Potenzial von nicht-konstanter Rotorsteigung für Schraubenkompressoren

Schraubenkompressoren sind in der Industrie weit verbreitet und dadurch für einen großen Teil des weltweiten elektrischen Energieumsatzes verantwortlich. Die in der Regel in Schraubenkompressoren verwendeten Rotoren mit konstanter Rotorsteigung stellen dabei stets einen Kompromiss zwischen den beiden primär vorherrschenden dissipativen Mechanismen, Spaltmassenströmen und Auslassdrosselung, dar. Rotoren mit nicht-konstanter Rotorsteigung bieten eine vielversprechende Möglichkeit zur energetischen Verbesserung von Schraubenkompressoren.

In diesem Band wird das Potenzial nicht-konstanter Rotorsteigung auf Grundlage dimensionsloser Kennzahlen für eine große Variationsbreite an Randbedingungen untersucht. Die Genauigkeit der dafür durchgeführten Kammermodellsimulationen hängt in großem Maße von der Modellierung der maschineninternen Spaltmassenströme ab. Mithilfe von CFD-Simulationen wird daher der Durchfluss durch die Stirn- und Gehäusespalte untersucht und die Ergebnisse anhand eines Versuchsstandes experimentell validiert. Die Ergebnisse fließen anschließend in Form von Strömungsbeiwerten in die Simulation der Schraubenkompressoren ein. Die nicht-konstante Rotorsteigung wird anhand zweier geometrischer Konzepte untersucht und die optimalen Rotorgeometrien sowie die zugehörigen Gütegrade mit der optimalen Lösung konstanter Rotorsteigung gegenübergestellt. Das theoretisch bestimmte Potenzial wird schließlich anhand eines öleingespritzten Prototyps mit nicht-konstanter Rotorsteigung experimentell validiert.