Kälteverdichter (Schrauben)
Schraubenverdichter verdichten Kältemittel mit zwei kämmenden Schraubenrotoren statt einem Kolben — ein kontinuierlicher, vibrationsarmer Ausstoß bei größeren Leistungen als bei den Hubkolbeneinheiten, die typisch in Proviantanlagen stecken.
Typische Modelle.
Je Hersteller ein gut dokumentiertes Modell — mit Foto, Kennwerten und Datenblatt-Angaben auf der Modellseite.
Was man an einem Kälteverdichter (Schrauben) prüft.
366 Modelle von 12 Herstellern. Darunter die Hersteller im Überblick und die vollständige Modellliste.
Was einen Schraubenverdichter abhebt
Ein Schraubenverdichter verdichtet Kältemitteldampf zwischen zwei kämmenden Schraubenrotoren — einem Hauptrotor mit Zähnen, der einen Nebenrotor mit passenden Nuten treibt — in einem enggetoleranzten Gehäuse. Anders als die Hubkolbenverdichter der meisten Proviantkälteanlagen hat die Schraubenbauart keine Ventile, die tausende Male je Minute öffnen und schließen, und keine hin- und hergehende Masse auszuwuchten. Die Verdichtung ist kontinuierlich statt gepulst, was Verflüssigungsdruck und -temperatur ruhiger hält und die in das Maschinenfundament übertragene Vibration senkt. Das macht den Schraubenverdichter zur üblichen Wahl, sobald die geforderte Leistung über das hinauswächst, was eine mehrzylindrige Hubkolbeneinheit wirtschaftlich liefern kann — typisch auf größeren Proviantanlagen von Kreuzfahrt- und Fahrgasttonnage, auf Kühlladeraumssystemen und auf RSW-Anlagen (gekühltes Seewasser) von Fischereifahrzeugen. Unter dieser Leistungsschwelle bleiben Hubkolben- und Scrollverdichter verbreiteter, weil sie billiger zu überholen sind und Teillast-Takten besser vertragen.
Legende
- Gehäuse
- Nebenläufer
- Sauggas (Niederdruck)
- Antriebswelle
- Druckgas (Hochdruck)
- Hauptläufer
- Öleinspritzung (Kühlung und Abdichtung)
Hauptkomponenten
Rotorpaar und Gehäuse
Haupt- und Nebenrotor laufen mit kleinem, ölgedichtetem Spiel statt Metall auf Metall; der Ölfilm führt beim Durchgang durch den Rotoreingriff auch die Verdichtungswärme ab.
Schieberegler oder variabler Vi-Mechanismus
Die Leistung wird über einen inneren Regelschieber angepasst, der die wirksame Verdichtungslänge verkürzt — mit Regelbereich typisch zwischen 10% und 100% ohne Verdichterstopp — und der das innere Volumenverhältnis unabhängig an Verflüssigungs- und Verdampfungsbedingungen anpasst.
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Ölabscheider und Einspritzsystem
Weil Öl zum Dichten, Schmieren und Kühlen direkt in den Verdichtungsraum gespritzt wird, ist ein wirksamer Ölabscheider hinter dem Druckstutzen unerlässlich; zu hoher Mitriss hungert das System an Öl aus und verschmutzt mit der Zeit die Wärmetauscherflächen.
Saug- und Druckrückschlagventile, Economizer-Anschluss
Viele marine Schraubenverdichter tragen einen Economizer-Anschluss (Seitenport), der Flashgas aus einer Zwischendruckstufe zulässt und den Wirkungsgrad bei den tiefen Verdampfungstemperaturen von Gefrierräumen und Kühlladeräumen verbessert.
Auswahl und Auslegung
Die Auslegung treibt die geforderte Kälteleistung bei den Entwurfs-Verdampfungs- und -Verflüssigungstemperaturen, nicht der Hubraum allein, denn der volumetrische Wirkungsgrad fällt mit steigendem Druckverhältnis. Schlüsselzahlen zum Vergleich zwischen Angeboten:
- Kälteleistung (kW) bei einem genannten Verdampfungs-/Verflüssigungstemperaturpaar, keine generische Bemessung
- Eingebautes Volumenverhältnis (Vi) und ob es fest oder variabel ist
- Regelbereich des Schiebers und kleinste stabile Leistung
- Kältemittelverträglichkeit (R404A, R507, R134a oder die inzwischen auf Neubauten spezifizierten Ersatzstoffe mit niedrigerem GWP)
- Ölsorte und -füllung, denn Schraubenverdichter halten typisch eine größere Ölfüllung als eine Hubkolbeneinheit ähnlicher Leistung
Vorschriften und Klasse
Der Kältemittelumgang an Bord fällt unter die Berichtspflichten der MARPOL-Anlage VI für ozonschädigende Stoffe und zunehmend unter Beschränkungen von Flagge und Klasse für Kältemittel mit hohem GWP. Die Klassifikationsgesellschaften verlangen periodische Besichtigung der Kältemaschinen, die Laderäume oder Proviantsräume bedienen, einschließlich Druckbehälterinspektion von Ölabscheider und Verflüssiger und der Prüfung der Hoch- und Niederdruck-Abschaltpunkte. Wo die Anlage Laderäume eines Kühlschiffs bedient, verlangen die Redundanzregeln der Klasse typisch mindestens zwei Verdichter je Kreis, damit ein einzelner Ausfall den Laderaum nicht verliert.
Typische Fehler
| Fehler | Ursache | Folge |
|---|---|---|
| Übermäßiger Ölmitriss | Verschlissener oder verschmutzter Ölabscheider, Ölüberfüllung, Hochlastbetrieb | Ölansammlung im Verdampfer, Verlust der Wärmeübertragung, schließlich Ölmangel des Verdichters |
| Klemmender Regelschieber | Ölalterung, Schmutz im hydraulischen Stellöl | Verdichter hängt auf Voll- oder Teillast fest, Raumtemperatur unregelbar oder übermäßiges Takten |
| Zu geringe Sauggasüberhitzung / Flüssigkeitsschläge | Defektes Expansionsventil, Schwachlast mit schlechter Regelung | Rotor- und Lagerschäden, plötzliche Alarme hoher Verdichtungsendtemperatur |
| Hohe Verdichtungsendtemperatur | Zu wenig Ölstrom, hohes Druckverhältnis, Kältemittelunterfüllung | Ölzerfall, Rotorfressgefahr, automatische Auslösung |
Worauf es beim Lieferanten ankommt
- Dokumentierte Leistungskurven bei den tatsächlichen Verdampfungs-/Verflüssigungsbedingungen des Schiffsdienstes, nicht ein einzelner Bemessungspunkt
- Verfügbarkeit der konkreten Schieberantriebs- und Ölabscheider-Ersatzteile im Fahrtgebiet des Schiffs
- Erfahrung mit der für die Anlage spezifizierten Kältemittelfüllung, einschließlich eines etwaigen Umrüstpfads auf niedrig-GWP
- Referenzinstallationen vergleichbarer Leistung auf ähnlichen Schiffstypen
- Klare Ölspezifikation und Verträglichkeit mit dem Kältemittel, denn die beiden sind aufeinander abgestimmte Paare
Ölstand-Schauglas und Verdichtungsendtemperatur zusammen beobachten, nicht getrennt — ein Schraubenverdichter, dem das Öl knapp wird, zeigt oft noch einen normal aussehenden Förderdruck, bis die Lager nachgeben.
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