• На главную
  • В избранное
  • Карта сайта
  • Пишите нам
  • Ваш заказ
  • Скачать прайс

"Рабочее давление"

"Рабочее давление"
Раздел: Компрессора поршневые
Журнал: "Правильный автосервис" (www.avtoservice.info)
№ журнала: май, 2005
Дата публикации: 01.05.2005
Представить сегодня современный автосервис без использования сжатого воздуха, наверное, невозможно. Покрасочно-сушильные камеры, шиномонтажные станки, системы пневмоуправления различных устройств – это то оборудование, где без сжатого воздуха просто не обойтись.
Не говоря уже о пневмоинструменте – пневмогайковерты, отрезные,  шлифовальные и полировальные машинки, пневмодрели уже давно вытеснили своих «электрических» собратьев. Действительно, пневмоинструмент электробезопасен, не боится влаги, гораздо удобнее и практичнее в работе. А подключение его к пневмомагистрали при помощи гибкого спирального шланга позволяет значительно экономить рабочее пространство в мастерской.
Тот, кто уже сделал выбор в пользу активного использования сжатого воздуха, не ошибся и, скорее всего, уже никогда не вернется к электроинструменту. Ну а тот, кто только собирается заняться этим, обязательно столкнется с решением вопроса о выборе источника сжатого воздуха – воздушного компрессора.
С чего начать? Сегодня на российском рынке компрессорного оборудования представлена продукция огромного количества фирм-поставщиков от признанных мировых лидеров до малоизвестных китайских производителей. Модельный ряд компрессорного оборудования также весьма разнообразен: поршневые полупрофессиональные и профессиональные компрессоры, винтовые компрессоры, компрессоры без ресивера и с ресиверами разных объемов, компрессорные станции «все в одном» для производства сухого сжатого воздуха и многое другое. Но, несмотря на все это многообразие, подходы к выбору компрессорного оборудования, в общем, примерно одинаковые. Основными параметрами, которыми необходимо руководствоваться в первую очередь, являются максимальное рабочее давление и производительность.
Что касается максимального рабочего давления, то здесь особых проблем, как правило, не возникает. Основное условие – давление, создаваемое компрессором, должно быть выше, чем у потребителей сжатого воздуха. Практически все автосервисное оборудование и инструмент работают при давлении 6 - 6,5 бар.  Исключение – покрасочные пистолеты: рабочее давление при покраске - обычно составляет 2,5 - 4 бар.

Если мы посмотрим каталоги фирм-поставщиков, то увидим компрессоры с максимальным рабочим давлением 8 и 10 бар. Чему отдать предпочтение? Прежде всего, надо помнить, что практически любой компрессор работает следующим образом: накачав воздух до максимального рабочего давления (P max), компрессор отключается, и его повторное включение происходит после падения давления до давления включения (P min). Разница между P max и P min, как правило, составляет 2 бар. Таким образом, говоря о компрессорах с P max = 8 и 10 бар, мы помним, что их P min составляет 6 и 8 бар соответственно.
В принципе, изменение заводских настроек P max и P min возможно. Устройство, которое управляет включением-выключением компрессора – реле давления (или прессостат), - позволяет изменять как величины P max и P min (правда, только в меньшую сторону), так и  разницу между ними. То есть компрессор с P min = 8 бар и P max = 10 бар может быть перенастроен, например, на P min = 7,5 бар и P max = 9 бар. Только надо помнить, что увлекаться такими регулировками не следует по причине не очень высокой механической надежности прессостатов. Лучше не менять заводские настройки реле давления, а если необходимо меньшее давление – решить проблему другим способом, но об этом чуть позднее.
Если исходить только из технических характеристик, то для автосервиса вполне бы мог подойти компрессор с P max = 8 бар. Но опыт говорит, что лучше все же отдать предпочтение десятибарнику. Основная причина в том, что по пути сжатого воздуха от компрессора до потребителей сжатого воздуха происходит падение давления. Чем длиннее магистраль, чем больше в ней местных сопротивлений (запорной арматуры, уголков, тройников, различных фитингов и т.п.), тем падение давления больше. Кроме того, если сравнить, например, два участка трубопровода одинаковой длины с разными диаметрами 1/2’’ и 3/4", то в «полдюймовой» трубе падение давления будет больше. А с учетом того, что в автосервисах зачастую разводка выполнена даже не трубами, а гибкими шлангами с внутренним диаметром 6 - 8 мм, компрессор с более высоким P max будет, конечно, предпочтительнее.
