Sprężone powietrze zasila narzędzia pneumatyczne, siłowniki, układy sterowania, pistolety lakiernicze i wiele maszyn wykorzystywanych w warsztatach oraz zakładach przemysłowych.
Wybór sprężarki nie powinien jednak polegać na zakupie urządzenia o największej mocy lub pojemności zbiornika. Maszyna musi dostarczać odpowiednią ilość powietrza przy wymaganym ciśnieniu, pracować w dopuszczalnym cyklu i zapewniać jakość medium właściwą dla konkretnego zastosowania. Istotne są również warunki montażu, konstrukcja instalacji, dostępność serwisu oraz zużycie energii.
Zbyt mała sprężarka powoduje spadki ciśnienia, przegrzewanie i przerwy w pracy. Przewymiarowana może natomiast często przechodzić w stan odciążenia, pracować poza optymalnym zakresem i generować niepotrzebne koszty. Jak zatem dobrać urządzenie do rzeczywistych potrzeb?
Czym jest sprężarka i jak działa?
Sprężarka jest maszyną zwiększającą ciśnienie gazu. W typowych zastosowaniach zasysa powietrze atmosferyczne przez filtr, spręża je, schładza, a następnie przekazuje do zbiornika albo bezpośrednio do instalacji.
W sprężarkach wyporowych określona porcja powietrza zostaje zamknięta w komorze, której objętość stopniowo się zmniejsza. W ten sposób działają między innymi konstrukcje tłokowe, śrubowe i spiralne. W sprężarkach dynamicznych wirnik rozpędza strumień powietrza, a energia jego prędkości zostaje następnie przekształcona w ciśnienie.
Sprężaniu towarzyszy wzrost temperatury. Dlatego urządzenie potrzebuje skutecznego chłodzenia, a większe instalacje są wyposażane również w chłodnice końcowe. Po obniżeniu temperatury część pary wodnej zawartej w powietrzu wykrapla się jako kondensat, który musi być odprowadzany ze zbiornika, separatorów, filtrów i osuszacza.
Pracą urządzenia steruje presostat lub sterownik elektroniczny. Układ uruchamia sprężarkę po spadku ciśnienia i ogranicza jej pracę po osiągnięciu wartości zadanej. W bardziej rozbudowanych systemach kontroluje również temperaturę, czas pracy, stany alarmowe, prędkość obrotową i współpracę kilku urządzeń.
Najważniejsze rodzaje sprężarek
Nie istnieje jeden typ sprężarki odpowiedni do wszystkich zastosowań. Konstrukcja wpływa na wydajność, możliwe ciśnienie, ciągłość pracy, jakość powietrza, poziom hałasu i wymagania serwisowe.
Sprężarki tłokowe
Sprężarka tłokowa zasysa powietrze do cylindra, a następnie spręża je podczas ruchu tłoka. To popularne rozwiązanie w małych warsztatach, garażach, serwisach, gospodarstwach i na stanowiskach, na których odbiorniki działają z przerwami.
Zaletami są prosta budowa, duża dostępność wariantów i możliwość uzyskania wysokiego ciśnienia. Ograniczeniem bywa cykl pracy. Wiele niewielkich modeli wymaga przerw na schłodzenie, dlatego nie powinny być używane jak urządzenia przeznaczone do pracy ciągłej.
Przed zakupem trzeba sprawdzić nie tylko pojemność zbiornika i moc silnika, ale przede wszystkim wydajność użytkową oraz dopuszczalny czas pracy pod obciążeniem.
Sprężarki śrubowe
W sprężarce śrubowej powietrze przemieszcza się pomiędzy obracającymi się wirnikami. Wraz z ruchem medium przestrzeń robocza maleje, przez co ciśnienie wzrasta. Konstrukcja zapewnia równomierny przepływ i dobrze sprawdza się podczas długotrwałego zasilania wielu odbiorników.
Sprężarki śrubowe są stosowane w warsztatach o dużym obciążeniu, lakierniach, magazynach i zakładach przemysłowych. Wersje olejowe wykorzystują olej do smarowania, chłodzenia i uszczelniania stopnia sprężającego. Po sprężeniu medium przechodzi przez układ separacji.
