Как узнать мощность компрессора

Расчет производительности компрессора на выходе. Почему компрессор слабый?

Как узнать реальную производительность компрессора на выходе?

Часто при выборе компрессора, к примеру, для работы с хоппер ковшом, мы видим, что в технических характеристиках производители указывают производительность только на входе компрессора. Т.е на шильдике к примеру пишут – производительность 400 л/мин. А так ли это на самом деле? Как бы странно это ни звучало, но и да, и нет. Давайте разбираться.

Так как же высчитать реальную производительность на выходе? Увы, узнать это можно только когда у вас будет возможность включить компрессор. Рассчитывается она так:

Р_атм*V_л/ Т_мин= производительность на выходе л/мин

Где: Р_{атм –} максимальное давление компрессора

V_л – объём ресивера в литрах

Т_мин –время работы в минутах которое потратит компрессор на накачку ресивера от 0 до 8 (10)атмосфер

Для наглядности мы провели замеры на поршневых компрессорах с прямым приводом, с одним и двумя цилиндрами.

Первый – одноцилиндровый компрессор торговой марки «ENHEL» с объёмом ресивера 24л., на входе 206л/мин, 8 атм. накачивает ресивер от 0 до 8 атм за 1 минуту 23 секунды. Сначала переведём секунды в обычное число 23/60= 0,383мин., прибавляем 1 минуту, получается 1,383мин. (можно также перевести все время в секунды и разделить на 60, к примеру (60+23)/60=1,383 )

Как видите, не факт, что удвоенные показатели производительности на входе дадут также удвоенные показатели на выходе. Поэтому ещё раз повторюсь, узнать реальную производительность на выходе можно только включив компрессор и сделав контрольные замеры.

Стоит отметить также тот факт, что установка дополнительных фильтров, сепараторов, маслоотделителей и других элементов, может дополнительно снижать давление на выходе компрессора, что косвенно влияет на его производительность. И если, к примеру, для покраски автомобилей это оправдано, то дополнительные фильтры при работе с хоппер ковшом будут только мешать его работе.

Также часто задают вопрос – должна ли производительность быть выше потребления. В идеале это было бы очень хорошо, т.к. чем она больше, тем комфортнее и быстрее идёт работа. Но по факту это не всегда оправдано. Всё зависит от того в каком темпе вы работаете. Если вы работаете степенно и не спеша, при этом компрессор успевает отдыхать некоторое время, то можно работать и с небольшим компрессором

Надеемся эта статья была полезной для Вас.

С уважением, коллектив компании «Рик-сталь»

Источник

Выбираем компрессор для гаража/автосервиса( часть 6)

Может сложиться впечатление, что чем больше ресивер, тем легче живется компрессору. Этот же миф может иметь и другую интерпретацию: чем больше ресивер, тем лучше, и так далее. В любом случае, все эти суждения ошибочны. Дело в том, что до того момента, когда ресивер наполняется до максимального давления и автоматика отключает компрессор, должно пройти время, и немалое. И если необоснованно увеличить объем ресивера, компрессор будет работать «без перекура» слишком долго, что, скорее всего, приведет к его преждевременному выходу из строя.

И наоборот: если объем ресивера меньше положенного, компрессор будет включаться слишком часто, что также не есть хорошо.

Изучая каталоги компрессорного оборудования можно заметить, что компрессоры одинаковой производительности часто комплектуются ресиверами различных объемов. Почему так? Потому, что объем ресивера зависит не только от производительности компрессора, но и от характера воздухопотребления. Поэтому если расход воздуха примерно равномерный по времени, то в целях экономии средств можно выбрать ресивер минимального объема. Если имеют место пиковые нагрузки, лучше взять больший.

В среднем объем ресивера должен быть таким, чтобы компрессор наполнял его за 3-4 мин.

Вывод: грамотно подобранный компрессор — это компрессор с такими производительностью и объемом ресивера, которые позволяют данному компрессору работать в режиме внутрисменного использования, на который тот рассчитан.

Производительность компрессора: на входе или на выходе?

Широко распространенной ошибкой на практике является неправильное понимание величины производительности компрессора, что часто приводит к путанице и ошибкам в расчетах.

Прежде всего отметим, что производительность компрессора принято определять в объемных величинах. Но вся штука в том, что в зависимости от давления и температуры, одна и та же масса воздуха может занимать разный объем. Иными словами, с ростом давления на выходе компрессора его объемная производительность уменьшается.

Поскольку объемная производительность компрессора — величина непостоянная, зависящая от начальных условий всасывания, то очевидно, что для определения реальной производительности компрессора эти условия (давление и температуру) нужно обязательно учитывать.

Об этом говорит и ГОСТ, согласно которому производительность компрессора — это объем воздуха на выходе из него, пересчитанный на начальные условия всасывания.

