Rozdíl mezi kompresory s objemovou a dynamickou kompresí
26 února, 2025
Existují dva obecné principy stlačování vzduchu (nebo plynu): objemová komprese a dynamická komprese. Tento průvodce se věnuje oběma těmto typům.
Dynamické typy kompresorů: odstředivé a axiální
Dynamické kompresory, často nazývané turbokompresory, používají vysokorychlostní oběžná kola (impellery) k přeměně mechanické energie na tlak plynu. Hlavní typy jsou odstředivé a axiální. Na rozdíl od kompresorů s objemovou kompresí pracují při konstantním tlaku, takže výkon závisí na vstupních podmínkách. V tomto článku porovnáme oba typy, jejich aplikace a jak vybrat ten správný pro velkoobjemové aplikace.
Princip dynamické komprese
Při dynamické kompresi je vzduch nasáván mezi lopatky rychle se otáčejícího oběžného kola (impelleru). Tím se vzduch zrychlí na velmi vysokou rychlost, než projde difuzérem. V difuzéru je kinetická energie neboli rychlost vzduchu přeměněna na statický tlak. Tento proces je založen na Bernoulliho principu, který uvádí, že se zvyšující se rychlostí kapaliny tlak klesá. Difuzér tento účinek obrací tím, že zpomalí proudění vzduchu a zvýší tlak.
Zatímco oba stroje jsou dynamické, zacházejí s průtokem plynu odlišně. Axiální kompresory tlačí vzduch rovnoběžně s hřídelí, zatímco odstředivé kompresory tlačí vzduch radiálně směrem ven ze středu.
| Funkce | Axiální kompresor | Odstředivý kompresor |
| Směr proudění | Rovnoběžně s hřídelí přes několik řad listů | Vstupuje axiálně, otáčí se směrem ven a radiálně se vypouští |
| Tlakový poměr (pro stupeň) | Obvykle 1,2: 1 až 1,6: 1 | Obvykle 2,2: 1 až 3,0: 1 |
| Rozsah nastavení | Úzká stabilní provozní oblast | Širší stabilní provozní rozsah |
| Velikost a hmotnost | Štíhlá, dlouhá, lehčí pro velmi vysoké průtoky | Větší průměr, těžší na jednotku hmotnostního průtoku |
| Efektivita práce | Vynikající při velmi vysokém hmotnostním průtoku | Vysoká v jednostupňových nebo vícestupňových konstrukcích |
| Provozní údržba | Náročná (citlivé na erozi a znečištění) | Odolnost proti kontaminaci, méně součástí |
Odstředivý kompresor je definován svým radiálním výtlačným prouděním. Vzduch vstupuje do středu rotujícího oběžného kola a je vytlačován ven odstredivými silami. Tento radiální pohyb zvyšuje tlak i kinetickou energii. Než se vzduch přesune do dalšího stupně, prochází difuzérem a spirálou, kde se rychlost převádí na statický tlak.
v průmyslových strojích je jednotlivý odstředivý stupeň obvykle omezen na tlakový poměr 2,2 až 3,0, aby byla zachována špičková účinnost. Zatímco technologie může dosáhnout vyšších poměrů, překročení tohoto rozsahu často zvyšuje namáhání oběžného kola a snižuje účinnost stupně.
Otevřená konstrukce oběžných kol (impellerů) pro vysokorychlostní provoz
Většina odstředivých kompresorů pro vzduchové aplikace používá oběžná kola otevřené konstrukce. Jsou vyrobeny ze slitin nerezové oceli nebo vysoce pevného hliníku, aby odolaly otáčkám mezi 15 000 a 100 000 ot./min. Při těchto otáčkách se na vysokorychlostní hřídeli používají kluzná ložiska s olejovým filmem, protože standardní válečková ložiska nemohou absorbovat teplo.
