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 Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 Prozent reduziert
31.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Assistenzsysteme für die Blechumformung
28.07.2017 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten