Sprężarki wyporowe – budowa, działanie i zastosowanie

Sprężarki wyporowe są kluczowymi urządzeniami stosowanymi w wielu gałęziach przemysłu, odpowiadającymi za sprężanie gazów poprzez zmniejszanie ich objętości. W tym artykule przyjrzymy się ich budowie, zasadzie działania, różnym typom oraz zastosowaniom w różnych sektorach gospodarki.

Budowa sprężarek wyporowych

Sprężarki wyporowe charakteryzują się konstrukcją, w której gaz jest sprężany poprzez zmniejszanie objętości komory sprężania. W zależności od rodzaju sprężarki, elementy odpowiedzialne za sprężanie mogą się różnić.

Sprężarka tłokowa

Sprężarka tłokowa jest jednym z najstarszych i najczęściej stosowanych typów sprężarek wyporowych. Składa się z cylindra, w którym porusza się tłok napędzany mechanizmem korbowym. Podczas ruchu tłoka w dół, gaz jest zasysany do cylindra przez zawór ssący. Następnie, gdy tłok porusza się w górę, gaz jest sprężany, a po osiągnięciu odpowiedniego ciśnienia, wypychany przez zawór tłoczny do systemu odbiorczego.

Sprężarka śrubowa

Sprężarka śrubowa wykorzystuje dwa wirujące rotory o kształcie śrubowym, które obracając się w przeciwnych kierunkach, zasysają i sprężają gaz. Dzięki ciągłemu ruchowi rotory zapewniają stały przepływ sprężonego gazu, co przekłada się na równomierną pracę urządzenia. Sprężarki śrubowe charakteryzują się wysoką wydajnością i są często stosowane w aplikacjach wymagających ciągłej pracy.

Sprężarka łopatkowa

Sprężarka łopatkowa składa się z wirnika umieszczonego ekscentrycznie w cylindrycznej komorze. Wirnik posiada promieniowo ułożone łopatki, które wsuwają się i wysuwają w zależności od położenia, tworząc komory o zmiennej objętości. W miarę obrotu wirnika gaz jest zasysany do większych komór, następnie objętość tych komór zmniejsza się, powodując sprężanie gazu, który jest następnie tłoczony do układu odbiorczego.

Zasada działania sprężarek wyporowych

Zasada działania sprężarek wyporowych opiera się na cyklicznym zmniejszaniu objętości komory sprężania, co prowadzi do wzrostu ciśnienia gazu. Proces ten można podzielić na trzy główne etapy:

1. Zasysanie: Gaz jest zasysany do komory sprężania przez zawór ssący podczas ruchu elementu sprężającego (np. tłoka) w kierunku zwiększającym objętość komory.
2. Sprężanie: Element sprężający zmniejsza objętość komory, co powoduje wzrost ciśnienia gazu.
3. Tłoczenie: Po osiągnięciu wymaganego ciśnienia, sprężony gaz jest wypychany przez zawór tłoczny do systemu odbiorczego.

W sprężarkach tłokowych proces ten jest realizowany przez ruch posuwisto-zwrotny tłoka w cylindrze, natomiast w sprężarkach śrubowych przez obrót współpracujących ze sobą śrub.

Rodzaje sprężarek wyporowych

Sprężarki wyporowe można podzielić na kilka typów w zależności od konstrukcji i sposobu działania:

• Sprężarki tłokowe: Wykorzystują ruch tłoka w cylindrze do sprężania gazu. Mogą być jednostronnego lub dwustronnego działania, w zależności od tego, czy sprężanie odbywa się po jednej, czy po obu stronach tłoka.
• Sprężarki śrubowe: Używają dwóch obracających się śrub do sprężania gazu. Charakteryzują się ciągłym przepływem gazu i są stosowane tam, gdzie wymagana jest stała dostawa sprężonego powietrza.
• Sprężarki membranowe: Wykorzystują elastyczną membranę do zmiany objętości komory sprężania. Są stosowane w aplikacjach wymagających czystości gazu, ponieważ eliminują ryzyko zanieczyszczenia olejem.
• Sprężarki spiralne: Składają się z dwóch spiralnych elementów, z których jeden jest nieruchomy, a drugi porusza się w sposób orbitalny, co powoduje sprężanie gazu. Charakteryzują się cichą pracą i wysoką efektywnością.

