Powrót do: Szkolenie na uprawnienia cieplne G-2 SMEP
Sprężarki tłokowe.
Wiadomości wstępne.
Sprężarki pełnią kluczową rolę w przetwarzaniu gazów, a ich działanie ma istotny wpływ na różne procesy. Oto główne zadania sprężarek:
– przemieszczenie gazów z obszaru o niższym ciśnieniu do obszaru o wyższym ciśnieniu: jest to najczęstsze zadanie sprężarek, które polega na zwiększeniu ciśnienia gazu, aby umożliwić jego przemieszczenie z obszaru o niższym ciśnieniu do obszaru o wyższym ciśnieniu. Ten proces jest szczególnie istotny w przypadku transportu gazów przez rurociągi lub przesyłania ich do maszyn i urządzeń
– zwiększenie gęstości gazu w celu ułatwienia transportu i magazynowania: poprzez sprężanie gazu, jego gęstość zostaje zwiększona, co pozwala na zmniejszenie objętości zajmowanej przez gaz. To z kolei ułatwia jego transport, magazynowanie i manipulację, co jest ważne w różnych procesach przemysłowych i technologicznych.
– zwiększenie zdolności gazu do wykonywania pracy: w przypadku gazów stosowanych jako medium robocze w silnikach czy urządzeniach pneumatycznych, sprężanie gazów zwiększa ich ciśnienie i energię, co z kolei zwiększa ich zdolność do wykonywania pracy mechanicznej. Jest to kluczowe w przypadku silników spalinowych, turbin gazowych, narzędzi pneumatycznych i innych urządzeń.
– dostosowanie ciśnienia gazu do wymagań procesu technologicznego: w niektórych procesach technologicznych, ciśnienie gazu musi być precyzyjnie kontrolowane i dostosowywane do wymagań procesu. Sprężarki pozwalają na regulację ciśnienia gazu w celu zapewnienia optymalnych warunków pracy dla danego procesu technologicznego.
Wszystkie te zadania wymagają skutecznego działania sprężarek, co jest możliwe dzięki przemianom termodynamicznym oraz wymianie ciepła, które odgrywają istotną rolę w ich konstrukcji i działaniu. Przed przystąpieniem do opisu działania i konstrukcji sprężarek, istotne jest zrozumienie tych podstawowych zadań i procesów, które są przez nie realizowane.
Sprężarki tłokowe o ruchu tłoka posuwisto-zwrotnym dzielą się z uwagi na:
– wysokość ciśnienia wytłaczania:
a) pompy próżniowe – ciśnienie ssania i wytłaczania do 0,1 MPa,
b) sprężarki niskociśnieniowe – ciśnienie końcowe do 0,3 MPa,
c) sprężarki średniociśnieniowe – ciśnienie wytłaczania do 1,1 MPa,
d) sprężarki wysokociśnieniowe – powyżej 1,1 MPa,
– ze względu na strumień objętości na:
a) małe – do 10 m3/min gazu zassanego,
b) średnie – do 50 m3;min gazu zassanego,
c) duże – powyżej 50 m3/min gazu zassanego,
– konstrukcję i układ cylindrów:
a) jednocylindrowe poziome i pionowe,
b) wielocylindrowe poziome i pionowe,
c) jednostopniowe,
d) wielostowe.
– działanie:
a. wyporowe – tłokowe i rotacyjne,
b. rotodynamiczne – sprężanie gazu zachodzi na skutek działania siły odśrodkowej, układ cylindrów – sprężarki jedno- i dwustronnego działania o układzie cylindrów V, W, L i gwiaździstym, bliźniacze i posobne,
c. urządzenia sterujące gazu:
d. zaworowe,
e. suwakowe.
Zastosowanie sprężarek:
a) jednostopniowe – dla ciśnień 0,5÷0,8 MPa; dla okresowej pracy i małych strumieni objętości – do 1,1 MPa,
b) dwustopniowe – dla ciśnień 0,6÷3,5 MPa i wyżej; dla okresowej pracy i małych strumieni objętości – do 5,0 MPa,
c) trzystopniowe – dla ciśnień 3,0÷12,0 MPa; dla okresowej pracy i małych strumieni objętości do 16,0 MPa,
d) czterostopniowe – dla ciśnień 10,0÷35,0 MPa, e) pięciostopniowe – dla ciśnień do 50,0 MPa.,
f) sześciostopniowe – dla ciśnień do 100,0 MPa,
g) siedmiostopniowe – dla dużych ciśnień i dużych strumieni objętości.
Zasada działania sprężarek tłokowych:
Opisano tutaj charakterystykę sprężarek wyporowych, które działają poprzez zasysanie, sprężanie i wytłaczanie gazu za pomocą poruszającego się organu roboczego, takiego jak tłok, łopatki lub krzywki. Cechą charakterystyczną tych sprężarek jest ich okresowość działania.
Sprężarki wyporowe dzielą się na:
– tłokowe o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka: w tych sprężarkach gaz jest zasysany do przestrzeni roboczej, a następnie sprężany poprzez ruch tłoka, który porusza się posuwisto-zwrotnie,
– rotacyjne o obrotowym ruchu organu roboczego: w tych sprężarkach gaz jest sprężany przez obracający się organ roboczy, na przykład wirnik.
Sprężarki tłokowe cechuje duża ekonomia ruchu i mogą być stosowane do pracy przy zarówno niskich, jak i wysokich ciśnieniach. Jednak mają one pewne wady, takie jak nierównomierny przepływ gazu oraz zanieczyszczenie sprężonego powietrza olejem. Dlatego konieczne jest wyposażenie ich w odolejacz (odoliwiacz) w rurociągu tłocznym. Ponadto sprężarki te wymagają regularnej i fachowej obsługi, zajmują dużo miejsca i są zazwyczaj kosztowne w zakupie oraz utrzymaniu.
Parametry pracy sprężarki:
Wielkości charakteryzujące pracę sprężarki to:
strumień objętości (wydajność sprężarki): określa ilość gazu (objętość) sprężanego przez sprężarkę w jednostce czasu. Może być wyrażany jako strumień masy (M) lub objętość (V),
– wydajność sprężarki: jest określana dla przekroju ssawnego, zwykle z odniesieniem do warunków normalnych, czyli temperatury 20°C, ciśnienia 101,2 kPa oraz gęstości powietrza (lub innego czynnika roboczego) równego 1,2 kg/m³,
– ciśnienie (Ps) i temperatura (Ts) ssania: to ciśnienie i temperatura mierzone w przewodzie ssawnym sprężarki, czyli przed sprężeniem gazu,
– ciśnienie (Pt) i temperatura (Tt) na wylocie: to ciśnienie i temperatura mierzone na wylocie sprężarki, czyli po sprężeniu gazu,
– spręż ujmujący: jest to stosunek ciśnień na wylocie i wlocie sprężarki, czyli stosunek ciśnienia na wylocie do ciśnienia na wlocie,
– zapotrzebowanie mocy na wale sprężarki (P): oznacza moc potrzebną do napędu sprężarki i jest wyrażana w jednostce mocy, np. w kilowatach (kW),
– prędkość obrotowa (n): Jjest to prędkość, z jaką obraca się wał sprężarki, wyrażana w obrotach na minutę (RPM) lub w radianach na sekundę (rad/s),
– sprawność (ƞ): określa efektywność pracy sprężarki i jest wyrażana jako stosunek mocy rzeczywiście pobranej do mocy teoretycznej w warunkach idealnych. Sprawność może być wyrażana jako procent lub jako ułamek.
Zastosowanie sprężarek tłokowych:
Powietrzne sprężarki tłokowe są niezwykle wszechstronne i znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu. Poniżej przedstawiono kilka przykładów ich zastosowania:
-hutnictwo: sprężarki dostarczają sprężonego powietrza do wytopu surówki w wielkich piecach oraz do wytwarzania tlenu technicznego potrzebnego w procesie konwertorowym,
– górnictwo: wykorzystywane są do napędu urządzeń urabiających, takich jak wiertnice czy młoty pneumatyczne, stosowane do wydobycia surowców mineralnych,
-budownictwo: zasila narzędzia pneumatyczne wykorzystywane przy pracach budowlanych, takie jak młoty pneumatyczne czy wiertarki. Ponadto używane są do urządzeń do tynkowania i malowania,
– transport samochodowy: stosowane są do pompowania opon w samochodach oraz w różnych urządzeniach pomocniczych. Ponadto znajdują zastosowanie w hamulcach pneumatycznych oraz w różnego rodzaju narzędziach pneumatycznych, takich jak klucze pneumatyczne czy pistolety do malowania.
Sprężarki powietrzne są niezastąpione w tych i wielu innych dziedzinach przemysłu, gdzie wymagane jest sprężone powietrze do napędu urządzeń czy zasilania narzędzi. Ich wszechstronność i wydajność sprawiają, że są powszechnie stosowane w wielu branżach.