Компресор

Як вибрати компресор

Як правильно визначити потреба в стислому повітрі, як на підставі отриманих даних розрахувати оптимальні характеристики компресора, може компресор малої продуктивності, оснащений великим ресивером, замінити компресор більшої продуктивності з меншим ресивером, чим різняться вхідні і вихідні параметри компресора і як це враховують в розрахунках?

З чого почати

«Скажіть, у вас є компресор з пятидесятилитровым ресівером?» — нерідко з такого або подібного питань починається розмова покупця з менеджером. Після цього продавцю доводиться витрачати багато часу на те, щоб пояснити, що поставити таке питання — все одно що запитати, чи є в продажу автомобіль з чотирма колесами і що обсяг ресивера ніяк не може бути відправною точкою при виборі компресора. З чого ж потрібно виходити, роблячи вибір? Виходити потрібно з потреб. Думка не дуже оригінальна, але справедлива, причому справедлива при виборі будь-якого обладнання. Оскільки найкраще про свої потреби обізнані ми самі — за нами і перше слово. Перед тим, як нанести візит, потрібно по можливості більш точно підрахувати кількість споживачів стисненого повітря, визначити їх робочі параметри (тиск і номінальний витрата повітря) і передбачуваний режим роботи. Робочі параметри пневмоінструменту або пневмообладнання зазначаються в паспорті. Якщо з якихось причин ця інформація відсутня, можна у своїх колег або будь-якого продавця пневмообладнання з'ясувати характеристики аналогічних пристроїв. Як правило, можлива невелика помилка не буде фатальною. Для довідки ми наводимо параметри найбільш часто застосовується на практиці інструменту. Зрозуміло, що пневмоінструмент використовується в роботі не постійно, а час від часу, відповідно змінюється поточне воздухопотребление. Для визначення характеристик компресора орієнтуються на усереднене значення потреби в стислому повітрі. Щоб її розрахувати, потрібно, виходячи з досвіду експлуатації і знання технології планованих робіт, уявити, якими будуть тривалість і періодичність між включеннями інструменту, чи можлива одночасна робота декількох пристроїв і яких. Сказане стосується тих, хто вперше набуває компресор. Якщо ви вже використовуєте джерело стисненого повітря, який з якихось міркувань не задовольняє потребам вашого підприємства, наприклад, у зв'язку із зростанням кількості споживачів або збільшеною інтенсивністю робіт, потрібно знати технічні характеристики використовуваного компресора, включаючи обсяг ресивера, а також сформулювати конкретні претензії до його роботи. Наприклад, якщо компресор не забезпечує необхідний витрата повітря, що часто призводить до перерв у роботі, слід експериментально встановити, за який період часу тиск у ресивері падає нижче допустимого рівня.

Поршневий компресор

Існують різні типи компресорів, що використовуються в техніці в якості джерел стисненого повітря. В компресорах цього типу повітря стискається в замкнутому просторі циліндра в результаті зворотно-поступального руху поршня. Конструктивно вони являють собою агрегат, що включає компресорну головку, електропривод, ресивер і пристрій автоматичного регулювання тиску (пресостат). Популярність поршневих компресорів визначається їх невисокою вартістю, прийнятними масогабаритними показниками, простотою в експлуатації і обслуговуванні та вихідними характеристиками, здатними задовольнити потреби практично будь-якого підприємства. До основних характеристик компресора відносяться два параметра — максимальний тиск (Pmax) і об'ємна продуктивність або подача (Q). Більшість пропонованих сьогодні на ринку компресорів розвивають тиск, що перевищує потреби стандартного пневмообладнання і інструменту. На ринку представлені компресори з максимальним тиском 6, 8, 10, 16 бар. Нагадаємо, що номінальний робочий тиск фарбувальних пістолетів — 3-4 бар, пневмоінструменту — до 6,5 бар. Виняток становить пневмопривод шиномонтажних верстатів, для якого багато виробників рекомендують використовувати стиснене повітря при тиску 8-10 бар. Втім, практика показує, що пневматика шиномонтажного обладнання надійно працює при використанні 8-барного компресора. Що ще потрібно враховувати, визначаючи максимальний тиск, що розвивається компресором? По-перше, слід мати на увазі, що система автоматичного регулювання тиску всіх компресорів налаштована таким чином, що забезпечує підтримання тиску в ресивері з допуском -2 бар від максимального значення. Це означає, що в процесі роботи компресора з Pmax=8 бар тиск на виході може змінюватися в діапазоні від 6 до 8 бар, у 10-барного, — відповідно, від 8 до 10 бар. Заводські регулювання пресостату можуть бути змінені користувачем тільки в бік зменшення мінімального тиску. По-друге, необхідно враховувати, що наявність протяжних пневмомагистралей до споживачів стисненого повітря викликають падіння тиску в лінії. При помилках у проектуванні пневмомережі (застосування труб малого діаметра, використанні водопровідних запірних пристроїв, нераціональної прокладання магістралей і т. д. ) воно може досягати істотної величини і стати причиною неефективної роботи пневмообладнання. Щоб уникнути можливих неприємностей в таких випадках, потрібно віддати перевагу компресора з більш високим максимальним тиском. Деякий запас по тиску корисний і з іншої точки зору. Чим вище тиск, що розвивається компресором, тим більшу масу повітря він може закачати в ресивер і тим більший час останній буде спорожнятися до мінімально допустимого тиску, забезпечуючи компресора час для відпочинку. До речі, про відпочинок: а чи потрібен він залізного компресора? У відповіді на це питання криється ключ до розуміння особливості робочого процесу в поршневому компресорі. Враховуючи її, визначають найважливішу характеристику компресора — продуктивність.

