MOTUL48 › Блог › Приводной нагнетатель (компрессор)
Механический приводной нагнетатель (компрессор) позволяет увеличить мощность двигателя до 50 %. Основное преимущество механических нагнетателей перед турбокомпрессорами — равномерное увеличение мощности вне зависимости от оборотов.
Для увеличения мощности двигателя используют два основных вида нагнетателей — турбокомпрессор, работающий от энергии потока выхлопных газов, и механический компрессор с приводом от коленчатого вала.
История появления нагнетателей компрессорного типа
Идея установки нагнетателя для увеличения подачи мощности двигателя принадлежит немецкому инженеру Готтлибу Даймлеру. Впервые он установил компрессор на автомобиль собственной разработки в 1885 году. Первый патент на оригинальную конструкцию нагнетателя воздуха для двигателя внутреннего сгорания оформил в 1902 году Луи Рено.
Турбокомпрессоры применялись для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания еще на этапе развития этого вида технологий. Запатентованный американцем Альфредом Бюхи в 1911 году турбокомпрессор на заре своего развития сыграл значительную роль в военной авиации – турбированные бензиновые двигатели ставились на истребители и бомбардировщики для повышения их высотности. vk.com/v_korche Свое применение в автомобильном дизелестироении технология нашла относительно недавно. Первым серийным автомобилем с турбированным дизелем был появившийся в 1978 г. Mercedes-Benz 300 SD, а в 1981 г. за ним последовал VW Turbodiesel. В дальнейшем применение механических нагнетателей пошло двумя параллельными путями. Первыми их ценность признали инженеры, занимавшиеся постройкой дизельных двигателей, для которых характерна высокая степень сжатия, и требуется принудительное нагнетание воздуха, то есть в двухтактных дизелях, или там, где требуется повышенная удельная мощность. Вторая ветвь развития — установка в гоночные автомобили для получения избыточной мощности.
История автомобилестроения насчитывает большое количество видов приводных нагнетателей, или компрессоров. Но в настоящее время чаще всего используются три типа: винтовые, роторные и центробежные. Наиболее традиционно использование приводного нагнетателя для американской и немецкой промышленности, тогда как японцы, к примеру, тяготеют к использованию турбокомпрессоров.
Отличие приводного нагнетателя от турбокомпрессора
Приводные нагнетатели и турбокомпрессоры выполняют одну и ту же функцию — нагнетают воздух под давлением в камеру сгорания. Однако при этом они имеют совершенно разную конструкцию привода, и по-разному влияют на характер работы двигателя.
Вращающей силой турбокомпрессора является поток отработанных газов двигателя, а нагнетателя — механическая сила вращения коленчатого вала, которая передается на вал коленчатого вала при помощи шкива и приводного ремня.
Принцип увеличения мощности при помощи приводного нагнетателя
Приводной нагнетатель или турбокомпрессор доставляет в цилиндры силовой установки дополнительный воздух. Система управления двигателем, запрограммированная на приготовление оптимального состава рабочей смеси, увеличивает при этом подачу топлива. Сгорая, такой состав выделяет значительно больше энергии, а значит мощность двигателя увеличивается.
Производительность компрессора зависит от частоты вращения двигателя, поэтому он позволяет обеспечивать необходимый наддув в каждый конкретный момент работы силовой установки.
Устройство и принцип работы роторного компрессора
Говоря об особенностях роторных компрессоров, следует отметить простоту их конструкции, долговечность и положительную зависимость между частотой вращения роторов и меняющимися режимами работы двигателя.
В рабочей полости нагнетателя не происходит сжатия воздуха, поэтому для такого типа компрессоров принято название «с внешним сжатием». vk.com/v_korche При равных отношениях давлений нагнетания и всасывания, роторный компрессор достаточно эффективен, его КПД начинает падать с увеличением давления на впуске.
Состоит роторный компрессор из корпуса с поперечно расположенными впускным и выпускным окнами, двух роторов, приводных и синхронизирующих шестерней и шкива.
