Все, кто столкнулся с деятельностью промышленных предприятий, знают важность применения компрессорного оборудования для этих компаний. Это, действительно, актуально, достаточно просмотреть объявления о приобретении и реализации такого рода изделий в печатных изданиях и интернете и понять, что эта продукция действительно востребована на рынке. Без компрессоров на сегодняшний день не обходятся промышленного, торгового предприятия, и многих других организаций. В бытовых условиях часто используются такие изделия, как например, компрессор гаражный, который серьезно помогающий заботиться о чистом воздухе в гараже. Однако, это не главная особенность компрессорных систем, которые могут применяться в промышленных комплексах и жилых домах.

Разработанные и получившее некоторое применение в девятнадцатом веке компрессоры, без трудностей завоевали определённые позиции в различных промышленностях, несмотря на то, что подобные приспособления были известны человечеству в древности. Даже разработанные двести и более лет назад компрессорные установки, практически не отличаются от тех, что выпускаются в настоящее время. Конечно же, современные системы являются более производительными, эффективными и привлекательными, но принцип их работы остался без изменений. В настоящее время, существует множество компрессорных установок различных вариантов, из-за широкой области их применения в различных отраслях жизнедеятельности человека.

Как выбрать компрессор

Прежде чем выбирать компрессор, нужно определиться с его конкретным назначением и с условиями его эксплуатации. В зависимости от того, для какого оборудования вы будете его использовать, и в каком режиме компрессор будет работать, следует выбирать тип компрессора.

Производительность

Наиболее важным критерием при выборе компрессора служит его производительность. Не стоит покупать самый производительный и дорогой компрессор, если ваше пневматическое оборудование в нем не нуждается. Тщательно изучите технические данные оборудования. Если вы будете подключать к новому компрессору несколько устройств, то просуммируйте общую потребность и в зависимости от нее выбирайте компрессор нужной производительности. При этом нужно помнить, что для обеспечения надежной работы компрессора его следует загружать не более чем на 70 процентов от максимального показателя. Поэтому покупайте компрессор с запасом, то есть на 100-200 л/мин свыше требуемой производительности.

Рабочее давление

Следующим параметром при выборе компрессора является рабочее давление. Давление указывается в техническом паспорте каждого устройства. Перед выбором компрессора следует установить, какое рабочее давление требуется для работы вашего пневматического оборудования. Как правило:

Листы ГТД распределяются следующим образом:

Все виды компрессоров имеют стандартные показатели рабочего давления: 6, 8, 10, 16 бар. Следует помнить, что в техническом паспорте компрессора указывается его максимальное давление и что при подключении к пневмосети нескольких приборов возможны некоторые колебания и даже потери давления по пути от компрессора к пневматическому оборудованию. Поэтому лучше брать компрессор с рабочим давлением, немного выше требуемого вашему оборудованию.

Воздухосборники (Ресиверы)

Компрессоры могут комплектоваться ресивером (воздухосборником) малого, среднего и большого объема, в котором накапливается избыток сжатого воздуха. Ресивер служит для охлаждения подаваемого воздуха и сглаживания скачков давления. Если потребление воздуха вашим оборудованием идет равномерно, то будет достаточно минимального ресивера. Если же воздух используется порционно, лучше взять компрессор с большим ресивером.

Сравнение типов

Если у Вас имеется необходимость подачи постоянной бесперебойной подачи сжатого воздуха в течение продолжительного периода времени, нужно остановить свой выбор на винтовом компрессоре. Если оборудование работает с перерывами, то вам может подойти более удобный и дешевый вариант — поршневой компрессор. При сравнении поршневых и винтовых компрессоров следует отметить, что оба вида достаточно надежны и неприхотливы. Но, службы винтового компрессора в 4 раза превышает срок службы устройства на базе поршневой компрессорной головки, это, впрочем, существенно сказывается и на их цене. Поршневые компрессоры требуют более частого проведения профилактических и технических работ. Поршневые компрессоры различают масляные и безмасляные. Безмасляные имеют достаточно низкий ресурс. Следовательно, лучше взять поршневой компрессор с масляным наполнением, в случае, если вам требуется абсолютно чистый сжатый воздух, то использовать дополнительную систему очистки воздуха. Более надежные, сбалансированные, и производительные винтовые компрессоры в основном применяются на производстве. В то время как более дешевые поршневые компрессоры нашли свое применение в быту, в малых промышленных цехах, гаражах и других местах.

