V hlavní roli tlak

I když si většina lidí spojuje tento pojem hlavně s průmyslovými kompresory, pohánějícími sbíječky (resp. pneumatická kladiva, jak zní jejich správné označení) či jiná pneumatická zařízení, oblast jejich nasazení je mnohem širší, a zasahuje do více oblastí našeho života, než si běžně uvědomujeme – stačí se podívat kolem sebe: jsou klíčovou součástí např. chladniček, klimatizačních systémů, zvyšují výkon motorů, uplatňují se ve zdravotnictví, hostinští díky nim mohou čepovat pivo s úžasnou čepicí apod.

Jaký kompresor?
Základní dělení kompresorů je obvykle odvozováno podle způsobu zvyšování tlaku na objemové (zvýšení tlaku se dosahuje zmenšováním objemu pracovního prostoru, v němž je stlačovaný plyn uzavřen) a rychlostní (tlak je zvyšován zrychlením proudícího plynu a poté přeměnou kinetické energie v tlak, člení se na axiální a radiální) - typickým příkladem jsou tzv. turbokompresory v automobilových motorech.
Objemové kompresory se dál dělí podle konstrukce na pístové (plyn je stlačován přímočarým vratným pohybem pístu ve válci a při zpětném pohybu se nasává), rotační (písty se otáčejí kolem osy rovnoběžně s osou válce) a Scroll „spirálové“ kompresory.
Samotná skupina rotačních kompresorů zahrnuje několik různých typů: šroubový, lamelový (používá rotující píst s lamelami v podélných drážkách, přitlačované odstředivou silou ke stěně válce), vodokružný (plyn se dopravuje v komůrkách vytvořenými pevnými křídly rotoru a vodním prstencem, který obíhá ve statoru), dvourotorový (využívá dva rotační po sobě se odvalující písty) a šroubový (funguje podobně jako dvourotorový, ale místo pístů využívá dvojici do sebe zapadajících šroubů). Právě šroubové kompresory představují většinu současné produkce pro průmyslové aplikace.
Dalším typem je membránový kompresor (nasává a stlačuje plyn hydraulickým nebo mechanickým prohýbáním membrány), který je však vhodný jen pro malá množství plynu.
V současné konstrukci kompresorů a jejich technickém řešení už zřejmě v nejbližší době nějaké zásadní revoluční změny čekat nelze. To co ale vypadá nadějně, pokud jde o další vývoj kompresorové techniky, je uplatnění nových materiálů a technologií, které slibují možnost nabídnout lepší parametry, vyšší efektivitu a delší životnost kritických částí kompresorů. A na tom nyní intenzivně pracují vývojáři a konstruktéři prakticky všech hlavních výrobců kompresorů i nezávislé firmy působící jako jejich subdodavatelé.

Čistý vzduch nejen pro čistá prostředí
Podstatnou záležitostí, zejména pro tzv. čisté provozy je kvalita vzduchu, který kompresory při svém provozu používají. V této speciální oblasti se uplatňují zejména bezolejové kompresory a speciální filtry, umožňující požadovanou čistotu vzduchu zajistit (používají se hlavně v potravinářství, farmaceutických provozech apod.). Nicméně právě kvalita stlačeného vzduchu a její vliv bývá často podceňována. Přitom jde o jeden z důležitých faktorů, které přímo ovlivňují provoz a stav kompresoru. Nečištěný či neupravený stlačený vzduch může totiž způsobovat zejména korozi jednotlivých prvků rozvodu, což mívá za následek tlakovou ztrátu a znečištění systému, případně korozi a zvýšené opotřebení pneumatického nářadí
Neupravený stlačený vzduch totiž (pokud nejde o bezolejový kompresor) obsahuje i mazací olej (v podobě olejové páry, nebo jemného aerosolu), a vlhkost (ta se do kompresoru dostává ze vzduchu, který zařízení nasává) a také různé nečistoty v podobě pevných částic (prach, popílek, pyl, apod.), jejichž množství a hustota záleží na účinnosti předfiltrování. Pro představu: běžný vzduch, který dýcháme a považujeme za „čistý“ obsahuje v každém m3 průměrně desítky miliónů mikroskopických částeček nečistot, k nimž se ještě navíc přidávají nečistoty z kompresoru a částečky rzi z rozvodů, tlakových nádob atd.
Vzduch se musí nejdříve zbavit nečistot a kondenzátu, a vysušit. Až poté nastupuje filtrační vložka, protože bez odloučení kondenzátu v sušičce by byl filtrační článek extrémně zatížen a to by se projevilo na ztrátě tlaku.

Stlačený vzduch v historii techniky
Práce se stlačeným vzduchem patří k historicky nejstarším technickým pomůckám, které používalo lidstvo při své činnosti. Už 3000 let před naším letopočtem využívali Babylóňané stlačený vzduch pomocí kožených měchů k výrobě mědi – místo výkonných kompresorů jak je známe dnes, jim k tomu ovšem sloužily měchy ze zvířecích kůží. Se stlačeným vzduchem pracovali i staří Egypťané (asi 1500 let př.n.l.), a jeho použití bylo známo již v antickém starověku. Ve čtvrtém století př. n. l. byly známy již pracovní klapky a v Řecku Platon a Aristoteles kolem roku 400 až 350 př.n.l. sestrojili vzduch stlačující přístroje pro ozvučení píšťaly nebo pro dodávání vzduchu potápěčům. Je znám Vetruviův popis dmychadla s válcovým měchem a s rozvodnými klapkami z 1. století př. n. l. a římský historik Plinius nám počátkem našeho letopočtu zanechal popis hydraulického kompresoru.
Dmychadlo sestrojil i renesanční génius Leonardo da Vinci v roce 1492 a o dvě století později se objevila další technická novinka – první pístová vývěva na odčerpávání vzduchu z uzavřených nádob, kterou v roce 1652 zkonstruoval Oto von Guericke. Do historie vstoupily jeho proslulé tzv. magdeburské pokusy, při nichž spojil dvě kovové polokoule a odčerpal z nich vzduch a ani 8 párů koní je nedokázalo od sebe odtrhnout (obr 1). Vodním kolem poháněný kompresor Isaaca Wilkinsona se rozběhl v roce 1752 a o čtvrtstoletí později, v roce 1777 zapřáhl do kompresoru James Watt páru, když sestrojil vahadlový kompresor s parním pohonem. V roce 1820 spustil William Mann první dvoustupňový kompresor a odstartoval éru vícestupňových kompresorů, pro něž baron von Rathen sestrojil o tři desetiletí později mezistupňové chlazení. Dr. John Gorrie vybudoval v roce 1855 na základě experimentů Michaela Farradaye chladicí systém s využitím kompresoru (obr. 2). Také zakladatel pražské inženýrské školy (nynější ČVUT), profesor František Josef Gerstner, postavil pro vysokou pec v Novém Jáchymově u Berouna kolem roku 1810 tříválcové dmychadlo se čtvercovými písty, které mělo čtyři otáčky za minutu.
Rychlý vývoj kompresorů nastal po nástupu průmyslové revoluce od poloviny 18. století a od 19. století už se v podstatě datuje historie moderních kompresorů, které se staly důležitým prvkem mnoha průmyslových zařízení. Začátkem 20. století vznikly první rotační lamelové kompresory. Byla to ovšem hlučná zařízení s malými přetlaky a nízkou účinností kvůli nedostatečné vnitřní těsnosti. K jejich zdokonalení došlo až v 50. letech minulého století. V roce 1957 přišel první sériově vyráběný šroubový kompresor, a 70. léta přinesla jeho patentovaný revoluční asymetrický profil, který je v moderních podobách používán dodnes.

Kompresorová revoluce v našich domovech
Chladnička je jedním z typických příkladů využití kompresoru - naše domácnosti už obývá celé jedno století. První „domácí“ lednici uvedla na trh americká firma General Electric právě před 100 lety v roce 1911. Šlo ovšem o trochu jiné zařízení, než jak je známe dnes - v kuchyni byl jen chladicí box, zatímco kompresor se kvůli své hlučnosti umisťoval do sklepa. A tuto technickou vymoženost si rozhodně nemohli dovolit všichni jako dnes, kdy je chladnička ve výbavě drtivé většiny domácností - stála zhruba 1000 dolarů. Model pro domácnosti s kompresorem jako součástí chladničky (obr. 3) se začal dodávat na trh v roce 1927 za 300 dolarů a díky marketingové kampani, nabízející desetidolarový příspěvek na elektřinu se jich prodalo během dvou let čtvrt milionu (za další dva roky už to byl milion). Design základního modelu zůstal prakticky beze změn až do roku 1936, kdy se kompresor přestěhoval do schránky ve tvaru krychlové krabice. Masová výroba chladniček začala po 2. světové válce – a trvá dodnes…
 

Publikováno: 6. 3. 2012 | Počet zobrazení: 5851 679