Sprężarka śrubowa a łopatkowa – różnice

Niezależnie od konstrukcji, zadaniem sprężarek jest wyprodukowanie określonej ilości sprężonego powietrza o odpowiedniej jakości, ciśnieniu i temperaturze.W klasyfikacji kompresorów występują sprężarki wyporowe rotacyjne śrubowe i łopatkowe, których wspólną cechą konstrukcyjną jest ruch obrotowy wirnika (sprężarki łopatkowe) lub wirników (sprężarki śrubowe). Ich nazwy pochodzą od elementów wykonawczych, sprawiających, że ciśnienie powietrza wzrasta. Jeśli interesuje się zakup sprężarki, warto zapoznać się z tym, jak zbudowany jest np. kompresor sprężarka śrubowa.

Zasada działania sprężarki śrubowej

Po naciśnięciu przycisku START, silnik nabiera prędkości obrotowej.

Jest on sprzęgnięty ze stopniem sprężającym. W napędzie bezpośrednim występują półsprzęgła i wkładki elastyczne. Dzięki temu prędkość obrotowastopnia śrubowego jest taka sama jak prędkość obrotowa silnika. Alternatywnym rozwiązaniem jest napęd poprzez przekładnię pasową. Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w sprężarkach śrubowych mniejszej wydajności i obciążone jest nieznaczną stratą mocy występującą w przekładniach.

Sprężarka śrubowa działanie zawdzięcza dwóm strumieniom łączącym się ze sobą w stopniu sprężającym. Jest to strumień powietrza, którego wzrasta ciśnienie i temperatura oraz strumień oleju, który smaruje, uszczelnia i chłodzi.

Od samego początku ruchu obrotowego, powietrze jest pobierane zaworem obejściowym do umożliwienia funkcji smarowania. Po krótkim okresie czasu, gdy układ rozruchowy silnika przejdzie z gwiazdy w trójkąt, następuje otwarcie zaworu wlotowego. Jego działanie sterowane jest elektrozaworem, który otrzymuje sygnały z przetwornika ciśnienia.

Powietrze z otoczenia przepływa przez filtr powietrza, gdzie następuje oczyszczenie go z cząstek stałych takich jak pyły czy zarodniki roślin.

Następuje stopniowy wzrost ciśnienia powietrza w zbiorniku oleju. Dzięki niemu możliwy jest wtrysk oleju do śrubowego stopnia sprężającego. Nim olej dotrze do stopnia śrubowego przechodzi jeszcze przez zawór termostatyczny. Gdy temperatura oleju jest niższa niż 55oC to jest on kierowany z pominięciem chłodnicy oleju przez filtr oleju do stopnia sprężającego. Gdy temperatura oleju wynosi 55-70oC, zawór termostatyczny otwiera się częściowo i pewna ilość oleju płynie przez chłodnicę, a pozostała ją omija. Powyżej temperatury 70oC olej jest całkowicie kierowany przez chłodnicę i filtr do stopnia sprężającego.

Ciśnienie w zbiorniku oleju rośnie do ok. 4,5 bar (w niektórych konstrukcjach nawet do 5,5 lub 6,0 bar) i wtedy następuje aktywowanie zaworu minimalnego ciśnienia. Zawór ten jest odpowiedzialny za utrzymanie ciśnienia do prawidłowego smarowania olejem i nie dopuszcza do spadku ciśnienia wewnętrznego poniżej nastawionej wartości w przypadku, gdy zapotrzebowanie na sprężone powietrze przewyższa wydajność, którą charakteryzuje się kompresor sprężarka śrubowa.

Od tego momentu sprężone powietrze jest tłoczone do układu wstępnej separacji oleju, a następnie separatora, w którym wytrącany jest olej.

Czyste sprężone powietrze tłoczone jest dalej przez chłodnicę do sieci. Temperatura powietrza jest również obniżana przez wtryskiwany do stopnia olej, który oprócz smarowania, odbiera ciepło z procesu sprężania.

W urządzeniach takich jak sprężarki śrubowe olejowe resztkowa zawartość oleju jest na poziomie 3mg/m3, a temperatura sprężonego powietrza jest wyższa o ok. 8-10oC od temperatury otoczenia.

Olej wytrącony w separatorze, dzięki różnicy ciśnień, zasysany jest do zbiornika. 

Sprężarki śrubowe olejowe

Sprężarka śrubowa działanie swoje realizuje w trybie dociążenia, czyli spręża powietrze do momentu osiągnięcia ustawionego na sterowniku maksymalnego ciśnienia roboczego. Po jego osiągnięciu sygnał z przetwornika ciśnienia przekazywany jest do elektrozaworu sterującego zaworem wlotowym. Zawór wlotowy jest zamykany i choć silnik dalej pracuje i pobiera energię elektryczną to stopień śrubowy już nie spręża powietrza i jest w trybie odciążenia. 