Роторы имеют спиральную форму. Это несколько улучшает равномерность наддува и снижает шум работы компрессора. Клиновидная форма окон корпуса нагнетателя способствует уменьшению пульсации давления воздуха. С этой же целью используются, вместо двухзубчатых, трехзубчатые роторы.
К недостаткам роторных компрессоров относятся сильный нагрев при работе, повышенный шум, пульсирующее давление нагнетания и прямая взаимосвязь КПД устройства и степени его изношенности.
В зависимости от конструктивных особенностей, роторные компрессоры создают положительное давление 0,5-0,6 бара и широко используются на легковых автомобилях.
Устройство и принцип работы винтовых компрессоров
Приводные нагнетатели винтового типа компактны, особо надежны и высокопроизводительны.
В конструкцию винтового компрессора входят два ротора. Они имеют форму колеса, на котором с большим углом наклона расположены спиральные зубья. Синхронизирующие шестерни, находящиеся на валах ротора, не допускают соприкосновения зубьев роторов с корпусом и между собой.
Количество зубьев роторов зависит от количества зубьев шестерней, установленных на их валу. В винтовом компрессоре ротор с впадинами является распределительным, а профили этих выемок полностью соответствуют профилю зубьев роторов.
Компрессоры винтового типа обеспечивают диагональное движение нагнетаемого воздуха в проточной части. vk.com/v_korche Большая скорость вращения устройства позволяет значительно снизить его габариты, а высокое давление воздуха дает возможность устанавливать такой тип приводного нагнетателя на самые скоростные и мощные автомобили.
Главными достоинствами винтовых компрессоров считаются их сбалансированность, надежность и чистота нагнетаемого воздуха, в котором отсутствуют примеси масла.
Однако, сложная форма роторов и их массивность являются причиной высокой стоимости винтовых компрессоров. Помимо этого, при внутреннем сжатии воздуха, возникает высокочастотный шум, что является несомненным недостатком.
Винтовые компрессоры обладают высоким КПД — более 80% — и создают давление около 1-го бара.
Последствия поломки приводного нагнетателя
Поскольку приводной нагнетатель относится не к основным узлам автомобиля, а, скорее, к категории тюнинга, выход компрессора из строя не грозит двигателю серьезными поломками.
Из-за уменьшения объема поступаемого в цилиндры топлива, снижается мощность двигателя. В случае износа деталей компрессора его необходимо отремонтировать или заменить.
drbroman › Блог › Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.
Лет семь назад я написал на ресурсе mcautotuner ряд статей для любителей «дунуть») Отзывы очень приятные, думаю что весьма актуально будет выложить статьи на нашем любимом Драйв2.
Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.
Перед тем как приступить к чтению этой статьи, советую вам ознакомиться с материалом Турбина. Устройство и принцип действия.
Механизм, о котором пойдет речь в этой статье, известен нам как Механический нагнетатель, Supercharger, Kompressor. За этими названиями скрывается устройство, повышающее мощность двигателя за счет нагнетания в цилиндры воздуха под давлением, превышающем атмосферное.
Основным отличием данной системы от турбонаддува является то, что для привода компрессора используется не бесплатная энергия выхлопных газов, а часть энергии, производимой двигателем.
Отсюда все плюсы и минусы механических нагнетателей, к которым с одной стороны можно отнести мгновенный отклик на нажатие педали газа (компрессор всегда готов к своей работе, нет необходимости ждать пока он раскрутится и выйдет на свои рабочие обороты), отличную тягу на низах, а с другой стороны — повышенный расход топлива и меньшая итоговая мощность при том-же давлении наддува, нежели у систем с турбонаддувом.
Виды механических нагнетателей
В отличие от турбокомпрессора, в простонародье прозванного «улиткой» и имеющего лишь такой форм-фактор, механические нагнетатели бывают нескольких типов.
Роторный нагнетатель Roots
Этот самый древний и самый простой тип нагнетателей, обязан своим появлением американцам — братьям Филандер и Фрэнсис Рутс, еще в 1860 (!) году запатентовавшим этот роторный вид нагнетателя. Примечательно, что первоначально этот механизм использовался исключительно для вентиляции промышленных помещений и шахт, и лишь в 1885 году всем известный Готтлиб Даймлер получил свой патент на нагнетатель, работающий по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1900 году увидел свет первый серийный автомобиль марки Daimler-Benz, оснащенный первым механическим нагнетателем типа Рутс.
В 1949 году другой американский изобретатель, Итон, улучшил конструкцию нагнетателя — прямозубые шестерни уступили место косозубым роторам и воздух начал перемещаться не поперек их осей вращения а вдоль. Но как и до модернизации, основным принципом работы нагнетателей типа Roots стала простая перекачка воздуха в другой объем, без сжатия воздуха внутри механизма, так что роторный нагнетатель Roots это объемный нагнетатель. а не компрессор.
У этого вида нагнетателей есть ощутимые недостатки. С ростом оборотов двигателя и соответственно, скорости вращения роторов, нагнетатель начинает накачивать воздух слишком интенсивно и воздух начинает проникать обратно в нагнетатель. Таким образом, с определенного уровня оборотов, нагнетатель Рутс начинает потреблять мощности двигателя больше чем способен дать в ответ. В добавок, из-за несовершенной формы роторов, воздух подается неравномерно, прерывистыми качками, тем самым понижая КПД нагнетателя.
Однако есть и неоспоримые достоинства. Нагнетатели данного типа, в отличие от центробежных, начинают свою работу уже при низких оборотах и продолжают, без потери эффективности, нагнетать воздух в цилиндры. Этим качеством обусловлена любовь спортсменов — дрэгстеров и роддеров по всему миру к этим, самым простым нагнетателям.
Винтовой (спиральный) компрессор Lysholm
Внешне компрессор типа Lysholm очень похож на нагнетатель Roots, однако существенно отличается от него конструктивно. Внутри те же два ротора, однако их формы заострены елочкой, а сами они похожи на сверла. Поэтому компрессор и называется винтовой (спиральный). При вращении роторов воздух проникающий в нагнетатель не просто перекачивается в другой объем, а сжимается, следовательно, в отличие от нагнетателей Roots, воздух с ростом оборотов вытесняться обратно в нагнетатель не будет. Отсюда — отличный стабильный КПД в широчайшем диапазоне оборотов.
Однако и у этого совершенного агрегата есть минусы. Самый главный из них — очень высокая себестоимость и цена, делающая этот агрегат труднодоступным. Ну и конечно чуда не произошло — компрессор типа Lysholm все так-же потребляет мощность двигателя, ведь он приводится так-же — ремнем от шкива коленвала.
Для более наглядного представления о компрессоре Лисхольм, давайте разберем один =)
компрессор Lysholm в сравнении с нагнетателем Eaton типа Roots
Сообщества › Всё о Краске и Покраске › Блог › Выбираем компрессор для гаража/автосервиса
Статья скаченная из интернета, которая опубликована на многих порталах и потому автор уже не известен, но надеюсь вам такая информация пригодится.
Представить гараж или автосервис без использования сжатого воздуха, наверное, невозможно. Это и понятно. Весь пневмоиструмент почти в два раза превосходит своих электрических собратьев по удельной мощности, он легче и гораздо безопаснее. Возможностей же у него не меньше: дрели, гайковерты, ножницы, зубила, молотки… А такие работы как подготовка и покраска автомобилей без сжатого воздуха вообще не мыслимы. Как же правильно выбрать источник сжатого воздуха — компрессор? Ведь изделие это дорогостоящее, приобретающееся на длительный срок. И будет особенно обидно, если его выбор оказался неправильным. Сегодня вы узнаете:
1 С чего начать
2 Гаражный компрессор. Поршневой или винтовой?
2.1 Поршневой
2.2 Винтовой
3 Выбираем поршневой компрессор
3.1 Давление
3.2 Режим работы поршневого компрессора
3.3 Коэффициент внутрисменного использования
3.4 Миф о ресивере
3.5 Производительность компрессора: на входе или на выходе?
4 Считаем
4.1 Шаг 1. Расчет воздухопотребления
4.1.1 Пример расчета
4.2 Шаг 2. Расчет теоретической производительности компрессора
(на входе)
4.2.1 Пример расчета
4.3 Шаг 3. Определение объема ресивера
4.3.1 Пример расчета
4.4 Если у вас уже есть компрессор, но он не удовлетворяет вашим
потребностям
С ЧЕГО НАЧАТЬ
Из чего нужно исходить, делая выбор компрессора? Выскажем не очень оригинальную, но справедливую мысль: исходить нужно из потребностей. Причем, касается это не только компрессора, но и любого другого оборудования. Ведь наверняка вам знакомы ситуации, когда покупают инструмент или оборудование, которое не справляется с решением поставленных задач, либо, наоборот, берут чересчур «хорошее» оборудование, необходимости в котором нет и в ближайшие годы не будет. Поэтому начните с постановки задачи: для каких целей вам нужен компрессор сейчас, для каких работ он может понадобиться в дальнейшем. Отправной точкой при выборе компрессора является требование производителей пневмоинструмента по минимально допустимым величинам параметров потребления сжатого воздуха. Поэтому перед тем, как посетить магазин компрессорного оборудования, начинаем вспоминать арифметику, и по возможности более точно подсчитаем количество потребителей сжатого воздуха и определим их рабочие параметры — номинальный расход воздуха и давление. Данные эти, как правило, указываются в документации к тому или иному пневмоинструменту. Если по каким-либо причинам вы не владеете этой информацией, можете выяснить характеристики подобных устройств у своих коллег по цеху или любого продавца пневмооборудования. Если и допустите небольшую погрешность, ничего страшного — как правило, она не будет роковой. Также можете воспользоваться ориентировочными значениями, которые приведены в таблице (ближе к концу статьи). Понятно, что пневмоинструмент используется в работе не постоянно, а время от времени, поэтому подсчитав количество пневмоинструментов и просто сложив значения расходов, мы допустим довольно грубую ошибку. Правильнее было бы ориентироваться на некоторое усредненное значение потребности в сжатом воздухе. Рассчитывать ее мы сегодня научимся, в этом нам помогут специальные коэффициенты. Но если формулы и расчеты — это не для вас, попробуйте хотя бы просто предположить, возможна ли одновременная работа нескольких инструментов и каких, какими будут продолжительность и периодичность между их включением. Если у вас нет желания глубоко погружаться в проблему выбора компрессора, в принципе, этих знаний для вас должно быть достаточно. Можете смело отправляться в хороший магазин компрессорной техники, где опытные менеджеры, на основании полученных вами данных, помогут подобрать оптимальную покупку. Если же вы любознательны и хотите подойти к вопросу приобретения компрессора более осознанно, — приглашаем вас продолжить чтение.
ГАРАЖНЫЙ КОМПРЕССОР. ПОРШНЕВОЙ ИЛИ ВИНТОВОЙ?
Существуют множество различных типов компрессоров, но наибольшее распространение в быту и промышленности получили только два их вида: поршневой; винтовой. Вкратце о каждом из них. ПОРШНЕВОЙ
По своему устройству и принципу работы поршневой компрессор достаточно несложен. Вспомним велосипедный насос: воздух всасывается в цилиндр и сжимается за счет перемещения поршня.
Поршневой компрессор, конечно, более сложен, но в целом принцип его работы тот же. Принцип работы поршневого компрессора: воздух через впускной клапан засасывается в цилиндр, сжимается и через выпускной клапан вытесняется в магистраль.
Конструктивно поршневой компрессор представляет собой агрегат, включающий: поршневую головку, электродвигатель, ресивер, устройство автоматического регулирования давления (так называемое реле давления или прессостат). Главной особенностью поршневых компрессоров является их режим работы — повторно-кратковременный. Это значит, что компрессор не может «молотить» постоянно, время от времени ему нужна остановка для охлаждения, на время которой пневмомагистраль подпитывается только ресивером. Энергетически такая периодическая работа оказывается не очень выгодной, тем более что она приводит к скачкам давления на выходе компрессора. Но эти недостатки чаще всего «прощаются» поршневым компрессорам, поскольку они компенсируются многими достоинствами, среди которых — их невысокая стоимость, простота конструкции, неприхотливость в техническом обслуживании и ремонте. На сегодняшний день, если речь идет об относительно небольшой производительности и непостоянном воздухопотреблении, а также эксплуатации в тяжелых климатических и производственных условиях, поршневые компрессоры гораздо предпочтительнее других технологий сжатия. В таких случаях они служат дольше и дешевле обходятся в эксплуатации. Ведь не нужно забывать, что выбор компрессора определяется не только первоначальными затратами при покупке, но и стоимостью его обслуживания в течение всего срока службы. Конечно, современные поршневые компрессоры сильно отличаются от тех старичков, которые еще из советских времен остались на некоторых предприятиях. Отличаются всем: и энергопотреблением, и техническими характеристиками, и особенностями конструкции. Например, производитель немецких компрессоров BOGE утверждает, что их промышленные поршневые компрессоры одинаково хорошо работают как в повторно-кратковременном режиме, так и при полной постоянной нагрузке. Но, как бы там ни было, для длительной непрерывной эксплуатации все же более выгодны (и потому более популярны) компрессоры иного типа — винтовые. В этом случае уже именно они становятся более экономичными и эффективными.
ВИНТОВОЙ
Винтовой компрессор — более современное и совершенное оборудование. Принцип работы этих компрессоров больше всего напоминает принцип мясорубки.
Два винта (вращающихся с одинаковой частотой и в одном направлении) сжимают между собой воздух и вытесняют его в линию нагнетания. Сжатие воздуха в винтовом компрессоре осуществляется с помощью двух винтов, вращающихся совместно В отличие от поршневого компрессора, в котором фаза сжатия периодически чередуется с фазой впуска, сжатие воздуха в винтовом компрессоре происходит непрерывно.
Поэтому винтовой компрессор может работать без перерывов уже гораздо дольше (практически круглосуточно). При этом подача воздуха у него равномерная, а не импульсная, как у поршневых. Винтовой компрессор равной производительности компактнее поршневого, на 10-12 дБ меньше шумит. Качество воздуха на выходе — выше, расходы на обслуживание — ниже. По надежности винтовой и поршневой компрессор — небо и земля. Износ винтовой пары по сравнению с износом кривошипно-шатунного механизма в десятки раз меньше, поэтому и энергозатзатраты на выработку сжатого воздуха винтовым компрессором значительно ниже, а ресурс выше. Ресурс «сердца» винтового компрессора — винтовой пары по неофициальным данным составляет 7-8 лет и на много больше, я встречал компрессора которые работают и по 20 лет.
Конструктивно винтовой компрессор сложнее поршневого. Он имеет циркуляционную систему смазки и охлаждения, снабжен автоматической системой управления, некоторые модели оборудованы встроенным осушителем рефрижераторного типа и комплектом микрофильтров. Такие модели еще называют компрессорная станция «все в одном».
