Подбор компрессора по основным характеристикам

Требуемые параметры для различных пневмоинструментов

Выбирая воздушный компрессор, обеспечивающий работу инструмента, не всегда стоит гнаться за большими показателями его производительности и размером ресивера, поскольку для нормальной работы большинства пневматического оборудования будет достаточно средних характеристик агрегата. На этом можно сэкономить, ведь переплачивать за мощность и другие параметры, использование которых в дальнейшем не предусматривается, нецелесообразно.

Любой пневмоинструмент имеет номинальные значения давления и расхода воздуха, при которых он может эффективно выполнять свои функции. В таблице, приведенной далее, показаны сравнительные данные для пневмоинструмента, часто используемого с воздушными компрессорами.

Пользуясь данной таблицей, можно легко подобрать пневматический инструмент под параметры компрессора, или наоборот — агрегат под параметры инструмента.  Например, можно понять, какой пневмоинструмент сможет работать при давлении 7 бар, а для какого требуется более мощный нагнетатель.

Расчет производительности компрессора

Конструкция компрессора определяет его производительность. Наиболее часто для сжатия воздуха используются поршневые и винтовые аппараты.

Производительность поршневого агрегата

Чтобы рассчитать производительность компрессора, следует учитывать количество пневмоинструмента, который будет к нему подключаться, а также его номинальные характеристики.

Расчет производительности производится по формуле:

Q=((Q1*K1)/0,65) + 30%, где:

• Q – общая производительность аппарата;
• Q1 – воздухопотребление оборудования подключенного к воздуховоду;
• К1 – коэффициент использования инструмента;
• 0,65 – это приблизительный показатель КПД компрессионной камеры с учетом потерь давления в магистрали;
• 30% — запас производительности.

Например, рабочий расход воздуха у гайковерта (указан в паспорте), равняется 400 л/мин. Значит, Q1 = 400.

Также при использовании данного инструмента неизбежно возникают паузы, которые занимают около 80 % всего рабочего процесса. Значит, коэффициент использования инструмента будет равен 20%, то есть К1 = 0,2.

Подставляем известные значения в формулу: Q = ((400 х 0,2)/ 0,65) + 30% = 160. Получается, что для нормальной работы данного гайковерта требуется компрессор с производительностью 160 л/мин.

Если требуется подключить к воздушной магистрали несколько инструментов, например, шлифмашину и дрель, то значения их воздухопотребления суммируются (200 + 240) и подставляются в вышеприведенную формулу. Но в данном случае, следует учесть коэффициент синхронности, который определяет производительность компрессора при одновременном использовании нескольких инструментов. Обычно для 2 точек потребления сжатого воздуха коэффициент синхронности равен 0,95. Подставив значения в формулу, получим: Q = ((200 + 240) х 0,2) х 0,95 / 0,65 + 30% = 167,2 л/мин. Именно такое количество воздуха в минуту компрессору потребуется подавать в систему для обеспечения нормальной работы двух пневмоинструментов.

Производительность винтового компрессора

Это значение можно представить как сумму ограниченных винтами объемов внутри компрессионного блока, которые подаются на выход из него за единицу времени. Рассчитывается производительность по формуле: Q_т = l * m₁ * n₁ * f₁ + l * m₂ * n₂ * f₂, где:

• Q_т – производительность агрегата, теоретическая;
• I – длина винта компрессионного блока;
• m₁ – показатель количества заходов, которые делает ведущий винт;
• n₁ – частота, с которой вращается ведущий винт, с-1;
• f₁ – площадь впадины на ведущем винте, м2;
• m₂ – показатель количества заходов, которые делает ведомый винт;
• n₂ – частота, с которой вращается ведомый винт, с-1;
• f₂ – площадь впадины на ведомом винте, м2.

Если учесть, что m₁ * n₁ = m₂ * n₂ = m * n, то формулу можно упростить: Q_т = l * m * n * (f₁ + f₂).

