Podręcznik

4.1. Układ wytwarzania medium roboczego

W układzie wytwarzania medium roboczego, którym jest najczęściej sprężone powietrze, sprężarka np. tłokowa najpierw zasysa ten gaz z otaczającej ją atmosfery do cylindra nad tłokiem celem przeprowadzenia procesu sprężenia tego gazu w tym cylindrze. Ponieważ pracująca sprężarka po krótkim czasie od momentu jej uruchomienia nagrzewa się lub samo to urządzenie pracuje w wysokiej temperaturze (np. komora silnika spalinowego pojazdu mobilnego), to sprężane powietrze również częściowo przejmuje to nagrzanie. Aby to zniwelować stosuje niekiedy na wylocie z cylindra sprężarki się tzw. chłodnicę powietrza. Ponieważ zasysane powietrze celem sprężenia posiada również i pewną wilgotność, kolejnym procesem jest odseparowanie z niego tzw. kondensatu wodnego. Proces ten przeprowadzany jest w tzw. oddzielaczu. Po takim „zabiegu” powietrze doprowadzane jest do zbiornika ciśnieniowego celem zmagazynowania, stając się tym samym medium roboczym pod odpowiednim ciśnieniem, tj. sprężonym powietrzem najczęściej do wartości ciśnienia nie przekraczającej 12 barów, które może być potem dostarczane do aktorów pneumatycznych. Funkcjonalną różnicą między sprężarką stosowaną w układach wytwarzania medium roboczego dla procesów produkcyjnych a taką dla instalacji w pojeździe mobilnym jest smarowanie sprężarki. W tej pierwszej jest rozbryzgowe, zaś druga podłączona jest do układu smarowania pojazdu. Rysunek 14 ilustruje sprężarkę tłokową dla wytwarzania medium roboczego na hali produkcyjnej. [Źródło: www.schwarzbau.pl].
   

Rysunek 14: Sprężarka tłokowa Schwarzbau

Widoczna na rysunku 14 sprężarka z przeznaczeniem do sprężania medium na hali produkcyjnej posiada jeden cylinder, czyli jest jednotłokowa. Widoczne cztery „łapy” jej korpusu umożliwiają posadowienie jej oraz zamontowanie na odpowiedniej konstrukcji stelażu. Widoczne koło pasowe umożliwia realizację napędu tłoka za pomocą np. silnika elektrycznego. Parametry tej sprężarki zawarto w Tabeli 1.

Tabela 1: Parametry sprężarki jednotłokowej Schwarzbau 

Lp.	Parametr	Wartość
1.	Wydajność zasysania	150L/min przy 930obr/min
2.	Moc silnika	0,75kW
3.	Pojemność zbiornika na medium	80 litrów
4.	Maksymalne ciśnienie użyteczne	8 bar
5.	Waga sprężarki	8 kg
6.	Średnica tłoka	85 mm
7.	Średnica koła pasowego sprężarki	19 cm
8.	Szerokość paska klinowego	13 mm
9.	Rozstaw śrub mocujących korpus	4 x 10,5 cm
10.	Kierunek obrotów wirnika	Lewo (patrząc od koła)
11.	Stosowany olej	Olej sprężarkowy
12.	Wymiana oleju	Co 50 godzin
13.	Smarowanie	Rozbryzgowe
14.	Materiał cylindra	Żeliwo
15.	Wylot powietrza	Gwint 19mm, skok 1,5mm

Z kolei rysunek 15 dla porównania przedstawia sprężarkę ze smarowaniem centralnym oraz rozbryzgowym, obie firmy POLMO Łódź. Pierwsza przeznaczona jest do sprężania powietrza w pojazdach mobilnych, zaś druga przeznaczona jest dla hal produkcyjnych. Widoczne na rysunku wały napędzane są od wału korbowego.