Проще говоря, чтобы гарантированно получить на выходе 6 бар, нам необходимо установить компрессор с максимальным давлением 8 бар. Увеличить давление выше значения, указанного в характеристиках компрессора конечно же, не удастся. Заводские регулировки прессостата можно изменить только в сторону уменьшения минимального давления. Иными словами, компрессор с Pmax = 10 бар и Pmin = 8 бар можно перенастроить, например, на Pmax = 9 бар и Pmin = 7,5 бар. Но увлекаться такими настройками не стоит, поскольку прессостаты — устройства не очень надежные. Так что заводские регулировки прессостата лучше не трогать, а для понижения давления устанавливать регуляторы давления непосредственно перед потребителями. Определяя максимальное давление, развиваемое компрессором, нужно также учитывать, что на пути сжатого воздуха от компрессора до потребителя происходит падение давления в линии. И чем длинее пневмомагистраль, чем больше в ее проектировании и монтаже ошибок (использование водопроводных кранов, труб слишком малого диаметра и т. д.), тем падение давления будет больше. Иногда оно может достигать такой величины, что пневмооборудование уже не может нормально работать. Во избежание неприятностей в таких случаях, лучше выбрать компрессор с более высоким максимальным давлением. Таким образом, типичный «портрет» универсального гаражного источника сжатого воздуха — поршневой агрегат с максимальным давлением 8 бар. Если компрессор будет использоваться исключительно для окрасочных работ, можно, на худой конец, обойтись и 6-барным. А для больших разветвленных пневмосетей лучше предпочесть 10-барник. Определенный запас по давлению полезен еще и по другой причине. Чем выше давление, развиваемое компрессором, тем большую массу воздуха он сможет «затолкать» в ресивер. А значит последний будет дольше опустошаться до минимально допустимого уровня давления, обеспечивая тем самым компрессору достаточное время для отдыха. Кстати, об отдыхе: зачем он нужен железному компрессору? Ответив на этот вопрос, мы придем к пониманию особенности рабочих процессов в поршневом компрессоре и сможем определить вторую его важнейшую характеристику — производительность.
РЕЖИМ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
Режим работы компрессора напрямую зависит от теплового режима поршневой головки. Понятное дело, что воздух, сжимаясь в цилиндре компрессора, нагревается. Часть тепла при этом поглощается деталями конструкции головки компрессора, и если не обеспечить теплоотвод, их температура будет возрастать выше допустимой нормы и головка не будет успевать охлаждаться. В «лучшем» случае это приведет к ускоренному износу поршневой группы, в худшем — компрессор заклинит сразу же. Естественно, при проектировании компрессора это учитывается. Но те простые меры, которые принимаются для обеспечения теплосъема (в частности, обдув воздухом и изготовление поршневой головки из сплавов с высокой теплопроводностью), хоть и повышают эффективность охлаждения, но являются недостаточными для того, чтобы компрессор мог работать в непрерывном режиме достаточно долгое время. Поэтому поршневые компрессоры изначально рассчитываются на периодическую эксплуатацию, с обязательными перерывами, необходимыми для охлаждения головки.
КОЭФФИЦИЕНТ ВНУТРИСМЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
В зависимости от допустимого режима эксплуатации и выходных характеристик зарубежные производители делят свои компрессоры на несколько классов: хобби (полупрофессиональные); профессиональные; промышленные. О их устройстве и конструктивных отличиях мы поговорим в отдельной статье, сейчас лишь отметим, что для каждого типа существует свой так называемый коэффициент внутрисменного использования (Кви). Этот коэффициент составляет: для полупрофессиональных компрессоров — 0,15–0,2; профессиональных — 0,4–0,5; промышленных — 0,6–0,7. Что значат эти цифры? Они показывают, какую часть времени компрессор может работать без перерывов. Количественно Кви определяется как отношение времени работы компрессора в режиме нагнетания к общему времени продолжительности рабочего цикла. То есть, учитывая, что за максимальную продолжительность цикла принимают 10-минутный отрезок времени, компрессор промышленного типа должен работать в режиме нагнетания 6–7 минут, после чего 3–4 минуты «расслабляться». В целом компрессоры, способные дольше работать в непрерывном режиме более надежны, ресурс их выше. Как, впрочем, и стоимость, поскольку достигается такая надежность использованием более совершенных материалов и схемных решений. Еще один важный момент: поршневой компрессор обязательно должен иметь «запас по производительности», то есть его производительность должна быть всегда больше, чем реальное воздухопотребление. Для чего? А для того, чтобы компрессор, производя сжатого воздуха больше, чем расходуется, сам создавал для себя задел, позволяющий ему время от времени «отдыхать». Величина запаса производительности определяется одноименным коэффициентом, зависящим от класса компрессора. До него мы еще дойдем. В общем можно сказать, что запас производительности должен быть тем больше, чем ниже класс компрессора в вышеприведенной «табели о рангах». То есть отдав предпочтение, например, более дешевой полупрофессиональной технике, нужно заложить в расчеты больший запас по производительности.
