Sprężone powietrze jest jednym z najważniejszych mediów powszechnie wykorzystywanych w procesach produkcyjnych. W zakładach przemysłowych najczęściej stosowane są sprężarki wyporowe, wśród których dominują obecnie śrubowe. Najważniejszym kryterium wyboru danego rozwiązania jest trwałość, natomiast cena zakupu sprężarki oraz koszty jej eksploatacji to czynniki odgrywające największą rolę dla co drugiego potencjalnego klienta.
Sprężarki stanowią podstawowy element wyposażenia zakładów przemysłowych. Służą do sprężania i przetłaczania czynników gazowych (głównie powietrza). Sprężone powietrze stosowane jest obecnie niemalże w każdym zakładzie – zarówno do celów technologicznych, jak i do napędu maszyn (wiertarek, szlifierek, polerek) i narzędzi, m.in. młotów pneumatycznych, narzędzi ręcznych, a także wielu innych urządzeń, pozwalających zmechanizować i zautomatyzować pracę. Należy podkreślić, że sprężarki nie wytwarzają energii, lecz pobierają ją od silnika, w który są wyposażone. Mogą pracować jako samodzielne jednostki bądź wchodzić w skład bardziej złożonych urządzeń, takich, jak: chłodziarki, silniki cieplne, kotły parowe czy turbiny gazowe.
Preferowane rozwiązania
Z badania przeprowadzonego przez redakcję magazynu Inżynieria i Utrzymanie Ruchu wynika, że ze względu na stosunek sprężania, największym zainteresowaniem cieszą się kompresory (dla π > 3). Jak pokazuje rys. 1, dużo rzadziej klienci decydują się na dmuchawy (dla 1,13 < π < 3) oraz wentylatory (dla π < 1,13).
Biorąc pod uwagę rodzaj sprężanego czynnika, w zakładach wszystkich ankietowanych wykorzystywane są maszyny sprężające powietrze. Co dziesiąta osoba wskazała na obecność w zakładzie maszyn sprężających gazowych.
Jeśli chodzi o mobilność, preferowane są sprężarki stacjonarne, które znajdują się na wyposażeniu 91% zakładów. Sprężarki przewoźne są obecne w zakładzie co czwartego uczestnika badania.
Powołując się na wyniki sondażu, 78% ankietowanych zadeklarowało, że w ich zakładzie używa się sprężarek jednostopniowych, w których ciśnienie końcowe czynnika tłoczonego jest osiągane w jednym procesie sprężania. Natomiast sprężarki wielostopniowe, w których ciśnienie końcowe jest osiągane w kilku kolejnych procesach sprężania (pomiędzy którymi następuje ochładzanie czynnika), znajdują zastosowanie w zakładach 39% ankietowanych.
Sprężarki wyporowe vs. wirowe
Zważywszy na budowę sprężarek oraz zasadę ich działania, w zakładach przemysłowych uczestników sondażu najczęściej znajdują się sprężarki objętościowe (wyporowe), które zostały wskazane przez 76% osób (rys. 2). Jeśli chodzi o sprężarki przepływowe (wirowe), to są one obecne w zakładach 36% respondentów.
W przeciwieństwie do sprężarek objętościowych – w których proces sprężania odbywa się w sposób pulsacyjny, a wzrost ciśnienia jest spowodowany zmniejszeniem objętości czynnika roboczego – w przypadku sprężarek przepływowych czynnik roboczy jest sprężany w sposób ciągły, na skutek ruchu obrotowego wirnika z odpowiednio ukształtowanymi łopatkami. Obracający się z dużą prędkością wirnik sprawia, że powstaje podciśnienie od strony zasysanego powietrza atmosferycznego. Jak sama nazwa wskazuje, sprężarki przepływowe są używane w instalacjach, w których najważniejszym czynnikiem jest duże natężenie przepływu. Wśród nich znajdują się sprężarki: promieniowe, diagonalne, osiowe, wirowe, a także typu Comprex.
Sprężarki wyporowe zwiększają ciśnienie w wyniku zasysania i tłoczenia danych objętości gazu w postaci kolejnych porcji, za pomocą elementu znajdującego się w części napędzanej. Do tej grupy można zaliczyć sprężarki: tłokowe, śrubowe, membranowe, spiralne, łopatkowe oraz z wirującymi tłokami.
