Budowa sprężarki przemysłowej

Sprężarki przemysłowe są kluczowymi elementami wielu zakładów produkcyjnych i instalacji przemysłowych. Ich głównym zadaniem jest kompresja gazu, najczęściej powietrza, do wyższego ciśnienia w celu zasilenia różnych maszyn i urządzeń. W zależności od zastosowania, różne typy sprężarek mogą lepiej odpowiadać na specyficzne wymagania procesów przemysłowych. W tym artykule szczegółowo omówimy budowę dwóch popularnych typów sprężarek: śrubowych i łopatkowych, a także porównamy ich konstrukcję, zasadę działania oraz różnice pomiędzy nimi.

Sprężarki śrubowe – Budowa i Zasada Działania

Sprężarki śrubowe należą do grupy sprężarek wyporowych, co oznacza, że gaz jest ściskany przez mechaniczne zmniejszanie objętości komory. Sprężarka śrubowa składa się z dwóch głównych elementów: wirników śrubowych (rotorów) oraz obudowy. Wirniki te są zazwyczaj w formie dwóch zazębiających się śrub, które obracają się w przeciwnych kierunkach wewnątrz cylindrycznej obudowy.

Sprężarka śrubowa

Gardner Denver

Budowa sprężarki śrubowej

1. Wirniki (rotory): Dwa wirniki są głównymi elementami roboczymi sprężarki śrubowej. Jeden zazwyczaj ma wypukłe zęby, podczas gdy drugi wklęsłe wgłębienia, co pozwala na wzajemne zazębianie się obu wirników. Obracając się, wirniki te powodują przesuwanie się powietrza wzdłuż ich osi, jednocześnie zmniejszając objętość przestrzeni między zębami.

2. Obudowa: Obudowa otacza wirniki i tworzy szczelnie zamkniętą komorę sprężania. Wewnętrzna powierzchnia obudowy jest precyzyjnie dopasowana do zewnętrznej powierzchni wirników, co minimalizuje straty przepływu gazu.

3. System smarowania: W sprężarkach śrubowych olej pełni kluczową rolę, szczególnie w sprężarkach olejowych. Olej nie tylko smaruje wirniki, co redukuje tarcie i zużycie, ale także uszczelnia przestrzeń między nimi, co zapobiega przeciekowi gazu. Ponadto olej odprowadza ciepło powstałe podczas procesu sprężania.

4. System chłodzenia: Sprężarki śrubowe generują dużą ilość ciepła, dlatego systemy chłodzenia są niezbędne do utrzymania optymalnej temperatury pracy. Systemy te mogą być realizowane za pomocą chłodzenia powietrzem lub wodą.

5. Filtry powietrza i oleju: W celu ochrony komponentów przed zanieczyszczeniami, stosuje się filtry powietrza oraz oleju. Filtr powietrza oczyszcza powietrze wchodzące do sprężarki, a filtr oleju usuwa zanieczyszczenia z obiegu oleju.

Zasada działania

Sprężarka śrubowa działa na zasadzie wyporowego sprężania powietrza, które zostaje wprowadzone do przestrzeni pomiędzy wirnikami. W miarę obrotu wirników, gaz przemieszcza się wzdłuż ich osi, jednocześnie ulegając kompresji poprzez zmniejszanie się objętości przestrzeni między zębami śrub. Sprężone powietrze jest następnie wyprowadzane z komory do dalszego użytku w instalacji przemysłowej.

Sprężarki śrubowe mogą pracować zarówno z olejem (sprężarki olejowe), jak i bez oleju (sprężarki bezolejowe). W przypadku sprężarek olejowych, olej pełni funkcję chłodzącą, smarującą i uszczelniającą, natomiast w sprężarkach bezolejowych kompresja odbywa się bez użycia oleju, co jest szczególnie istotne w branżach wymagających czystego powietrza, takich jak przemysł farmaceutyczny czy spożywczy.

Sprężarki łopatkowe – budowa i zasada działania

Sprężarki łopatkowe to inny rodzaj sprężarek wyporowych, w których proces sprężania odbywa się za pomocą wirnika wyposażonego w ruchome łopatki. W przeciwieństwie do sprężarek śrubowych, tutaj mamy do czynienia z mechanizmem wirującym, który zmienia objętość komory w sposób bardziej bezpośredni.

Sprężarka łopatkowa

Budowa sprężarki łopatkowej

1. Wirnik: Wirnik sprężarki łopatkowej ma cylindryczny kształt i jest zamontowany mimośrodowo w obudowie. Jest on wyposażony w kilka rowków, w których umieszczone są ruchome łopatki.

2. Łopatki: Łopatki to kluczowy element sprężarki łopatkowej. Są one umieszczone w rowkach wirnika i mogą się swobodnie przesuwać w kierunku promieniowym. Podczas obrotu wirnika, siła odśrodkowa wypycha łopatki na zewnątrz, co powoduje ich styczność z wewnętrzną powierzchnią obudowy.

3. Obudowa: Obudowa sprężarki łopatkowej ma eliptyczny lub owalny kształt, co pozwala na zmianę objętości przestrzeni pomiędzy łopatkami a obudową w miarę obrotu wirnika. Dzięki temu możliwe jest sprężanie powietrza.

