
Gasgebläse und Luftgebläse gehören zu den Maschinen mit Förderdruckwirkung. Diese Kategorie steht hinsichtlich des erreichten Förderdruckes zwischen Lüftern und Verdichtern. Genaue Abgrenzung zwischen den Verdichterausrüstungen und Luftgebläsen gibt es nicht, so dass die Ausrüstungen, die vom Förderüberdruck (0,5 - 2 atü) funktionieren, sowohl als Luftgebläse als auch als Verdichter eingestuft werden können.
Luftgebläse kann man auch als Niederdruckverdichter betrachten, die zur Luftzuführung oder Vakuumerzeugung dienen. Deren Hauptbestimmungszweck ist die Belüftung der Schwimmbäder, Teiche und Wasserreinigungsanlagen sowie der Transport von Pulvermaterial. Verschiedene Verdichter unterschieden sich sowohl durch die Stärke des Luftstromes, als auch durch die Funktionsweise, von der letztendlich die Zweckbestimmung des Luftgebläses abhängt.
Es sind zahlreiche Arten von Luftgebläsen bekannt: Rotationsgebläse, Nockengebläse, Turbogebläse für den Einsatz in großen Produktionsbetrieben und Kombinaten etc. Sie finden breite Anwendung als Antrieb von Druckluftwerkzeugen. Die Betriebe und Werke, die mit dem Umschmelzen von Metallen direkt verbunden sind, haben unbedingt die oben genannten Ausrüstungen in ihrem Bestand. Das nächste Anwendungsgebiet der Luftgebläse: Be- und Entlüftung sowie die Konditionierungssysteme. Um die Konditionierung gebührender Qualität zu gewährleisten, werden im Baugewerbe rotierende Plattengebläse (öllose Luftgebläse) verwendet. Die Rotationsgebläse funktionieren ohne Öl, so dass die eingeblasene Luft nicht durch Öldämpfe verunreinigt wird. Für die Konditionierung in der Medizin- und Nahrungsmittelindustrie wird ebenfalls dieser Gebläsetyp empfohlen. Diese Gebläse finden breite Anwendung in den Kesselanlagen, bei der Belüftung von Kläranlagen, bei der Luftzuführung in die Öfen sowie zur Reinigung von Filterausrüstungen.
Klassifizierung der Luft- und Gasgebläse
Am allgemeinsten ist die Einteilung nach dem Funktionsprinzip sowie nach der konstruktiven Ausführung. Man unterscheidet drei Hauptgruppen:
Die Rotorgebläse gehören zu den Maschinen mit Volumenwirkung. Aber im Unterschied zu den Kolbengebläsen wird bei ihnen die Arbeitskammer durch das Abtrennen eines Teils des Raumes durch das Gehäuse des Gasgebläses und deren bewegliche Teile erzeugt: Rotoren oder Platten, die sich am Rotor.
Axiale Schaufelgebläse dienen für die Zuführung von Arbeitsmedien mit großer Durchflussrate, aber beim kleinen Druck. Wie aus dem Namen folgt, stimmt die Bewegungsrichtung des Mediums mit der Achse des Gasgebläses. Das Ganze funktioniert folgenderweise: die an der Buchse unter einem bestimmten Winkel befestigten Schaufeln bilden das Arbeitsrad. Wenn sich dieses dreht, übergibt es an das Arbeitsmedium Energie und bewegt das Medium entlang der Gebläseachse.
Der Funktionsweise von Kolbengebläsen liegen die Prozesse des Einsaugens und Verdrängens des Mediums mit Hilfe eines Kolbens aus der Arbeitskammer zugrunde. Das Funktionsprinzip des Kolbengebläses beruht auf der Vor- und Rückwärtsbewegung des Kolbens und der Benutzung von einseitigen Ventilen; diese ermöglichen das Einsaugen und den Förderdruck. Die kontinuierlichen Kolbenbewegungen bedingen eine ungleichmäßige Zuführung, während die Trägheitskräfte die Geschwindigkeit des Gebläsekolbens begrenzen.
