Czym jest olejowa sprężarka śrubowa i jak działa?

Podstawowa zasada działania Skrucony kompresor powietrza z olejem

Dynamika wirników śrubowych typu twin-screw oraz synchroniczne sprężanie warstwą oleju

Olejem chłodzone śrubowe sprężarki powietrza opierają swoje działanie na precyzyjnie zaprojektowanych wirnikach śrubowych. Gdy wirnik męski obraca się – zwykle napędzany silnikiem elektrycznym – jego rowki zazębiają się z rowkami wirnika żeńskiego podczas ich obrotu w przeciwnych kierunkach. To zsynchronizowane ruchy generują kieszonki powietrza, które przemieszczają się wzdłuż długości sprężarki od wlotu do wylotu. W miarę jak te kieszonki przemieszczają się przez układ, przestrzeń pomiędzy wirnikami zmniejsza się mniej więcej pięciokrotnie – to właśnie ten proces skutkuje rzeczywistym sprężaniem powietrza. Olej wprowadzany do układu pełni jednocześnie trzy kluczowe role: tworzy cienką warstwę zapobiegającą wyciekaniu przez mikroskopijne szczeliny, zapewnia odpowiednie smarowanie ruchomych części oraz odprowadza ciepło powstające w trakcie sprężania. Dzięki tej przemyślanej konstrukcji urządzenia te mogą pracować bez przerwy z prędkościami przekraczającymi 3000 obr/min, zachowując przy tym sprawność na poziomie około 90 procent w większości zastosowań przemysłowych.

Dlaczego chłodzenie olejem dominuje w przemysłowych zastosowaniach śrubowych sprężarek powietrza

Producentom w branżach budowlanej i motocyklowej nadal przyświecają konstrukcje z zalewaniem olejem, ponieważ są one zdecydowanie bardziej opłacalne pod względem ogólnych kosztów. Olej wprowadzany do układu pochłania bowiem około 70% ciepła generowanego w trakcie pracy, co oznacza, że firmy nie muszą instalować ogromnych systemów chłodzenia. Dzięki temu możliwe jest zastosowanie mniejszych jednostek sprężarkowych, które nadal zapewniają wydajność przepływu powietrza w zakresie od 50 do 250 stóp sześciennych na minutę przy ciśnieniach od 100 do 150 psi. Inną ważną zaletą jest fakt, że warstwa oleju zmniejsza poziom hałasu o około 8–12 dB, dzięki czemu urządzenia te nadają się nawet do miejsc, w których obowiązują surowe przepisy dotyczące hałasu. Ponadto wymagają one mniejszej liczby czynności serwisowych, ponieważ nie posiadają kół zębatych synchronizujących, a ich początkowa cena zakupu jest niższa o 30–40% w porównaniu do modeli bezolejowych. Dla większości codziennych potrzeb przemysłowych związanych z powietrzem, gdzie nie wymaga się absolutnej czystości, sprężarki z zalewaniem olejem pozostają nadal pierwszym wyborem dla niezliczonych zakładów z różnych sektorów.

Cztery kluczowe funkcje oleju w śrubowym sprężarze powietrza

Ponad smarowanie, olej pełni w sprężarkach śrubowych trzy inne istotne role:

• Smarowanie i uszczelnianie: eliminacja przepływu zwrotnego w celu maksymalizacji sprawności objętościowej
  Olej tworzy dynamiczne uszczelnienie między wirnikami, zmniejszając wyciek powietrza („przepływ zwrotny”) o do 15% oraz utrzymując sprawność objętościową na poziomie powyżej 90%.

• Chłodzenie: pochłanianie ok. 70% ciepła powstałego podczas sprężania – podstawowe elementy zarządzania temperaturą
  Wtryskany olej pochłania większość energii cieplnej generowanej podczas sprężania, zapobiegając przegrzewaniu się wirników i umożliwiając stabilną pracę w standardowym przemysłowym zakresie ciśnień.

• Redukcja hałasu: tłumienie warstwą oleju obniża emisję akustyczną o 8–12 dB(A)
  Warstwa oleju pomiędzy powierzchniami wirującymi działa jako skuteczny tłumik akustyczny, obniżając poziom hałasu eksploatacyjnego do 70–75 dB(A) – co mieści się w granicach dopuszczalnych przez OSHA dla ciągłego narażenia w miejscu pracy.

Ta wielofunkcyjna integracja pozwala na osiągnięcie przez prawidłowo konserwowane sprężarki śrubowe z olejowym smarowaniem ponad 50 000 godzin pracy.

