Seit Jahrzehnten werden aktive Magnetlager in großen industriellen Anlagen eingesetzt. Über Jahre hat sich diese Technologie als außerordentlich zuverlässiges System erwiesen und wird in Anwendungsbereichen eingesetzt, in denen eine hohe Energie-Effizienz oder hohe Prozesssicherheit gefordert sind.
Herausforderungen bei Radial-/Zentrifugalkompressoren
Neben Strom, Wasser und Wärme ist Druckluft einer der vier wichtigsten Energieträger. Die industriellen Hersteller müssen die drei erstgenannten Energieträger nicht selbst erzeugen, aber für Druckluft tragen sie die Verantwortung. Radial-/Zentrifugal oder Turbokompressoren sind Kompressionssysteme, die für die Einspeisung und Verdichtung von Gasen sorgen.
Radialverdichter/Zentrifugalkompressoren finden breite Anwendung in industriellen Prozessen, z. B. in der chemischen Industrie, der Lebensmittelverarbeitung, der Abwasseraufbereitung, der Klimatisierung, Heizung und Lüftung.
Radialverdichter-/Zentrifugalkompressoren dienen der Erzeugung großer Luftmengen und brauchen von Natur aus eine hohe Rotationsgeschwindigkeit. Höhere Drehzahlen stellen immer eine Herausforderung für die Lager dar. Dieser Einsatzbereich ist für den Einsatz von aktiven Magnetlagern besonders vorteilhaft, da das Laufrad ohne mechanischen Kontakt zum Motorgehäuse arbeitet. Turbokompressoren arbeiten rund um die Uhr und erzeugen eine enorm große Menge an Druckluft.
Abbildung 1 Beispiel für einen Turbokompressor
In der Lebensmittelherstellung kann mit Öl verunreinigte Druckluft sehr kostspielig und auch gefährlich sein. Es gibt unterschiedliche mögliche Ursachen für das Eindringen von Öl in ein Druckluftsystem. Ölgeschmierte Kompressoren, die in Produktionsanlagen weit verbreitet sind, benötigen Öl zur Abdichtung, Schmierung und Kühlung während der Kompressionsphase. Öldämpfe können auch durch abgenutzte Dichtungen, O-Ringe oder Kompressoren, die sich überhitzen und dadurch Dämpfe durch das System entweichen lassen, in das System gelangen. Da Öl im Verdichtungsprozess so häufig verwendet wird, ist die Gefahr einer Verunreinigung besonders groß. Verunreinigte Druckluftsysteme können zu Produktivitätseinbußen, Produktausfällen, Rückrufaktionen und sogar zur vollständigen Stilllegung für die Reinigung und erneute Inbetriebnahme des Systems führen.
Wenn überschüssiges Öl im Druckluftsystem vorhanden ist, hat dies nachteilige Auswirkungen auf die Anlagen und die Enderzeugnisse. Zudem ist das gesamte Anlagensystem in Gefahr, da überschüssiges Öl eine nährstoffreiche Umgebung schafft, in der sich Mikroorganismen besonders gut entwickeln und das Anlagensystem oder die Ausrüstungen beschädigen können. Durch Öl verunreinigte Lebensmittel haben einen ungesunden Geschmack und Geruch und können die Verbraucher gesundheitlich beeinträchtigen. Ferner kann Öl dem betreffenden Erzeugnis ein störendes Erscheinungsbild verleihen. Gerade Hersteller von Lebensmittelverpackungen müssen sich über die Auswirkungen von Ölrückständen auf ihre Produkte im Klaren sein. Gelangt Öl auf die Lebensmittelverpackung, kann dieses auf das Lebensmittel übertreten, was dessen Produktqualität beeinträchtigt.
In zahlreichen Branchen werden die Auflagen für die Luftqualität ständig verschärft, um Herstellungsverfahren und Produkte zu verbessern. Jüngster Trend ist die Forderung nach ölfreier Luft, vor allem bei Unternehmen, die in der Pharma-, Lebensmittel-, Getränke- und Farbenindustrie tätig sind, um nur einige zu nennen. Ebenso möchte die Halbleiterindustrie alle möglichen Verunreinigungen ausschließen. Alle diese Bereiche können durch Turbokompressoren mit aktiven Magnetlagern verbessert werden.
Dank aktiver Magnetlager arbeitet der Turbokompressor ohne die Verwendung von Öl zur Schmierung, was die reibungsbedingten Energieverluste und die Wärmeübertragungseffizienz des Systems senkt, da kein Öl in die anderen Verdichterkomponenten gelangt. Auch das Risiko einer Verunreinigung des Enderzeugnisses wird so vermieden. Dank des ölfreien Zentrifugalkompressors entfällt auch die Wartung des Öls, was zu erheblichen Einsparungen bei Betrieb und Wartung führt.
Abbildung 2 Beispiel des aktiven Magnetlagers von SpinDrive
Vorteile des Einsatzes von aktiven Magnetlagern in Turbokompressoren
Den Lagern kommt in Turbokompressoren eine entscheidende Rolle zu. Sie dienen nicht nur zur Aufnahme der Belastungen der rotierenden Antriebswelle, sondern reduzieren auch die Reibung zwischen den beweglichen und stationären Teilen. Durch den regelbaren Antrieb des Motors kann der Turbokompressor bei Teillasten viel effizienter arbeiten als Standardkompressoren, insbesondere mit einem aktiven Magnetlager. Aktive Magnetlager schützen den Turbokompressor ferner vor Beschädigungen während des Kompressionsschubs und erhöhen die Betriebseffizienz des Kompressors. Aktive Magnetlager können Schubkräfte in Zentrifugalkompressoren erfassen und einen elektrischen Strom einspeisen, um die Welle in ihrer Ausrichtung zu halten.
Weitere Vorteile aktiver Magnetlager sind:
- Erlaubt eine nachhaltige Produktion
- geringere reibungsbedingte Energieverluste und höhere Prozess-Effizienz
- Niedrigere Stromverbrauchskosten
- Reduzierung der laufenden Betriebskosten und der Gesamtlebenszykluskosten der Anlage
- reduzierte Wartungskosten, da kein Öl-/Schmiermittel verwendet wird
- Keine Gefahr einer Verunreinigung des Enderzeugnisses durch Öl
- Geräuscharmer Betrieb des Turbokompressors
- Geringes Bauvolumen für einen unkomplizierten Transport und eine schnelle Inbetriebnahme
- Unnötige Fertigungsausfälle und Anlagenstillstände werden reduziert oder vermieden
- Geringer Anlaufstromverbrauch: nur wenige Ampere erforderlich, was die erforderliche Kapazität/Spitzenleistung für eine Notstromquelle reduziert
Informieren Sie sich hier über weitere Anwendungen in denen aktive Magnetlager zum Einsatz kommen: https://spindrive.fi/applications-of-active-magnetic-bearings/