Як грамотно підібрати компресор?

Стиснене повітря — це не самоціль, це джерело енергії для Вашого пневмообладнання. Зазвичай, на промисловому підприємстві є найрізноманітніші технологічні процеси, де необхідне стиснене повітря.

Типова нинішнє підприємство промисловості (зокрема машинобудування) складається з таких основних цех або ділянок, а отже, з споживачів стисненого повітря:

• Літійний пневмоперемикачі самих печей, різного роду пневмоінструмент (наприклад, пневмотрамбовки), пневмозатискачі, піскоструминні камери.
• Кузначно- циліндри молотів, різного роду пневмозатискачі, пневмоінструмент.
• Штамповковий- циліндри штампів, різного роду пневмозатискачі, пневмоінструмент
• Механічної обробки — різного роду пневмозатискачі, пневмоінструмент
• Гальванічний-барбатаж рідин, різного роду пневмозатискачі, пневмоінструмент
• Барвистий — піскоструминні, фарбувальні та сушильні камери, різного роду пневмозатискачі, пневмоінструмент
• Збірковий-пневмоінструмент

Природно можливі варіанти. На великих підприємств є весь спектр наданої схеми, на невеликих — немає частини або взагалі складається з одного типу технологічного перероблення. Можливо, також використання пневмотранспортування (наприклад, на спичкових фабриках або заводах залізобетонних виробів), але суть від цього не змінюється. Отже, за такого різноманіття споживачів стисненого повітря, як розрахувати потребу в ньому?

Насамперед користуючись паспортними даними обладнання. Якщо даних із пневмообладнання немає (зазвичай, явище на промислових підприємствах, тому що в кожному цеху є свій механік або енергетик, який відповідає за обладнання, а в службі головного інженера склепінних даних зі споживаного обладнанням повітря просто немає). Зібрати ці відомості інодіміле завдання для служби головного інженера, яка зайнята іншими проблемами, то можна взяти за аналогією й великої помилки в цьому не буде. Деякі параметри типового обладнання наведені в Застосунки 1.

Зрозуміло, що пневмообладнання використовується в роботі не безперервно, а час від часу, відповідно змінюється поточне повітроспоживання. Для визначення характеристик компресора орієнтуються на усередне значення потреби в стиснутому повітрі. Щоб її розрахувати, потрібно, з огляду на досвід експлуатації та знання технології планованих робіт, уявити, які будуть тривалість і періодичність увімкнення обладнання, чи можливо увімкнення одночасно декількох пристроїв і яких. По суті справи всю систему промислового підприємства загалом необхідно розбити на підсистеми (локальні зони), які входять до єдиного технологічного процесу та використовують одночасно стиснене повітря.

Ось типовий приклад одного з підприємств Санкт-Петербурга.

На підприємстві є штампувальний цех, у якому є 3 зони загальним споживанням 15 м³/хв і необхідним робочим тиском 4,5 атм. У зв'язку з тим, що повітря подається з центральної компресорної станції, яка розташована на відстані 1200 м від цеху, з урахуванням втрат у повітропровіді та запірній арматурі, у цей цех подається 25 м³/хв стисненого повітря тиском 9 атм. У приміщенні цеху встановлений ресивер для згладжування пікових навантажень і пульсацій від поршневої компресорної станції. Центральна компресорна станція водяного охолодження, є насосна станція, оборотний водопостачання і градирня.

Унаслідок обстеження підприємства фахівцями встановлено таке:

1. Сумарне споживання стисненого повітря 1 ділянкою становить 9 м³/хв. Загальний час його роботи в зміну становить 6,5 години. Водночас усе обладнання працює одночасно.
2. Сумарне споживання стисненого повітря 2 ділянками становить 4 м³/хв. Загальний час його роботи впродовж робочої зміни становить 3,5 години. Водночас преси 10, 11 і 12 вмикаються епізодично, і їхня робота займає не більш ніж 30 хвилин у робочу зміну.
3. Сумарне споживання стисненого повітря 3 ділянками становить 5 м³/хв. Загальний час його роботи впродовж робочої зміни становить 4 годин.
4. Є пневмоінструменти з сумарним споживанням стисненого повітря на рівні 1 м³/хв і непередбачуваним режимом роботи.
5. За цехом прокладена повітряна магістраль діаметром 100 мм, є запірна арматура, загальна довжина магістралі 210 м.

