Ponoć już starożytni Egipcjanie stosowali niezwykle prymitywne kompresory, o czym można przeczytać w wielu podręcznikach historii. To niezwykłe jak ta wczesna myśl technologiczna ewoluowała na przestrzeni czasu. Prawdziwie dynamiczny rozwój urządzeń, jakimi są sprężarki gazów, można datować jednak dopiero na wiek XX.
Historia sprężarki sięga starożytności
W bardzo wielu źródłach można znaleźć informacje o tym, że pierwsze narzędzia działające jak współczesne sprężarki gazów, wykorzystywane były już w starożytnym Egipcie oraz w starożytnej Grecji. Jak łatwo się domyślić, przepaść technologiczna pomiędzy zamierzchłymi czasami, a współczesnością, jest naprawdę ogromna. Po drodze rozwój sprężarek powietrza zahaczył jeszcze między innymi o tradycyjne miechy, które służyły do rozruszania organów w kościołach. Tak, czyż nie brzmi to zabawnie?
Klasyczna muzyka organowa i rozwój technologii opartej na znajomości praw fizyki, mają ze sobą tak wiele wspólnego. Miechy to zatem etap sprężarek średniowiecznych. Później przez dłuższy czas nie działo się nic wartego szczególnej uwagi. Kolejny naprawdę skokowy rozwój w obszarze tego typu technologii można łączyć z wynalezienie pierwszego silnika spalinowego. To właśnie wtedy dla bardziej efektywnego funkcjonowania silników, prowadzono prace, których efektem było wynalezienie pierwszej bardzo podstawowej sprężarki tłokowej.
Czym są sprężarki?
Czym w ogóle jest kompresor powietrza lub inaczej sprężarka? Ta niezwykle funkcjonalna maszyna służy do uzyskania powietrza lub innego gazu pod bardzo dużym ciśnieniem. Zazwyczaj zakres ciśnienia kompresorów wynosi od 6 do 10 barów. Na rynku znajduje się bardzo wiele różnych modeli sprężarek, zatem zakup konkretnego powinien być poprzedzony zarówno konsultacją ze specjalistą, ale też analizą własnych potrzeb. Sprężarki poza zwiększeniem ciśnienia danego gazu, mogą wymuszać również jego celowe przepływ. W tym miejscu warto zatem wyjaśnić, że sprężarka to szersze pojęcie niż kompresor. Chociaż określenia te bywają używane zamiennie, nie są tożsame.
Wśród sprężarek wyróżnia się zatem:
- kompresory
- dmuchawy
- wentylatory
W kompresorach najczęściej pracuje się z powietrzem. Sprężone powietrze bywa wykorzystywane w różnych zakładach przemysłowych i produkcyjnych. Jeżeli pragnie się uzyskać wyższe ciśnienie innych gazów, należy kupić je w specjalnych pojemnikach, które przyłączane są do kompresora. W ten sposób pracuje się na przykład z azotem lub helem, który bywa wykorzystywany, chociażby do napełniania dziecięcych balonów.
Historia pierwszej nowoczesnej sprężarki
Historia nowożytna to czas niezwykle intensywnego rozwoju między innymi w różnych gałęziach przemysłu. Pierwsza nowożytna sprężarka to zatem sprężarka tłokowa, tak naprawdę model najstarszy, chociaż wciąż wykorzystywany. Podstawowym elementem konstrukcyjnym sprężarki tłokowej jest cylinder, lub raczej kilka cylindrów tworzących całość. Zamiennie sprężarka tłokowa bywa nazywana sprężarką wyporową. To rzadziej wykorzystywana nazwa, jednak do dnia dzisiejszego poprawna.
W jaki sposób działa sprężarka tłokowa? Mechanizm jest najprostszy, ma zatem swoje liczne ograniczenia. Praca maszyny rozpoczyna się od pobrania odpowiedniej objętości powietrza z otoczenia. Następnie objętość powietrza jest zmniejszana poprzez posuwisty ruch tłoka. Łatwo sobie wyobrazić, że powietrze jest niejako miażdżone. Tego typu sprężarki mają sporo ograniczenie, jeżeli chodzi o możliwości uzyskania ciśnienia tłuczonego gazu. Maksymalna wydajność to uzyskanie ciśnienia około 5 lub 6 barów, co dla wielu gałęzi przemysłu jest po prostu zbyt małą wartością.
Wyższe parametry można uzyskać poprzez zastosowanie urządzeń o innej konstrukcji (z tak zwanym blokiem śrubowy). Dla wydolności tego typu urządzeń niezwykle ważna jest szczelność pomiędzy cylindrem, do którego wciskane jest powietrze, a samym tłokiem. Chociaż to technologia tak naprawdę najstarsza, wciąż znajduje szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.
Najważniejsze plusy tłokowych sprężarek powietrza
Jakie są zadania oraz najważniejsze plusy tych stosunkowo najbardziej prymitywnych sprężarek powietrza?
- wydajność i ekonomiczność pracy
- szerokie zastosowanie w bardzo wielu branżach przemysłu, na przykład w warsztatach samochodowych czy serwisach ogumienia
- możliwość tworzenia większych instalacji których poszczególne moduły stanowią pojedyncze sprężarki tłokowe
Jakie są współcześnie najbardziej popularne modele tych najstarszych sprężarek tłokowych? Wraz z rozwojem technologii pojawiły się między innymi modele takie jak:
Najważniejszą cechą tych kompresorów jest ich prosty montaż oraz bardzo szeroki wachlarz zastosowań. Różne modele sprężarek tłokowych mogą być zatem używane w takich zakładach pracy jak:
- zakłady lakiernicze
- zakłady ślusarskie
- linie produkcyjne
- serwisy samochodowe i serwisy ogumienia
Sprężarki tłokowe bezolejowe są szeroko wykorzystywane w przemyśle między innymi medycznym i w branży spożywczej.
Kolejne modele sprężarek
Rozwój sprężarek nie zatrzymał się oczywiście tylko i wyłącznie na etapie tych tłokowych. Można wręcz powiedzieć, że ze względu na rozwój technologii i coraz wyższe wymagania, dotyczące między innymi wydajności pracy sprężarki, modele tłokowe małymi krokami są zastępowane przez bardziej nowoczesne sprężarki. W ostatnich latach szalenie popularne stały się sprężarki śrubowe. To teraz oczko w głowie każdej renomowanej firmy zajmujące się produkcją sprężarek.
Wciąż trwają kolejne prace nad udoskonaleniem mechanizmu, dzięki czemu sprężarki mogłyby mieć tak naprawdę niedużą wielkość, oraz mogłyby charakteryzować się naprawdę bardzo wydajną pracą. Już teraz zastosowanie tych modeli sprężarek jest naprawdę niezwykle szerokie, a bezolejowe sprężarki śrubowe pracują między innymi:
- przy obróbce metodą piaskowania i śrutowania
- przy spawaniu tworzyw sztucznych
- w przemyśle petrochemicznym oraz w przemyśle wydobywczym
- przy sprężaniu gazu koksowniczego
- przy lakierowaniu natryskowym i proszkowym
- przy zasilaniu narzędzi, siłowników, silników pneumatycznych i gazowych
Jak działają sprężarki śrubowe?
Podobnie jak w przypadku sprężarek tłokowych, sprężarki śrubowe można również podzielić na systemy olejowe oraz bezolejowe.
Główną siłą mocy napędzającej działanie sprężarki śrubowej są dwie obracające się śruby. Powietrze z zewnątrz, po wcześniejszym przejściu przez specjalne filtry oczyszczające, jest następnie wtłaczane pomiędzy szczeliny dwóch obracających się śrub. To właśnie tam zostaje poddane sprężaniu, w efekcie czego powstaje wysokociśnieniowy strumień sprężonego powietrza. Oczywiście to bardzo skomplikowany proces fizyczny opisany tutaj w dużym skrócie. W efekcie otrzymuje się jednak sprężone powietrze, które następnie zostaje wykorzystane do różnych celów, na przykład do zasilania różnego rodzaju maszyn.
Warto zaznaczyć, że sprężarki tego typu są przystosowane do nieustannej pracy praktycznie 24 godziny 7 dni w tygodniu, dosłownie przez wiele lat. To urządzenia maksymalnie wydajne, które są dedykowane do dużych zakładów przemysłowych. Jak długą żywotnością oznaczają się sprężarki śrubowe olejowe? W ich przypadku niezwykle ważna jest regularna wymiana oleju, który odpowiada za prawidłową pracę maszyny. Poza tym istnieją jeszcze sprężarki śrubowe bezolejowe. Są one dedykowane do pracy w zakładach przemysłowych, w których nawet minimalna ilość oleju nie może dostać się do obiegu na żadnym etapie produkcji. To zatem sprężarki wykorzystywane między innymi w przemyśle farmaceutycznym czy spożywczym.
Najnowsza historia w dziedzinie sprężarek powietrza
Wydawać by się mogło, że sprężarki śrubowe to jest szczyt możliwości konstrukcyjnych. Nic bardziej mylnego. Inżynierowie na całym świecie pracują nad stworzeniem jeszcze bardziej nowoczesnych i wydajnych sprężarek, które będą mogły pracować praktycznie bez wytchnienia przez wiele lat, dostarczając idealnie czyste powietrza w sprężonej formie. Takie najnowsze sprężarki do sprężarki spiralne. Mogą one pracować praktycznie bez oleju, a zatem zminimalizowane jest ryzyko dostanie się jakichkolwiek zanieczyszczeń do sprężonego powietrza.
To zatem rozwiązania perfekcyjne dla branż wymagających sterylnej czystości, a zatem dla medycyny, stomatologii, technologii medycznych, a częściowo również dla branży spożywczej. Cechą charakterystyczną tego modelu sprężarek jest ich kompatybilność i nieduży rozmiar. To sprężarki niewymagające zbyt dużo miejsca, które pracują wydajnie i cicho. Dlatego właśnie cieszą się tak dużą popularnością w różnych zakładach pracy i branżach przemysłu. To jednak technologia droga, a zatem stosowana wciąż stosunkowo rzadko. Wciąż najczęściej wykorzystuje się klasyczne sprężarki tłokowe, ze względu na mniejsze koszty tej technologii.
Krótka historia sprężarek
Trudno wyobrazić sobie wiele gałęzi współczesnego przemysłu i produkcji bez prostych w konstrukcji sprężarek. Od kiedy wynaleziono je po raz pierwszy, wciąż dopasowuje się ich konstrukcję, aby stworzyć maszyny jak najbardziej wydajne i o długiej żywotności. Wszystko nadal opiera się na prostym mechanizmie, jednak zmienia się między innymi sposoby konserwowania maszyn, redukując ilość używanego oleju.
To właśnie dzięki temu można uzyskać praktycznie idealnie czyste sprężone powietrze, które może być wykorzystane w nawet najbardziej sterylnych gałęziach przemysłu. Tak kształtuje się zatem historia prostych kompresorów i sprężarek, a co przyniesie przyszłość, wiedzą tylko tęgie głowy inżynierów.