Bezolejová technologie pro citlivé procesy
Bezolejové odstředivé kompresory používají ložiska se vzduchovým filmem nebo aktivní magnetická ložiska, aby se zabránilo kontaktu a opotřebení. Tyto systémy eliminují potřebu tradičních maziv v kompresní komoře. Elektromotory s přímým pohonem se často používají ke zlepšení mechanické účinnosti až o 5 % odstraněním převodovky a souvisejících olejových systémů.
Těsnicí systémy a zachycení plynu
Účinné utěsnění je zásadní pro bezpečnost. V závislosti na aplikaci se používají různé typy těsnění:
- Labyrintová těsnění: Jednoduchá a spolehlivá pro standardní vzduch.
- Mechanické a kruhové ucpávky: Používají se pro vysokotlaké nebo speciální plyny.
- Suchoplynová těsnění: bezkontaktní těsnění, která využívají plynovou vrstvu ke snížení tření a úniku.
Co je axiální dynamický kompresor?
Odstředivý kompresor je definován svým radiálním výtlačným prouděním. Vzduch vstupuje do středu rotujícího oběžného kola a je vytlačován ven odstredivými silami. Tento radiální pohyb zvyšuje tlak i kinetickou energii. Než se vzduch přesune do dalšího stupně, prochází difuzérem a spirálou, kde se rychlost převádí na statický tlak.
V průmyslových strojích je jedna odstředivá fáze obvykle omezena na tlakový poměr 3 až 4, aby byla zachována účinnost. Pro dosažení vyšších tlaků se používá více stupňů s mezichlazením, které může snížit celkové požadavky na výkon přibližně o 15 až 20 % v závislosti na konfiguraci.
Průmyslové aplikace a výběrová kritéria
Volba mezi těmito technologiemi je ovlivněna především požadavky na hmotnostní průtok. Odstředivé kompresory jsou standardem pro nízké až střední průtoky, obvykle v rozsahu od 5 000 do 150 000 Nm3/h (přibližně 2 943 až 88 287 CFM). Naopak axiální kompresory jsou preferovaným řešením pro aplikace s velmi vysokým průtokem přesahujícím 150 000 Nm3/h (88 287 CFM). Ačkoli axiální jednotky nabízejí užší stabilní provozní rozsah, jejich schopnost zvládat obrovské objemy s menším průměrem je ideální pro pohon letadel a velkokapacitní sání elektráren.
Aplikace odstředivých vzduchových kompresorů
Účel použití:
- chemické a petrochemické závody, včetně zpracování polyetylenu
- ropa a plyn, například zkapalňování LNG
- výroba energie, jako je zvýšení množství palivového plynu
Aplikace axiálních vzduchových kompresorů
Ty se specializují na:
- letecký pohon
- velká průmyslová ventilace
- nasávaný vzduch pro plynové turbíny elektráren
Provozní limity pumpáž a zahlcení
Dynamické kompresory mají specifický rozsah stability. Limit pompáže je bod, ve kterém je průtok příliš nízký na to, aby překonal výtlačný tlak, což způsobuje reverzaci průtoku, která může vést k mechanickému poškození.
K limitu zahlcení dochází, když rychlost plynu dosáhne zvukové rychlosti, což zabraňuje dalšímu zvýšení průtoku. Sledování těchto limitů pomocí systémů řízení zahlcení je kritickým výběrovým faktorem pro bezpečnost závodu.
Dopad specifických proměnných prostředí na daném místě
Parametry prostředí výrazně ovlivňují výkonnostní křivky. Vysoká relativní vlhkost snižuje hustotu vzduchu, což snižuje výstupní tlak pro pompáž a snižuje hmotnostní tok. Nadmořská výška také ovlivňuje hustotu, což vyžaduje zvýšení příkonu kompresoru, aby dosáhl stejného výstupního tlaku. U vícestupňových strojů je teplota chladicí vody extrémně důležitá, protože chladnější voda zlepšuje průtok a energetickou účinnost, zatímco teplejší voda ji snižuje.