Sprężarki śrubowe – najczęściej używane
Spośród wszystkich wymienionych sprężarek wyporowych najbardziej popularne wg ankietowanych osób są sprężarki śrubowe (91%). Również sondowani dostawcy uważają je za rozwiązania najczęściej wybierane przez klientów.
Obecnie ich zastosowanie jest coraz powszechniejsze, m.in. z uwagi na to, że produkują ciśnienie o bardzo dobrych parametrach i wysokich standardach.
Należy podkreślić, że jakość i trwałość tych sprężarek zależy od jakości wykonania stopnia śrubowego. Użytkownicy sprężarek śrubowych cenią je przede wszystkim za: możliwość uzyskania czystego i wysokiej jakości powietrza (nieporównywalna z powietrzem uzyskanym ze sprężarki tłokowej), niski poziom hałasu, niewielkie koszty eksploatacji, brak pulsacji powietrza oraz długa żywotność. Co do kosztu zakupu sprężarki śrubowej, to – owszem – może być on nawet kilkakrotnie wyższy w porównaniu z kosztem sprężarki tłokowej, jednak gdy sprężarka pracuje intensywnie w ciągu całego roku, warto rozważyć zakup tego typu sprzętu.
Sprężarki tłokowe – mimo upływu lat wciąż popularne
W opinii użytkowników innymi często stosowanymi rodzajami sprężarek wyporowych są sprężarki: tłokowe (32%), łopatkowe (11%), a także sprężarki Rootsa – z wirującymi tłokami (7%).
Sprężarka tłokowa to jeden z najstarszych typów sprężarek, jednak z uwagi na swoje zalety jest w dalszym ciągu wykorzystywana w wielu zakładach. Zdaniem użytkowników do najważniejszych jej atutów należą: duża wydajność, wszechstronność działania, prostota konserwacji i utrzymania, duża dostępność serwisu, niewielki poziom zużycia energii elektrycznej (możliwość pracy start/stop), niska cena części zamiennych, a także stosunkowo niewielka cena samej sprężarki. Ostatni z wymienionych czynników nierzadko decyduje o wyborze sprężarki tłokowej, mimo świadomości wad tego rozwiązania, takich jak chociażby niewielka trwałość, dosyć niska jakość powietrza sprężonego czy duży poziom hałasu. Ponadto w przypadku tej sprężarki nie jest zalecana praca w trybie ciągłym – sprężarka tłokowa potrzebuje przerw w działaniu, żeby nie dopuścić do wystąpienia awarii. Ogólnie tego typu sprężarki najlepiej nadają się do niewielkich zakładów, o dobrej instalacji i odpowiednim systemie mechanicznego uzdatniania.
Mówiąc o sprężarkach tłokowych, warto dodać, że najczęściej stosowanymi przez ankietowanych metodami zmiany ich wydajności są: okresowe wyłączanie sprężarki z ruchu (60%), zmiana prędkości obrotowej wału sprężarki (50%), a także okresowe wyłączanie jej poszczególnych cylindrów (3%).
Sprężarki łopatkowe – trwałość na najwyższym poziomie
Tylko niewielka grupa dostawców oferuje ten rodzaj sprężarek, a grono ich zwolenników znacznie węższe (znajduje się w zakładzie co dziesiątego respondenta), m.in. z powodu ograniczonego dostępu do części serwisowych i eksploatacyjnych (mniejsza liczba dostawców), a także ze względu na wysoką cenę. Jednak koszt zakupu sprężarki łopatkowej przekłada się na jej bardzo dużą trwałość, wynikającą z braku przekładni, małych prędkości obrotowych wirnika oraz możliwości zastosowania bezpośredniego napędu. Używanie tego typu sprężarki jest najbardziej uzasadnione w zakładach o najwyższych wymaganiach związanych z ilością czasu pracy. Do zalet sprężarek łopatkowych należą m.in.: niski poziom generowanego hałasu, niezawodność oraz wysoka efektywność energetyczna, będąca konsekwencją dużej szczelności układu.
Sprężarki promieniowe – najczęściej wybierany typ sprężarek przepływowych
Zarówno ankietowani użytkownicy, jak i dostawcy, są zgodni, że najczęściej stosowanymi sprężarkami przepływowymi (wirowymi) są urządzenia promieniowe (odśrodkowe). Znajdują się one na wyposażeniu zakładów 48% respondentów. W dalszej kolejności zostały wymienione sprężarki osiowe (29%) oraz osiowo-promieniowe (24%).
W wypadku sprężarek promieniowych proces sprężania powietrza jest spowodowany zamianą wysokiej prędkości strumienia powietrza za wirnikiem na ciśnienie w kanałach dyfuzorowych. Podczas procesu sprężania, który jest realizowany w kilku stopniach, wykorzystuje się dodatkowy układ chłodzenia międzystopniowego. Niewątpliwymi zaletami tego typu sprężarek jest duży spręż uzyskiwany w jednym stopniu i wysoka sprawność w znamionowych warunkach pracy. Doskonale sprawdzają się w tych miejscach, gdzie duży nacisk kładziony jest na jakość sprężonego powietrza, czego przykładem są zakłady energetyczne, odlewnie i huty.
Sprężarki osiowe również cechują się dużą sprawnością w znamionowych warunkach pracy, a ponadto dużą wydajnością, przy stosunkowo małych wymiarach poprzecznych. Minusem tego rozwiązania jest jednak mniejszy spręż uzyskiwany w jednym stopniu, w porównaniu ze sprężem jednego stopnia sprężarki promieniowej. Konieczne staje się więc budowanie sprężarek o dużej liczbie stopni. Sprężarki te znajdują zastosowanie głównie w lotniczych silnikach turbospalinowych, w przemysłowych i energetycznych turbinach gazowych oraz w hutnictwie.
Warto dodać, że w przypadku sprężarek odśrodkowych stosowane są różnego rodzaju uszczelnienia, mające na celu ograniczenie przecieków w miejscu, w którym wałek przechodzi przez obudowę sprężarki. Zgodnie z odpowiedziami respondentów są to zazwyczaj uszczelnienia pierścieniowe i mechaniczne. Natomiast co dziesiąty ankietowany wskazał na uszczelnienia labiryntowe oraz hydrostatyczne.
Trwałość i inne ważne kryteria wyboru
Jak pokazuje rys. 3, głównym kryterium branym pod uwagę przy zakupie sprężarki jest w opinii 68% ankietowanych użytkowników trwałość (68%), gwarantująca jak najdłuższe zachowanie optymalnych parametrów systemu. Innymi ważnymi czynnikami są: zapotrzebowanie (66%) oraz ciśnienie robocze (57%). Dla ok. 50% respondentów duże znaczenie mają także: koszty eksploatacji sprężarki i cena jej zakupu oraz serwis gwarancyjny i pogwarancyjny.
Warto dodać, że poziom wsparcia technicznego ze strony dostawców sprężarek został oceniony przez ankietowanych jako dobry (58%) lub bardzo dobry (31%), co ilustruje rys. 4. Terminowość, szybka reakcja na zgłoszenie, profesjonalny serwis, stały nadzór czy użyczanie jednostek zastępczych, to tylko niektóre z powodów tak dobrej oceny dostawców.
Wracając do kryteriów uwzględnianych przy zakupie sprężarki, w przypadku ok. 40% sondowanych osób liczą się także takie czynniki, jak: koszty serwisu, warunki gwarancji oraz pobór energii (efektywność energetyczna), definiowany jako ilość energii potrzebnej do sprężenia określonej ilości powietrza do określonego ciśnienia.
Ostatni z kryteriów jest szczególnie istotny, zważywszy na fakt, że 7080% całkowitych kosztów wytwarzania sprężonego powietrza stanowią wydatki na energię. Na pozostałe koszty składają się zakup sprężarki (1520%) oraz koszty serwisu (ok. 5%). Z praktyki wynika, że zaledwie 50% produkowanego powietrza jest wykorzystywane w sposób efektywny. Głównym źródłem marnotrawstwa są wycieki, które generują straty na poziomie ok. 30% ogólnej ilości wytworzonego powietrza. Dlatego tak ważne jest podjęcie odpowiednich kroków w celu zoptymalizowania procesu wytwarzania sprężonego powietrza. Pomocne przy tym okażą się z pewnością różnego rodzaju sterowniki, czujniki, analizatory czy mierniki. Przykładem może być zastosowanie liczników przepływu oraz mierników chwilowego zużycia, dzięki którym można określić zarówno miejsce, jak i wysokość strat. Do lokalizowania nieszczelności doskonale nadaje się wykrywacz.
Zgodnie z deklaracjami ankietowanych ok. 30% osób kieruje się przy wyborze sprężarki również takimi kryteriami, jak: producent i marka, zmienność zapotrzebowania na sprężone powietrze oraz koszty materiałów eksploatacyjnych. Mniej niż 20% osób zwraca uwagę na roczny czas pracy sprężarki, częstotliwość przeglądów oraz prostą budowę, natomiast mniej niż 10% – na termin dostawy. Wśród odpowiedzi „inne” znalazły się m.in. sprawność, wydajność, dostępność oraz poziom emitowanego hałasu.
Cena a jakość
Jeżeli chodzi o koszty, to zdaniem wszystkich ankietowanych dostawców odgrywają one główną rolę – bezpośrednio wpływają na decyzje zakupowe potencjalnych nabywców sprężarek. Mowa tu nie tylko o cenie sprężarki, ale także o kosztach serwisu oraz kosztach eksploatacyjnych (rys. 3).
Pozostając w temacie kosztów, warto podkreślić, że wyższa cena sprężarki przekłada się zazwyczaj na wyższą jakość wykonania i trwałość, a także niższe koszty eksploatacji. Jak podkreśla jeden z ankietowanych dostawców, jeśli podsumuje się koszty wytworzenia sprężonego powietrza, to często bywa tak, że w perspektywie 25 lat tanie urządzenia okazują się o wiele droższe od sprężarek droższych w zakupie, dlatego te drugie śmiało można nazwać bardziej efektywnymi z perspektywy ekonomicznej. Przy zakupie sprężarek nie należy więc kierować się wyłącznie ceną urządzenia, ale przede wszystkim powinno się brać pod uwagę późniejsze koszty eksploatacji.
Plany zakupowe na najbliższy rok
Jeśli chodzi o budżet przeznaczony przez ankietowanych na zakup sprężarek, w ciągu najbliższych 12 miesięcy, w porównaniu z minionym rokiem, w większości wypadków pozostanie on bez zmian (63%) ze względu na brak zapotrzebowania na większą ilość tego rodzaju urządzeń. Gdyby jednak zapotrzebowanie okresowo uległo zwiększeniu, co dziesiąty uczestnik badania zamierza skorzystać z oferty outsourcingu lub wynajmu sprężarek (innym najczęściej wymienianym powodem skłaniającym do podjęcia takiej decyzji jest awaria własnego sprzętu).
Natomiast 20% respondentów planuje zwiększyć wydatki na zakup sprężarek (głównie ze względu na rozbudowę zakładu), a pozostałe 17% osób zamierza uszczuplić budżet na ten cel.
Na liście popularnych producentów…
Z przeprowadzonego sondażu wynika, że w zakładach ankietowanych osób najczęściej znajdują się sprężarki firmy Atlas Copco. Dużym zainteresowaniem cieszą się też produkty firmy Kaeser Kompressoren i CompAir. W dalszej kolejności znalazły się takie firmy, jak: Airpol, Hydrovane, ALUP Kompressoren, ALMiG Kompressoren, Spółdzielcza Wytwórnia Aparatów Natryskowych „WAN”, BOGE KOMPRESSOREN, Schneider, Airpress, Walter Kompressortechnik czy Renner.
Raport powstał na podstawie danych z ankiety, na którą odpowiedzieli Czytelnicy magazynu Inżynieria i Utrzymanie Ruchu. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od dostawców sprężarek. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.
Autor: Agata Abramczyk jest redaktor naczelną magazynu Inteligentny Budynek. Od wielu lat związana jest z branżą dziennikarską i wydawniczą. Jest pasjonatką nowoczesnych technologii.
Tekst pochodzi z nr 4/2016 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
