Piestové kompresory – princíp činnosti, konštrukcia, typy a použitie

Ide o jednu z najstarších konštrukcií kompresorov, ktorá sa napriek rozšíreniu skrutkových a ďalších typov kompresorov stále používa v dielňach, priemysle, technologických prevádzkach aj pri aplikáciách vyžadujúcich vysoké výstupné tlaky.

ATSK dodáva piestové kompresory v rôznych výkonových a tlakových kategóriách vrátane olejom mazaných aj bezmazných vyhotovení, jednostupňových a viacstupňových kompresorov, ako aj špeciálnych riešení.

---

Ako funguje piestový kompresor?

Princíp činnosti je založený na opakovanom pohybe piesta vo valci.

Počas jedného pracovného cyklu dochádza k:

1. nasávaniu vzduchu,
2. stláčaniu vzduchu,
3. výtlačeniu stlačeného vzduchu.

Piest je mechanicky spojený s kľukovým mechanizmom. Elektromotor alebo iný pohon otáča kľukovým hriadeľom a jeho rotačný pohyb sa prostredníctvom ojnice premieňa na vratný pohyb piesta.

Vo valci sú umiestnené sacie a výtlačné ventily. Ich otváranie a zatváranie je spôsobené rozdielom tlakov počas pracovného cyklu.

1. Nasávací zdvih

Pri pohybe piesta smerom nadol sa zväčšuje objem pracovného priestoru.

Tlak vo valci klesne pod tlak nasávaného vzduchu a otvorí sa sací ventil. Do valca prúdi atmosférický vzduch.

2. Kompresný zdvih

Piest sa začne pohybovať smerom nahor. Objem pracovného priestoru sa zmenšuje a tlak vzduchu rastie.

Počas tejto fázy sú sací aj výtlačný ventil zatvorené.

3. Výtlačný zdvih

Keď tlak vo valci dosiahne tlak vo výtlačnom potrubí, otvorí sa výtlačný ventil a stlačený vzduch je vytlačený do vzdušníka alebo do ďalšej časti systému.

Tento cyklus sa opakuje pri každej otáčke kľukového mechanizmu.

---

Základné konštrukčné časti

Piestový kompresor sa skladá z viacerých mechanických a funkčných celkov.

Medzi hlavné časti patria:

* elektromotor alebo iný pohon,
* kľukový hriadeľ,
* ojnica,
* piest,
* valec,
* piestne krúžky,
* sací ventil,
* výtlačný ventil,
* hlava valca,
* kľuková skriňa,
* mazací systém,
* chladiaci systém,
* vzdušník alebo výtlačné potrubie.

Pri priemyselných kompresoroch je konštrukcia prispôsobená požadovanému tlaku, výkonu, počtu pracovných valcov, prevádzkovému režimu a požiadavkám na kvalitu stlačeného vzduchu.

---

 Jednostupňový a viacstupňový piestový kompresor

Piestové kompresory sa podľa spôsobu kompresie rozdeľujú okrem iného na **jednostupňové a viacstupňové**.

Jednostupňový kompresor

Pri jednostupňovom kompresore sa vzduch stláča z atmosférického tlaku na požadovaný výstupný tlak v jednom kompresnom stupni.

Používa sa najmä pri nižších a stredných tlakových požiadavkách.

Dvojstupňový kompresor

Pri dvojstupňovej kompresii prebieha stláčanie v dvoch po sebe nasledujúcich stupňoch.

Vzduch sa najprv stlačí v prvom valci, následne sa ochladí a potom sa stláča v druhom stupni na konečný tlak.

Výhodou je vhodnejšie rozdelenie kompresného pomeru a možnosť dosahovať vyššie pracovné tlaky pri priaznivejších tepelných podmienkach.

Pri priemyselných piestových kompresoroch sa používajú aj viacstupňové konštrukcie určené pre vysokotlakové aplikácie.

---

 Jednovalcový, dvojvalcový a viacvalcový kompresor

Počet valcov ovplyvňuje výkon, vyváženie stroja a spôsob dosiahnutia požadovaného objemového prietoku.

Piestové kompresory môžu byť:

* jednovalcové,
* dvojvalcové,
* trojvalcové,
* štvorvalcové,
* viacvalcové.

Pri priemyselných kompresoroch sa počet valcov a ich usporiadanie volí podľa požadovaného výkonu a tlakovej úrovne.

Napríklad priemyselné piestové kompresory ALMIG radu HL sú podľa konkrétneho vyhotovenia dvoj- až štvorvalcové a sú určené na tlak až do 35 bar.

---

Olejom mazané a bezmazné piestové kompresory

Jedným z najdôležitejších kritérií výberu je spôsob mazania.

 Olejom mazané piestové kompresory

Pri olejom mazaných kompresoroch sa olej používa na mazanie pohyblivých častí kompresného mechanizmu.

Mazanie znižuje trenie a opotrebovanie a umožňuje konštrukčne riešiť kompresory určené na náročnejšiu alebo dlhodobú prevádzku.

Pri takomto kompresore však treba zohľadniť možnosť prítomnosti oleja v stlačenom vzduchu.

Preto sa podľa požadovanej triedy čistoty vzduchu používajú vhodné filtre a ďalšie zariadenia úpravy stlačeného vzduchu.

Bezmazné piestové kompresory

Bezmazné konštrukcie používajú riešenie, pri ktorom sa olej nedostáva do kompresného priestoru.

Používajú sa v aplikáciách, kde je požadovaná vyššia čistota stlačeného vzduchu.

Treba však rozlišovať medzi pojmami **bezmazný kompresor** a **vzduch bez akýchkoľvek nečistôt**. Kvalita výsledného stlačeného vzduchu závisí od celého systému vrátane nasávaného vzduchu a následnej úpravy.

---

Chladenie piestového kompresora

Pri kompresii vzniká teplo. Preto musí byť kompresor vybavený účinným systémom chladenia.

Používa sa najmä:

* vzduchové chladenie,
* vodné chladenie.

Pri vzduchom chladených konštrukciách je teplo odvádzané z valcov a hláv pomocou chladiacich rebier a prúdenia vzduchu.

Pri výkonnejších priemyselných strojoch môže byť použité vodné chladenie.

Chladenie je dôležité nielen pre životnosť mechanických častí, ale aj pre teplotu stlačeného vzduchu a následnú tvorbu kondenzátu.

---

Piestový kompresor a vzdušník

Piestové kompresory sa veľmi často kombinujú so vzdušníkom.

Vzdušník slúži predovšetkým ako zásobník stlačeného vzduchu a pomáha vyrovnávať rozdiel medzi okamžitou výrobou a spotrebou vzduchu.

Správne dimenzovaný vzdušník môže:

* znížiť počet spustení kompresora,
* stabilizovať tlak v systéme,
* pokryť krátkodobé odbery,
* pomôcť pri regulácii kompresora,
* podporiť odlučovanie kondenzátu.

Vzdušník však **nie je náhradou za sušičku stlačeného vzduchu**. Po ochladení vzduchu vo vzdušníku sa môže vytvárať kondenzát, ktorý treba pravidelne a kontrolovane odvádzať.

---

Výhody piestových kompresorov

Piestová technológia má svoje špecifické výhody.

 Vysoké tlakové možnosti

Piestové kompresory možno konštrukčne navrhnúť aj pre vysoké výstupné tlaky. Používajú sa preto aj ako vysokotlakové a dotláčacie kompresory.

 Robustná mechanická konštrukcia

Priemyselné piestové kompresory môžu byť navrhnuté na dlhodobú prevádzku a servisovateľnosť.

 Vhodné pre prerušovanú prevádzku

Pri aplikáciách s premenlivou alebo prerušovanou spotrebou môžu byť piestové kompresory veľmi vhodným riešením.

 Široký rozsah použitia

Používajú sa od menších dielenských aplikácií až po priemyselné a vysokotlakové systémy.

 Technologická variabilita

K dispozícii sú olejom mazané aj bezmazné, jednostupňové aj viacstupňové, stacionárne, mobilné a špeciálne konštrukcie.

---

 Nevýhody a obmedzenia

Piestový kompresor však nie je univerzálne najlepším riešením.

Pri výbere treba počítať s určitými obmedzeniami:

* pulzujúci charakter dodávky vzduchu,
* mechanické vibrácie,
* vyššia hlučnosť pri niektorých konštrukciách,
* obmedzenia pri nepretržitej prevádzke podľa konkrétneho modelu,
* vyššie nároky na mechanický servis,
* potreba správneho chladenia,
* tvorba kondenzátu,
* potreba vhodnej úpravy stlačeného vzduchu.

Preto nie je správne vyberať kompresor iba podľa maximálneho tlaku a výkonu elektromotora.

---

 Kedy je piestový kompresor vhodnou voľbou?

Piestový kompresor môže byť vhodným riešením najmä vtedy, keď prevádzka vyžaduje:

* prerušovanú alebo cyklickú výrobu vzduchu,
* relatívne vysoký tlak,
* menší alebo stredný objemový prietok,
* jednoduchú a robustnú konštrukciu,
* mobilné alebo prenosné riešenie,
* vysokotlakový stlačený vzduch,
* špecifickú technologickú aplikáciu.

Pri väčšej a kontinuálnej spotrebe stlačeného vzduchu však môže byť vhodnejší skrutkový kompresor alebo viac-kompresorová stanica.

Rozhodnutie by preto malo vychádzať z reálneho profilu spotreby, nie iba z okamžitého maximálneho odberu.

---

 Piestový alebo skrutkový kompresor?

Toto je jedna z najčastejších otázok pri návrhu kompresorovej stanice.

Zjednodušene možno porovnanie znázorniť takto:

| Kritérium | Piestový kompresor | Skrutkový kompresor |
| ------------------------ | --------------------- | ---------------------------- |
| Princíp | Vratný pohyb piesta | Rotačné skrutkové elementy |
| Typická prevádzka | Prerušovaná/cyklická | Kontinuálna |
| Vysoké tlaky | Veľmi vhodné | Podľa konkrétnej konštrukcie |
| Vibrácie | Vyššie | Spravidla nižšie |
| Pulzácie | Áno | Výrazne menšie |
| Malé odbery | Veľmi vhodné | Podľa aplikácie |
| Veľké kontinuálne odbery | Menej vhodné | Spravidla vhodnejšie |
| Servis | Mechanicky náročnejší | Iný typ servisných zásahov |

Tabuľka je iba orientačná. Konkrétna voľba závisí od pracovného tlaku, spotreby, prevádzkového režimu, požadovanej kvality vzduchu a celkových nákladov životného cyklu.

---

 Úprava stlačeného vzduchu za piestovým kompresorom

Výstupom kompresora nie je automaticky vzduch vhodný pre každú aplikáciu.

Podľa požiadaviek technológie môže byť potrebné zaradiť:

* dochladzovač,
* cyklónový odlučovač,
* filtre,
* kondenzačnú sušičku,
* adsorpčnú sušičku,
* mikrofiltráciu,
* odlučovač oleja,
* automatické odvádzače kondenzátu.

Pri návrhu je potrebné vychádzať z požadovanej kvality stlačeného vzduchu podľa konkrétnej aplikácie a príslušných technických požiadaviek.

---

 Kondenzát pri piestových kompresoroch

Pri ochladzovaní stlačeného vzduchu dochádza ku kondenzácii vodnej pary.

Kondenzát sa môže zhromažďovať:

* vo vzdušníku,
* v dochladzovači,
* vo filtroch,
* v sušičke,
* v potrubnom systéme.

Pri olejom mazanom kompresore môže kondenzát obsahovať aj olejovú zložku.

Preto je potrebné používať vhodné automatické odvádzače a pri príslušných aplikáciách aj zariadenia na separáciu oleja z kondenzátu.

---

 Ako správne vybrať piestový kompresor?

Pri výbere neodporúčame začínať otázkou:

„Koľko kW má mať kompresor?"

Technicky správnejší postup je najskôr definovať požiadavky aplikácie.

Potrebné je poznať najmä:

 1. Požadovaný pracovný tlak

Napríklad:

* 6 bar,
* 8 bar,
* 10 bar,
* 15 bar,
* 20 bar,
* 30–40 bar,
* alebo vyšší tlak pri špeciálnych aplikáciách.

2. Požadované množstvo vzduchu

Objemový prietok treba určovať podľa reálnej spotreby technologických zariadení.

 3. Prevádzkový režim

Je rozdiel, či kompresor pracuje:

* niekoľko minút denne,
* niekoľko hodín denne,
* prerušovane,
* alebo prakticky nepretržite.

 4. Požadovaná kvalita vzduchu

Treba určiť požiadavky na:

* pevné častice,
* vodu,
* olej.

  5. Prevádzkové prostredie

Pri návrhu treba zohľadniť:

* teplotu,
* prašnosť,
* priestor,
* ventiláciu,
* hlučnosť,
* elektrické napájanie.

6. Celkové náklady

Cena kompresora je iba jedna časť nákladov.

Do rozhodovania patria aj:

* spotreba elektrickej energie,
* servis,
* mazivá,
* náhradné diely,
* filtre,
* odvádzanie kondenzátu,
* životnosť,
* odstávky.

---

 Piestové kompresory ATSK

ATSK dodáva piestové kompresory pre rôzne oblasti použitia – od menších dielenských aplikácií až po priemyselné a špeciálne riešenia.

V ponuke sú napríklad piestové kompresory ORLIK, SCHNEIDER, ALUP,  ALMIG, SAUER, vrátane olejom mazaných, bezmazných, priemyselných a vysokotlakových vyhotovení.

Priemyselné piestové kompresory SAUER sú napríklad určené na kompresiu vzduchu a iných nevýbušných plynov do tlaku 35 bar podľa konkrétneho modelu.

ATSK zabezpečuje okrem samotnej dodávky kompresora aj návrh súvisiacej technológie, úpravu stlačeného vzduchu a servis.

---

 Ako vám môže pomôcť ATSK?

Správny piestový kompresor sa nevyberá iba podľa výkonu elektromotora. Rozhodujúce sú **skutočná spotreba vzduchu, požadovaný tlak, prevádzkový režim a požadovaná kvalita stlačeného vzduchu**.

ATSK môže pri návrhu posúdiť konkrétnu aplikáciu a navrhnúť vhodnú konfiguráciu kompresora vrátane vzdušníka, filtrácie, sušenia a systému odvádzania kondenzátu.

Podľa požiadaviek prevádzky môže ísť o:

* dodávku samostatného piestového kompresora,
* kompresor so vzdušníkom,
* bezmazný kompresor,
* viacstupňový alebo vysokotlakový kompresor,
* mobilné alebo prenosné riešenie,
* kompletnú kompresorovú stanicu,
* úpravu stlačeného vzduchu,
* servis a dodávku náhradných dielov.

ATSK pôsobí v oblasti technológií stlačeného vzduchu od roku 1995 a okrem piestových kompresorov dodáva aj skrutkové, bezolejové, špirálové a ďalšie typy kompresorov a zariadenia na úpravu stlačeného vzduchu.

Ak si nie ste istí, či je pre vašu prevádzku vhodnejší piestový alebo skrutkový kompresor, rozhodnutie je vhodné založiť na analýze spotreby a pracovného režimu. Nesprávne zvolený typ kompresora môže znamenať zbytočne vysoké investičné aj prevádzkové náklady.

---

Záver

Piestový kompresor je technicky jednoduchý, robustný a veľmi variabilný typ objemového kompresora. Jeho hlavnou prednosťou je schopnosť dosahovať vysoké tlaky a pracovať v širokom rozsahu aplikácií.

Nie je však automaticky najlepšou voľbou pre každú kompresorovú stanicu.

Pri výbere treba posudzovať predovšetkým:

tlak → prietok → prevádzkový režim → kvalitu vzduchu → chladenie → úpravu vzduchu → servis → celkové náklady životného cyklu.

Práve kombinácia týchto parametrov rozhoduje o tom, či bude piestový kompresor pre konkrétnu prevádzku technicky a ekonomicky vhodným riešením.

---