Sprężarki powietrza

 

      Sprężone powietrze jest jednym z najważniejszych przemysłowych nośników energii. Każda inwestycja podnosząca skuteczność, sprawność i bezawaryjność procesu jego pozyskiwania a następnie wykorzystywania ma bardzo duże znaczenie i przynosi znaczne oszczędności finansowe dla zakładu. Mamy tu na myśli nie tylko możliwości zabezpieczenia odpowiedniej ilości sprężonego powietrza poprzez dobór właściwych i dostosowanych do potrzeb zakładu sprężarek, lecz także wykonania odpowiedniej instalacji, od której zależy jakość otrzymanego powietrza.

W zależności od potrzeb mamy do wyboru trzy najczęściej stosowane rodzaje urządzeń sprężających:

  • Sprężarki tłokowe
  • Sprężarki śrubowe
  • Sprężarki łopatkowe

 

Sprężarki tłokowe

1

Sprężarki tłokowe – najbardziej rozpowszechnione sprężarki w grupie urządzeń o małych wydajnościach. Sprężarki tłokowe są najczęściej używane w zakładach branży motoryzacyjnej; z kilku ważnych zaś powodów zupełnie nie nadają się do zasilania zakładów mięsnych. Podstawowym problemem wynikającym z ich stosowania jest niska jakość otrzymywanego powietrza (duże zaolejenie oraz duża zawartość wody w otrzymywanym powietrzu). Dodatkowo są źródłem dużego hałasu. Pomimo stałego postępu w ich konstrukcji i rozwoju technologii materiałowych trudno zaobserwować tu znaczny postęp. Obecnie zastępowane są one głównie przez sprężarki śrubowe lub łopatkowe. Ta nowsza generacja sprężarek jest pozbawiona wielu wad urządzeń tłokowych: niskiej trwałości, niskiej jakości powietrza sprężonego, wysokiego poziomu hałasu itp.

Zasada działania

Gdy tłok opuszcza się w dół, zwiększając dostępną przestrzeń, spadek ciśnienia powoduje otwarcie zaworu wlotowego i powietrze jest wciągane do komory sprężarki. Następnie, po przejściu tłoka przez punkt zwrotu odpowiadający maksymalnej objętości komory sprężarki, zawór wlotowy zamyka się, gdy ciśnienie powietrza zaczyna wzrastać. W miarę zmniejszania się komory sprężania wzrasta ciśnienie powietrza. Na koniec, gdy ciśnienie osiąga wcześniej ustaloną wartość, otwiera się zawór spustowy i sprężone powietrze opuszcza komorę sprężania.

2

 

Sprężarki śrubowe

3

Sprężarki śrubowe – zdecydowanie najbardziej rozpowszechnione w zakresie wydajności powyżej 1 m3/min. Są to zazwyczaj urządzenia przeznaczone do pracy ciągłej w ciężkich warunkach eksploatacyjnych. Zasilają one w sprężone powietrze zakłady przemysłowe różnych branż od maszynowej, elektronicznej, drzewnej, poprzez spożywczą aż do farmaceutycznej. Sprężarki śrubowe to nowoczesne, trwałe, energooszczędne i ciche źródła sprężonego powietrza. Wyróżniają się dość długimi okresami miedzy przeglądami, łatwością obsługi i instalacji. Zastosowane obudowy dźwiękochłonne bardzo dobrze wytłumiają hałas. Sprężone powietrze wychodzące ze sprężarki śrubowej, tłoczone do instalacji jest już w pewnym stopniu osuszone i oczyszczone. Zawartość oleju spada do około 5 ppm. Znaczna część wilgoci ulega wytrąceniu w chłodnicy końcowej. Każda sprężarka podczas pracy wytwarza ciepło, którego ilość jest porównywalna z mocą pobieraną przez silnik elektryczny, dlatego też niekiedy opłaca się je wykorzystać do ogrzewania nawiewnego pomieszczeń np. produkcyjnych, magazynowych; odzyskując tym samym 80% energii dostarczanej do sprężarek. Sprężarkę można wyposażyć w wymiennik ciepła olej – woda, który umożliwi podgrzanie wody i pozwoli odzyskać 70% energii. Wodę można wykorzystać w układzie wodnego centralnego ogrzewania lub w instalacji ciepłej wody użytkowej.

Zasada działania

Końcówki wirników odkrywają wlot i powietrze wchodzi do komory tłoczenia. Powietrze jest uwięzione w komorze tworzącej się między rowkiem śruby jednego wirnika a występem śruby drugiego wirnika. Podczas obrotu wirników komora zmniejsza się stopniowo, sprężając uwięzione w niej powietrze. Sprężone powietrze wychodzi przez otwór wylotu.

Sprężarka śrubowa może być wyposażona w przetwornicę częstotliwości. Wydajność tych maszyn dopasowuje się w granicach zakresu regulacji do rzeczywistego zapotrzebowania na sprężone powietrze. Sterowanie wydajnością sprężarki poprzez bezstopniową zmianę prędkości obrotowej silnika elektrycznego to najbardziej ekonomiczny sposób regulacji. Dwie główne zalety sprężarek śrubowych z przetwornicą to: mniejsze w porównaniu ze sprężarkami sterowanymi tradycyjnie zużycie energii elektrycznej i utrzymywanie ciśnienia w instalacji sprężonego powietrza na stałym żądanym poziomie.

4

 

Sprężarki łopatkowe

Sprężarki łopatkowe – są zdecydowanie mniej popularne niż sprężarki śrubowe. Jednak ich ilość w Polsce stale rośnie i stale też pojawiają się ich nowi producenci. Wykorzystując tę samą, prostą zasadę sprężania różnią się one tylko sposobem ułożyskowania wirnika oraz konstrukcją łopatek. W jednych zastosowano łożyska toczne, w innych łożyska ślizgowe. Ta różnica wpływa na koszty związane z eksploatacją, bowiem okres trwałości łożysk tocznych jest zdecydowanie mniejszy niż ślizgowych i nie różni się w praktyce od trwałości łożysk w stopniu śrubowym. Dla rozwiązań z łożyskiem ślizgowym czas ich trwałości wynosi praktycznie 80000-100000 godzin, co oznacza ich trwałość do praktycznego, całkowitego zużycia technicznego sprężarki. Sporą zaletą rozwiązań łopatkowych jest łatwość oceny zużycia stopnia sprężającego, wynikająca z możliwości bezpośredniego zajrzenia do części jego wnętrza bez konieczności wykonania jego demontażu.