Гаражный компрессор

Существуют различные типы компрессоров, используемые в технике в качестве источников сжатого воздуха. В настоящее время в автосервисной практике находят применение в основном поршневые устройства. В компрессорах этого типа воздух сжимается в замкнутом пространстве цилиндра в результате возвратно-поступательного движения поршня. Конструктивно они представляют собой агрегат, включающий компрессорную головку, электропривод, ресивер и устройство автоматического регулирования давления.

Популярность поршневых компрессоров среди работников автосервиса определяется их невысокой стоимостью, приемлемыми массогабаритными показателями, простотой в эксплуатации и обслуживании и выходными характеристиками, способными удовлетворить потребности практически любого авторемонтного предприятия. К основным характеристикам компрессора относятся два параметра — максимальное давление (Pmax) и объемная производительность или подача (Q).

Большинство предлагаемых сегодня на рынке компрессоров развивают давление, превышающее потребности стандартного пневмооборудования и инструмента, используемого при авторемонте. На рынке представлены компрессоры с максимальным давлением 6, 8, 10, 13 бар.

Напомним, что номинальное рабочее давление окрасочных пистолетов — 3-4 бар, пневмоинструмента — до 6,5 бар. Исключение составляет пневмопривод шиномонтажных станков, для которого многие производители рекомендуют использовать сжатый воздух при давлении 8-10 бар. Впрочем, практика показывает, что пневматика шиномонтажного оборудования надежно работает и при использовании 8-барного компрессора.

Что еще нужно учитывать, определяя максимальное давление, развиваемое компрессором?

Во-первых, следует иметь в виду, что система автоматического регулирования давления всех компрессоров настроена таким образом, что обеспечивает поддержание давления в ресивере с допуском −2 бар от максимального значения. Это означает, что в процессе работы компрессора с Pmax=8 бар давление на выходе может изменяться в диапазоне от 6 до 8 бар, у 10-барного, — соответственно, от 8 до 10 бар. Заводские регулировки прессостата могут быть изменены пользователем только в сторону уменьшения минимального давления.

Во-вторых, необходимо учитывать, что наличие протяженных пневмомагистралей до потребителей сжатого воздуха вызывают падение давления в линии. При ошибках в проектировании пневмосети (применении труб малого диаметра, использовании водопроводных запорных устройств, нерациональной прокладке магистралей и т. д.) оно может достигать существенной величины и стать причиной неэффективной работы пневмооборудования. Чтобы избежать возможных неприятностей в таких случаях, нужно отдать предпочтение компрессору с более высоким максимальным давлением.

Из сказанного следует, что в качестве универсального гаражного источника сжатого воздуха можно использовать компрессор с максимальным давлением 8 бар. Если компрессор будет использоваться исключительно для окрасочных работ, можно обойтись и 6-барным, а в случае разветвленных пневмосетей надежнее использовать компрессор, развивающий давление до 10 бар.

Некоторый запас по давлению полезен и с другой точки зрения. Чем выше давление, развиваемое компрессором, тем большую массу воздуха он может закачать в ресивер и тем большее время последний будет опорожняться до минимально допустимого давления, обеспечивая компрессору время для отдыха.

Кстати, об отдыхе: а нужен ли он железному компрессору? В ответе на этот вопрос кроется ключ к пониманию особенности рабочего процесса в поршневом компрессоре. Учитывая ее, определяют важнейшую характеристику компрессора — производительность.

Режим работы поршневого компрессора

Сжимаясь в цилиндре поршневого компрессора, воздух нагревается. На выходе из одноступенчатого компрессора его температура превышает 150 градусов. При этом часть тепла поглощается деталями и элементами конструкции головки компрессора, что приводит к повышению их температуры и изменению тепловых зазоров в узлах трения.