Как правило, производительность указывается для нормальных условий, при которых атмосферное давление составляет 1 бар, а температура — +20 °С. Сама же производительность выражается в нормальных кубических метрах (или литрах) в единицу времени: м³/мин, м³/ч, л/с, л/мин.

Иными словами, производительность 500 л/мин для нормальных условий означает, что компрессор за минуту вырабатывает такое количество воздуха, которое при температуре окружающего воздуха +20°С и давлении 1 бар занимает объем 500 л.

Все это, конечно, хорошо, но зарубежные производители не знакомы с содержанием наших ГОСТов, и производительность своей продукции они определяют несколько иначе. В технических характеристиках на свою продукцию они указывают теоретическую производительность компрессора (производительность на входе).

Теоретической эта величина называется не случайно, поскольку она отличается от реальной, выходной производительности весьма значительно (в большую сторону). Может, из-за этого иностранные производители и указывают данные именно по всасыванию, — выглядят то они гораздо более солидно.

Из-за чего такая разница между реальной и теоретической производительностью? Из-за потерь во всасывающих и нагнетательных клапанах, а также наличия недовытесненного сжатого воздуха в так называемом «мертвом пространстве» (зазоре между поршнем в крайнем верхнем положении и клапанной группой), приводящих к уменьшению наполнения цилиндра и снижению производительности компрессора. Это снижение определяется коэффициентом производительности компрессорной головки (Кпр).

Этот коэффициент составляет:
для полупрофессиональных компрессоров — 0,55;
профессиональных — 0,65;
промышленных — 0,65 (для одноступенчатых) и 0,75 (для двухступенчатых).

Воспользовавшись этими значениями, мы можем прикинуть, какова реальная производительность компрессора. Например, если для компрессора полупрофессиональной серии в каталоге указана теоретическая производительность 200 л/мин, тогда реальная его производительность составит 200 · 0,55 = 110 л/мин.

В хорошем магазине, как правило, вам могут подсказать данные как по входным, так и по выходным характеристикам компрессоров.

Вывод: в технических характеристиках на импортные компрессоры указывается производительность по всасыванию, то есть на входе в компрессор. Это значение нельзя понимать как реальную производительность компрессора на выходе — она не учитывает его конструктивные особенности и КПД.

Ну а теперь самое время вооружиться калькулятором и приступить к расчетам.

Стоит отметить, что точный расчет характеристик поршневого компрессора сложен и связан с решением степенных уравнений. Методика, по которой будем считать мы, содержит упрощенные соотношения. Они, хоть и дают небольшую погрешность, но, тем не менее, позволяют в целом правильно определить характеристики компрессора.

Источник

Как правильно определить производительность компрессора? Расчет производительности компрессора

Главное, что следует помнить при определении производительности, это то, что производительность всегда определяется не в кубах уже сжатого воздуха, а в кубах воздуха приведенного к условиям всасывания компрессора.

Главное что следует помнить при определении производительности компрессора винтового это тот факт, что производительность всегда определяется не в кубах уже сжатого воздуха, а в кубах воздуха приведенного к условиям всасывания компрессора.

Другими словами – говорим производительность компрессора при давлении 7 бар 10 м3/мин – а подразумеваем, что подавая в трубопровод сжатый воздух с избыточным давлением 7 бар компрессор возвращает в атмосферу воздух из трубопровода с атмосферным же давлением в объеме 10 м3 за одну минуту.

Или еще проще- компрессор всасывает из атмосферы 10 м3 в минуту, хотя именно это утверждение не совсем верно, поскольку в процессе сжатия часть воздуха все-таки уходит в «потери».

Именно по этой причине современные стандарты требуют от изготовителей компрессоров указывать значение производительности на выходном вентиле компрессора приведенное к условиям всасывания.

Каковы эти условия? Обычные условия (FAD в европейском варианте) это +20°С 1 бар атмосферного давления и 0% относительной влажности. Существуют так же Нормальные условия, отличие в том, что производительность приводится к температуре 0°С. При кажущейся незначительности нормальные кубы существенно отличаются от условий при 20°С.

При определении потребного объема сжатого воздуха на новое производство проектный отдел должен тщательно суммировать характеристики потребления отдельными технологическими линиями, учесть коэффициент одновременности работы, определить коэффициент «запаса», добавить возможные утечки.

После чего можно получить приблизительное оценочное значение потребности. Разумеется, точность такого подсчета напрямую зависит от опыта и квалификации специалиста осуществляющего расчет. Однако при несложных системах расчет можно выполнить и самостоятельно.

Для этого нужно собрать все паспортные значения расходов сжатого воздуха. Стандартный запас – 18%. Проектное значение непроизводственных утечек – 10%.

Коэффициенты одновременного срабатывания пневмоустройств могут, конечно, существенно отличаться, но редко превышают 80%. Итак, FAD = (Сумма расходов)*1,18*1,1*0,8.

