Выбор компрессора
Компрессоры
Выбор компрессора
На рынке компрессоров существует огромный выбор моделей – от небольших бытовых до огромных промышленных. Для начала следует определить назначение прибора: бытовой, профессиональный или промышленный. Бытовой аппарат подходит для разовых работ в гараже, на даче или мини-мастерской. С помощью прибора невысокого давления можно покрасить деталь машины, раскрасить материал или подключить пневмоинструмент. Как правило, бытовой аппарат оснащён одним цилиндром и прямой передачей. Профессиональные компрессоры отличаются повышенным ресурсом (от 500 л/мин) и большой производительностью. В техническом плане профессиональные модели оснащены ременным приводом, что обеспечивает качественное охлаждение мотора и деталей. Промышленный вариант исполнения предполагает максимально высокую мощность и производительность.
В данной статье не целесообразно подробно останавливаться на промышленных агрегатах, предназначенных для обеспечения нужд больших предприятий, поэтому мы постараемся помочь обычному потребителю широкого круга в выборе бытового или профессионального компрессора для дома, гаража или небольшого производственного предприятия частного бизнеса.
Основными параметрами при выборе воздушного компрессора являются:
• мощность двигателя;
• давление;
• производительность;
• объём ресивера;
• габаритные размеры, вес;
• уровень шума;
• технические параметры оборудования.
Мощность двигателя
От мощности зависит производительность компрессора, энергопотребление, а, следовательно, и конечная стоимость генерации сжатого воздуха.
Под мощностью понимается общий рабочий потенциал оборудования. С увеличением мощности увеличивается производительность компрессора и снижается время выполнения задач, поставленных перед аппаратом. Следует понимать, что в процессе работы из-за трения деталей возникают дополнительные нагрузки, которые приходится компенсировать. Соответственно, действительная мощность при работе компрессора будет выше теоретической (указанной в паспортных данных) и покупать необходимо агрегат с запасом мощности до 30%.
Будет не лишним обратить внимание и на параметры электросети - если у вас нет трёхфазного подключения, имеет смысл остановить свой выбор на простом бытовом агрегате.
Номинальное напряжение (В) и частота (Гц)
Оборудование может быть трёхфазным и однофазным. Трёхфазные модели чаще всего не будут подходить для использования дома, поэтому необходимо подбирать компрессор, который будет соответствовать вашему домашнему напряжению и частоте.
Частота влияет на количество колебаний в цепи. В России и странах Европы принят единый стандарт частоты - 50 Гц, однако, при покупке следует проверить в паспорте рабочее напряжение и частоту для уверенности, что после покупки устройство будет работать нормально и стабильно.
Давление
Давление чаще всего измеряется в атмосферах, однако многие производители в технической документации используют такие единицы как бары, МПа, кг/см2. Для простоты перевода одних единиц измерения в другие достаточно знать, что 1 атмосфера приблизительно равна 1 бару и 1 кг/см2 и все они, в свою очередь, приблизительно равны 0,1 МПа.
Под рабочим давлением обычно понимают усилие, с которым оборудование будет производить сжатие воздуха. Давление — это должно соответствовать подключаемому инструменту и быть не меньше, чем требуемое. Например, если пневмодрели необходимо давление 6-8 бар, это значит, что компрессор, который будет нагнетать воздух, должен обладать максимальным давлением в 8-10 бар. В течение рабочего цикла из-за скачков давления внутри пневмоститемы давление воздуха меняется (для компрессора с максимальным давлением 10 бар рабочее может колебаться от 10 до 6 бар).
Также необходимо учесть, что во всех каталогах указано максимальное рабочее давление, а все производительности замеряются при расчётном давлении, которое, как правило, ниже на 0,5 бара. Кроме того, потери в системе подготовки воздуха могут достигать 1 бара при применении адсорбционного осушителя, а потери давления по длине трубопровода и в соединениях составляют от 0,1 бара и больше.
Производительность
Количество сжатого воздуха нужного давления за единицу времени. Выражается литрами (для мощных моделей кубическими метрами) воздуха в единицу времени – обычно в минуту.
Величина производительности, которая обычно указывается в паспортах, показывает производительность на входе в оборудование. Она обычно измеряется при температуре 20 °С, но может изменяться при изменении температуры воздуха. Поэтому при покупке компрессора необходимо делать выбор в пользу агрегата, обладающего запасом производительности в 30-50% в сравнении с той, которая вам требуется.
При выборе поршневого компрессора желательно ориентироваться на производительность по нагнетанию. Большинство западноевропейских производителей указывают в качестве производительности геометрический объем воздуха, рассчитанный исходя из размеров и хода поршня (производительность по всасыванию), а не производительность, замеренная на выходе из компрессора (производительность по нагнетанию), но пересчитанная на условия всасывания, т. е. на давление и температуру во всасывающем патрубке цилиндра первой ступени.
Объём ресивера
Наличие или отсутствие ресивера не сильно влияет на работу компрессора. Ресивером называется металлическая ёмкость, в которую подаётся сжатый воздух. Когда ресивер заполняется полностью, оборудование отключается, и сжатый газ подаётся из накопительного бака. Объём ресивера обычно варьируется в рамках от 5 до 500 литров.
Чем больше будет внутренний объём ресивера, тем меньшее количество раз используемый пневмоинструмент станет отключаться при снижении уровня сжатого воздуха до минимальных значений. С другой стороны, чтобы в полном объёме наполнить ресивер, оборудованию потребуется более длительное время.
Но необходимо учитывать также, что чем меньшим будет объём ресивера, тем быстрее давление будет подниматься до максимума и опускаться к минимуму. Это также значит, что компрессор будет чаще включаться и выключаться.
При выборе объёма ресивера стоит пользоваться простым правилом: если потребление сжатого воздуха при рабочем цикле оборудования равномерное, то компрессорную установку можно выбрать с минимальным объёмом ресивера, если потребление сжатого воздуха порционное – выбирайте установку с максимально большим объёмом ресивера.
Габаритные размеры, вес
Габариты компрессоров обычно указываются в мм и содержат в себе три параметра – длина, ширина, высота (ДхШхВ или же LxWxH в англоязычном варианте). Вес обычно указывают в кг.
Размеры оборудования и степень его мобильности много значат при использовании в закрытых сооружениях, например автомастерских. Если выполняемая работа требует постоянных передвижений, но не требует слишком большой мощности оборудования, то можно подобрать компрессор, который имеет ручку для перемещения и обладает небольшими размерами (400х250х400 мм). Модели помощнее могут быть до 2000 мм длиной и 1500 мм высотой. Для проведения крепёжных работ, строительных работ по дому, когда пневмоинструмент работает только по мере необходимости, предпочтительнее будет небольшое оборудование весом в 4-5 кг. Полупрофессиональные и профессиональные компрессоры весят обычно от 25 кг. Многие производители оснащают компрессора колёсами и рукоятками для удобства транспортировки.
Уровень шума
При выборе компрессора потребители часто могут не обращать внимания на данный показатель. Однако компрессор является агрегатом с достаточно высоким уровнем шума, который обычно достигает 85 дБ, что вполне сравнимо с шумом от железной дороги. Для снижения шума многие производители снабжают свои агрегаты специальными шумоизоляционными конструкциями, что позволяет снизить уровень шума до 68 дБ.
Технические параметры оборудования
Для экономии средств при покупке и использовании компрессора не всегда стоит искать оборудование с максимально большим ресивером и огромной производительностью. Немаловажным фактором при выборе является интенсивность работы компрессора. Для выполнения ремонтных работ по дому несколько раз в год, Вам не понадобится мощная профессиональная техника. Но для работы в автосервисе следует подобрать компрессор достаточной мощности и производительности, чтобы агрегат не работал на износ.
Для расчёта параметров давления и производительности необходимого вам компрессора можно воспользоваться справочной таблицей с указанием примерной мощности некоторых видов пневмооборудования:
| Инструмент | Давление (бар) | Расход воздуха (л/мин) |
| Краскопульт | 3-6 | 150-400 |
| Пылесос | 6 | 100-150 |
| Шлифмашина | 6-7 | 180-450 |
| Продувочный пистолет | 4 | 150-250 |
| Пескоструйный пистолет | 8 | 250 |
| Пистолет для накачки шин | 3 | 50 |
| Угловой гайковерт | 6-7 | 85-250 |
| Ударный гайковерт | 6-7 | 400-450 |
| Долото | 6,5 | 220-390 |
| Дрель | 6 | 110-280 |
| Заклепочный пистолет | 6-7 | 100-350 |
| Гвоздезабивной пистолет | 6-7 | 100-350 |
| Ножницы | 6,2 | 200 |
| Игольчатый очиститель окалины | 6-8 | 150-200 |
Расчёт необходимой производительности компрессора
Потребность в сжатом воздухе проводится на основании паспортных данных пневмооборудования с учётом его загруженности. Как правило, оборудование используется в работе не постоянно, а с определёнными интервалами. Соответственно у каждого вида оборудования есть свой коэффициент использования, который обычно находится в рамках 0,2 – 0,6. Для более точного определения коэффициентов для конкретного случая можно установить значение коэффициента практическим путём - если какой-то инструмент работает, в среднем, 20 мин в течение часа, то его коэффициент использования составляет 0,33, или 33%, если 30 минут, то соответственно 0,5 или 50%.
Для расчёта общей потребности в сжатом воздухе следует воспользоваться нехитрой формулой:
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.
После чего, подобрать производительность компрессора можно по следующей формуле:
A = (Q x k) / r (л/мин), где:
A – производительность компрессора (л/мин),
Q – общее потребление воздуха, вычисленный выше,
k – коэффициент, равный:
1,6 – для полупрофессиональных поршневых компрессоров,1,5 – для профессиональных поршневых компрессоров,1,4 – для высоконагруженных поршневых компрессоров1,2 – для роторных компрессоров.
r - коэффициент эффективности компрессорной головки:
0,65 – для одноступенчатых головок,0,75 – для двухступенчатых и более головок,1,0 – для роторных головок.
Для не промышленного использования наиболее распространены два вида компрессоров – поршневые и винтовые.
Принцип работы поршневых компрессоров состоит в том, что сжатие воздуха достигается посредством движения поршня в цилиндре. Поршневые компрессоры являются компрессорами объёмного типа. Это означает, что воздух сжимается в закрытом объёме и продвигается в направлении повышенного давления.
Если сжатие воздуха происходит в компрессоре только при движении поршня в одном направлении ( наверх, противоположно направлению всасывания), такой принцип работы называется однотактным; если сжатие происходит во время движения в обоих направлениях (вверх и вниз или справа налево), такой принцип работы называется двухтактным.
Всасывающий клапан цилиндра открывается, когда давление в цилиндре меньше, чем давление на входе. Выпускной клапан открывается в том случае, когда давление внутри цилиндра (которое повышается за счёт выталкивающего движения поршня) выше, чем давление на выходе компрессора.
Поршневые компрессоры могут быть воздухо- и водоохлаждаемыми, с точки зрения нахождения в цилиндре масла - масляными и безмасляными, имеют широкий модельный ряд в зависимости от необходимого давления и производительности.
В случае, когда принципиальным является вопрос мобильности и размеров, самыми лучшими будут поршневые коаксиальные компрессоры. Они обладают самыми минимальными размерами. В плане мобильности будут самыми лучшими безмасляные компрессоры, не имеющие ресивера. Он обладает базовым набором достоинств, но недостатки его также существенны: он часто отключается и имеет повышенная вибрация и уровень шума. Его время работы является основным минусом, т.к. после 5 минут ему необходим перерыв, что намного снижает производительность.
Поршневой компрессор с ременным приводом по своим размерам будет больше коаксиального. Однако благодаря своей конструкции они будут работать более длительное время, а также меньше ломаться. Из недостатков можно выделить то, что они, подобно коаксиальным, обладают повышенной шумностью, а также в выдаваемом сжатом воздухе присутствуют частицы масла. Присутствие масла в сжатом воздухе является обязательным элементом для применения основного количества пневмоинструмента, т.к. они формируют смазку трущихся деталей, но при использовании, например, краскопульта наличие в воздухе масла здорово ухудшит процесс работы.
Именно поэтому для проведения покраски, а также для других отдельных видов работ лучше сделать выбор в пользу безмасляного компрессора. Он производит сжатый воздух без каких-либо примесей, имеет малый вес и размеры, обладает принудительным охлаждением, легко запускается. К недостаткам следует отнести малый рабочий ресурс, уменьшенный диапазон применения, так как не каждый пневмоинструмент способен эксплуатироваться без смазки.
Поршневые компрессоры с воздушным охлаждением предназначены для повторно-кратковременного режима работы с продолжительностью включения (ПВ) до 60%. Иными словами, время работы поршневого компрессора в режиме нагнетания, например, в течение часа, не должно превышать 36 мин. А поскольку число включений компрессора в течение часа ограничено (не более 10-15 раз), режим его работы должен быть примерно таким: 2,5-3,5 мин работа в режиме нагнетания до достижения максимального рабочего давления; затем компрессор отключается на 1,5-2,5 мин «отдыха» до того момента, пока давление не достигнет давления включения, после чего компрессор включится вновь. Общее же время работы поршневого компрессора не превышает 8-12 часов в сутки.
Поршневые компрессоры могут подразделяться по количеству цилиндров (одно - двух- и многоцилиндровые), по расположению цилиндров (рядные, V- или W-oбразные), по количеству ступеней сжатия (одноступенчатые и многоступенчатые) и другим параметрам.
Привод коленчатого вала может осуществляться либо от электродвигателя, либо от автономного двигателя (бензинового, дизельного или другого).
Принцип работы винтового компрессора заключается во вращении пары винтовых роторов в закрытом объёме, в результате которого происходит сжатие воздуха проходящего по спиральному жёлобу между кулачками и канавками ротора. Обычно используются роторы с 4-5 кулачками и 5-6 канавками. Такие конструкции, из-за внешнего сходства с бесконечным винтом получили название винтовой группы или винтовой пары.
Винтовая пара приводится в движение электро- или другим двигателем, образуемый вследствие этого вакуум втягивает воздух, прошедший через установленный на входе фильтр воздух смешивается с впрыскиваемым маслом с целью облегчения процесса охлаждения, смазки и сжатия, а затем сжатый воздух выталкивается наружу путём непрерывного вращения роторов. Вышедший из винтового блока воздух отделяется от масла в баке сепаратора, направляется к выходу компрессора; собирающееся в сепараторе масло охлаждается в радиаторе или теплообменнике, фильтруется и повторно впрыскивается в винтовой блок.
В случае, когда компрессор приобретается для длительного использования, винтовые модели имеют ряд достоинств - большая производительность, диапазон давления от 6 до 15 бар, небольшое энергопотребление, небольшой уровень вибрации и шума, возможность длительной бесперебойной эксплуатации в течение нескольких рабочих смен.
Винтовой компрессор работает в автоматическом режиме с отсроченным включением. В отличие от поршневого компрессора, винтовой компрессор при достижении максимального рабочего давления не отключается, а переходит в режим холостого хода. В этом режиме двигатель и винтовая пара продолжают работать, прогоняя без нагнетания воздух по внутреннему контуру компрессора, обеспечивая тем самым его эффективное охлаждение. Продолжительность работы в режиме холостого хода определяет автоматика. Если за это время происходит падение давления до давления включения, то остаток времени холостого хода обнуляется, и компрессор вновь переходит в режим нагнетания. Если же после окончания работы на холостом ходу давление все ещё выше, чем давление включения, то компрессор переходит в режим ожидания. Данный режим продолжается до тех пор, пока давление не понизится до давления включения, после чего компрессор вновь переходит в режим нагнетания. Отвод тепла, образующегося в винтовом блоке в процессе сжатия воздуха, осуществляется маслом, которое впоследствии принудительно охлаждается вентилятором. Это позволяет винтовому компрессору работать практически круглосуточно при максимальной нагрузке.
В целом, для выбора между винтовым и поршневым компрессором, следует выделить ряд основных моментов:
1. Поршневой компрессор лучше винтового тогда, когда цена имеет значение, но если производство располагает неограниченными финансовыми средствами, то винтовой компрессор в большинстве случаев предпочтительнее.
2. Винтовые компрессоры имеют более высокую удельную производительность (производительность, отнесённую к единице мощности приводного электродвигателя) – на 25-30%.
Производительность поршневого и винтового компрессора определяются по-разному. Для поршневых компрессоров, как правило, указывается теоретическая производительность. Теоретическая производительность, или производительность на всасывании, равна объёму, описываемому поршнем в единицу времени. Под производительностью же винтового компрессора понимают объёмную производительность, равную объёму воздуха производимого в единицу времени. Объёмная производительность выражается в нормальных кубических литрах (или метрах) в единицу времени с указанием условий всасывания. Например, если производительность компрессора составляет 500 нл/мин при температуре окружающего воздуха 0 oС и давлении 1,013 бар, то это означает, что компрессор производит такое количество воздуха, которое при указанных условиях всасывания занимает объем 500 л.
3. В техническом обслуживании винтовой компрессор гораздо дороже поршневого.
Набор ТО винтового компрессора включает в себя (масло, масляный и воздушный фильтр, фильтр-сепаратор), в то время как набор ТО поршневого компрессора состоит из масла и воздушного фильтра. Периодичность технического обслуживания винтового и поршневого компрессоров примерно одинаковая: 1-2 раза в год в зависимости от интенсивности работы.
Поршневой компрессор содержит в себе больше деталей, подверженных естественному износу (поршневые кольца, вкладыши и т.д.), поэтому ремонт проводится чаще. С другой стороны, этот ремонт может осуществляться силами потребителя, а ремонт винтового компрессора, скорее всего, потребует привлечения специалистов из-за сложности конструкции и специальной оснастки для проведения многих работ (например, для замены сальника винтового блока). В результате затраты на текущий ремонт компрессоров примерно сопоставимы.
Капитальный ремонт поршневого компрессора заводы-изготовители рекомендуют производить через 16 000 часов наработки. Эта трудоёмкая операция, требующая полной разборки компрессора для дефектации и замены изношенных деталей, стоимость которой составляет 10-15% от стоимости нового компрессора. У винтового компрессора более или менее серьёзный ремонт рекомендуется выполнять через 24 000 часов наработки. Ремонт этот связан с заменой подшипников винтового блока, после чего компрессор будет обеспечивать воздухом потребителем ещё 24 000 часов и т.д.
4. При использовании поршневого компрессора часто используется водяное охлаждение компрессора и выработанного воздуха. Для этого используются громоздкие, требующие частой чистки внутренних полостей, промежуточные и конечные охладители сжатого воздуха. Вода должна подаваться под давлением, что подразумевает дополнительные единовременные затраты необходимые для монтажа системы водоподготовки и долговременные на весь период обслуживания. Винтовой же компрессор представляет собой компактную станцию с воздушным охлаждением. Для запуска её требуется только подключить кабель электропитания.
5. Установка.
Для установки мощного поршневого компрессора требуется возведение специального фундамента, что предусматривает определённые затраты и затрудняет перенос данного компрессора в другое место при необходимости. При установке винтового компрессора необходима только ровная свободная площадка.
При производстве сжатого воздуха поршневым или винтовым компрессором выделяется некоторое количество тепла, как следствие требуется монтаж системы вентиляции. Применительно к винтовому компрессору необходимо говорить лишь об отводе тепла непосредственно из кожуха компрессора и подаче воздуха в тех случаях, когда компрессор установлен в недостаточно просторном помещении. В этом случае для обеспечения качественной вентиляции обычно достаточно мощности вентилятора компрессора и монтажа системы состоящей из недорогих и простых в изготовлении вентиляционных каналов. Использование собственных вентиляционных каналов делает возможной рекуперацию тепла выделяемого компрессором, а значит с помощью этого тепла можно в зимнее время отапливать небольшие производственные помещения.
За счёт того, что охлаждение поршневого компрессора производится проточной водой, он выделяет меньше тепла, чем винтовой. Но так как в большинстве своём у промышленных поршневых компрессоров защитный кожух отсутствует, система вентиляции помещения, в котором установлены поршневые компрессоры, требует установки дополнительных приточных и вытяжных вентиляторов так же имеющих некоторую мощность и не способствующих энергосбережению.