Если не обеспечить отвод тепла, головка не успевает охлаждаться. Последствия представить несложно: температура смазываемых узлов возрастает выше допустимого уровня, полностью выбираются тепловые зазоры, горячее масло, подаваемое к парам трения разбрызгиванием, не держит «масляный клин». В «лучшем» случае это грозит ускоренным износом механизма компрессора, в худшем — немедленным выходом из строя в результате заклинивания.

Это учитывается при проектировании компрессора. Для обеспечения теплосъема применяют принудительное охлаждение компрессорной головки — обдув воздухом. В качестве нагнетателя обычно используется вентилятор электродвигателя или шкив коленчатого вала компрессора. Чтобы повысить эффективность охлаждения, корпус головки изготавливают из сплавов с высокой теплопроводностью и делают оребренным.

Такие меры наиболее просты и дешевы, но недостаточны для того, чтобы обеспечить продолжительную непрерывную работу поршневого компрессора. Поэтому поршневой компрессор изначально рассчитывается на эксплуатацию со строго определенной скважностью, что предполагает обязательное наличие перерывов, необходимых для нормализации теплового режима головки.

Количественно режим эксплуатации оценивается коэффициентом внутрисменного использования (Кви), показывающим, какую часть времени компрессор способен работать непрерывно. Отечественный стандарт определяет три вида режимов работы компрессора: кратковременный (Кви = 0,15), непродолжительный (Кви = 0,5) и продолжительный (Кви = 0,75).

Способность дольше работать в непрерывном режиме означает в конечном счете большую надежность и ресурс техники. Она достигается использованием более совершенных материалов и схемных решений, больших запасов прочности конструктивных элементов, что, естественно, отражается на стоимости продукции.

В зависимости от допустимого режима эксплуатации, а также выходных характеристик зарубежные производители подразделяют свою продукцию на несколько серий: хобби (полупрофессиональную), профессиональную и промышленную. О том, чем они принципиально отличаются, мы расскажем далее.

Как обеспечивается требуемый режим эксплуатации компрессора? Прежде всего, рассчитывая его объемную производительность, нужно соблюсти правильный баланс между этой важнейшей характеристикой и средним воздухопотреблением. Эти параметры связаны между собой через коэффициент, зависящий от класса компрессора, который больше единицы для компрессоров всех серий.

Это означает, что подача компрессора должна быть всегда больше, чем среднее воздухопотребление. Производя сжатого воздуха больше, чем расходуется, компрессор сам создает для себя задел, позволяющий ему время от времени «расслабляться». Величина запаса по производительности тем больше, чем ниже положение, занимаемое компрессором в «табели о рангах». Отдав предпочтение более дешевой технике (например, полупрофессиональной серии), необходимо заложить в расчеты больший запас по производительности.

Функцию хранения запасенного сжатого воздуха выполняет ресивер, а в случае разветвленной пневмосети — также и внутренний объем магистралей.

В этом заключается наиважнейшая роль ресивера наряду с демпфированием пиковых нагрузок, сглаживанием пульсаций давления и охлаждением сжатого воздуха.

Может сложиться мнение, что чем больше емкость ресивера, тем легче жизнь компрессора. Это мнение ошибочно. Дело в том, что для наполнения ресивера до максимального давления, когда автоматика прессостата отключает компрессор, требуется время, и немалое. При необоснованном увеличении объема ресивера компрессор будет трудиться непрерывно на его восполнение, выходя из допустимого режима работы.

Объем ресивера связан как с производительностью компрессора, так и с характером воздухопотребления. По этой причине компрессорная головка одной производительности может комплектоваться ресиверами нескольких типоразмеров, объем которых отличается в несколько раз. В среднем объем ресивера таков, что компрессор способен наполнить его за 3-4 мин. Если потребности в сжатом воздухе примерно равномерные по времени, то в целях экономии средств можно ограничиться минимальным ресивером. Если возможны пиковые нагрузки, лучше предпочесть больший.

Итак, грамотно выбрать компрессор для заданного воздухопотребления означает определить его производительность и объем ресивера таким образом, чтобы при эксплуатации данный компрессор работал в режиме внутрисменного использования, на который он рассчитан. Несоответствие режима работы паспортному значению приводит либо к неэффективному использованию компрессора, либо к сокращению его ресурса и преждевременному выходу из строя.