Platten-Gasgebläse
Diese Gebläse gehören zum Rotortyp. Der Rotor wird im zylindrischen Teil des Gehäuses untergebracht und ist gegenüber dessen Achse etwas versetzt, d.h. ist exzentrisch angeordnet. Außerdem ist er mit Platten versehen, denen er seinen Namen verdankt. Die Platten sind nicht starr befestigt, sondern können sich in speziellen Nuten, die sich im Rotor befinden, hin- und herbewegen. Beim Rotieren werden die Platten durch die Zentrifugalkraft an das Gehäuse gedrückt. Dadurch werden eingeschränkte Gasumfänge, die sich vom Einsaugstutzen zum Förderdruckstutzen bewegen, abgetrennt. Das Andrücken der Platten ans Gehäuse kann auch mit Hilfe von Federn erfolgen, die in den Rotor eingebaut sind. Durch die versetzen Rotorachsen im zylindrischen Teil des Gehäuses wird das von den Platten abgetrennte Gasumfang bei der Annäherung an den Ausgang aus dem Gasgebläse verringert und damit eine Druckerhöhung erzielt.
Damit diese Konstruktion effektiv funktioniert, sind die Rotoren mit Schaufeln und das Gebläsegehäuse mit minimalen Toleranzwerten auszuführen: je dichter das Anliegen der Details mit geringerer Toleranz, desto kleiner die Spaltfuge, so dass das Gebläse effizienter und sparsamer arbeiten wird. Die Einhaltung solcher Genauigkeitsanforderungen bei der Herstellung des Gebläsemechanismus zieht solche Faktoren nach sich wie übermäßige Empfindlichkeit gegenüber Überschreitung der Betriebstemperatur. Deshalb ist es grundsätzlich unzulässig, die Rotorgebläse unter Temperaturen zu nutzen, die über den Nennwerten liegen, ebenso wie bei der Überschreitung der Wellendrehzahl. Bei hoher Temperatur sind die Rotorschaufeln der Temperaturausdehnung ausgesetzt, was zum Verklemmen des Mechanismus führen kann. Die Gehäuse der Zweirotor-Gebläse, die mit Aussenberippung hergestellt sind, zeichnen sich durch gute Wärmeabfuhr aus und erhöhen somit die Funktionssicherheit des Gebläses insgesamt. Die Zweirotor-Gebläse können Leistungsregulierung in einem weiten Bereich ermöglichen, soweit ein Frequenzumwandler genutzt, sowie unter beliebigen Druckverhältnissen stabil funktionieren, soweit der höchstzulässige Wert überschritten wird. Die Zahnradverdichter unterscheiden sich durch die Anordnung, die verwendeten Werkstoffe, das Vorhandensein von Rückventilen und deren Typ, die Getriebeart (Riemen- oder Muffengetriebe), die Art der Dichtungsverbindungen zwischen der Arbeitskammer und dem Zahnradblock sowie durch die Explosionsschutzklasse.
Beim vorgestellten Gasgebläse-Typ sind die Platten jene Elemente, die besonders dem Verschleiß ausgesetzt sind. Sie können beim Ausfall leicht ausgewechselt werden. Außerdem gehört zu den Vorteilen der Plattengebläse, dass sie das umgepumpte Medium nicht durch das Schmieröl verunreinigen, weil sie ölfrei arbeiten. Die große Anzahl von Platten glättet die Pulsierung des Ausgabestroms; damit wird die Wirkung eines der Hauptmängel von Volumengebläsen vermindert.
Zweirotor-Gasgebläse
Falls Notwendigkeit besteht, hohe Druckwerte zu erzeugen, kann man Zweirotorgebläse einsetzen. Zu den Vorteilen der Zweirotorgebläse gehören deren Zweckdienlichkeit, niedriger Lärmpegel, lange Lebensdauer, Schwingungsarmut sowie relativ einfache konstruktive Ausführung. Der einzige Nachteil dieser Gebläseart ist deren relativ niedrige Energieintensität. Davon ausgehend sind für die richtige Auswahl der Ausrüstungen nicht nur deren Betriebsparameter, sondern auch deren Energieverbrauch – insbesondere, wenn es vorgesehen ist, die Gebläseverdichter im ununterbrochenen Dauerbetrieb zu betreiben.