Теперь о производительности компрессора. Здесь все гораздо сложнее. Прежде всего, необходимо определиться с потребностью в сжатом воздухе. Как правило, в паспорте на пневмооборудование указывают расход воздуха и рабочее давление. Но, определившись с количеством потребителей сжатого воздуха и просто сложив величины расходов, мы совершим довольно грубую ошибку. 
Дело в том, что оборудование используется в работе не постоянно, а с определенными перерывами. У каждого вида оборудования есть свой, так называемый, коэффициент использования. И правильнее будет провести расчет 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.
Для справки в таблице 1 приведены средние значения расхода воздуха и коэффициенты использования  для оборудования, наиболее часто применяемого в автосервисе.
Кроме того, необходимо учесть вероятность одновременной работы всего оборудования. Эта вероятность определяется коэффициентом синхронности работы оборудования, значения которого приведены в таблице 2.
 
Таким образом, рассчитанное ранее значение общего потребления сжатого воздуха необходимо умножить на соответствующий коэффициент синхронности.
Но и это еще не все: во-первых, герметичных пневмомагистралей не существует, в любой системе обязательно существуют утечки, во-вторых, желательно предусмотреть перспективу хотя бы небольшого дальнейшего расширения производства. Рекомендуется учесть эти два момента, увеличив на 15 - 20% уже полученное с учетом коэффициента синхронности общее значение расхода воздуха.  
И только теперь, зная необходимое количество воздуха, можно приступать к выбору компрессора. Если говорить о видах компрессоров, представленных на рынке, то наибольший интерес могут представлять поршневые и винтовые компрессоры. Особенности винтового компрессора обсудим в следующий раз, а сегодня поговорим о поршневых компрессорах.
Не будет ошибкой сказать, что 90% компрессорного оборудования в российских автосервисах - поршневые компрессоры. Они просты в устройстве, надежны в работе, неприхотливы в техническом обслуживании. Но при всей своей кажущейся простоте, вопрос выбора поршневого компрессора тоже требует определенного внимания.
Прежде всего, разберемся с производительностью поршневого компрессора. Вообще, производительность компрессора - величина переменная и зависит от условий всасывания:  давления и температуры окружающего воздуха. Поэтому, говоря о производительности, обязательно указывают условия всасывания. В этом случае, производительность выражается в нормальных кубических метрах (или литрах) в единицу времени с обязательным указанием условий всасывания. Например, производительность компрессора составляет 1000 нл/мин при температуре окружающего воздуха +20 ОС и давлении 1 бар – это означает, что компрессор производит такое количество воздуха, которое при указанных условиях всасывания занимает объем 1000 л.
Но гораздо чаще, особенно в каталогах зарубежных производителей компрессорного оборудования, указывают теоретическую производительность компрессора. Теоретическая производительность, или производительность на всасывании, равна объему, описываемому поршнем в единицу времени. Эта величина не случайно называется теоретической, так как она довольно существенно отличается от реальной. Дело в том, что между поршнем в крайнем верхнем положении и клапанной группой всегда имеется зазор, образующий свободный объем, или так называемое «вредное пространство». В этом пространстве остающийся после нагнетания сжатый воздух при обратном ходе поршня расширяется, и поэтому всасывающий клапан открывается лишь при снижении давления до давления всасывания. То есть поршень определенный отрезок пути в цилиндре движется «вхолостую» из-за чего производительность компрессора снижается. Это «снижение производительности» определяется коэффициентом производительности компрессорной головки. 
