Snabbsvar
- Två steg: lågtryckscylinder (stor) komprimerar till ca 2-4 bar, mellankylare sänker temperaturen, högtryckscylinder (liten) tar luften till sluttryck.
- Enstegs kolvkompressorer slutar normalt vid 8-10 bar; tvåstegs arbetar typiskt till 11-15 bar.
- Vid 10 bar blir den teoretiska sluttemperaturen ungefär 140 °C i stället för över 300 °C, och kompressionsarbetet ca 15 % lägre.
- Behövs för lastbils- och traktordäck, vissa industrimaskiner och när en stor tank ska lagra mycket luft.
- Känns igen på cylindrar med olika diameter och ett flänsat rör (mellankylare) mellan dem.
Tvåstegskompressorer är vanligast som remdrivna kolvkompressorer i bilverkstäder, lantbruk och däckverkstäder. Principen finns även i skruvkompressorer (tvåstegs skruvelement) för högre verkningsgrad, men i det här sammanhanget handlar det oftast om kolvmaskiner.
Så fungerar två steg
I ett enstegsblock sker hela tryckhöjningen i samma cylinder. I en tvåstegsmaskin delas den upp:
- Lågtryckssteget. En eller två stora cylindrar suger in atmosfärsluft och komprimerar den till ett mellantryck, typiskt 2-4 bar.
- Mellankylningen. Luften passerar ett flänsat rör eller en liten kylare i fläktens luftström och kyls ner mot omgivningstemperatur.
- Högtryckssteget. En mindre cylinder tar den förkomprimerade luften till sluttryck. Den är mindre eftersom luften redan har en bråkdel av sin ursprungliga volym.
- Efterkylning och tank. Luften går genom tryckröret och backventilen till tanken, ofta via en efterkylare på bättre maskiner.
Många tvåstegsblock har en egen säkerhetsventil på mellankylaren som öppnar om högtryckssteget skulle låsa sig, till exempel vid en trasig ventil. Den ska inte förväxlas med tankens säkerhetsventil.
Varför två steg ger mindre värme och lägre energi
Luft som komprimeras snabbt värms upp (se så fungerar kompression). Ju högre tryckkvot i ett enda steg, desto varmare och desto mer arbete per liter luft.
Räkneexempel: ett steg eller två steg till 10 bar
Insugsluft 20 °C (293 K), sluttryck 10 bar övertryck = 11 bar absolut. Tryckkvoten blir 11.
Ett steg: teoretisk (adiabatisk) sluttemperatur = 293 × 110,286 ≈ 582 K ≈ 309 °C. I verkligheten kyls cylindern en del, men 200-250 °C i tryckröret är inte ovanligt.
Två steg: optimal kvot per steg = √11 ≈ 3,3. Sluttemperatur per steg = 293 × 3,30,286 ≈ 413 K ≈ 140 °C, förutsatt att mellankylaren tar luften tillbaka till ca 20 °C.
Arbete: det teoretiska kompressionsarbetet blir ca 290 kJ per kg luft i ett steg och ca 240 kJ per kg i två steg med perfekt mellankylning, alltså cirka 17 % lägre. Med verklig, ofullständig mellankylning brukar besparingen hamna runt 10-15 %.
Kompressor Koll-analys: Temperaturen är minst lika viktig som energin. Kompressorolja börjar oxidera och bilda sot i ventiler och tryckrör när den utsätts för höga temperaturer under lång tid. Sotavlagringar i tryckröret är en känd brandrisk i kolvkompressorer som körs varmt. Att halvera temperaturen genom två steg är därför i första hand en livslängds- och säkerhetsfråga, och i andra hand en energifråga.
Enstegs eller tvåstegs: jämförelse
| Egenskap | Enstegs | Tvåstegs |
|---|---|---|
| Normalt maxtryck | 8-10 bar | 11-15 bar |
| Temperatur i tryckrör | Hög, ofta 150-250 °C | Lägre, ofta 100-150 °C |
| Avgiven/intagen luft vid 10 bar | ofta 50-60 % | ofta 65-75 % |
| Varvtal | 900-3 400 rpm | oftast 700-1 200 rpm |
| Inköp (ungefärligt) | Lägre | Högre, ofta från ca 15 000-20 000 kr för 400 V |
| Elmatning | 230 V eller 400 V | Nästan alltid 400 V |
När behövs en tvåstegskompressor?
- Lastbils-, buss- och traktordäck: däcktryck på 8-9 bar kräver att kompressorn ger mer än så vid verktyget. Läs om däckpumpning.
- Stora mutterdragare: 3/4" och 1" mutterdragare för tunga fordon mår bra av högre tanktryck så att reglerat tryck vid verktyget hålls även vid tryckfall i slangen. Se mutterdragare och däckbyte.
- Långa slangar eller rörsystem: ett högre tanktryck kompenserar för tryckfall, även om det är bättre att åtgärda själva tryckfallet.
- Mer lagrad luft: en 270-liters tank som får sjunka från 11 till 7 bar ger ca 1 070 liter fri luft, mot ca 530 liter mellan 8 och 6 bar. Med en tryckregulator får verktyget ändå jämnt tryck.
Tips: Högre tryck kostar energi, ungefär 6-8 % per extra bar. Behöver du bara 6 bar vid verktyget gör en tvåstegsmaskin mest nytta genom lägre temperatur och längre livslängd, inte genom att köras på maxtryck. Ställ in tryckvakten efter behovet, se ställa in tryckvakten.
Så känner du igen en äkta tvåstegsmaskin
En del kompressorer med två cylindrar är i själva verket enstegs: båda cylindrarna har samma diameter och pumpar parallellt direkt till tanken. En äkta tvåstegsmaskin har cylindrar med olika diameter och en ledning mellan dem, oftast ett flänsat kopparrör eller en kylslinga. På databladet ska det stå "tvåstegs" eller "two-stage", och maxtrycket är normalt 11 bar eller mer. Läs mer i läsa datablad.
Vanliga frågor
Är en tvåcylindrig kompressor alltid tvåstegs?
Nej. Många tvåcylindriga kompressorer har två lika stora cylindrar som arbetar parallellt i ett steg. De ger mer luft, men inte högre tryck eller lägre temperatur. En tvåstegsmaskin har en stor och en liten cylinder (eller två stora och en liten) med en mellankylare emellan. Titta på cylinderdiametrarna och efter ett rör mellan cylindrarna.
Behöver jag tvåsteg för däckbyte på personbil?
Nej. För personbilsdäck och en 1/2" mutterdragare räcker en enstegs kolvkompressor med 8-10 bar och tillräcklig luftmängd. Tvåsteg blir relevant för lastbils- och traktordäck, för tunga mutterdragare och när kompressorn ska gå långa pass med lång livslängd som mål.
Varför blir mellankylaren varm?
Luften från lågtryckssteget är uppvärmd av kompressionen, ofta till över 100 °C. Mellankylaren ska ta bort den värmen innan högtryckssteget. Den ska alltså vara varm vid inloppet och betydligt svalare vid utloppet. Är den lika het hela vägen är kylningen dålig: kontrollera fläkten och att flänsarna är rena.
Källor
- Atlas Copco: Compressed Air Manual (avsnitten om flerstegskompression och mellankylning)
- Kaeser Kompressoren: Compressed Air Engineering / Tryckluftsteknik, handbok
- US Department of Energy: Improving Compressed Air System Performance, A Sourcebook for Industry
Hittade du ett fel eller saknas något? Skriv till oss via kontaktsidan. Vi rättar sakfel och redovisar väsentliga ändringar på sidan Rättelser.