Gussteile von Kompressorgehäusen: Was Gerätehersteller beachten sollten

Ein Kompressorgehäuse, das seinen hydrostatischen Test bei 1,5-fachem Arbeitsdruck nicht besteht, wurde bereits bearbeitet, geprüft und in einen Montageplatz gebucht. Aus diesem Grund betrachten Gerätehersteller Kompressorgehäusegussteile zunächst als Risikoentscheidung und erst dann als Kaufentscheidung.

Ein Kompressorgehäusegussteil ist die druckhaltige Hülle eines Kompressors: ein starrer Körper, der die Rotorbohrung, Einlass- und Auslasskanäle, Lagersitze und Montagefüße trägt. Das Rotorspiel, die Lebensdauer der Dichtung und die Schwingungssignatur der fertigen Maschine hängen davon ab, wie gut das Gussstück nach dem Abkühlen seine Geometrie und Dichte beibehält. Der Prozessverlauf hinter einem Druckgehäuse wird in dieser Analyse näher untersucht Warum die Gussqualität des Kompressorgehäuses über die Kompressorleistung entscheidet .

Vier Spezifikationen, die über die Gussreihenfolge eines Kompressorgehäuses entscheiden

Vier Spezifikationen entscheiden darüber, ob ein Gehäuse Ihre Montagelinie übersteht: Druckdichtheit beim Test, Bohrung-zu-Bohrung-Ausrichtung, Gleichmäßigkeit der Wandstärke und Ebenheit der Montageschnittstelle. Legierungspreis, Gießereistandort und Zahlungsbedingungen sind verhandelbar. Diese vier sind es nicht.

• Druckdichtigkeit. Gehäuse werden mit Wasser oder Luft bei 1,5-fachem maximalem Arbeitsdruck geprüft. Ein miteinander verbundener Porositätspfad durch eine 40 mm dicke Wand verschrottet ein Teil, das bereits 40 bis 80 Stunden Bearbeitungszeit in Anspruch genommen hat.
• Ausrichtung von Bohrung zu Bohrung. Das Rotor-Gehäuse-Spiel in einem Schraubenkompressor kann nur 0,15 bis 0,30 mm betragen, sodass eine Abweichung von 0,10 mm zwischen den Lagerbohrungen ein Drittel dieses Budgets verschlingt.
• Gleichmäßigkeit der Wandstärke. Abweichungen von mehr als etwa 10 Prozent an einer Rippe-Schale-Verbindung führen zu heißen Stellen, Schrumpfungsporosität und ungleichmäßiger Kühlspannung.
• Ebenheit der Montageschnittstelle. Ein Fuß, der über 500 mm eine Abweichung von 0,2 mm aufweist, belastet das Gehäuse, wenn es festgeschraubt wird, und diese Vorspannung kehrt bei Laufgeschwindigkeit als Vibration zurück.

Materialauswahl für Kompressorgehäusegussteile: Grauguss, Sphäroguss oder Stahlguss

Für die meisten Gussteile von Kompressorgehäusen wird weiterhin Grauguss verwendet, da seine Struktur aus Lamellengraphit Vibrationen besser dämpft als jede andere Alternative zu den gleichen Kosten. Eine Ausnahme bildet die Druckklasse: Ab ca. 40 bar oder bei starker Temperaturwechselbeanspruchung kommt Sphäroguss oder Stahlguss zum Einsatz.

Die Auswahl der Güteklasse folgt in der Regel drei Eingaben: maximaler Arbeitsdruck, die Pulsationssignatur des Kompressortyps und die thermischen Zyklen, denen das Gehäuse im Betrieb ausgesetzt ist.

Oberhalb der Standardqualitäten ist die Materialauswahl keine Katalogentscheidung mehr. Gehäuse für aggressiven Einsatz werden in Nickellegierungen wie z Inconel 718 und ähnliche hitzebeständige Sorten , wo Wärmechemie, Umformroute und Bearbeitungsparameter gemeinsam validiert werden müssen.

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Porosität und Druckdichtheit in Kompressorgehäusegussteilen

Druckdichtheit ist ein Prozessergebnis, keine Materialeigenschaft. Zwei Gießereien können identische GG25-Chemikalien gießen und völlig unterschiedliche Leckraten liefern, da der Unterschied im Anschnitt, der Platzierung des Steigrohrs, der Steuerung der Kühlrate und der Art und Weise der Zufuhr der schweren Abschnitte liegt.

In einem 200-Tonnen-Programm von Großgehäusen konzentrieren sich die Ausschussteile auf eine kleine Anzahl von Ursachen.

Sandeinschlüsse und Schrumpfporosität sind zusammen für etwa sechs von zehn Ausschussteilen verantwortlich. Beides sind Prozessvariablen, die eine Gießerei durch Angussdesign, Formqualität und Kokillenplatzierung kontrolliert, nicht durch weitere Inspektionen am Ende der Linie.

