Heliumkompressor

Helium (He) ist ein Edelgas mit extrem niedrigem Molekulargewicht. Als strategisches Edelgas findet es breite Anwendung in Hightech- und Präzisionsindustrien. Seine Dichte ist extrem gering (nur 0,1785 kg/m³ unter Standardbedingungen), und auch sein Siedepunkt und seine kritische Temperatur sind extrem niedrig (etwa -268,93 °C bzw. -267,9 °C). Es besitzt zudem eine gute Wärmeleitfähigkeit. Besonders kritisch ist jedoch sein sehr hoher Adiabatenindex (Verhältnis der spezifischen Wärmekapazitäten), der bei der Kompression zu einem sehr starken Temperaturanstieg führt. Dies stellt eine zentrale Herausforderung für die Konstruktion und Temperaturregelung von Kompressoren dar.

Membrankompressor

Kolbenkompressor

Vorteile des Helium-Membrankompressors:

01

100 % ölfrei und mit höchster Reinheitserhaltung:

Der Membrankompressor nutzt eine Metallmembran, um das Hydrauliköl vollständig vom komprimierten Gas zu trennen und so eine Schmierung im Zylinder vollständig zu vermeiden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Helium während der Kompression nicht mit Öl verunreinigt wird und eine Reinheit von über 99,999 % beibehält. Dies erfüllt die strengen Reinheitsanforderungen der Halbleiterindustrie, der wissenschaftlichen Forschung und der Medizin.
02

Statische Abdichtung, absolut leckagefrei und hochdruckbeständig:

Das Gas wird in der von Membran und Zylinderkopf gebildeten Kammer eingeschlossen. Diese statische Dichtung verhindert Gasverluste zuverlässig. Dies ist entscheidend, um den Verlust des teuren Heliums zu vermeiden. Gleichzeitig bietet dieser Kompressortyp ein hohes einstufiges Verdichtungsverhältnis, wodurch er mit weniger Stufen Austrittsdrücke von bis zu 50 MPa oder sogar mehr erreicht. Dadurch eignet er sich hervorragend für die Befüllung und den Transport von Helium unter hohem Druck.

Wichtige Konstruktionsmerkmale für Helium-Membrankompressoren:

01

Strenge Kontrolle des einstufigen Verdichtungsverhältnisses und Verbesserung der Kühlung:

Aufgrund des hohen adiabatischen Index von Helium und des signifikanten Temperaturanstiegs während der Kompression muss das Kompressionsverhältnis der einzelnen Stufen streng kontrolliert werden, um übermäßig hohe Austrittstemperaturen zu vermeiden, die die Stabilität der Anlage und die Lebensdauer der Membran beeinträchtigen könnten. Ein effizientes Zwischen- und Endkühlsystem (wasser- oder luftgekühlt) ist erforderlich, um den Kompressionsprozess möglichst isotherm zu gestalten und den Temperaturanstieg effektiv zu kontrollieren.
02

Verwenden Sie kompatible Materialien und wenden Sie eine hochreine Behandlung an:

Alle medienberührten Bauteile, die mit Helium in Kontakt kommen, sollten aus kompatiblen Werkstoffen wie hochwertigem Edelstahl (z. B. 304, 316L) gefertigt sein. Während der Herstellung und Montage müssen diese Bauteile strengen Entfettungs-, Reinigungs- und Trocknungsprozessen unterzogen werden, um jegliche potenzielle Kontaminationsquellen zu beseitigen und die ursprüngliche Reinheit des Gases zu gewährleisten.
03

Konfiguration mehrerer Sicherheits- und Reinheitsüberwachungssysteme:

Eine Membranbruchüberwachungs- und Alarmvorrichtung muss installiert werden, die bei Membranbruch sofort Alarm auslöst und so eine Vermischung von Öl und Gas verhindert. Das System sollte in jeder Stufe mit Sicherheitsventilen zum Schutz vor Überdruck ausgestattet sein.

