Co to jest sprężarka powietrza?

Wyjaśniamy, jak działają sprężarki powietrza i jakie są ich typy

Skontaktuj się z nami już dziś

October 18, 2021

Sprężarki powietrza — zapomniane urządzenia techniki, które zmieniły historię

Co to są sprężarki powietrza? Technicznie rzecz ujmując, sprężarki powietrza to maszyny przekształcające jedną formę energii w inną, która może być następnie zmagazynowana i wykorzystana w późniejszym czasie. Jednak ani to krótkie wyjaśnienie, ani bardziej szczegółowy opis poniżej nie oddają wpływu, jaki ten wynalazek wywiera na nasze życie.

Dlatego na poziomie nietechnicznym odpowiedź na powyższe pytanie będzie brzmieć: „to maszyny, które zmieniły nasz świat bardziej niż praktycznie jakikolwiek inny wynalazek”.

Choć może się to wydawać przesadą, w rzeczywistości jest to bardzo bliski prawdy opis wpływu sprężarek powietrza na nasze społeczeństwo, a zwłaszcza na sektor przemysłowy. W ciągu niespełna 150 lat od momentu, gdy austriacki inżynier Viktor Popp zbudował pierwszą instalację sprężarek, sprężone powietrze stało się tak niezbędne, że obecnie nazywane jest „czwartym medium” — na równi z energią elektryczną, wodą i gazem.

Stoją za tym niezbite liczby. Szacuje się, że 10% całej energii elektrycznej zużywanej przez przemysł produkcyjny jest wykorzystywane do wytwarzania sprężonego powietrza. 

Tematy

W jaki sposób i dlaczego spręża się powietrze

Aby zrozumieć znaczenie sprężonego powietrza i wytwarzających je sprężarek, przyjrzyjmy się najpierw fizycznej stronie tego procesu. Sprężone powietrze to zwykłe powietrze, które zostało wtłoczone do przestrzeni znacznie mniejszej, niż zajmowało wcześniej. W takim przypadku cząsteczki powietrza zaczynają przyspieszać i pojawia się tzw. energia kinetyczna. Energia ta może być wykorzystana od razu lub przechowywana i uwolniona później.

Jednym z powodów, dla których sprężone powietrze stało się tak nieodzowne, jest wszechstronność jego zastosowań. Niemal każda branża opiera się na jakiejś formie sprężonego powietrza — od zakładów produkcyjnych, budownictwa, opieki zdrowotnej aż po samochody, statki i pociągi — sprężone powietrze jest wykorzystywane po prostu wszędzie.

Logiczną konsekwencją tak różnorodnych zastosowań jest fakt, że istnieje wiele różnych typów sprężarek powietrza. W końcu mała i cicha sprężarka, która zasila wiertarkę w gabinecie dentystycznym, musi różnić się od sprężarki przemysłowej, która napędza cały zakład produkcyjny. 

Znajdowanie odpowiedniej sprężarki powietrza

Tak duża liczba opcji utrudnia jednak laikowi znalezienie sprężarki odpowiedniej do jego zastosowań. Aby ułatwić ten wybór, przedstawiamy zestawienie różnych typów i technologii sprężarek.

Najpierw przyjrzyjmy się zasadzie działania sprężarek. Istnieją dwie główne technologie sprężania:

W sprężarkach wyporowych występuje komora, która jest wypełniona zwykłym powietrzem (lub innym gazem pod ciśnieniem atmosferycznym). Komora ta zmniejsza się, co oznacza, że pewna ilość powietrza musi zmieścić się w mniejszej przestrzeni i w efekcie wzrasta jego ciśnienie oraz energia kinetyczna.

- Sprężarki dynamiczne osiągają wymagany wzrost ciśnienia poprzez przyspieszenie powietrza (lub gazu) za pomocą wirnika, a następnie spowolnienie go w dyfuzorze.

Sprężarki wyporowe są używane znacznie częściej i wykorzystują różne technologie sprężania powietrza. Sprężarki tłokowe wykorzystują ruch postępowo-zwrotny tłoka, rotacyjne sprężarki śrubowe są wyposażone w pojedynczy wirnik, a rzadziej wykorzystywane sprężarki spiralne mają podwójny wirnik.

Każda z nich ma swoje zalety i zastosowania.

Sprężarki tłokowe to dość proste maszyny, które są niedrogie w zakupie. Często są one właściwym rozwiązaniem dla firm o niewielkim zapotrzebowaniu na sprężone powietrze.

