SPRĘŻARKI POWIETRZA

Sprężone powietrze jest jednym z najważniejszych przemysłowych nośników energii.  Każda inwestycja podnosząca skuteczność, sprawność i bezawaryjność procesu jego pozyskiwania a następnie wykorzystywania ma bardzo duże znaczenie i przynosi znaczne oszczędności finansowe dla zakładu. Mamy tu na myśli nie tylko możliwości zabezpieczenia odpowiedniej ilości sprężonego powietrza poprzez dobór właściwych i dostosowanych do potrzeb zakładu sprężarek, lecz także wykonania odpowiedniej instalacji, od której zależy jakość otrzymanego powietrza.

W zależności od potrzeb mamy do wyboru trzy najczęściej stosowane rodzaje urządzeń sprężających:

1. Sprężarki tłokowe
2. Sprężarki śrubowe
3. Sprężarki łopatkowe

SPRĘŻARKI TŁOKOWE

Sprężarki tłokowe – najbardziej rozpowszechnione sprężarki w grupie urządzeń o małych wydajnościach. Sprężarki tłokowe są najczęściej używane w zakładach branży motoryzacyjnej; z kilku ważnych zaś powodów zupełnie nie nadają się do zasilania zakładów mięsnych. Podstawowym problemem wynikającym z ich stosowania jest niska jakość otrzymywanego powietrza (duże zaolejenie oraz duża zawartość wody w otrzymywanym powietrzu). Dodatkowo są źródłem dużego hałasu. Pomimo stałego postępu w ich konstrukcji i rozwoju technologii materiałowych trudno zaobserwować tu znaczny postęp.  Obecnie zastępowane są one głównie przez sprężarki śrubowe lub łopatkowe. Ta nowsza generacja sprężarek jest pozbawiona wielu wad urządzeń tłokowych: niskiej trwałości, niskiej jakości powietrza sprężonego, wysokiego poziomu hałasu itp.

Zasada działania

Gdy tłok opuszcza się w dół, zwiększając dostępną przestrzeń, spadek ciśnienia powoduje otwarcie zaworu wlotowego i powietrze jest wciągane do komory sprężarki. Następnie, po przejściu tłoka przez punkt zwrotu odpowiadający maksymalnej objętości komory sprężarki, zawór wlotowy zamyka się, gdy ciśnienie powietrza zaczyna wzrastać. W miarę zmniejszania się komory sprężania wzrasta ciśnienie powietrza. Na koniec, gdy ciśnienie osiąga wcześniej ustaloną wartość, otwiera się zawór spustowy i sprężone powietrze opuszcza komorę sprężania.

SPRĘŻARKI ŚRUBOWE

Sprężarki śrubowe – zdecydowanie najbardziej rozpowszechnione w zakresie wydajności powyżej 1 m³/min. Są to zazwyczaj urządzenia przeznaczone do pracy ciągłej w ciężkich warunkach eksploatacyjnych. Zasilają one w sprężone powietrze zakłady przemysłowe różnych branż od maszynowej, elektronicznej, drzewnej, poprzez spożywczą aż do farmaceutycznej. Sprężarki śrubowe to nowoczesne, trwałe, energooszczędne i ciche źródła sprężonego powietrza. Wyróżniają się dość długimi okresami miedzy przeglądami, łatwością obsługi i instalacji. Zastosowane obudowy dźwiękochłonne bardzo dobrze wytłumiają hałas. Sprężone powietrze wychodzące ze sprężarki śrubowej, tłoczone do instalacji jest już w pewnym stopniu osuszone i oczyszczone. Zawartość oleju spada do około 5 ppm. Znaczna część wilgoci ulega wytrąceniu w chłodnicy końcowej. Każda sprężarka podczas pracy wytwarza ciepło, którego ilość jest porównywalna z mocą pobieraną przez silnik elektryczny, dlatego też niekiedy opłaca się je wykorzystać do ogrzewania nawiewnego pomieszczeń np. produkcyjnych, magazynowych; odzyskując tym samym 80% energii dostarczanej do sprężarek. Sprężarkę można wyposażyć w wymiennik ciepła olej – woda, który umożliwi podgrzanie wody i pozwoli odzyskać 70% energii. Wodę można wykorzystać w układzie wodnego centralnego ogrzewania lub w instalacji ciepłej wody użytkowej. 

Zasada działania

Końcówki wirników odkrywają wlot i powietrze wchodzi do komory tłoczenia. Powietrze jest uwięzione w komorze tworzącej się między rowkiem śruby jednego wirnika a występem śruby drugiego wirnika. Podczas obrotu wirników komora zmniejsza się stopniowo, sprężając uwięzione w niej powietrze. Sprężone powietrze wychodzi przez otwór wylotu.

Sprężarka śrubowa może być wyposażona w przetwornicę częstotliwości. Wydajność tych maszyn dopasowuje się w granicach zakresu regulacji do rzeczywistego zapotrzebowania na sprężone powietrze. Sterowanie wydajnością sprężarki poprzez bezstopniową zmianę prędkości obrotowej silnika elektrycznego to najbardziej ekonomiczny sposób regulacji. Dwie główne zalety sprężarek śrubowych z przetwornicą to: mniejsze w porównaniu ze sprężarkami sterowanymi tradycyjnie zużycie energii elektrycznej i utrzymywanie ciśnienia w instalacji sprężonego powietrza na stałym żądanym poziomie.

SPRĘŻARKI ŁOPATKOWE

Sprężarki łopatkowe – są zdecydowanie mniej popularne niż sprężarki śrubowe. Jednak ich ilość w Polsce stale rośnie i stale też pojawiają się ich nowi producenci. Wykorzystując tę samą, prostą zasadę sprężania różnią się one tylko sposobem ułożyskowania wirnika oraz konstrukcją łopatek. W jednych zastosowano łożyska toczne, w innych łożyska ślizgowe. Ta różnica wpływa na koszty związane z eksploatacją, bowiem okres trwałości łożysk tocznych jest zdecydowanie mniejszy niż ślizgowych i nie różni się w praktyce od trwałości łożysk w stopniu śrubowym.  Dla rozwiązań z łożyskiem ślizgowym czas ich trwałości wynosi praktycznie 80000-100000 godzin, co oznacza ich trwałość do praktycznego, całkowitego zużycia technicznego sprężarki. Sporą zaletą rozwiązań łopatkowych jest łatwość oceny zużycia stopnia sprężającego, wynikająca z możliwości bezpośredniego zajrzenia do części jego wnętrza bez konieczności wykonania jego demontażu.

OSUSZANIE I OCZYSZCZANIE SPRĘŻONEGO POWIETRZA

Sprężone powietrze zawiera wodę, zanieczyszczenia stałe, produkty zużycia, brud, bakterie a nawet zużyty olej, co wszystko razem łączy się w niepożądany agresywny szlam. Ten szlam; często o bardzo kwaśnym odczynie jest przyczyną szybkiego zużycia narzędzi i maszyn pneumatycznych, zaworów i dysz. Podwyższa koszty obsługi i powoduje straty powstałe w wyniku przecieków sprężonego powietrza. Ponadto zawarta w powietrzu woda powoduje korozję rurociągów i w skrajnym przypadku może doprowadzić proces produkcyjny do bardzo kosztownego przestoju.

Dlatego też po dokonaniu wyboru sprężarki, która dostarczy nam odpowiednią ilość sprężonego powietrza zastanawiamy się nad doborem innych urządzeń, które dzięki swym zasadom działania zapewnią nam powietrze wysokiej klasy i odpowiedniej czystości, czyli je uzdatnią.

Uzdatnianie sprężonego powietrza polega więc na: jego schłodzeniu, osuszeniu, odpyleniu i odolejeniu. W tym celu stosuje się różne rozwiązania dobrane do indywidualnych potrzeb użytkowników, które oparte są na takich urządzeniach jak:

- chłodnice końcowe

- osuszacze chłodnicze i adsorpcyjne

- separatory (odwadniacze)

- filtry

OSUSZACZ CHŁODNICZY

Osuszacz chłodniczy ma za zadanie osuszenie sprężonego powietrza do wymaganego punktu rosy. Wilgotność względna powietrza, która przed jego osuszeniem wynosi 100% obniża się zaledwie do 21% (tj. 0,75 g H2O) za osuszaczem chłodniczym (dla punktu rosy +3oC). Dopływające do osuszacza sprężone powietrze o temperaturze +30oC - +45oC jest wstępnie schładzane w wymienniku powietrze-powietrze do temperatury +14oC - +23oC. Następnie w parowniku obiegu chłodniczego powietrze ulega dalszemu schłodzeniu i osiąga zadaną temperaturę punktu rosy +3^OC. Zasada zastosowana w systemie osuszania powietrza poprzez schładzanie jest taka sama, jak stosowana w lodówkach czy układach klimatyzacji.

Zalety:

- niski początkowy koszt zakupu

- stosunkowo niski koszt operacyjny

- niski koszt utrzymania

- nie uszkadza ich olej znajdujący się w powietrzu

Wady:

- ograniczone możliwości uzyskania niskiego punktu rosy

OSUSZACZ ADSORPCYJNY

Osuszacze adsorpcyjne podlegające regeneracji zawierają substancję suszącą, która adsorbuje parę wodną występującą w strumieniu powietrza. Wilgoć jest usuwana z tych substancji w procesie regeneracji poprzez przedmuchiwanie suchym niesprężonym powietrzem, ogrzewanie (wewnętrzne lub zewnętrzne) lub kombinację obu sposobów.

Osuszacze te składają się zazwyczaj z dwóch jednakowych kolumn. Podczas gdy w pierwszej kolumnie zachodzi proces suszenia powietrza z kompresora; w drugiej zachodzi proces regeneracji sorbentu. W osuszaczach ze zmiennym ciśnieniem wymaga się, aby powietrze przedmuchujące stanowiło od 10% do 18% całkowitego przepływu powietrza. W osuszaczach tego typu można uzyskać powietrze o punkcie rosy od – 40°C do –73°C.

Zalety:

- można osiągnąć bardzo niskie punkty rosy bez niebezpieczeństwa zamarzania

- nieogrzewany typ osuszacza może być zdalnie obsługiwany pneumatycznie oraz może pracować w niebezpiecznych miejscach

Wady:

- stosunkowo wysoki początkowy koszt zakupu

- konieczność okresowej wymiany środka adsorbującego

- olej w strumieniu powietrza może osadzać się na środku suszącym niszcząc go

- konieczne zużycie powietrza do przedmuchiwania

- wysokie koszty działania

JAK WYBRAĆ WŁAŚCIWY OSUSZACZ?

Określanie punktu rosy znacznie poniżej wymaganego poziomu może zwiększyć koszty początkowe oraz koszty eksploatacyjne i generalnie nie jest zalecane. Określanie punktu rosy na granicy wymagań układu może okazać się nawet bardziej kosztowne, ponieważ może uszkodzić elementy pneumatyki.

W systemach pneumatycznych zakładów najważniejsze jest wyeliminowanie z powietrza zjawiska kondensacji oraz zamarzania. Takie podejście pozwoli ocenić, jaki punkt rosy będzie bezpieczny dla systemu sprężonego powietrza. Aby wybrać dobry i właściwy system osuszania powietrza konieczne jest posiadanie następujących informacji:

-  maksymalny średni przepływ powietrza

-  ciśnienie powietrza na wlocie

-  temperatura powietrza na wlocie

-  temperatura powietrza otaczającego (oraz temperatura wody, jeśli kondensator jest chłodzony wodą)

-  wymagany ciśnieniowy punkt rosy

SEPARATORY (ODWADNIACZE) CYKLONOWE

Zadaniem separatora jest usunięcie kondensatu wodno-olejowego, który powstaje w wyniku ochłodzenia sprężonego powietrza w sieci. Powietrze, które dostanie się do separatora zostaje silnie zawirowane poprzez specjalnie ukształtowaną kierownicę. Wykroplony kondensat zostaje odrzucony na ścianki separatora, spływa na dno i jest odprowadzany na zewnątrz przez zawór spustu kondensatu.

FILTRY SPRĘŻONEGO POWIETRZA

FILTR Z WKŁADEM TYPU Q:

Filtr wstępny służy do oddzielenia emulsji olejowej i zanieczyszczeń stałych ze sprężonego powietrza. Wysoka porowatość włókniny, z której wykonany jest wkład zapewnia dużą zdolność magazynowania pyłu, co gwarantuje usunięcie 99% cząstek stałych i ciekłych większych niż 3 mikrometry (klasa 3 wg normy ISO 8573.1).

FILTR Z WKŁADEM TYPU P:

Filtr ten wykonany jest z wielowarstwowej gęstej mikrowłókniny. Wykorzystując zjawisko dyfuzji na pojedynczym włóknie oraz zjawisko koalescencji usuwa 99,9% cząstek stałych większych niż 1 mikrometr oraz zapewnia uzyskanie resztkowej zawartości oleju za filtrem nie większej niż 0,1 mg/m³ (klasa 2 wg normy ISO 8573.1).

FILTR Z WKŁADEM TYPU S:

Filtr typu S wykonany jest również z wielowarstwowej gęstej mikrowłókniny o jeszcze lepszych właściwościach adsorpcyjnych. Usuwa 99,9% cząstek stałych większych niż 0,01 mikrometra oraz zapewnia uzyskanie resztkowej zawartości oleju za filtrem nie większej niż 0,01 mg/m³ (klasa 2 wg normy ISO 8573.1).

FILTR Z WKŁADEM TYPU C:

Filtr węglowy zawiera kasetkę z drobnym węglem aktywowanym, co tworzy optymalną powierzchnię do pochłaniania zanieczyszczeń gazowych takich jak opary oleju i zapachy. Zastosowanie tego wkładu gwarantuje zawartość oleju poniżej 0,005 mg/m³

PRAWIDŁOWE ROZMIESZCZENIE URZĄDZEŃ W STACJI SPRĘŻARKOWEJ

TABELA STOSOWANIA POSZCZEGÓLNYCH ELEMENTÓW UZDATNIANIA

D – filtr odpylający

HS – separator cyklonowy

Q – filtr wstępny

P – filtr dokładny

S – filtr odolejający

C – filtr węglowy

Np.: sprężone powietrze o klasie czystości 2.2.2 oznacza:

- cząstki stałe do 1 mikrona i 1 mg/m³

- wilgoć: temperatura ciśnieniowego punktu rosy -40^OC

^-  zawartość oleju do 0,1 mg/m³

Istnieje możliwość konfigurowania poszczególnych parametrów z różnych klas czystości, dlatego możliwa jest np. klasa czystości powietrza 3.4.2.

Prawidłowe zaprojektowanie stacji sprężania gazów oraz zastosowanie w niej właściwych elementów z uwzględnieniem odpowiedniej klasy czystości pozawala uniknąć kosztownych przestojów oraz zapewnia maksymalne oszczędności finansowe.