Stlačený vzduch jako nosič energie.

Pro potřebu tohoto seriálu platí, že pod pojmem stlačený vzduch je myšlen stlačený nasávaný atmosférický vzduch. V praxi jsou stlačovány i jiné plyny, jako např. kyslík, dusík, argon, CO2, chladiva, plyny pro chemické syntézy nebo zemní plyn.

Stlačený vzduch, využívaný k provádění cílové práce, je jedna z nejdražších energií a to z důvodu trojí přeměny energie:

• z primární pohonné energie (elektrická či chemická -palivo pro spalovací motor) na mechanickou (pohon kompresoru),
• z mechanické na tlakovou (stlačení vzduchu),
• z tlakové opět v mechanickou (např. pohon pneumatického nářadí).

V závislosti na ztrátách v rozvodu a vzhledem k účinnosti všech zařízení (značná část primární energie se přemění na teplo) je nakonec využito jen 14 - 25 % energie vynaložené na stlačení vzduchu. Přesto je jeho užití efektivní zejména z důvodu bezpečnosti jeho použití a jednoduchosti, a tedy i nízké ceny, pneumatického nářadí ve srovnání s elektrickým stejného výkonu.

Proto je cílem všech rozumně hospodařících uživatelů vyrábět stlačený vzduch co nejefektivněji, v optimálních parametrech, s minimálními ztrátami jej dopravit na místo spotřeby a maximálně tuto energii spotřebou využít.

Proč by měl stlačený vzduch a jeho výroba zajímat revizní techniky TN?

Pro shromažďování a uvolňování stlačeného vzduchu slouží vzdušníky, které jsou z převážné většiny vyhrazeným technickým zařízením - tlakovou nádobou stabilní, podle vyhl.ČÚBP a ČBÚ č.18/79 Sb. ve znění pozdějších předpisů. Vlastní zdroj - kompresor, vyhrazeným technickým zařízením není. Přesto spojením těchto dvou (či více) zařízení dochází k jejich vzájemnému ovlivňování, jak sama norma ČSN 69 0010 předpokládá, např. v části 5.2, čl.2.2 (výjimka v nutnosti osazení tlakoměru a pojistného ventilu).

Středem pozorně monitorovaných spojení kompresor-vzdušník nejsou jen veliké, rozsáhlé a složité technologické provozy, fyzika platí i pro ten nejmenší kompresor, zastrčený v koutě malé dílny. Při vlastních revizích je potom důležitá informace, je-li zdrojem kompresor mazaný či bezmazný (vliv na korozi vnitřních stěn, vytipování měřících míst pro měření tloušťky stěny ultrazvukem), pístový, šroubový, či jiný, (vliv na kvalitu stlačeného. vzduchu), je-li stlačený. vzduch kvalitativně upravován, jakým způsobem je chod kompresoru regulován, je-li na výtlaku jištěn, apod. Z uvedených, praxí potvrzených, skutečností vyplývá, že odpovědný revizní technik, snažící se o kvalitní a vypovídající revizní záznam, se musí nutně zajímat také o zdroj tlaku, jeho provoz a kvalitu. V neposlední řadě také provozovatele samozřejmě zajímá celkový stav zařízení, jeho provozuschopnost, předpokládaná životnost a spolehlivost. Tyto základní informace by měl profesionální revizní technik umět zákazníkovi – laikovi podat, nebo alespoň vědět, kam se pro ně obrátit.

Výroba stlačeného vzduchu.

Pro výrobu stačeného vzduchu slouží kompresory, které je možné rozdělit podle způsobu přeměny energie z mechanické na tlakovou. Jsou to dynamické (rychlostní) kompresory (ejektor, turbokompresor radiální, diagonální, axiální) pracující na principu stlačení změnou rychlosti proudění a kompresory objemové, stlačující medium změnou objemu pracovního prostoru. Další rozdělení je na rotační a pístové.

a) rotační - lamelové, šroubové, spirální, Rootsovy,

b) pístové - jednostupňové, dvoustupňové, třístupňové..., jedno - dvou - tří ...válcové a membránové.

