Gebläsevergleich: Schraubengebläse kontra Drehkolbengebläse
Bis zum letzten Jahrzehnt wurden Niederdruckgebläse mit der Drehkolben- oder Roots-Kompressionstechnologie eingesetzt, um Luft für den Einsatz in einer Vielzahl von Industrien zu erzeugen. Das Schraubengebläse wird jedoch aufgrund seiner Effizienzvorteile immer mehr zur bevorzugten Option – insbesondere in Zementwerken.
Das Prinzip des Drehkolbengebläses war bahnbrechend, als es 1854 von den Roots-Brüdern entdeckt wurde. Dennoch gab es in den letzten mehr als 150 Jahren nur geringfügige Effizienzverbesserungen.
Deshalb lohnt es sich, das Drehkolbengebläse mit dem Schraubengebläse zu vergleichen.
Wie funktioniert ein Drehkolbengebläse?
Ein "Drehkolbengebläse" ist ein ventilloser Verdrängerkompressor ohne interne Verdichtung. Er arbeitet nach dem Prinzip der isochoren Verdichtung. Dabei tritt Luft in die Kompressionskammer ein und das Volumen der Luft bleibt konstant, während sich die identischen Rotoren drehen.
Das Volumen der Verdichtungskammer nimmt mit zunehmender Rotation ab. Dadurch erfolgt die Kompression extern gegen vollen Gegendruck durch die einströmende Luft aus der angeschlossenen Rohrleitung.
Die externe Kompression führt zu einem niedrigen Wirkungsgrad und einem hohen Geräuschpegel. Daher wird die Verwendung der Drehkolbentechnologie auf Anwendungen mit sehr niedrigem Druck und Kompression in einer einzigen Stufe relegiert.
Vorteile der Schraubengebläsetechnologie
Das Schraubengebläse verwendet ein Schraubenkompressionselement. Die Zahnradkonstruktion besteht aus männlichen und weiblichen Rotoren, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen und dabei das Volumen zwischen den Rotoren und dem Gehäuse verringern.
Jedes Schraubenelement hat ein festes, integriertes Druckverhältnis und keine mechanischen Kräfte, die Unsymmetrie verursachen. Das bedeutet, dass die Schraubentechnologie mit einer hohen Wellendrehzahl betrieben werden kann und eine große Durchflussmenge mit kleinen Außenmaßen kombiniert werden kann.
Isochorische kontra isentropische Kompression
Wie bereits erwähnt, arbeiten Drehkolbengebläse nach dem Prinzip der isochoren Kompression. Im Vergleich dazu arbeiten Schraubengebläse mit isentroper Kompression. Um den Unterschied besser zu verstehen, lohnt es sich, einen Blick auf die Formeln für beide Prozesse zu werfen:
Ideales Gas bei idealer isochorischer Kompression: T 2 = T 1 (P 2 /P 1)
Ideales Gas bei idealer isotropischer Kompression: T 2 = T 1 (P 2 /P 1) (γ-1)/y
Der Energieverbrauch von Schraub- und Drehkolbengebläsen
Basierend auf den oben genannten Informationen ist klar, dass die Temperatur T2 bei einer isentropen Kompression niedriger ist als bei einer isochorischen Kompression. Dies liegt daran, dass weniger Arbeit in Wärme umgewandelt wird als im Drehkolbenelement, wo die Arbeit durch Strahlung als Wärme abgegeben wird.
Einfacher ausgedrückt: Der Wirkungsgrad des Schraubenelements ist bei gleichem Druck höher als der des Drehkolbenelements.
Betrachten wir dieses Konzept anhand eines Beispiels:
Umgebungstemperatur: 35 °C
Nenndurchfluss: 2.000 m3/h
Druck: 0,7 bar(g)
Die Leistungsaufnahme eines Drehkolbengebläses beträgt 60 kW bei einer Luftauslasstemperatur von 125 °C. Beim Schraubengebläse beträgt die Leistungsaufnahme 43 kW bei einer Luftauslasstemperatur von 94 °C.
Daher ist ein Schraubengebläse viel energieeffizienter als ein Root-Gebläse.
Druck-Volumen-Diagramm eines Drehkolbengebläses
Druck-Volumen-Diagramm eines Schraubengebläses
Zusammenfassung
Beim Schraubengebläse wurden Druckabfälle und Luftturbulenzen durch die Optimierung des internen Luftströmungswegs verringert.
Das Paket umfasst einen Direktantrieb mit integriertem Getriebe anstelle eines Riemenscheibensystems. Dadurch werden Übertragungsverluste verringert.
Die Kombination dieser Elemente mit der integrierten variablen Drehzahlregelung (VSD) ergibt ein Schraubengebläse, das 30 % weniger Energie verbraucht als Drehkolbengebläse.
Darüber hinaus kann eine integrierte Elektronikon-Steuerung den Betrieb rund um die Uhr überwachen, um maximale Zuverlässigkeit sicherzustellen.
All diese Vorteile in Verbindung mit Energieeinsparungen machen Schraubengebläse zu einer bevorzugten Wahl gegenüber Root-Gebläsen.