Как упоминалось, поршневых компрессоров, имеющих Кви = 1, в природе не существует. Поэтому, если ваш компрессор на протяжении смены <молотит> без перекуров — это верный признак того, что он подобран неправильно и вскоре выйдет из строя.

Особенности расчета характеристик компрессора

Приступая к расчету характеристик компрессора, полезно знать следующее. Масса воздуха, перекачиваемая компрессором в единицу времени, — величина постоянная и зависит от его конструктивных особенностей. Однако производительность принято определять не в массовых, а в объемных величинах, что часто приводит к путанице и ошибкам в расчетах.

Дело в том, что воздух, как и другие газы, сжимаем. Это означает, что одна и та же масса воздуха может занимать разный объем в зависимости от давления и температуры. Точная взаимосвязь между этими величинами описывается сложной степенной зависимостью или уравнением политропы. В случае компрессора, наполняющего ресивер, это означает, что с ростом давления в ресивере (на выходе компрессора) его объемная производительность уменьшается.

Если объемная подача компрессора — переменная по времени,- какая же цифра указывается в технических характеристиках? Согласно ГОСТ, производительность компрессора — это объем воздуха, выходящий из него, пересчитанный на физические условия всасывания. В большинстве случаев физические условия на входе в компрессор соответствуют нормальным: температура — 20oС, давление — 1 бар. ГОСТ также допускает возможность отклонения реальных характеристик компрессора от указанных в паспортных данных на величину +5%.

Кстати, на нормальные условия пересчитывают и параметры потребителей сжатого воздуха, чтобы привести их к общему знаменателю с характеристиками источника. Поэтому номинальный расход 100 л/мин означает, что при рабочем давлении пневмоинструмент за минуту потребляет такое количество воздуха, которое при нормальных условиях заняло бы объем, равный 100 литрам.

Зарубежные производители, не знакомые с содержанием наших ГОСТов, определяют производительность своей продукции иначе, что порой приводит к ошибкам. В паспортных данных на импортную технику указывается теоретическая производительность компрессора (производительность по всасыванию).

Теоретическая производительность определяется геометрическим объемом воздуха, который поместится в рабочей полости компрессора за один цикл всасывания, умноженный на количество циклов в единицу времени. Она отличается от реальной, выходной, в большую сторону. Отличие учитывается коэффициентом производительности (Кпр), зависящим от условий всасывания и конструктивных особенностей поршневого компрессора — потерь во всасывающих и нагнетательных клапанах, наличия недовытесненного, <мертвого>, объема, приводящих к уменьшению наполнения цилиндра. Для компрессоров профессиональной серии коэффициент производительности может составлять величину от 0,6 до 0,7, причем большие значения соответствуют большей подаче.

Различия характеристик, рассчитанных по входу и на выходе, могут достигать существенной величины. Может, это и является причиной того, что лукавые иностранные производители указывают данные по всасыванию, — выглядят они значительно солиднее.

В хороших магазинах продавцы, как правило, имеют данные как по входным, так и по выходным характеристикам профессиональных импортных компрессоров. Для продукции бытовой серии таких данных не приводит никто, хотя из практики известно, что реальный <выход> бытовых компрессоров едва ли превышает 50% от заявляемой теоретической производительности.

Точный расчет характеристик поршневого компрессора сложен и связан с решением степенных уравнений. Приводимая методика выбора компрессора содержит упрощенные соотношения, которые тем не менее дают небольшую погрешность, и позволяет правильно определить его параметры.

Обратите внимание, что в ней определяется теоретическая производительность компрессора (по входу). Чтобы пересчитать полученные данные на <выход> (в случае расчета отечественного гаражного компрессора), нужно результат уменьшить на 30-40%.

Итак, правильно определив исходные данные и выполнив несколько математических вычислений, можно понять, какими характеристиками должен обладать компрессор. Однако выбирать нужно конкретную технику, а не характеристики. Об особенностях гаражных компрессоров, предлагаемых на рынке, — в следующий раз.