Теперь о типах поршневых компрессоров. Все поршневые компрессоры, которые находят применение в автосервисах и различных авторемонтных мастерских, можно условно разбить на три типа: полупрофессиональные, профессиональные и промышленные. Здесь надо сразу заметить, что, помимо конструктивных отличий, о которых будет сказано чуть ниже, для каждого типа компрессоров существует свой так называемый коэффициент внутрисменного использования. Этот коэффициент определяется как отношение времени работы компрессора в режиме нагнетания к общему времени продолжительности рабочего цикла. Под продолжительностью цикла понимают сумму времени работы компрессора и времени простоя в режиме ожидания. Так вот, у полупрофессиональных компрессоров этот коэффициент равен 0,15 - 0,2; у профессиональных -  0,4 - 0,5; у промышленных -  0,6 - 0,7. Отметим, что под максимальной продолжительностью цикла понимают 10 минутный отрезок времени. Иными словами, компрессор промышленного типа должен работать в режиме нагнетания 6 - 7 мин, после чего 3 - 4 минуты отдыхать.
Еще один важный момент: поршневой компрессор обязательно должен иметь «запас по производительности», т.е. его реальная производительность должна превышать реальное потребление воздуха. На сколько? Это зависит от типа компрессора: у полупрофессиональных этот запас должен составлять 40%, у профессиональных – 30 - 35%, у промышленных - 25 - 30%.     
Разберем подробнее конструктивные особенности компрессоров каждого типа.
Полупрофессиональные поршневые компрессоры, или, как их часто называют, компрессоры любительской серии (класса ХОББИ), представляют собой безмасляные компрессоры с одноцилиндровой поршневой группой и прямой передачей (компрессоры с прямой передачей называют также коаксиальными). Коэффициент производительности компрессорной головки для них равен 0,5. Иными словами, при указанной в каталоге теоретической производительности 150 л/мин, реально компрессор будет производить порядка 75 л/мин. Данные компрессоры предназначены для нечастого использования в бытовых целях. Они имеют небольшие массу и габариты, легко транспортируются, практически не требуют никакого обслуживания. Если говорить об использовании компрессоров данного типа в авторемонте, то, кроме как для «гаражных умельцев», они больше ни для кого, скорее всего, не подойдут. Причина – не очень высокая надежность, вызванная особенностью конструкции – прямым приводом. Прямой привод представляет собой жесткую связь между коленвалом поршневой головки и электродвигателем. Частота вращения электродвигателя, а, следовательно, и кривошипа составляет 2850 мин-1, что приводит к достаточно быстрому нагреву поршневой головки (отсюда и коэффициент внутрисменного использования 0,15 - 0,2). Да, для охлаждения электродвигателя и поршневой головки имеется вентилятор, но его довольно малые размеры не позволяют, к сожалению, говорить об эффективном охлаждении. Тем не менее, такие компрессоры вполне по праву занимают свою нишу и в условиях гаража вполне могут быть использованы для подкачки колес, продувки и не очень серьезной покраски.   
Профессиональные поршневые компрессоры представляют собой маслозаполненные компрессоры с одноцилиндровой или двухцилиндровой одноступенчатой поршневой группой и прямой передачей. Коэффициент производительности компрессорной головки для них равен 0,65. Наличие смазки позволило существенно повысить ресурс компрессоров данного типа по сравнению с полупрофессиональными компрессорами. А в остальном конструктивные различия минимальны: все тот же прямой привод, не очень эффективное воздушное охлаждение, высокая частота вращения двигателя и коленвала.
 Но есть профессиональные компрессоры, стоящие особняком, - модели с двухцилиндровой V-образной поршневой головкой.  Это уже довольно серьезное оборудование, которое с успехом используют многие шиномонтажные мастерские. Ну а кроме шиномонтажа, полупрофессиональные компрессоры, оснащенные на выходе фильтрующими устройствами, все так же могут быть использованы для продувки, подкачки, покраски и подключения пневмоинструмента с невысоким расходом воздуха.
Промышленные поршневые компрессоры представляют собой маслозаполненные компрессоры с двухцилиндровыми одно и двухступенчатыми поршневыми группами и с клиноременным приводом. Коэффициент производительности компрессорной головки  равен 0,65 для одноступенчатых поршневых головок и 0,75 - для двухступенчатых.