Если требуется определить расход исходя из скорости наполнения пневмоцилиндров, то в первом приближении можно воспользоваться простым уравнением P1*V1/T1 = P2*V2/T2

Где P1 – атмосферное давление в бар.

V1 – искомый приведенный объем в литрах

T1 – температура окружающего воздуха в Кельвинах (20°С + 273°С)

P2 – абсолютное рабочее давление в бар (1+7).

V2 –объем пневмоцилиндра в литрах

T2 – температура сжатого воздуха в Кельвинах (35°С + 273°С)

При замене существующего парка компрессоров задача на первый взгляд оказывается более простой. Как правило, на производстве уже имеется статистика потребления сжатого воздуха, на основании которой рассчитываются экономические параметры.

Однако отталкиваться от этих цифр означало бы полностью исключить положительное влияние от возможной модернизации системы. Правильнее всего было бы произвести предварительный аудит системы.

По результатам такого аудита можно увидеть непроизводственные утечки, определить реальное количество потребляемого воздуха, выявить график потребления. На основании такой детальной информации можно с большой точностью спроектировать новую или модернизировать старую пневмомагистраль и осуществлять подбор оборудования.

Имея на руках графики изменения расходов и давления по подразделениям, всегда имеется возможность точно рассчитать, какая из систем снабжения наиболее выгодна для предприятия. Мы можем предложить услугу пневмоаудита для вас. Условия проведения вы найдете здесь.

Источник

Минутка теории: расчет производительности компрессора

Пока обед, решил подсчитать пока теоретически, сколько может «качнуть» компрессор от ЗИЛ-130

Берем старое доброе видео

считаю два варианта, оптимистические и пессиместический:
λ =0,6
V = 316 литр в минуту
λ =0,8
V = 421 литров в минуту

можно ли доверять расчёту?

Да сейчас пересчитаю для китайского однопоршневика Eco 251
i = 1
f = площадь цилиндра = 0,00181
S = ход поршня = 0,043
n = обороты по заводу= 2850
λ = 0,6
V= 133л!

По сути так оно и есть в реальности, даже чуть меньше, значит объёмный коэфициент у китайца менее 0,6, я бы к 0,5 поставил даже по заводу. Это говорит о том, что компрессор удушен по входу, выходу. да еще и большой недоход поршня к головке компрессора

Теперь увеличиваем объёмный коэфициент (облегчаем вход, выдув, подгоняем поршень к головке компрессора уменьшая число прокладок под цилиндром, притираем клапана) и делаем его, скажем 0,8
i = 1
f = площадь цилиндра = 0,00181
S = ход поршня = 0,043
n = обороты по заводу= 2850
λ = 0,75
V= 166л

В яблочко, на деле всё так и есть, сам лично проверял.

Не исключаю, что в идеале объёмный коэффициент можно погнать до 0,8, тогда на выходе китайский однопоршневик на холодную дунет 177 литров в минуту.

Следовательно ЗИЛ-вский скорее всего тоже можно подтянуть к объёмному коэффициенту 0,75+ без проблем, значит на выходе здравствуйте 400 литров?

И кто тут говорил, что он мало может качать? ведь 400 на выходе — это на обычном компрессоре будет 650-700 литров на всосе (те значения, что производитель заявляет)

Осталось проверить на практике мой ЗИЛ-овский, может быть к вечеру? будете ждать?))))

Комментарии 18

Не удалось псмотреть видео почемуто с ограниченным доступом?

Хорошее видео, очень понравилось! И пояснение тоже.
Только у есо вроде как 47мм поршни, т.е. площадь 0,001734. Ну это мелочь.
Получается тебе удалось добиться с eco 251 λ = 0,75.

У меня получается на eco 502 сначала был вообще λ= 0,41, а после удаления прокладок (т.е. как говорится на видео, уменьшения «вредного объема») стало λ = 0,54…0,64 («на холодную»). Конечно прогресс есть, но до λ = 0,8 еще очень далеко.

штангелем мерял, врят ли напутать мог.

вот так я «запилил» поршень от Эко

Спасибо! Наверное и поршни и шатуны такие же, как и в моем 502-ом. Кстати, смотрю шатун ты особо не запиливал, ребра на месте, только туть меньше. Ты говорил, что шатун примерно в 2 раза легче стал…но по видео кажется, что лишь чуть ребра затерты…

Можешь посмотреть в моей статье про компрессор 502 на фотки, где поршни…там, если приглядется — виден огромный просчет китайцев: верх поршня над 1 и 2 поршневым кольцом у поршней авто обычно меньше в диаметре, чем них поршня. А китаеза сделал просто цилиндрический и эти места над 1 и 2 кольцом тупо терли по-жесткому. Вероятно поэтому хон за год ободрало. Если новый компрессор ECO сразу разобрать и проточить верх поршня — то по идее можно будет обеспечить сохранность хону, ну и тем самым большую отдачу и ресурс.

Кстати, не знаешь, у нас в городе где-нибудь комплектующие для компрессоров не продают? К примеру, сами цилиндры с ребрами? И не подскажешь, где паронит можно достать?

Если уж заморочиться с китайцем, чтоб снять с него максимум, то я бы сделал так: новые цилиндры с хоном, старые поршни (со сточенным верхом), облегченные, в клапанной пластине проделать напильником окна побольше, чтоб «вдох» и «выдох» был легче и активнее. Еще говорят, что движок там на алюминие намотан, по идее, если заменить медью — станет помощнее…но это уже подороже и трудоемко.
Если удастся найти какие-нибудь комплектующие — то может и заморочусь с дальнейшей доработкой.

имел ввиду, что связка шатун-поршень облегчена очень сильно. Ну может не в 2 раза, а чуть меньше

авто поршня делают с учётом теплового расширения, всё же в камере сгорания более 2000 температура. В компрессоре и 200-от не наберется)

комплектующие без проблем в автоинструментах на Космонавтов 100, цены доступные

а клапана в однопоршневиках попроще, круглые, двигатель у меня медь.

«авто поршня делают с учётом теплового расширения, всё же в камере сгорания более 2000 температура. В компрессоре и 200-от не наберется)»
-Все же болтаться будет поршень из-за уменьшенной высоты…но если дает хороший «приход» — то может и можно пожертвовать ресурсом.

«комплектующие без проблем в автоинструментах на Космонавтов 100, цены доступные»
-Спасибо, загляну туда 🙂

Вот уже и вечер настал(22.50)…

о. тут были война и немцы)
3 попытки, три ЧП. Но система работает)
Навскидку, как есть, без доработки компрессора качнул за 310 литров)
пока шланг не порвало на разгрузочном клапане где то на 5-ти атмосферах давления в ресивере

под 2500 оборотов на компрессоре — это злоба))))

видео конвертируется. потом час на заливку, а там спать буду, так что 95% напишу утром.

Значит, до утра! Вижу, устали. Нервы и прочее… И, видимо, замена шлангов на металлические трубки.

Да, на разгрузочный клапан нужно что то серьёзное ставить. Слабое звено — обратный клапан у ресивера, компрессор больше качает, чем он пропускает, поэтому тонкий ПВХ шланг разорвало при 5-ке давления в ресивере. Нужно поставить что то армированное.

через час залъётся, только тссс)))

Источник

Расчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудования

Общее описание по расчету и подбору компрессорных устройств

Несмотря на тот факт, что компрессорному оборудованию поршневого типа уже более 200 лет, компрессорные устройства широко применяются лишь последние сто лет. Области их использования распространяются на бытовые сферы деятельности людей, такие как снабжение сжатым воздухом пневматических инструментов, а также и на профессиональную область: снабжение сжатым газом промышленных отделений, выпуск высокомощных холодильных установок и т.д. Показатели технических характеристик позволяют сделать необходимые предварительные выводы о компрессорном устройстве, которое планируется для применения на практике. Данные характеристики очень важны для проектирования и расчета компрессора, полезны при подборке инструментов, пневматического оборудования и связанного с ними источника энергии.

Компрессоры широко используются в промышленности для транспортировки различных сред и представляют собой механическое устройство, которое сжимает рабочую среду в газообразной форме. Существует много типов компрессоров, поэтому надлежащий подбор и расчет компрессоров необходимы, чтобы удовлетворить требования, предъявляемые промышленной областью применения к данному виду оборудования.

Обычно процесс сжатия рабочей среды происходит в компрессоре либо при помощи вращающихся лопастей, либо в цилиндрах при помощи поршней. Компрессоры с вращательными узлами используются для потока с большим объемным расходом и невысоким давлением нагнетания, в то время как поршневые компрессоры требуются для случаев создания высокого давления. Существует еще много рабочих параметров, которые нужно учитывать, включая действующие нормы и стандарты. Таким образом, подбор компрессора – это важная процедура, требующая учета многих факторов.

Для правильного подбора компрессора, необходимо понимать, для каких целей он будет применяться, а также необходимо получить расчетные параметры, такие как давление, температура, производительность и пр., определить тип компрессора.

Данные о газе, требуемой производительности, давлении на всасе и температуре на всасе, а также давлении на нагнетании являются одними из основных параметров для подбора компрессора.

Подбор компрессоров опирается на термодинамику как базовую теорию сжатия газа, сравнение нескольких типов компрессоров, теорию расчета и подбора, а также формулы для расчета компрессора. Имеется несколько уравнений для расчета компрессора. Чтобы наглядно представить теорию расчета. Примерный опросный лист для подбора компрессора можно найти по ссылке http://ence.ch/ru/about/query/.