Режим роботи поршневого компресора

Стискаючись в циліндрі поршневого компресора, повітря нагрівається. На виході з одноступінчатого компресора його температура перевищує 150 °С. При цьому частина тепла поглинається деталями і елементами конструкції головки компресора, що призводить до підвищення їх температури і зміні теплових зазорів у вузлах тертя. Якщо не забезпечити відвід тепла, голівка не встигає охолоджуватися. Наслідки уявити нескладно: температура змащувань вузлів зростає вище допустимого рівня, повністю вибираються теплові зазори, гаряче масло, що подається до пар тертя розбризкуванням, не тримає «масляний " клин». У «кращому» випадку це загрожує прискореним зносом механізму компресора, в гіршому — негайним виходом з ладу в результаті заклинювання. Це враховується при проектуванні компресора. Для забезпечення тепловіддачі застосовують примусове охолодження компресорної головки — обдув повітрям. Як нагнітача зазвичай використовується вентилятор електродвигуна або шків колінчастого валу компресора. Щоб підвищити ефективність охолодження, корпус головки виготовляють зі сплавів з високою теплопровідністю і роблять оребренным. Такі заходи найбільш прості і дешеві, але недостатні для того, щоб забезпечити тривалу безперервну роботу поршневого компресора. Тому поршневий компресор спочатку розраховується на експлуатацію зі строго визначеною шпаруватістю, що передбачає обов'язкову наявність перерв, необхідних для нормалізації теплового режиму головки. Кількісно режим експлуатації оцінюється коефіцієнтом внутрисменного використання (Кві), що показує, яку частину часу компресор здатний працювати безперервно. Вітчизняний стандарт визначає три види режимів роботи компресора: короткочасний (Кви = 0,15), нетривалий (Кви = 0,5) і тривалий (Кви = 0,75). Здатність довше працювати в безперервному режимі означає в кінцевому рахунку більшу надійність і ресурс техніки. Вона досягається використанням більш досконалих матеріалів і схемних рішень, великих запасів міцності конструктивних елементів, що, природно, відбивається на вартості продукції. В залежності від допустимого режиму експлуатації, а також вихідних характеристик зарубіжні виробники поділяють свою продукцію на кілька серій: хобі (професійну), професійну і промислову. Про те, чим вони принципово відрізняються, ми розповімо далі. Як забезпечується необхідний режим експлуатації компресора? Насамперед, розраховуючи його об'ємну продуктивність, потрібно дотримати правильний баланс між цією найважливішою характеристикою і середнім воздухопотреблением. Ці параметри пов'язані між собою через коефіцієнт, що залежить від класу компресора, який більше одиниці для компресорів всіх серій. Це означає, що подача компресора повинна бути завжди більше, ніж середнє воздухопотребление. Виробляючи стисненого повітря більше, ніж витрачається, компресор сам створює для себе заділ, який дозволяє йому час від часу «розслаблятися». Величина запасу по продуктивності тим більше, чим нижче положення, займане компресором в «табелі про ранги». Віддавши перевагу більш дешевій техніці (наприклад, напівпрофесійної серії), необхідно закласти в розрахунки більший запас по продуктивності. Функцію зберігання запасеного стисненого повітря виконує ресивер, а в разі розгалуженої пневмомережі — також і внутрішній обсяг магістралей. У цьому полягає найважливіша роль ресивера поряд з демпфіруванням пікових навантажень, згладжуванням пульсацій тиску і охолодженням стисненого повітря. Може скластися думка, що чим більше ємність ресивера, тим легше життя компресора. Ця думка помилкова. Справа в тому, що для наповнення ресивера до максимального тиску, коли автоматика пресостату відключає компресор, потрібен час, і чимала. При необгрунтованому збільшенні обсягу ресивера компресор буде працювати безперервно на його заповнення, виходячи з допустимого режиму роботи. Обсяг ресивера пов'язаний як з продуктивністю компресора, так і з характером воздухопотребления. З цієї причини компресорна головка однієї продуктивності може комплектуватися ресиверами декількох типорозмірів, обсяг яких відрізняється в кілька разів. У середньому обсяг ресивера такий, що компресор здатний наповнити його за 3-4 хв. Якщо потреби в стислому повітрі приблизно рівномірні по часу, то в цілях економії коштів можна обмежитися мінімальним ресивером. Якщо можливі пікові навантаження, краще віддати перевагу більший. Отже, грамотно вибрати компресор для заданого воздухопотребления означає визначити його продуктивність і обсяг ресивера таким чином, щоб при експлуатації даний компресор працював в режимі внутрисменного використання, на який він розрахований. Невідповідність режиму роботи паспортному значенню призводить до неефективного використання компресора, або до скорочення його ресурсу і передчасного виходу з ладу. Як згадувалося, поршневих компресорів, що мають Кві = 1, в природі не існує. Тому, якщо ваш компресор протягом зміни «молотить» без перекурів — це вірна ознака того, що він підібраний неправильно і незабаром вийде з ладу.