За підсумками проєкту було запропоновано:

Розбити пневмомережа цеху на два локальні ділянки для виробничої ділянки 1 і для виробничих ділянок 2 і 3.

Для локальної ділянки 1 встановити компресор (або 2 компресори) сумарною продуктивністю:

V= a*b*f*9=1,1*1,1*0,9*9=9,8 м³/хв, де
а - коефіцієнт витоку повітря в мережі для коротких відстаней (до 100 м) дорівнює 1,1
b — коефіцієнт зносу обладнання приблизно дорівнює 1,1
f — коефіцієнт Одночасності роботи обладнання, для цієї ділянки становить 0,9.

Для ділянок 2 і 3 запропоновано встановити два компресори продуктивністю по 5 м³/хв (виключно для резервування).

Унаслідок здійснення проєкту:

1. Соєві витрати на отримання стисненого повітря зменшилися на 42%.
2. Весь проєкт окупився впродовж 5 місяців.

На основі чого проводилися розрахунки?

Насамперед на основі скрупульозного збирання даних, систематичнизації й після цього на основі базової методики розрахунків підготовлених фахівцями та наведеного в Застосунки 1.

Можна ознайомитися з ще одним прикладом розрахунку витрати повітря, вироблений нами недавно для локальної повітряної мережі ТОВ "Петропрофіль" (г.С-Петербург).

Є чимале різноманіття компресорних установок, призначених для промислових цілей.

Залежно від конструкції самого компресорного блока розрізняють такі типи компресорів загального призначення:

1. Об'ємної дії, а саме:

a) Діафрагмінні

b) Поршневі

c) Гвинтові

d) Пластинчасто-роторні

2. Динамічної дії:

a) Центробігові

b) Турбокомпресори.

Кожен із них розрахований на певні параметри роботи, які в компресорній техніці характеризуються робочим тиском і продуктивністю.

У зоні малої продуктивності (до 50 м³/хв) найбільше поширення знайшли гвинтові та поршневі компресори. В зоні від 100 м³/хв і вище застосовуються відцентрові та турбокомпресори. Область от 50 м³/хв до 100 м³/хв міцно утримують поршневі компресори. В зоні надмалої продуктивності (до 10 л/хв) найбільш застосовані діафрагмінні компресори. Безумовно, найпоширенішими в нашій країні є поршневі компресори, які сьогодні активно витісняються гвинтовими (виначе звані роторними) компресорами. Якщо 30 років тому гвинтові компресори були досить екзотичними для нашої країни, то зараз вони міцно утримують позиції в галузі продуктивності від 4 до 120 м³/хв, а у світі мають тенденцію до розширення продуктивності — зараз випускаються гвинтові компресори від 0,2 м³/хв до 180 м³/хв. Пояснюється це передусім довговічністю гвинтового компресорного блока, його високою надійністю й малими габаритами.

У світовому компресородінні гвинтові компресори отримали активний розвиток із середини 50-х до середини 60-х років ХХ століття.

Зупинимо тільки на двох типах компресорних установок найпопулярніших на сьогодні у промисловості — поршневих і гвинтових.

Поршневі компресори.

І далі мають популярність у нашій країні завдяки традиції. Основна маса промислових підприємств була обладнана цими компресорами в радянський час, працівники підприємств їх добре знають, як їх обслуговувати та ремонтувати та змінювати щось не відчувають жодного бажання. Та й система підготовки фахівців-компресорників орієнтована переважно на потреби 20-річної давності, у яких не було альтернативи поршневим компресорам.

