Cele lekcji

• Poznasz podział sprężarek na wyporowe i przepływowe.
• Poznasz zasadę działania sprężarek tłokowych, membranowych, śrubowych, Roots’a i łopatkowych.
• Dowiesz się, czym różnią się sprężarki osiowe od promieniowych.

Podział sprężarek

Sprężone powietrze jest wytwarzane przez sprężarki. Sprężarka jest urządzeniem zwiększającym ciśnienie gazu powyżej ciśnienia początkowego, które uważa się za ciśnienie atmosferyczne. Ze względu na sposób sprężania wyróżnia się dwie główne grupy:

• sprężarki wyporowe (objętościowe),
• sprężarki przepływowe (turbinowe).

1. Sprężarki wyporowe

Sprężarki wyporowe (objętościowe) to szersze pojęcie, obejmujące wszystkie rodzaje kompresorów, które sprężają gaz poprzez zmniejszenie jego objętości w komorze roboczej. Działają na zasadzie zassania powietrza do komory sprężania, zamknięcia, sprężenia i przetłoczenia do zbiornika sprężonego powietrza.

Do tego typu sprężarek należą: tłokowe, membranowe, śrubowe, łopatkowe.

1.1.1 Sprężarka tłokowa

Sprężarka tłokowa wykorzystuje tłok do sprężania gazu lub powietrza. Tłok porusza się w cylindrze, zmieniając objętość wewnątrz cylindra i w ten sposób sprężając gaz. Jest to jeden z najczęściej spotykanych rodzajów sprężarek, stosowanych w zastosowaniach przemysłowych i domowych.

Sprężarki wyporowe tłokowe jednostopniowe są stosowane dla ciśnień roboczych do 10 bar i wydajności do 10 m³/h (ANR).

ANR – Atmosphere Normale de Reference: wzorcowe wartości stanu atmosfery: T = 20°C, wilgotność względna 65%, ciśnienie absolutne 100 kPa (1 bar).

Dla ciśnień roboczych 10 bar i więcej, przy których pracuje większość układów pneumatycznych, stosuje się sprężarki tłokowe dwustopniowe z chłodzeniem (sprężanie odbywa się w 2 cylindrach).

1.1.2 Sprężarka membranowa

Sprężarki membranowe sprężają powietrze za pomocą szczelnej, napiętej membrany. Nadają się szczególnie do wytwarzania sprężonego powietrza pozbawionego zanieczyszczeń olejem – np. do zastosowań w przemyśle spożywczym i do zasilania sprzętu medycznego. Osiągane ciśnienie robocze – do 10 bar.

1.2.1 Sprężarki śrubowe

Sprężarki śrubowe to urządzenia o dwóch obracających się wałach. Wały mają profil śruby i są asymetryczne względem siebie. Zasada działania opiera się na tworzeniu wewnętrznych komór roboczych, gdzie następuje sprężanie powietrza pomiędzy dwoma wirnikami o kształcie śruby. Powietrze w tych komorach przemieszcza się od strony ssania do kanału wylotowego.

Najważniejsze zalety sprężarek śrubowych:

• wysokie wydajności oraz niski pobór energii,
• możliwość pracy w cyklu 24 h,
• stała wydajność oraz ciśnienie na wyjściu,
• cicha praca urządzenia,
• pełna kontrola nad parametrami i czasem pracy,
• dzięki filmowi olejowemu nie ma bezpośredniego kontaktu pomiędzy wirnikami, co zwiększa trwałość urządzenia.

Sprężarki wielokomorowe zasysają powietrze przez filtr ssawny i zawór ssawny. Podczas sprężania do komór sprężarki wtryskiwany jest olej w celu smarowania i chłodzenia. Zanim powietrze zostanie przekazane do sieci, olej jest oddzielany od powietrza i ponownie wtryskiwany po przefiltrowaniu i wychłodzeniu.

1.2.2 Sprężarki Roots’a

Rodzaj sprężarki, w której rolę elementów ruchowych spełniają dwa napędzane wirniki profilowe. Cechą charakterystyczną tego typu sprężarek jest to, że powietrze przemieszcza się od wlotu do wylotu bez zmiany objętości. Przestrzeń robocza ma kształt współpracujących ze sobą wirników o kształcie krzywek; przestrzeń od strony wlotu zwiększa się, umożliwiając zasysanie powietrza, a od strony tłoczenia zmniejsza swoją objętość, sprężając powietrze.

1.2.3 Sprężarki łopatkowe

Sprężarka, w której zwiększenie ciśnienia powietrza odbywa się w zmniejszających się komorach utworzonych jako przestrzeń pomiędzy przesuwającymi się łopatkami zamontowanymi na wirniku a obudową sprężarki. Oś wirnika z zamontowanymi łopatkami jest przesunięta mimośrodowo względem osi korpusu. Podczas ruchu wirnika siła odśrodkowa dociska łopatki do ścianek korpusu, uszczelniając komory robocze, które wraz z obrotem zmniejszają swoją objętość, sprężając powietrze po stronie tłoczenia.

Zasada działania sprężarki łopatkowej krok po kroku:

1. A – powietrze jest zasysane przez zawór wlotowy.
2. B – powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym zostaje uwięzione między ścianami rotora i statora.
3. C – powietrze ulega sprężeniu w wyniku zmniejszania swojej objętości; olej jest wtryskiwany w celu chłodzenia, uszczelniania i smarowania.
4. D – powietrze pod wysokim ciśnieniem przechodzi do separatora oleju.
5. E – pozostałości oleju usuwane są w separatorze oleju, co gwarantuje wysoką jakość sprężonego powietrza.
6. F – sprężone powietrze przechodzi przez chłodnicę, gdzie usuwana jest również większość wody.
7. G – przed powrotem do statora olej przechodzi przez filtr i chłodnicę oleju.

2. Sprężarki przepływowe (turbinowe)

Sprężarki przepływowe (turbinowe) zasysają i rozpędzają powietrze atmosferyczne za pomocą kół z łopatkami albo za pomocą śmigła. W przyłączonym zbiorniku kinetyczna energia strumienia powietrza przekształca się w energię potencjalną sprężonego powietrza. Wśród sprężarek o działaniu przepływowym (dynamicznym) rozróżnia się sprężarki osiowe, promieniowe i osiowo-promieniowe. Są to sprężarki o dużej wydajności.

Zapamiętaj

Sprężarki rotacyjne zapewniają pokrycie głównego obciążenia sieci zasilającej przy pracy ciągłej. W przypadku występowania obciążeń szczytowych i częstych zmian obciążenia sieci dodatkowo dołącza się sprężarkę tłokową.