Welcher Parameter ist unter dem Verdrängungsvolumen eines Kompressors zu verstehen?

Grundlegende Definition des Verdrängungsvolumens eines Kompressors

Im Bereich der Kälte‑ und Strömungsmaschinen,VerdichterhubraumSie stellt die zentrale technische Kenngröße zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit dar. Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet die Verdrängungsleistung das Volumen oder die Masse des von dem Kompressor innerhalb einer Zeiteinheit geförderten Gases. Sie ist eine wesentliche Grundlage für die Bewertung der Kompressorkennwerte sowie für die Systemabstimmung und die Auswahl der Anlagenkomponenten.

Der Unterschied zwischen dem theoretischen und dem tatsächlichen Hubraum

In der Ingenieurtechnik wird das Fördervermögen üblicherweise in zwei Konzepte unterteilt: das theoretische und das tatsächliche Fördervermögen, die sich hinsichtlich ihrer Definition und Berechnung erheblich unterscheiden.

• Theoretisches Fördervolumen: Auch als geometrisches Verdrängungsvolumen bezeichnet, handelt es sich um das im Idealfall innerhalb einer Zeiteinheit von der Geometrie des Kompressors und seiner Drehzahl bestimmte Saugvolumen. Es hängt ausschließlich von dem Zylinderdurchmesser, dem Hub, der Anzahl der Zylinder sowie der Drehzahl des Kompressors ab und berücksichtigt weder Gasleckagen, Erwärmungsprozesse noch das Totvolumen.
• Tatsächliche Verdrängung: Auch als Gasfördermenge oder effektive Verdrängung bezeichnet, versteht man darunter das Volumen des Gases, das der Kompressor unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen pro Zeiteinheit tatsächlich fördert. Aufgrund von Faktoren wie der Expansion des Gases im Restvolumenraum, Druckverlusten während des Ansaug- und Ausstoßvorgangs, Gasleckagen sowie der Erwärmung des Gases durch die Zylinderwand ist die tatsächliche Fördermenge stets geringer als die theoretische Fördermenge.

Kernfaktoren, die die tatsächliche Fördermenge beeinflussen

Das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen und dem theoretischen Volumenstrom wird als … bezeichnet.VolumenwirkungsgradZu den Faktoren, die die tatsächliche Fördermenge maßgeblich beeinflussen, zählen vor allem die folgenden Aspekte:

• Restvolumen: Der im Zylinder verbleibende geringe Raum, wenn der Kolben am oberen Totpunkt angekommen ist. Je größer das Restvolumen ist, desto länger fällt der Expansionshub aus, und desto weniger frische Luft wird angesaugt.
• LeckverlusteDazu zählen innere und äußere Leckagen des Gases, die beispielsweise durch den Spalt zwischen Kolbenringen und Zylinderwand sowie durch ein unzureichendes Schließen der Ein- und Auslassventile verursacht werden.
• Druckverlust und ErwärmungDer durch den Durchströmen der Gase hindurch die Einlass- und Auslassventile entstehende Widerstand führt zu einem Druckabfall; gleichzeitig erwärmt die Wärmeübertragung an die Zylinderwand das angesaugte Gas, wodurch es sich ausdehnt und die tatsächlich angesaugte Gasmasse verringert.

Anwendung des Hubraumparameters in der Ingenieurwissenschaft

Die genaue Ermittlung und Berechnung des Verdrängungsvolumens eines Kompressors ist für den stabilen Betrieb des gesamten Systems von entscheidender Bedeutung. In der Systemauslegungsphase müssen Ingenieure ausgehend von der gewünschten Kälte‑ oder Wärmeleistung sowie unter Berücksichtigung des volumetrischen Wirkungsgrads des Kompressors das erforderliche theoretische Verdrängungsvolumen ermitteln, um die geeignete Anlagenausführung auszuwählen. Darüber hinaus hat sich im Zeitalter der breiten Anwendung der Frequenzumrichtertechnik die Regelung der Kompressordrehzahl zur Anpassung des tatsächlichen Verdrängungsvolumens zu einem zentralen technischen Ansatz entwickelt, der sowohl die Energieeffizienz des Systems erhöht als auch eine präzise Temperaturregelung ermöglicht.