Выбор компрессорного оборудования. Тип компрессора

Остановимся на основных шагах выбора компрессорного оборудования.

Компрессор – это устройство, которое используется для увеличения давления сжимаемой среды путем уменьшения удельного объема среды во время ее прохождения через компрессор. Уровень давления на входе и выходе варьируются от глубокого вакуума до избыточного давления в зависимости от потребностей технологического процесса. Это одно из главных условий, под которые подбирают тип и конфигурацию компрессора. Компрессоры обычно подразделяют на две больших подгруппы: динамические и объемные. Для одной области применения могут быть подобраны разные типы компрессоров, которые могут лучше подходить для конкретного применения, учитывая специфику их конструкции.

Свойства рабочей среды. Сжатие газов

В компрессоре могут быть сжаты различные газы. Необходимо предоставить термодинамические свойства газа или сжимаемой газовой смеси, для того, чтобы поставщик мог надлежащим образом рассчитать компрессорный агрегат. При выполнении расчета компрессора необходим полный состав газа, название газа, а также его химическую формулу. В спецификации компрессора должен быть указан анализ газа с перечислением названий каждого компонента, молекулярного веса, точки кипения и т.д. Эти данные очень важны, так как являются определяющими для многих параметров компрессора. Соотношение между основными параметрами газа (давлением, температурой и объемом) называется уравнением состояния газа.

Наиболее простое уравнение состояния газа – это уравнение состояния идеального газа.

где:
P — давление,
V — молярный объём,
R — универсальная газовая постоянная,
T —температура.

Это уравнение применяется только к газу, температура которого намного выше критической температуры, или давление намного ниже, чем критическое давление. Воздух при атмосферных условиях подчиняется этому закону.

Реальный газ отличается от идеального фактором называемым сжимаемостью («Z»). Понятие «сжимаемость» используют в термодинамике для пояснения отклонения термодинамических свойств реальных газов от свойств идеальных газов.

Это уравнение верно, если и только если «Z» определено. «Z» может быть рассчитано с адекватной точностью во многих случаях при использовании закона соответственных состояний:

Часто удобно использовать одно уравнение для расчета значения «Z».

Другие уравнения более точные для широкого диапазона газов и условий, но более сложные.

Коэффициент сжимаемости Z можно рассчитать на компьютере для чистых газов или их смесей, используя готовые общие таблицы сжимаемости газов на основе отношения фактических и критических значений температуры и давления, имеющиеся в доступе в различных источниках.

Параметры газа также можно найти с помощью диаграмм состояния, таблиц термодинамических свойств конкретного газа или из соответствующего уравнения состояния.

Термодинамика. Расчеты.

Термодинамика – это отрасль науки, которая занимается тепловой энергией. Это основа инжиниринга, которая позволяет понять механизм преобразования энергии. Теория процесса сжатия изначально определяется первым и вторым законом термодинамики.

Первый закон термодинамики.

Первый основной принцип термодинамики гласит: энергия не может быть ни создана, ни разрушена, она может быть только изменена из одной формы в другую.

Уравнение энергии для фиксированной массы газа гласит, что увеличение энергии газа равняется работе, совершаемой по отношению к газу, минус тепло, отводимое от газа во внешнюю среду. В компрессоре можно не учитывать изменения в потенциальной и химической энергии. В тех областях применения, где используется уравнение энергии для фиксированной массы газа, можно не принимать в расчет кинетическую энергию. Тогда уравнение энергии будет выглядеть так:

Если мы рассматриваем контрольный объем, то должны учитывать работу совершаемую газом, который входит и выходит из контрольного объема. При этом в большинстве случаев там, где используется это уравнение, необходимо учитывать кинетическую энергию газа, который входит и покидает контрольный объем. Уравнение энергии тогда примет такой вид:

Для стационарного процесса не будет изменений в условиях в контрольном объеме и E2 = E1.

Уравнения изоэнтропического изменения указаны выше. Они применяются к любому изменению во время, которого нет потерь и нет отвода тепла к газу. Изменение свойств можно взять из диаграммы Молье для газа или если газ является идеальным газом, то по уравнениям приведенным выше:

Закон для потока несжимаемой среды через ограничение:

m = F · √ ((2 · ρ · ∆P) ) · √ (32,18/144)

Для идеального газа, если перепад давления низок настолько, что поток дозвуковой как это должно быть в поршневых компрессорах, перепад давления выражается:

Поток звуковой и m:

1. изобарический процесс (означает, что объем увеличивается, в то время как давление постоянное)
2. изохорический процесс (процесс с постоянным объемом, означает, что работа совершаемая системой равна 0. Все тепло остается в системе.)
3. изотермический процесс (предполагается, что сжимаемый газ остается при постоянной температуре во время сжатия или расширения. Внутреннее тепло удаляется из системы с такой же скоростью, что и добавляется от механической работы процесса сжатия.)
4. адиабатический процесс (предполагается, что во время сжатия газа энергия или тепло не передаются к газу или от газа)
5. изоэнтропический процесс (адиабатический процесс, который обратимый)
6. обратимый и необратимый процесс

Тепловой поток можно ограничить при помощи термически изолирующего материала вокруг системы, либо если проводить процесс так быстро, что тепловой поток не успеет образоваться.