Käufer sollten eine volumetrische NDT über die Druckgrenze, eine Magnetpartikelprüfung auf bearbeiteten Oberflächen, eine Härtekarte des schwersten Abschnitts und ein hydrostatisches oder pneumatisches Prüfprotokoll anfordern, das mit der Seriennummer des Gussteils verknüpft ist.

Bearbeitung von Kompressorgehäusegussteilen ohne zusätzliches Einrichtungsrisiko

Jede zusätzliche Aufspannung an einem großen Gehäuse führt zu Stapelfehlern. Der zuverlässigste Weg, die Bohrungsausrichtung zu schützen, besteht daher darin, das Gussteil in so wenigen Aufspannungen zu bearbeiten, wie es die Geometrie zulässt.

Dieser Zwang drängt Käufer zu Lieferanten, die Guss und Bearbeitung unter einem Dach anbieten. Ein Gehäuse, das in einer Anlage gegossen und in einer anderen gebohrt wurde, kommt mit zwei unabhängigen Toleranzketten an, und keine der Parteien ist Eigentümer des Endergebnisses.

Benchmarks, die vor der Vergabe überprüft werden sollten, sind die Gussleistung, die Genauigkeit, die die Maschinenwerkstatt bei einem Gehäuse Ihrer Masse erreichen kann, und die Anzahl vergleichbarer Gehäuse, die der Lieferant jedes Jahr versendet.

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Checkliste zur Lieferantenqualifizierung vor dem Schneiden des ersten Musters

Qualifizieren Sie einen Lieferanten in Bezug auf sechs Punkte, bevor das erste Muster geschnitten wird: Materialrückverfolgbarkeit, volumetrische NDT-Fähigkeit, Umfang der Maßberichterstattung, interne Bearbeitung, Testdokumentation und eine schriftliche Reparaturrichtlinie.

1. Rückverfolgbarkeit der Wärme von der Schmelze bis zum fertigen Teil, mit chemischen und mechanischen Testdaten.
2. Volumetrische zerstörungsfreie Prüfung an Druckgrenzen von Produktionsgussteilen, nicht nur an Proben.
3. Ein Maßbericht unter Verwendung des Bezugsschemas Ihrer Zeichnung.
4. Eigene Dreh-, Bohr-, Fräs- und Bohrkapazität für die von Ihnen benötigte Teilemasse.
5. Proof-Test-Zertifikate bei 1,5-fachem maximalem Arbeitsdruck, gebunden an Seriennummern.
6. Eine Reparaturrichtlinie, die definiert, welche Zonen durch Schweißen repariert werden dürfen und welche nicht.

Lieferzeit und Kosten ergeben sich aus derselben Liste. Die Mustererstellung plus Erstmusterfreigabe dauert in der Regel 6 bis 10 Wochen, die Produktionschargen je nach Masse und Bearbeitungsumfang 4 bis 8 Wochen. Zunehmende Wandstärken, eine größere NDT-Abdeckung und Reparaturen nach dem Guss sind die drei Faktoren, die den Preis am meisten beeinflussen, und jeder einzelne davon ist eine Entscheidung des Käufers und keine Überraschung seitens der Gießerei.

Häufig gestellte Fragen zu Kompressorgehäusegussteilen

Welche Wandstärke sollte ein Kompressorgehäuseguss haben?

Die Wandstärke wird durch die Druckklasse und den Vorschubabstand der Legierung bestimmt, nicht durch eine universelle Regel. Graugussgehäuse mit einem Gewicht zwischen 200 und 3.000 kg verfügen üblicherweise über 12 bis 25 mm dicke Schalen mit dickeren Flanschen und Rippen, und jeder Abschnitt über 60 mm muss vor Produktionsbeginn validiert werden.

Wie wird die Druckdichtheit an einem Gehäuseguss überprüft?

Hydrostatische oder pneumatische Prüfung beim 1,5-fachen maximalen Arbeitsdruck, unterstützt durch volumetrische NDT an den Zonen, die Gas enthalten. Prüfprotokolle sollten auf die Schmelzennummer und auf die einzelne Gussserie rückverfolgbar sein.

Kann ein Gehäuse repariert werden, nachdem Porosität festgestellt wurde?

Isolierte Defekte außerhalb der Druckgrenze können durch kontrolliertes Schweißen mit Vorwärm- und Nachschweißprüfung repariert werden. Defekte innerhalb einer Rotorbohrung oder eines Gasdurchgangs stellen in der Regel einen Ablehnungsgrund dar, daher gehört die Reparaturrichtlinie in die Bestellung, bevor das erste Gussstück gegossen wird.

Welche Vorlaufzeit sollte ein Käufer einplanen?

Planen Sie 6 bis 10 Wochen für die Modellerstellung, den ersten Artikel und die Freigabe ein, dann 4 bis 8 Wochen für jede Produktionscharge, je nach Gussmasse und Bearbeitungsumfang. Bei speziellen Legierungsqualitäten dauert es mehrere Wochen, da die Überprüfung der Wärmechemie den ersten Artikel verlangsamt.