rozdzial 08.pdf

Rozdział VIII: Smarowanie sprężarek

Rozdział VIII

SMAROWANIE

SPRĘŻAREK

8.1 Sprężarki

– dwuwałowe (wielowałowe): śrubowe, Rootsa, zębate,

– przepływowe: odśrodkowe, osiowe.

W przypadkach, gdy jest niezbędne wysokie ciśnienie tłoczenia,

sprężanie jest realizowane na dwóch lub więcej stopniach. Takie

sprężarki są nazywane wielostopniowymi.

W sprężarkach wielostopniowych, sprężony gaz jest praktycznie

zawsze schładzany między kolejnymi stopniami, w pośrednich

chłodnicach powietrznych lub wodnych. Jest on również często

chłodzony po ostatnim stopniu.

Ze względu na bogactwo konstrukcji, istnieje wiele różnych

klasyikacji sprężarek, biorących jako podstawę podziału różne

cechy konstrukcyjne, spełniane funkcje, liczbę stopni sprężania,

zastosowania itd.

Sprężarki – zwane też kompresorami, są to maszyny zwiększa-

jące ciśnienie sprężanego czynnika (powietrza, gazu). Sprężarki

charakteryzuje się stopniem sprężania (sprężem), oznaczanym

symbolem P , będącym stosunkiem ciśnienia tłoczenia p t do ciśnie-

nia ssania p s , wyrażonym wzorem (8.1):

Π =

p p s

(8.1)

Inne parametry charakteryzujące sprężarki to:

V – wydajność,

N – zapotrzebowanie mocy,

D p – przyrost ciśnienia,

η – sprawność,

Ψ – wskaźnik spiętrzenia (sprężarki przepływowe).

8.2 Sprężarki powietrza

8.2.1 Sprężarki tłokowe

Przebiegi zmian wielkości: p, D p, η, N, Ψ zazwyczaj są przed-

stawiane w funkcji V, a prędkość obrotowa jest traktowana jako

parametr. Ponadto w przypadku sprężarek przepływowych, często

są stosowane charakterystyki bezwymiarowe, ułatwiające porów-

nywanie różnych konstrukcji.

Sprężarki tłokowe są to sprężarki wyporowe o posuwisto-

zwrotnym ruchu tłoka. Są one budowane w różnych układach

konstrukcyjnych, różniących się liczbą i rozmieszczeniem cylin-

drów oraz typem mechanizmu korbowego, który może być bez-

wodzikowy (rys. 8.1) lub wodzikowy (rys. 8.2).

W sprężarkach, w odróżnieniu od silników tłokowych, zawory

(lub zawory wzniosowe) wlotowe i wylotowe nie są sterowane, ale

funkcjonują automatycznie. Ich otwarcie i zamknięcie jest powo-

dowane różnicą ciśnienia gazu. Obecność sprężyny służy jedynie

do amortyzacji uderzenia zaworu o kieł zderzaka podczas otwarcia

i do przyspieszenia jego zamknięcia. Prędkość uderzeń zaworów

Obowiązującą jednostką ciśnienia (system SI) jest Pascal [Pa],

przy czym [1 Pa = 1 N/m 2 ]. Pascal jest to bardzo mała jednostka

i dlatego używa się jego wielokrotności hekto-Pascali [hPa = 100

Pa], w przypadku pomp próżniowych oraz kilo-Pascali [kPa =

1000 Pa] w przypadku sprężarek. Często również jest używany

skrót „bar”, przy czym [1 bar = 10 5 (100000) Pa lub 100 kPa]. Po-

nadto należy pamiętać, że [1 bar = 1,02 kG/cm 2 ] oraz, że [1 hPa

= 1 mbar].

