Kompresor śrubowy - zasada działania
Pomysł, żeby używać kompresorów śrubowych, nie jest nowy. Już w 1878 w Hanowerze, Heinrich Krigar opatentował prostą sprężarkę śrubową. Pierwsze przemysłowe kompresory śrubowe miały symetryczne profile wirnika i nie podbiły rynku. Głównie ze względu na wyższe zużycie energii w porównaniu z kompresorami tłokowymi.
Dopiero w 1962 roku stworzony został asymetryczny profil wirnika kompresora śrubowego. Poprawił on efektywność urządzenia o 10%. Mimo tej znacznej poprawy wciąż jednak zużywał więcej energii elektrycznej niż dobrej jakości kompresor tłokowy. Dodatkowo ówczesne sprężarki śrubowe były dużo droższe niż kompresory tłokowe o porównywalnej wydajności.
W latach 60. do klubu wytwórców kompresorów śrubowych przystąpiła firma KAESER KOMPRESSOREN. Celem jej inżynierów było usunięcie wad kompresorów poprzednich generacji. Przełom nastąpił wraz z opracowaniem przez nich bloku śrubowego. Ważną jego częścią były wirniki z energooszczędnym profilem SIGMA. Stosując ten rodzaj bloku śrubowego w kompresorach, osiąga się znaczne oszczędności energii. Mówimy tu o oszczędnościach na poziomie 15 do 20% względem konwencjonalnych asymetrycznych bloków śrubowych. Sprężarki z blokiem śrubowym o profilu SIGMA marki KAESER wyróżnia niższy współczynnik mocy specyficznej niż w innych urządzeniach na rynku. Prezentują one wszystkie korzyści znane ze sprężania powietrza przy użyciu sprężarek rotacyjnych.
Produkcja sprężonego powietrza za pomocą kompresora śrubowego
Blok kompresora śrubowego składa się z dwóch równoległych wirników. Napędzanego silnikiem wirnika “głównego” oraz wirnika “pomocniczego”. Są one zamknięte w obudowie, do której wtryskiwany jest olej chłodzący. Wirniki posiadają różną ilość zębów, inną prędkość kątową oraz obracają się w przeciwnych kierunkach. W trakcie obrotów wirniki wytwarzają sprężone powietrze. Powietrze z otoczenia jest zasysane poprzez przestrzenie o zmiennej geometrii wytworzone pomiędzy wirnikami a obudową. Do przestrzeni tych w trakcie obrotu wirników odcinany jest dalszy dostęp powietrza. Każdy obrót zmniejsza objętość pomiędzy wirnikami i obudową — powietrze jest sprężane. Następnie sprężone powietrze tłoczone jest przez otwór wylotowy na zewnątrz bloku do orurowania sprężarki. Konstrukcja bloku sprężarki śrubowej umożliwia ciągłą kompresję bez pulsacji ciśnienia.
Zasada działania bloku śrubowego
Jak działa śrubowa sprężarka olejowa?
Powietrze przechodzi przez filtr na wlocie [1], następnie przez zawór ssący [2] i blok śrubowy, gdzie następuje sprężane [3]. Blok śrubowy kompresora jest napędzany silnikiem elektrycznym [4]. Olej jest wprowadzany podczas procesu sprężania do bloku śrubowego. Pełni on wiele funkcji w sprężarce śrubowej. Odbiera ciepło sprężania, smaruje czy filtruje. Olej jest następnie odseparowany od powietrza przez separator oleju [5]. Zintegrowany wkład separatora oleju pozwala wstępnie oczyścić znajdujące się tam powietrze. Wbudowany wentylator [12] zapewnia chłodzenie systemu kompresora śrubowego. Musi zapewnić wystarczający przepływ powietrza chłodzącego przez chłodnicę oleju [9] i chłodnicę końcową sprężonego powietrza [6].