Der Hubraum des Zweirotor-Gebläses ist mit zwei synchron rotierenden Rotoren ausgestattet. Diese entnehmen das Gas aus dem Einsaugstutzen und transportieren es zum Förderdruck-Stutzen. Die Rotoren fungieren als rotierende Kolben. Sobald das transportierte Gas auf den Förderdruck-Stutzen stößt, geschieht sprunghafter (beinahe adiabatischer) Druckanstieg. Eine synchrone Rotierung der Rotormechanismen erreicht man mittels Zahnradgetriebe. Deshalb firmieren die Gasgebläse dieser Art häufig unter dem Namen Zahnradverdichter. Das Zahnradgetriebe ermöglicht synchronen und dabei kontaktlosen Betrieb beider Rotoren. Bei dieser Betriebsart berühren sich die Schaufeln der Rotormechanismen weder miteinander noch mit dem Außenmantel der Vorrichtung, so dass man auf deren Schmierung verzichten kann. Geschmiert werden müssen nur die Zahnräder und die Lagerteile, die sich in einer gesonderten Schmierkammer befinden. Damit wird es vermieden, dass die Schmiermittel oder Metallstaub bzw. Metallspäne in den hineingepressten Luftstrom gelangen.
Zu den negativen Faktoren betreffend den Betrieb und folglich auch die Konstruktion der Luftgebläse zählt man das Pulsieren des Luftstromes, welches zu Schwingungseinwirkungen führt, was zum teilweisen Verschleiß des Mechanismus führt. Die Schwingungen erhöhen auch den Lärmpegel beim Betrieb des Luftgebläses. Zur Verminderung der Schwingungsauswirkung auf das Gebläse werden Dämpfungskissen aufgestellt sowie eine schallisolierende Haube verwendet. Zur Vermeidung der Schwingungsauswirkungen аuf die Verteilungsnetze können Ausgleichselemente (Kompensatoren) verwendet werden.
Die heutzutage hergestellten Zweirotor-Gasgebläse kann man in zwei Gruppen einteilen:
Der erste Typ ist leichter herzustellen und damit auch billiger, aber dessen Betriebsparameter können mit den ähnlichen Parametern der Getriebe des zweiten Typs nicht mithalten. Die Dreischaufeln-Gebläse besitzen mehrere Vorteile, insbesondere höhere Wirksamkeit und Funktionssicherheit. Die Schaufeln sind in einem Dreischaufeln-Mechanismus unter einem 120°-Winkel platziert (bei Zweischaufeln-Modellen unter 180°). Damit verringert sich die Kraft der seitlichen Verschiebung, die bei der Gaskomprimierung entsteht, und somit auch das Risiko, dass die Schaufeln sich berühren, was zur Verklemmung des Mechanismus führen kann. Somit sind die Dreischaufeln-Gebläse weniger dem Verschleiß ausgesetzt. Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen den Zweischaufeln- und Dreischaufeln-Gebläsen besteht darin, dass ein Zweischaufeln-Gebläse vier Komprimierungsoperationen pro vollständige Umdrehung ausführt, und ein Dreischaufeln-Gebläse sechs Komprimierungen, jedoch bei einem geringeren Komprimierungsumfang. Da der komprimierte Luftumfang bei einem 3-Schaufeln-Gebläse geringer ist, wird bei geringerer Pulsierungsamplitude größere Pulsierungsfrequenz gewährleistet, was zum Ausgleichen des zugeführten Gasstroms beiträgt.