Sprężarki wyporowe a dynamiczne – różnice

Sprężarki można podzielić na dwie główne kategorie: wyporowe i dynamiczne. Główne różnice między nimi to:

• Zasada działania: Sprężarki wyporowe sprężają gaz poprzez zmniejszanie objętości komory sprężania, natomiast sprężarki dynamiczne (np. odśrodkowe) zwiększają energię kinetyczną gazu, a następnie przekształcają ją w energię ciśnienia.

Zastosowanie sprężarek wyporowych

Sprężarki wyporowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, dzięki swojej niezawodności i efektywności. Poniżej przedstawiamy najważniejsze sektory, w których są wykorzystywane:

Motoryzacja

W przemyśle motoryzacyjnym sprężarki wyporowe są kluczowym elementem układów pneumatycznych, stosowanych w systemach hamulcowych pojazdów ciężarowych, zawieszeniach pneumatycznych oraz klimatyzacji samochodowej.

Energetyka

Sprężarki wyporowe odgrywają ważną rolę w elektrowniach, gdzie są używane do obsługi układów sterowania, systemów chłodzenia turbin oraz transportu gazów technicznych.

Przemysł chemiczny

W zakładach chemicznych sprężarki wyporowe są wykorzystywane do sprężania i transportu różnych gazów procesowych, takich jak tlen, azot czy wodór, a także do obsługi reaktorów chemicznych.

Systemy chłodnicze

W chłodnictwie sprężarki wyporowe, zwłaszcza tłokowe i śrubowe, są niezbędnym elementem w układach chłodniczych i klimatyzacyjnych, gdzie odpowiadają za sprężanie czynnika chłodniczego.

Przemysł farmaceutyczny

W przemyśle farmaceutycznym sprężone powietrze musi być wyjątkowo czyste, dlatego stosuje się sprężarki membranowe i spiralne, które minimalizują ryzyko zanieczyszczenia produktów leczniczych.

Przemysł morski

Na statkach i platformach wiertniczych sprężarki wyporowe są używane do zasilania narzędzi pneumatycznych, systemów kontroli i awaryjnych systemów zasilania.

Sprężarki wyporowe – zalety i wady

Każda technologia posiada swoje mocne i słabe strony. Sprężarki wyporowe wyróżniają się następującymi cechami:

Zalety:

• Wysoka wydajność przy niskich przepływach,
• Możliwość uzyskania wysokich ciśnień,
• Dobra regulacja parametrów pracy,
• Możliwość pracy w różnych warunkach środowiskowych.

Wady:

• Wyższy poziom hałasu w porównaniu do sprężarek dynamicznych,
• Większa liczba elementów mechanicznych, co wpływa na koszty eksploatacji,
• Wymagana regularna konserwacja i smarowanie (w przypadku modeli olejowych).

Serwis i konserwacja sprężarek wyporowych

Aby zapewnić długą żywotność i niezawodność sprężarek wyporowych, konieczna jest ich regularna konserwacja. Podstawowe działania obejmują:

• Kontrolę poziomu oleju i jego wymianę w sprężarkach olejowych,
• Czyszczenie i wymianę filtrów powietrza,
• Sprawdzanie szczelności układu sprężania,
• Regularne przeglądy mechaniczne w celu wykrycia ewentualnych uszkodzeń.

Odpowiednia eksploatacja i konserwacja sprężarek wyporowych pozwala na ich bezproblemową pracę przez wiele lat, co czyni je niezastąpionym elementem w przemyśle i technologii.