Membrankompressoren sind eine spezielle Art von Kompressoren, die aufgrund ihrer einzigartigen Struktur und ihres Funktionsprinzips in vielen Bereichen eine wichtige Rolle spielen.
1. Struktureller Aufbau des Membrankompressors
Der Membrankompressor besteht im Wesentlichen aus folgenden Teilen:
1.1 Antriebsmechanismus
Der Kompressor wird üblicherweise von einem Elektromotor oder Verbrennungsmotor angetrieben und über Riemen-, Zahnrad- oder Direktantrieb auf die Kurbelwelle übertragen. Der Antriebsmechanismus sorgt für eine stabile Stromversorgung des Kompressors und stellt so dessen normalen Betrieb sicher.
Beispielsweise kann bei einigen kleinen Membrankompressoren ein Einphasenmotor als Antriebsmechanismus verwendet werden, während bei großen industriellen Membrankompressoren Hochleistungs-Dreiphasenmotoren oder Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen können.
1.2 Kurbelwellen-Pleuelstangenmechanismus
Der Kurbelwellen-Pleuelmechanismus ist eine der Kernkomponenten des Membrankompressors. Er besteht aus Kurbelwelle, Pleuelstange und Kreuzkopf und wandelt die Drehbewegung des Antriebsmechanismus in eine lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens um. Die Drehung der Kurbelwelle versetzt die Pleuelstange in Schwingung und drückt dadurch den Kreuzkopf, der im Schlitten eine Hin- und Herbewegung ausführt.
Beispielsweise werden bei der Konstruktion von Kurbelwellen typischerweise hochfeste legierte Stähle verwendet, die durch Präzisionsbearbeitung und Wärmebehandlung ausreichende Festigkeit und Steifigkeit gewährleisten. Die Pleuelstange besteht aus hochwertigem Schmiedestahl und gewährleistet durch präzise Verarbeitung und Montage eine zuverlässige Verbindung mit Kurbelwelle und Kreuzkopf.
1.3 Kolben- und Zylinderkörper
Der Kolben ist das Bauteil eines Membrankompressors, das in direktem Kontakt mit dem Gas steht. Er führt im Zylinder eine Hin- und Herbewegung aus, um die Gaskompression zu erreichen. Der Zylinderkörper besteht üblicherweise aus hochfestem Gusseisen oder Stahlguss mit guter Druckbeständigkeit. Dichtungen zwischen Kolben und Zylinder verhindern Gasleckagen.
Beispielsweise wird die Oberfläche des Kolbens üblicherweise mit speziellen Verfahren wie Verchromen oder Vernickeln behandelt, um seine Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Auch die Auswahl der Dichtungskomponenten ist entscheidend. In der Regel werden Hochleistungsdichtungen aus Gummi oder Metall verwendet, um eine gute Dichtwirkung zu gewährleisten.
1.4 Membrankomponenten
Die Membrankomponente ist eine Schlüsselkomponente des Membrankompressors. Sie isoliert das Druckgas vom Schmieröl und dem Antriebsmechanismus und gewährleistet so die Reinheit des Druckgases. Membrankomponenten bestehen üblicherweise aus Membranplatten, Membranschalen, Membrandruckplatten usw. Membranplatten bestehen in der Regel aus hochfesten Metall- oder Gummimaterialien, die eine gute Elastizität und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Beispielsweise bestehen Metallmembranplatten üblicherweise aus Materialien wie Edelstahl und Titanlegierungen und werden durch spezielle Verfahren verarbeitet, um eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Die Gummimembran besteht aus speziellem synthetischem Gummimaterial mit guten Elastizitäts- und Dichteigenschaften. Membranschale und Membrandruckplatte fixieren die Membran und stellen sicher, dass sie sich während des Betriebs nicht verformt oder bricht.
1.5 Gasventil und Kühlsystem
Das Gasventil ist eine Komponente eines Membrankompressors, die den Gasein- und -ausfluss steuert. Seine Leistung beeinflusst direkt die Effizienz und Zuverlässigkeit des Kompressors. Das Luftventil ist üblicherweise ein automatisches Ventil oder ein Zwangsventil und wird entsprechend den Betriebsdruck- und Durchflussanforderungen des Kompressors ausgewählt. Das Kühlsystem reduziert die vom Kompressor während des Betriebs erzeugte Wärme und gewährleistet so den normalen Betrieb des Kompressors.
Automatische Ventile verwenden beispielsweise üblicherweise eine Feder oder Membran als Ventilkern, der sich durch Änderungen des Gasdrucks automatisch öffnet und schließt. Das Zwangsventil muss durch externe Antriebsmechanismen wie elektromagnetische oder pneumatische Antriebe gesteuert werden. Das Kühlsystem kann je nach Betriebsumgebung und Anforderungen des Kompressors luft- oder wassergekühlt sein.
2. Funktionsprinzip des Membrankompressors
Der Arbeitsprozess eines Membrankompressors kann in drei Phasen unterteilt werden: Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen:
2.1 Inhalationsphase
Wenn sich der Kolben nach rechts bewegt, sinkt der Druck im Zylinder, das Einlassventil öffnet sich und externes Gas gelangt durch das Ansaugrohr in den Zylinderkörper. Zu diesem Zeitpunkt biegt sich die Membranplatte unter der Einwirkung des Drucks im Zylinder und des Drucks in der Membrankammer nach links, und das Volumen der Membrankammer vergrößert sich, wodurch ein Saugvorgang entsteht.