Die Gasgebläse dieses Typs werden mit Erfolg in der beispielsweise für den Transport von Wasserstoffchlorid bei der Erzeugung von Schaumstyrol. In diesem Fall arbeiten die Gasgebläse mit Aktivgas; deshalb werden deren Elemente aus rostfreien Stählen gemacht, um die Korrosionswirkung von Gas zu verhindern. Außerdem finden die Rotorgebläse Anwendung in Kernkraftwerken für das Luftdurchpumpen durch die Gasreiniger, bei der Stahlerzeugung, beim Abpumpen von Methan aus Kohlegruben etc. Die von Gasgebläsen beförderten Gase dürfen keine mechanischen Beimengungen oder Flüssigkeitssuspensionen enthalten. Außerdem müssen sie nicht aggressiv gegenüber den Konstruktionswerkstoffen des Gebläses und nicht explosionsgefährdet während des Umpumpens sein.
Turbo-Luftgebläse
Bei hohen Druckluft-Durchflussmengen und einem Druckgefälle von maximal 10 m – z.B. in Belüftungsstationen und ähnlichen Anlagen – kommen die Turbogebläse zum Einsatz. Dort, wo das Druckgefälle über 10 m liegt, verwendet man mehrstufige Turbogebläse, die ein Druckgefälle bis zu 30 m gewährleisten können. Das Funktionsprinzip der Turbogebläse ist dasselbe wie bei den Kreiselpumpen. Die Luft wird komprimiert und hineingepresst durch Zentrifugalkraft, die durch Rotationsbewegung eines Kreiselrades erzeugt wird. Aus dem Kreiselrad gelangt die Luft in einen unbeweglichen ringförmigen Diffusor. Der Diffusor bildet zusammen mit den Schaufeln den Leitapparat, dient zur Umwandlung kinetischer Energie des Luftstromes in die potentielle Energie (Druckgefälle). Im Einsaugmodus können sie einen Unterdruck im Bereich von 10 bis 50 kPa (in manchen Fällen sogar bis zu 90 kPa) erzeugen, d.h. in die Rolle von Vakuumpumpen mit einem niedrigen Vakuumniveau schlüpfen).
Die Turbo-Luftgebläse werden in ein- und mehrstufige eingeteilt. Die Einstufigen können bei einem Druckgefälle von 3 bis 6 m arbeiten. Die mehrstufigen Turbogebläse hingegen erzeugen ein Druckgefälle bis zu 30 m und werden mit maximal 4 Stufen ausgestattet, wobei das Einsaugen ein- oder zweiseitig erfolgen kann. Solche Turbogebläse besitzen gewöhnlich ein gegossenes Gehäuse aus Gusseisen mit axialer Steckverbindung, bestehend aus Sektionen, die durch Trennwände (Membranen) getrennt sind. Der im Gehäuse untergebrachte Drehkolben (Rotor) besteht aus einer Welle mit darauf gesteckten Kreiselrädern. Die Rotorwelle hat eine stufenartige Form mit einer Verdickung von den Enden auf die Mitte hin und stützt sich auf zwei oder drei Kugellager-Halterungen, die gewöhnlich aus Kohlenstoff-Stahl hergestellt werden. Eine andere Möglichkeit der Druckerhöhung in den Turbogebläsen, die es gestattet, das Gerät kompakter zu machen, besteht in einer Erhöhung der Rotor-Drehzahl. Dies wird durch die Abwendung eines drehzahlerhöhenden Übersetzungsgetriebes erreicht.
Die Kreiselräder haben bei den Turbogebläsen in der Regel eine geschlossene Form mit nach hinten gebogenen Schaufeln. So eine Konstruktion zeichnet sich durch einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad aus und sorgt für stabilen Betrieb in einem weiten Bereich. Die Schaufeln werden aus nickellegierten Stahl und die Scheiben aus Chrom-Molybdän-Stahl oder aus einem hochwertigen kohlenstoffhaltigen Stahl hergestellt.
Die Turbogebläse finden Anwendung in der Belüftung (z.B. für die Luftsättigung des Wassers), in den Systemen zum Transport von rieselfähigen Stoffen (Schüttgütern) in der Nahrungsmittelindustrie, zur Erzeugung von Warmluftschleiern, als Druckstromerzeuger für Reinigungsanlagen, zur Trocknung der Transportverpackungen, zum Entfernen von Feuchtigkeit von den Oberflächen vor der Beschichtung sowie in den Trocknungsanlagen an den Autowasch-Stationen.