Główne komponenty oraz proces separacji oleju i gazu

Głowa sprężarki, zbiornik oleju i chłodnica oleju: zintegrowana kontrola cieplna i przepływowa

Wewnątrz głowy sprężarki znajdują się dwa wirniki, które wykonują główną część pracy związanej ze sprężaniem. Tymczasem zbiornik oleju pełni funkcję magazynu smaru w tym zamkniętym układzie. Gdy olej przepływa ze zbiornika do głowy sprężarki, wspomaga on odpowiednie uszczelnienie układu oraz utrzymuje niską temperaturę podczas pracy. Po przejściu przez chłodnicę oleju, w której uwalniana jest około dwie trzecie wytworzonego ciepła, olej powraca do głowy sprężarki w odpowiedniej lepkości. Dokładna kontrola temperatury pozwala olejowi zachować właściwą sprawność objętościową nawet przy długotrwałej pracy urządzenia bez nadmiernego nagrzewania się.

Wielostopniowa separacja: koalescencja, adsorpcja i filtracja mechaniczna zapewniają przeniesienie oleju na poziomie <3 ppm

Oddzielenie oleju od gazu po kompresji odbywa się w kilku połączonych ze sobą etapach. Pierwszy etap wykorzystuje siłę odśrodkową wewnątrz separatora, aby usunąć około 95% większych kropelek oleju. Pozostała część jest następnie przetwarzana przez filtry koalescencyjne, które łączą te drobne cząstki oleju w większe agregaty, które można skutecznie odprowadzić. W przypadku najmniejszych cząstek stosujemy medium adsorpcyjne, zwykle zawierające aktywowany węgiel, które wiąże aerozole o rozmiarach mniejszych niż jeden mikrometr. Dodatkowo na całym odcinku działa filtracja mechaniczna, która usuwa wszelkie cząstki stałe napływające z kierunku przepływu wstecznego. Gdy cały system działa prawidłowo, przepływ oleju (oil carryover) pozostaje zazwyczaj poniżej 3 części na milion, co zapewnia czystsze powietrze w dalszej części układu oraz lepszą ochronę urządzeń znajdujących się w jego części wypływowej.

Sprężarki śrubowe o stałej prędkości obrotowej vs. ze zmienną prędkością obrotową (VSD): zarządzanie olejem i skutki dla efektywności

Standardowe sprężarki śrubowe o stałej prędkości utrzymują silnik w ruchu w tym samym obrotowym tempie bez względu na zapotrzebowanie, dostosowując moc wyjściową za pomocą zawórów wpustowych w razie potrzeby. Prostota sprawdza się w podstawowych zastosowaniach, ale przychodzi z kosztem w czasach, gdy wymagane jest tylko częściowe obciążenie. Energia jest marnowana, bo silnik ciągle się kręci, nawet gdy nie ma zbyt wiele do zrobienia. To właśnie tutaj modele z napędem zmiennej prędkości (VSD) świecą. Te maszyny mogą zmieniać prędkość silnika w zależności od ilości powietrza, które musi być przenoszone w tym momencie, co zmniejsza zużycie energii o około 30 do 50 procent w zakładach z zmieniającymi się wymaganiami w ciągu dnia. To, jak to wpływa na systemy naftowe, również ma znaczenie. Jednostki o stałej prędkości pracują w stabilnych warunkach termicznych, więc olej pozostaje chłodny, a filtry pracują przewidywalnie przez większość czasu. Kompresory VSD muszą jednak stawić czoła różnym wahaniom temperatury i różnym przepływom oleju podczas podnoszenia i obniżania się. Oznacza to, że producenci potrzebują lepszych rozwiązań chłodzących i znacznie dokładniejszych systemów filtracji, aby utrzymać olej w odpowiedniej lepkości przy różnych prędkościach. W przeciwnym razie mogą pojawić się problemy z smarowaniem, nieprzerwanie uszczelnienia oraz nadmiar oleju przenoszący się do strumieni sprężonego powietrza podczas tych częstych zmian prędkości.

Często zadawane pytania

Jakie są trzy główne role oleju w sprężarce śrubowej?

Olej w sprężarce śrubowej pełni funkcję smaru dla części ruchomych, tworzy uszczelnienie zapobiegające wyciekowi powietrza oraz pochłania ciepło generowane podczas procesu sprężania.

Dlaczego sprężarki śrubowe z olejem są preferowane w zastosowaniach przemysłowych?

Są one preferowane ze względu na korzystny stosunek kosztów do efektywności, skuteczne odprowadzanie ciepła przez olej, niższy poziom hałasu, mniejsze zapotrzebowanie na konserwację oraz niższe początkowe koszty zakupu w porównaniu do modeli bezolejowych.

W jaki sposób sprężarka z regulowaną prędkością obrotową oszczędza energię?

Sprężarki z VSD dostosowują prędkość obrotową silnika do aktualnego zapotrzebowania, zmniejszając zużycie energii o 30–50% poprzez unikanie niepotrzebnego działania silnika w okresach niskiego zapotrzebowania.