Zertifikat

MODELLAUSWAHL

Lehrer

Modell G70Z/G95Z/G110Z/G130Z	Kolbenhub 70 mm bis 130 mm	Maximale Kolbenkraft 10 kN bis 30 kN
Maximaler Entladedruck 70 MPa	Durchflussbereich 1~500 Nm³/H	Motorleistung 2,2 kW bis 30 kW
Kurbelwellendrehzahl 420 U/min	Kühlmethode Wassergekühlt/Luftgekühlt

Modell G70V/G95V/G130V	Kolbenhub 70 mm bis 130 mm	Maximale Kolbenkraft 10 kN bis 30 kN
Maximaler Entladedruck 50 MPa	Durchflussbereich 1~200 Nm³/h	Motorleistung 2,2 kW bis 30 kW
Kurbelwellendrehzahl 420 U/min	Kühlmethode Wassergekühlt / Luftgekühlt

Modell G110L/G130L	Kolbenhub 110 mm bis 130 mm	Maximale Kolbenkraft 20 kN bis 40 kN
Maximaler Entladedruck 100 MPa	Durchflussbereich 10~1000 Nm³/h	Motorleistung 7,5 kW bis 90 kW
Kurbelwellendrehzahl 420 U/min	Kühlmethode Wassergekühlt / Luftgekühlt

Modell G110D/G130D/G150D/ G180D/G182D/G210D	Kolbenhub 110 mm bis 210 mm	Maximale Kolbenkraft 20 kN bis 160 kN
Maximaler Entladedruck 100 MPa	Durchflussbereich 30~2000 Nm³/h	Motorleistung 22 kW bis 200 kW
Kurbelwellendrehzahl 420 U/min	Kühlmethode Wassergekühlt / Luftgekühlt

Membrankompressor

MIT

Kolbenhub 70 mm

Durchfluss (Nm³/h)

Eingangsdruck (barg)

Ausgangsdruck (barg)

NEIN.	Modell	Kühlwasser	Fließen	Einlassdruck	Auslassdruck	Abmessungen L×B×H	Gewicht	Motorleistung
NEIN.	Modell	(L/h)	(Nm³/h)	(MPa)	(MPa)	(≈mm)	(≈kg)	(kW)
1	GZ-2/3	500	2	Atmosphärisch	0,3	1200×700×1100	0	2.2
2	GZ-5/0,5-10	500	5	0,05	1	1400×740×1240	650	2.2
3	GZ-5/13-200	500	5	1.3	20	1500×760×1200	750	4
4	GV-8/8-160	500	8	0,8	16	1310×686×580	800	3
5	GV-10/8-160	500	10	0,8–0,7	16	1200×600×1100	800	4
6	GV-10/8-220	1000	10	0,8	22	1330×740×1080	800	11
7	GL-10/160	1000	10	Atmosphärisch	16	2200×1200×1300	3000	7,5
8	GL-25/15	1000	25	Atmosphärisch	1,5	2200×1200×1300	3000	7,5
9	GL-20/12-160	1000	20	1.2	16	2200×1200×1300	3000	7,5
10	GD-120/4-80	3000	120	0,4	8	3000×1600×1400	4000	30
11	GD-130/0,98-11	3000	130	0,098	1.1	3000×1800×1600	4000	30
12	GD-150/2-20	4000	150	0,2	2	3000×1800×1600	3800	37

Die Angaben zu Größe und Gewicht der Geräte dienen nur als Referenz; maßgeblich ist die endgültige Ausführung.

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Fallstudie

Russland
VEREINIGTE STAATEN
Spanien
Kasachstan

Vorteile des Helium-Kolbenkompressors:

01

Breites Spektrum an Durchfluss- und Druckanpassungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit:

Hubkolbenkompressoren decken ein breites Fördervolumenspektrum von klein bis groß ab (z. B. 100–50.000 Nm³/h) und erreichen Förderdrücke bis über 20 MPa. Sie bieten flexible Optionen für Heliumgewinnungs- und -verarbeitungsanlagen unterschiedlicher Größenordnung. Dieser Kompressortyp zeichnet sich durch ausgereifte Technologie, vergleichsweise niedrige Anschaffungs- und Wartungskosten sowie eine hohe Wirtschaftlichkeit im Betrieb aus.
02

Hohe volumetrische Effizienz und Zuverlässigkeit:

Die Hubkolbenkonstruktion bietet einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad und ermöglicht so eine effiziente Gaszufuhr. Sie hat sich im langjährigen industriellen Einsatz bewährt und ist stabil, zuverlässig und gut steuerbar, wodurch sie sich besonders für industrielle Anwendungen eignet, die einen kontinuierlichen und stabilen Betrieb erfordern.

Wichtige Konstruktionsmerkmale für Helium-Kolbenkompressoren:

01

Schwerpunkt: Temperaturanstiegskontrolle und Bühnengestaltung:

Die Herausforderung der Heliumkompression liegt in der Kontrolle des hohen adiabatischen Index. Die Konstruktion erfordert eine sorgfältige Berechnung und Begrenzung des einstufigen Kompressionsverhältnisses. Mehrstufige Kompression in Kombination mit hocheffizienten Zwischenkühlern ist typischerweise notwendig, um die Endaustrittstemperatur im zulässigen Bereich (z. B. ≤ 150 °C) zu halten und so die Verkokung des Schmieröls (bei Ölschmierung) bzw. die Leistungsminderung selbstschmierender Materialien (bei ölfreier Kompression) zu verhindern.
02

Ölfreie Schmierstruktur und Hochleistungsdichtung:

Um die Heliumreinheit zu gewährleisten, sollte eine ölfreie Schmierung Priorität haben. Zylinder, Kolbenringe und Führungsringe sollten aus selbstschmierenden Materialien wie gefülltem PTFE bestehen. Aufgrund der extrem geringen Molekülgröße von Helium und seiner hohen Leckageneigung ist die Dichtung der Kolbenstangenpackung von entscheidender Bedeutung. Labyrinthdichtungen oder Stickstoffpufferdichtungen können erforderlich sein, um Prozessgasleckagen zu minimieren.
03

Systemintegration und Pulsationsdämpfung:

Zur effektiven Absorption und Reduzierung der systembedingten Druckpulsationen des Hubkolbenkompressors sind ausreichend dimensionierte Ein- und Auslasspufferbehälter zu installieren. Dies gewährleistet einen stabilen Betrieb nachgeschalteter Prozesse und die Genauigkeit der Messgeräte. Das gesamte System ist mit umfassenden Temperatur- und Drucksicherheitsverriegelungen auszustatten. In Bereichen, in denen Helium austreten kann, ist eine ausreichende Belüftung sicherzustellen.

Zertifikat

MODELLAUSWAHL

Z-Typ

V / W Typ

M-Typ

Typ D

Kolbenhub 80 mm, 95 mm	Kolbenkraft 10 kN bis 25 kN
Anzahl der Kompressionsstufen 1/2/3/4	Anzahl der Zylinderbänke 1/2
Kurbelwellendrehzahl 740 U/min, 980 U/min	Leistung 7,5 kW – 55 kW
Fahrmodus Elektromotor, Dieselmotor, Erdgasmotor

Kolbenhub 92 mm bis 120 mm	Kolbenkraft 25 kN bis 65 kN
Anzahl der Kompressionsstufen 1/2/3/4	Anzahl der Zylinderbänke 2/3/4
Kurbelwellendrehzahl 740 U/min, 980 U/min	Leistung 15 kW – 220 kW
Fahrmodus Elektromotor, Dieselmotor, Erdgasmotor

Kolbenhub 92 mm bis 315 mm	Kolbenkraft 45 kN bis 660 kN
Anzahl der Kompressionsstufen 1/2/3/4	Anzahl der Zylinderbänke 4
Kurbelwellendrehzahl 300 U/min bis 980 U/min	Leistung 160 kW – 3000 kW
Fahrmodus Elektromotor, Dieselmotor, Erdgasmotor

Kolbenhub 92 mm bis 315 mm	Kolbenkraft 25 kN bis 200 kN
Anzahl der Kompressionsstufen 1/2/3/4	Anzahl der Zylinderbänke 2
Kurbelwellendrehzahl 300 U/min bis 980 U/min	Leistung 30 kW – 1000 kW
Fahrmodus Elektromotor, Dieselmotor, Erdgasmotor

MIT

Vertikaler Typ

Ölfrei / F: Luftgekühlt

1,5

Tatsächlicher Volumenstrom (m³/min)

Eingangsdruck (barg)

Ausgangsdruck (barg)

S/N	Modell	Fließen	Einlassdruck	Auslassdruck	Motorleistung
S/N	Modell	(Nm³/h)	(Mpa)	(MPa)	(kW)
1	ZW-1.5/1-12	180	0,1	1.2	22
2	ZW-1.4/2-40	250	0,2	4	37
3	ZW-1.3/4-25	340	0,4	2,5	37
4	VW-15/0,5-3	1200	0,05	0,3	75
5	VW-9.7/1-10	1100	0,1	1	110
6	VW-7.2/1-22	800	0,1	2.2	132
7	DW-0.5/20-200	600	2	20	110
8	DW-3.8/10-45	2300	1	4,5	185
9	DW-11/4-20	3000	0,4	2	250
10	MW-7/2-150	16984	0,2	15	280
11	MW-5/20-160	1500	2	16	710
12	MW-20/10-45	8000	1	4,5	1000