Basics of Air Pressure: Displacement Compression and Dynamic Compression
16 March, 2023
There are two generic principles for the compression of air (or gas): Positive displacement compression and dynamic compression. This guide covers both.
Gids voor dynamische compressortypen: Centrifugaal en axiaal
Wanneer u veel vermogen nodig hebt, is een dynamische compressor de ideale keuze. Ze zijn verkrijgbaar in zowel axiale als radiale uitvoeringen, en worden vaak turbocompressoren genoemd. Als het een radiaal ontwerp betreft worden ze centrifugaalcompressoren genoemd.
Een dynamische compressor werkt met een constante druk, in tegenstelling tot bijvoorbeeld een verdringercompressor, die werkt met een constante stroom. De prestaties van een dynamische compressor worden beïnvloed door externe omstandigheden. Een verandering in de inlaattemperatuur leidt bijvoorbeeld tot een verandering in de capaciteit.
Wat zijn centrifugale compressoren?
Een centrifugale compressor wordt gekenmerkt door de radiale afvoerstroming. Lucht wordt aangezogen in het midden van een roterende waaier met radiale schoepen en wordt door middelpuntvliedende krachten naar de buitenkant van de waaier gestuwd. De radiale beweging van de lucht resulteert gelijktijdig in een drukverhoging en de opwekking van kinetische energie. Voordat lucht voor de volgende compressortrap naar het midden van de waaier wordt geleid, komt deze langs een diffusor en een slakkenhuis. Hier wordt de kinetische energie omgezet in druk.
Tijdens elke fase wordt een gedeelte van de totale drukverhoging van de compressor opgenomen. In industriële machines is de maximale drukverhouding van een compressietrap van een centrifugale compressor vaak niet meer dan 3. Hogere drukverhoudingen verminderen de efficiëntie van de compressietrap. Meertrapstoepassingen bieden de mogelijkheid van tussenkoeling om het energiegebruik te verminderen. Meerdere compressietrappen kunnen in serie met een enkele lagesnelheidsas plaatsvinden. Dit concept wordt vaak gebruikt in de olie- en gasindustrie en de procesindustrie.
Aangezien de drukverhouding per compressietrap laag is, worden er veel trappen en/of meerdere compressoren gebruikt om de gewenste druk te bereiken. Voor toepassingen met luchtcompressie wordt een high-speed tandwielkast geïntegreerd compressietrappen, zodat de waaiers op hogesnelheidsassen kunnen draaien. De waaier kan een open of gesloten ontwerp hebben.
Open ontwerp
Meestal worden voor luchttoepassingen met hoge snelheid open waaiers gebruikt. Hierbij is de waaier gewoonlijk gemaakt van een speciale roestvaststalen legering of aluminium. Het toerental van de waaieras is zeer hoog in vergelijking met die van andere compressortypen. Snelheden van 15.000-100.000 tpm komen veel voor. Dit betekent dat voor de high-speed compressoras of -pen gewone lagers met olielaag worden gebruikt in plaats van rollagers.
Olievrije
Als alternatief kunnen lagers met een luchtlaag of actieve magneetlagers worden gebruikt voor een volledig olievrije machine. Twee waaiers worden op elk uiteinde van dezelfde as gemonteerd om de axiale belasting veroorzaakt door de drukverschillen te compenseren. Meestal worden twee of drie compressietrappen met tussenkoelers gebruikt voor standaard persluchttoepassingen.
In moderne configuraties van de centrifugale luchtcompressor worden elektromotoren met ultrahoog toerental gebruikt die de waaiers rechtstreeks aandrijven. Deze technologie zorgt voor een compacte compressor zonder tandwielkast en bijbehorend oliesmeersysteem, waardoor het een volledig olievrij compressorontwerp is.
Afdichtingen
Elke centrifugale compressor moet op een juiste manier worden afgedicht om lekkage te voorkomen waar de as uit de behuizing van de compressor steekt. Er worden vele soorten afdichtingen gebruikt, en de meest geavanceerde zijn te vinden op high-speed compressoren die zijn bedoeld voor hoge druk. De meest voorkomende soorten zijn labyrintafdichtingen, afdichtringen of gleufafdichtingen (meestal grafietpakkingen) en mechanische afdichtingen.
Een axiale compressor heeft een axiale stroming, waarbij de lucht of het gas langs de as van de compressor door rijen roterende en vaste schoepen beweegt. Op deze manier kan de snelheid van de lucht geleidelijk worden verhoogd, terwijl de vaste schoepen de kinetische energie omzetten in druk. Vaak wordt een balanstrommel in de compressor aangebracht om de axiale stuwing te compenseren.
Axiale compressoren zijn over het algemeen kleiner en lichter dan centrifugale compressoren en werken meestal bij hogere snelheden. Ze worden gebruikt voor een constant hoog debiet bij een relatief gematigde druk, bijvoorbeeld in ventilatiesystemen. Gezien de hoge rotatiesnelheid vormen ze de ideale combinatie met gasturbines voor het opwekken van elektriciteit en voortstuwen van vliegtuigen.
Gerelateerde artikelen
De perfecte industriële compressor kopen - Atlas Copco Nederland
30 June, 2022
There are a lot of things you have to consider when choosing an air compressor for your business. In this article we will explain what compressor is best suited for you, based on your application and needs.
Vacuum Pumps, Booster Compressors and Pressure Intensifiers
22 April, 2022
Learn more about some other kinds of compressors: the vacuum pump, booster compressor and pressure intensifier.