Leitfaden zu dynamischen Kompressortypen: zentrifugal und axial

Ein Turbokompressor zeichnet sich durch den radialen Luftstrom am Auslass aus. Die Luft wird in die Mitte eines rotierenden Laufrads mit Radialflügeln angesaugt und durch die Zentrifugalkräfte zum Außenrand des Laufrads geleitet. Die radiale Bewegung der Luft führt gleichzeitig zu einem Druckanstieg und der Erzeugung von kinetischer Energie. Bevor die Luft zur Mitte des Laufrads der nächsten Kompressorstufe geleitet wird, strömt sie durch einen Diffusor und einen Strömungsring, wo die kinetische Energie in Druck umgewandelt wird.

Jede Kompressorstufe übernimmt einen Teil des Gesamtdruckanstiegs der Kompressoreinheit. Bei industriellen Maschinen beträgt das maximale Druckverhältnis einer Turbokompressorstufe oft nicht mehr als 3. Höhere Druckverhältnisse verringern die Effizienz der Stufe. Mehrstufige Anwendungen ermöglichen eine Zwischenkühlung, um den Energiebedarf zu verringern. Mehrere Stufen können in Reihe auf einer einzelnen, sich langsam drehenden Welle angeordnet werden. Dieses Konzept wird oft in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Prozessindustrie eingesetzt.

Das Druckverhältnis pro Stufe ist zwar niedrig, aber mit einer großen Anzahl von Stufen und/oder in Reihe geschalteten Kompressoren kann der gewünschte Auslassdruck erzielt werden. Für Luftverdichtungsanwendungen wird ein Hochgeschwindigkeitsgetriebe in die Kompressorstufen integriert, um die Laufräder auf Hochgeschwindigkeitswellen zu drehen. Das Laufrad kann entweder eine offene oder geschlossene Konstruktion haben.

Ein Axialkompressor hat einen axialen Luftstrom, wobei die Luft oder das Gas entlang der Kompressorwelle durch Reihen von rotierenden und stationären Flügeln strömt. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Luft allmählich erhöht, während die stationären Flügel die kinetische Energie in Druck umwandeln. In der Regel ist eine Ausgleichstrommel in den Kompressor integriert, um den Axialschub auszugleichen.

Axialkompressoren sind in der Regel kleiner und leichter als die entsprechenden Turbokompressoren und arbeiten in der Regel bei höheren Drehzahlen. Sie werden für konstante und hohe Volumenströme bei einem relativ moderaten Druck eingesetzt, z. B. für Ventilationssysteme. Aufgrund ihrer hohen Rotationsgeschwindigkeit werden sie idealerweise mit Gasturbinen für die Stromerzeugung und den Flugzeugantrieb gekoppelt.