichbleibendem Volumen auch den tatsächlichen Massenstrom.
Parameteranpassung in der praktischen Auslegung
In industriellen Anwendungen ist ein korrektes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Fördermenge und Druck für die Auslegung der Anlagen von entscheidender Bedeutung. Bei der Auswahl sind folgende Grundsätze zu beachten:
- Klare Definition der Anforderungen am Gasabnahmepunkt:Zunächst sind der erforderliche Mindestbetriebsdruck und die maximale Luftverbrauchsrate des Endgeräts zu ermitteln; auf dieser Grundlage erfolgt die Auslegung und Auswahl.
- Vermeiden Sie das blinde Streben nach hohem Druck:Eine zu hohe Druckeinstellung führt nicht nur zu einer Verringerung der Fördermenge, sondern erhöht auch den Energieverbrauch und den Verschleiß der Anlagen erheblich. In der Regel wird empfohlen, auf der Grundlage der Prozessanforderungen lediglich einen angemessenen Drucküberschuss vorzusehen.
- Aufmerksamkeit auf die Frequenzumrichterregelung:In Anwendungen mit stark schwankendem Luftverbrauch ermöglicht der Einsatz von frequenzgeregelter Druckluftkompressoren eine automatische Drehzahlanpassung an die Netzdruckschwankungen, wodurch bei gleichbleibendem Druck die Abgabeleistung optimiert und ein Energieeinsparungseffekt erzielt wird.