Regulacja wydajności sprężarki Spiral Valve jako alternatywa dla systemów Variable Speed Drive

Regulacja wydajności sprężarki ma istotny wpływ na funkcjonowanie systemu wytwarzania sprężonego powietrza, a w szczególności na jego efektywność energetyczną. Zastosowanie odpowiednio dobranego układu regulacji umożliwia dostosowanie ilości wytwarzanego sprężonego powietrza do aktualnego zapotrzebowania odbiorników. Pozwala to ograniczyć straty energii związane z pracą sprężarki przy niepełnym obciążeniu oraz poprawić efektywność energetyczną całego systemu.

Jednym z rozwiązań stosowanych w celu optymalizacji zużycia energii jest technologia Spiral Valve, stanowiąca alternatywę dla systemów regulacji prędkości obrotowej Variable Speed Drive. Odpowiednio dobrany sposób regulacji wydajności może ograniczyć czas pracy sprężarki na biegu jałowym, który jest jednym z istotnych źródeł strat energii w systemach sprężonego powietrza.

Należy jednak podkreślić, że samo zastosowanie określonego układu regulacji wydajności nie gwarantuje osiągnięcia zakładanych oszczędności energii. Uzyskanie oczekiwanych efektów wymaga uwzględnienia wielu czynników, w tym właściwego doboru wydajności zainstalowanej sprężarki, jej nominalnej sprawności energetycznej, charakterystyki obciążenia oraz sposobu eksploatacji całego systemu sprężonego powietrza.

Spiral Valve, a zużycie energii przez przemiennik częstotliwości

Analizując zastosowanie technologii Variable Speed Drive, warto zwrócić uwagę na fakt, że sprężarki wyposażone w przemienniki częstotliwości również charakteryzują się stratami energii związanymi z pracą układu napędowego. Przemiennik częstotliwości, choć umożliwia płynną regulację prędkości obrotowej silnika i dostosowanie wydajności sprężarki do zapotrzebowania, sam również generuje dodatkowe straty energii.

W przypadku, gdy sprężarka z regulacją prędkości obrotowej pracuje przez większość czasu w zakresie 85–100% swojej wydajności nominalnej, korzyści wynikające z zastosowania przemiennika częstotliwości mogą być ograniczone. W takich warunkach potencjalne oszczędności uzyskane dzięki regulacji prędkości obrotowej mogą nie zrekompensować dodatkowego zużycia energii przez układ VSD oraz wyższych kosztów zakupu urządzenia.

Dla zobrazowania tego zagadnienia można odnieść się do przykładowych danych sprężarki o nominalnej mocy silnika wynoszącej 110 kW. W wersji bez przemiennika częstotliwości, przy pełnej wydajności, jej pobór mocy elektrycznej wynosi 126,8 kW. W analogicznej konfiguracji technicznej, lecz wyposażonej w przemiennik częstotliwości, pobór mocy przy nominalnej wydajności wynosi 129,6 kW.

Oznacza to różnicę na poziomie 2,8 kW na korzyść wersji bez przemiennika przy pracy z pełną wydajnością. W przypadku długotrwałej pracy w tym zakresie różnica ta może mieć znaczenie zarówno dla zużycia energii elektrycznej, jak i całkowitych kosztów eksploatacji.

Należy przy tym zaznaczyć, że przedstawione wartości dotyczą konkretnego przykładu i nie powinny być traktowane jako uniwersalna charakterystyka wszystkich sprężarek z napędem VSD. Rzeczywiste zużycie energii zależy od modelu sprężarki, sprawności silnika i przemiennika, ciśnienia roboczego oraz warunków eksploatacji.

Znaczenie profilu zapotrzebowania na sprężone powietrze

Jeżeli sprężarka pracuje przez większość czasu w zakresie 85–100% wydajności nominalnej, zastosowanie technologii Variable Speed Drive nie zawsze musi być rozwiązaniem najbardziej uzasadnionym ekonomicznie. W takim przypadku należy uwzględnić nie tylko potencjalne oszczędności wynikające z regulacji prędkości obrotowej, lecz także dodatkowe straty energii generowane przez przemiennik częstotliwości oraz różnicę w kosztach zakupu urządzenia.

W zależności od profilu obciążenia, warunków pracy oraz cen energii elektrycznej inwestycja w sprężarkę wyposażoną w system VSD może charakteryzować się dłuższym okresem zwrotu lub okazać się ekonomicznie mniej uzasadniona. Alternatywą może być zastosowanie sprężarki wyposażonej w technologię Spiral Valve, szczególnie w instalacjach, w których zapotrzebowanie na sprężone powietrze utrzymuje się na stosunkowo wysokim i stabilnym poziomie.

