Schraubenkompressoren sind Verdrängerkompressoren, die die Gaskompression durch die schrittweise Verringerung des Arbeitsvolumens erreichen.
Der Arbeitsraum eines Schraubenkompressors besteht aus zwei parallel angeordneten und ineinandergreifenden Rotoren und einem Gehäuse, das diese Rotoren aufnimmt. Im Betrieb greifen die Zähne der beiden Rotoren in die Zähne des jeweils anderen. Durch die Rotation des Rotors bewegen sich die Zähne des jeweils anderen Rotors zum Auslassende, wodurch sich der vom anderen Rotor umschlossene Raum allmählich verkleinert und der Druck kontinuierlich ansteigt, bis der gewünschte Druck erreicht ist. Sobald der gewünschte Druck erreicht ist, greifen die Zähne in den Auslasskanal ein und leiten die Abgase ab.
Nachdem die Zähne des Gegenrotors in die Kammer eingreifen, entstehen zwei durch die Zähne getrennte Kammern. Die Kammer nahe dem Saugende bildet das Ansaugvolumen, die nahe dem Auslassende das Volumen des komprimierten Gases. Im Betrieb des Kompressors bewegen sich die Zähne des Gegenrotors in Richtung Auslassende, wodurch sich das Ansaugvolumen kontinuierlich ausdehnt und das Volumen des komprimierten Gases kontinuierlich abnimmt. So wird in jeder Kammer der Ansaug- und Kompressionsprozess realisiert. Sobald der Druck des komprimierten Gases in der Kammer den erforderlichen Auslassdruck erreicht, verbindet sich die Kammer mit dem Auslass, und der Auslassvorgang beginnt. Die durch die Zähne des Gegenrotors in die Kammer unterteilten Änderungen des Ansaug- und Kompressionsvolumens wiederholen sich, sodass der Kompressor kontinuierlich ansaugen, verdichten und ausstoßen kann.
Funktionsprinzip und Aufbau des Schraubenkompressors：
1. Ansaugvorgang: Die Ansaugöffnung auf der Einlassseite des Schraubenkompressors muss so ausgelegt sein, dass die Kompressionskammer vollständig angesaugt werden kann. Schraubenkompressoren besitzen keine separate Einlass- und Auslassventilgruppe. Die Ansaugung wird ausschließlich über ein Regelventil gesteuert. Bei der Rotorrotation wird der Zahnspalt des Haupt- und Hilfsrotors auf die Einlassöffnung übertragen. Der Raum z* ist dabei groß. In diesem Moment steht der Zahnspalt des Rotors mit der freien Luft des Lufteinlasses in Kontakt, da die gesamte Luft im Zahnspalt beim Auslass entweicht. Am Ende des Auslassvorgangs herrscht im Zahnspalt ein Vakuum. Beim Eintritt in den Lufteinlass wird die Außenluft angesaugt und strömt axial in die Zahnnut des Haupt- und Hilfsrotors. Bei der Wartung von Schraubenkompressoren ist darauf zu achten, dass die Stirnfläche der Rotorseite auf der Lufteinlassseite vom Lufteinlass des Gehäuses weggedreht wird und der Luftstrom zwischen den Zahnnuten somit abgeschlossen ist, sobald die Zahnnut vollständig mit Luft gefüllt ist.
2. Abdichtungs- und Fördervorgang: Nach Abschluss der Ansaugung der Haupt- und Hilfsrotoren schließen sich die Zahnnuten der Haupt- und Hilfsrotoren und des Chassis. Die Luft in den Zahnnuten ist nun eingeschlossen und kann nicht mehr entweichen (Abdichtungsvorgang). Die beiden Rotoren drehen sich weiter, wobei ihre Zahnspitzen und Zahnnuten am Ansaugende aufeinandertreffen und sich die Verbindungsfläche allmählich zum Auslassende hin bewegt.
3. Kompressions- und Öleinspritzprozess: Während des Fördervorgangs bewegt sich die Eingriffsfläche allmählich in Richtung Auslass. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen Eingriffsfläche und Auslassöffnung, und das Gas in der Eingriffsfläche wird komprimiert, wodurch der Druck steigt. Dies ist der Kompressionsprozess. Gleichzeitig wird Schmieröl in die Kompressionskammer eingespritzt und vermischt sich aufgrund des Druckunterschieds mit dem Kammergas.
4. Abgasvorgang: Sobald die Eingriffsfläche des Wartungsrotors des Schraubenkompressors mit dem Auslass des Gehäuses in Kontakt kommt (der Druck des komprimierten Gases beträgt zu diesem Zeitpunkt z*hoch), beginnt das komprimierte Gas auszustoßen, bis die Eingriffsfläche der Zahnspitze und die Zahnnut die Auslassfläche erreichen. Der Abstand der Zahnnut zwischen der Eingriffsfläche der beiden Rotoren und dem Auslass des Gehäuses ist nun null, d. h. der Abgasvorgang ist abgeschlossen. Gleichzeitig erreicht die Länge der Zahnnut zwischen der Eingriffsfläche des Rotors und dem Lufteinlass des Gehäuses z*lang, und der Ansaugvorgang beginnt.
Schraubenkompressoren werden unterteilt in: offene, halbgeschlossene und vollständig geschlossene Bauart.
1. Vollständig geschlossener Schraubenkompressor: Das Gehäuse besteht aus hochwertigem, porenarmem Gusseisen mit geringer thermischer Verformung. Es ist doppelwandig mit einem Abgaskanal ausgestattet, was hohe Festigkeit und gute Geräuschdämpfung gewährleistet. Die inneren und äußeren Kräfte im Gehäuse sind weitgehend ausgeglichen, sodass kein Risiko von Überdruck wie bei offenen oder halboffenen Kompressoren besteht. Das Gehäuse ist eine hochfeste, optisch ansprechende und leichte Stahlkonstruktion. Die vertikale Bauweise ermöglicht einen geringen Platzbedarf und erleichtert die Anordnung mehrerer Kältemaschinen. Das untere Lager ist im Öltank gelagert und somit optimal geschmiert. Die axiale Kraft des Rotors ist im Vergleich zu halboffenen und offenen Bauformen um 50 % reduziert (Ausgleichswirkung der Motorwelle auf der Abgasseite). Es besteht kein Risiko eines horizontalen Motorauslegers, was eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet. Der Einfluss des Gewichts von Schraubenrotor, Schieberventil und Motorrotor auf die Passgenauigkeit wird vermieden und die Zuverlässigkeit weiter verbessert. Guter Montageprozess. Die vertikale Bauweise der Schraube ohne Ölpumpe ermöglicht den Betrieb und Stopp des Kompressors ohne Ölmangel. Das untere Lager ist vollständig im Öltank eingetaucht, während das obere Lager über Differenzdruck mit Öl versorgt wird; die Anforderungen an den Systemdifferenzdruck sind gering. Im Notfall verhindert die Lagerschmierschutzfunktion einen Ölmangel, was die Inbetriebnahme des Geräts in der Übergangszeit erleichtert. Nachteile: Die Abgaskühlung erfolgt über den Motor, der sich am Abgasauslass befindet. Dadurch kann die Motorspule leicht durchbrennen; zudem lässt sich ein Ausfall nicht rechtzeitig ausschließen.
2. Halbgeschlossener Schraubenkompressor
Sprühgekühlte Motoren zeichnen sich durch niedrige Betriebstemperaturen und eine lange Lebensdauer aus. Offene Kompressoren nutzen Luftkühlung, wodurch die Betriebstemperatur höher ist, was die Lebensdauer beeinträchtigt und die Arbeitsbedingungen im Serverraum erschwert. Bei der Kühlung mit Abgasen ist die Betriebstemperatur sehr hoch, was die Lebensdauer verkürzt. Externe Ölschmiersysteme sind in der Regel größer, bieten aber einen sehr hohen Wirkungsgrad. Integrierte Ölschmiersysteme sind im Kompressor integriert, haben ein kleineres Volumen und daher eine geringere Schmierwirkung. Die sekundäre Ölabscheidung erreicht einen Wert von 99,999 % und gewährleistet so eine gute Schmierung des Kompressors unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Kolben-Schraubenkompressoren mit halboffener Bauweise werden jedoch über ein Zahnrad angetrieben, um die Drehzahl zu erhöhen. Die hohe Drehzahl (ca. 12.000 U/min) führt zu hohem Verschleiß und geringer Zuverlässigkeit.
Drei, offener Schraubenkompressor
Die Vorteile offener Kompressoren sind: 1) Der Kompressor ist vom Motor getrennt, wodurch sich sein Anwendungsbereich erweitert. 2) Derselbe Kompressor kann für verschiedene Kältemittel eingesetzt werden. Neben halogenierten Kohlenwasserstoffen kann durch den Austausch einiger Bauteile auch Ammoniak verwendet werden. 3) Je nach Kältemittel und Betriebsbedingungen können Motoren unterschiedlicher Leistung eingesetzt werden. Die Hauptnachteile offener Kompressoren sind: (1) Die Wellendichtung ist anfällig für Leckagen und erfordert daher häufige Wartungsarbeiten. (2) Der Motor dreht mit hoher Drehzahl, was zu lauten Luftströmungsgeräuschen und einem hohen Geräuschpegel des Kompressors selbst führt und die Umwelt belastet. (3) Für die Installation eines separaten Ölabscheiders, Ölkühlers und weiterer komplexer Ölsystemkomponenten ist der Kompressor sperrig und daher umständlich in der Handhabung und Wartung.
Veröffentlichungsdatum: 05. Mai 2023
