Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul QKUK schätzt die Kupplungsleistung eines Kompressors aus dem geförderten Normvolumenstrom und dem spezifischen Leistungsbedarf ab. Damit lässt sich in einer frühen Projektphase der Antriebsleistungsbedarf einer Druckluft- oder Prozessgasverdichtung bestimmen, bevor eine detaillierte thermodynamische Verdichterauslegung oder ein Herstellerangebot vorliegt.
Ausgangspunkt ist der spezifische Leistungsbedarf, also die je Normvolumenstrom aufzuwendende Leistung für die geforderte Druckerhöhung. Dieser Basiswert wird über Korrekturen an die tatsächlichen Betriebsbedingungen angepasst: Die Ansaugtemperatur und die Rückkühltemperatur der Zwischenkühlung gehen als Temperaturkorrektur ein, die Anzahl der Kompressorstufen über einen Korrekturfaktor für den n-stufigen Verdichter. Das Ergebnis ist die an der Kupplung erforderliche Leistung als Auslegungsgröße für Motor, Getriebe und Energiebedarfsermittlung.
Solche Überschlagsrechnungen sind im Anlagenbau die übliche Grundlage, um Antriebsleistung, Energiekosten und Kühlwasserbedarf einer Kompressorstation zu budgetieren; die verbindliche Auslegung bleibt Aufgabe der Detailplanung mit dem Verdichterhersteller.
So läuft die Berechnung ab
- Fördermenge festlegen: Der Normvolumenstrom des zu verdichtenden Gases wird als Basisgröße eingegeben; auf ihn bezieht sich der spezifische Leistungsbedarf.
- Spezifischen Leistungsbedarf ansetzen: Für die geforderte Druckerhöhung wird der spezifische Leistungsbedarf angesetzt; er beschreibt die je Einheit Normvolumenstrom erforderliche Antriebsleistung des Verdichters unter Bezugsbedingungen.
- Temperatureinfluss korrigieren: Weichen Ansaugtemperatur und Rückkühltemperatur der Zwischenkühlung von den Bezugsbedingungen ab, wird der Leistungsbedarf über die Temperaturkorrektur angepasst – höhere Ansaug- oder Rückkühltemperaturen erhöhen die Verdichtungsarbeit.
- Stufenzahl berücksichtigen: Die Anzahl der Kompressorstufen geht über den Korrekturfaktor f des n-stufigen Kompressors ein: Mehr Stufen mit Zwischenkühlung nähern die Verdichtung dem isothermen Grenzfall an und senken den spezifischen Leistungsbedarf.
- Kupplungsleistung berechnen: Aus Normvolumenstrom, korrigiertem spezifischem Leistungsbedarf und Korrekturfaktor ergibt sich die Kupplungsleistung als Grundlage für die Auswahl von Antriebsmotor und Energiebedarfsermittlung.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Normvolumenstrom | VN | m³/h |
| spez. Leistungsbedarf | L | kWh/m³ |
| Anzahl der Stufen des Kompressors | n | – |
| Ansaugtemperatur | T1 | °C |
| Rückkühltemperatur | TR | °C |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Temperaturkorrektur | dT | °C |
| Korrekturfaktor (n-stufiger Kompressor) f | Kompressor) | – |
| Kupplungsleistung | Pku | kW |
Häufige Fragen
Was umfasst die Kupplungsleistung und was nicht?
Die Kupplungsleistung ist die an der Verdichterwelle bzw. Kupplung aufzubringende mechanische Leistung einschließlich der inneren und mechanischen Verluste des Kompressors. Nicht enthalten sind die Verluste von Motor, Frequenzumrichter und gegebenenfalls Getriebe – die elektrische Aufnahmeleistung liegt daher um deren Wirkungsgrade höher.
Warum senkt eine mehrstufige Verdichtung mit Zwischenkühlung den Leistungsbedarf?
Die Verdichtungsarbeit wächst mit der Gastemperatur am Stufeneintritt. Wird das Gas zwischen den Stufen auf die Rückkühltemperatur zurückgekühlt, nähert sich der Prozess der isothermen Verdichtung als theoretischem Minimum. Der Gewinn ist umso größer, je höher das Gesamtdruckverhältnis ist; deshalb geht die Stufenzahl über den Korrekturfaktor f in die Rechnung ein.
Wie genau ist eine solche Überschlagsrechnung?
Sie liefert typischerweise eine Genauigkeit im Bereich weniger Prozent bis etwa zehn Prozent, abhängig davon, wie gut der spezifische Leistungsbedarf zur tatsächlichen Bauart (Schrauben-, Kolben-, Turboverdichter) und zum Betriebspunkt passt. Für die Motorauswahl ist ein Zuschlag üblich; die verbindliche Leistungsangabe liefert die Herstellerauslegung nach ISO 1217 bzw. den einschlägigen Abnahmeregeln.
Worauf ist beim Normvolumenstrom zu achten?
Auf den Bezugszustand: Normvolumenstrom (z. B. 0 °C, 1,01325 bar), Standardvolumenstrom und Ansaugvolumenstrom unterscheiden sich erheblich. Der spezifische Leistungsbedarf muss auf denselben Bezugszustand bezogen sein wie der eingesetzte Volumenstrom, sonst ist das Ergebnis systematisch falsch.