Die Hauptgründe für die Überhitzung der Kompressorablufttemperatur sind folgende: hohe Rücklufttemperatur, große Heizleistung des Motors, hohes Verdichtungsverhältnis, hoher Kondensationsdruck und ungeeignete Kältemittelwahl.
1. Rücklufttemperatur
Die Rücklufttemperatur steht in Abhängigkeit von der Verdampfungstemperatur. Um einen Rückfluss von Flüssigkeit zu verhindern, benötigen Rückluftleitungen im Allgemeinen eine Rückluftüberhitzung von 20 °C. Bei unzureichender Isolierung der Rückluftleitung übersteigt die Überhitzung 20 °C deutlich.
Je höher die Rücklufttemperatur, desto höher sind die Ansaug- und Abgastemperaturen im Zylinder. Mit jedem Anstieg der Rücklufttemperatur um 1 °C steigt auch die Abgastemperatur.
2. Motorerwärmung
Bei Kompressoren mit Rückluftkühlung wird der Kältemitteldampf beim Durchströmen des Motorraums durch den Motor erwärmt, wodurch die Ansaugtemperatur im Zylinder wieder ansteigt.
Die vom Motor erzeugte Wärme wird von Leistung und Wirkungsgrad beeinflusst, während der Stromverbrauch eng mit Hubraum, volumetrischem Wirkungsgrad, Betriebsbedingungen, Reibungswiderstand usw. zusammenhängt.
Bei halbhermetischen Kompressoren mit Rückluftkühlung liegt der Temperaturanstieg des Kältemittels im Motorraum zwischen 15 °C und 45 °C. Bei luftgekühlten Kompressoren durchströmt das Kältemittel nicht die Wicklungen, sodass keine Motorerwärmung auftritt.
3. Das Verdichtungsverhältnis ist zu hoch.
Die Abgastemperatur wird maßgeblich vom Verdichtungsverhältnis beeinflusst. Je höher das Verdichtungsverhältnis, desto höher die Abgastemperatur. Durch Senkung des Verdichtungsverhältnisses lässt sich die Abgastemperatur deutlich reduzieren, indem der Ansaugdruck erhöht und der Abgasdruck gesenkt wird.
Der Saugdruck wird durch den Verdampfungsdruck und den Saugleitungswiderstand bestimmt. Eine Erhöhung der Verdampfungstemperatur kann den Saugdruck effektiv steigern, das Verdichtungsverhältnis rasch reduzieren und dadurch die Abgastemperatur senken.
Die Praxis zeigt, dass die Senkung der Abgastemperatur durch Erhöhung des Saugdrucks einfacher und effektiver ist als andere Methoden.
Die Hauptursache für zu hohen Abgasdruck ist ein zu hoher Kondensationsdruck. Eine unzureichende Kühlfläche des Kondensators, Kalkablagerungen, ein zu geringes Kühlluft- oder Kühlwasservolumen sowie zu hohe Kühlwasser- oder Lufttemperaturen können zu einem zu hohen Kondensationsdruck führen. Daher ist es entscheidend, eine geeignete Kondensationsfläche zu wählen und einen ausreichenden Kühlmediumdurchfluss sicherzustellen.
Hochtemperatur- und Klimaanlagenkompressoren sind für den Betrieb mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis ausgelegt. Nach dem Einsatz in Kälteanlagen steigt das Verdichtungsverhältnis exponentiell an, die Abgastemperatur ist sehr hoch, und die Kühlung kann nicht mehr mithalten, was zu Überhitzung führt. Vermeiden Sie daher den Betrieb des Kompressors außerhalb seines zulässigen Bereichs und betreiben Sie ihn unterhalb des minimal möglichen Verdichtungsverhältnisses. In einigen kryogenen Systemen ist Überhitzung die Hauptursache für Kompressorausfälle.
4. Antiexpansions- und Gasmischungsmechanismen
Nach Beginn des Ansaugtakts entspannt sich das im Zylinderspalt eingeschlossene Hochdruckgas. Nach der Entspannung kehrt der Gasdruck zum Ansaugdruck zurück, wobei die zum Komprimieren dieses Gasanteils benötigte Energie verloren geht. Je kleiner der Spalt, desto geringer der durch die Entspannung bedingte Energieverlust und desto größer das Ansaugvolumen, was die Energieeffizienz des Kompressors deutlich erhöht.
Während des Entspannungsprozesses kommt das Gas mit den Hochtemperaturoberflächen der Ventilplatte, des Kolbenbodens und des Zylinderbodens in Kontakt und absorbiert Wärme, sodass die Gastemperatur am Ende der Entspannung nicht auf die Ansaugtemperatur absinkt.
Nach Abschluss der Entlastung beginnt der Ansaugvorgang. Beim Eintritt in den Zylinder vermischt sich das Gas einerseits mit dem Entlastungsgas, wodurch sich seine Temperatur erhöht; andererseits nimmt das Gasgemisch Wärme von der Zylinderwand auf und erwärmt sich ebenfalls. Daher ist die Gastemperatur zu Beginn des Kompressionsprozesses höher als die Ansaugtemperatur. Da die Entlastung und der Ansaugvorgang jedoch sehr kurz sind, ist der tatsächliche Temperaturanstieg sehr gering und beträgt in der Regel weniger als 5 °C.
Die durch das Zylinderspiel bedingte Antiexpansion ist eine unvermeidbare Schwäche herkömmlicher Kolbenkompressoren. Kann das Gas in der Entlüftungsbohrung der Ventilplatte nicht entweichen, kommt es zu einer Rückexpansion.
5. Temperaturanstieg bei der Kompression und Kältemitteltyp
Unterschiedliche Kältemittel weisen unterschiedliche thermophysikalische Eigenschaften auf, wodurch die Abgastemperatur nach demselben Kompressionsprozess unterschiedlich ansteigt. Daher sollten für unterschiedliche Kühltemperaturen unterschiedliche Kältemittel ausgewählt werden.
6. Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Bei normalem Betrieb des Kompressors innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs sollten keine Überhitzungserscheinungen wie hohe Motor- oder Abgastemperaturen auftreten. Eine Kompressorüberhitzung ist ein wichtiges Fehlersignal, das auf ein schwerwiegendes Problem im Kältesystem oder auf unsachgemäße Verwendung und Wartung des Kompressors hinweist.
Liegt die Ursache der Kompressorüberhitzung im Kältesystem, lässt sich das Problem nur durch eine Verbesserung der Konstruktion und Wartung des Kältesystems beheben. Der Austausch des Kompressors allein reicht nicht aus, um das Überhitzungsproblem dauerhaft zu beseitigen.
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Veröffentlichungsdatum: 13. März 2024