Ниже представлена диаграмма различных типов термодинамических процессов описанных выше:

Процесс сжатия

Степень сжатия (R) – это отношение давления на нагнетании к давлению на всасе:

R = Pd/Ps (где значения Pd и Ps являются абсолютными).
У одноступенчатого компрессора только одно значение R.
У двухступенчатого компрессора 3 значения R.

R = общая степень сжатия компрессора
R1 = степень сжатия первой ступени
R2 = степень сжатия второй ступени.

Ps – давление всасывания
Pd – давление на нагнетании
Pi –давление между ступенями

При сжатии газа в компрессоре доступный для молекул объем становится меньше, в результате чего расстояние между молекулами уменьшается. Т.к в фиксированном объеме количество молекул газа увеличивается, то его масса и плотность этого фиксированного объема также увеличиваются. Увеличение плотности влечет за собой увеличение давления.

На рисунке ниже вертикальная линия от точки 1 до точки 2’ представляет изоэнтропический процесс сжатия, который требует минимальной работы по сжатию от Р₁ до Р₂. Фактический процесс сжатия следует траектории от точки 1 вверх и вправо по направлению к увеличивающейся энтропии, заканчиваясь у точки 2 на изобаре для Р₂.

Работа, совершаемая в компрессоре, идет на увеличение давления газа, на увеличение температуры газа и на тепло, отводимое из компрессора. В большинстве случаев требование заключается в увеличении давления газа с наименьшей затратой мощности. Если процесс сжатия адиабатический, тогда между компрессором и внешней средой нет передачи тепла, тогда меньше работы будет совершаться, когда процесс изоэнтропический. Это предполагает, что нет потерь в компрессоре что, по сути, является недостижимой целью, но это можно брать за основу для индикаторного коэффициента полезного действия сжатия. Изоэнтропийный КПД компрессора определяется как работа по сжатию газа в изоэнтропическом процессе, поделенном на фактическую работу, используемую, для сжатия газа. КПД компрессора часто указывается как изоэнтропийный КПД.

Однако невозможно изготовить компрессор с изоэнтропийным КПД больше чем 100%. Совершаемая работа в обратимом изотермическом процессе меньше той, которая совершается в изоэнтропическом процессе. В обратимом изотермическом процессе температура газа поддерживается равной температуре на всасе при помощи обратимой передачи тепла во время сжатия. В таком процессе не должно быть потерь, однако потребляемая мощность больше почти всегда, чем изоэнтропическая мощность и поэтому изоэнтропический КПД обычно используется для классифицирования компрессоров.

Существующие два принципиальных типа компрессоров: объемные и динамические, отличающиеся по принципу сжатия рабочей среды. Объемные компрессоры сжимают газ путем удерживания значительных объемов газа в закрытом пространстве с последующим уменьшением объема. Сжатие происходит, когда в рабочую камеру машины поступает определенный объем газа, и происходит последующие уменьшение внутреннего объема рабочей камеры.

Базовые стадии подбора компрессора могут включать

1. расчет степени сжатия.
2. выбор между одноступенчатым компрессором и многоступенчатым.
3. расчет температуры на нагнетании.
4. определение объемной производительности.
5. определение требуемого рабочего объема.
6. выбор модели компрессора.
7. определение минимального крутящего момента выбранного компрессора.
8. выбор фактического крутящего момента.
9. расчет фактического рабочего объема.
10. расчет требуемой мощности.
11. подбор подходящих опций.
12.подбор надлежащего компрессора.

Технические характеристики компрессорного оборудования

Среди наиболее важных технических характеристик компрессорного оборудования следует выделить следующие:

Есть отрасли промышленности, например, пищевая отрасль, которые не могут допустить в сжатом воздухе наличие посторонних примесей. Поэтому в этих случаях при подборе компрессорной установки предпочтение отдаётся не мощностным характеристикам, а конструктивным особенностям в исполнении компрессора. Технические параметры компрессоров в подобных случаях должны соответствовать требованиям, предъявляемым к чистоте сжатого воздуха, сжатие которого должно протекать в устройстве, исключающем использование масла для смазки его рабочих поверхностей.