Rotacyjne sprężarki śrubowe są bardziej zaawansowane i oferują niski całkowity koszt posiadania. Są także bardziej energooszczędne i mogą wytwarzać znacznie więcej sprężonego powietrza.

Sprężarki dynamiczne (sprężarki turbo) są z kolei używane głównie do prac i zastosowań wymagających bardzo dużej objętości powietrza. 

Różnice między technologiami

Oprócz zasady działania, sprężarki różnią się także innymi cechami, od których zależą ich mocne strony i możliwości optymalnego wykorzystania. 

Sprężarki z wtryskiem oleju i bezolejowe: Nie każde zastosowanie wymaga powietrza najwyższej jakości. Na przykład do napompowania opony można wykorzystać praktycznie dowolne sprężone powietrze, ale sprężone powietrze, które ma kontakt z produktami farmaceutycznymi lub żywnością, musi być bardzo czyste i spełniać wymogi rygorystycznych przepisów. Pierwszy z tych typów nosi nazwę „powietrza zasilającego”, a drugi „powietrza aktywnego”. Zasadniczo „powietrze zasilające” może być mniej czyste, a do jego wytworzenia nadaje się sprężarka z wtryskiem oleju. Ten typ sprężarek jest bardziej ekonomiczny w zakupie i eksploatacji, ale w wytwarzanym przez nie powietrzu znajdują się śladowe ilości oleju.

Dzięki temu nie nadają się one do zastosowań, w których wymagane jest czyste „powietrze aktywne”. W takim przypadku znacznie lepszym wyborem będzie sprężarka bezolejowa, która wytwarza całkowicie czyste powietrze.

Sprężarki tłokowe 1- i 2-stopniowe: Sprężarki tłokowe są dostępne w dwóch wersjach: 1- i 2-stopniowej. W przypadku drobniejszych prac, które nie wymagają stałego dopływu powietrza, wystarczy tańsza wersja 1-stopniowa, jednak do obsługi narzędzi o dużej mocy i zapewnienia stałego dopływu sprężonego powietrza prawdopodobnie lepszym rozwiązaniem będzie tłokowa sprężarka 2-stopniowa.

Napęd pasowy a napęd bezpośredni: Sprężarki napędzane pasem to lepszy wybór do zastosowań, w których największe znaczenie mają niezawodność, łatwość obsługi, opłacalność i moc. Jeśli jednak zastosowanie wymaga dostosowania prędkości obrotowej i mocy sprężarki, wówczas zaleca się użycie napędu bezpośredniego.

Napęd o stałej i o zmiennej prędkości obrotowej: Choć to ilość zastosowań i skala wykorzystania są głównymi przyczynami, dla których sprężone powietrze (i jego wytwarzanie) ma tak duży udział w energii zużywanej przez sektor przemysłowy, należy także zwrócić uwagę na fakt, że sprężanie powietrza jest bardzo energochłonne. Tak bardzo, że większość całkowitego kosztu posiadania sprężarki w całym okresie eksploatacji stanowią koszty energii.

W ten sposób dochodzimy do omówienia różnic między sprężarkami z napędem o stałej i o zmiennej prędkości obrotowej. Jak sama nazwa wskazuje, modele o stałej prędkości mogą pracować tylko z jedną prędkością. Sprawdza się to dobrze w zastosowaniach lub operacjach wymagających stałego przepływu powietrza (oczywiście wydajność sprężarki musi być dopasowana do zapotrzebowania, aby nie dochodziło do marnowania energii).

Takie rozwiązanie okazuje się jednak bardzo mało wydajne, jeśli w zakładzie produkcyjnym występuje zmienne zapotrzebowanie na powietrze. W takich przypadkach znacznie lepszym wyborem będą sprężarki z napędem o zmiennej prędkości obrotowej. Choć ich cena zakupu jest wyższa, to zużywają one o wiele mniej energii, dopasowując prędkość obrotową sprężarki do zapotrzebowania na powietrze, więc są znacznie wydajniejsze i mają znacznie niższy koszt posiadania. 

Przewiń w górę ↰

Evoluto 55 range variable speed drive compressors

Mamy nadzieję, że niniejszy przewodnik stanie się dobrym punktem wyjścia do lepszego poznania różnych typów sprężarek, ich cech i zalet oraz zastosowań, do których najlepiej się nadają.  

Zobacz również

Zostań ekspertem — na naszym blogu znajdziesz więcej informacji na temat sprężonego powietrza.