Sprężarka osiąga wymagane 8 barów, ale dostarcza coraz mniej powietrza – czy to sygnał do regeneracji stopnia śrubowego?

Manometr pokazuje 8 barów, sterownik nie zgłasza alarmu, a mimo to instalacja zaczyna cierpieć na niedobór sprężonego powietrza. Siłowniki pracują wolniej, przedmuch trwa dłużej, a przy jednoczesnym uruchomieniu kilku odbiorników ciśnienie w hali spada. Podejrzenie pada na zużyty stopień śrubowy, choć sama zdolność sprężarki do osiągnięcia zadanego ciśnienia niewiele mówi o jej wydajności.

Sprężarka może wytworzyć 8 barów nawet przy wyraźnie ograniczonym przepływie, szczególnie gdy odbiorniki chwilowo nie pobierają dużo powietrza. O jej rzeczywistej kondycji świadczą przede wszystkim wydajność FAD, pobór mocy, warunki pracy oraz zachowanie pod obciążeniem. Dopiero zestawienie tych parametrów pozwala ustalić, czy problem dotyczy zespołu śrubowego, osprzętu sprężarki, czy instalacji zakładowej.

Dlaczego 8 barów na manometrze nie oznacza prawidłowej wydajności sprężarki?

Ciśnienie informuje o stanie sprężonego powietrza w określonym punkcie układu, natomiast wydajność opisuje jego ilość dostarczaną w jednostce czasu. To dwa różne parametry. Sprężarka o pogorszonej sprawności może bez problemu napełnić zbiornik do 8 barów, ale potrzebować na to znacznie więcej czasu niż wcześniej.

Najważniejszym punktem odniesienia jest FAD (Free Air Delivery), czyli ilość powietrza rzeczywiście dostarczanego przez sprężarkę, wyrażona jako objętość odniesiona do warunków na wlocie. Parametr podaje się zwykle w m³/min lub l/s. Metody oceny przepływu i zapotrzebowania na moc dla sprężarek wyporowych określa norma ISO 1217.

Nie wolno mylić FAD z objętościowym przepływem powietrza już sprężonego. Przy 8 barach nadciśnienia powietrze ma w przybliżeniu 9 barów ciśnienia absolutnego, jeśli ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 bar. W uproszczeniu, przy jednakowej temperaturze, 1 m³ powietrza w takich warunkach odpowiada około 9 m³ powietrza przy ciśnieniu atmosferycznym. Rzeczywiste przeliczenie musi uwzględniać również temperaturę, wilgotność i warunki odniesienia.

Rozważmy hipotetyczną sprężarkę o mocy znamionowej silnika 22 kW, której początkowa wydajność wynosiła 3,2 m³/min FAD przy 8 barach. Podczas późniejszego pomiaru otrzymano 2,7 m³/min przy tym samym ciśnieniu i prędkości obrotowej.

Różnica wynosi 0,5 m³/min, czyli około 15,6% pierwotnej wydajności. To istotna zmiana, ale nie automatyczne wskazanie do regeneracji. Trzeba sprawdzić, czy oba pomiary wykonano przy porównywalnej temperaturze powietrza, ciśnieniu na wlocie, stanie cieplnym urządzenia i nastawach sterowania.

Drugim parametrem jest jednostkowy pobór mocy, często określany jako moc właściwa. Oblicza się go przez podzielenie pobieranej mocy elektrycznej przez FAD.

Jeśli w hipotetycznym przykładzie urządzenie pobiera w obu pomiarach 21 kW, otrzymujemy:

• Początkowo: 21 / 3,2 = 6,56 kW/(m³/min).
• Po spadku wydajności: 21 / 2,7 = 7,78 kW/(m³/min).

Wytworzenie tej samej ilości powietrza wymaga więc około 18,5% więcej energii. To wyraźny sygnał pogorszenia efektywności.

Jest jednak pułapka. W sprężarkach pracujących w układzie obciążenie–bieg jałowy silnik pobiera energię również wtedy, gdy urządzenie praktycznie nie dostarcza powietrza do sieci. Dlatego mocy podczas pełnego obciążenia nie należy utożsamiać ze średnim zużyciem energii w całym cyklu pracy.

Jeśli sprężarka przez znaczną część zmiany pracuje na biegu jałowym, przyczyną wysokiego kosztu jednostkowego może być niewłaściwe sterowanie albo przewymiarowanie urządzenia, a nie zużycie wirników.

Co sprawdzić przed podjęciem decyzji o regeneracji stopnia śrubowego?

Najdroższy błąd diagnostyczny polega na demontażu zespołu śrubowego bez wcześniejszego sprawdzenia elementów, które ograniczają przepływ powietrza. W sprężarce olejowej droga od filtra ssawnego do instalacji obejmuje kilka podzespołów zdolnych wywołać objawy przypominające zużycie stopnia.

Kontrolę należy prowadzić w konkretnej kolejności:

1. Filtr powietrza na wlocie. Zanieczyszczony wkład powoduje spadek ciśnienia ssania i ogranicza ilość powietrza trafiającego do komory sprężania. Sprawdza się wskaźnik zabrudzenia lub różnicę ciśnień zgodnie z instrukcją urządzenia.
2. Separator oleju i filtry. Nadmierna różnica ciśnień na separatorze zwiększa opory przepływu i zapotrzebowanie na energię. Wymagany jest pomiar przed i za separatorem oraz porównanie z limitem producenta.
3. Zawór ssawny i układ sterowania. Niedostateczne otwarcie zaworu, niesprawny elektrozawór lub błędne sterowanie obciążeniem mogą ograniczać wydajność mimo prawidłowych obrotów silnika.
4. Chłodzenie i obieg oleju. Zabrudzona chłodnica, niewłaściwy olej albo problemy z termostatem zmieniają temperaturę pracy. W sprężarkach olejowych olej dodatkowo uszczelnia przestrzenie między wirnikami i obudową.
5. Instalacja odbiorcza. Nieszczelności, niesprawne odwadniacze, dodatkowe odbiorniki oraz zapchane filtry sieciowe potrafią zwiększyć zapotrzebowanie albo ograniczyć dostawę powietrza do stanowisk.

Przykładowa sytuacja diagnostyczna: w zakładzie obróbki metalu sprężarka utrzymuje 8 barów przy zbiorniku, lecz podczas pracy kilku maszyn na końcu instalacji pozostaje 6,5 bara. Zanim ktokolwiek zleci remont zespołu śrubowego, trzeba porównać ciśnienia przed filtrami uzdatniania, za nimi i przy odbiornikach.

Jeżeli między zbiornikiem a halą występuje znaczny spadek ciśnienia, problem może leżeć w przewodach, filtrach lub armaturze. Regeneracja stopnia śrubowego nie usunie dławienia instalacji.

Podobnie wygląda sytuacja po dołożeniu kolejnej maszyny CNC lub stanowiska przedmuchu. Sprężarka nie musi być zużyta — zakład może po prostu zużywać więcej powietrza niż wcześniej.

Najbardziej miarodajnym sprawdzianem jest pomiar wydajności przy ustalonym obciążeniu, z użyciem odpowiedniego przepływomierza i jednoczesnej rejestracji mocy elektrycznej. W sprężarce z falownikiem trzeba dodatkowo odnotować prędkość obrotową. Porównanie FAD przy 70% i 100% obrotów nie pozwala ocenić samego zużycia mechanicznego.

Przydatny jest również test szczelności instalacji, najlepiej wykonany poza godzinami produkcji. Należy jednak oddzielić straty w sieci od wydajności samej sprężarki.

Nie wolno wykonywać pomiarów przez obchodzenie zabezpieczeń, pracę z otwartymi osłonami ani demontaż elementów układu pozostającego pod ciśnieniem. Kontrola separatora, zaworów i obiegu olejowego wymaga kwalifikowanego personelu oraz procedury odłączenia energii i bezpiecznego rozprężenia urządzenia.

Kiedy regeneracja stopnia śrubowego jest uzasadniona, a kiedy lepiej wybrać inną naprawę?

Po wykluczeniu usterek osprzętu pozostaje ocena samego zespołu śrubowego (airend). Dwa wirniki obracają się wewnątrz precyzyjnie wykonanej obudowy, tworząc komory o zmniejszającej się objętości. Zużycie łożysk, pogorszenie geometrii wirników lub powiększenie luzów roboczych mogą zwiększyć wewnętrzny przepływ zwrotny powietrza. W rezultacie urządzenie wykonuje pracę, lecz na wylocie pojawia się mniejszy użyteczny strumień.

W konstrukcjach olejowych znaczenie ma także stan oleju, który uczestniczy w chłodzeniu, smarowaniu i uszczelnianiu stopnia. Spadek wydajności wywołany niewłaściwymi warunkami smarowania nie oznacza jeszcze, że wirniki wymagają regeneracji.

Podejrzenie uszkodzenia stopnia staje się poważniejsze, gdy jednocześnie występują:

• potwierdzony spadek FAD przy identycznym ciśnieniu i prędkości obrotowej;
• pogorszenie jednostkowego poboru mocy po wyeliminowaniu innych przyczyn;
• narastające drgania, nietypowy hałas lub podwyższona temperatura pracy;
• nieprawidłowy stan łożysk, ślady kontaktu wirników albo zanieczyszczenia metaliczne w oleju.

Nie istnieje uniwersalny procent spadku FAD, po którym każdy stopień śrubowy kwalifikuje się do regeneracji. Granice zużycia, tolerancje geometryczne, dopuszczalne luzy i wymagania dotyczące łożysk zależą od konkretnej konstrukcji.

Załóżmy, że diagnostyka wykazała uszkodzenie łożysk, ale powierzchnie wirników i obudowy nadal mieszczą się w tolerancjach producenta. W takim przypadku naprawa obejmująca wymianę łożysk i uszczelnień może być ekonomicznie uzasadniona. Jeżeli jednak doszło do zatarcia, głębokiego uszkodzenia obudowy lub utraty wymaganej geometrii, rozsądniejszym rozwiązaniem bywa wymiana całego zespołu.

Szczególnej ostrożności wymagają bezolejowe stopnie śrubowe, w których powłoki wirników i bardzo małe luzy technologiczne decydują o sprawności. Nie każda niezależna regeneracja pozwala przywrócić parametry fabryczne.

Przed zleceniem naprawy należy wymagać od wykonawcy dokumentacji pomiarowej, zakresu wymienianych elementów, warunków gwarancji oraz sposobu sprawdzenia urządzenia po montażu. Sama deklaracja wymiany łożysk nie potwierdza odzyskania pierwotnej wydajności.

Decyzja ekonomiczna powinna uwzględniać koszt demontażu, części, robocizny, transportu, uruchomienia i przestoju produkcji. Regeneracja ma sens wtedy, gdy stan korpusu i wirników umożliwia bezpieczne przywrócenie wymaganych tolerancji, a całkowity koszt jest uzasadniony wobec wymiany stopnia lub sprężarki.

Jeżeli maszyna jest silnie wyeksploatowana, nie ma dostępnych części albo pozostałe podzespoły również wymagają poważnych napraw, odbudowa samego stopnia może jedynie przesunąć kolejny kosztowny przestój.

Ostateczna kwalifikacja do regeneracji należy do specjalisty, który dysponuje dokumentacją konkretnego modelu, przyrządami pomiarowymi i możliwościami weryfikacji stanu mechanicznego. Nie należy zlecać remontu wyłącznie na podstawie ciśnienia widocznego na manometrze lub liczby przepracowanych godzin.

FAQ – najczęstsze pytania o spadek wydajności sprężarki śrubowej

Czy sprężarka osiągająca 8 barów może mieć zużyty stopień śrubowy?
Tak. Osiąganie zadanego ciśnienia nie potwierdza nominalnego przepływu. Zużyty stopień może napełniać zbiornik wolniej i dostarczać mniej powietrza podczas obciążenia.

Czy spadek wydajności o 15% oznacza konieczność regeneracji?
Nie. Najpierw trzeba potwierdzić pomiar FAD, sprawdzić warunki pracy, filtry, separator, zawór ssawny i sterowanie. Sam procent spadku nie stanowi kryterium remontowego.

Czy wzrost poboru prądu świadczy o uszkodzeniu wirników?
Nie zawsze. Przyczyną może być większy opór przepływu, problem z napędem albo zmiana ciśnienia roboczego. Należy oceniać moc czynną w kW, przepływ i udział biegu jałowego, a nie wyłącznie natężenie prądu.

Czy wymiana łożysk przywraca fabryczną wydajność?
Tylko wtedy, gdy pozostałe elementy zachowały wymaganą geometrię, a przyczyna pogorszenia parametrów została usunięta. Wymiana łożysk nie naprawi zużytych powierzchni wirników ani obudowy.

Od czego rozpocząć diagnostykę?
Od pomiaru FAD i mocy przy stabilnym obciążeniu oraz sprawdzenia różnic ciśnień na filtrach i separatorze. Dopiero po wykluczeniu ograniczeń przepływu należy kwalifikować stopień śrubowy do kontroli mechanicznej.

Więcej informacji na: https://www.marcom-serwis.pl