Sprężarki są klasyikowane pod względem:

A) zastosowania na:

q sprężarki powietrza,

q sprężarki gazowe,

q sprężarki chłodnicze,

q pompy próżniowe;

B) realizację sposobu sprężania na:

q wyporowe,

q przepływowe;

C) konstrukcji mechanicznej:

q sprężarki tłokowe:

– bezwodzikowe,

– wodzikowe

– i inne liczne konstrukcje,

q sprężarki rotacyjne:

– jednowałowe: łopatkowe, z pierścieniem cieczowym, mi-

mośrodowe,

Rys. 8.1 Zasada działania jednocylindrowej sprężarki tłokowej, o jednostronnym

działaniu, z tuleją suwakową i chłodnicą wodną

A – ssanie, B – tłoczenie, 1 – wał korbowy, 2 – chłodnica wodna, 3 – zawór wlotowy

(ssania), otwarty, 4 – zawór wylotowy (tłoczenia), zamknięty, 5 – ssanie, zstępują-

cy ruch tłoka, 6 – korbowód, 7 – sprężanie, wstępujący ruch tłoka, 8 – zawór ssania

(zamknięty), 9 – zawór tłoczenia (otwarty), 10 – tłok

VIII

Rys. 8.2 Zasada działania jednocylindrowej sprężarki tłokowej, o dwustronnym

działaniu, z wodzikiem

1 – tuleja, 2 – tłok, 3 – tłoczysko, 4 – wodzik, 5 – zawory wlotowe (ssania), 6 – zawo-

ry wylotowe (tłoczenia)

charakteryzowane tzw. obiegiem Carnota, który przedstawia zależ-

ność ciśnienia p sprężanego gazu od jego objętości V . Wyróżnia się

tzw. obieg teoretyczny i rzeczywisty, przykładowo przedstawiony

na rys. 8.3. Zmiennymi w obiegu Carnota są: ciśnienie p , objętość

V i temperatura bezwzględna T gazu.

W obiegu Carnota wyróżnia się następujące cykle:

q ssanie (I), podczas którego: zawór wlotowy (A) jest otwarty, a za-

wór wylotowy (B) zamknięty, przy czym: p 4 = p 1 ; V 4 ä V 1 ;

T 4 = T 1 ;

q sprężanie (II), podczas którego: zawory wlotowy (A) i wylotowy

(B) są zamknięte, przy czym: p 1 ä p 2 ; V 1 æ V 2 ; T 1 ä T 2 ;

q wytłaczanie (III), podczas którego: zawór wlotowy (A) jest za-

mknięty, a zawór wylotowy (B) otwarty, przy czym: p 2 = p 3 ;

V 2 æ V 3 ; T 2 = T 3 ;

q rozprężanie przestrzeni martwej (IV), podczas którego: zawór

wlotowy (A) jest otwarty, a zawór 00 wylotowy (B) zamknięty,

przy czym: p 3 æ p 4 (rozprężanie przestrzeni martwej); V 3 ä V 4 ;

T 3 = T 4 .

W praktyce eksploatacyjnej ważnym wnioskiem z obiegu Carno-

ta jest wzrost temperatury z T 1 do T 2 podczas sprężania gazu od p 1

do p 2 . Ten wzrost temperatury jest powodem ograniczenia sprężu,

zarówno w przypadku sprężarek tłokowych, jak i rotacyjnych sprę-

żarek śrubowych. Temperatura sprężanego gazu może osiągnąć

bardzo duże wartości, jak to przedstawiono na rys. 8.4.

Wysokość osiąganej przez gaz temperatury ogranicza maksy-

praktycznie ogranicza prędkość obrotową sprężarek tłokowych do

2000 obrotów/minutę.

Zasadę działania jednostopniowej sprężarki tłokowej przedsta-

wiono na rys. 8.1. W sprężarkach tego typu wyróżnia się dwa suwy:

ssania (rys. 8.1 A) i sprężania (rys. 8.1 B). W suwie ssania ruch tłoka

powoduje zasysanie powietrza z obszaru ssania do przestrzeni

roboczej cylindra. Wówczas jest otwarty zawór ssania i zamknięty

zawór tłoczenia. W suwie tłoczenia ruch tłoka powoduje wytłacza-

nie powietrza z przestrzeni roboczej cylindra do obszaru tłoczenia.

Zamyka się wówczas zawór ssania, a otwiera zawór tłoczenia.

Sprężarki wodzikowe mają dwie komory i odpowiednio usytu-

owane zawory. Suw ssania w jednej z komór jest połączony z su-

wem sprężania w drugiej, co ilustruje rys. 8.2.