У компресорах цього типу повітря стискається в замкнутому просторі циліндра внаслідок зворотно-поступального руху поршня. Конструктивно вони являють собою машину, що містить сам компресорний блок, електропривод, ресивер і пристрій автоматичного регулювання тиску. 

Є поршневі компресори з одним або декількома циліндрами, з V-подібним або з W-подібним розташуванням циліндрів. До того ж критерієм відмінності є кількість ступенів стиснення.

Рис.: Дві ступені стиснення в поршневому компресорі.

1: Фільтр на всмоктуванні
2: Впускной клапан
3: Випускний клапан
4: Перший ступінь стиснення
5: Міжступеневий рефрижератор
6: Другий ступінь стиснення
5: Колінчастий вал.

Додатково обладнується системою водяного охолодження, яка сама собою є досить складною — замкнутим обертовим циклом, насосна станція, часто градирня.

До основних характеристик компресора належать два параметри — номінальний робочий тиск P і об'ємна продуктивність або подавання Q. Більшість компресорів, що виробляються сьогодні, розвивають тиск, що перевищує потреби стандартного пневмообладнання та інструмента. На ринку представлені компресорні пристрої з максимальним тиском 6, 8,10,13 атм (в іншій термінології бар). Особливе місце в сімействі поршневих компресорів займають компресори високого тиску (до 4000 барів і навіть вище...) 

1. Треба мати на увазі, що система автоматичного регулювання тиску всіх компресорів налаштована в такий спосіб, що забезпечує підтримку тиску в ресивері з допуском — 2 атм від максимального значення. Це означає, що в процесі роботи компресора з Pmax = 8 атм тиск на виході може змінюватися від 6 до 8 атм. Заводські регулювання можуть бути змінені тільки в сторону зменшення мінімального тиску.

2. Необхідно враховувати, що наявність протягнених пневмомагістралей до споживачів стисненого повітря викликають падіння тиску в лінії. У разі помилок у проєктуванні пневмомережі (застосування труб малого діаметра, використання водопровідних запірних пристроїв, нераціональної прокладки магістралей тощо) воно може досягати істотної величини та стати причиною неефективної роботи пневмооборудования. Щоб уникнути можливих неприємностей у таких випадках, потрібно віддати перевагу компресору з вищим максимальним тиском (або точніше порахувати можливі втрати в трубопроводах).

З огляду на це випливає, що як універсальне джерело стисненого повітря можна використовувати компресор максимальним тиском 8 атм.

Гвинтові компресори.

У поршневих компресорах реалізується циклічний принцип стиснення. Упродовж робочого циклу фаза стискання періодично чергується з фазою впуску повітря. Така періодична робота не дуже вигідна, тим більше, що вона призводить до пульсації тиску на виході компресора (це одна з причин для чого потрібен ресивер під час використання поршневого компресора). Ці вади до пори "прощалися" поршневим компресорам, оскільки вони компенсувалися багатьма перевагами, зокрема відносною простотою й дешевизною. Однак мононії поршневих пристроїв у справі повітронагнітання прийшов кінець.

Досягнення в галузі технології металообробки дали змогу створити доступну за ціною альтернативу — гвинтовий компресор. Багато в чому він є антиподом поршневого компресора.

Стиснення повітря в гвинтовому компресорі відбувається безперервно. Температура нагнітного повітря змінюється несуттєво, характеристика процесу стиснення максимально наближається до ізотерми. Внаслідок цього ККД гвинтового компресора вище.

Гвинтові компресори належать до класу ротаційних компресорів. У цих компресорах зниження тиску, необхідне для всмоктування повітря, досягається завдяки обертанню гвинтів. Одно- і двоступеневі ротаційні компресори найпоширеніші на ринку. Великою перевагою більшості компресорів цього класу є балансування обертових мас, що дає змогу встановлювати їх без використання спеціального фундаменту, внаслідок незначного рівня вібрації.

Конструкція гвинтового блока компресора, описаного вище, складається з двох роторів, розташованих паралельно. Один із них має опуклий профіль гвинта, а інший увігнутий гвинтовий профіль. Ці профілі обертаються в зачіпанні. Під час обертання повітря стискається між профілями внаслідок різної кількості зубів ротора, відповідно до принципу витікання. Цей процес може бути розділений на чотири фази (див. нижче).

1 фаза:
Повітря надходить у компресорний блок через вхідний отвір. Півостості між зубами роторів заповнюються повітрям, що в якомусь ступені схожий на такт впуск поршневого компресора.

2-я і 3 фази:
Коли ротори, обертаючись, з'єднуються з впускним отвором, вони утворюють замкнутий об'єм між зубами гвинтів і корпусом компресорного блока. Замкнутий зон зменшується в об'ємі внаслідок обертання роторів; повітря стискається в замкнутому об'ємі. Стиснення в замкнутому об'ємі триває доти, поки замкнута зона, що поступово зменшується в розмірі, не з'єднається з випускним отвором.

4-тя фаза:
Стиснене повітря витісняється з компресорного блока в лінію нагнітання.

У той час як поршневий компресор вимагає періодичного відпочинку, гвинтовий розрахований на стаціонарний режим роботи, зупинки для нього небажані. Гвинтовий компресор рівної продуктивності компактніший, має на 10-12 дБ менший рівень звукового тиску. Якість повітря з погляду концентрації частинок води та олії — вища, експлуатаційні витрати — нижчі.

За надійністю гвинтовий компресор не складе з поршневим. На його "серці" — гвинтову пару фірма Renner-Kompressoren, наприклад, дає гарантію до 40 000 мотогодин і основною причиною можливого виходу з ладу за таких гігантських запасів за моторесурсом, зазвичай, є ресурс підшипників. У нашій практиці бували й такі випадки, коли термін експлуатації гвинтового компресора Renner-Kompressoren становить 60 000 мотогодин і вище.

Конструктивно гвинтовий компресор простіший поршневого, проте набагато складніше в технології виготовлення. Він має циркуляційну систему змащення й охолодження, оливо-виробник, забезпечений автоматичною системою керування. По суті — це автоматична станція підготовки стисненого повітря.

Чому ж за таких переваг гвинтові компресори досі не прискорили поршневі? Чому донедавна не спостерігалося розвитку локальних пневмомережів насамперед на великих підприємствах?

Відповідь на це питання лежить на поверхні. Насамперед через психологічні особливості людей і "здорового" консерватизму. Адже для того, щоб бути готовим до заміни однієї техніки на іншу, потрібно мати певні знання в цій галузі. А дух новаторства сьогодні є в промисловості вкрай несуттєво. Загублена система ознайомлення з науково-технічною інформацією (наприклад, регулярне читання булизня БІНТ), з новинками техніки знайомляться тільки коли стане зовсім гаряче, коли проблема загрожує повним зупинкам виробництва. Багато інженерів просто не знають, чим гвинтові компресори відрізняються від поршневих.

Друга причина — у страху людей втратити робочі місця. Адже "покая я командую відокремленою ділянкою, наприклад, паросиловим цехом, я — шанована людина. У мене своє господарство, свій персонал, без моєї участі неможлива робота всього заводу. Ким я стаю, якщо зміню нову техніку, та не в єдиному місці, а по всьому підприємству, чим командуватиму і, взагалі, потрібен я буду?"

Третя й остання причина — те, що з радянських часів залишився дуже великий обсяг запасних частин для компресорної техніки.

Сьогодні приходить розуміння, що ці причини не триватимуть нескінченно, приходять нові менеджери, перенавчаються старі, підприємства перебудовуються на сучасний ритм життя, і сподіваємося, що ця робота допоможе в правильному та обґрунтованому виборі.

Ми допоможемо Вам у розв'язанні проблем щодо добору правильного обладнання для вироблення стисненого повітря та його підготовки.