Piestový vs skrutkový kompresor: Ktorý z nich by ste si mali vybrať?

Pri výbere medzi a piestový vzduchový kompresor a a skrutkový vzduchový kompresor Rozhodnutie závisí od troch základných faktorov: pracovného cyklu, objemu dopytu po vzduchu a rozpočtu. Ako priama odpoveď: piestové kompresory sú správnou voľbou pre občasné aplikácie s nižším objemom s obmedzeným počiatočným rozpočtom , zatiaľ čo skrutkové vzduchové kompresory sú účelovo skonštruované pre nepretržitú, veľkoobjemovú priemyselnú prevádzku kde energetická efektívnosť a prevádzková doba počas rokov služby odôvodňujú vyššie kapitálové náklady. Výber nesprávneho typu pre vašu aplikáciu vedie k predčasnému zlyhaniu, nadmerným nákladom na energiu alebo chronicky nedostatočnému zásobovaniu vzduchom – to všetko sú drahé problémy, ktoré je potrebné po inštalácii opraviť.

Ako funguje každý typ kompresora

Ako funguje piestový vzduchový kompresor

Piestový vzduchový kompresor - tiež nazývaný piestový kompresor - používa jeden alebo viac piestov poháňaných kľukovým hriadeľom na stlačenie vzduchu vo valci. Keď sa piest pohybuje nadol, nasáva vzduch cez sací ventil. Keď sa pohybuje späť nahor, tlačí vzduch cez vypúšťací ventil do skladovacej nádrže. Toto je zásadne prerušovaný, cyklický proces : piest stlačí fixný objem vzduchu na jeden zdvih, uloží ho do zbernej nádrže a potom sa vypne, keď nádrž dosiahne svoj vypínací tlak.

Piestové kompresory sú dostupné v jednostupňových konfiguráciách (tlaky do 150 psi / ~ 10 bar ) a dvojstupňové konfigurácie (až 175–200 psi / 12–14 barov ), kde je vzduch stlačený dvakrát s medzichladením medzi stupňami pre vyššiu účinnosť pri zvýšených tlakoch.

Ako funguje skrutkový vzduchový kompresor

Rotačný skrutkový vzduchový kompresor využíva dva zaberajúce špirálové rotory – jeden samec a jeden samica – ktoré sa otáčajú v opačných smeroch vo vnútri presne opracovaného krytu. Keď sa rotory otáčajú, vzduch je nasávaný na jednom konci, zachytený v postupne sa zmenšujúcom priestore medzi lalokmi rotora a vypúšťaný pod vyšším tlakom z druhého konca. Toto je a kontinuálny proces kompresie bez pulzovania a bez potreby zbernej nádrže v mnohých aplikáciách. Väčšina priemyselných skrutkových kompresorov má vstrekovanie oleja (olej zaplavuje kompresnú komoru, aby utesnil medzery, ochladil vzduch a namazal rotory), aj keď pre citlivé aplikácie existujú aj bezolejové varianty.

Skrutkové kompresory zvyčajne pracujú pri 100 – 200 psi (7 – 14 barov) pre štandardné priemyselné použitie, s dosahom špecializovaných vysokotlakových modelov 500 psi (35 barov) alebo viac.

Piest vs skrutkový kompresor: priame porovnanie špecifikácií

Pracovný cyklus: Najkritickejší diferenciátor

Pracovný cyklus je percento času, počas ktorého môže kompresor bežať v rámci daného obdobia bez prehriatia alebo predčasného opotrebovania. Je to jediný najdôležitejší faktor, ktorý určuje, ktorý typ kompresora patrí do vašej aplikácie – dôležitejší ako cena alebo značka.

• Piestové kompresory spotrebiteľskej kvality zvyčajne nesú a 50% pracovný cyklus — musia odpočívať, kým bežia. Kompresor s menovitým zaťažením 50 % bežiacim 8 hodín denne môže aktívne stláčať iba 4 z týchto hodín.
• Priemyselné piestové kompresory (ťažké dvojstupňové modely) môžu dosiahnuť 75% pracovný cyklus , vhodné do náročných dielní, ale stále vyžadujúce obdobia chladenia.
• Rotačné skrutkové kompresory pôsobiť pri 100% pracovný cyklus na dobu neurčitú. Sú navrhnuté pre nepretržité výrobné prostredia, kde kompresor beží celý deň, každý deň.