Z termodynamicznego punktu widzenia, sprężarki tłokowe są

Rys. 8.4 Przebieg zmian temperatury na wylocie, w zależności od ciśnienia na

wylocie przy adiabatycznym sprężaniu powietrza o temperaturze 21°C

1 – sprężarka jednostopniowa, 2 – sprężarka dwustopniowa, 3 – sprężarka trój-

stopniowa

Rys. 8.3 Uproszczony, rzeczywisty obieg Carnota jednostopniowej sprężarki

tłokowej

I – ssanie, II – sprężanie, III – tłoczenie, IV – rozprężanie, 1 – zamknięcie zaworu A,

wlotowego (p 1 V 1 T 1 ), 2 – otwarcie zaworu B, wylotowego (p 2 V 2 T 2 ), 3 – zamknięcie

zaworu B, wylotowego (p 3 V 3 T 3 ), 4 – otwarcie zaworu A, wlotowego (p 4 V 4 T 4 ), V a – ob-

jętość przestrzeni martwej (szkodliwej), V b – objętość wynikająca ze skoku tłoka, V c

– objętość zasysania, p s – ciśnienie ssania, P t – ciśnienie tłoczenia

malne ciśnienie tłoczenia do około 8…10 bar, w przypadku sprę-

żarek jednostopniowych. Aby ograniczyć temperatury tłoczenia,

sprężarki tłokowe są schładzane wodą lub powietrzem, na pozio-

mie cylindra lub głowicy cylindra. Wielkie jednostki są chłodzone

przede wszystkim wodą, a w przypadku sprężarek powietrznych

lub gazów wilgotnych, chłodzenie powietrzem przedstawia zaletę

polegającą na ograniczaniu skraplania wody w układzie rozrządu.

Jednym z zasadniczych problemów spotykanych w tłokowych

sprężarkach powietrznych, jest ryzyko pożaru, a nawet wybuchu

mieszanki powietrzno-olejowej w momencie, gdy „trójkąt ognia”

(tlen + paliwo + ciepło) skumuluje krytyczne warunki sprzyjają-

ce samozapaleniu. Jest to moment, w którym koncentracja par

z zestarzonego oleju, a zwłaszcza mgły olejowej, w gorącym

przetłoczonym powietrzu osiągnie krytyczny próg (dolna granica

wybuchowości), który znajduje się pomiędzy 20 i 50 ml oleju na

metr sześcienny powietrza w warunkach normalnych (23...30 g/m 3 ),

a przypadkowe przegrzanie rozpoczyna spontaniczny proces pale-

nia. Może się to zdarzyć z wielu powodów: gdy temperatura tłoczo-

nego powietrza osiągnie (nawet jedynie miejscowo) temperaturę

samozapłonu oleju w powietrzu lub gdy dopływ ciepła wskutek

2 VIII

Rozdział VIII: Smarowanie sprężarek

tarcia, albo mechanicznego czy też termicznego zaiskrzenia, spo-

woduje zapalenie się. Splot takich okoliczności może spowodować

detonację stwarzając poważne niebezpieczeństwo dla osób prze-

bywających w pobliżu sprężarki i znaczne straty materialne.

W przypadkach, kiedy niezbędne jest wysokie ciśnienie tłocze-

nia, odpowiedni spręż uzyskuje się na dwóch lub więcej stopniach.

Dzięki pośredniemu schładzaniu gazu obniża się jego temperatura

(patrz rys. 8.4), poprawia się sprawność sprężarki, a w konsekwencji

zmniejsza zużycie energii.

Działanie wielostopniowej sprężarki tłokowej polega na okre-

sowym wprowadzaniu powietrza (gazu) do poszczególnych cylin-

drów, w których ulega sprężeniu wstępnemu i wytłoczeniu sprężo-

nego powietrza do kolejnych stopni sprężarki. Z ostatniego stopnia

sprężone powietrze jest podawane do kolektora tłocznego.

Najczęściej stosowanymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi sprę-

żarek tłokowych są układy: rzędowy, widlasty, kątowy, leżący oraz

bokser.

Wyróżnia się:

q sprężarki małe – są to sprężarki jedno lub dwustopniowe: dają-

ce ciśnienia poniżej 7 bar i o mocy poniżej 55 kW:

– pionowe: zwykle smarowane obiegowo, przez zastosowanie

typowego układu smarowania,

– poziome, wówczas cylindry są zawsze smarowane poprzez

widoczne mechaniczne smarownice przepływowe, a inne

mechanizmy ruchome poprzez smarowanie rozbryzgowe

lub obiegowe;

q dużej i średniej mocy – są one zawsze wielostopniowe (ciśnie-

nie do 200 bar, a czasami do 400 bar).

Smarowanie: w sprężarkach tłokowych smarowaniu podlegają:

części sprężające (cylinder – tłok – stożkowe pierścienie uszczel-

niające), części wlotowe i wylotowe (zawory) i części przekazujące

ruch (łożyska wału korbowego lub mimośrodu, a w przypadku ma-

łych sprężarek, łożyska główki i stopy korbowodu).

W przypadku sprężarek wodzikowych, dochodzą problemy

smarowania wodzika (tłok-prowadnica w cylindrze lub wodzik na

prowadnicy) i części uszczelniających wzdłuż trzonu tłoka.

Intensywność smarowania sprężarek tłokowych jest ściśle

związana z osiąganą temperaturą tłoczenia. Temperatura sprę-

żanego gazu ogranicza współczynnik sprężania na każdym

stopniu. W przypadku dużych sprężarek przemysłowych, jest

ona rzędu 130...140°C, a dla większości małych sprężarek wynosi

około 160...170°C, ale może osiągnąć 220...210°C, a nawet 250°C,

w przypadku sprężarek powietrznych do butli tlenowych dla płe-

twonurków.

Należy rozróżniać dwa zespoły części przeznaczonych do

smarowania:

q mechanizmy: łożyska wału korbowego i korbowodu,

wodziki,

q cylindry: tłoki, pierścienie tłokowe uszczelniające,

cylindry i zawory.

W dużych sprężarkach, na ogół wodzikowych, są dwa

oddzielne układy smarowania, a środek smarny może

zostać dobrany w zależności od wymogów dotyczących

smarowania każdego z tego typu części. Do smarowania

mechanizmów najczęściej jest używany olej turbinowy

lub ciecz hydrauliczna (HL, HM lub HV) i specjalny

olej do smarowania cylindrów sprężarek (naftenowy,

parainowy z inhibitorem utlenienia, alkilobenzen lub

diester). W przypadku sprężarek powietrznych, aktualne

przeważają tendencje do używania jednego tylko oleju

(oleju do sprężarek), który chociaż droższy od oleju do

smarowania mechanizmów, bardzo ułatwia czynności

smarowania. Unika się w ten sposób zmieszania olejów,

kiedy szczelność na poziomie trzonu tłoka nie jest do-

skonała. Sprężarki gazowe wymagają specjalnego oleju

do smarowania cylindrów, dlatego są one zwykle sma-

rowane dwoma różnymi olejami.

Mechanizmy sprężarek są smarowane obiegowo,

smarownicami napędzanymi przez wał korbowy lub niezależny

silnik elektryczny.

W przypadku sprężarek o dużej mocy często są one smarowa-

ne obiegowo pod ciśnieniem, z zastosowaniem pompy olejowej.

Obieg smarowania zawiera iltry, zawór odciążający, czujnik tem-

peratury, manometr kontrolujący ciśnienie, czujnik reagujący na

spadek ciśnienia oraz chłodnicę oleju. Olej przez smarowniczki me-

chaniczne jest wtryskiwany bezpośrednio do cylindrów i ewentual-

nie przetłaczany do pierścieni uszczelniających trzony tłokowe. Jest

on podawany pompami nurnikowymi o bardzo małej pojemności

skokowej, napędzanymi przez wał rozrządu lub mimośrodowy,

połączony sztywno ze sprężarką, co pozwala na automatyczne do-

zowanie oleju, proporcjonalne do prędkości obrotowej sprężarki.

Najczęściej są stosowane pompy o zazębieniu zewnętrznym albo

pompy krzywkowe. Punkty dozowania oleju do cylindrów są wy-

posażone w zawory zwrotne, aby uniknąć wstecznego tłoczenia

oleju przez ciśnienie sprężanego powietrza lub gazu. Za każdym

razem wydatek oleju przy rozruchu jest regulowany śrubą, która

zmienia skok nurnika.

W małych sprężarkach, o tłokach z tuleją suwakową i chło-

dzeniem powietrzem, olej w skrzyni korbowej jest obowiązkowo

olejem do sprężarek. Mechanizmy są smarowane rozbryzgowo,

a cylindry przez natrysk. Do smarowania rozbryzgowego służą

łopatki (łyżki) przedłużające stopę korbowodu i zagłębiające się

raz przy każdym obrocie w łaźni olejowej albo w pojemniku skrzyni

korbowej lub też w czarce (korytku) o stałym poziomie, zasilanych

olejem przez małą pompę zębatą. Smarowanie rozbryzgowe jest

bardziej efektywne; może zmniejszyć zużycie pierścienia umiejsco-

wionego na końcu wału korbowego, który przetłacza olej i przesyła

go poprzez natrysk do główki korbowodu oraz do cylindrów. Ten

system smarowania nie pozwala na regulacje natężenia przepływu,

szczególnie cylindrów. Nadmiar oleju powoduje szybsze zanie-

czyszczenie zaworów, a ponadto powoduje zawracanie do skrzyni

korbowej części oleju, który smarował cylindry. Olej ten, zdegra-

dowany termicznie i utleniony, zanieczyszcza miskę olejową, co

powoduje konieczność jej opróżniania, co około 2000 godzin.

Silnikosprężarki są to połączone wspólnym korpusem sprę-

żarka i silnik. Napędzane są silnikiem tłokowym: parowym lub

spalinowym. Dzielą się one na: korbowe i bezkorbowe. Funkcjonu-

je wiele różnorodnych konstrukcji tego typu sprężarek. Sprężarki

bezkorbowe z napędem parowym były powszechnie stosowane do

zasilania pneumatycznych urządzeń hamulcowych w parowozach.

Wśród silnikospężarek na uwagę zasługują sprężarki o swobodnych

tłokach (rys. 8.5). W konstrukcjach tych, centralnie umieszczona

komora spalania jest ograniczona dwoma tłokami. Napęd stanowi

dwusuwowy silnik diesla. Ruch tłoków na zewnątrz jest powodo-

Rys. 8.5 Silnikosprężarka ze swobodnym tłokiem napędzana silnikiem dwusuwowym Diesla

1 – tłok sprężarki, 2 – wylot tłoczonego powietrza, 3 – cylinder sprężarki, 4 – szczeliny przemywania

cylindra silnika, 5 – cylinder i komora spalania silnika Diesla, 6 – wylot gazów spalinowych i prze-

mywającego powietrza, 7 – szczeliny wylotowe, 8 – powietrzna poduszka amortyzacyjna, 9 – tłok

amortyzujący, 10 – tłoki silnika, 11 – wtryskiwacz oleju, 12 – wlot powietrza przedmuchującego,

13 – wlot powietrza zasysanego

VIII

wany przez ciśnienie gazów spalinowych, a ruch powrotny energią

rozprężającego się gazu, sprężanego w specjalnych komorach.

Smarowanie: sprężarki współpracujące z silnikiem diesla o cy-

klu dwusuwowym, muszą być smarowane olejem, odpowiednim

do silnika, bardzo odpornym na utlenianie i działanie wysokiej

temperatury. Oleje te powinny zawierać detergent, o możliwie jak

najmniejszej zawartości popiołu siarczanowego, aby zmniejszyć

w ten sposób ilość osadów w szczelinach i na zaworach tłocze-

nia, w części sprężarkowej. W praktyce, silnikosprężarki tej grupy,

o swobodnych tłokach, dobrze działają przy zastosowaniu klasycz-

nych olejów do silników diesla.

q zapewniał smarowanie łożysk (łożyska: ślizgowe, kulkowe lub

wałeczkowe),

q chronił powierzchnie przed rdzą i korozją.

Istnieją dwa rozwiązania systemu smarowania tego typu sprę-

żarek:

Metoda bezzwrotnego smarowania pod ciśnieniem, jest

stosowana w przypadku wielkich sprężarek stacjonarnych, na ogół

wielostopniowych i chłodzonych wodą, z pośrednimi chłodnicami

sprężanego gazu. Mechaniczne smarowniczki mają wydajność od

7 do 20 gramów oleju na metr sześcienny zasysanego gazu w cza-

sie 1 godziny. Kanały boczne dostarczają olej niezbędny do smaro-

wania łożysk, na przykład w ilości 3 do 4 kropel na minutę.

W przypadku, gdy łopatki są wykonane z metalu, zalecanym

środkiem smarującym jest olej silnikowy z detergentem i dodat-

kiem przeciwzużyciowym, aby z jednej strony – uniknąć nagroma-

dzenia się osadów w gniazdach wirnika, z drugiej – przeciwdziałać

zużyciu i zakleszczaniu się łopatek.

W przypadku sprężarek jednostopniowych zalecane są klasy

lepkości SAE 30 lub 40. W przypadku sprężarek dwustopniowych,

tłoczących powietrze w temperaturze równej lub wyższej od 160°C

zalecane są nawet lepkości SAE 50.

W przypadku, gdy łopatki są wykonane z tworzywa sztucznego,

są zalecane oleje nie zawierające detergentów o lepkości porówny-

walnej z lepkością olejów silnikowych, to znaczy zawartą w zakresie

ISO VG 100 do 220. Niektórzy konstruktorzy zalecają nawet oleje

klasy lepkościowej rzędu ISO VG 320, zarówno do sprężarek po-

wietrznych jak i sprężarek gazowych. Stosowane oleje, nie zawie-

rające detergentów, są albo klasycznymi olejami do sprężarek po-

wietrznych typu mineralnego, parainowanego, z antyutleniaczem

(DAB lub DAA), lub olejami maszynowymi, albo też, w przypadku

najniższych klas lepkości olejami hydraulicznymi klasy HL.

Metoda wtrysku oleju do powietrza (lub do gazu) na po-

czątku fazy sprężania. Metoda ta jest stosowana w przypadku

małych jednostek stacjonarnych i sprężarek budowlanych. Na ogół,

olej jest wstrzykiwany pod ciśnieniem nieco większym od różnicy

ciśnienia na wlocie i wylocie, a zbiornik oleju jest utrzymywany pod

ciśnieniem większym niż ciśnienie tłoczenia. W ten sposób wstrzyk-

nięty olej przyczynia się do schładzania sprężonego gazu.

Olej jest oddzielany od sprężonego gazu w separatorze: cyklo-

nowym, labiryntowym lub zderzeniowym. Urządzenia te usuwają

około 98% oleju. Sprężany gaz jest podawany na iltr wykonany ze

sprasowanych włókien mineralnych (najczęściej z włókien szkla-

nych) lub spieków ceramicznych, po przejściu którego gaz zawiera

mniej niż 5 ppm oleju.

Schemat układu sprężania i smarowania jednowałowej sprę-

żarki łopatkowej przedstawiono na rys. 8.7. W układzie takim

powietrze jest zasysane przez iltr powietrza wlotowego 1 , a ilość

8.2.2 Sprężarki rotacyjne, jednowałowe

Sprężarki rotacyjne są to sprężarki wyporowe, o obrotowym

ruchu tłoka. Ze względu na kształt tłoków, wyróżnia się sprężarki

rotacyjne: łopatkowe, z pierścieniem cieczowym i mimośrodowe.

Sprężarki rotacyjne, jednowałowe, łopatkowe są to sprężarki

wyporowe, w których gaz (powietrze) jest sprężany przez ruchome

łopatki, przesuwające się w gniazdach wirnika ruchem posuwisto-

zwrotnym. Oś obrotu wirnika jest umieszczona mimośrodowo

względem otworów w kadłubie. Schemat i zasadę działania rota-

cyjnej sprężarki łopatkowej przedstawia rys. 8.6.

Podczas obrotu wirnika objętość przestrzeni roboczej między

łopatkami ulega zmianie. W położeniu A (rys. 8.6 A) objętość ta jest

najmniejsza i w miarę obrotu wirnika do położenia B zwiększa się

do maksimum – odpowiada to suwowi ssania w sprężarce tłoko-

wej. Dalszy obrót wirnika (rys. 8.6 B) od położenia B do C powoduje

zmniejszenie objętości oraz wzrost temperatury i ciśnienia – odpo-

wiada to suwowi sprężania. Pod koniec suwu sprężania, przesunię-

cie łopatki otwiera otwór wylotowy i sprężony gaz przepływa do

kolektora. W tego typu sprężarkach prędkość obrotowa wirnika jest

ograniczana, z jednej strony – minimalną siłą odśrodkową niezbęd-

ną do wysunięcia łopatek z wirnika, z drugiej – naciskiem łopatek

na powierzchnię korpusu sprężarki.

Chłodzenie, smarowanie i uszczelnienie między łopatkami

a korpusem pompy jest realizowane poprzez wtrysk oleju do po-

wietrza po stronie ssącej.

Smarowanie. W sprężarkach łopatkowych środek smarujący,

poza funkcją zasadniczą, spełnia funkcję chłodzenia sprężanego

gazu. Wymaga się, aby środek smarny:

q zapewniał dobry poślizg łopatek w gniazdach, mimo przerywa-

nia warstewki oleju pod wpływem ugięcia tychże łopatek,

q zmniejszał tarcie i zużycie między końcówkami łopatek, a we-

wnętrzną powierzchnią korpusu,

q polepszał szczelność poszczególnych komór, tworząc uszczel-

nienie między łopatkami a wewnętrzną powierzchnią korpusu,

Rys. 8.6 Schemat i zasada działania rotacyjnej, jednowałowej sprężarki łopatkowej

A – ssanie, B – sprężanie, C – tłoczenie, 1 – wirnik, 2 – łopatka, 3 – stojan, 4 – wlot, 5 – wylot

4 VIII

Rozdział VIII: Smarowanie sprężarek

Rys. 8.7 Schemat układu smarowania łopatkowej sprężarki powietrza

1 – iltr powietrza wlotowego, 2 – regulator przepływu powietrza, 3 – sprężarka, 4 – zbiornik oleju,

5 – separator powietrzno-olejowy, 6 – zawór spustowy oleju, 7 – chłodnica oleju, 8 – wentylator

chłodzący, 9 – iltr olejowy, 10 – sprężone powietrze

Tarcie pomiędzy końcówkami łopatek i cylindrem

może być znacznie zmniejszone, albo przez nachylenie

krawędzi łopatek, formujących hydrodynamiczny klin

olejowy; albo poprzez montaż pierścieni równoważą-

cych. Częstym problemem w sprężarkach łopatkowych

jest blokada promieniowa łopatek wskutek wypełnienia

szczelin nagarem i lakami. Powstają one w wyniku utle-

niania i rozkładu termicznego oleju.

Do sprężarek rotacyjnych łopatkowych są także

zaliczane tzw. sprężarki rotacyjne jednowałowe

z pierścieniem cieczowym. Istnieją dwie podstawowe

wersje takich sprężarek. W pierwszej (rys. 8.8), wirnik

wyposażony w stałe łopatki promieniste obraca się

w cylindrycznym, nie centrycznym korpusie, zawierają-

cym pewną ilość cieczy, na ogół roztworu wody i glikolu.

Pod wpływem obrotów wirnika, pod działaniem siły od-

środkowej ciecz jest przemieszczana na ściankę statora,

kształtując tzw. „pierścień cieczowy”, współśrodkowy

w stosunku do cylindra korpusu. Przestrzeń w kształcie

sierpa, ograniczona przez pierścień cieczowy i wirnik,

jest podzielona przez łopatki wirnika na szereg komór

sprężania, o zmiennej objętości, zwiększającej się w ob-

szarze zasysania i zmniejszającej w obszarze sprężania

i tłoczenia.

W drugim rodzaju wirnik, wyposażony w proste lub skrzywione

łopatki, jest usytuowany w korpusie o kształcie owalnym. Pierścień

cieczowy o eliptycznym kształcie, ogranicza wraz z wirnikiem dwie

przestrzenie sprężania w kształcie naprzemiennie położonych

sierpów. Sprężarki tego typu są stosowane zarówno do sprężania

powietrza, jak i mocno nasyconej pary wodnej, a także do korozyj-

nych gazów.

Zaletą tego typu sprężarek jest brak zaworów i tarcia mecha-

nicznego w statorze, gdyż występuje jedynie wewnętrzne tarcie

cieczy. Z tego powodu nie występuje zużycie powierzchni trących,

za wyjątkiem ryzyka korozji (rdzy), erozji w wyniku kawitacji i erozji

ściernej, jeśli gaz jest zanieczyszczony pyłami.