Beispielsweise wird während des Einatmens das Öffnen und Schließen des Einlassventils durch die Druckdifferenz innerhalb und außerhalb des Zylinderblocks gesteuert. Wenn der Druck im Zylinder niedriger als der Außendruck ist, öffnet sich das Einlassventil automatisch und das externe Gas tritt in den Zylinderkörper ein. Wenn der Druck im Zylinder gleich dem Außendruck ist, schließt das Einlassventil automatisch und der Saugvorgang endet.
2.2 Kompressionsstufe
Wenn sich der Kolben nach links bewegt, steigt der Druck im Zylinder allmählich an, das Einlassventil schließt, das Auslassventil bleibt geschlossen. In diesem Moment biegt sich die Membranplatte unter dem Druck im Zylinder nach rechts, wodurch das Volumen der Membrankammer reduziert und das Gas komprimiert wird. Während sich der Kolben weiterbewegt, steigt der Druck im Zylinder kontinuierlich an, bis der eingestellte Kompressionsdruck erreicht ist.
Beispielsweise wird während der Kompression die Biegeverformung der Membran durch die Differenz zwischen dem Druck im Zylinder und dem Druck in der Membrankammer bestimmt. Wenn der Druck im Zylinder höher ist als der Druck in der Membrankammer, biegt sich die Membranplatte nach rechts und komprimiert das Gas. Wenn der Druck im Zylinder gleich dem Druck in der Membrankammer ist, befindet sich die Membran im Gleichgewicht und der Kompressionsvorgang endet.
3.3 Abgasstufe
Wenn der Druck im Zylinder den eingestellten Kompressionsdruck erreicht, öffnet sich das Auslassventil und komprimiertes Gas wird durch das Auspuffrohr aus dem Zylinder abgelassen. An diesem Punkt biegt sich die Membranplatte unter dem Druck im Zylinder und in der Membrankammer nach links, wodurch das Volumen der Membrankammer vergrößert wird und der nächste Saugvorgang vorbereitet wird.
Beispielsweise wird während des Auspuffvorgangs das Öffnen und Schließen des Auslassventils durch die Differenz zwischen dem Druck im Zylinder und dem Druck im Auspuffrohr gesteuert. Wenn der Druck im Zylinder höher ist als der Druck im Auspuffrohr, öffnet sich das Auslassventil automatisch und Druckgas wird aus dem Zylinderkörper abgelassen. Wenn der Druck im Zylinder gleich dem Druck im Auspuffrohr ist, schließt das Auslassventil automatisch und der Auspuffvorgang endet.
3. Eigenschaften und Anwendungen von Membrankompressoren
3.1 Eigenschaften
Hohe Reinheit des Druckgases: Durch die Membran, die das Druckgas vom Schmieröl und dem Antriebsmechanismus trennt, wird das Druckgas nicht durch Schmieröl und Verunreinigungen verunreinigt, was zu einer hohen Reinheit führt.
Gute Abdichtung: Der Membrankompressor verfügt über eine spezielle Dichtungsstruktur, die Gaslecks wirksam verhindern und Kompressionseffizienz und Sicherheit gewährleisten kann.
Reibungsloser Betrieb: Während des Betriebs des Membrankompressors ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens relativ niedrig und es besteht kein direkter Kontakt zwischen Metallteilen, sodass der Betrieb reibungslos und die Geräuschentwicklung gering ist.
Starke Anpassungsfähigkeit: Membrankompressoren können sich an verschiedene Anforderungen an die Gaskompression anpassen, darunter Hochdruck-, hochreine sowie brennbare und explosive Spezialgase.
3.2 Anwendung
Petrochemische Industrie: Wird zum Komprimieren von Gasen wie Wasserstoff, Stickstoff, Erdgas usw. verwendet und liefert Rohstoffe und Energie für die chemische Produktion.
Lebensmittel- und Pharmaindustrie: Wird zum Komprimieren von Gasen wie Luft und Stickstoff verwendet und sorgt für eine saubere Gasumgebung für die Lebensmittelverarbeitung und die Arzneimittelproduktion.
Elektronische Halbleiterindustrie: Wird zum Komprimieren hochreiner Gase wie Stickstoff, Wasserstoff, Helium usw. verwendet und bietet eine hochreine Gasumgebung für die Herstellung elektronischer Chips und Halbleiter.
Im Bereich wissenschaftlicher Forschungsexperimente wird es zum Komprimieren verschiedener Spezialgase und zur Bereitstellung einer stabilen Gasversorgung für wissenschaftliche Forschungsexperimente verwendet.
Kurz gesagt: Membrankompressoren spielen aufgrund ihrer einzigartigen Struktur und ihres Funktionsprinzips in vielen Bereichen eine wichtige Rolle. Das Verständnis des Funktionsprinzips von Membrankompressoren kann dazu beitragen, diese Geräte besser zu nutzen und zu warten sowie ihre Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern.
Veröffentlichungszeit: 12. September 2024