Prevádzka piestového kompresora s výkonom 50 % pri 90 % pracovnom cykle vo výrobnom prostredí nielenže znižuje účinnosť – ale ničí stroj. Prehriate steny valcov, ryhované piesty a spálené ventilové dosky sú predvídateľným výsledkom. Toto je dôvod akákoľvek aplikácia vyžadujúca viac ako 6–7 hodín denného chodu kompresora by mal štandardne použiť skrutkový stroj, pokiaľ neexistuje presvedčivý dôvod inak.

Energetická účinnosť a prevádzkové náklady v priebehu času

Kúpna cena vopred je len zlomkom celkových nákladov na vlastníctvo kompresora. Energia zvyčajne predstavuje 70 – 80 % nákladov na životnosť kompresora pri nepretržitom priemyselnom používaní, údržbe trpaslíkov a kapitálových výdavkoch. Tu získavajú skrutkové kompresory rozhodujúcu dlhodobú výhodu.

Špecifická sila: Benchmark účinnosti

Špecifický výkon (kW na 100 CFM výkonu) je štandardnou metrikou účinnosti. Moderné skrutkové kompresory s pevnými otáčkami dodávajú približne 15–18 kW na 100 CFM , zatiaľ čo equivalent piston compressors typically require 20–25 kW na 100 CFM pri porovnateľných tlakoch. V priemyselnom meradle sa tento rozdiel premieta do tisícok dolárov v ročných úsporách elektriny.

Skrutkové kompresory s variabilným pohonom (VSD).

Najvýznamnejším vývojom energie v stlačenom vzduchu je skrutkový kompresor VSD (tiež nazývaný pohon s premenlivou frekvenciou, VFD), ktorý moduluje otáčky motora tak, aby zodpovedali dopytu po vzduchu v reálnom čase, namiesto toho, aby bežal pevnou rýchlosťou a odľahčil, keď dopyt klesne. V zariadeniach s premenlivou potrebou vzduchu – čo popisuje väčšinu výrobných operácií – Skrutkové kompresory VSD znižujú spotrebu energie o 20–35 % oproti alternatívam s pevnou rýchlosťou. Na kompresore s výkonom 50 k bežiacom 6 000 hodín ročne za 0,12 USD/kWh predstavuje úspora energie 30 % približne 8 000 – 12 000 USD ročne v znížených nákladoch na elektrinu.

Realita účinnosti piestového kompresora

Piestové kompresory plytvajú energiou počas fázy odľahčenia a nečinnosti. Mnoho modelov pre spotrebiteľov a ľahký priemysel nemá vôbec žiadny vykladací mechanizmus – motor sa jednoducho zastaví a reštartuje, čo spôsobí vysoký nábehový prúd pri každom cykle. Časté štarty zhoršujú vinutie motora a zvyšujú poplatky za spotrebu elektrickej energie. Pri prerušovanom používaní je táto neefektívnosť prijateľná; pri nepretržitom používaní je hospodárnosť prevádzky neudržateľná.

Požiadavky na údržbu a dlhodobú spoľahlivosť

Údržba piestového vzduchového kompresora

Piestové kompresory majú viac opotrebovaných komponentov – ventily, piestne krúžky, steny valcov, ojnice a zápästné čapy, všetky sú vystavené mechanickému namáhaniu pri každom zdvihu. Typické intervaly údržby a činnosti zahŕňajú:

• Každých 500 hodín: Skontrolujte a vymeňte sací filter; vypustiť vlhkosť nádrže; skontrolujte napnutie remeňa (modely s remeňovým pohonom).
• Každých 1 000 hodín: Výmena kompresorového oleja (premazané modely); skontrolujte ventily, či nie sú nahromadené alebo poškodené.
• Každých 2 000 – 3 000 hodín: Výmena ventilu – častý bod poruchy. Jazýčkové ventily praskajú a strácajú účinnosť, čo spôsobuje znížený výstupný tlak a zvýšený odber energie.
• Každých 5 000 – 8 000 hodín: Potenciálne potrebná úplná generálna oprava – piestne krúžky, kontrola vŕtania valcov, výmena ložísk.

