Sprężarka odśrodkowa należy do grupy sprężarek dynamicznych, czyli przepływowych. W tym typie urządzenia wzrost ciśnienia gazu nie następuje przez jego zamknięcie w komorze roboczej, lecz przez przekazanie energii kinetycznej cząsteczkom gazu, a następnie jej zamianę na energię ciśnienia. Gaz wpływa osiowo do środka szybko obracającego się wirnika i zostaje rozpędzony w kierunku promieniowym. W kanale międzyłopatkowym rośnie jego prędkość oraz energia całkowita. Następnie trafia do dyfuzora, w którym prędkość przepływu maleje, a energia kinetyczna przekształca się w ciśnienie statyczne.
Sprężarka odśrodkowa – zasada działania
Proces sprężania odbywa się więc w sposób ciągły i przepływowy, bez zamykania gazu w komorze. Z tego powodu sprężarki odśrodkowe osiągają bardzo duże wydajności objętościowe i najlepiej pracują przy stabilnym, niezmiennym obciążeniu. Charakterystyczne jest również to, że pojedynczy stopień sprężania daje stosunkowo niewielki przyrost ciśnienia, dlatego w praktyce stosuje się konstrukcje wielostopniowe z chłodzeniem międzystopniowym. Urządzenia te są jednak wrażliwe na pracę poza punktem projektowym, ponieważ przy zbyt małym przepływie może pojawić się zjawisko pompowania prowadzące do niestabilnej pracy.
Sprężarka śrubowa – zasada działania
Sprężarka śrubowa należy do sprężarek wyporowych, czyli objętościowych. Sprężanie następuje poprzez fizyczne zmniejszanie objętości gazu zamkniętego pomiędzy dwoma współpracującymi rotorami o specjalnym profilu. Powietrze zasysane jest do przestrzeni między śrubami, a w trakcie ich obrotu komora robocza stopniowo się zmniejsza, co powoduje wzrost ciśnienia.
Proces przebiega płynnie i bez pulsacji, dlatego sprężarka dostarcza stabilny strumień powietrza. W większości konstrukcji stosuje się wtrysk oleju, który uszczelnia przestrzenie robocze, odbiera ciepło sprężania i smaruje elementy mechaniczne. Dzięki temu sprężarki śrubowe dobrze znoszą zmienne obciążenie i częste uruchamianie. Mogą pracować zarówno w trybie ciągłym, jak i w systemach o zmiennym poborze powietrza, zachowując stabilne ciśnienie w instalacji.
Kluczowa różnica w sposobie sprężania
Najważniejsza różnica pomiędzy sprężarką odśrodkową a śrubową wynika z fizyki procesu sprężania. W sprężarce odśrodkowej energia mechaniczna najpierw zamieniana jest na prędkość gazu, a dopiero potem na ciśnienie. W sprężarce śrubowej ciśnienie powstaje bezpośrednio poprzez zmniejszenie objętości zamkniętego gazu. Oznacza to, że sprężarka dynamiczna zależy od przepływu, natomiast sprężarka wyporowa od objętości komory roboczej.
W praktyce przekłada się to na zupełnie inne zachowanie urządzeń podczas eksploatacji. Sprężarka odśrodkowa pracuje najefektywniej przy stałym obciążeniu, natomiast sprężarka śrubowa zachowuje stabilność w szerokim zakresie wydajności i znacznie lepiej reaguje na zmiany zapotrzebowania instalacji.
Różnice konstrukcyjne
Sprężarka śrubowa ma zwartą konstrukcję opartą na dwóch rotorach, układzie smarowania, separatorze oleju oraz chłodnicy. Jest mechanicznie stosunkowo prosta i odporna na częste uruchamianie. Sprężarka odśrodkowa jest natomiast turbomaszyną o wysokich prędkościach obrotowych, składającą się z wirnika, dyfuzora oraz spiralnej obudowy. W wielu zastosowaniach posiada kilka stopni sprężania i wymaga bardzo precyzyjnego dopasowania do parametrów instalacji. Jej praca jest bardziej wrażliwa na odchylenia od punktu projektowego i wymaga bardziej zaawansowanego sterowania.
Wydajność i efektywność energetyczna
Nie można jednoznacznie stwierdzić, który typ sprężarki zużywa mniej energii, ponieważ zależy to od charakteru pracy systemu. Sprężarki odśrodkowe osiągają najwyższą sprawność przy dużych, stałych przepływach i wtedy produkują sprężone powietrze najtaniej energetycznie. Wraz ze spadkiem obciążenia ich efektywność jednak wyraźnie maleje.
Sprężarki śrubowe pracują stabilniej energetycznie w szerokim zakresie wydajności. Przy zmiennym poborze powietrza często okazują się bardziej ekonomiczne, szczególnie gdy wyposażone są w regulację prędkości obrotowej. W zakładach pracujących całą dobę z równym zapotrzebowaniem korzystniejsza bywa sprężarka odśrodkowa, natomiast w instalacjach o zmiennej produkcji zazwyczaj lepiej sprawdza się sprężarka śrubowa.
Zastosowania
Sprężarki odśrodkowe stosowane są głównie w instalacjach o bardzo dużym zapotrzebowaniu na gaz i pracy ciągłej, na przykład w energetyce, przemyśle chemicznym, petrochemii i dużych sprężarkowniach centralnych. Sprężarki śrubowe dominują w zakładach produkcyjnych, warsztatach oraz liniach technologicznych, gdzie pobór powietrza zmienia się w trakcie pracy i wymagana jest elastyczność systemu.
Zalety i ograniczenia
Sprężarka odśrodkowa zapewnia wysoką wydajność i niskie zużycie energii przy pracy ciągłej oraz bardzo cichą pracę, lecz jest droższa inwestycyjnie i wrażliwa na zmiany przepływu. Sprężarka śrubowa jest bardziej uniwersalna, łatwiejsza w obsłudze i tańsza w zakupie, jednak przy bardzo dużych przepływach może być mniej efektywna energetycznie.
Jak wybrać odpowiedni typ sprężarki
Dobór powinien wynikać przede wszystkim z charakteru zużycia sprężonego powietrza. Instalacje o stałym i dużym zapotrzebowaniu najlepiej wykorzystują zalety sprężarek odśrodkowych, natomiast systemy o zmiennym poborze powietrza lepiej współpracują ze sprężarkami śrubowymi. W dużych zakładach przemysłowych często stosuje się oba typy jednocześnie, gdzie sprężarka odśrodkowa pracuje jako jednostka bazowa, a śrubowa odpowiada za regulację i pokrycie zmiennego zapotrzebowania. Najważniejsze jest dopasowanie charakterystyki urządzenia do charakterystyki instalacji, ponieważ to właśnie niedopasowanie jest najczęstszą przyczyną wysokich kosztów energii.
źródło: AG KOMPRESSOREN sprężarki