4. System smarowania: W sprężarkach łopatkowych również stosuje się system smarowania, jednak ilość oleju wykorzystywanego w procesie może być znacznie mniejsza niż w sprężarkach śrubowych. Olej smaruje łopatki, co zmniejsza tarcie i zużycie komponentów.

5. Filtry powietrza i oleju: Podobnie jak w sprężarkach śrubowych, filtry powietrza i oleju chronią sprężarkę łopatkową przed zanieczyszczeniami, które mogłyby uszkodzić jej elementy lub zmniejszyć wydajność.

Zasada działania

Sprężarka łopatkowa działa na zasadzie zmiennej objętości komory sprężania. Gdy wirnik obraca się, łopatki przemieszczają się w rowkach wirnika, rozsuwając się na zewnątrz pod wpływem siły odśrodkowej. Tworzą one w ten sposób szczelne komory między sobą a obudową. W momencie, gdy powietrze dostaje się do wnętrza sprężarki, jest ono zamykane w przestrzeniach między łopatkami. W miarę obrotu wirnika, przestrzenie te zmniejszają się, co prowadzi do sprężenia powietrza. Sprężone powietrze jest następnie wypuszczane do systemu.

Sprężarki łopatkowe mogą pracować w trybie suchym lub z zastosowaniem oleju. W trybie olejowym, olej smaruje łopatki i wirnik, co zwiększa efektywność procesu oraz wydłuża żywotność sprężarki.

Różnice między sprężarkami śrubowymi a łopatkowymi

Chociaż zarówno sprężarki śrubowe, jak i łopatkowe należą do grupy sprężarek wyporowych, różnią się one w kilku kluczowych aspektach, zarówno w konstrukcji, jak i w zasadzie działania.

1. Budowa mechaniczna:  

   – W sprężarkach śrubowych kluczowym elementem są wirniki o skomplikowanej geometrii, które zazębiają się i obracają względem siebie. W sprężarkach łopatkowych mamy do czynienia z wirnikiem wyposażonym w ruchome łopatki, które przemieszczają się w rowkach wirnika.

   – Sprężarki śrubowe mają bardziej złożoną konstrukcję, szczególnie ze względu na konieczność precyzyjnego dopasowania wirników i obudowy. Sprężarki łopatkowe są prostsze w budowie, co przekłada się na łatwiejszy serwis i konserwację.

2. Zasada działania:  

   – Sprężarki śrubowe wykorzystują zmniejszanie objętości komory pomiędzy wirnikami, co prowadzi do kompresji powietrza. Sprężarki łopatkowe natomiast sprężają powietrze za pomocą zmiennej objętości komory tworzonej przez ruchome łopatki.

   – W sprężarkach śrubowych proces sprężania jest ciągły, natomiast w łopatkowych jest cykliczny, co może wpływać na charakterystykę przepływu sprężonego powietrza.

3. Wydajność energetyczna:  

   – Sprężarki śrubowe są zazwyczaj bardziej efektywne energetycznie przy dużych obciążeniach i długotrwałej pracy. Wynika to z mniejszego zużycia energii na kompresję i lepszej wydajności w długotrwałym działaniu.

   – Sprężarki łopatkowe mogą być bardziej efektywne przy niższych obciążeniach oraz w aplikacjach, które wymagają częstego rozruchu i zatrzymywania pracy sprężarki.

4. Eksploatacja i konserwacja:  

   – Sprężarki łopatkowe są prostsze w konserwacji ze względu na mniejszą liczbę ruchomych elementów oraz prostszą konstrukcję. Wymiana łopatek jest łatwiejsza niż serwisowanie skomplikowanych wirników śrubowych.

   – Sprężarki śrubowe mogą wymagać bardziej zaawansowanej obsługi technicznej, szczególnie w zakresie precyzyjnego ustawienia wirników i zapewnienia odpowiedniego smarowania.

5. Zastosowania:  

   – Sprężarki śrubowe znajdują zastosowanie w dużych zakładach przemysłowych, gdzie wymagana jest ciągła praca przy wysokim ciśnieniu i dużej wydajności. Często stosowane są w branży produkcyjnej, energetyce oraz przemyśle chemicznym.

   – Sprężarki łopatkowe są często używane w mniejszych instalacjach, gdzie potrzebna jest elastyczność i mniejsza wydajność. Znajdują zastosowanie w warsztatach, mniejszych zakładach przemysłowych oraz w systemach pneumatycznych.

Podsumowanie

Sprężarki śrubowe i łopatkowe to dwie popularne opcje wśród sprężarek przemysłowych, które oferują różne korzyści w zależności od specyficznych potrzeb użytkownika. Sprężarki śrubowe cechują się wysoką wydajnością i niezawodnością w długotrwałej pracy przy dużych obciążeniach, co czyni je idealnymi dla dużych zakładów przemysłowych. Z kolei sprężarki łopatkowe, dzięki prostszej konstrukcji i łatwiejszej konserwacji, są często wybierane w aplikacjach, gdzie ważna jest elastyczność i mniejsze zapotrzebowanie na sprężone powietrze.

Obie technologie mają swoje miejsce na rynku i wybór odpowiedniej sprężarki zależy od wielu czynników, takich jak wymagania dotyczące wydajności, warunki pracy, a także budżet na inwestycję i koszty eksploatacji.