 

Rysunek 15: Sprężarki jednotłokowe POLMO: a) smarowanie centralne; b) rozbryzgowe

Należy zaznaczyć, że osiągnięcie optymalnych parametrów dotyczących sprężania powietrza i jego ilości nie kończy się tylko na odpowiednim doborze sprężarki kierując się np. jej wydajnością czy prawidłowym montażem. Ważnym zagadnieniem, jeżeli nie najważniejszym jest właściwy dobór napędu dla wału proponowanej sprężarki. O ile przy zamiarze wykorzystania sprężarki w pojeździe mobilnym, którego silnik spalinowy generuje dużą moc rzędu (obecnie) nawet kilkuset koni mechanicznych, możemy raczej rozważać tylko potrzebę większej wydajności sprężarki i np. zaproponować w miejsce sprężarki jednotłokowej sprężarkę dwutłokową (żaden projektant chyba nie będzie chyba rozważał wpływu obciążenia wału silnika spalinowego większą sprężarką), to przy doborze napędu dla sprężarki, będącej w zestawie dla hali produkcyjnej, nie jest to już taka prosta sprawa. Jednak producenci sprężarek oferują ich charakterystyki, które mogą pomóc w doborze silnika napędu dla wału sprężarki oraz odpowiedzieć na pytanie, jakie inne parametry techniczne są do uzyskania przy zastosowaniu wybranej sprężarki. Rysunek 16 ilustruje charakterystyki dla sprężarki firmy POLMO Łódź, która została pokazana na rysunku 15b).  

Rysunek 16: Charakterystyki mechaniczne dla sprężarki firmy POLMO Łódź z rysunku 15b)

Analizując charakterystyki z rysunku 16, a konkretnie charakterystykę poboru mocy przez sprężarkę natychmiast otrzymujemy, że bezpośrednie podłączenie do wału sprężarki silnika jednofazowego o mocy 1,5kW przyniosłoby marny efekt. Przy typowej prędkości obrotowej dla tego typu silników, przypomnijmy wynoszącej 1400obr/min, według tej charakterystyki na wyjściu z tej sprężarki nie istniałoby jakiekolwiek ciśnienie sprężania powietrza. Dopiero przy takim bezpośrednim podłączeniu dobór mocy silnika na poziomie 2.0kW spowodowałby pojawienie się na wyjściu sprężarki ciśnienia około 1000kPa. Jednak z kolei obroty silnika (wału sprężarki) na poziomie 1400obr/min dałyby w efekcie mierną wydajność sprężarki na poziomie 100dm³/min. To z kolei przełożyłoby się na długi czas napełniania zbiornika powietrza w kierunku wielu minut. Długa praca sprężarki przyczyniłaby się do długotrwałej emisji hałasu w miejscu, w którym zestaw sprężarkowy byłby zainstalowany. 
Widać z powyższego, że przy doborze napędu dla koncepcyjnej sprężarki należy kierować się wieloma kompromisami, które wpływają potem na parametry techniczne urządzenia i jej eksploatację. Najczęściej do napędu wałów sprężarek wykorzystuje się silniki trójfazowe o mocy kilku kilowatów ze sprzęgnięciem pośrednim przy pomocy paska klinowego oraz odpowiednią przekładnią celem zwiększenia obrotów wału sprężarki w stosunku do obrotów wału silnika. Daje to możliwość wykorzystania sprężarki w zakresie jej charakterystyk pracy.        
Często praktykowanym rozwiązaniem do schładzania sprężanego medium wychodzącym ze sprężarki jest realizacja chłodnicy powietrza w postaci stalowej rurki o odpowiedniej średnicy, np. ¼”, której część chłodzącą stanowi spirala. Jeden koniec takiej chłodnicy doprowadzony jest wtedy do wylotu ze sprężarki, zaś drugi koniec wkręcony jest do zbiornika powietrza. Chłodnicę powietrza dla sprężarki pracującej na hali produkcyjnej zilustrowano na rysunku 17. 

Rysunek 17: Chłodnica sprężanego powietrza w postaci spirali

Należy nadmienić, że ze względu na inny sposób zabudowy sprężarki np. w pojazdach mobilnych z silnikiem spalinowym pomija się stosowania chłodnic powietrza w postaci spirali jak na rysunku 17. Chłodnicą jest najczęściej odcinek prostej rury wychodzącej ze sprężarki i rozprowadzonej w pobliżu silnika spalinowego.