Vhodnou volbou zdroje je možné dosáhnout optimálních výstupních parametrů (výkon, tlak), podle zadání a potřeb spotřebitele.

Trocha historie.

V době nedávno minulé byl kompresorový park v Československu, s výjimkou maximálních objemových výkonů, tvořen téměř výhradně pístovými kompresory. Malé zdroje pokrývala výroba družstva VKDI Orlík (známá řada 1-3 JSK 75), střední výkonovou řadu reprezentovaly kompresory ČKD Žandov (2 JVK 120, 3 DSK 100, dále vyšší výkony strojů 2-4 DVK 280) a výkonovou špičku tvořily výrobky ČKD Kompresory Praha (velké pístové a zejména rotační stroje). Speciální postavení měl podnik Škoda – Chrást u Plzně, vyrábějící pojízdné kompresory na podvozku, převážně pro potřeby stavebnictví.

Při tomto stručném výčtu výrobců je třeba zmínit i rozsáhlou oblast kompresorů pracujících s jinými medii, než je vzduch. Za zmínku stojí hlavně chladiva a kompresory chladicích zařízení, pracující s čpavkem, etylenem, propan-butanem nebo freony a tím i následná oblast tlakových nádob v oblasti chlazení (kondenzátory, , sběrače a zásobníky chladiva v plynné a kapalné fázi, výparníky atd.)

• Pístové kompresory jsou obecně energeticky náročnější, dříve byl minimální tlak na snižování příkonů elektromotorů. Nabízených výkonových řad nebylo takové množství, požadavky na úspory stlačeného vzduchu byly minimální. Vznikem soukromého vlastnictví vyvstala potřeba úspor - každá zbytečně vynaložená koruna má svého majitele.
• Dělením výrobních prostor, linek, snižováním a zásadními změnami výroby dochází k potřebě více operativních zdrojů s menšími výkony,
• Odchodem některých výrobců ze scény nastává nedostatek, nebo až nemožnost zajistit náhradní díly na provozované starší stroje.

Tyto skutečnosti mají v současné době rozhodující vliv na náhradu původních pístových kompresorů moderními úspornými stroji, v převážné většině rotačními (šroubové, lamelové, spirální). Jejich předností je zejména úspornější, tišší, automatický provoz, většinou v menších výkonech bez nároků na stavební úpravy provozu (kompresorovna, chlazení, odhlučnění apod.). I při potřebě umístění výkonnějších strojů do kompresorovny odpadá dříve nutný vodní chladící systém, odhlučnění prostor není náročné a postačuje běžná hmotnost zdiva. Obecně lze tvrdit, že srovnatelných výkonů dosahují rotační kompresory s výkony elektromotorů o stupeň nižšími.

Turbokompresory.

Řadí se mezi dynamické, rotační zdroje. Dosahují největších objemových výkonů v běžných tlakových parametrech asi do 8 bar. Osazují se proto ve velkých centrálních kompresorovnách tam, kde je požadavek na trvalou a rovnoměrnou dodávku stlačeného vzduchu pro velké množství jednotlivých odběrů. Taková kompresorovna má již svoji trvalou obsluhu, servisní a revizní zázemí. Rotorová část je uložena v kluzných ložiscích, labyrintové ucpávky a slícované bezdotykové součásti statoru a rotoru jsou příčinou minimálních provozních opotřebení. Chlazení je vnější, kdy za každou sekcí oběžných kol je medium vyvedeno do mezichladiče; vnitřní chlazení se provádí chladicí kapalinou nebo vstřikováním destilované vody do posledních sekcí. Vzhledem ke způsobu využití u největších provozovatelů se většina externích revizních techniků s takovým provozem nesetkává.

Pístové kompresory.

Objemové stroje pro nejširší využití, používané téměř ve všech druzích provozů. Podle potřebných objemových výkonů jedno či více válcové, podle výstupních tlaků jedno a více stupňové. Pístovými stroji se dosahují tlaky stovek bar, např. pro plnění tlakových lahví (dýchací vzduch, kyslík, plyny pro svařování v ochranné atmosféře, startování spalovacích motorů apod.). Pro nejmenší výkony a přerušovaný provoz se mohou použít stroje bezmazné, většinou monobloky s elektromotorem, kdy je „píst“ tvořen pouze přírubou s teflonovou membránou bez pístního čepu. Bezmazné stroje pro větší výkony, zejména v potravinářství, mají klasický píst těsněn uhlíkovými kroužky. Mazané kompresory mají buď mazání rozstřikem od ojnice brodící se v olejové náplni, nebo mazání tlakovým olejem. Chlazení stroje se děje převážně vzduchem, hnaným na žebrovaný válec a výtlačnou hlavu, nebo vodním cirkulačním systémem. Chlazení stlačeného vzduchu se buď neprovádí (vzduch se ochladí ve vzdušníku), nebo je na výtlak zařazen chladič (žebrovaný pro chlazení vzduchem, či výměník - převážně vzduch/voda).

Šroubové kompresory.

Objemové moderní zdroje pro náhradu zastaralých pístových kompresorů, které jsou schopny nahradit již od malých příkonů 3 - 4 kW až po 100 a více kW. Obvykle se však díky způsobu jejich provozu při potřebách velkých výkonů s výhodou sestavují do kaskád s příkony od 30 do 55 kW. Pracovní část šroubových kompresorů tvoří šroubový blok se dvěmi šroubovicovými rotory, otáčejícími se ve skříni stroje. Také tyto kompresory jsou konstrukčně rozděleny na bezmazné a mazané. Dražší, složitější a poměrně méně účinné jsou kompresory bezmazné. Zde se při provozu jednotlivé šroubovice rotorů nedotýkají, mezi jejich plochami je nastavena minimální vůle, která je při provozu zajišťována velmi přesnými rozváděcími ozubenými koly. Vzhledem ke složitosti a potřebám přesnosti při výrobě, montáži a hlavně k výsledné ceně těchto strojů jsou používány v menším množství pro náročné použití čistého stlačeného vzduchu v potravinářství, zdravotnictví a pod.

Podstatně jednodušší jsou stroje mazané. Zde se šroubové rotory při provozu navzájem odvalují a do sání je vstřikován mazací olej. Ten má v prostoru kompresoru hned trojí funkci. Především zajišťuje průběžné mazání šroubových rotorů, aby při jejich odvalování nedošlo k zadření. Další důležitou funkcí je dotěsnění minimální vůle mezi rotory a tím podstatné zvýšení objemové účinnosti stroje. Konečně je zde chlazení stlačovaného vzduchu přebytkem oleje přímo v pracovním prostoru stroje, čímž dochází k další mu zvýšení účinnosti celého pracovního procesu. Na výstupu však je směs stlačeného vzduchu a značného množství oleje. Proto je vždy na výtlaku zařazen separátor oleje, obsahující separační vložku - filtr a sloužící zároveň ve spodní části jako olejová nádrž. Pro velké pracovní teploty oleje a hlavně obnovení jeho chladící funkce je vždy zařazen do systému stroje chladič oleje a také chladič stlačeného vzduchu. Vzhledem ke způsobu provozu, naprosto odlišnému od pístových strojů, jsou šroubové kompresory bohatě jištěny, ovládány a hlavně řízeny počítačovou jednotkou, včetně potřebných servisních intervalů. Vzhledem k tomu je jejich i základní servis nemyslitelný bez využití autorizovaných servisních míst, která jsou srovnatelná s moderními značkovými autoopravnami.

Lamelové (křídlové) kompresory.

Rotační vícekomorové stroje, jejichž konstrukční princip je znám už od roku 1558 (Ital Romelli). Ve válcové komoře statoru je excentricky uložen kovový válec - rotor, který nese v podélných radiálních drážkách volně posuvná křídla - lamely. Při otáčení rotoru se lamely odstředivou silou vysouvají a zasouvají o míru excentricity a tím vznikají komůrky proměnné velikosti, v nichž se vzduch nasává a stačuje. U mazaných strojů jsou styčné plochy jsou mazány, těsněny a chlazeny vstřikovaným olejem, materiálem lamel je ocel, či vhodně upravené preparované plasty. Olej je do pracovního prostoru dopravován čerpadlem. U bezmazných provedení jsou pro lamely užity vhodné samomazné materiály - uhlík, teflon apod.

Opačný princip lamelového kompresoru se používá u vývěv, tedy zařízení na výrobu podtlaku. Obecně známým zástupcem tohoto řešení je lamelový kompresor - vývěva již zaniklého výrobce ČKD Žandov, typ R 200, osazovaný a doposud užívaný na fekálních vozech. Zde pouhým přestavením armatur výtlačného a sacího potrubí tvořilo totéž zařízení jednou v nádrži podtlak (fáze sání), následně přetlak (fáze vypouštění).

Na stejném principu jako lamelový kompresor pracuje i pohon pneumatického rotačního nářadí, kde naopak vháněný vzduch roztáčí rotor.

Chladiče, odlučovače a další části kompresorů

Mezistupňové chladiče a dochlazovače turbokompresorů, mezistupňové i koncové chladiče ostatních kompresorů, odlučovače oleje, rozšířená potrubí a části do něho vestavěné sice svými parametry (tlak, objem, bezpečnostní součin) splňují podmínky pro zařazení do tlakových nádob stabilních, podle § 3 písm. h) vyhlášky ČÚBP a ČBÚ č. 18/1979 Sb. ve znění pozdějších předpisů, přesto se tato na ně nevztahuje, neboť nejsou samostatnými tlakovými nádobami, a jsou součástí stroje s nímž jsou neuzavíratelně spojeny. Z tohoto důvodu se na ně nevztahují ani ČSN 69 0010 a tedy ani 69 0012.

Na tomto místě bych chtěl připomenout, že na kompresorech mohou být i další části, které podle § 3 citované vyhlášky nejsou zařízeními, na která by se tato, jakož i příslušné ČSN, vztahovaly. Jedná se zejména o tlakové nádoby z trubek do DN 100 a sběračů do DN 150 (písm.e) vyhlášky) a potrubí, jeho rozšířené části a tlakové nádoby do něho vestavěné (písm. g) vyhlášky).

Do 31.4.2004 se však na uvádění těchto nádob a součástí tlakových a strojních zařízení na trh vztahovalo nařízení vlády č. 182/1999 Sb. (od 1.5.2004 nařízení vlády 26/2003 Sb.) ve znění pozdějších předpisů, neboť, jakkoliv nejsou vyhrazeným technickým zařízením, jsou stanoveným výrobkem, který musí splňovat požadavky v nich uvedené.

Výše uvedeného by si měl být revizní technik vědom jak při výchozí revizi, kdy je namístě zkontrolovat, zda části zařízení uváděného do provozu a spadající do působnosti příslušných nařízení vlády splňují požadavky na značení a dokumentaci v nich uvedené, tak při plánování revizí a zkoušek, kdy by si měl být naopak vědom, že na tato zařízení se vyhláška č. 18 a ČSN 69 0012 nevztahují.

Závěr.

Výše uvedený text si neklade za cíl detailně vyčerpat lekci z kompresorů. Jeho záměrem bylo dát pouze stručný přehled technologií stlačování. V dalším pokračování seriálu bychom se chtěli věnovat problematice výkonů, mazání, chlazení, údržby a oprav, umístění v souvislosti s provozem, obsluhy, karbonizace, apod.

Související

Související témata Vzdušníky, kompresory