Porucha ventilu je najčastejšou udalosťou neplánovanej údržby na piestových kompresoroch. Jediný prasknutý vypúšťací ventil na dvojstupňovom stroji môže eliminovať 30-40% výstupnej kapacity zatiaľ čo stroj stále beží a spotrebúva energiu – skrytá neefektívnosť, ktorú mnohí operátori nezistia, kým sa problémy s výkonom nestanú akútnymi.

Údržba skrutkového vzduchového kompresora

Rotačné skrutkové kompresory majú oveľa menej opotrebiteľných dielov v samotnom kompresnom prvku. Profily rotora sú navrhnuté pre dlhodobú stabilitu vôle a systém vstrekovania oleja zabezpečuje nepretržité mazanie a tesnenie. Štandardná údržba skrutkového kompresora so vstrekovaním oleja zahŕňa:

• Každých 1 000 – 2 000 hodín: výmena prvku odlučovača vzduchu/oleja; výmena olejového filtra; výmena filtra na prívode vzduchu.
• Každých 4 000 – 8 000 hodín: Úplná výmena oleja (syntetický olej predlžuje intervaly); kontrola a čistenie chladiča.
• Každých 20 000 – 40 000 hodín: Generálna oprava alebo výmena kompresorového bloku (prvku rotora) – hlavná udalosť údržby.

The generálna oprava kompresorovej stanice je drahý – 3 000 až 15 000 USD v závislosti od veľkosti kompresora – ale pri 20 000 hodinách predstavuje oveľa nižšie náklady na údržbu za prevádzkovú hodinu ako kumulatívne diely a práca na piestovom stroji za rovnaké obdobie.

Úvahy o kvalite ovzdušia

Kvalita stlačeného vzduchu – obsah oleja, vlhkosť, častice – má zásadný význam v aplikáciách, ako je maľovanie, spracovanie potravín, farmaceutická výroba, montáž elektroniky a lekárske vybavenie.

• Piestové kompresory mazané olejom zavádzať olejové aerosóly do prúdu vzduchu. Zvyškový obsah oleja na výstupe je zvyčajne 3–5 ppm bez následnej filtrácie a vyššie, ak sú krúžky opotrebované. Vhodné pre bežné dielenské vzduchové a pneumatické náradie; nie je vhodný na natieranie alebo kontakt s potravinami bez správnej filtrácie.
• Skrutkové kompresory so vstrekovaním oleja dosiahnuť 2–3 ppm prenosu oleja so štandardným separačným prvkom v dobrom stave. S vysokoúčinnými koalescenčnými filtrami zaradenými po prúde to možno znížiť na 0,01 ppm — vhodné pre väčšinu priemyselných noriem kvality.
• Bezolejové skrutkové kompresory úplne odstráňte olej z kompresnej komory a dodávajte Vzduch triedy 0 podľa ISO 8573-1 — norma požadovaná v továrňach na výrobu polovodičov, v linkách na plnenie potravín a nápojov a vo farmaceutických čistých priestoroch. Tieto jednotky stoja o 40-80% viac ako ekvivalentné modely so vstrekovaním oleja a vyžadujú si intenzívnejšiu údržbu svojich suchých povlakov rotora.
• Bezolejové piestové kompresory (Krúžky potiahnuté PTFE, bez mazania vo valci) poskytujú vzduch bez oleja pri nižších prietokoch a sú bežné v zubných, laboratórnych a malých lekárskych aplikáciách.

