Co je olejem chlazený šroubový kompresor a jak funguje?

Základní princip činnosti Olejově namazaný šroubový kompresor

Dynamika dvojitého šroubového rotoru a synchronizovaná komprese olejovou vrstvou

Olejem napouštěné šroubové kompresory spoléhají při své činnosti na pečlivě navržené šroubové rotory. Když se mužský rotor otáčí – obvykle poháněný elektrickým motorem – jeho závity zapadají do závitů ženského rotoru, který se otáčí opačným směrem. Tento koordinovaný pohyb vytváří vzduchové kapsy, které se posunují podél délky kompresoru od sacího do výstupního otvoru. V průběhu tohoto posunu se prostor mezi rotory zmenší přibližně pětkrát, což je vlastně proces, který stlačuje vzduch. Napouštěný olej plní současně tři důležité funkce: vytváří tenkou vrstvu, která zabrání úniku vzduchu malými mezery, zajistí dostatečné mazání pohyblivých částí a odvádí teplo vznikající při stlačování. Díky tomuto chytrému návrhu jsou tyto stroje schopny provozu nepřetržitě při otáčkách přesahujících 3000 otáček za minutu a přesto udržují účinnost kolem 90 procent většiny průmyslových aplikací.

Proč je olejové napouštění dominantním řešením v průmyslových šroubových kompresorech

Výrobci v stavebním a automobilovém průmyslu se drží olejem zaplavených konstrukcí, protože ty jsou celkově ekonomicky výhodnější. Vstřikovaný olej totiž absorbuje přibližně 70 % tepla vznikajícího během provozu, čímž firmy nemusí instalovat rozsáhlé chladicí systémy. To umožňuje použít menší kompresorové jednotky, které přesto zvládnou průtok vzduchu v rozmezí 50 až 250 kubických stop za minutu při tlacích od 100 do 150 liber na čtvereční palec. Další velkou výhodou je, že olejová vrstva snižuje hladinu hluku přibližně o 8 až 12 decibelů, čímž se tyto stroje stávají vhodnými i pro prostředí s přísnými předpisy týkajícími se hluku. Navíc je nutné méně údržby, neboť neobsahují ozubená kola pro synchronizaci, a pořizovací cena je o 30 až 40 procent nižší než u kompresorů bez oleje. Pro většinu běžných průmyslových potřeb po stlačeném vzduchu, kde není vyžadována absolutní čistota, zůstávají kompresory s vstřikem oleje nadále preferovanou volbou bezpočtu provozoven v různých odvětvích.

Čtyři kritické funkce oleje ve šroubovém kompresoru

Kromě mazání plní olej ve šroubových kompresorech ještě tři další životně důležité funkce:

• Mazání a utěsnění: Eliminace úniku vzduchu („blow-by“) za účelem maximalizace objemové účinnosti
  Olej vytváří dynamické těsnění mezi rotory, čímž snižuje únik vzduchu („blow-by“) až o 15 % a udržuje objemovou účinnost nad 90 %.

• Chlazení: Absorpce přibližně 70 % tepla vznikajícího při stlačování – základní požadavek na tepelné řízení
  Vstřikovaný olej zachycuje většinu tepelné energie vznikající při stlačování, čímž brání přehřátí rotorů a umožňuje stabilní provoz v běžném průmyslovém tlakovém rozsahu.

• Snížení hluku: Potlačení akustického vyzařování olejovou vrstvou o 8–12 dB(A)
  Olejová vrstva mezi rotujícími povrchy působí jako účinný akustický tlumič, který snižuje provozní hladinu hluku na 70–75 dB(A) – což je výrazně pod hranicí vyžadovanou normou OSHA pro nepřetržitou expozici na pracovišti.

Tato multifunkční integrace umožňuje správně udržovaným šroubovým kompresorům se záplavovým mazáním dosáhnout více než 50 000 provozních hodin.

Klíčové komponenty a proces oddělování oleje od plynu

Kompresorová část (air-end), olejová nádrž a olejový chladič: integrovaná tepelná a průtoková regulace

Uvnitř kompresorové části (air-end) se nacházejí dvojice rotorů, které vykonávají většinu práce při stlačování. Mezitím olejová nádrž slouží jako zásobník maziva v tomto uzavřeném systému. Když olej proudí z nádrže do kompresorové části, pomáhá udržovat těsnost systému a zároveň zůstává během provozu chladný. Po průchodu olejovým chladičem, kde se uvolní přibližně dvě třetiny veškerého vyvinutého tepla, se olej vrací do kompresorové části v přesně požadované viskozitě. Tato pečlivá regulace teploty umožňuje oleji udržovat správnou objemovou účinnost i při dlouhodobém provozu stroje bez nadměrného zahřátí.

Vícestupňové oddělování: koalescenční, adsorpční a mechanické filtrace pro obsah oleje v komprimovaném vzduchu pod 3 ppm

Oddělení oleje a plynu po stlačení probíhá několika navzájem propojenými kroky. Prvním krokem je využití odstředivé síly uvnitř separátoru, která odstraní přibližně 95 % větších olejových kapek. Zbytek je následně zpracován koalescenčními filtry, které spojují tyto malé olejové částice do větších kapének, jež lze skutečně odvést. Pro nejmenší částice se používají adsorpční média, obvykle s aktivním uhlím, která zachycují aerosoly menší než jeden mikrometr. Po celé trase dále působí také mechanická filtrace, která zachytává jakékoli pevné částice přicházející z předchozího stupně. Pokud celý systém funguje správně, udržuje únik oleje pod úrovní 3 částice na milion (ppm) většinou času, což znamená čistší vzduch pro další použití a lepší ochranu zařízení umístěných v proudění za tímto místem.

Stacionární kompresory šroubového typu vs. kompresory šroubového typu s proměnnou rychlostí otáčení (VSD): Řízení oleje a důsledky pro účinnost

Standardní šroubové kompresory s pevnou rychlostí nechávají svůj motor běžet stále stejnou otáčkou (RPM), bez ohledu na aktuální požadavek, a výstup přizpůsobují při potřebě sacími ventily. Jednoduchost tohoto řešení je vhodná pro základní aplikace, avšak za určitých podmínek – například při částečném zatížení – se ukazuje jako neekonomická. Dochází k plýtvání energií, protože motor nadále rotuje i tehdy, když není třeba mnoho práce. Právě zde se vyznačují modely s regulací otáček (VSD). Tyto stroje dokážou skutečně měnit otáčky motoru podle toho, kolik vzduchu je v daném okamžiku třeba dopravit, čímž snižují spotřebu energie přibližně o 30 až 50 procent v provozech, jejichž požadavky se během dne mění. Tento fakt má také významný dopad na olejové systémy. Jednotky s pevnou rychlostí pracují za poměrně stálých tepelných podmínek, takže olej zůstává chladný a filtry fungují předvídatelně většinu času. Naopak kompresory VSD jsou vystaveny širokému rozsahu teplotních výkyvů a různým rychlostem toku oleje při zvyšování a snižování otáček. To znamená, že výrobci potřebují lepší chladicí řešení a mnohem přesnější filtrační systémy, aby udrželi olej v požadované viskozitě při různých otáčkách. Jinak mohou vzniknout problémy s mazáním, těsností těsnění a nadměrným unikáním oleje do proudů stlačeného vzduchu při častých změnách rychlosti.

Často kladené otázky

Jaké jsou tři hlavní funkce oleje ve šroubovém kompresoru?

Olej ve šroubovém kompresoru slouží jako mazivo pro pohyblivé části, vytváří těsnění, které brání úniku vzduchu, a odvádí teplo vznikající při stlačování.

Proč jsou šroubové kompresory s přívodem oleje upřednostňovány v průmyslových aplikacích?

Jsou upřednostňovány díky své cenové výhodnosti, efektivnímu odvádění tepla olejem, nižší hladině hluku, snížené údržbě a nižším počátečním nákladům ve srovnání s bezolejovými modely.

Jak ušetří energii kompresor s regulací otáček (VSD)?

Kompresory s regulací otáček (VSD) upravují otáčky motoru podle aktuální poptávky a snižují tak spotřebu energie o 30 až 50 % tím, že během období nízké poptávky zabrání zbytečnému chodu motoru.