Wirbel-Gasgebläse
Zu den dynamisch wirkenden Gebläsen gehören die Wirbelgebläse mit seitlichen Kanälen. Während in den Zentrifugalgebläsen das Gas ein einziges Mal durch die Radschaufeln von der Mitte in Radialrichtung weggeschoben wird, kehrt das Gas bei den Wirbelgebläsen entlang der Innenwand des seitlichen Kanals zur Achse zurück und gelangt dann erneut in den Wirkungsbereich desselben Kreiselrades. Da das Kreiselrad wiederholt auf das Gas einwirkt, nimmt die ihm übertragene kinetische Energie zu und trägt zur Druckerhöhung bei. Die Wirbelgebläse arbeiten fast geräuschlos, haben eine kompakte Form, ausreichende Funktionssicherheit und sind bedienfreundlich. Aber beim Wirkungsgrad sind sie den Konkurrenten vom Zweirotor- und Zentrifugaltyp unterlegen. Deshalb ist deren Anwendung vor allem dann ratsam, wenn die Stromkosten am Ende keine wesentliche Rolle spielen.
Die Anwendungsgebiete der Wirbelgebläse sind recht mannigfaltig: die Belüftung der Abwasser-Kläranlagen, die Brenner-Luftversorgung, die Trocknung der gläsernen Transportverpackungen, die Behandlung von Nahrungsmitteln. Deren Anwendbarkeit ist grundsätzlich überaus hoch und umfasst solche Gebiete wie:
Kolben-Gasgebläse
Das Hineinpressen und Verdichten des Mediums erfolgt in den Gebläsen dieses Typs durch den Einsatz eines Kolbens, der das entsprechende Gasvolumen aus der Arbeitskammer verdrängt. Die Vor- und Rückbewegungen des Kolbens werden gewöhnlich durch ein Kurbelgetriebe erzeugt, wobei die Bewegung primär von einer Antriebswelle stammt, die mit der Motorwelle verbunden ist. Die Bewegungsrichtung des eingepressten Mediums wird mit Hilfe von Rücklaufventilen kontrolliert. Bei diesem Gebläsetyp unterscheidet man einzelne Betriebszyklen, die jeweils in mehrere Phasen unterteilt sind. Während der Einsaugphase führt der Kolben einen Rückwärtshub aus, wodurch in der Arbeitskammer Unterdruck erzeugt und durch das Ventil aus dem Einsaugstutzen eine Portion Gas entnommen wird, wobei das Ventil des Einpresskanals geschlossen bleibt. Während der Einpressphase führt der Kolben einen Vorwärtshub aus, und es kommt zur umgekehrten Situation: das Ventil des Einsaugstutzens schließt; dabei wird durch das sich öffnende Ventil des Einpressstutzens bestimmtes Gasvolumen aus der Arbeitskammer hinausgedrängt.
Gasgebläseantriebe
Ähnlich wie bei überwiegender Anzahl eingesetzter Ausrüstungen wird der Betrieb von Gebläsen durch elektrischen oder andersartigen Motor gewährleistet, der die Energie des genutzten Treibstoffes in die Energie der Rotationsbewegung umwandelt und sie dann zur Antriebwelle des Gasgebläses überträgt. Die Übertragung der Rotationsbewegung kann mit Hilfe unterschiedlicher Antriebstypen geschehen. Dementsprechend unterscheidet man folgende Gebläsetypen:
Bei den Muffengebläsen erfolgt die Übertragung des Rotationsmomentes vom Elektromotor zur Verdichtereinheit mittels einer elastischen Kupplung. Deren Einsaug- und Zufuhrlinien können horizontal oder vertikal angeordnet sein.
Die Riemengebläse sind Vorrichtungen, bei denen das Rotationsmoment mittels Keilriemengetriebe vom Elektromotor zur Verdichtereinheit übertragen wird. Sämtliche Komponenten werden an einem gemeinsamen Metallrahmen angeordnet, wodurch Transport und Anschluss des Gebläses an die jeweiligen Leitungen einer Fernrohrleitung erleichtert wird.
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