Ktoré aplikácie vyhovujú jednotlivým typom kompresora

Celkové náklady na vlastníctvo: 10-ročný príklad

Aby bolo finančné porovnanie konkrétne, zvážte a 10hp kompresor beží 2000 hodín ročne na 10 rokov pri cene elektriny 0,12 USD/kWh:

Údaje ilustrujú protiintuitívnu realitu: aj pri miernych prevádzkových hodinách je nižšia obstarávacia cena piestového kompresora úplne kompenzovaná vyššími nákladmi na energiu a údržbu v priebehu 3–5 rokov . Pri vyšších prevádzkových hodinách (4 000 – 6 000 hodín ročne, typické pri zmenovej výrobe) sa medzera dramaticky zväčšuje v prospech skrutkového kompresora.

Správne dimenzovanie kompresora

Poddimenzovanie kompresora – či už piestového alebo skrutkového – je rovnako škodlivé ako výber nesprávneho typu. Tieto kroky zabezpečia správnu veľkosť:

1. Vypočítajte celkovú spotrebu vzduchu (CFM). Uveďte každý pneumatický nástroj a proces, zaznamenajte si jeho spotrebu CFM a faktor využitia (koľko času skutočne beží) a spočítajte súčasnú potrebu. Pridajte a 25-30% bezpečnostná rezerva pre budúce rozšírenie a netesnosti systému (úniky v typických priemyselných systémoch predstavujú 20 – 30 % výroby stlačeného vzduchu ).
2. Určite požadovaný tlak. Veľkosť pre požiadavky na najvyšší tlak vo vašom systéme. Každé 2 psi nadmerného tlaku nad to, čo je potrebné, stojí približne 1 % energie . Vyhnite sa nadmernému tlaku len pre pohodlie.
3. Posúďte pracovný cyklus. Ak výpočty celkovej spotreby vzduchu ukazujú, že kompresor bude musieť bežať viac ako 70 % času, posuňte sa o jednu veľkosť vyššie alebo prepnite na skrutkový kompresor.
4. Počítajte s nadmorskou výškou. Vo výškach nad 1 000 m (3 300 stôp) hustota vzduchu klesá a výkon kompresora (CFM) úmerne klesá. Kompresor dodávajúci 100 CFM na hladine mora môže dodávať len 85–90 CFM pri 1500 m .
5. Do návrhu systému zahrňte následnú úpravu. Sušiče (chladiace alebo sušiace), filtre a odtokové sifóny musia byť dimenzované tak, aby zodpovedali výkonu kompresora, nie sú pridávané dodatočne. Poddimenzovaná sušička na správne dimenzovanom kompresore vám necháva vlhký vzduch – častá a nákladná kontrola.

Keď je piestový kompresor stále tou správnou odpoveďou

Napriek dlhodobým výhodám účinnosti skrutkových kompresorov zostávajú piestové stroje správnou voľbou v niekoľkých presne definovaných situáciách:

• Požiadavky na veľmi vysoký tlak (>200 psi): Viacstupňové piestové kompresory môžu dosiahnuť 3 000 až 6 000 psi pre čerpacie stanice dýchaného vzduchu, fúkanie PET fliaš a plnenie hydraulického akumulátora – tlaky, ktoré štandardné priemyselné skrutkové kompresory nedokážu dosiahnuť.
• Použitie prenosných a vzdialených stránok: Prenosné piestové kompresory poháňané naftou zostávajú štandardom pre výstavbu, vŕtanie studní a práce na diaľkovom potrubí tam, kde neexistuje infraštruktúra zariadení.
• Skutočné prerušované používanie (menej ako 4 hodiny denne): Malá dielňa, ktorá používa vzduch 30–60 minút denne, nepotrebuje skrutkový kompresor. Kvalitný 60-galónový dvojstupňový piestový stroj bude za týchto podmienok spoľahlivo slúžiť desiatky rokov.
• Extrémne obmedzené kapitálové rozpočty: Keď je kapitál skutočne obmedzený a prevádzkové podmienky sú v rámci limitov pracovného cyklu, piestový kompresor môže preklenúť medzeru – za predpokladu, že operátor chápe a rešpektuje jeho hodnotenie pracovného cyklu.