Sprężarka powietrza w zakładzie: rodzaje i jak dobrać wydajność

Sprężarka powietrza, nazywana też kompresorem, zamienia energię napędu na energię sprężonego powietrza, które zasila narzędzia, siłowniki, urządzenia pakujące i stanowiska lakiernicze. Dobór sprowadza się do dwóch pytań: ile powietrza potrzebujesz jednocześnie i pod jakim ciśnieniem. Resztę, czyli typ maszyny, sposób regulacji i zbiornik, ustala się na podstawie charakteru pracy: ciągłej czy przerywanej.

Rodzaje sprężarek

Typ	Jak pracuje	Gdzie się sprawdza
Tłokowa	tłok w cylindrze spręża powietrze, praca cykliczna	warsztaty, małe zakłady, zapotrzebowanie nieregularne
Śrubowa	dwa wirniki śrubowe sprężają powietrze w sposób ciągły	produkcja na kilka zmian, stałe zapotrzebowanie
Spiralna (scroll)	dwie spirale, jedna nieruchoma i jedna krążąca	małe i średnie wydajności, praca cicha, często powietrze bezolejowe
Łopatkowa	wirnik z łopatkami w mimośrodowym korpusie	średnie wydajności, praca ciągła, prosta budowa
Wirnikowa (turbo)	wirnik przyspiesza powietrze, które następnie jest spiętrzane	bardzo duże wydajności w dużych zakładach

W praktyce większość zakładów wybiera między tłokową a śrubową. Tłokowa jest tańsza w zakupie i prostsza w serwisie, ale pracuje cyklicznie, hałasuje i nie nadaje się do pracy ciągłej, bo wymaga przerw na ostygnięcie. Śrubowa kosztuje więcej, ale pracuje cicho, może pracować bez przerwy i dostarcza stabilne ciśnienie. Przy małym, nieregularnym zapotrzebowaniu zakup śrubowej zwykle się nie opłaca.

Sprężarka olejowa czy bezolejowa

W maszynach olejowych olej smaruje i chłodzi komorę sprężania, a jego ślady trafiają do powietrza i muszą być zatrzymane filtrami. Maszyny bezolejowe nie mają oleju w komorze, więc stosuje się je tam, gdzie powietrze ma kontakt z produktem lub gdzie nie wolno ryzykować zanieczyszczeń: w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i elektronicznym. Kosztują więcej, ale upraszczają uzdatnianie powietrza.

Jak dobrać wydajność krok po kroku

1. Wypisz wszystkich odbiorców powietrza, czyli narzędzia, maszyny i siłowniki, z ich zużyciem z kart katalogowych. Jak szacować zużycie narzędzi, opisuje artykuł o narzędziach pneumatycznych.
2. Zsumuj zużycie i przemnóż przez współczynnik jednoczesności, bo rzadko wszystkie urządzenia pracują w tym samym momencie.
3. Dodaj zapas na nieszczelności, które w istniejących instalacjach pochłaniają zauważalną część powietrza.
4. Dolicz zapas na rozbudowę, najczęściej od 20 do 30%.
5. Ustal ciśnienie robocze: najwyższe wymagane przez odbiorcę plus zapas na spadki ciśnienia na filtrach, osuszaczu i rurach.
6. Porównaj wynik z wydajnością efektywną sprężarki (FAD), a nie z wydajnością teoretyczną z tabliczki.

Ciśnienie, zbiornik i regulacja

Większość narzędzi pneumatycznych pracuje przy ciśnieniu około 6 bar, a sprężarkę dobiera się zwykle na 8 lub 10 bar. Zbyt wysokie ciśnienie wyłącznie z ostrożności zwiększa zużycie energii i nasila nieszczelności, więc ustawiaj je w oparciu o rzeczywiste wymagania. Szczegółowe wyliczenia kosztów znajdziesz w tekście o koszcie sprężonego powietrza.

Zbiornik wyrównuje wahania zapotrzebowania i zmniejsza liczbę załączeń sprężarki. Przy maszynach tłokowych jest nieodzowny, przy śrubowych służy głównie do buforowania szczytów. Regulacja pracy też jest istotna. Układ załącz-wyłącz pasuje do małych maszyn, praca z odciążeniem do stałego zapotrzebowania, a napęd z falownikiem do tam, gdzie zapotrzebowanie się zmienia w ciągu zmiany.

Jak połączyć dwa kompresory

Dwie sprężarki łączy się równolegle, każdą przez zawór zwrotny do wspólnego kolektora lub zbiornika. Zawór zwrotny chroni maszynę, która stoi, przed cofaniem się powietrza. Ciśnienia załączania ustawia się z różnicą, na przykład pierwsza maszyna załącza się przy niższym ciśnieniu i pracuje częściej, a druga jako szczytowa. Przy większych układach stosuje się sterownik nadrzędny, który rotuje maszyny i wyrównuje ich czas pracy. Łączenie maszyn o bardzo różnej wydajności wymaga uwagi, bo mniejsza może być obciążona nierównomiernie.

Praca z odciążeniem i falownik

Sposób regulacji decyduje o tym, co sprężarka robi, gdy odbiór maleje. W układzie z odciążeniem po osiągnięciu ciśnienia górnego silnik pracuje dalej, a maszyna nie spręża powietrza, i dopiero po spadku do ciśnienia dolnego wraca do obciążenia. Rozwiązanie jest proste i trwałe, ale na biegu jałowym maszyna zużywa jeszcze znaczną część mocy. Napęd z falownikiem zmienia obroty silnika i dopasowuje wydajność do poboru, więc dobrze sprawdza się przy zmiennym zapotrzebowaniu. Przy stałym, pełnym obciążeniu nie przynosi zysku, a dokłada koszt i elementy elektroniki do serwisowania.

Zmienne zapotrzebowanie dobrze ilustruje przykład dwóch maszyn: jedna o stałych obrotach pokrywa podstawowe obciążenie, a druga z falownikiem wyrównuje wahania. Taki układ bywa lepszy niż jedna duża sprężarka pracująca często z odciążeniem.

Czego nie pominąć przy zakupie

• osuszacz i filtry, bo woda niszczy narzędzia i instalację, co wyjaśnia artykuł o punkcie rosy sprężonego powietrza,
• miejsce w maszynowni z wentylacją, bo sprężarka oddaje ciepło,
• możliwość odzysku ciepła w większych instalacjach,
• dostępność serwisu i części oraz wymagany przegląd,
• średnicę rur i rozmieszczenie zaworów, żeby spadek ciśnienia był mały.

Najczęstsze pytania

Czym różni się sprężarka od kompresora?

W potocznym użyciu to to samo. Nazwa sprężarka jest bardziej techniczna, kompresor częściej pada w ofertach sklepów, ale oba słowa oznaczają maszynę wytwarzającą sprężone powietrze.

Czy sprężarka tłokowa może pracować w trybie ciągłym?

Większość nie jest do tego przeznaczona. Producent podaje dopuszczalny czas pracy w cyklu, i jeśli zapotrzebowanie wymaga stałej pracy, lepiej wybrać maszynę śrubową.

Jaki zbiornik wybrać do sprężarki?

Im większe wahania zapotrzebowania i im częstsze chwilowe szczyty, tym większy zbiornik. Orientacyjną pojemność podaje producent maszyny, a w razie wątpliwości lepiej dać zbiornik większy.

Czy sprężarkę można przewymiarować?

Można, ale ma to wady. Maszyna rzadko osiąga pełną wydajność, często pracuje na biegu jałowym i zużywa energię bez efektu. Lepiej dobrać ją z umiarkowanym zapasem i dołożyć drugą, gdy zakład rośnie.