Особливості розрахунку

Приступаючи до розрахунку характеристик компресора, корисно знати наступне. Маса повітря, що перекачується компресором в одиницю часу, — величина постійна і залежить від його конструктивних особливостей. Однак продуктивність прийнято визначати не в масових, а в об'ємних величин, що часто призводить до плутанини і помилок у розрахунках. Справа в тому, що повітря, як і інші гази, стискаємо. Це означає, що одна і та ж маса повітря може займати різний обсяг в залежності від тиску і температури. Точна взаємозв'язок між цими величинами описується складною степеневою залежністю або рівнянням политропы. У разі компресора, що сповнює ресивер, це означає, що з ростом тиску в ресивері (на виході компресора) його об'ємна продуктивність зменшується. Якщо об'ємна подача компресора — змінна часу, — яка ж цифра вказується в технічних характеристиках? Згідно ГОСТ, продуктивність компресора — це об'єм повітря, що виходить з нього, перерахований на фізичні умови всмоктування. У більшості випадків фізичні умови на вході в компресор відповідають нормальним: температура — 20 °С, тиск — 1 бар. ГОСТ також допускає можливість відхилення реальних характеристик компресора від зазначених в паспортних даних на величину ±5%. До речі, на нормальні умови перераховують і параметри споживачів стисненого повітря, щоб привести їх до спільного знаменника з характеристиками джерела. Тому номінальний витрата 100 л/хв означає, що при робочому тиску пневмоінструмент за хвилину споживає таку кількість повітря, яке при нормальних умовах зайняло б обсяг, рівний 100 літрів. Зарубіжні виробники, не знайомі зі змістом наших Гостів, визначають продуктивність своєї продукції інакше, що часом призводить до помилок. В паспортних даних на імпортну техніку вказується теоретична продуктивність компресора (продуктивність по всмоктуванню). Теоретична продуктивність визначається геометричним об'ємом повітря, яке поміститься в робочій порожнині компресора за один цикл всмоктування, помножений на кількість циклів в одиницю часу. Вона відрізняється від реальної, вихідний, в більшу сторону. Відмінність враховується коефіцієнтом продуктивності (Кпр), що залежать від умов всмоктування і конструктивних особливостей поршневого компресора — втрат у всмоктувальних і нагнітальних клапанах, наявності недовытесненного, «мертвого», об'єму, що призводять до зменшення наповнення циліндра. Для компресорів професійної серії коефіцієнт продуктивності може складати величину від 0,6 до 0,7, причому великі значення відповідають більшій подачі. Відмінності характеристик, розрахованих по входу і на виході, можуть досягати істотної величини. Може, це і є причиною того, що лукаві іноземні виробники вказують дані по всмоктуванню, — вони виглядають значно солідніше. В хороших магазинах продавці, як правило, мають дані як вхідних, так і вихідних характеристик професійних імпортних компресорів. Для продукції побутової серії таких даних не призводить ніхто, хоча з практики відомо, що реальний «вихід» побутових компресорів ледь перевищує 50% від заявленої теоретичної продуктивності. Точний розрахунок характеристик поршневого компресора складний і пов'язаний з рішенням статечних рівнянь. Приводиться методика вибору компресора містить спрощені співвідношення, які тим не менш дають невелику похибку, і дозволяє правильно визначити його параметри. Зверніть увагу, що в ній визначається теоретична продуктивність компресора (по входу). Щоб перерахувати отримані дані на «вихід» (в разі розрахунку вітчизняного компресора), потрібно результат зменшити на 30-40%. Отже, правильно визначивши вихідні дані і виконавши кілька математичних обчислень, можна зрозуміти, якими характеристиками повинен володіти компресор. Однак потрібно вибирати конкретну техніку, а не характеристики.