Виды компрессоров:

По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры:

Поршневой компрессор состоит из поршня и рабочего цилиндра и имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные, как правило, в крышке цилиндра. Поршневые компрессоры разделяются на одно- и многоцилиндровые, с горизонтальным, вертикальным , W — или V — oбразным либо другим расположением цилиндров, двойного или одинарного действия, а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения во многих поршневых компрессоров присутствует кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом.

Центробежный компрессор, как правило, состоит из ротора и корпуса, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Шестиступенчатый центробежный компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость.

Ротационные компрессоры имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры, имеющие ротор с пазами, в которые свободно входят пластины.

Принципы действия ротационного и поршневого компрессоров в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном компрессоре всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора.

Осевой компрессор имеет ротор, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Осевые компрессоры применяют в составе азотурбинных установок.

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых компрессоров оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессор обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

Основным узлом мембранного компрессора является мембранный блок, в котором происходит сжатие газа. Мембранный блок выполняет роль цилиндра в компрессоре. При работе компрессора мембраны блоков полностью изолируют сжимаемый газ от рабочей жидкости, чем обеспечивается сохранение высокого качества газа, что является большим преимуществом мембранных компрессоров над поршневыми. Агрегаты предназначены для сжатия различных сухих газов, кроме кислорода, без загрязнения их маслом и продуктами износа трущихся частей. Могут использоваться в производствах и научных исследованиях, где к чистоте перекачиваемого газа и герметичности компрессора предъявляются жесткие требования. В случае прорыва мембран срабатывает автоматическая защита.

Применение

По применимости в газовой (рабочей) среде компрессоры разделяют на:

Компрессоры также подразделяют по создаваемому давлению рн (низкого давления — от 0,3 до 1 Мн/м2, среднего — до 10 Мн/м2 и высокого — выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам. Компрессоры также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N.

Анализируя работоспособность и технические характеристики поршневых, винтовых и центробежных компрессоров, можно по ряду показателей поставить на первое место винтовой компрессор. Современным технологиям нужен качественный, как можно более чистый, сжатый воздух. Это связано с высокой степенью автоматизации и применением в производстве разнообразных устройств и приспособлений, работающих на сжатом воздухе. Именно такой высокоочищенный продукт выдает на выходе винтовой компрессор.

Кроме всего прочего такие устройства легко монтировать и подключать, можно подобрать по производительности под необходимые нужды производства, что устраняет лишние затраты электроэнергии. Аналитические исследования показали высокую экономичность работы компрессоров винтового типа. Эксплуатационные затраты довольно малы, что очень важно в наше кризисное время. Данное компрессорное оборудование отличается от иных видов подобного оборудования самыми низкими показателями затрат электроэнергии. Один куб сжатого воздуха в сравнении с кубом, который получен поршневым или центробежным компрессором, по стоимости энергозатрат отличается в сторону понижения на десять — двадцать процентов.

Компрессорное оборудование винтового типа легко ремонтировать и обслуживать. Многие брендовые производители внесли свою лепту в создание наиболее эффективных, надежных и качественных компрессоров. В сравнении с другими винтовые модели издают гораздо меньше шума. Качеству обслуживания способствует наличие САУ. Высокая чистота воздуха на выходе обуславливает применение компрессорного оборудования винтового типа в тех отраслях, где этот показатель наиболее важен. В частности это касается медицины, химической отрасли, космоса и др. Компрессорный винтовой агрегат базируется на работе винтовой червячной группы. В группе присутствуют червячные роторы с разным числом витков резьбы, находящиеся в весьма подогнанном взаимном зацеплении. Один из них ведущий, другой ведомый. Ведущий ротор, производя один оборот, осуществляет один рабочий цикла винтового компрессорного устройства. При ремонте важно не нарушить настройки. Для работоспособности является весьма важным качество масла, его очистка и создание нормальной температурной балансировки. Масло не должно терять плотность, что всегда имеет место при повышении его температуры, так как это повлияет на производительность оборудования. Для нормальной работы применяют охлаждающие радиаторы, термостат и пр.