Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetlager und Direktantriebe steigern Wirkungsgrad bei Kompressoren

06.06.2008
Durch Wahl moderner, geschwindigkeitsgeregelter Direktantriebe in Verbindung mit Magnetlagern lässt sich der Wirkungsgrad bei Luft- und Kältekompressoren deutlich erhöhen. Die antriebsseitigen Leistungsverluste, die bei konventionellen Maschinen bei 15% liegen, lassen sich dadurch auf 6% senken.

Sucht man nach Einsparmöglichkeiten bei Kompressoren gibt es viele Lösungsansätze. Vielfach verwendete Schraubenkompressoren sind im Vergleich zu Turboverdichtern konstruktionsbedingt durch höhere Verlustleistungen gekennzeichnet.

In einer Modellrechnung, die ausschließlich auf einer Gegenüberstellung der Verlustleistungen beider Systeme beruht, lässt sich das energieseitige Einsparpotenzial von Schraubenkompressoren zu Turboverdichtern verdeutlichen.

Würde 10 % aller Schraubenkompressoren, die derzeit in Gebrauch sind (etwa 5 Mio.), durch Turboverdichter ersetzen, entspräche die Energieeinsparung (bei einer durchschnittlichen Leistung von 100 kW und einer Laufzeit von 12 Stunden an 365 Tagen im Jahr) einem jährlichen Verbrauchsäquivalent von etwa 5 Mio. europäischen Haushalten.

Auch die Wahl der richtigen Antriebstechnik bietet ein hohes Potenzial zur Energieeinsparung. Bei bisher verwendeten Motoren mit konstanter Drehzahl und ölgeschmierten Lagern liegen die Verluste antriebsseitig bei 15%. Verwendet man hingegen zum Antrieb einen Hochgeschwindigkeitsdirektantrieb mit variabler Drehzahl und Magnetlagerung, sinken diese die Verluste auf 6%.

Magnetlagertechnik bietet viel Einsparpotenzial

Die Magnetlagertechnik von SKF gehört zu den neuen Lösungenangeboten für Antriebe mit variabler Drehzahl, bei denen Schraubenkompressoren in Anwendungen mit Luft- und Kältekompressoren durch z Turbokompressoren ersetzt werden und im Normalfall eine Wirkungsgradsteigerung um 75 bis 85% erzielt wird.

Durch die geänderte Technik gibt es weitere Vorteile wie:

-niedrigeren Energieverbrauch,

-höhere Ausfallsicherheit,

-keinen Verschleiß von Lagerkomponenten und damit längere Nutzungsdauer,

-stark verringerte Wartung und

-kleinere Gerätegrundfläche.

Somit führt dieser Technikwandel zu niedrigeren Betriebskosten in Anwendungen wie Klimatechnik, industrieller Kältetechnik sowie in der Öl- und Gasindustrie:

Bei bisherigen Antrieben hat man geringe Drehzahlen und mechanische Vorschaltgetriebe. Dazu werden ölgeschmierte Lager benötigt. Die neue Technik basiert auf Verwendung moderner Direktantriebe, in denen das Kompressorrad an die Antriebswelle gekoppelt ist. Dazu werden Magnetlagerungskonzept eingesetzt.

Magnetlager können fast reibungsfrei arbeiten

Da es beim Einsatz von Magnetlagern nicht zu metallischem Kontakt kommt, tritt so gut wie keine Reibung und kein Lagerverschleiß auf. Lediglich die Reibung mit der umgebenden Luft führt zu sehr geringen mechanischen Verlusten. Bei der heute für Turbokompressoren eingesetzten konventionellen Technik mit konstanter Drehzahl und Vorschaltgetriebe sowie ölgeschmierten Lagern liegt der antriebsseitige Wirkungsgrad des Gesamtsystems bei 85%.

Zwar sind auch bei der neuen Technik mit modernen Direktantrieben und Magnetlagern Frequenzumrichterverluste mit einzurechnen, doch die möglichen Einsparungen führen dazu, dass der Wirkungsgrad trotzdem auf etwa 94% steigt. Im Vergleich zu konventionellen Techniken kann der antriebsseitige Wirkungsgrad damit um 9 bis 12 Prozentpunkte gesteigert werden.

Magnetlager arbeiten umweltschonend

Des Weiteren ist durch die moderne Motorelektronik eine Erhöhung des Drehzahlniveaus möglich. Zudem arbeiten Magnetlager auch ohne die sonst zur Reibungsminimierung notwendige Ölschmierung. Damit sind sie sehr umweltschonend.

Darüber hinaus können sie aufgrund der technisch ausgereiften Steuersysteme auch bei extrem hohen Drehzahlen sicher betrieben werden. Die kompakte Bauweise ermöglicht außerdem platzsparende und gewichtsoptimierte Konstruktionen.

Magnetlager jetzt für ein breiteres Einsatzspektrum verfügbar

In der Vergangenheit wurden Magnetlager nur bei ganz besonderen Anwendungen und im Bereich extrem hoher Drehzahlen verwendet. Nun eignen sie sich auch für ein breiteres Einsatzspektrum. Zu verdanken ist dies verschiedenen Entwicklungen von SKF, wodurch die Reglereinheiten verkleinert wurden, gleichzeitig aber die Leistung über das ursprünglich als möglich geltende Maß hinaus gesteigert wurde.

Das Magnetlagersystem selbst besteht aus drei Hauptelementen:

-dem Lagerstator und -rotor zur Erzeugung von Magnetkräften,um die Welle schweben zu lassen,

-den Positionssensoren zur Ermittlung der Wellenposition in fünf Achsen und

-dem Controller mit Steueralgorithmen zur Regelung des für den Magnetlagerstator erforderlichen Stroms, um die Welle in ihrer definierten Position zu halten.

Der Magnetlagerstator besteht aus einem Blechpaket, um das Kupferspulen gewickelt sind. Sie dienen dazu, eine Reihe von Nord- und Südpolen zu erzeugen. Wird an jeder Spule Strom angelegt, entstehen jeweils Anziehungskräfte, die die Welle innerhalb des Lagers schweben lassen.

Der Controller regelt den an die Spulen angelegten Strom so, dass die Welle genau mittig zentriert wird. Dazu wird das Signal der Positionssensoren überwacht. So ist sichergestellt, dass die Welle über den gesamten Betriebsbereich des Gerätes in der gewünschten Position gehalten wird.

Je nach Anwendung besteht üblicherweise zwischen Rotor und Stator ein Luftspalt von 0,2 bis 0,5 mm. In der Regel wird die Welle von einer anderen Quelle angetrieben, zum Beispiel von einer Turbine oder einem in die Wellenkonstruktion integrierten Motor.

Die heute zur Verfügung stehende Magnetlagertechnologie bietet ein breites Spektrum an Einsparungsmöglichkeiten für die Kompressorentechnik. SKF bietet dafür ein Gesamtlösungskonzept aus einer Hand.

Dipl.-Ing. Tilmann Haar ist Anwendungsingenieur bei der SKF GmbH in Schweinfurt.

Tilmann Haar | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/konstruktion/antriebsundsteuerungstechnik/articles/123530/

Weitere Berichte zu: Kompressor Magnetlager Schraubenkompressor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Aufwind für die Luftfahrt: University of Twente entwickelt leistungsstarke Verbindungsmethode
23.01.2017 | University of Twente

nachricht Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel
17.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie