Sprężarka śrubowa czy tłokowa - które rozwiązanie lepiej sprawdzi się w warsztacie, zakładzie produkcyjnym lub przy zasilaniu narzędzi pneumatycznych? Odpowiedź zależy przede wszystkim od wymaganego przepływu powietrza, czasu pracy, ciśnienia roboczego oraz kosztów eksploatacji.
Obydwa urządzenia należą do sprężarek wyporowych. Oznacza to, że pobierają określoną ilość powietrza, zamykają ją w przestrzeni roboczej, a następnie zmniejszają jej objętość. W rezultacie wzrasta ciśnienie. Różnica dotyczy sposobu realizacji tego procesu.
Sprężarka śrubowa wykorzystuje obracające się wirniki śrubowe i dostarcza powietrze w sposób niemal ciągły. Sprężarka tłokowa zasysa i spręża powietrze za pomocą tłoka poruszającego się w cylindrze, dlatego jej praca ma charakter cykliczny.
W dużym uproszczeniu można przyjąć:
- sprężarka tłokowa - dobra do pracy okresowej, mniejszych warsztatów i zastosowań wymagających przerw,
- sprężarka śrubowa - przeznaczona głównie do długiej, regularnej lub ciągłej pracy przy większym zapotrzebowaniu na powietrze.
Sprężarka śrubowa - zasada działania?
Zasada działania sprężarki śrubowej opiera się na sprężaniu powietrza pomiędzy dwoma odpowiednio wyprofilowanymi wirnikami. Jeden z nich nazywany jest wirnikiem męskim, a drugi żeńskim. Oba obracają się w przeciwnych kierunkach wewnątrz szczelnej obudowy, stopniowo zmniejszając objętość powietrza i zwiększając jego ciśnienie.
Cykl pracy przebiega następująco:
- Powietrze atmosferyczne przechodzi przez filtr wlotowy.
- Otwarty zawór dolotowy kieruje powietrze do zespołu śrubowego.
- Powietrze zostaje zamknięte w przestrzeniach pomiędzy wirnikami a obudową.
- Obrót wirników przesuwa powietrze w stronę wylotu.
- Przestrzeń dostępna dla powietrza stopniowo się zmniejsza.
- Malejąca objętość powoduje wzrost ciśnienia.
- Sprężone powietrze opuszcza blok śrubowy i trafia do dalszych elementów instalacji.
W sprężarce śrubowej nie występuje klasyczny ruch posuwisto-zwrotny tłoka. Dzięki temu przepływ sprężonego powietrza jest bardziej równomierny, a poziom drgań zazwyczaj niższy niż w konstrukcji tłokowej o porównywalnym zastosowaniu.
Sprężarki śrubowe dzielą się przede wszystkim na olejowe i bezolejowe (sprawdź wpis: Kompresor olejowy czy bezolejowy - jaki wybrać). W urządzeniu olejowym olej jest wtryskiwany do komory sprężania. Uszczelnia przestrzenie pomiędzy wirnikami, smaruje elementy i odbiera część ciepła powstającego podczas sprężania. Następnie mieszanina powietrza i oleju trafia do separatora, gdzie oba składniki są rozdzielane.
Typowa olejowa sprężarka śrubowa może zawierać:
- filtr powietrza,
- zawór dolotowy,
- blok śrubowy,
- silnik elektryczny,
- zbiornik separatora,
- separator oleju,
- filtr oleju,
- chłodnicę oleju,
- chłodnicę końcową powietrza,
- zawór minimalnego ciśnienia,
- sterownik,
- układ odprowadzania kondensatu.
W sprężarce bezolejowej olej nie jest wprowadzany do komory sprężania. Nie oznacza to jednak, że całe urządzenie zawsze pracuje bez jakichkolwiek środków smarnych. Olej może występować w przekładni lub łożyskach, ale zostaje oddzielony od toru przepływu sprężanego powietrza.
Największą zaletą sprężarki śrubowej jest możliwość dostarczania stabilnego strumienia powietrza przez długi czas. Urządzenie dobrze współpracuje z instalacjami, w których narzędzia i maszyny pneumatyczne pracują przez wiele godzin dziennie.
Sprężarka tłokowa - zasada działania?
Zasada działania sprężarki tłokowej polega na cyklicznym zasysaniu, sprężaniu i tłoczeniu powietrza przez tłok poruszający się wewnątrz cylindra. Ruch obrotowy silnika trafia na wał korbowy, a następnie za pośrednictwem korbowodu zostaje zamieniony na ruch posuwisto-zwrotny tłoka.
Pełny cykl można podzielić na dwa podstawowe suwy.
Podczas suwu ssania tłok oddala się od głowicy cylindra. Objętość przestrzeni roboczej rośnie, a ciśnienie w cylindrze spada. Różnica ciśnień powoduje otwarcie zaworu ssawnego i napływ powietrza atmosferycznego przez filtr.