System sterowania [14] zabudowany w sprężarce śrubowej kontroluje pracę urządzenia. Jego głównym zadaniem jest sterowanie pracą śrubowego kompresora powietrza, tak aby zapewnić oczekiwane ciśnienie w sieci sprężonego powietrza. Najczęściej dysponuje kilkoma algorytmami regulacji. Sprężarki z układem regulacji prędkości obrotowej pozwalają dostosować produkcję sprężonego powietrza do aktualnego zapotrzebowania. Drugą ważną funkcją systemu sterowania sprężarki jest zapewnienie jego bezpiecznej pracy. Musi zagwarantować ochronę przed uszkodzeniem czy przypominać użytkownikowi o koniecznościach wymiany materiałów eksploatacyjnych.
Obszary zastosowań kompresora śrubowego
Nowoczesne sprężarki śrubowe mają zastosowanie praktycznie we wszystkich zakładach i warsztatach. Wszędzie tam, gdzie jest automatyka produkcji i wymagane jest sprężone powietrze. Sprężone powietrze jest nośnikiem energii niezbędnym tak jak prąd, woda czy gaz.
Stacjonarne sprężarki śrubowe występują w każdym sektorze przemysłu, m.in. w:
- procesach produkcyjnych
- transporcie pneumatycznym
- mieszaniu materiałów
- zasilaniu narzędzi pneumatycznych i siłowników
Przewoźne kompresory śrubowe stosuje się głównie w inżynierii budowlanej przy:
- pracach wymagających zasilania narzędzi pneumatycznych
- piaskowaniu
- wdmuchiwaniu światłowodów
Budowa olejowego kompresora śrubowego
1. Blok śrubowy. “Serce” kompresora śrubowego. W nim następuje sprężanie powietrza.
2. Silnik elektryczny. Zamienia energię elektryczną w moment obrotowy napędzający blok śrubowy.
3. Sprzęgło elastyczne. Przekładnia 1:1 łączy silnik elektryczny z blokiem śrubowym bez strat energii.
4. Filtr wlotowy. Usuwa większe cząstki stałe zasysane razem z powietrzem z otoczenia.
5. Zawór wlotowy. Reguluje objętość zasysanego powietrza zależnie od stanu pracy sprężarki.
6. Zawór sterująco-odpowietrzający. Bezpośrednio steruje pracą zaworu ssącego.
7. Zawór bezpieczeństwa. Ochrona przed nadmiernym wzrostem ciśnienia. Zawór otwiera się przy ustalonym ciśnieniu i upuszcza powietrze na zewnątrz.
8. Wentylator promieniowy. Zapewnia odpowiednie chłodzenie oleju i chłodnicy końcowej sprężonego powietrza. Odprowadza ciepłe powietrze z kompresora i silnika napędowego.
9. Zbiornik separatora oleju z wkładem separatora. W separatorze oleju olej chłodząco-smarujący jest odseparowywany od sprężonego powietrza.
10. Zawór zwrotny minimalnego ciśnienia. Zapobiega cofaniu się powietrza z sieci z powrotem do kompresora i zapewnia minimalne ciśnienie niezbędne do wtrysku oleju do bloku.
11. Chłodnica oleju razem z zaworem termostatycznym i filtrem. Zapewnienia optymalną temperaturę oleju oraz jego oczyszczenie.
12. Chłodnica końcowa sprężonego powietrza. Sprężone powietrze z kompresora o temperaturze 70-80°C jest chłodzone do temperatury wyższej o ok. 5 K od temperatury otoczenia.
13. Zintegrowany separator odśrodkowy ze spustem kondensatu. Odseparowuje kondensat powstały w wyniku procesu chłodzenia powietrza.
14. Przyłącze sprężonego powietrza. Oczyszczone i schłodzone sprężone powietrze jest przekazywane do sieci.
15. Podstawy antywibracyjne. Dzięki efektywnej izolacji wibracyjnej, drgania nie są przenoszone na podłoże.