Уже говорилось, что двухцилиндровые поршневые группы бывают одно и двухступенчатыми. В чем же различие между ними? Одноступенчатый компрессор имеет два цилиндра одинакового размера. Оба они поочередно всасывают воздух, сжимают его до максимального давления и вытесняют в линию нагнетания. У двухступенчатого компрессора также два цилиндра, но уже разного размера. В цилиндре первой ступени воздух сжимается до промежуточного значения, затем охлаждается в промежуточном охладителе и дожимается до максимального давления в цилиндре второй ступени.
На практике это означает, что при одной и той же мощности двигателя при двухступенчатом сжатии затрачивается меньше энергии, чем при одноступенчатом. При этом производительность на выходе из двухступенчатого компрессора на 20% больше, чем на выходе из одноступенчатого. Кроме того, в двухступенчатом компрессоре температура в цилиндрах значительно ниже, что существенно повышает надежность и увеличивает ресурс поршневой группы.
Не будет ошибкой сказать, что компрессоры с клиноременным приводом наиболее распространены в автосервисах. Основное преимущество ременной передачи, по сравнению с прямой, - возможность существенно понизить число оборотов поршневой группы. Как правило, оно составляет 1000 - 1500 мин-1. Меньшее число оборотов означает меньшую температуру поршневой головки и сжатого воздуха на выходе из нее. Дело в том, что, в отличие от компрессоров с прямой передачей, где размеры охлаждающего вентилятора довольно малы,  у компрессора с клиноременной передачей функцию вентилятора выполняет шкив большого диаметра с мощными лопастями. Поэтому увеличение производительности поршневой головки позволяет поддерживать ее температуру в приемлемых границах,   одновременно увеличивая ресурс.
Ну и отдельного внимания заслуживают компрессоры с двумя поршневыми головками, смонтированными на общем ресивере, так называемые «тандемы». Каждая головка имеет независимый привод от своего электродвигателя. Для снятия пиковых нагрузок в момент включения в тандемах используется устройство электронного управления. Сначала включается одна поршневая группа, затем через некоторый промежуток времени - вторая. Тандем хорош тем, что в случае выхода из строя одной головки вторая продолжает работать, обеспечивая тем самым необходимый резерв сжатого воздуха.
Вот, пожалуй, основное об особенностях поршневых компрессоров. На что еще можно обратить внимание?
В настоящее время на рынке представлены компрессоры с поршневыми группами из алюминиевых сплавов и из чугуна. В чем между ними различие? Основное - в том, что  теплопроводность алюминия в 4 раза выше, чем чугуна. Следовательно, алюминиевая головка во время работы будет гораздо лучше охлаждаться. А лучшее охлаждение - это и более высокий ресурс, и меньшие затраты на дальнейшую подготовку сжатого воздуха, прежде всего на осушку. Но, с другой стороны, компрессоры с чугунными поршневыми группами существенно дешевле.
Изучая каталоги фирм - поставщиков компрессорного оборудования, можно обратить внимание на то, что компрессоры одинаковой производительности часто выполняются на ресиверах различных объемов. Вообще для чего необходим ресивер? Ресивер выполняет следующие основные функции: охлаждение сжатого воздуха, сглаживание воздушных пульсаций, создание резерва сжатого воздуха. Выбирать объем ресивера необходимо на основании предполагаемого характера воздухопотребления. Если оно равномерно, подойдет ресивер меньшего объема, если возможны пиковые нагрузки, лучше выбрать больший объем.
В общем случае можно воспользоваться формулой:
Vрес = Qреал x t  / (P max – P min), где
Vрес – объем ресивера,
Qреал – реальный расход воздуха,
t – время, за которое давление в ресивере падает с P max до P min.
Еще один важный момент – уровень шума компрессора. Все поршневые компрессоры в силу своих конструктивных особенностей довольно сильно шумят – уровень шума, как правило, составляет 80 +-  3 дБ. Установка такого компрессора непосредственно в рабочей зоне приведет к быстрому утомлению работающего рядом персонала. Решение проблемы – либо в размещении компрессора в отдельном помещении, либо в установке в производственном помещении компрессора с шумоизоляцией. Шумоизоляция позволяет снизить уровень шума на 10 - 15 дБ. Но поскольку установка шумоизолирующего кожуха требует существенного изменения конструкции компрессора, его цена при этом значительно возрастает. Поэтому поршневые компрессоры с шумоизоляцией пока еще не находят широкого применения в отечественных автосервисах.
Ну а теперь самое время вернуться назад и еще раз рассмотреть вопрос выбора поршневого компрессора по производительности. Итак, рассчитав предполагаемое потребление сжатого воздуха, необходимо определиться с типом компрессора. Поскольку полупрофессиональные компрессоры, скорее всего, не будут представлять особого интереса (вспомним коэффициент внутрисменного использования), выбор будет сделан либо в пользу профессиональной серии (при не очень высоком потреблении воздуха), либо в пользу промышленного компрессора.
Например, при расчете мы получили, что расход воздуха шестью потребителями составляет порядка 500 л/мин. Умножая это значение на соответствующий коэффициент синхронности работы оборудования и учитывая 15% запас на утечки и возможное расширение производства, получим, что реальный расход воздуха составит около 470 л/мин. Учитывая расход  и количество потребителей, выбираем компрессор промышленной серии. В этом случае его теоретическая производительность должна составлять не менее 630 л/мин. Увеличивая полученное значение на 25% - «запас по производительности» - определим, что необходим компрессор с производительностью не менее 780 л/мин.
Предположим, что нам необходим компрессор для подключения трех ударных гайковертов 3/4’’ с расходом воздуха 650 л/мин каждый, продувочного пистолета с расходом воздуха 150 л/мин и автоматического шиномонтажного станка для демонтажа шин легковых автомобилей. Определяя общий расход воздуха с учетом коэффициента использования оборудования, получим, что для трех гайковертов он составит 390 л/мин. У продувочного пистолета – 45 л/мин (примем, что коэффициент использования оборудования - 0,3). Что касается шиномонтажного станка, то расчет потребления воздуха проводится с учетом расхода каждого из трех (или четырех) пневмоцилиндров управления (привода кулачков рабочего стола, механизма отжима и привода «башни»), а также с учетом накачки колеса. Не вдаваясь в подробности, примем, что расход воздуха составляет 250 л/мин.
В итоге расход воздуха пяти потребителей составляет порядка 685 л/мин. Умножая это значение на соответствующий коэффициент синхронности работы оборудования и учитывая 15% запас на утечки и возможное расширение производства, получим, что реальный расход воздуха порядка - 660 л/мин. С учетом расхода воздуха и количества потребителей выбираем компрессор промышленной серии. В этом случае его теоретическая производительность должна составлять не менее 880 л/мин. Увеличивая полученное значение на 25% - «запас по производительности» - определим, что необходим компрессор с производительностью не менее 1100 л/мин. Расчет довольно условный, но, тем не менее, «порядок» интересующей нас величины мы получили. Вообще при выборе поршневого компрессора определенный «запас» по производительности никогда не повредит. Конечно, чем мощнее компрессор, тем больше затраты на его приобретение. Но опыт эксплуатации поршневых компрессоров показывает, что лучше заплатить чуть больше один раз - при покупке, чем в дальнейшем постоянно оплачивать ремонты, вызванные, прежде всего, естественным износом деталей шатунно-поршневой группы. 
Осталось определиться с объемом ресивера. Формулу для расчета мы рассмотрели выше. Только как ей воспользоваться? Во-первых, неизвестно t, а во-вторых, большинство компрессоров выполнено на ресиверах вполне определенного объема – 100, 200, 300 и 500 л. Поэтому, в нашем случае лучше взять «готовый» объем и определить время t – время «отдыха» компрессора во время падения давления с P max до P min.
Предположим, что объем 500 л, а разница между P max и P min составляет 2 бар. Тогда:
t = Vрес x 60 x (P max – P min)/ Qреал  =  500 x 60 x 2/ 660 = 91 с = 1,52 мин.
Конечно, это не 3 - 4 мин, как предписывает коэффициент внутрисменного использования, но все же время для «отдыха» у компрессора будет.
А что делать, если при расчетах получилась производительность на всасывании, значительно превышающая максимальную для поршневого компрессора из приведенных в каталоге? Как выбрать поставщика компрессора? Есть ли альтернатива поршневым компрессорам? Ответы на эти вопросы в нашей следующей публикации.
таблица 2

 
Rambler's Top100