Sprężarki łopatkowe-jak działają?

Sprężarki łopatkowe

Sprężarka łopatkowa zgodnie z klasyfikacją sprężarek należy do grupy wyporowych sprężarek rotacyjnych. W przeciwieństwie do sprężarek śrubowych, sprężarki łopatkowe posiadają jeden wirnik obracający się w stojanie / statorze / cylindrze.

Sprężarki łopatkowe-historia rozwoju

Pierwszą sprężarkę łopatkową wynalazł niemiecki przedsiębiorca Karl Wittig i w roku 1908 opatentował jej konstrukcję w Niemieckim Urzędzie Patentowym. Była to dwustopniowa sprężarka z chłodnicą międzystopniową osiągająca ciśnienie robocze 7 bar. Posiadała 24 stalowe łopatki smarowane punktowo.

Sprężarki łopatkowe Wittig

W 1910 roku patent obejmował już ulepszenia konstrukcji i obowiązywał na całym świecie.

Google Patents

Drugim ważnym krokiem milowym w produkcji sprężarek łopatkowych było opracowanie i opatentowanie w 1927 roku przez firmę Pneumofore systemy wtrysku oleju do sprężanego powietrza.

Sprężarki łopatkowe Pneumofore

Potem, w latach 1948/49 do głosu dochodzą brytyjscy konstruktorzy z firmy Alfred Bullows and Sons (produkcja granatów obronnych, a później przenośnych opryskiwaczy i agregatów malarskich). Tym razem zmniejszono ilość łopatek w wirniku i zmieniono materiał na żeliwo. Zwiększyło się uszczelnienie poszczególnych komór sprężania i ogólna trwałość stopnia sprężającego, co było ważne dla przemysłu militarnego, na którego potrzeby rozwinięto konstrukcje sprężarek łopatkowych o nazwie Hydrovane. Dodatkową innowacją było zastosowanie układu regulacji wydatku w zależności od zapotrzebowania na sprężone powietrze.

Sprężarki łopatkowe Hydrovane

Patent został niedługo później sprzedany do dwóch firm:
• włoskiej Ing. Enea Mattei SpA – producentowi kompresorów przewoźnych. Od 1958 roku Mattei wprowadza na rynek sprężarki łopatkowe początkowo o małej mocy
• hiszpańskiej Puska Pneumatic SA – od 1976 roku Puska produkuje sprężarki łopatkowe o mocach od 10 do 30 KM.

Sprężarki łopatkowe Mattei

Następne lata to rozwój konstrukcji, wprowadzanie innowacji zmierzających do osiągnięcia wysokiej trwałości, niezawodności oraz jednocześnie niskich kosztów zużycia energii elektrycznej i kosztów serwisowania.

Obecnie na rynku europejskim pozostało jedynie trzech graczy liczących się w branży sprężarek łopatkowych, a którzy to są, to chętnie opowiem w bezpośrednim kontakcie 🙂

Zadzwoń do mnie

Budowa stopnia sprężającego sprężarki łopatkowej

Stopień sprężający (po angielsku air-end lub RSU, czyli Rotor Stator Unit) składa się z:

  • wirnika, który ma nacięte podłużne szczeliny
  • łopatek umieszczonych w szczelinach wirnika

łopatka

  • stojana, w którym obraca się wirnik
  • pokryw stopnia sprężającego, w którym jest mimośrodowo ułożyskowany wirnik

przekrój sprężarki łopatkowej

Jak działają sprężarki łopatkowe?

Wirnik jest sprzęgnięty z silnikiem poprzez sprzęgło, dzięki czemu jego prędkość obrotowa jest taka sama jak silnika elektrycznego.

Podczas obrotu wirnika, łopatki wysuwają się dzięki sile odśrodkowej i dociskają do stojana. Dzięki temu tworzą się indywidualne komory sprężania.

Komory te przemieszczają się względem stojana i zmniejszają swoją objętość. Podczas zmniejszania objętości następuje zwiększenie ciśnienia zassanego gazu. Jednocześnie w procesie sprężania następuje wzrost temperatury sprężanego gazu. Wtryskiwany olej uszczelnia indywidualne komory sprężania, smaruje powierzchnie i odbiera ciepło.

stator kompresora łopatkowego

Pod koniec obrotu gdy komora o najmniejszej objętości i największym ciśnieniu gazu znajdzie się przy wylocie ze stopnia sprężającego, to powietrze przemieści się dalej w stronę wylotu ze sprężarki.

Po drodze jeszcze będzie miało układ separacji oleju ze sprężonego powietrza oraz chłodnicę. Dzięki temu resztkowa zawartość oleju jest na poziomie 3 ppm, a temperatura sprężonego powietrza jest wyższa od temperatury otoczenia jedynie o 10º C.

Budowa sprężarki łopatkowej

Oprócz stopnia sprężającego i silnika elektrycznego sprężarka łopatkowa jest wyposażona w:

  • filtr powietrza oczyszczający zasysane powietrze z zanieczyszczeń stałych
  • zawór wlotowy regulujący dopływ zasilającego powietrza w zależności od odbioru sprężonego powietrza
  • układ separacji oleju (separator wstępny i podstawowy) do osiągnięcia niskiej resztkowej zawartości oleju
  • zbiornik oleju (w konstrukcji stopnia sprężającego lub wydzielony)
  • termostatyczny zawór obejściowy do sterowania przepływem oleju w zależności od jego temperatury
  • filtr oleju
  • chłodnica oleju często zespolona z chłodnicą sprężonego powietrza
  • wentylator chłodnicy
  • zawór minimalnego ciśnienia zapewniający odpowiednie ciśnienie do przepływu oleju przez chłodnicę i do smarowania
  • system modulacji sterujący przepływem powietrza w zależności od jego odbioru
  • układ sterowania umożliwiający zmianę nastaw i pokazujący stan pracy sprężarki łopatkowej oraz błędy w jej funkcjonowaniu

Jeżeli chcesz porównać budowę sprężarki łopatkowej z budową sprężarki srubowej to zapraszam do oddzielnej porady pt. „Sprężarka śrubowa – jak działa?”.

Technika i marketing przy sprężarkach łopatkowych

Tutaj kończy się wpis o budowie i zasadzie działania sprężarek łopatkowych. Istnieje szereg opracowań mówiących o wadach i zaletach sprężarek łopatkowych. O wyższości lub niższości sprężarek łopatkowych w porównaniu ze sprężarkami śrubowymi.

Część argumentów jest uzasadnionych technicznie, a część argumentów to tylko twór marketingowy i opowieści handlowców, chcących sprzedać sprężarkę powietrza, którą mają w ofercie.

Najniższy koszt cyklu życia

Panuje opinia, że sprężarka łopatkowa ma najniższy koszt cyklu życia. Bazuje ona na fakcie, że trwałość stopnia sprężającego z powodu ułożyskowania wirnika jest wyższa niż trwałość stopnia śrubowego. Dzięki temu do konieczności remontu głównego stopnia łopatkowego trzeba będzie wykonać jeden kosztowny remont stopnia śrubowego. Albo nawet dwa remonty.

Fakt techniczny jest bezsporny. Ale wyobraźmy sobie, że producent danej sprężarki łopatkowej uszczelni sobie rynek poprzez powołanie jednego dystrybutora. Dzięki temu uniemożliwi innym zakup części zamiennych i wspólnie z dystrybutorem będą prowadzić politykę bardzo wysokich cen.

Użytkownik nie ma możliwości wybrania innej oferty i jest skazany na wysokie ceny części. Wpływają one na koszt cyklu życia i może się tak zdarzyć, że hasło „najniższy koszt cyklu życia” jest jedynie hasłem marketingowym.

Weryfikacja kosztu cyklu życia

Do weryfikacji tego hasła należałoby przyjąć kalkulację długiego okresu eksploatacji i wszystkich towarzyszących mu kosztów. Byłyby to koszty zakupu sprężarki łopatkowej, zestawów serwisowych, obsługi serwisowej i energii elektrycznej. Osobiście dodałbym też kilka najdroższych części zamiennych (taką wyprawkę na wszelki wypadek). Wtedy wyraźnie widać będzie czy system dystrybucji nie zawyży kosztu cyklu życia.

UWAGA: Na każdy ze składników kosztu cyklu życia istnieje po kilka argumentów technicznych i marketingowych, które mogą wprowadzać zamieszanie do kalkulacji. Jestem w tej branży ponad 20 lat i od sprężarek łopatkowych poznawałem branżę sprężonego powietrza. Masz pytania?

Napisz do mnie

Jak długi jest okres eksploatacji sprężarki łopatkowej?

Sprężarki starzeją się technicznie po 10 latach. A może po 15 latach? Będą miały przebieg 10.000 godzin, albo 100.000 godzin. Należałoby rozważyć swój przypadek i w zależności od niego obliczyć koszt cyklu życia.

Koszt cyklu życia to nie wszystko. Mając określony czas eksploatacji należałoby jeszcze określić ilość sprężonego powietrza, które będzie w tym czasie wyprodukowane. Porównując ją trzeba koniecznie brać pod uwagę to samo ciśnienie robocze. Jak wygląda porównanie wydajności sprężarek łopatkowych i śrubowych możesz przeczytać w poradzie pt. Wydajność efektywna kompresora lub „Wydajność kompresora o mocy silnika 22 kW”.

Gdy masz już sprężarkę łopatkową, a nie jesteś pewien jej osiągów to możesz mi zlecić wykonanie pomiarów wydajności albo samodzielnie ją obliczyć.

Dla kogo są sprężarki łopatkowe?

Jeszcze do niedawna sprężarki łopatkowe były rozwiązaniem do ciężkiej i ciągłej pracy, najlepiej na 2 lub 3 zmiany robocze. Ostatnie tendencje wśród producentów sprężarek śrubowych polegające na optymalizacji konstrukcji w celu zmniejszenia zużycia energii elektrycznej niezbędnej do wyprodukowania 1m³ sprężonego powietrza sprawiają, że technologia śrubowa goni, dogania lub nawet przegania technologię łopatkową.

Wszystko zależy od przypadku, w jakim brana jest pod uwagę sprężarka łopatkowa.

Zadzwoń do mnie

2 thoughts on “Sprężarki łopatkowe-jak działają?

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *