ООО «ОЛИМП» - поставка гидроизоляционных материалов, окрасочного оборудования, электрических краскопультов.
Екатеринбург (343) 213-5-213
Челябинск +7-953-044-44-67

Основные единицы измерения, используемые в компрессорной технике и расчетах, связанных со сжатым воздухом.

Практическая деятельность специалиста, работающего с оборудованием для производства и подготовки сжатого воздуха, немыслима без знания достаточно широкого круга технических вопросов. И менеджер по продажам компрессорного оборудования, и сервисный инженер, занимающийся обслуживанием воздушных компрессоров, и потребитель, непосредственно использующий компрессоры на своем производстве – все они должны владеть неким техническим минимумом, позволяющим успешно решать практические вопросы, касающиеся выбора и эксплуатации компрессорного оборудования. При работе с каталогами и технической документацией приходится часто сравнивать между собой различные единицы измерения. Рассмотрим три основные группы единиц измерения. Единицы измерения производительности. Наиболее часто используемыми являются величины: кубический метр в минуту (м3 /мин) и литр в секунду (л/с). В англоязычных странах популярна величина кубический фут в минуту CFM (cubic foot per minute). Соотношение между основными величинами приведено в Таблице 1. Единицы измерения давления. Давление определяется отношением силы, действующей перпендикулярно поверхности, к единице площади этой поверхности. Единицей измерения давления в системе СИ является Паскаль (Па), равный давлению, создаваемому силой 1 Н на площади 1 м2 . В силу малости этой величины в технике, как правило, используют кратные величины давления 1 кПа = 103 Па и 1 МПа = 106 Па. Кроме того, достаточно часто давление измеряют в физических атмосферах (атм), технических атмосферах (кгс/см2 ) и бар. В англоязычных странах давление иногда указываю в фунтах на квадратный дюйм PSI (pounds per square inch). Соотношение между основными величинами давления приведено в Таблице 2. Все тела, находящиеся на земной поверхности, испытывают со всех сторон одинаковое давление земной атмосферы – атмосферное давление. Кроме того, различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютным давлением называет полное давление с учетом давления атмосферы. Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля. Избыточным давлением называют разность между абсолютным и атмосферным давлением. Избыточное давление отсчитывается от условного нуля, за который принимается атмосферное давление. Манометры, установленные на воздушных ресиверах, как правило, показывают именно избыточное давление.

Единицы измерения мощности. В системе СИ единицей измерения мощности является Ватт (Вт). Различают механическую, тепловую и электрическую мощность. 1 Вт механической мощности равен такой мощности, при которой за 1 секунду совершается работа 1 Джоуль (Дж). 1 Вт мощности теплового потока эквивалентен 1 Вт механической мощности. А 1 Вт активной электрической мощности определяется как мощность постоянного электрического тока в 1 Ампер (А) при напряжении 1 Вольт (В). Лошадиная сила (л.с.) также является единицей измерения мощности. Предполагалось, что 1 л.с. равна работе, которую совершает лошадь, поднимая 33000 фунтов со скоростью 1 фут в минуту. Эта же работа равна 745,69 Вт. В англоязычных странах мощность 1 л.с. обозначается, как 1 HP, во франкоязычных 1 CV и так далее. Таким образом: 1 л.с. = 0,735 кВт, а 1 кВт = 1,36 л.с. В компрессорной технике существует довольно точное соотношение между производительностью компрессора и мощностью приводного электродвигателя. Для производства примерно 1 м3 /мин требуется электродвигатель с мощностью 7,5 кВт (соответственно для производства 10 м3 /мин – электродвигатель с мощностью 75 кВт). Подобное соотношение очень удобно использовать, например, в тех случаях, когда утеряна документация на оборудование и производительность компрессора неизвестна. В этом случае можно посмотреть идентификационную табличку на приводном электродвигателе и через указанное выше соотношение оценить производительность компрессора. Практический пример расчета и выбора поршневого компрессора В общем случае, выбор поршневого компрессора осуществляется исходя из следующих основных критериев: предполагаемого режима работы; максимального рабочего давления; объемного расхода воздуха. Разберем подробнее каждый из критериев. Режим работы компрессора. Режим работы поршневого компрессора повторно- кратковременный. Бытовые и полу- профессиональные поршневые компрессоры не предназначены для интенсивной работы. Максимальное время их работы не должно превышать 3-4 часа в день. Напротив, промышленные компрессоры могут работать до 10 часов. Рассмотрим ситуацию, когда потребление воздуха пневматическим оборудованием составляет 100 л/мин, предполагаемое время работы 8 часов в день. Какой в этом случае выбрать компрессор? Если при выборе компрессора исходить только из требования обеспечить производство 100 л/мин, то для этого подойдет и полупрофессиональный (модель GM или VX) и промышленный компрессор. Но с учетом того, что время работы 8 часов, необходим промышленный компрессор с ременным приводом. Максимальное рабочее давление. При выборе максимального рабочего давления руководствуются правилом - давление, создаваемое компрессором, должно быть выше, чем у потребителей сжатого воздуха. Любой поршневой компрессор работает следующим образом: накачав воздух до максимального рабочего давления Pmax, компрессор отключается. Повторное включение компрессора происходит после падения давления до давления включения Pmin. Разница между Pmax и Pmin обычно составляет 2 бар. Изменение заводских настроек Pmax и Pmin возможно. Реле давления (прессостат) – устройство, управляющее включением-выключением компрессора, позволяет изменять как величины Pmax и Pmin, так и разницу между ними (так называемую «дельту»). Однако лучше не менять заводские настройки реле давления, а для понижения давления устанавливать регуляторы давления (редукторы) непосредственно перед потребителями сжатого воздуха.

Необходимо также учесть, что по пути следования сжатого воздуха от компрессора до потребителей происходит падение давления. И чем длиннее магистраль, чем больше в ней местных сопротивлений (запорной арматуры, уголков, тройников, различных фитингов и т.п.), тем больше падение давления. Кроме того, если сравнить два участка трубопровода одинаковой длины с разными диаметрами, например 1/2'' и 3/4", то в «полдюймовой» трубе падение давления также будет больше. Падение давления происходит и в оборудовании для подготовки сжатого воздуха. Так, например, при прохождении через осушитель оно снижается на 0,2 бар, а при прохождении через каждый из микрофильтров на 0,1…0,15 бар, причем по мере загрязнения фильтрующего элемента эта величина будет увеличиваться. Поэтому при выборе максимального рабочего давления следует учитывать особенности конструкции пневматической магистрали и комплектность оборудования для подготовки сжатого воздуха. Объемный расход воздуха. Чаще всего расчет расхода воздуха выполняется на основании паспортных данных пневмооборудования с учетом его загруженности. Как правило, оборудование используется в работе не постоянно, а с определенными перерывами. Поэтому у каждого вида оборудования есть свой, так называемый, коэффициент использования. Расчет проводится по следующей формуле: Q = Q1 x k1 + Q2 x k2 + … + Qn x kn , где Q – общее потребление воздуха, Q1 , Q2 , …Qn – потребление воздуха каждой единицей пневмооборудования, k1 , k2 , … kn – коэффициенты использования оборудования. Коэффициент использования оборудования можно определить опытным путем, либо воспользоваться ориентировочными значениями. Например, если какой-то инструмент работает в среднем 20 мин в течение часа, то его коэффициент использования составляет 0,33 или соответственно 33%. И при указании в паспорте инструмента величины расхода воздуха 400 л/мин, для расчета используется 0,33 х 400 = 133 л/мин. Для справки в Таблице 3 приведены средние значения расхода воздуха и коэффициенты использования для оборудования, наиболее часто используемого в автосервисе. Далее учитывается вероятность одновременной работы всего оборудования. Она определяется коэффициентом синхронности работы оборудования, значения которого приведены в Таблице 4. Таким образом, рассчитанное ранее значение общего потребления сжатого воздуха необходимо умножить на соответствующий коэффициент синхронности. И уже на основании полученной величины выбирать компрессор. В качестве примера рассмотрим порядок расчета и выбора поршневого компрессора для небольшого автосервиса. Предполагаемое использование компрессора на промышленном предприятии, сразу говорит о том, что необходим промышленный компрессор с ременным приводом. Допустим, что автосервис планирует организовать участок слесарного ремонта автомобилей с четырьмя рабочими постами. Основными потребителями сжатого воздуха в этом случае будут 4 гайковерта на рабочих постах рядом с подъемниками. Кроме того, необходимо предусмотреть возможность дополнительных разовых подключений различного пневмооборудования (например, продувочных пистолетов, пистолетов для подкачки колес и т.п.). Расход воздуха у каждого гайковерта 500 л/мин. Требуется подобрать поршневой компрессор для обеспечения данного производства сжатым воздухом. Порядок выбора оборудования может быть следующим. 1. Определение максимального рабочего давления. При работе пневмоинструмента используется давление 6-6,5 бар. Следовательно, минимальное рабочее давление компрессора Pmin компрессора должно быть не менее 6,5 бар. Кроме того, необходим «запас по давлению» для того, чтобы компенсировать падение давления в пневматической магистрали. Поэтому, выбираем компрессор с Pmin = 8 бар и Pmax = 10 бар. 2. Определение необходимого расхода воздуха. Расход воздуха у каждого гайковерта 500 л/мин. Примем коэффициент использования оборудования равным 0,2. В этом случае, общее потребление воздуха составит: Q = 500 х 4 x 0,2 = 400 