Drei Kompressorgetriebetypen – Wo Schrägverzahnungen passen
Ein separates geschlossenes Stirnrad Zwischen Motor und Zentrifugalkompressor ist ein Getriebe verbaut, das die Motordrehzahl (1.500 oder 3.000 U/min) in ein oder zwei Stufen auf die Drehzahl des Laufrads (5.000–30.000 U/min) erhöht. Dies ist die gängigste Konfiguration für große industrielle Zentrifugalkompressoren (500 kW–50 MW) und unterliegt der Norm API 613 „Spezialgetriebe für die Erdöl-, Chemie- und Gasindustrie“.
Die Laufräder sind direkt auf den verlängerten Enden der Hochgeschwindigkeits-Ritzelwellen montiert – es gibt keine separate Kupplung zwischen Getriebe und Verdichter. Das Getriebegehäuse bildet einen Teil der Prozessgrenze. Mehrere Verdichtungsstufen lassen sich durch die Montage von Laufrädern auf verschiedenen Ritzelwellenverlängerungen mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen realisieren, die alle von einem zentralen Stirnrad auf der Motoreingangswelle angetrieben werden.
Ölfreie Schraubenkompressoren nutzen synchronisierte Zahnräder, um ein präzises Spiel zwischen den männlichen und weiblichen Rotoren ohne physischen Kontakt aufrechtzuerhalten. Schrägverzahnung Es wird keine Prozesslast übertragen (bei ölgefluteten Rotoren erfolgt die Drehmomentübertragung über den Rotorkontakt), jedoch muss die exakte Rotorphasenbeziehung aufrechterhalten werden – wodurch Spiel und Steigungsgenauigkeit zu kritischen Parametern werden.
Drehzahlübersetzer für Zentrifugalkompressoren – Anforderungen an die Zahnradkonstruktion
Hohe Geschwindigkeit Stirnrad Für Drehzahlübersetzer von Radialverdichtern – die Kombination aus DIN-Genauigkeitsklasse 3–5, Ra ≤ 0,2 µm Zahnflankenrauheit und geringem Steigungswinkel (β = 5–15°) begrenzt den Beitrag der Zahnradschwingungen auf die maximal zulässige Schwingungsamplitude von 25 µm Spitze-Spitze gemäß API 613 am Lagergehäuse
Pitch-Line-Geschwindigkeit – Die dominierende Konstruktionsbeschränkung
Die Umfangsgeschwindigkeit v = π × d₁ × n₁ / 60.000 [m/s] für das Drehzahlübersetzungsritzel eines Radialverdichters reicht von 25 m/s für einen langsam laufenden Erdgasverdichter bis über 200 m/s für einen schnell laufenden mehrstufigen Luftverdichter. Bei diesen Geschwindigkeiten gilt:
- Der Reibungsverlust im Zahneingriff ist der dominierende Faktor: Bei v > 30 m/s wird der Leerlauf-Viskositätsverlust P_VZO ∝ v² zu einem signifikanten Anteil der übertragenen Leistung. Für einen API 613 Kompressor-Drehzahlübersetzer StirnradEs wird Turbinenöl der Viskositätsklasse ISO VG 32–68 (kein Getriebeöl) vorgeschrieben – die niedrigste Viskositätsklasse, die einen ausreichenden EHL-Film aufrechterhält –, um die Verwirbelungsverluste bei hohen Drehzahlen zu minimieren.
- Der dynamische Lastfaktor KV wird signifikant: Bei einer Geschwindigkeit von v = 50 m/s würde der KV-Wert für ein Getriebe der DIN-Klasse 8 1,5–2,0 erreichen, was ein doppelt so großes Getriebe wie für das Nenndrehmoment erforderlich machen würde. Die DIN-Klassen 3–5 senken den KV-Wert auf 1,02–1,05 und ermöglichen so eine kompakte Getriebekonstruktion. Dies ist der Hauptgrund, warum Hochgeschwindigkeitskompressoren Schrägverzahnung muss nach DIN Klasse 3–5 geschliffen sein – nicht wegen des Geräuschs, sondern wegen der Größe des Zahnradkörpers.
- Ölnebel-Schmiersystem: Bei Geschwindigkeiten über 80–100 m/s kann die Sprühschmierung mittels Düse das Öl nicht in den Zahneingriffsbereich befördern, da die Oberflächengeschwindigkeit das Öl abführt, bevor es eindringen kann. Bei diesen Geschwindigkeiten ist eine Druckeinspritzung mit Düsen erforderlich, die das Öl von beiden Seiten in den Zahneingriffsbereich einbringen.
Schrägungswinkel für Schrägverzahnungen in Hochgeschwindigkeitskompressoren
Drehzahlübersetzer für Zentrifugalkompressoren Schrägverzahnung Verwenden Sie niedrige Steigungswinkel (β = 5–15°) – entgegen dem allgemeinen Trend, höhere Steigungswinkel zur Geräuschreduzierung zu bevorzugen. Der Grund: Bei sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten erzeugt der Axialschub F_a = F_t × tan β eine signifikante axiale Verschiebung der Rotorwelle, die vom Wellendrucklager aufgenommen werden muss. Bei v = 100 m/s und β = 25° ist F_a = 0,466 × F_t – und das Drucklager ist bei diesen Drehzahlen ein Präzisions-Kippsegmentlager, dessen axiale Tragfähigkeit konstruktionsbedingt begrenzt ist. Der Standard-API-613-Kompressor Stirnrad verwendet β = 8–15° als Kompromiss zwischen Geräuschentwicklung (etwas höher) und beherrschbarem Axialschub bei hoher Geschwindigkeit.
API 613 Anforderungen an Drehzahlerhöhungszahnräder für Kompressoren
| API 613 Parameter | Erfordernis | Begründung |
|---|---|---|
| Zahngenauigkeitsklasse | AGMA 13–15 (≈ DIN Klasse 3–5) | Regelt KV bei hohen Drehzahlen; begrenzt die Schwingungsanregung durch TE |
| Schwingungsgrenze (Lagergehäuse) | ≤ 25 µm Spitze-Spitze (oder gemäß API 613 Tabelle 3) | Schützt die Laufradspitzenspalte; verhindert den Rotor-Stator-Kontakt |
| Zahnradmaterial | AISI 4340 oder gleichwertig (17CrNiMo6), durchgehärtet oder aufgekohlt | Hohe Dauerfestigkeit; kein Risiko von Fragmentierungsversagen bei hohen Geschwindigkeiten |
| Schmierölsystem | Druckeinspritzung; Turbinenöl ISO VG 32–68; Doppelfilter; Ölkühler | Kontinuierlicher Ölfluss unter allen Betriebsbedingungen; sauberes Öl ist bei diesen Zahngeschwindigkeiten entscheidend. |
| Kritische Geschwindigkeitsreserve | ≥ 20% Abstand zwischen Laufgeschwindigkeit und jeder kritischen Geschwindigkeit | Verhindert die Resonanzverstärkung von TE-induzierten Schwingungen |
Steuerzahnräder von Schraubenkompressoren – Spiel und Phasengenauigkeit
Ein ölfreier Schraubenkompressor erfordert die exakte Synchronisierung der männlichen und weiblichen Rotorphasen. Berühren sich die Rotoren (was geschieht, wenn das Zahnflankenspiel zu groß ist und sich die Rotoren durch Wärmeausdehnung verringern), führt dies zu einem sofortigen Rotorblockieren und zur Zerstörung des Kompressors. Stirnrad Die Spezifikation für ölfreie Schraubenkompressoren hat daher das Zahnflankenspiel als primären Parameter – nicht die Belastbarkeit (die Zahnräder übertragen nur ein geringes Drehmoment), sondern die DIN 3967 Klasse g oder h, um das Rotorspiel über den gesamten thermischen Betriebsbereich aufrechtzuerhalten.
Die Steuerzahnräder müssen auch während der thermischen Belastung des Kompressorgehäuses ein konstantes Phasenverhältnis beibehalten. Dies erfordert, dass die Ausdehnung des Steuerzahnradgehäuses (die den Achsabstand und damit das Zahnflankenspiel verändert) in der Konstruktion kompensiert wird – entweder durch eine temperaturabhängige Zunahme des Zahnflankenspiels innerhalb eines kontrollierten Bereichs, der das Rotorspiel weiterhin gewährleistet, oder durch den Einsatz von temperaturkompensierten Achsabstandsverstellern am Steuerzahnradgehäuse.
Korea Ever-Power – Kompressor-Drehzahlübersetzer mit Stirnradgetriebe
Korea Ever-Power produziert Ersatzteile und Neuentwicklungen schrägverzahnte Zahnräder Für Drehzahlübersetzer von Radialverdichtern der DIN-Klasse 3–5, Ra ≤ 0,2 µm, aus API 613-kompatiblen Werkstoffen (17CrNiMo6 durchgehärtet oder aufgekohlt), mit 100%-Getriebeanalysator-Messung und Dokumentation der Schwingungsqualifizierung. Als direkte Hersteller von StirnrädernKorea Ever-Power führt die Berechnung der kritischen Drehzahl und die Schwingungsabschätzung für Ersatzzahnräder durch und bestätigt vor der Produktion die Einhaltung der Schwingungsgrenzwerte gemäß API 613 bei der spezifizierten Betriebsdrehzahl. Für Steuerzahnräder von Schraubenkompressoren fertigt Korea Ever-Power aufeinander abgestimmte Paare mit bestätigter Zahnflankenspielklasse und Teilungsgenauigkeit, die mit einem Zahnradanalysator überprüft werden. Produktpalette an Stirnradgetrieben für Kompressoranwendungen.
Häufig gestellte Fragen
Standardgetriebeöl (ISO VG 220–320 mit EP-Additiven) ist für Getriebe mit mittleren Drehzahlen formuliert, bei denen der EHL-Schmierfilm die Viskositätsunterstützung einer hochviskosen Basis benötigt. Bei den Drehzahlen von Kompressor-Übertragern (50–200 m/s) wird der Ölfilm durch hydrodynamische Wirkung bei hoher Drehzahl erzeugt – die EHL-Schmierfilmdicke h_min skaliert annähernd mit v^0,68. Die Verwendung von ISO VG 220 bei 100 m/s erzeugt einen deutlich dickeren Schmierfilm als nötig, was zu übermäßigen viskosen Verlusten und Wärmeentwicklung führt. ISO VG 32–68 Turbinenöl (ohne EP-Additive – EP-Additive sind korrosiv gegenüber den Kupferlegierungen in Kompressorlagern) gewährleistet einen ausreichenden EHL-Schmierfilm bei gleichzeitiger Minimierung der Verwirbelungsverluste. Der Verzicht auf EP-Additive ist akzeptabel, da sich das Zahnradpaar bei diesen Drehzahlen vollständig im EHL-Bereich befindet – es kommt nicht zu Rauheitskontakt, und ein EP-Schutz ist nicht erforderlich.
API 613 erweitert die Anforderungen von ISO 6336 um folgende Punkte: (1) ein obligatorischer Schwingungsabnahmetest unter Volllast und Drehzahl vor Auslieferung mit einer Schwingungsamplitude am Lagergehäuse von ≤ 25 µm Spitze-Spitze; (2) eine spezifische Rotordynamikanalyse einschließlich kritischer Drehzahl für Torsion und Lateralgeschwindigkeit sowie Trennreserve für alle Betriebsdrehzahlen; (3) Materialanforderungen mit maximal zulässigen Verunreinigungsgraden im Getriebestahl, die über die Standard-EN/ASTM-Zusammensetzungsbereiche hinausgehen; (4) ein vom Käufer oder einem vom Käufer beauftragten Prüfer begleiteter mechanischer Probelauf; (5) spezifische Anforderungen an die Schmierölreinheit (mindestens ISO 16/14/11). Aufgrund dieser zusätzlichen Anforderungen ist ein API-613-konformer Kompressor erforderlich. Stirnrad Kostet in der Regel 2–4 Mal so viel wie ein Standard-Industriegetriebe gleicher Größe.
Ja – vorausgesetzt, die Geräusche stammen von fortschreitender Oberflächenermüdung (Lochfraß oder Mikropitting), die die Zahnflanken über den ursprünglichen Ra-Wert von ≤ 0,2 µm aufgeraut hat, und vorausgesetzt, die verbleibende Einsatzhärtungstiefe nach dem Materialabtrag liegt noch innerhalb des vorgegebenen Mindestbereichs. Korea Ever-Power akzeptiert Hochgeschwindigkeitskompressoren. Schrägverzahnung Für das Nachschleifen werden der verbleibende Materialzustand und die Einsatzhärtungstiefe gemessen und ein Machbarkeitsbericht erstellt, bevor der Vorgang durchgeführt wird. Das Nachschleifen auf DIN-Klasse 4–5 von einer im Betrieb aufgerauten Oberfläche ist machbar, wenn der erforderliche Materialabtrag unter 0,2–0,3 mm liegt. Andernfalls ist ein Austauschzahnrad wirtschaftlicher als ein Nachschleifversuch.
Bei einem Kompressor mit integriertem Getriebe sind die Laufräder direkt auf den Wellenverlängerungen der Hochgeschwindigkeitsritzel im Getriebegehäuse montiert – es gibt keine separaten Kompressorgehäuse mit angeflanschten Drehzahlübersetzungen. Jedes Ritzel kann zwei Laufräder (je eines an jedem Wellenende) mit unterschiedlichen Druckverhältnissen antreiben, wodurch eine mehrstufige Verdichtung in einer Maschine möglich ist. Der Vorteil: keine Kopplung zwischen Getriebe und Kompressor, geringere rotierende Masse, kompaktere Bauweise. Der Nachteil: Die Getriebekonstruktion ist untrennbar mit der Kompressorkonstruktion verbunden – das Getriebe ist Teil der Prozessgrenze und muss neben den Getriebebelastungen auch den Prozessgasdruck aufnehmen. Korea Ever-Power produziert Ersatzritzel für Kompressoren mit integriertem Getriebe, die die für ihre Doppelfunktion erforderlichen spezifischen Materialzertifizierungen und Maßvorgaben erfüllen.
Anfrage zu Kompressor-Drehzahlverstärker oder Steuerzahnrad
Bitte geben Sie die Drehzahl (U/min), den Teilkreisdurchmesser, den Modul, den Schrägungswinkel und den Status der API-613-Anforderungen an. Korea Ever-Power fertigt Kompressorzahnräder der DIN-Klassen 3–5 mit einer Rauheit von Ra ≤ 0,2 µm, vollständiger Dokumentation des Zahnradanalysators und einer Schwingungsabschätzung gemäß API 613 – und das zu den üblichen Lieferzeiten für Schrägverzahnungen.
DIN-Klasse 3–5 · Ra ≤ 0,2 µm · API 613-konform · Vibrationsdämpfung · Turbinenöl-kompatibel · Mindestbestellmenge: 1 Stück
Herausgeber: Cxm