МИФ О РЕСИВЕРЕ
Теперь несколько слов о ресивере. Его основные функции следующие: «хранение» запасенного сжатого воздуха;
сглаживание воздушных пульсаций;
охлаждение сжатого воздуха.
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 и не более.
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.
СЧИТАЕМ ШАГ 1.
РАСЧЕТ ВОЗДУХОПОТРЕБЛЕНИЯ
При расчете воздухопотребления лучше ориентироваться на реальные паспортные данные используемого инструмента — точность вычислений в этом случае будет выше. Но если этих данных у вас нет, можете воспользоваться ориентировочными значениями из таблицы.
Как уже говорилось, недостаточно просто подсчитать количество инструментов и найти сумму расходов. Поскольку инструмент используется в работе не постоянно, а с определенными промежутками, правильнее будет произвести расчет с учетом коэффициентов использования оборудования:
G (л/мин) = G1 · Ки1 + G2 · Ки2 + … + Gn · Киn
где:
G — общее потребление воздуха;
G1, G2, Gn — потребление воздуха каждой единицей пневмоинструмента;
Ки1, Ки2, Киn — коэффициенты использования оборудования. Коэффициент использования определяется как отношение времени работы какого-либо инструмента или оборудования к определенному отрезку времени. Например, если инструмент работает в среднем 20 минут в течение часа, то его коэффициент использования составит 20/60 = 0,33 (или 33%). В вышеприведенной таблице помимо показателей расхода воздуха и давления, также приведены и значения коэффициентов использования для наиболее часто применяемого в автосервисе оборудования. Итак, воспользовавшись формулой, мы определили общее потребление сжатого воздуха. Но это еще не все. Теперь нам необходимо учесть вероятность одновременной работы всего оборудования. Она определяется коэффициентом синхронности, значения которого приведены в таблице.
Таким образом, рассчитанное ранее значение общего воздухопотребления нужно умножить на соответствующий коэффициент синхронности. И уже на основании полученной величины выбирать компрессор.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
В качестве примера рассмотрим порядок расчета и выбора поршневого компрессора для небольшой покрасочной автомастерской. Предположим, что нам необходим компрессор для обеспечения сжатым воздухом двух пневмоинструментов: окрасочного пистолета (расход воздуха 350 л/мин, коэффициент использования 0,6); шлифовальной машинки (расход воздуха 400 л/мин, коэффициент использования 0,6).
1. Определим общий расход воздуха:
G = 350 · 0,6 + 400 · 0,6 = 210 + 240 = 450 л/мин
2. Умножим полученное значение на соответствующий коэффициент синхронности работы оборудования (при использовании двух пневмоинструментов он равен 0,95). Получим:
G = 450 · 0,95 = 428 л/мин
Итого: общее потребление воздуха составляет 428 л/мин. Итак, рассчитав предполагаемое потребление сжатого воздуха, необходимо определиться с типом компрессора. Для начала определимся с максимальным давлением. Для этого посмотрим, какое давление необходимо для работы наших инструментов: краскопульт — 3-4 бар; шлифмашинка — 6 бар. Следовательно, минимальное рабочее давление компрессора Pmin должно быть не менее 6 бар. Вспоминаем про разницу между Pmin и Pmax и прибавляем к нашим 6 барам еще 2. Наш выбор — «восьмибарник» (Pmin = 6 бар, Pmax = 8 бар).
ШАГ 2. РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА (НА ВХОДЕ)
Далее рассчитаем теоретическую производительность компрессора. Для этого воспользуемся формулой:
Qвх = G · (β/Кпр)
где:
G — общий расход воздуха (у нас он равен 428 л/мин);
β — коэффициент запаса производительности, зависящий от класса компрессора;
Кпр — коэффициент производительности компрессорной головки (КПД компрессора).
Значения β и Кпр для работы компрессора в диапазоне рабочих давлений от 6 до 8 бар, приведены ниже.
