Sprężone powietrze jest wytwarzane przez sprężarki. Sprężarka jest urządzeniem zwiększającym ciśnienie medium roboczego powyżej ciśnienia początkowego, za które uważamy ciśnienie atmosferyczne. Zgodnie z definicją i cechami konstrukcyjnymi sprężarki dzielą się na dwie podstawowe grupy:

• sprężarki wyporowe
• sprężarki przepływowe.

W sprężarkach wyporowych zwiększenie ciśnienia jest uzyskiwane poprzez zasysanie oraz tłoczenie objętości gazu w postaci kolejnych „porcji” przez element znajdujący się w części napędzanej. Sprężanie powietrza odbywa się w zamkniętej objętości. Ze względu na rodzaj ruchu który jest wykonywany przez element wyporowy sprężarki dzielą się na:

• sprężarki o ruchu posuwisto-zwrotnym (tłokowe)
• sprężarki o ruchu obrotowym (łopatkowe, zębate, wirnikowe).

Poniżej przedstawiono najbardziej typowe odmiany sprężarek wyporowych

1. Sprężarki tłokowe

Jedna z najbardziej rozpowszechnionych grup sprężarek stosowanych do wytwarzania sprężonego powietrza w przemysłowych instalacjach. Sprężarki tłokowe służą do uzyskiwania ciśnień wyjściowych w zakresie od 0,1 MPa (1 bar) do kilkunastu MPa (kilkadziesiąt bar).

Elementem ruchowym sprężarek jest napędzany tłok wykonujący ruchy posuwisto-zwrotne, zasysający powietrze atmosferyczne i sprężający je a następnie przesyłający do obszaru tłoczenia. Schemat konstrukcji sprężarki tłokowej przedstawia rysunek poniżej:

1 - Komora ssania sprężarki
2 - Komora robocza
3 - Obszar tłoczenia
4 - Tłok

2. Sprężarki wyporowe – membranowe

Sprężarki membranowe zwane również przeponowymi posiadają tłok poruszający membraną sprężające powietrze. Jest on oddzielony od komory sprężania. Brak jest kontaktu bezpośredniego ze sprężanym powietrzem w związku z czym nie jest ono zanieczyszczane olejem stosowanym do smarowania tłoka. Takie sprężarki znajdują zastosowanie tam gdzie wymagane jest powietrze o bardzo wysokiej czystości (przemysł farmaceutyczny, lakierniczy, spożywczy, chemiczny itp.). Budowę sprężarki membranowej ilustruje poniższy schemat:

1 - Tłok
2 - Membrana
3 - Komora sprężania

3. Sprężarki wyporowe obrotowe

Sprężarki wyporowe obrotowe konstrukcyjnie dzielą się ze względu na ilość wałów. Występują sprężarki z jednym wałem, dwoma wałami i z większą ilością wałów. Zasadą działania sprężarek obrotowych jest sprężanie porcji gazu w przestrzeniach roboczych o zmiennej objętości. Sprężarki wyporowe obrotowe dzielą się na następujące odmiany:

• sprężarki śrubowe
• sprężarki łopatkowe
• z dwoma wirnikami profilowymi (Roots’a)
• sprężarki z tłokiem obrotowym
• z pierścieniem wodnym

4. Sprężarki śrubowe

Sprężarki śrubowe są to urządzenia do wytwarzania sprężonego powietrza o dwóch obracających się wałach. Wały mają profil śruby i są asymetryczne względem siebie. Zasada działania oparta jest o powstawanie wewnętrznych komór roboczych, gdzie następuję sprężanie powietrza pomiędzy dwoma wirnikami o kształcie śruby. Powietrze w tych komorach przemieszcza się od strony ssania do kanału wylotowego.

Najważniejsze zalety sprężarek śrubowych to:

• wysokie wydajności
• brak zjawiska pulsowania ciśnienia i wydatku
• możliwość pracy w cyklu 24h
• stała wydajność oraz ciśnienie na wyjściu
• odzyskiwanie energii cieplnej
• cicha praca urządzenia
• pełna kontrola nad parametrami i czasem pracy
• niski pobór energii
• dzięki powstawaniu filmu olejowego pomiędzy współpracującymi wirnikami nie ma bezpośredniego styku powierzchni, co zwiększa trwałość urządzenia

1 - Kanał wlotowy
2 - asymetryczne wirniki śrubowe
3 - kanał tłoczenia

Zespół śrubowy

5. Sprężarki Roots’a – z dwoma współpracującymi profilowymi wirnikami
Rodzaj sprężarki w której rolę elementów ruchowych spełniają dwa napędzane wirniki profilowe. Cechą charakterystyczną tego typu sprężarek jest to, że powietrze przemieszcza się od wlotu do wylotu bez zmiany objętości. Przestrzeń robocza ma kształt współpracujących ze sobą wirników o kształcie krzywek, a przestrzeń od strony wlotu zwiększa się umożliwiając zasysanie powietrza. Od strony tłoczenia zmniejsza swoją objętość sprężając powietrze. Schemat poniżej ilustruje budowę sprężarki Roots’a.

1 - komora ssąca
2 - kształtowe wirniki
3 - komora tłoczenia

6. Sprężarki wyporowe łopatkowe

Sprężarka w której zwiększenie ciśnienia powietrza odbywa się w zmniejszających się komorach utworzonych jako przestrzeń pomiędzy suwliwie zamontowanymi na wirniku łopatkami a obudową sprężarki. Oś wirnika z zamontowanymi łopatkami jest przesunięta mimośrodowo względem osi korpusu. Podczas ruchu wirnika siła odśrodkowa dociska łopatki do ścianek korpusu uszczelniając komory robocze, które wraz z obrotem zmniejszają swoją objętość sprężając powietrze po stronie tłoczenia. Zwiększająca się objętość robocza od strony ssania pozwala na zasysanie powietrza. Na poniższym rysunku zamieszczono schemat sprężarki łopatkowej.

1 - kanał ssania
2 - mimośrodowy wirnik
3 - ruchome łopatki
4 - kanał tłoczenia

Do największych zalet sprężarek łopatkowych zalicza się:

• cichą pracę pozbawioną wibracji
• wysoką czystość uzyskiwanego sprężonego powietrza
• prostą konstrukcję łatwą w naprawie i konserwacji
• możliwość ciągłej pracy w reżimach 24 godzinnych w ustabilizowanej temperaturze
• brak łożysk kulkowych generujących hałas i mogących ulegać zużyciu

7. Sprężarki przepływowe

Sprężarki przepływowe działają wykorzystując zasadę przepływu strumienia powietrza i dzięki swojej konstrukcji są stosowane w instalacjach bądź urządzeniach wymagających bardzo dużego wydatku (natężenia przepływu). Odznaczają się przy tym dość niskim ciśnieniem na wyjściu. Elementem sprężającym powietrze jest obracający się z wysoką prędkością wirnik, którego geometria powoduje powstanie podciśnienia od strony zasysanego powietrza atmosferycznego. Sprężarki przepływowe dzielą się na dwie grupy: turbosprężarki gdzie elementem ruchomym jest wirnik a ukształtowanymi łopatkami, oraz sprężarki strumieniowe