Ein Zentrifugalkompressor nutzt die Zentrifugalkraft zur Druckerzeugung und wird in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt. Der Kompressor beschleunigt Luft vom Zentrum des Laufrads aus und bremst sie anschließend in einem Diffusor ab. Während dieses Luftausdehnungsprozesses wird die kinetische Energie in potenzielle Energie in Form von Luftdruck umgewandelt.
Mehrstufige Zentrifugalkompressoren, insbesondere dreistufige, sind in vielen Fabriken vorhanden und notwendig. Jede einzelne Stufe kann Druckverhältnisse von 2:1 bis 3:1 erzeugen, und eine nachfolgende dritte Stufe kann dies auf ein Druckverhältnis von 8:1 erhöhen. Ein weiterer großer Vorteil von dreistufigen Kompressoren ist die einfache Regulierung von Temperatur und Feuchtigkeit in jeder Kompressionsstufe.
Ein Zentrifugalkompressor ist eine komplexe Maschine und besteht aus vielen Komponenten:
- Motor
- Hauptgetriebe zum Antrieb der Luftkompressionsphasen.
- Einlassdrosselklappe oder Einlassleitschaufeln (IGVs)
- Erste Luftkompressionsstufe
- Ladeluftkühler 1
- Zweite Luftkompressionsstufe
- Ladeluftkühler 2
- Dritte Luftkompressionsstufe
- Nachkühler
- Überdruckventil
- Rückschlagventil
- Bedienfeld
Anwendung
Moderne Zentrifugal-Luftkompressoren sind effizient, zuverlässig und kompakt und werden in der Regel auf einem einzigen Fundament aufgestellt, das den Antrieb, das Getriebe, die Kühlung, die Rohrleitungen und das Bedienfeld umfasst. Moderne Zentrifugal-Luftkompressoren verfügen über fortschrittliche Technologie, die den Endnutzern zahlreiche Vorteile bietet. Dazu gehören eine ölfreie Luftversorgung, eine einfache Installation, kostengünstiger Betrieb und einfache Wartung. Daher finden Zentrifugalkompressoren in vielen Branchen breite Anwendung:
- Öl und Gas
- Chemie
- Petrochemie
- Energie
- Zellstoff- und Papierindustrie
- Lebensmittelindustrie
- Textilindustrie
Fehler und Ursachen
Eine Fehlfunktion oder ein mechanischer Ausfall eines Zentrifugalkompressors kann schwerwiegende Folgen für den Produktionsprozess eines Werks haben. Dies führt nicht nur zu Störungen an anderen Anlagen, sondern birgt auch erhöhte Sicherheitsrisiken für Mensch und Umwelt, Produktionsausfälle, entgangene Produktionserlöse und kostspielige Reparaturen.
Ausfälle können verschiedene Ursachen haben, am häufigsten sind jedoch Ausfälle mechanischer Komponenten aufgrund von Unwucht, Fehlausrichtung, Metallermüdung, unzureichender oder falscher Schmierung, Dichtungsfehlern und Ablagerungen.
Die Welle ist das entscheidende rotierende Bauteil zur Kraftübertragung und Kraftaufnahme innerhalb des Kompressionsmechanismus. Die Lager sind am Gehäuse montiert, um sowohl die Welle als auch das Lagergehäuse selbst zu stützen. Daher sind Schwingungen der Welle oder des Lagergehäuses die ersten Anzeichen und ein zuverlässiger Indikator für viele Probleme im Zentrifugal-Luftkompressorsystem.
Maschinenüberwachung
Für viele Fabriken ist der zuverlässige Betrieb von Zentrifugalkompressoren von entscheidender Bedeutung. Daher ist es wichtig, diese Maschinen anhand verschiedener Kennzahlen zu überwachen, um Einblicke in den Maschinenzustand zu gewinnen und so Ausfälle zu verhindern. Die Schwingungsüberwachung ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden, mit der sich beginnende Ausfälle schnell erkennen lassen, bevor sie schwerwiegende Folgen verursachen können. Die Einführung der Schwingungsüberwachung bringt daher viele Vorteile mit sich, die in ihrer Gesamtheit für bessere wirtschaftliche Ergebnisse sorgen:
- Dies erhöht die Betriebszeit und den Produktionsertrag
- Dies verhindert unerwartete Ausfallzeiten und Reparaturarbeiten
- Dies trägt zu einer effizienten Instandhaltungsplanung bei
Das American Petroleum Institute (API) ist ein wichtiger Verfechter der Entwicklung von Normen für die Maschinenüberwachung, und die von ihm festgelegte Norm API-670 wird von vielen Endnutzern rotierender Maschinen verwendet. Seit 1970 akzeptiert das API Näherungssensoren als geeignete Messgeräte zur Bestimmung akzeptabler Wellenschwingungen bei Werksabnahmeprüfungen (FAT). Die API 670 wurde später um Inhalte zur Temperatur und zum Material für Gehäuseschwingungsmessungen an Getrieben ergänzt.
Im Jahr 2001 wurde die Norm API 670 erneut überarbeitet und erhielt den Titel „Machinery Protection Standard“. Seitdem hat sich die API 670 zur weltweit am häufigsten angewandten Norm für die Schwingungsüberwachung entwickelt, da sie anerkannte „bewährte technische Verfahren“ für Schwingungsüberwachungssysteme enthält.
Abbildung 4 stammt aus der API-Norm und zeigt, dass mindestens zwei axiale und zwei Paare radialer Schwingungssensoren (X und Y) an einem Zentrifugalkompressor mit hydrodynamischen Lagern angebracht werden müssen, um Wellenschwingungen ordnungsgemäß zu überwachen. Aus Erfahrung empfehlen wir zudem die Montage von mindestens einem Satz seismischer Schwingungssensoren am Lagergehäuse zur Überwachung von Gehäuseschwingungen.
Sensoren
Istec liefert die präzisesten und zuverlässigsten Messsysteme und Sensoren von namhaften Anbietern und bietet umfassende Unterstützung, um die Sicherheit und Verfügbarkeit von Maschinen zu maximieren.
Zur Überwachung eines dreistufigen Zentrifugalkompressors empfiehlt es sich, mindestens einen Sensor pro Laufrad zur Messung der Radialschwingungen und mindestens einen seismischen Messwandler zur Messung der Schwingungen des Getriebes anzubringen. Das 4–20-mA-Signal kann an eine SPS/ein DCS weitergeleitet werden, und das gepufferte Rohsignal kann für die Schwingungsanalyse verwendet werden. Um ein vollständiges Bild zu erhalten, muss außerdem an jedem Lager eine XY-Messung unter Verwendung von zwei Sensoren vorgenommen werden.