Čistota vzduchu a shoda s normou ISO 8573-1:2010
Pochopení normy ISO 8573-1:2010 je klíčem k výběru správné čistoty vzduchu pro jakoukoli aplikaci nebo průmyslové odvětví. Definuje třídy kvality vzduchu na základě tří znečišťujících látek: částic, vody a oleje. Rychlý přehled tříd čistoty naleznete v tabulce níže.
V terminologii společnosti Atlas Copco se třída 0 vždy vztahuje na vzduch produkovaný bezolejovým kompresorem, nikoli na dosažení nižšího obsahu oleje díky dalším stupňům filtrace. Toto rozlišení zajišťuje skutečný bezolejový vzduch u zdroje, což snižuje potřeby údržby a riziko kontaminace v citlivých aplikacích.
Odborné poradenství pro řešení dynamických kompresorů
Výběr optimálního odstředivého nebo axiálního kompresoru vyžaduje podrobnou analýzu profilů zatížení, okolních podmínek a dlouhodobých cílů energetické účinnosti. Odborníci společnosti Atlas Copco poskytují komplexní technické audity a mapování výkonu za účelem identifikace nejúčinnější konfigurace turbostrojů pro konkrétní průmyslové procesy.
Časté dotazy k dynamickým kompresorům
Jaký je hlavní rozdíl mezi axiálními a odstředivými kompresory?
Hlavním rozdílem mezi axiálními a odstředivými kompresory je způsob jejich pohybu a stlačování vzduchu. Odstředivý kompresor používá rotující oběžné kolo, které urychluje proudění vzduchu směrem ven a převádí tuto rychlost na tlak. Axiální kompresor přepravuje vzduch paralelně k hřídeli přes řady rotujících a stacionárních lopatek. Jednoduše řečeno, odstředivé kompresory jsou často voleny pro stabilní provoz a vyšší tlak, zatímco axiální kompresory jsou vhodnější pro velmi vysoké průtoky.
Který typ kompresoru je účinnější pro aplikace s vysokým objemem?
Axiální kompresory jsou obecně účinnější pro aplikace vyžadující extrémně vysoký hmotnostní průtok, zejména ty, které překračují 150 000 Nm3/h (88 287 CFM). Poskytují vynikající účinnost ve svém konstrukčním bodě, přestože jsou citlivější na znečištění a opotřebení lopatek než odstředivé modely.
Jakých tlakových poměrů mohou dynamické kompresory dosáhnout?
Dynamické kompresory mohou dosáhnout širokého rozsahu tlakových poměrů v závislosti na své konstrukci a počtu stupňů. Jednostupňové odstředivé kompresory obvykle zajišťují mírné zvýšení tlaku, zatímco vícestupňové konstrukce mohou dosáhnout mnohem vyšších tlakových poměrů. Axiální kompresory se obvykle používají tam, kde je vyžadován velmi vysoký průtok, přičemž tlak se postupně vytváří v několika stupních.
Jaká údržba je vyžadována u dynamických kompresorů?
Dynamické kompresory vyžadují pravidelnou údržbu, aby se zachoval stabilní výkon a zabránilo se neplánovaným dobám odstávky. Typický servis zahrnuje kontrolu ložisek, těsnění, mazacích systémů, filtrů, a chladicí komponentya také monitorování vibrací, teploty a celkového provozního stavu. Rutinní monitorování je důležité, protože podmínky na vstupu a změny zatížení mohou časem ovlivnit výkon.
Související články
Jak vybrat perfektní průmyslový vzduchový kompresor
30 června, 2022
Existuje mnoho věcí, které musíte vzít v úvahu při výběru kompresoru vzduchu pro vaše podnikání. V tomto článku vysvětlíme, který kompresor je pro vás nejvhodnější, na základě vaší aplikace a potřeb.
Vacuum Pumps, Booster Compressors and Pressure Intensifiers
22 dubna, 2022
Learn more about some other kinds of compressors: the vacuum pump, booster compressor and pressure intensifier.