Номінальні параметри пневмообладнання

| Інструмент | Бар | Витрата повітря,
(л/хв) | Коефіцієнт використання,
(Ки) |

Методика розрахунку характеристик компресора

Крок 1. Розрахунок воздухопотребления. Визначається склад споживачів стисненого повітря і їх номінальна витрата повітря (Gi). Періодичність роботи враховується застосуванням у розрахунках отриманого досвідченим шляхом коефіцієнта використання пневмообладнання (Киі), рівного відношенню тривалості їх роботи до тривалості зміни. G (л/хв) = G1И1+G2Ки2+ ...

Крок 2. Розрахунок теоретичної продуктивності компресора (по входу). Qвх (л/хв) = G*b, b — коефіцієнт запасу продуктивності, залежить від класу компресора і максимального тиску, що визначається по таблиці:

Максимальний тиск Pmax (бар)

Щоб отримати значення вихідної продуктивності (необхідно при виборі вітчизняного компресора), отримані дані потрібно зменшити на 30-40%.

Шаг 3. Определение объема ресивера V (л) = G t Кпр / 60 DP, DP — диапазон регулировки давления в ресивере (мин. значение — 2 бар); t — допустимое время (сек), за которое давление в ресивере падает от максимального до минимального (рекомендуется от 30 сек и более в зависимости от требований к пневмосети); Кпр — коэффициент производительности компрессорной головки (для одноступенчатых — 0,65, для двухступенчатых — 0,75).

Если у вас уже есть компрессор, который не обеспечивает ваши потребности.

Крок 1. Хронометрированием експериментально визначаємо найменше значення t — час (с), за який тиск в ресивері падає від максимального до мінімального (час між остановом і включенням компресора).

Крок 2. Розраховуємо реальне воздухопотребление за формулою: G = 60 V DP / t Кпр, V — об'єм ресивера (л); DP — діапазон регулювання тиску в ресивері (мін. значення — 2 бар); Кпр — коефіцієнт продуктивності компресорної головки (для одноступеневих — 0,65, для двоступеневих — 0,75).

Крок 3. Використовуючи отримані дані, перераховуємо характеристики компресора згідно з методикою.

Якщо у вас вже є компресор, який не забезпечує ваші потреби.

Определите, за какое время импортный компрессор профессиональной серии с Рмаx = 8 бар и производительностью Qвх = 200 л/мин накачает ресивер объемом 100 л до давления 8 бар.
Вариант 1. Если вы не читали статью или делали это невнимательно, вы получите такой, казалось бы, очевидный, но абсолютно неправильный ответ: t = V / Qвх = 100 / 200 = 0,5 (мин).
Вариант 2. Если вы усвоили кое-что из прочитанного, то, пересчитав формулу, использовавшуюся для определения объема ресивера, относительно t, получите: t = 60 V DP / Q Кпр = 60 100 8 / 200 * 0,6 = 400 (с) = 6,7 (хв) (Кпр прийнятий рівним 0,6, так як продуктивність низька).

Як бачите, ігнорування теорії може призвести до помилки більш, ніж у 13 разів!