л/мин Умножая это значение на соответствующий коэффициент синхронности работы оборудования (при использовании 4-х потребителей он равен 0,87), получим: Q = 400 х 0,87 = 348 л/мин Возможность дополнительного разового подключения различного пневмооборудования учтем увеличением полученной выше величины на 25%. Итого: общее потребление воздуха составляет 435 л/мин. Далее рассчитаем теоретическую производительность компрессора (производи- тельность на всасывании) с учетом коэффициента производительности компрессорной группы. У промышленных компрессоров этот коэффициент равен 0,7-0,75 (для справки: у полупрофессиональных компрессоров он равен 0,6-0,65). Qтеор = 435 / 0,75 = 580 л/мин Если выбрать поршневой компрессор, ориентируясь только на Qтеор, то получится, что компрессор практически все время работает в режиме нагнетания. Увеличив Qтеор на 15-20% (на так называемый «запас по производительности»), определим, что необходим компрессор с производительностью на всасывании 700 л/мин. Выберем компрессор с Qтеор = 700 л/мин из модельного ряда итальянской компании FIAC. Компания предлагает несколько серий промышленных поршневых компрессоров: АВ, АВ «LONG LIFE» и SCS. Условиям данной задачи удовлетворяют несколько моделей: из серии АВ – АВ 100/850; АВ 300/850; АВ 500/850 – с Qтеор = 830 л/мин; из серии «LONG LIFE» – АВ 300-7,5 F; АВ 500-7,5 F – с Qтеор = 750 л/мин;www.fiak.ru 5 Таблица 5 Модель компрессора t 1 , мин t 2 , мин АВ 100/850 1,08 0,46 АВ 300/850 2,91 1,24 АВ 500/850 5,04 2,29 АВ 300-7,5 F 4,25 1,24 АВ 500-7,5 F 7,87 2,29 SCS 951/300 3,67 1,24 SCS 951/500 6,80 2,29 из серии SCS – SCS 951/300; SCS 951/500 – с Qтеор = 777 л/мин. Как видно, компрессоры имеют три типоразмера ресиверов – 100 л, 270 л и 500 л. И если говорить о поршневых компрессорах в целом, то часто одна и та же компрессорная группа устанавливается на ресиверах разных объемов. Как выбрать необходимый объем ресивера? Ресивер выполняет следующие основные функции: хранение сжатого воздуха, его охлаждение, сглаживание воздушных пульсаций. Объем ресивера выбирают на основании предполагаемого характера потребления воздуха. Если оно равномерно, то при прочих равных условиях подойдет ресивер меньшего объема. Если же возможны пиковые нагрузки, то лучше выбрать больший объем. Для того чтобы правильно выбрать ресивер нужного объема необходимо математически описать режим работы компрессора. Это делает при помощи двух формул. Рассмотрим работу компрессора в режиме нагнетания. В данном режиме сжатый воздух, произведенный компрессором, поступает в ресивер и одновременно выходит из него за счет работы подключенных потребителей. Разница между произведенным воздухом (производительностью компрессора, Qк ) и расходом воздуха (предполагается, что расход воздуха постоянный) Qрасх будет «собираться» в ресивере. Если объем ресивера обозначить Vр , то время работы компрессора в режиме нагнетания определяется по формуле: t 1 = Vр х (Рmax - Рmin) / (Qк - Q расх.) Затем в режиме ожидания компрессор не производит сжатый воздух. Работа пневмооборудования происходит за счет сжатого воздуха, находящегося в ресивере. Время падения давления в ресивере от Рmax до Рmin рассчитывается так: t 2 = Vр х (Рmax - Рmin) / Q расх. В нашем случае: Рmax = 10 бар; Рmin = 8 бар; Qк – определим уменьшением теоретической производительности компрессоров на 25%; Q расх. = 435 л/мин. Проведем проверочный расчет режима работы для всех компрессоров - АВ, АВ «LONG LIFE» и SCS. Величина Qк (АВ) = 620 л/мин; Qк (АВ «LONG LIFE») = 562 л/мин; Qк (SCS) = 582 л/мин. Результаты расчетов приведены в Таблице 5. Анализ полученных значений говорит о том, что вариант с ресивером 100 л (АВ 100/850) наименее подходящий, так как компрессор будет часто включаться/выключаться и иметь слишком малое время для «отдыха». Варианты с ресивером 270 л (АВ 300/850, АВ 300-7,5 F, SCS 951/300) – оптимальное решение: приемлемое время работы в режиме нагнетания и время для «отдыха».