Dostępne są również urządzenia z napędem o zmiennej prędkości. Mogą dopasowywać wydajność do aktualnego poboru, co jest korzystne przy zmiennym zapotrzebowaniu. Nie oznacza to jednak, że można zrezygnować z prawidłowego doboru wielkości sprężarki.
Sprężarki spiralne i odśrodkowe
W sprężarce spiralnej jedna spirala pozostaje nieruchoma, a druga wykonuje ruch orbitalny. Powietrze trafia do coraz mniejszych komór i jest przemieszczane w kierunku środka układu. Konstrukcja może dostarczać powietrze bez wprowadzania oleju do komory sprężania. Stosuje się ją między innymi w laboratoriach, placówkach medycznych, gabinetach stomatologicznych i aplikacjach wymagających czystego medium.
Sprężarki odśrodkowe są maszynami dynamicznymi przeznaczonymi do dużych przepływów i rozbudowanych instalacji o względnie stabilnym zapotrzebowaniu.
Sprężarka olejowa czy bezolejowa?
W sprężarce olejowej środek smarny uczestniczy w chłodzeniu, smarowaniu i uszczelnianiu. W urządzeniu bezolejowym powietrze w komorze sprężania nie styka się z olejem technologicznym.
Nie oznacza to jednak, że każda sprężarka bezolejowa automatycznie dostarcza powietrze odpowiednie do dowolnego procesu. Powietrze zasysane z otoczenia zawiera parę wodną, pył, aerozole i inne zanieczyszczenia. Mogą one również pochodzić ze zbiornika, przewodów lub nieprawidłowo serwisowanych elementów.
W warsztacie mechanicznym albo przy zasilaniu typowych narzędzi często wystarcza sprężarka olejowa połączona z odpowiednią filtracją. W branży spożywczej, farmaceutycznej, elektronicznej, medycznej lub przy bezpośrednim kontakcie powietrza z produktem wymagania są zwykle znacznie wyższe. Norma ISO 8573-1 opisuje klasy czystości sprężonego powietrza w odniesieniu do cząstek stałych, wody i oleju.
Wybór powinien wynikać z wymagań procesu i oceny ryzyka zanieczyszczenia. O jakości powietrza decyduje cały system: sprężarka, chłodzenie, zbiornik, filtry, osuszacz, instalacja oraz sposób eksploatacji.
Jakie parametry sprężarki są najważniejsze?
Wydajność
Wydajność określa ilość powietrza, którą urządzenie może dostarczyć w jednostce czasu. W dokumentacji mogą występować różne wartości, między innymi wydajność teoretyczna, wydajność na ssaniu i rzeczywista ilość powietrza oddawanego do instalacji.
Do doboru należy przyjmować parametr odpowiadający rzeczywistej wydajności użytkowej przy wymaganym ciśnieniu. Sprężarka może dostarczać inną ilość powietrza przy 7 barach niż przy 10 barach. Podstawowymi kryteriami są więc jednocześnie przepływ i ciśnienie, a nie sama moc silnika.
Ciśnienie robocze
Ciśnienie musi być wystarczające w najbardziej wymagającym punkcie instalacji. Nie powinno być jednak ustawiane znacznie powyżej potrzeb. Wytworzenie wyższego ciśnienia wymaga większego nakładu energii, a nieszczelności powodują wtedy większe straty.
Do wymagań odbiornika trzeba dodać uzasadniony zapas na spadki w filtrach, osuszaczu, przewodach, zaworach i szybkozłączach. Podnoszenie ciśnienia całej stacji nie powinno zastępować usunięcia przewężeń lub wymiany zabrudzonych wkładów.
Pojemność zbiornika
Zbiornik magazynuje powietrze, stabilizuje ciśnienie, ogranicza częstotliwość uruchamiania sprężarki i pomaga obsługiwać krótkotrwałe skoki poboru. Nie zwiększa jednak wydajności stopnia sprężającego. Jeżeli odbiorniki przez długi czas zużywają więcej powietrza, niż urządzenie może wytworzyć, ciśnienie będzie spadać niezależnie od wielkości zbiornika.
Pojemność dobiera się do charakterystyki poboru, sposobu regulacji i dopuszczalnych wahań ciśnienia. Odpowiednio zaprojektowane magazynowanie może ograniczać konieczność uruchamiania dodatkowej maszyny przy krótkich szczytach zapotrzebowania.
Cykl pracy
Cykl pracy określa, jak długo urządzenie może działać pod obciążeniem w danym przedziale czasu. Ma szczególne znaczenie w mniejszych sprężarkach tłokowych.
Jeżeli narzędzie wymaga niemal nieprzerwanego zasilania, nie wystarczy porównać jego średniego zużycia z wydajnością sprężarki. Trzeba również sprawdzić, czy urządzenie może pracować wystarczająco długo bez przegrzewania.
Hałas i warunki montażu
Sprężarka ustawiona blisko stanowisk pracy powinna być oceniana pod kątem hałasu i drgań. Pomieszczenie musi zapewniać dopływ czystego, możliwie chłodnego powietrza oraz skuteczne odprowadzanie ciepła. Zbyt wysoka temperatura otoczenia może pogorszyć chłodzenie i skrócić żywotność oleju oraz podzespołów.
Jak obliczyć zapotrzebowanie na sprężone powietrze?
Pierwszym krokiem jest sporządzenie listy odbiorników wraz z wymaganym ciśnieniem, zużyciem powietrza i czasem pracy. Następnie trzeba ustalić, które urządzenia mogą działać równocześnie.
Inaczej należy traktować klucz pneumatyczny uruchamiany przez kilka sekund, a inaczej dyszę przedmuchową pracującą przez większą część zmiany. Średnie zużycie nie pokazuje też krótkich, intensywnych poborów powodujących spadki ciśnienia. W takich przypadkach potrzebny może być zbiornik lub lokalny bufor umieszczony blisko odbiornika.
W działającym zakładzie najbardziej wiarygodne wyniki daje pomiar przepływu, ciśnienia i poboru mocy w reprezentatywnym okresie. Dane powinny obejmować różne zmiany, postoje, przezbrojenia i maksymalne obciążenie. Audyt pozwala oddzielić rzeczywiste zapotrzebowanie od strat wynikających z nieszczelności, niewłaściwych nastaw i nieuzasadnionego używania sprężonego powietrza. Departament Energii USA zaleca analizowanie całego systemu, a nie tylko sprawności pojedynczej sprężarki.
Do wyniku warto dodać rozsądną rezerwę na wahania poboru i planowany rozwój. Zapas nie powinien jednak prowadzić do zakupu urządzenia wielokrotnie większego od aktualnych potrzeb.
Dlaczego przewymiarowanie nie zawsze jest bezpieczne?
Większa sprężarka nie zawsze oznacza bardziej niezawodną instalację. Urządzenie pracujące przez większość czasu z niewielkim obciążeniem może często się uruchamiać i zatrzymywać albo długo działać na biegu jałowym.
W sprężarce ze stałą prędkością silnik może nadal pobierać energię podczas odciążenia, mimo że maszyna nie dostarcza pełnej ilości powietrza. Napęd o zmiennej prędkości lepiej reaguje na zmieniające się zapotrzebowanie, ale również ma określony zakres efektywnej pracy.
W większych instalacjach można zastosować kilka sprężarek sterowanych nadrzędnie. Układ dobiera liczbę pracujących maszyn, zapewnia rotację i pozostawia rezerwę serwisową.
Jakość sprężonego powietrza i uzdatnianie
Powietrze atmosferyczne zawiera parę wodną, cząstki stałe, aerozole i zanieczyszczenia pochodzące z otoczenia. Po sprężeniu ich stężenie w jednostce objętości rośnie. Dodatkowym źródłem mogą być olej, korozja przewodów, zużyte uszczelnienia i niesprawne filtry.
Wilgoć powoduje korozję, zakłócenia w pneumatyce, wypłukiwanie smaru z narzędzi, zamarzanie przewodów i wady podczas lakierowania. Cząstki oraz olej mogą zanieczyszczać produkt lub uszkadzać precyzyjne elementy.
Do uzdatniania stosuje się separatory kondensatu, filtry wstępne i dokładne, osuszacze ziębnicze, osuszacze adsorpcyjne, filtry z węglem aktywnym oraz automatyczne spusty kondensatu. Konfigurację dobiera się do wymaganej jakości w punkcie użycia.