Podczas suwu sprężania tłok porusza się w stronę głowicy. Zawór ssawny zamyka się, objętość powietrza maleje, a jego ciśnienie wzrasta. Gdy ciśnienie w cylindrze przekroczy wartość panującą po stronie tłocznej, otwiera się zawór tłoczny. Sprężone powietrze przepływa do zbiornika lub instalacji.
Proces można uprościć za pomocą zależności Boyle'a:
p1 × V1 = p2 × V2
gdzie:
- p1 oznacza ciśnienie początkowe,
- V1 oznacza objętość początkową,
- p2 oznacza ciśnienie po sprężeniu,
- V2 oznacza objętość po sprężeniu.
W rzeczywistym urządzeniu sprężaniu towarzyszy wzrost temperatury, dlatego prosty wzór ma charakter orientacyjny. Rzeczywisty proces zależy również od wymiany ciepła, strat przepływu, szczelności zaworów, prędkości obrotowej oraz objętości przestrzeni szkodliwej pozostającej nad tłokiem.
Sprężarki tłokowe mogą być jednostopniowe lub wielostopniowe. W modelu jednostopniowym powietrze osiąga docelowe ciśnienie w jednym cylindrze lub w kilku cylindrach pracujących na tym samym stopniu sprężania.
W sprężarce wielostopniowej powietrze jest sprężane co najmniej dwa razy. Po pierwszym stopniu przechodzi przez chłodnicę międzystopniową, a następnie trafia do kolejnego cylindra. Obniżenie temperatury przed następnym stopniem ogranicza obciążenie cieplne i zmniejsza energię potrzebną do dalszego sprężania.
Typowa sprężarka tłokowa składa się z:
- silnika elektrycznego lub spalinowego,
- wału korbowego,
- korbowodu,
- tłoka i pierścieni tłokowych,
- cylindra,
- głowicy,
- zaworu ssawnego,
- zaworu tłocznego,
- filtra wlotowego,
- układu chłodzenia,
- zbiornika ciśnieniowego,
- presostatu,
- zaworu bezpieczeństwa,
- manometru,
- reduktora ciśnienia.
Presostat uruchamia sprężarkę po spadku ciśnienia w zbiorniku do ustalonego poziomu i wyłącza ją po osiągnięciu ciśnienia maksymalnego. Zbiornik pełni funkcję bufora - magazynuje powietrze, ogranicza częstotliwość uruchamiania silnika i pomaga pokrywać krótkotrwałe wzrosty zapotrzebowania.
Sprężarka śrubowa czy tłokowa - jak wybrać?
Najważniejsza różnica nie polega wyłącznie na wydajności lub mocy silnika. Liczy się przede wszystkim profil zużycia powietrza.
Sprężarka tłokowa sprawdza się, gdy pobór jest okresowy. Może zasilać klucz udarowy, pistolet do przedmuchiwania, gwoździarkę, pompkę lub inne narzędzie używane z przerwami. Po napełnieniu zbiornika urządzenie może się wyłączyć i ostygnąć.
Sprężarka śrubowa jest korzystniejsza, gdy zakład potrzebuje powietrza przez wiele godzin, a pobór jest stosunkowo stały. Dotyczy to między innymi linii produkcyjnych, obrabiarek, systemów pakujących, rozbudowanych stanowisk pneumatycznych i instalacji centralnych.
Najważniejsze różnice:
- sposób pracy - śrubowa spręża powietrze w sposób ciągły, tłokowa wykonuje cykle ssania i tłoczenia,
- pulsacje - sprężarka śrubowa zapewnia bardziej równomierny przepływ,
- drgania - konstrukcja tłokowa generuje większe drgania wynikające z ruchu posuwisto-zwrotnego,
- czas pracy - sprężarka śrubowa jest lepiej dostosowana do długiego obciążenia,
- zakup - mała sprężarka tłokowa jest zwykle tańsza od kompletnej sprężarki śrubowej,
- serwis - sprężarka tłokowa wymaga kontroli między innymi zaworów, pierścieni i układu korbowego, a śrubowa separatora, filtrów, oleju i zespołu śrubowego,
- ciśnienie - wielostopniowe sprężarki tłokowe mogą być stosowane do uzyskiwania wysokiego ciśnienia,
- jakość powietrza - zależy nie tylko od typu sprężarki, ale także od konstrukcji olejowej lub bezolejowej oraz wyposażenia instalacji.
Do wstępnego określenia wymaganej wydajności można zastosować wzór:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn
Następnie należy uwzględnić jednoczesność pracy odbiorników, przewidywany rozwój instalacji i rezerwę. W prostych obliczeniach często przyjmuje się:
Qsprężarki = Qodbiorników × k
gdzie współczynnik k może uwzględniać rezerwę wydajności. Nie należy jednak automatycznie dodawać bardzo dużego zapasu. Przewymiarowana sprężarka może pracować nieefektywnie, często przechodzić w stan odciążenia lub generować niepotrzebne koszty zakupu.
Przed wyborem urządzenia warto odpowiedzieć na 8 pytań:
- Ile litrów powietrza na minutę zużywają wszystkie odbiorniki?
- Ile urządzeń będzie pracowało jednocześnie?
- Jakie jest wymagane ciśnienie w punkcie poboru?
- Ile godzin dziennie ma pracować sprężarka?
- Czy pobór powietrza jest stały, czy okresowy?
- Jaka klasa jakości sprężonego powietrza jest wymagana?
- Czy w instalacji potrzebny będzie osuszacz i dodatkowe filtry?
- Jakie są koszty energii, serwisu i przestojów?
Nie należy porównywać sprężarek wyłącznie na podstawie pojemności zbiornika. Kluczowe znaczenie ma rzeczywista wydajność na wylocie przy wymaganym ciśnieniu. Warto także sprawdzić moc pobieraną, sposób sterowania, dopuszczalny cykl pracy, poziom hałasu, temperaturę otoczenia oraz wymagania dotyczące wentylacji pomieszczenia.
Sprężarka tłokowa będzie racjonalnym wyborem do niewielkiego warsztatu, jeżeli narzędzia pracują krótko i z przerwami. Sprężarka śrubowa będzie lepsza w zakładzie, w którym powietrze jest potrzebne regularnie przez większą część zmiany. Przy zmiennym zapotrzebowaniu warto rozważyć model śrubowy ze zmienną prędkością obrotową, ale jego opłacalność należy potwierdzić pomiarem rzeczywistego profilu poboru.
FAQ - sprężarka śrubowa i tłokowa
Która sprężarka jest lepsza - śrubowa czy tłokowa?
Do pracy okresowej i niewielkiego zapotrzebowania zwykle wystarcza sprężarka tłokowa. Do długiej, regularnej pracy oraz zasilania rozbudowanej instalacji częściej wybiera się sprężarkę śrubową. Ostateczna decyzja powinna wynikać z pomiaru przepływu, ciśnienia i liczby godzin pracy.
Czy sprężarka śrubowa może pracować cały czas?
Sprężarki śrubowe są projektowane z myślą o długotrwałej pracy, ale muszą działać w warunkach określonych przez producenta. Konieczne są odpowiednia wentylacja, prawidłowy poziom oleju, drożne chłodnice i regularny serwis. Zbyt niskie obciążenie nie zawsze jest korzystne, szczególnie w urządzeniach olejowych.
Czy sprężarka tłokowa nadaje się do pracy ciągłej?
Zależy to od konstrukcji i dopuszczalnego cyklu pracy konkretnego modelu. Wiele małych sprężarek tłokowych wymaga przerw na chłodzenie. Ciągła praca urządzenia przeznaczonego do zastosowań okresowych może powodować przegrzewanie, przyspieszone zużycie i większe ryzyko awarii.
Dlaczego sprężarka śrubowa ma separator oleju?
W olejowej sprężarce śrubowej olej trafia do komory sprężania, gdzie chłodzi, smaruje i uszczelnia układ. Separator oddziela olej od sprężonego powietrza przed skierowaniem go do instalacji. Zużyty lub uszkodzony separator może zwiększyć ilość oleju przenoszonego dalej z powietrzem.
Czy sprężarka bezolejowa daje całkowicie czyste powietrze?
Sprężarka bezolejowa eliminuje wprowadzanie oleju do komory sprężania, ale powietrze zasysane z otoczenia nadal może zawierać wilgoć, pył, aerozole i inne zanieczyszczenia. Wymagana jakość powietrza zależy więc także od filtracji, osuszania, instalacji rurowej i warunków wlotowych.
Która sprężarka zużywa mniej energii?
Nie można wskazać jednego typu bez znajomości warunków pracy. Sprawność całego układu zależy od obciążenia, sterowania, ciśnienia, spadków w instalacji, wycieków i sposobu użytkowania. Sprężarka śrubowa może być korzystniejsza przy stałym obciążeniu, natomiast mała sprężarka tłokowa może być bardziej ekonomiczna przy sporadycznym poborze.
Ile kosztuje eksploatacja sprężarki?
Orientacyjny koszt energii można obliczyć ze wzoru:
Koszt = moc pobierana × czas pracy × cena energii
Przykład: urządzenie pobierające średnio 7 kW i pracujące przez 1000 godzin przy cenie 1,20 zł za 1 kWh zużyje energię o wartości około:
7 × 1000 × 1,20 zł = 8400 zł
Do wyniku należy doliczyć przeglądy, olej, filtry, separatory, części eksploatacyjne, uzdatnianie powietrza oraz ewentualne koszty przestojów. Obliczenia powinny opierać się na rzeczywistej mocy pobieranej, a nie wyłącznie na mocy znamionowej silnika.
Jak często serwisować sprężarkę?
Częstotliwość serwisu określa producent na podstawie godzin pracy i czasu kalendarzowego. Harmonogram zależy od typu urządzenia, rodzaju oleju, temperatury, zapylenia i intensywności użytkowania. Filtrów ani oleju nie należy wymieniać według jednego uniwersalnego terminu dla wszystkich modeli.
