Wichtiger Schraubenverdichter Funktionsprinzip

Die kerntechnischen Bauteile eines Schraubenkompressors bestehen aus einem Paar ineinander greifender, spiralförmiger männlicher und weiblicher Rotoren innerhalb des Zylinders. Beide Rotoren weisen mehrere konkave Zahnflanken auf und drehen sich im Betrieb mit hohen Drehzahlen in entgegengesetzte Richtungen. Der Abstand zwischen den Rotoren sowie zwischen den Rotoren und der Innenwand des Gehäuses beträgt nur 5 bis 10 Tausendstel Zoll (0,05 bis 0,10 Millimeter), wodurch die Dichtigkeit des Gasverdichtungsprozesses gewährleistet wird.

Bezüglich des Antriebssystems wird der Hauptrotor (auch als männlicher oder konvexer Rotor bezeichnet) in der Regel von einem Elektromotor angetrieben (obwohl in einigen Anwendungen auch motorbetriebene Konfigurationen existieren). Die Kraftübertragung auf den Sekundärrotor (auch als weiblicher oder konkaver Rotor bezeichnet) erfolgt hauptsächlich auf zwei Arten: flexibler Antrieb über einen Ölfilm, der durch Öl-Einspritzung gebildet wird, oder starre Übertragung über Synchronzahnräder an den Enden beider Rotoren. Beide Antriebsmethoden gewährleisten, dass während des Rotorbetriebs kein direkter Metall-auf-Metall-Kontakt stattfindet (theoretisch), wodurch Verschleiß reduziert und die Betriebsstabilität verbessert wird.

Das Fördervermögen (Durchflussmenge) und der Druck am Austritt des Kompressors werden hauptsächlich durch die konstruktiven Parameter der Rotoren bestimmt: längere Rotoren erhöhen die Druckerzeugungsfähigkeit während des Verdichtungshubs, was zu einem höheren Austrittsdruck führt; größere Rotordurchmesser erhöhen das Gasvolumen pro Ansaugzyklus und führen so zu einem größeren Fördervermögen.

Der Arbeitszyklus folgt der Abfolge „Ansaugen – Verdichten – Ausstoßen“ und wird wie folgt beschrieben: Wenn der Zahnkäfig des Schraubenrotors in die Position der Ansaugöffnung dreht, vergrößert sich sein Volumen schrittweise. Das umgebende Gas wird durch den Druckunterschied angesaugt und füllt den Hohlraum. Während die weitere Drehung des Rotors erfolgt, wird der mit Gas gefüllte Zahnkäfig durch die Gehäusewand abgedichtet und bildet eine eigenständige Verdichterkammer. Zu diesem Zeitpunkt wird Schmieröl unter hohem Druck in die Kammer eingespritzt und übernimmt gleichzeitig die drei Funktionen der Abdichtung, Kühlung und Schmierung. Die kontinuierliche Drehung des Rotors bewirkt, dass das Volumen der Verdichterkammer stetig abnimmt, wodurch das Öl-Gas-Gemisch (eine Mischung aus Schmieröl und Gas) in der Kammer allmählich komprimiert wird, was zu einem kontinuierlichen Druckanstieg führt. Wenn die Verdichterkammer durch Drehen mit der Auslassöffnung ausgerichtet ist, wird das hochdruckbelastete Öl-Gas-Gemisch unter Druck aus dem Kompressor ausgestoßen, wodurch ein vollständiger Arbeitszyklus abgeschlossen ist.

Der stabile Betrieb der Rotoren wird durch ein reibungsarmes Laggersystem unterstützt: Die Lager sind über Verschlusskappen in der Nähe der Wellenenden fixiert und positioniert. Am Einlassende werden typischerweise Rollenlager eingesetzt, die hauptsächlich Radiallasten aufnehmen; am Auslassende befindet sich ein Paar gegeneinander gerichteter Kegelrollenlager. Diese Lager erfüllen eine Doppelfunktion: Sie wirken als Axiallager, um den durch den Rotorbetrieb erzeugten axialen Schub auszugleichen, und tragen gleichzeitig Radiallasten. Gleichzeitig gewährleisten sie die minimale axiale Spielfreiheit, die für die Rotorbewegung erforderlich ist, und stellen einen präzisen Betrieb innerhalb vorgegebener Toleranzen sicher.

Bemerkenswert ist, dass bei kontinuierlicher Rotation jedes Rotorpaar nacheinander den Prozess „Ansaugen—Verdichten—Austreten“ durchläuft. Die Arbeitszyklen mehrerer Zahnkammern greifen ineinander und wechseln sich fortlaufend ab, wodurch der Kompressor eine gleichmäßige und stabile Gasabgabe ermöglicht.