Największą niedogodnością jest fakt, że powietrze (lub gaz)

nasyca się wilgocią i porywa za sobą część wody z pierścienia

cieczowego, w postaci małych kropelek. Wymaga to stałego do-

prowadzania wody oraz osuszania gazu, w bardzo skutecznych

separatorach wody. W zamian woda intensywnie chłodzi tłoczone

powietrze.

Smarowanie: jedynymi smarowanymi częściami są łożyska wir-

nika, które są zamontowane na zewnątrz statora (wraz z uszczelnie-

niem dla cieczy), na poziomie wyjścia wałka na obrzeże korpusu. Są

podawanego powietrza jest regulowana układem zaworów regula-

tora przepływu powietrza 2. Sprężone powietrze jest podawane do

separatora powietrzno–olejowego 4, stanowiącego jednocześnie

zbiornik oleju 5 . Wydzielony w separatorze olej spływa bezpośred-

nio do zbiornika, skąd jego ewentualny nadmiar może być usu-

nięty z układu poprzez zawór spustowy 6 . Olej ze zbiornika 5 pod

wpływem wytwarzanego ciśnienia jest tłoczony do chłodnicy 7 ,

chłodzonej wentylatorem 8 i przez iltr olejowy 9 jest podawany do

powietrza na wlocie sprężarki 3 . Sprężone i odolejone powietrze 10

jest podawane układem przewodów do zastosowań.

Maszyny tego typu są również stosowane jako pompy próżnio-

we, przy odwrotnym ruchu wirnika.

Stosowany olej ma na ogół mniejszą lepkość od oleju używa-

nego do smarowania sprężarek o bezzwrotnym smarowaniu, ale

istnieją także inne zalecenia konstruktorów.

Niektóre sprężarki łopatkowe są smarowane olejem mineral-

nym z inhibitorem rdzewienia i utleniania, np.: olej turbinowy lub

olej hydrauliczny klasy jakościowej HL, o klasie lepkości ISO VG 32

do 46.

W pewnych przypadkach, konstruktorzy zalecają olej zawiera-

jący dodatki przeciwzużyciowe, aby przeciwdziałać nadmiernemu

zużywaniu łopatek i gładzi cylindra, np. olej hydrauliczny klasy HM.

Jest również możliwe używanie płynu typu ATF 1 , mimo że te płyny

o bardzo dużym wskaźniku lepkości rzędu 150 do 200 zawierają

polimery, rzadko zalecane w tego typu sprężarkach z powodu ich

szybkiego mechanicznego ścinania się na łopatkach i relatywnie

słabej odporności na rozkład termiczny. W rzeczywistości, ta ostat-

nia wada może spowodować zamulenie separatorów powietrze-

olej produktami polimerowymi, pochodzącymi z rozkładu dodatku

lepkościowego (wiskozatora) w przypadku, gdy sprężarka tłoczy

gaz o wysokiej temperaturze. Niektóre, starszego typu budowlane

sprężarki powietrzne napędzane silnikiem diesla, w trosce o racjo-

nalizację w dziedzinie smarowania, były smarowane jednosezono-

wym olejem silnikowym bez dodatków polimerowych i detergen-

tów. Zwiększenie zawartości dodatków polarnych i polimerowych,

dość często pociąga za sobą poważne problemy pienienia i emul-

gowania z wodą (pochodzącą ze skraplania) oraz odkładanie się

osadów na iltrze koalescera.

Aktualnie, często są zalecane oleje syntetyczne na bazie die-

sterów o klasach lepkościowych ISO VG 32 lub 46, a także oleje na

bazie polialfaolein (PAO), rekomendowane głównie do sprężarek

śrubowych.

1 Płyny ATF ( Automatic Transmission Fluid ) – płyny (oleje) do automatycznych

przekładni samochodowych .

Rys. 8.8 Schematyczny przekrój rotacyjnej, jednowałowej sprężarki z pierścieniem

cieczowym i nie centrycznym wirnikiem

1 – pierścień cieczowy, 2 – cylindryczny stator, 3 – otwór tłoczenia, 4 – wylot,

5 – nie centryczny wirnik, 6 – wlot, 7 – otwór ssący

VIII

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: