Špirálové kompresory – princíp činnosti a výhody

Špirálové kompresory – princíp činnosti a výhody

Špirálové kompresory, označované aj ako scroll kompresory, patria medzi objemové kompresory. Stlačenie vzduchu vzniká postupným zmenšovaním objemu uzavretých kompresných komôr vytvorených medzi dvoma špirálovými telesami.

Vďaka svojej konštrukcii ponúkajú špirálové kompresory kombináciu **nízkej hlučnosti, malých vibrácií, kompaktných rozmerov a plynulej dodávky stlačeného vzduchu**. Bezolejové vyhotovenia sú vhodné aj pre aplikácie, v ktorých je potrebné minimalizovať riziko kontaminácie stlačeného vzduchu olejom.

Nie sú však univerzálnou náhradou za skrutkové alebo piestové kompresory. Pri výbere je potrebné vychádzať predovšetkým z požadovaného **prietoku, tlaku, režimu prevádzky a požadovanej kvality stlačeného vzduchu**.

---

Čo je špirálový kompresor?

Špirálový kompresor je **objemový rotačný kompresor**, ktorého kompresný prvok pozostáva z dvoch špirálových telies.

Jedna špirála je pevná a druhá vykonáva **orbitálny pohyb** okolo pevnej špirály. Nejde teda o klasické otáčanie pohyblivej špirály okolo vlastnej osi. Orbitálny pohyb spôsobuje postupné vytváranie, uzatváranie a zmenšovanie kompresných priestorov.

Vzduch vstupuje do kompresného prvku po obvode špirál. V uzavretých priestoroch sa postupne presúva smerom k stredu, pričom sa jeho objem zmenšuje a tlak rastie. Stlačený vzduch je následne odvádzaný cez výstup umiestnený v stredovej časti kompresného prvku.

---

Princíp činnosti špirálového kompresora

Základom činnosti sú dve špirály:

* **pevná špirála**,
* **orbitálna špirála**.

Medzi nimi vznikajú uzavreté kompresné komory v tvare približne polmesiaca.

Pracovný cyklus možno zjednodušene rozdeliť do štyroch fáz.

1. Nasávanie vzduchu

Orbitálny pohyb pohyblivej špirály vytvára na vonkajšom obvode priestor, do ktorého je nasávaný atmosférický vzduch.

2. Uzatvorenie kompresnej komory

Vzduch je zachytený medzi oboma špirálami. Vzniká uzavretá kompresná komora.

3. Kompresia

Orbitálna špirála pokračuje v pohybe a kompresné komory sa postupne posúvajú smerom k stredu.

Ich objem sa zmenšuje a tlak vzduchu rastie.

Ide o vnútornú kompresiu, pri ktorej sa plyn stláča už vo vnútri kompresného prvku pred jeho výstupom.

4. Výtlak stlačeného vzduchu

Po dosiahnutí požadovaného stupňa kompresie je stlačený vzduch vytlačený cez výstupný otvor v strede kompresného prvku.

Konštrukcia pritom umožňuje, aby proces nasávania, kompresie a výtlaku prebiehal plynulo a súčasne v rôznych častiach špirálového prvku.

---

Prečo sa špirálový kompresor označuje ako „scroll"?

Označenie **scroll** pochádza z tvaru kompresných prvkov, ktoré pripomínajú špirálu alebo zvinutý zvitok.

V slovenskej technickej praxi sa preto môžete stretnúť s označeniami:

* špirálový kompresor,
* scroll kompresor,
* špirálová kompresná jednotka,
* scroll air compressor.

Pri vyhľadávaní technických informácií a produktov výrobcov je užitočné používať oba výrazy – špirálový aj scroll kompresor.

---

Bezolejový špirálový kompresor

Jednou z najvýznamnejších oblastí použitia špirálovej technológie sú bezolejové kompresory.

Pri vhodne navrhnutej konštrukcii sa špirálové telesá počas kompresie nedotýkajú kovovým kontaktom. Preto nie je potrebné privádzať olej priamo do kompresnej komory na mazanie kontaktných plôch.

Výsledkom je kompresor, pri ktorom olej nevstupuje do kompresného procesu.

To je významné najmä pri aplikáciách, kde môže olej v stlačenom vzduchu predstavovať technologický alebo kvalitatívny problém.

Typické aplikácie bezolejového špirálového kompresora

* zdravotníctvo,
* laboratóriá,
* stomatologické pracoviská,
* výroba elektroniky,
* potravinárstvo,
* výroba nápojov,
* výroba a kontrola presných prístrojov,
* čisté výrobné priestory,
* technologické aplikácie s požiadavkou na čistý vzduch.

Pri konkrétnej aplikácii však nestačí iba označenie „bezolejový". Požadovanú kvalitu stlačeného vzduchu je potrebné posudzovať podľa príslušnej špecifikácie a požiadaviek technológie.

---

Hlavné výhody špirálových kompresorov

1. Nízka hlučnosť

Špirálový kompresor pracuje bez vratného pohybu piesta a bez výrazných tlakových pulzácií typických pre piestové kompresory.

Plynulý orbitálny pohyb špirálového prvku prispieva k nízkej úrovni vibrácií a hlučnosti. Výrobcovia preto špirálové kompresory často používajú v priestoroch, kde je dôležité obmedziť hluk.

To môže byť výhodné napríklad v:

* zdravotníckych priestoroch,
* laboratóriách,
* kancelárskych prevádzkach,
* menších výrobných priestoroch,
* technických miestnostiach v budovách.

---

2. Plynulá dodávka stlačeného vzduchu

Kompresný proces prebieha v niekoľkých kompresných priestoroch súčasne.

Výsledkom je plynulejší prietok stlačeného vzduchu v porovnaní s piestovou kompresiou. Výrobca Atlas Copco uvádza, že jednotlivé fázy kompresného cyklu prebiehajú súčasne a vytvárajú plynulý tok vzduchu s veľmi nízkou pulzáciou.

---

3. Kompaktná konštrukcia

Špirálové kompresné prvky umožňujú vytvoriť relatívne kompaktné kompresorové jednotky.

To je dôležité najmä tam, kde je obmedzený priestor na inštaláciu.

Kompaktná konštrukcia môže zjednodušiť:

* umiestnenie zariadenia,
* integráciu sušičky,
* inštaláciu v technickej miestnosti,
* servisný prístup pri vhodnom konštrukčnom riešení.

---

4. Jednoduchá mechanická konštrukcia

Špirálový kompresor má v porovnaní s piestovou technológiou podstatne menej pohyblivých mechanických častí.

Jednoduchšia konštrukcia môže znamenať:

* nižšie mechanické opotrebenie,
* menej komponentov podliehajúcich opotrebeniu,
* nízke vibrácie,
* jednoduchšiu údržbu,
* vysokú prevádzkovú spoľahlivosť pri správnej prevádzke.

To však neznamená, že špirálový kompresor je bezúdržbové zariadenie. Servisné intervaly a kontrolné úkony vždy určujú konkrétne pokyny výrobcu.

---

5. Vhodnosť pre citlivé prevádzky

Kombinácia nízkej hlučnosti, nízkych vibrácií a možnosti bezolejovej kompresie robí zo špirálovej technológie zaujímavé riešenie pre citlivé prevádzky.

Pri zdravotníckych, laboratórnych, potravinárskych alebo elektronických aplikáciách je však potrebné navrhnúť **celý systém úpravy stlačeného vzduchu**, nielen vybrať kompresor.

Kvalitu vzduchu ovplyvňujú aj:

* nasávaný vzduch,
* filtre,
* sušička,
* potrubný systém,
* vzdušník,
* kondenzát,
* miesto odberu.

---

6. Možnosť modulárneho riešenia

Pri niektorých špirálových kompresoroch je možné použiť viac kompresných prvkov v jednom zariadení.

To umožňuje lepšie prispôsobiť dodávku vzduchu požadovanému výkonu. Pri čiastočnom zaťažení môže byť možné regulovať počet aktívnych kompresných prvkov podľa aktuálnej potreby.

Takéto riešenie môže byť zaujímavé pri prevádzkach s premenlivou spotrebou.

Konkrétne možnosti regulácie však závisia od konštrukcie daného modelu.

---

Nevýhody a obmedzenia

Špirálový kompresor nie je automaticky najlepším riešením pre každú aplikáciu.

Pri rozhodovaní treba zohľadniť aj jeho obmedzenia.

Vyššia obstarávacia cena

V porovnaní s jednoduchými piestovými kompresormi môže byť obstarávacia cena špirálového riešenia vyššia. Výrobca však upozorňuje, že pri hodnotení treba zohľadniť aj prevádzkové náklady a konkrétny pracovný režim.

Obmedzená kapacita

Špirálové kompresory sú typicky vhodnejšie pre **menšie až stredné požiadavky na prietok**.

Pri veľmi veľkých objemoch stlačeného vzduchu môže byť ekonomicky výhodnejší skrutkový alebo odstredivý kompresor.

Citlivosť na nesprávny výber

Rovnako ako pri každom kompresore je potrebné správne určiť:

* požadovaný tlak,
* FAD prietok,
* pracovný režim,
* špičkovú spotrebu,
* požadovanú kvalitu vzduchu,
* podmienky inštalácie.

Preto nie je správne vyberať špirálový kompresor iba podľa výkonu elektromotora v kW.

---

 Špirálový verzus piestový kompresor

| Parameter | Špirálový kompresor | Piestový kompresor |
| ---------------------- | --------------------------- | --------------------------------------------------- |
| Princíp | Orbitálna kompresia | Vratný pohyb piesta |
| Hlučnosť | Nízka | Spravidla vyššia |
| Vibrácie | Nízke | Vyššie |
| Prúd vzduchu | Plynulejší | Pulzujúci |
| Konštrukcia | Jednoduchá | Mechanicky zložitejšia |
| Bezolejové vyhotovenie | Veľmi rozšírené | Dostupné |
| Typické použitie | Citlivé a tichšie prevádzky | Dielne, prerušovaná prevádzka, špecifické aplikácie |
| Veľké prietoky | Menej vhodné | Podľa konkrétnej konštrukcie |

Tabuľka je všeobecná. Konkrétne parametre sa môžu medzi jednotlivými technológiami a modelmi výrazne líšiť.

---

Špirálový verzus skrutkový kompresor

Toto porovnanie je pre priemyselnú prax ešte dôležitejšie.

| Parameter | Špirálový kompresor | Skrutkový kompresor |
| ------------------------------ | ------------------------------------- | -------------------------------------- |
| Princíp | Orbitálna kompresia | Rotácia skrutkových rotorov |
| Typické použitie | Menšie/stredné prietoky, čistý vzduch | Priemyselné aplikácie, vyššie prietoky |
| Hlučnosť | Veľmi nízka | Závisí od konštrukcie |
| Vibrácie | Nízke | Nízke |
| Bezolejové vyhotovenie | Áno | Áno |
| Olejom vstrekované vyhotovenie | Podľa typu | Veľmi rozšírené |
| Rozsah výkonov | Typicky menší | Veľmi široký |
| Veľké priemyselné prietoky | Obmedzene vhodné | Veľmi vhodné |
| Modulárne riešenie | Možné podľa konštrukcie | Možné |

Priemyselná prevádzka s veľkou a relatívne stabilnou spotrebou vzduchu bude často vhodnejším kandidátom na skrutkovú technológiu. Naopak, tam, kde je prioritou nízka hlučnosť, čistý vzduch a kompaktné rozmery, môže byť špirálová technológia veľmi vhodná.

---

Kedy je špirálový kompresor dobrá voľba?

Špirálový kompresor má zmysel najmä vtedy, keď sú dôležité:

* **nízka hlučnosť,**
* **nízke vibrácie,**
* **kompaktné rozmery,**
* **plynulý prietok vzduchu,**
* **jednoduchá mechanická konštrukcia,**
* **bezolejová kompresia,**
* **vysoká čistota vzduchu.**

Typickým príkladom môže byť laboratórium, zdravotnícke pracovisko, stomatologická prevádzka alebo menšia technologická aplikácia, kde nie je potrebný veľmi vysoký objemový prietok.

---

Kedy radšej zvoliť inú technológiu?

Špirálový kompresor nemusí byť optimálny pri:

* veľmi vysokých prietokoch,
* veľkých centrálnych kompresorových staniciach,
* aplikáciách s extrémne premenlivou spotrebou bez vhodnej regulácie,
* situáciách, kde je rozhodujúcim kritériom minimálna obstarávacia cena.

V takých prípadoch môže byť vhodnejší:

* skrutkový kompresor,
* piestový kompresor,
* odstredivý kompresor,
* alebo kombinácia viacerých technológií.

Správne riešenie sa preto určuje podľa **profilu spotreby stlačeného vzduchu**, nie podľa samotného typu kompresora.

---

Úprava vzduchu za špirálovým kompresorom

Ani bezolejový špirálový kompresor neodstraňuje potrebu úpravy stlačeného vzduchu.

Atmosférický vzduch obsahuje vodnú paru a pevné častice. Po stlačení dochádza ku kondenzácii časti vody, preto je potrebné riešiť aj:

* dochladzovanie,
* odlučovanie kondenzátu,
* filtráciu,
* sušenie,
* skladovanie v zásobníku,
* distribúciu vzduchu.

Podľa požiadaviek technológie môže byť použitá:

**kondenzačná sušička**

alebo

**adsorpčná sušička.**

Výber závisí od požadovaného tlakového rosného bodu a konkrétnej aplikácie.

---

Energetická účinnosť

Pri špirálovom kompresore nemožno povedať, že je automaticky energeticky úspornejší než každý iný typ kompresora.

Energetická efektívnosť závisí od:

* požadovaného tlaku,
* skutočného prietoku,
* pracovného cyklu,
* regulácie,
* počtu kompresných prvkov,
* účinnosti elektromotora,
* podmienok nasávania,
* údržby.

Preto je pri výbere dôležitejšie sledovať špecifickú spotrebu energie vzhľadom na dodávané množstvo stlačeného vzduchu než iba menovitý výkon elektromotora.

---

Ako vybrať správny špirálový kompresor?

Pred výberom odporúčame stanoviť minimálne:

Požadovaný tlak

Napríklad 6, 7, 8 alebo 10 bar podľa konkrétnej technológie.

Potrebný prietok

Prietok by mal vychádzať z reálnej spotreby stlačeného vzduchu.

Pracovný režim

Je rozdiel medzi:

•  niekoľkými hodinami prevádzky denne,
•  prerušovanou prevádzkou,
•  jednozmennou výrobou,
•  dvojzmennou výrobou,
•  nepretržitou prevádzkou 24/7.

Požadovaná kvalita vzduchu

Pri citlivých aplikáciách treba presne definovať požadovanú triedu čistoty podľa príslušných požiadaviek.

Priestor a hlučnosť

Ak bude kompresor umiestnený priamo pri pracovisku, môže byť hlučnosť jedným z rozhodujúcich parametrov.

---

Špirálový kompresor ako súčasť kompletného systému

Kompresor je iba prvou časťou systému stlačeného vzduchu.

Typické riešenie môže vyzerať napríklad:

Špirálový kompresor → dochladzovač → filter → sušička → filter → vzdušník → rozvod stlačeného vzduchu

Pri náročnejších aplikáciách môžu byť doplnené ďalšie filtračné a monitorovacie stupne.

Správne navrhnutý systém má zabezpečiť nielen požadovaný tlak a prietok, ale aj požadovanú kvalitu vzduchu pri primeraných prevádzkových nákladoch.

---

Ako vám môže pomôcť ATSK?

ATSK sa pri návrhu systému stlačeného vzduchu nezameriava iba na výber samotného kompresora.

Pri návrhu je potrebné posúdiť:

* požadovaný tlak,
* skutočnú spotrebu vzduchu,
* priebeh spotreby,
* požadovanú kvalitu vzduchu,
* prevádzkový režim,
* možnosti regulácie,
* filtráciu a sušenie,
* vzdušníky,
* tlakové straty,
* energetickú náročnosť.

Na základe týchto údajov možno rozhodnúť, či je špirálový kompresor vhodným riešením alebo či bude efektívnejšie použiť inú technológiu.

Cieľom nie je vybrať konkrétny typ kompresora za každú cenu. Cieľom je navrhnúť systém, ktorý bude spoľahlivo vyrábať požadované množstvo stlačeného vzduchu pri požadovanej kvalite a s primeranými celkovými nákladmi.

---

Záver

Špirálové kompresory predstavujú špecifickú technológiu objemovej kompresie, ktorá využíva dvojicu špirálových prvkov – pevného a orbitálne sa pohybujúceho.

Ich hlavné prednosti sú:

• nízka hlučnosť,
• nízke vibrácie,
• plynulá dodávka vzduchu,
• kompaktná konštrukcia,
• jednoduchá mechanická konštrukcia,
• možnosť bezolejovej kompresie.

Najväčší význam majú v aplikáciách, kde je potrebná kombinácia čistého stlačeného vzduchu, nízkej hlučnosti a spoľahlivej prevádzky.

Pri výbere však treba vždy porovnať špirálovú technológiu so skrutkovou, piestovou alebo inou technológiou podľa skutočnej spotreby, požadovaného tlaku, kvality vzduchu a prevádzkových nákladov.

---