[Zusammenfassung] Dieser Artikel beschreibt die Strukturmerkmale, das Funktionsprinzip und die automatische Steuerung eines Einschraubenkompressors (im Folgenden: Kompressor) und erläutert dessen Einsatzmöglichkeiten. Zudem wird ein kurzer Überblick über die Erfahrungen des Unternehmens mit diesem Gerät gegeben. I. Einleitung Der Franzose B. Zimmern entwickelte 1960 einen speziellen Einschraubenkompressor, brachte ihn 1963 auf den Markt, begann in den 1970er Jahren mit der Serienproduktion und die Technologie reifte nach den 1980er Jahren weiter. Obwohl der Einschraubenkompressor später als der Doppelschraubenkompressor eingeführt wurde, teilen sich Ein- und Doppelschraubenkompressoren aufgrund ihrer überlegenen Leistung heute den internationalen Markt nahezu gleich und werden in verschiedenen Wirtschaftszweigen eingesetzt. Die neue Trockenverfahrens-Zementproduktionslinie nutzt vier wassergekühlte Einschraubenkompressoren des Typs FGOG-180A, die bedarfsgerecht zu einer Kompressorstation zusammengeschaltet sind. Während des Einsatzes funktionierte der Kompressor einwandfrei und wies im Vergleich zu anderen, zuvor getesteten Kompressormodellen Vorteile wie geringe Geräuschentwicklung, stabilen Abgasstrom, geringe Vibrationen und einfache Wartung auf. II. Aufbau und Funktionsprinzip des FHOG-180W-Kompressors Ein Schraubenkompressor lässt sich gemäß seinem Prozessablauf in ein Luftkreislaufsystem, ein Ölkreislaufsystem und eine elektrische Einheit unterteilen. 1. Interner Aufbau (1) Luftkreislaufsystem Der Prozessablauf im Luftkreislauf ist wie folgt: Nach der Filterung gelangt die Luft durch das Entlastungsventil in die Verdichtungskammer, vermischt sich mit dem Schmieröl und wird verdichtet. Das mit dem Öl vermischte Druckgas durchläuft über das Rückschlagventil den Öl-Gas-Abscheider, den Wasserkühler und den Gas-Wasser-Abscheider. Nach dem Austritt aus dem Kompressor gelangt es über den Druckluftbehälter, den Präzisionsfilter und den Kältetrockner (im Folgenden: Kältetrockner) in das Druckluftnetz der Anlage. (2) Ölkreislaufsystem Der Ölkreislauf umfasst Ölleitungen, Öltank, Kühler, Ölfilter, Ölabsperrventil und Temperaturregelventil. Beim Anlaufen des Luftkompressors befindet sich dieser in einem nahezu vollständig abgedichteten Zustand. Zunächst baut der Ölkreislauf Druck auf. Unter Druckeinwirkung wird Öl in die Arbeitskammer der Haupteinheit eingespritzt, wodurch die Anlage geschmiert, gekühlt, abgedichtet und geräuscharm gehalten wird. (3) Die elektrische Steuerung kann je nach Kundenbedarf entweder über eine SPS oder einen Frequenzumrichter erfolgen. Das Unternehmen verwendet eine SPS-gesteuerte Steuerung. Jedes Gerät ist mit einem Überwachungsgerät ausgestattet, das relevante Betriebsparameter, den Betriebszustand und Fehlermeldungen in Echtzeit anzeigt. Es verfügt über Basisfunktionen wie Überdruckschutz, Übertemperaturschutz, Motorüberlastschutz, Wassermangelschutz, Phasenausfall- und Phasenfolgeschutz, Schutz vor Verstopfung von Öl- und Luftfiltern sowie Verriegelungsfunktionen für Übertemperatur- und Überlastschutz. Über den SPS-Ausgang kann das Gerät zur Fernsteuerung und Online-Überwachung mit der zentralen Leitwarte verbunden werden. Die Geräte können selbstständig zwischen lokaler und Fernsteuerung umschalten. Für die Kompressorstation ist kein Personal vor Ort erforderlich. Eine Inspektion pro Tag genügt. 2. Funktionsprinzip (1) Außenluft strömt über das Entlastungsventil in die Haupteinheit. Diese besteht aus einer zylindrischen Schraube und zwei symmetrisch angeordneten, planaren Sternrädern. Das Zahnradpaar ist in der Schneckennut im Gehäuseinneren kaschiert. Gehäuse und Sternradoberfläche bilden einen geschlossenen Luftzwischenraum. Beim Anlaufen der Schraube wird das Sternrad in Rotation versetzt. Das Sternrad wirkt wie der Kolben eines Hubkolbenkompressors. Durch die Bewegung des Sternrads relativ zur Schneckennut wird das Gas in der Nut komprimiert und entsprechend ausgestoßen (siehe Abbildung). Nach dem Austritt aus der Haupteinheit erfolgt die Öl-Wasser-Trennung im Inneren des Geräts. Anschließend wird das komprimierte Gas gekühlt, bevor es in die Druckluftleitung gelangt. III. Leistungsmerkmale des Einschrauben-Luftkompressors 1. Vibrationsdämpfung: Kleine Sternräder sind beidseitig der Schraube angeordnet. Im Betrieb heben sich die auf die Schraube wirkenden Radialkräfte und die auf das Gas in der Schneckennut wirkenden Axialkräfte gegenseitig auf. Zusätzlich befinden sich an beiden Enden der Schraube Lufteinlasskanäle, wodurch die Gaskräfte auf die Schrauben- und Sternradzähne sehr gering sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Kompressoren bietet er eine deutlich verbesserte Vibrationsdämpfung. 2. Das Gerät zeichnet sich durch einen niedrigen Geräuschpegel aus, der durch schallgedämmte Gehäuse und schallabsorbierenden Schaumstoff zur Isolierung gewährleistet wird. In Kombination mit minimalen Vibrationen des Geräts selbst und einer durchdachten Kompressorstation ist der Kompressor im Volllastbetrieb außerhalb der Station praktisch unhörbar. 3. Unabhängige Steuerung: Dieser Kompressor verfügt über ein unabhängiges Steuerungssystem mit automatischer Lastentlastung und -umschaltung sowie automatischer Abschalt- und Anfahrfunktion. Durch die Anpassung der Druckregelpunkte für Entlastung und Lastumschaltung lassen sich Energie und Strom sparen. 4. Automatische Steuerung: Jede Einheit ist mit einem Bedienfeld ausgestattet, das den Startvorgang, Verriegelungen, Schmierölstand, Abgasdruck, Temperatur, Kühlwasser- und Filterstatus anzeigt. Störungen an den Überwachungspunkten werden durch ein rotes Alarmsignal angezeigt oder führen zur Abschaltung des Geräts. Überhitzungsschutz und Überlastschutz sind miteinander verriegelt. Nach Fehlerbehebung und Zurücksetzen muss die Alarmanzeigeleuchte vor dem Neustart gelöscht werden. Der interne Ölkreislauf wird von zwei Temperatursensoren überwacht, die mit der Haupteinheit verriegelt sind und so einen sicheren Betrieb gewährleisten. 5. Die routinemäßige Wartung im täglichen Betrieb beschränkt sich auf die regelmäßige Reinigung oder den Austausch des Luftfilters. Ölfilter, Öl-Gas-Abscheiderfilter und Kompressoröl sind gemäß den Anweisungen zu wechseln. Bei hartem oder stark verunreinigtem Kühlwasser sollte der Wasserkühler regelmäßig überprüft und gereinigt werden, um Ablagerungen und Schmutz zu entfernen. IV. Jüngste technologische Verbesserungen bei Einschrauben-Luftkompressoren: Schneckengetriebe-Luftkompressoren wurden relativ spät eingeführt. In den letzten Jahren wurden kontinuierliche technologische Verbesserungen vorgenommen, um häufig auftretende Betriebsprobleme zu beheben und den Energieverbrauch zu senken. 1. Verbesserung des Sternrads der Haupteinheit: Anfang der 1990er-Jahre wurde bei Einschrauben-Luftkompressoren Phenolharz als Material für das Sternrad verwendet. Dies erwies sich jedoch als nicht optimal, insbesondere während der Einlaufphase, in der das Sternrad zu Verschleiß und Lockerung neigte. Um dem entgegenzuwirken, wurde eine technische Verbesserung vorgenommen, bei der PEEK als Material für das Sternrad eingesetzt wird. Bei der heutigen Verwendung dieses Materials tritt Verschleiß am Sternrad typischerweise erst nach 30.000 Betriebsstunden auf. 2. Verbesserungen der Steuerungssysteme: Die elektrischen Steuerungssysteme von Einschrauben-Luftkompressoren werden mit der Weiterentwicklung von Technologie und Automatisierung kontinuierlich verbessert und optimiert. Heutzutage können Luftkompressoren je nach Bedarf fernüberwacht und gesteuert werden. Auch eine Frequenzumrichtersteuerung ist möglich. Obwohl die Frequenzumrichtersteuerung eine höhere Anfangsinvestition erfordert, ist ihre energiesparende Wirkung auf das elektrische System und das Gerät selbst im Betrieb erheblich. Anwender können die für ihre spezifischen Anforderungen geeignete Ausstattung auswählen. V. Benutzererfahrung: Die gesammelte Erfahrung im Umgang mit Luftkompressoren und das Verständnis ihrer Leistungsfähigkeit ermöglichen eine gezielte und bedarfsgerechte Wartung, die auf den tatsächlichen Bedingungen basiert. Dies verlängert die Lebensdauer der Geräte erheblich und optimiert ihre Betriebsbedingungen. 1. Verwendung von Luftkompressoröl: Bei der Herstellung von Luftkompressoren können die bearbeiteten Oberflächen von Schmiede- und Gussteilen Reste von Formsand und Zunder enthalten. Während der Einlaufphase werden diese in das Schmieröl gespült. Daher muss der erste Ölwechsel gründlich durchgeführt werden, da er sonst die Haltbarkeit und Lebensdauer des Kompressors beeinträchtigt. Nach dem zweiten Ölwechsel kann das Ölwechselintervall des Luftkompressors an die Betriebsumgebung angepasst werden. In einer sauberen Umgebung mit geringer Verschmutzung und normaler Öltemperatur im Betrieb kann die Lebensdauer verlängert werden. Die Ölqualität muss jedoch während der planmäßigen Stillstände überprüft werden. Bei kontinuierlichem Betrieb ohne Ausfallzeiten kann das Intervall durch Beobachtung des Abfalls von Abgasdruck und -kraft bestimmt werden. Das Intervall sollte nicht übermäßig verlängert werden, um eine Verschlechterung der Ölqualität und Kohlenstoffablagerungen zu vermeiden, die zu Explosionen in der Druckluftleitung führen können. 2. Der Prozessablauf der Anlage sieht folgende Reihenfolge vor: Luftkompressor – Druckluftbehälter – Präzisionsfilter – Kältetrockner – Druckluftleitungsnetz. Die Druckluft durchströmt den Druckluftbehälter, um den Luftstrom zu stabilisieren und einen Teil der Feuchtigkeit zu entfernen, bevor sie zur weiteren Kühlung und Trocknung in den Kältetrockner gelangt. Dies gewährleistet eine hohe Druckluftqualität am Einsatzort. Einige Hersteller weichen von diesem Prozessablauf ab und vertauschen die Positionen von Kältetrockner und Druckluftbehälter. Dies führt häufig zu Vereisung und Verstopfungen im Kältetrockner sowie zu einem hohen Feuchtigkeitsgehalt der Druckluft am Einsatzort. Diese Instabilität kann insbesondere bei der Inbetriebnahme neuer Produktionslinien erhebliche Produktionsprobleme verursachen. Daher muss dem Prozessablauf dieser Anlage bei der Planung und dem Bau des Druckluftsystems besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. 3. Fehlersuche (1) Hohe Temperatur: Ist die Öl- und Gastemperatur zu hoch oder erreicht sie den oberen Grenzwert, schaltet sich der Luftkompressor ab und die OPR- oder COP-Anzeige leuchtet auf. Wenn dieses Phänomen auftritt, prüfen Sie zunächst, ob der Ölstand im Kompressor niedrig, der Ölfilter verstopft oder das Ölabsperrventil defekt ist. Sollten diese Punkte ausgeschlossen werden können und die Maschine weiterhin nicht normal anlaufen, prüfen Sie, ob der Wasserkühler des Kompressors durch Kalk, Fasern oder andere Ablagerungen verstopft ist, was den Wärmeaustausch beeinträchtigt. Falls Ablagerungen vorhanden sind, muss der Kühler gereinigt werden. Drücken Sie die Reset-Taste am Bedienfeld, um die Übertemperaturmeldung zu löschen, und starten Sie anschließend den Kompressor. (2) Geringes Abgasvolumen: Gelegentlich kann es während des normalen Produktionsbetriebs zu einem plötzlichen Abfall des Druckluftdrucks kommen. Dies kann zwei Ursachen haben: Zum einen kann der Kompressor defekt sein, wodurch das Abgasvolumen reduziert wird und der Produktionsbedarf nicht gedeckt werden kann; zum anderen kann das Regelventil der Gasentnahmestelle in der Leitung defekt sein und eine interne Leckage aufweisen. Bei einem plötzlichen Abfall des Abgasvolumens ist die Wahrscheinlichkeit einer internen Leckage relativ hoch. Es ist notwendig, das Regelventil der Gasentnahmestelle zu überprüfen und zu reparieren, bevor die Produktion wieder aufgenommen werden kann. VI. Fazit: Einschraubenkompressoren bieten einzigartige Vorteile. Durch die kontinuierliche Verbesserung der Einschraubentechnologie und der Konstruktionstechnik werden die Leistungsfähigkeit von Einschrauben-Luftkompressoren hinsichtlich Ölverbrauch, Abdichtung, Luftmengenregelung und automatischer Steuerung weiter verbessert, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit kontinuierlich gesteigert und die Anwendungsbereiche weiter ausgedehnt.