Конструктивные особенности компрессорного оборудования

К конструктивным особенностям компрессора можно отнести:

Питание от сети также не следует упускать из расчета при выборе компрессора, поскольку не все предприятия автосервисов, где делают монтаж шин, располагают источником тока с напряжением 380 вольт. В отдельных случаях даже подача напряжения в 220 вольт может идти нестабильно.

Выбор компрессора связан непосредственно с предварительным расчетом выше названных технических характеристик. Прежде, чем приступить к расчету характеристик компрессора, следует осветить некоторые тонкости. Перекачиваемая компрессорным устройством за единицу времени масса воздуха является величиной постоянной, зависящей напрямую от особенностей конструктивного исполнения компрессора. Но принято, что производительность определяют объемные величины, а не массовые. Этот факт часто ведёт к путанице в расчетах и, соответственно, к ошибкам в уже произведенных расчетах.

Это обусловлено тем, что воздух подвергается сжатию, как и все газы. Из-за этого одна и та же масса воздуха способна занять разный объем, что зависит от значений давления и температуры. Точную взаимосвязь между этими величинами объясняет сложная степенная зависимость или уравнение политропы. Компрессорное устройство наполняет ресивер, давление в котором растёт, а его объемная производительность падает. Получается, что объемная подача компрессора является переменной величиной. Какая же величина указывается тогда в технических характеристиках на компрессорное устройство?

При этом производят также перерасчет параметров потребителей сжатого воздуха, чтобы они были согласованы с характеристиками компрессорного устройства. Если, например, номинальный расход данного устройства составляет 100 литров/минуту, то это означает, что при рабочем давлении пневматический инструмент за одну минуту потребляет то количество воздуха, которое при нормальных условиях заняло бы объем в 100 литров.

Производители компрессорного оборудования за границей не ознакомлены с предписаниями российских ГОСТов и рассчитывают производительность своей продукции иным способом, что обычно приводит к ошибкам. Данные из технических паспортов на их компрессорную технику содержат параметры теоретической производительности устройства (производительности по всасыванию).

Теоретическая производительность компрессорного устройства определяется геометрическим объемом поместившегося в его рабочую полость воздуха за один период всасывания. Затем этот объём умножается на количество периодов (циклов) за единицу времени. Эта теоретическая производительность выше, чем фактическая производительность компрессорного устройства. Разница между теоретической и фактической производительностью компенсируется за счет коэффициента производительности (К_пр), который зависит от условий всасывания и от особенностей конструктивного исполнения компрессорного устройства (потерь на клапанах: всасывающих и нагнетательных, наличия не до конца вытесненного объёма), которые способствуют уменьшению наполнения цилиндра (в случае с поршневым компрессором). Коэффициент производительности у компрессоров промышленного исполнения составляет от 0,6 до 0,8.

Разница в расчетах теоретической и фактической производительности, произведенных на входе и на выходе, может достигать существенной величины. При указании в технической характеристике теоретической производительности на компрессорное устройство следует пересчитать эти данные на производительность на выходе устройства, а значит, уменьшить её показатель на 30-40%.

Проектирование компрессора

В спецификации компрессора обязательно должно быть указано максимально допустимое рабочее давление. Эти данные наряду с максимально допустимой температурой используются производителями компрессоров для того, чтобы изготовить корпус и основные рабочие части компрессора, способные выдержать максимально допустимое давление и температуру. Для центробежных и осевых компрессоров максимально допустимое давление корпуса рассчитывается на компьютере путем добавления максимального давления на входе к максимальному дифференцированному давлению, которое может возникнуть в компрессоре при наиболее сложной комбинации условий. Для цилиндров поршневых и корпуса винтовых компрессоров максимально допустимое давление должно превышать номинальное давление на нагнетании на 10% или 25 psi в зависимости от того, какая из величин больше больше.

Максимально допустимая температура для центробежных и осевых компрессоров должна быть максимальной температурой на нагнетании, достигаемой при работе компрессора, и включать некоторый допуск. Максимально допустимая температура для цилиндров поршневых компрессоров и корпуса винтовых компрессоров должна превышать номинальную температуру на нагнетании.

Трубопроводные фланцы и номинальное значение

Присоединительные размеры трубопроводов, номинальное значение фланцев и их вид должны быть указаны в спецификации для всех входов и выходов компрессора. Уплотнение вала и штока плунжера также должно быть указано в спецификации.

Система смазки и смазочное масло

Прямая функция этих систем – прежде всего, предоставлять бесперебойную подачу чистой и охлаждающей смазочной жидкости для подшипников и уплотнений компрессора, зубчатых передач и привода. Это важные системы для компрессоров, поэтому расчет этих систем должен быть четко прописан в спецификации.

Материальное исполнение

Сжимаемые газы могут повлиять на выбор материалов компрессора, особенно это касается частей, соприкасающихся со средой. Так, например, при сжатии H₂S может произойти сероводородное растрескивание высокопрочных материалов. Подходящими для такой работы будут материалы, прошедшие термическую обработку после изготовления с устойчивостью к деформации не ниже 90000 psi.