Nie zawsze trzeba uzdatniać cały strumień do najwyższego poziomu. Gdy tylko jeden proces wymaga wyjątkowo czystego powietrza, bardziej ekonomiczne może być przygotowanie podstawowej jakości dla sieci głównej i zastosowanie dodatkowego oczyszczania bezpośrednio przed tym odbiornikiem.
Instalacja może ograniczyć nawet dobrą sprężarkę
Prawidłowo dobrana sprężarka nie zapewni stabilnego zasilania, jeżeli instalacja ma zbyt małą średnicę, liczne przewężenia albo nadmierną długość. Straty ciśnienia powstają w rurach, kolanach, zaworach, filtrach, osuszaczach i szybkozłączach.
Szczególną uwagę trzeba zwrócić na węże i szybkozłącza przy narzędziach. Jeden element o niewielkim przekroju może ograniczyć przepływ bardziej niż długa część instalacji głównej. Typową, lecz błędną reakcją na spadek wydajności narzędzia jest zwiększenie ciśnienia sprężarki. Takie działanie maskuje przyczynę i podnosi koszt pracy całego systemu.
Wycieki – koszt, którego często nie widać
Nieszczelności pojawiają się na połączeniach, szybkozłączach, wężach, zaworach, siłownikach i układach odwadniania. Pojedynczy wyciek może wydawać się drobny, ale trwa przez cały czas utrzymywania ciśnienia.
Wycieki wydłużają pracę sprężarek, przyspieszają zużycie i mogą powodować uruchamianie dodatkowej maszyny. Departament Energii USA wskazuje, że program lokalizowania oraz napraw nieszczelności powinien być stałym elementem zarządzania instalacją.
Do kontroli wykorzystuje się między innymi detektory ultradźwiękowe. Wykryte miejsca warto oznaczać, rejestrować i ponownie sprawdzać po naprawie. Jednorazowa akcja nie wystarcza, ponieważ wraz ze zużyciem podzespołów pojawiają się kolejne nieszczelności.
Najczęstsze awarie i objawy
Do sygnałów ostrzegawczych należą wzrost temperatury, spadek wydajności, dłuższy czas napełniania zbiornika, częste uruchamianie, nietypowy hałas, drgania, obecność oleju lub nadmiernej ilości wody w instalacji oraz rosnący pobór energii.
Przegrzewanie może wynikać z zabrudzonej chłodnicy, złej wentylacji, niewłaściwego poziomu oleju, zużytego filtra albo zbyt wysokiej temperatury w pomieszczeniu. Spadek wydajności bywa skutkiem nieszczelności, zabrudzenia filtra wlotowego, zużycia stopnia sprężającego lub nieprawidłowego działania zaworów.
Nie należy usuwać alarmów wyłącznie przez skasowanie komunikatu lub zmianę progu zabezpieczenia. Alarm jest skutkiem określonej nieprawidłowości, którą trzeba znaleźć przed ponownym uruchomieniem urządzenia.
Jak serwisować sprężarkę?
Podstawą jest harmonogram producenta dostosowany do warunków pracy. Maszyna zasysająca powietrze w zapylonym pomieszczeniu może wymagać częstszej kontroli i wymiany filtrów niż ten sam model pracujący w czystej sprężarkowni.
Obsługa obejmuje kontrolę oleju, filtrów, separatorów, pasków, uszczelnień, chłodnic i układu odprowadzania kondensatu. Trzeba sprawdzać szczelność, zabezpieczenia, połączenia elektryczne oraz podstawowe parametry robocze.
Warto prowadzić historię serwisową. Zapisy temperatur, godzin pracy, alarmów i wykonanych czynności pozwalają zauważyć stopniowe pogarszanie się stanu maszyny. Planowany serwis jest zwykle łatwiejszy i tańszy niż awaria zatrzymująca pracę zakładu.
Zbiornik i pozostałe elementy ciśnieniowe muszą być eksploatowane zgodnie z dokumentacją oraz właściwymi wymaganiami. Nie wolno samodzielnie przerabiać zaworów bezpieczeństwa ani przekraczać dopuszczalnego ciśnienia.
Ile kosztuje eksploatacja sprężarki?
Cena zakupu jest tylko częścią całkowitego kosztu. W wieloletniej eksploatacji duże znaczenie mają energia elektryczna, części, serwis, uzdatnianie powietrza, nieszczelności i przestoje.
Koszt energii można wstępnie oszacować na podstawie średniego poboru mocy, liczby godzin pracy i ceny energii. Dokładniejsza analiza uwzględnia również stopień obciążenia, przepływ oraz ciśnienie.
Największe możliwości oszczędności często znajdują się poza samą sprężarką. Naprawa wycieków, obniżenie niepotrzebnie wysokiego ciśnienia, usunięcie przewężeń i poprawa sterowania mogą być bardziej opłacalne niż wymiana sprawnej maszyny.
Jak uniknąć błędów przy wyborze?
Przed zakupem trzeba odpowiedzieć na najważniejsze pytania:
- Jakiego ciśnienia wymagają odbiorniki w punkcie użycia?
- Jakie jest ich chwilowe i średnie zużycie powietrza?
- Które urządzenia pracują jednocześnie?
- Czy pobór jest stały, czy występują krótkie szczyty?
- Jaka jakość powietrza jest wymagana?
- Ile godzin dziennie ma działać sprężarka?
- Jakie warunki panują w miejscu montażu?
- Czy planowana jest rozbudowa?
- Jak będzie realizowany serwis i zasilanie rezerwowe?
- Czy istniejąca sieć ma odpowiednie średnice i szczelność?
Najczęstszym błędem jest dobór wyłącznie na podstawie mocy silnika lub pojemności zbiornika. W większej instalacji decyzję powinny poprzedzać pomiary. W małym warsztacie również trzeba zebrać dane odbiorników, ponieważ różnica między pracą okazjonalną a ciągłą całkowicie zmienia właściwy typ urządzenia.
Dobrze dobrana sprężarka jest częścią systemu
Sprężarka nie pracuje w oderwaniu od pozostałych elementów. Jej wydajność musi odpowiadać odbiornikom, sposób regulacji pasować do profilu poboru, a uzdatnianie do wymagań jakościowych. Zbiornik stabilizuje pracę, instalacja ogranicza spadki ciśnienia, a regularny serwis zapobiega awariom.
Najlepsze urządzenie nie zawsze jest największe ani najdroższe. Jest nim sprężarka, która dostarcza wymaganą ilość powietrza przy możliwie niskim zużyciu energii, zachowuje odpowiednią jakość medium i może być bezpiecznie utrzymywana przez cały okres eksploatacji.
FAQ
Jaka sprężarka będzie najlepsza do warsztatu?
Do sporadycznej obsługi narzędzi często wystarcza sprężarka tłokowa. Przy wielogodzinnej pracy i zasilaniu kilku stanowisk lepszym rozwiązaniem może być sprężarka śrubowa. O wyborze decydują wymagane ciśnienie, rzeczywista wydajność i cykl pracy.
Czy większy zbiornik zwiększa wydajność sprężarki?
Nie. Zbiornik magazynuje powietrze i pomaga obsłużyć chwilowy pobór, ale nie zwiększa ilości powietrza wytwarzanej przez sprężarkę.
Ile barów powinna mieć sprężarka?
Ciśnienie należy dopasować do najbardziej wymagającego odbiornika i uzasadnionych strat w instalacji. Ustawienie wartości znacznie wyższej niż potrzebna zwiększa koszty i straty przez nieszczelności.
Czy sprężarka bezolejowa nie wymaga filtrów?
Wymaga uzdatniania odpowiedniego do zastosowania. Brak oleju w komorze sprężania nie usuwa wilgoci, cząstek i zanieczyszczeń zasysanych z otoczenia.
Jak często serwisować sprężarkę?
Częstotliwość zależy od modelu, liczby godzin pracy i warunków otoczenia. Podstawą jest instrukcja producenta. W gorącym lub zapylonym pomieszczeniu część czynności może być potrzebna częściej.
Co powoduje spadek ciśnienia w instalacji?
Przyczyną może być zbyt mała wydajność sprężarki, nieszczelność, zabrudzony filtr, niewłaściwa średnica przewodów, przewężone szybkozłącze, duży chwilowy pobór albo awaria urządzenia. Przed zwiększeniem nastawy należy znaleźć źródło problemu.