Ta sytuacja trwa do momentu, gdy ciśnienie w sieci osiągnie poziom ciśnienia minimalnego ustawionego na sterowniku i nastąpi otwarcie zaworu wlotowego. Sprężarka śrubowa działanie rozpocznie ponownie w trybie dociążenia

Podobny proces sprężania ma miejsce w przypadku sprężarek łopatkowych, ale różni się konstrukcją stopnia sprężającego.

Niezależnie od tego, jakiego producenta jest smarowana olejowo rotacyjna sprężarka łopatkowa lub sprężarka śrubowa zasada działania jest taka sama. Mogą występować drobne różnice w nastawach, systemach sterowania, parametrach temperaturowych i ciśnieniowych, ale sprężanie powietrza następuje w stopniu sprężającym, olej jest wtryskiwany do stopnia, oddzielany od powietrza w układzie separacji, chłodnica schładza sprężone powietrze i olej, a w efekcie otrzymujemy sprężone powietrze o określonych parametrach (resztkowa zawartość oleju, temperatura, ciśnienie i ilość).

Podstawowa różnica pomiędzy sprężarką śrubową a łopatkową to budowa stopnia sprężającego.

Stopień śrubowy – budowa

rys-4-srubowy-stopnien-sprezajacy-2
rys-4-srubowy-stopnien-sprezajacy

 Sprężarki powietrza śrubowe charakteryzują się inną budową stopnia sprężającego niż kompresory łopatkowe. W przypadku urządzenia jakim jest kompresor sprężarka śrubowa, w bloku stopnia sprężającego znajdują się dwa równoległe wirniki. Główny wirnik jest napędzany silnikiem elektrycznym, a wirnik pomocniczy obraca się dzięki przekładni zębatej i zazębieniu z wałem wirnika głównego lub w wersji bez przekładni dzięki stykowi z wirnikiem głównym. W śrubowych sprężarkach olejowych wirniki obracają się w przeciwnych kierunkach i posiadają różną ilość profili spirali. Powietrze dostaje się przez port wlotowy z jednej strony bloku i zamknięte pomiędzy profilami wirnika przemieszcza się. W międzyczasie następuje wtrysk oleju, a zmniejszająca się objętość pomiędzy wirnikami powoduje sprężenie powietrza, aż do momentu dojścia do portu wylotowego. Dalej powietrze jest tłoczone tak jak w przypadku sprężarek łopatkowych do systemu separacji oleju.

Wirniki są ułożyskowane na łożyskach tocznych i z powodu występowania sił osiowych (niskie ciśnienie po stronie portu wlotowego i wysokie ciśnienie docelowe po stronie portu wylotowego). W przypadku urządzeń takich jak kompresory śrubowe, trwałość wirników jest niższa niż w sprężarkach łopatkowych.

Sprężarka śrubowa zasada działania jest prosta, ale wyprodukowanie wirników wymaga zaawansowanej technologii, a co za tym idzie jest droższe w wykonaniu niż wyprodukowanie wirnika sprężarki łopatkowej.

Budowa łopatkowego stopnia sprężającego

rys-5-budowa-lopatkowego-stopnia-sprezajacego

Wirnik z nacięciami umieszczony jest mimośrodowo w stojanie. Łopatki umieszczone w osiowych wycięciach wirnika, poruszają się swobodnie w kierunku promieniowym. Pod wpływem siły odśrodkowej łopatki wysuwają się i dociskają do gładzi stojana. W trakcie obrotu wirnika chowają się. Sprężenie powietrza następuje w skutek zmniejszenia się objętości powietrza uwięzionego w przestrzeni między łopatkami, wirnikiem, stojanem i pokrywami stojana. Jako, że olej jest wtryskiwany na początku procesu sprężania, to po osiągnięciu maksymalnego sprężenia, zaolejone powietrze jest tłoczone do systemu separacji.

Wirnik jest ułożyskowany na łożyskach ślizgowych (Hydrovane) lub łożyskach tocznych (Pneumofore) i nie występują żadne osiowe obciążenia łożysk, co sprawia, że ich trwałość jest większa niż w przypadku stopni śrubowych.

Śrubowe sprężarki powietrza kontra sprężarki łopatkowe

Mimo różnic w budowie, sprężarki śrubowe i łopatkowe są pewnym źródłem dobrej jakości sprężonego powietrza. Zasada działania sprężarki nie powinna określać wyboru konkretnej konstrukcji. Decyzja powinna być uzależniona od zastosowania sprężonego powietrza, oczekiwanych parametrów, kosztów inwestycji i eksploatacji.

W naszej ofercie znajdują się sprężarki powietrza śrubowe, wśród których znajdują się takie produkty, jak sprężarki śrubowe Gardner Denver, sprężarki powietrza śrubowe Champion, a dodatkowo także sprężarki łopatkowe Hydrovane.