Warto jednak pamiętać, że także sprężarka z regulacją Spiral Valve może generować straty energii przy pracy z obciążeniem częściowym. Dlatego ocena opłacalności powinna obejmować rzeczywistą charakterystykę zużycia energii w całym zakresie pracy, a nie tylko pobór mocy przy pełnej wydajności.

Ostateczny wybór technologii regulacji wydajności powinien być poprzedzony analizą rzeczywistego profilu zapotrzebowania na sprężone powietrze, warunków pracy sprężarki oraz całkowitych kosztów posiadania i eksploatacji systemu. Dopiero kompleksowa ocena tych czynników pozwala określić, czy korzystniejszym rozwiązaniem będzie sprężarka z regulacją Spiral Valve, czy urządzenie wyposażone w przemiennik częstotliwości Variable Speed Drive.

Jak działa sprężarka z technologią Spiral Valve?

Zasada działania sprężarki wyposażonej w system Spiral Valve opiera się na pracy elementu sprężającego przy stałej prędkości obrotowej, podobnie jak w przypadku tradycyjnej sprężarki stałoobrotowej. Układ napędowy może być wyposażony w rozrusznik gwiazda/trójkąt, a silnik sprężarki pracuje z nominalną prędkością obrotową.

Regulacja wydajności odbywa się poprzez zastosowanie zaworu obejściowego (by-pass), wbudowanego w element sprężający. Po osiągnięciu przez sprężarkę nastawionej wartości ciśnienia zawór otwiera się proporcjonalnie do zapotrzebowania na sprężone powietrze, umożliwiając płynną regulację wydajności.

W zależności od konstrukcji i ustawień układu regulacji wydajność sprężarki może być dostosowywana w zakresie około 45–100% wydajności nominalnej. Najkorzystniejsza efektywność energetyczna jest zazwyczaj osiągana w wyższym zakresie obciążenia, przykładowo 70–100%. Dokładne wartości zależą od konkretnego modelu sprężarki i zastosowanego rozwiązania technicznego.

W momencie otwarcia zaworu by-pass część sprężonego powietrza ze strony tłocznej jest kierowana z powrotem na stronę ssącą elementu sprężającego. Powoduje to zmniejszenie obciążenia elementu sprężającego, a tym samym obniżenie wymaganej mocy na wale. W konsekwencji możliwe jest ograniczenie poboru mocy przez silnik elektryczny i dostosowanie wydajności sprężarki do aktualnego zapotrzebowania.

Za regulację zaworu odpowiada silnik krokowy, który umożliwia precyzyjne sterowanie jego położeniem. Odpowiednio skonfigurowany układ sterowania pozwala na szybką reakcję na zmiany zapotrzebowania na sprężone powietrze. Jest to szczególnie istotne w instalacjach, w których występują nagłe i znaczne wahania obciążenia.

W przeciwieństwie do sprężarek wyposażonych w przemiennik częstotliwości, awaria silnika krokowego lub jego układu sterowania nie musi oznaczać całkowitego unieruchomienia sprężarki. W zależności od konstrukcji urządzenia i sposobu zabezpieczenia układu, sprężarka z uszkodzoną regulacją Spiral Valve może nadal pracować w trybie dociążenia i odciążenia. Takie rozwiązanie może zwiększać ciągłość pracy instalacji i ograniczać ryzyko przestojów związanych z awarią układu regulacji.

Podsumowanie

Technologia Spiral Valve może stanowić efektywną energetycznie i ekonomicznie alternatywę dla systemów Variable Speed Drive, jednak jej zastosowanie powinno wynikać z rzeczywistych warunków pracy instalacji.

W systemach, w których sprężarka pracuje przez większość czasu przy wysokim i stabilnym obciążeniu, zastosowanie regulacji Spiral Valve może być uzasadnione zarówno pod względem energetycznym, jak i ekonomicznym. Z kolei w instalacjach charakteryzujących się dużymi i częstymi zmianami zapotrzebowania na sprężone powietrze regulacja prędkości obrotowej za pomocą przemiennika częstotliwości może zapewniać istotne korzyści.

Nie istnieje jedno uniwersalne rozwiązanie optymalne dla wszystkich systemów sprężonego powietrza. Kluczowe znaczenie ma właściwy dobór sprężarki, uwzględniający zarówno jej parametry techniczne, jak i charakterystykę zapotrzebowania na sprężone powietrze.

Dopiero analiza profilu obciążenia, poboru mocy w całym zakresie pracy, kosztów inwestycyjnych oraz kosztów eksploatacji pozwala rzetelnie określić, która technologia regulacji wydajności będzie najlepszym rozwiązaniem dla danej instalacji.

 

Chcesz dowiedzieć się więcej? Odwiedź ekspertów z firmy Hand na stoisku C58 podczas Targów SYMAS® & MAINTENANCE 2026!