Технологические ступени сжатия

Степень сжатия (R) – это отношение давления на нагнетании (Р₂) к давлению всасывания (Р₁) в компрессоре, Р2/Р1. Когда требуется сжатие до высокого давления, расчет компрессора предполагает наличие нескольких ступеней сжатия, в некоторых случаях между ступенями сжатия требуются охладители для отвода тепла, которое возникает в процессе сжатия. Дополнительные ступени сжатия требуются, например:

Выбор одноступенчатого или многоступенчатого компрессора

Выбор надлежащего количества ступеней сжатия в основном базируется на степени сжатия.

Температуры на нагнетании и режим работы также учитывают при определении количества ступеней. Ниже представлен пример подбора количества ступеней сжатия.

Сравнение одноступенчатого и двухступенчатого компрессора, которые применяются для одинаковой рабочей среды в одинаковых условиях (одинаковая производительность, газ и давление):

Как и во многих инженерных решениях, необходимо найти компромисс между изначальными расходами и рабочими расходами и издержками на техническое обслуживание.

1. Для начала необходимо произвести расчет всех потребителей воздуха Q, л/минуту.
С этой целью суммируется расход потребляемого воздуха ото всех его потребителей. Это делается на основании их характеристик из паспортных данных, что даёт величину Q (л/мин), представляющую собой объём воздуха, который потребляет пневматическая система. Эта величина близка к максимальному показателю, если планируется использование большого количества потребителей. Она может быть уменьшена на коэффициент загрузки, так как не всегда все потребители воздуха будут одновременно в работе. Задача – ввести коррекцию на уменьшение, которая обеспечит запас воздуха в пневматической системе – это личный выбор каждого владельца компрессорного агрегата.

3. Не менее важным параметром при выборе компрессорного устройства является выбор объема ресивера V (л). Производители компрессорного оборудования рекомендуют при выборе величины объема ресивера предусматривать её в следующем диапазоне A:

Выбор правильного ресивера, а также увеличение его объема способствуют компенсации и сглаживанию давления, что, в свою очередь, делает пневматическую систему более гибкой в отношении восприятия нагрузок.

4. При подборе компрессора по давлению придерживаются правила, что создаваемое компрессорным устройством давление должно быть выше давления, на котором работают потребители сжатого воздуха. Любой компрессор накачивает воздух до максимального рабочего давления Р_макс., а затем отключается. Повторно компрессор включается уже при падении давления до Р_мин. Разница между максимальным и минимальным давлениями компрессорного устройства составляет 2 бара.

5. Продолжая тему подбора компрессорного устройства, важно определиться с его назначением: решить, как и для каких целей будет использоваться данное устройство. Важно определить продолжительность его постоянной работы, максимальный объем необходимого сжатого воздуха, рабочее давление и прочие подобные технические характеристики, о которых уже шла речь выше.

Тип компрессора: вот тот показатель, от которого в полной мере зависят все остальные выше названные характеристики. Просчитав все суммарные потребляемые мощности, можно делать выводы. В случае, когда требуется компрессор для краскопульта или иного пневматического инструмента с небольшим рабочим давлением, лучшим вариантом будет компрессор поршневого типа. Если идет речь о больших мощностях и нескольких потребителях воздуха, следует задуматься о таких компрессорных машинах, как винтовые или спиральные. Не следует забывать и о расстоянии, на которое будет подаваться пневматическая среда, т.е. сжатый воздух.

6. На компрессорные характеристики, особенно на показатели мощности, также влияют такие факторы, как местоположение над уровнем моря, температура окружающей среды и атмосферное давление. Чем выше нахождение над уровнем моря, тем ниже параметры температуры и давления окружающего воздуха. При эксплуатации воздушного компрессора в таких условиях следует учитывать это обстоятельство, поскольку эти условия оказывают влияние на показатели производительности компрессорного устройства и на номинальный расход сжатого воздуха. Поэтому если компрессорное устройство будет эксплуатироваться на большой высоте, то характеристики его производительности на выходе будут определенным образом отличаться от указанных в техническом паспорте характеристик.

Известно, что воздух на высоте разряжается, а это приводит к ухудшению охлаждения электродвигателя воздушного компрессора и его комплектующих частей, которые подвержены нагреву. Двигатель работает с номинальными характеристиками на максимальной высоте 1000 м над уровнем моря и температуре макс. 40°С (См. таблицу ниже, в которой указано, как ведут себя различные двигатели, в зависимости от высоты и температуры). Некоторые типы компрессорных устройств оснащены электродвигателями, которым на большой высоте свойственна потеря мощности. Соответственно, на вал компрессора также подаётся пониженная мощность.

Источник