В реальности, на действительный расход влияют различные перетечки внутри компрессорного блока и утечки сквозь уплотнители, а также различные энергетические потери. Поэтому он всегда меньше теоретического расхода, и математически учитывается коэффициентом подачи.

Исходя из вышесказанного, действительная производительность определяется по формуле Q_д = Q_т∙η_п — Q_п, где:

• Q_д – действительная производительность;
• Q_п – величина протечек воздуха через уплотнители;
• η_п – коэффициент подачи.

Назначение и сфера применения компрессоров

Основное назначение компрессора – это производить сжатый воздух, который накапливается в ресивере и подается в пневмосистему. К последней подключается различное оборудование и пневматический инструмент.

Компрессор нужен для выполнения следующих операций:

• покраски различных поверхностей, нанесения грунта, краски или лака;
• продувки от стружки и пыли различных деталей на производстве или при выполнении ремонтных работ;
• нанесения составов, предотвращающих коррозию, в труднодоступные места автомобиля;
• работы пневматических полировальных и шлифовальных машин;
• работы пневматических тисков и различных зажимов;
• работы шуруповертов и гайковертов.

Советы по выбору типа компрессора для работы в гараже

Среди множества вариантов компрессоров самыми распространенными считаются винтовые и поршневые агрегаты. Винтовые аппараты являются дорогими установками, которые больше подойдут для больших автосервисных мастерских с высоким уровнем воздухопотребления. Благодаря применению винтового компрессора можно делать сразу несколько точек потребления сжатого воздуха, например, для превмоинструмента, приспособления для подкачки шин, шиномонтажной станции и т.д.

Для среднего или небольшого автосервиса, а также для гаража лучше купить поршневой компрессор. Агрегаты поршневого типа являются самыми популярными благодаря приемлемым ценам на них, простоте использования и надежности. При небольших габаритах данного оборудования к нему можно подключать несколько независимых воздуховодов. Поршневые компрессоры бывают двух типов.

1. С прямым приводом, когда вал двигателя расположен на одной оси с коленчатым валом компрессионного блока. Аппараты с прямым приводом (коаксиальные) часто используют и в гараже, и при выездных работах. Но следует знать, что данный тип компрессоров имеет ограниченный ресурс, около 6000 моточасов.
2. С ременным приводом: валы блока и двигателя имеют шкивы и соединяются между собой посредством ременной передачи. Срок службы компрессора с ременным приводом значительно выше, поскольку шкивы на валу двигателя и на коленчатом валу блока имеют разные размеры. За счет этого вращательный момент двигателя немного гасится, снижаются обороты коленвала, он получает меньшую нагрузку, и детали компрессионного блока изнашиваются меньше.

Совет! Лучше покупать передвижной аппарат, оснащенный шасси, поскольку любой компрессор имеет немалый вес. С помощью шасси оборудование будет легче перемещать в пределах мастерской или на выезде.

При выборе конкретной модели компрессора следует поинтересоваться у продавца, к какому классу оборудования она относится — бытовому или профессиональному. Бытовые агрегаты изготовлены из простых, недорогих и порой не очень качественных материалов, требуют перерывов в работе. Профессиональные аппараты – это аналоги бытовых компрессоров, но при их изготовлении применяются качественные, износостойкие детали. К тому же профессиональное оборудование способно работать без перегрева продолжительное время.

Для чего необходим ресивер компрессора

Производительность компрессора параметр важный, но не им одним оценивается работа компрессорной установки. Не меньшее значение имеет и стабильность давления воздуха, подаваемого на различные инструменты и оборудование. К примеру, если на входе в краскопульт давление будет «плавать», то и покраска будет соответствующего качества. Ресивер как раз и является одним из элементов системы, которые обеспечивают минимальные колебания давления воздуха в отходящих магистралях к работающему технологическому оборудованию. При этом ошибочно считать, что выбор большого объема ресивера решет все проблемы. Если выбрать чрезмерную емкость ресивера, то будет увеличиваться время непрерывной работы компрессора для поддержания необходимого давления внутри емкости, особенно при первичном его запуске. А, следовательно, увеличиться и время подготовки к работе производственного оборудования. Точно так же неправильным будет выбор и слишком маленького объема. В этом случае время цикла изменения давления внутри ресивера от максимума к минимуму и обратно будет настолько мало, что работа компрессора будет состоять из непрерывной последовательности включений и выключений

Это может привести к преждевременному износу и выходу из строя самого важного и дорогого элемента установки – компрессора

Виды компрессионных механизмов, их устройство, недостатки и преимущества

По принципу действия выделяют:

1. Объемные
2. Турбокомпрессоры

По величине рабочего давления:

1. Низкого
2. Среднего
3. Высокого

По производительности:

1. Малые
2. Средние
3. Крупные

На производстве в основном используются поршневое и винтовое компрессионное оборудование которые относятся по принципу действия к объемным.

Остановимся на них поподробнее:

Поршневой компрессор используется чаще всего, имеет довольно простую конструкцию и легко обслуживается. Устройство этого аппарата представляет следующее: поворачивающийся с высокой скоростью при помощи двигателя приводной вал вертит кривошипно-шатунный механизм, превращающий вращательное движение в поступательное движение поршня. За каждый круг происходит два смещения поршня. В свою очередь с помощью поршня ресивер снабжается сжатым воздухом.

Поршневой компрессор

Преимущества:

• Простота конструкции
• Доступная цена
• Может использоваться даже в самых тяжёлых условиях
• Довольно высокий КПД

Недостатки:

• Большой шум
• Очень сильно нагревается
• Высокое энергопотребление

Винтовой компрессор имеет более сложную структуру. Устройство этого аппарата следующее: в непроницаемом корпусе находятся два винта (ротора). Когда один из них получает вращение от двигателя, то второй винт вращается сцеплено. Вращаясь, роторы засасывают воздух, который проходит через фильтры, смешиваясь с маслом и охлаждаясь. Далее он проходит в специальную ёмкость для сжатия, происходит разделение получившийся смеси, в которой масло фильтруется, а на выходе воздух поступает в воздухоохладитель и подаётся через выходное отверстие. Масло в компрессоре выполняет роль охлаждения и смазки.

Винтовой компрессор

Преимущества:

• Низкие шумы
• Неограниченный срок службы
• Низкий расход масла
• Низкое энергопотребление
• Высокий КПД

Недостатки:

• Высокая стоимость
• Сложность конструкции

Характеристики для выбора компрессора

Приступая к выбору компрессора, необходимо иметь четкое представление, для каких целей он будет использоваться. Только с учетом этой информации можно подбирать агрегат, учитывая его основные характеристики.

Рабочее давление

Степень сжатия, которую компрессор способен создать, является основополагающей характеристикой для данного агрегата. От показателя рабочего давления зависит, будет ли работать тот или иной пневмоинструмент с требуемой эффективностью.

Давление в документации к компрессору может указываться в следующих единицах:

• паскалях (Па);
• барах (бар);
• атмосферах (атм);
• миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.);
• килограмм-силах на кв. см. (кгс/см2);
• в фунтах на кв. дюйм (PSI).

Чаще всего применяются такие единицы, как Па и бар (1 бар = 0,1 Па).

Например, аппарат может сжать воздух максимум до 10 Па. Но пока он дойдет до инструмента по магистрали, давление снижается до 6 Па. Если инструмент сможет эффективно работать при таком давлении, то это хорошо. Но если пневматическое оборудование рассчитано на большие показатели рабочего давления, то компрессор придется заменить на более мощный.

Производительность

Под производительностью агрегата принято подразумевать объем сжатого воздуха, который он может произвести за единицу времени. Производительность компрессора измеряется в л/мин или м3/мин и не является стабильным показателем, поскольку зависит от модели агрегата и температуры окружающего воздуха.

Совет! Чтобы исключить неправильную работу пневмоинструмента, рекомендуется выбирать компрессор с небольшим запасом производительности.

Мощность

Указывается в паспорте к агрегату в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л.с.) (1 кВт = 1,36 л.с.). В принципе, мощность агрегата определяет его производительность. Соответственно, чем этот показатель выше, тем мощность установленного в компрессор двигателя будет больше. Как рассчитать производительность, будет рассмотрено далее, следовательно, производить расчет мощности компрессора не обязательно.

Рабочее напряжение и частота

Оборудование для сжатия воздуха может работать как от трехфазной, так и от однофазной сети. Трехфазная сеть является редкостью для частных домов, поэтому трехфазные агрегаты являются профессиональными и, как правило, предназначены для производства. Если компрессор будет подключаться к бытовой электросети 220 В, то и выбирать в таком случае следует однофазный агрегат, соответствующий напряжению и частоте в сети, которая в России равняется 50 Гц и является единым стандартом.

Объем ресивера

Ресивер является накопительной емкостью, в которую закачивается воздух из камеры сжатия компрессора. От объема ресивера зависит количество включений (выключений) агрегата. Чем больше объем емкости, тем реже будет включаться аппарат для подкачки в нее воздуха. Но чтобы наполнить большой ресивер, агрегату потребуется больше времени. Конечно же, ресивер меньших размеров заполнится быстрее, но и давление в нем будет падать так же быстро при работе инструмента.

Совет! Рекомендуется выбирать агрегат, например, для гаража, с ресивером большого объема.

Уровень шума

Шум компрессора является огромным его недостатком. Компрессор, особенно поршневого типа, издает сильный шум, иногда доходящий до 85 дБ, который можно сравнить с шумом возле железной дороги

Поэтому, выбирая агрегат, обратите внимание, установлена ли на нем шумоизоляция, и какой уровень шума он издает. Желательно, чтобы он не превышал 68 дБ

Если данные цифры, указанные в инструкции к аппарату, вам ничего не говорят, можно попросить продавца проверить компрессор на шумность, включив его.

Совет! Если уровень шума является параметром, который нужно максимально уменьшить, например, для использования в помещении, где работает много людей, то следует остановить выбор на винтовом компрессоре. Винтовой агрегат — это самый малошумный и тихий компрессор, к тому же более компактный, чем поршневой.

Винтовой компрессор GUDEPOL 7.5 квт 500L

Производитель

Производством компрессорного оборудования занимается большое количество различных фирм, отчего рынок данной продукции находится в переполненном состоянии. Поэтому марка компрессора должна также учитываться, если вы хотите купить хороший агрегат. Домашним и профессиональным мастерам рекомендуется производить подбор компрессора среди продукции от известных брендов, таких как Metabo, Fini, Fubag и Abac.

Оценка работы компрессорного оборудования

Для того чтобы понять насколько рационально и надежно будет работать компрессорное оборудование необходимо сопоставить две величины: величину воздухопотребления и мощность компрессора. Для правильной работы мощность компрессора (производительность) должна перекрывать величину потребления воздуха. Выбор запаса по производительности осуществляется в зависимости от класса приобретаемого компрессора. Если планируется применение оборудования полупрофессиональной серии, то порог должен составлять более 40-50%. Если выбрать надежную профессиональную технику, то его можно уменьшить до 25%.

Выбор размера ресивера

Одной из основных функций ресивера является снижение частоты перезапуска компрессора и предоставление времени для остывания компрессорной головки.

Коаксиальные компрессоры обычно имеют ресиверы объемом 24/50 л, ременные компрессоры — 50/100 л. Мощные ременные компрессоры, используемые на производстве, имеют ресиверы 270/500 л. Если есть возможность, предпочтительнее выбрать больший объем ресивера. Ресивер увеличенного объема лучше снижает пульсацию давления воздуха, позволяет выдерживать большие пиковые нагрузки, делает систему подачи воздуха более гибкой к разным режимам работы.

По возможности стоит выбирать ресивер большего размера (с запасом).

Пояснения по работе с программой

Рабочее давление

Обратите внимание — в калькуляторе вообще не упоминается давление. Дело в том, что здесь особо рассчитывать-то и нечего

Для проведения малярных работ бывает достаточно 4 бар рабочего давления, для подавляющего большинства пневматических инструментов необходимо 6 бар. Добавим к шести еще 2 бара для накачки ресивера до уровня срабатывания реле давления. Получаем 8 бар – именно такие модели («восьмерки») компрессоров как нельзя лучше подходят для гаража или небольшой домашней мастерской.

«Шестерки» может быть достаточно только для малярных работ, то есть компрессор теряет в универсальности, ели вдруг захочется воспользоваться любым другим пневматическим инструментом.

Приобретать «десятку» имеет смысл только в том случае, если этого требует специфика пневматического инструмента. Ну или тогда, когда планируется подключение пневматической магистрали с разветвлениями на несколько постов работы – возможны потери давления.

Итак, оптимальный вариант — 8 бар.

Производительность компрессора – реальная, и «на входе».

Многие зарубежные производители указывают производительность своих моделей «на входе», то есть количеством воздуха, всасываемого компрессорной головкой в течение единицы времени. Величина, надо сказать, мало о чем говорящая, так как реальная производительность сжатого воздуха на выходе – совершенно иная. И отталкиваться нам придется именно от нее.

Не станем здесь приводить формулу расчета – она уже внесена в калькулятор, и требует только указания необходимых исходных данных:

• Тип выбираемого компрессора – предложен выбор из четырех позиций, начиная с простейших поршневых безмасляных моделей и закачивая винтовыми приборами. По мере возрастания сложности компрессора возрастает его производительность. Все это учтено специальными коэффициентами, которые будут внесены в формулу после указания нужного типа
• Общий расход зависит от применяемого пневматического оборудования – каждый инструмент имеет свои показатели, для каждого установлен и так называемый коэффициент использования. Все эти значения уже внесены в базу данных калькулятора.

Если планируется одновременное использование сразу нескольких инструментов, то галочки можно проставить на тех, что с большой долей вероятности могут задействоваться одновременно. Правда, разгоняться не следует – хорошо, если гаражный компрессор потянет два, максимум – три поста.

Одновременно ниже выбора инструмента указывается количество этих постов.

Объем ресивера

Одна и та же модель компрессора моет комплектоваться ресиверами разного объема. Требуется выбрать такой, что обеспечит полноценную работу планируемого пневматического оборудования с нужным расходом воздуха. Но при этом будет давать приводу «отдыхать» — поступление воздуха на точки потребления в этот период осуществляется за счет закачанного в ресивер запаса.

Чтобы рассчитать оптимальный объем, помимо уже введённых ранее величин, потребуется указать ожидаемую длительность технологической паузы, то есть времени, в течение которого электропривод компрессора будет выключен, и работа будет вестись исключительно за счет ресивера. То есть это тот отрезок времени, за который при планируемой нагрузке давление в ресивере снизится от верхней до нижней границы.

Эта пауза должна быть не менее 30 секунд. По идее, чем она длительнее – тем лучше, но завышать особо не стоит, так как получится слишком большой объем ресивера (соответственно — и стоимость модели). А в конце каждого рабочего дня будет оставаться слишком много неистраченного сжатого воздуха, который так или иначе придется стравливать для слива конденсата из бака. То есть – налицо явная неэкономичность.

Оптимальной видится пауза в работе от 30 секунд до минуты, может – чуть больше. Можно просчитать несколько вариантов и увидеть, как изменяется расчетный объем ресивера. И потом уже делать выбор из предлагаемой модельной линейки.

Результаты вычислений

После нажатия на кнопку «РАССЧИТАТЬ…» пользователю сразу показываются три результата:

• Необходимая расчетная производительность компрессора на выходе (минимум).
• Делается специальный пересчет, чтобы привести этот результат к показателям производительности «на входе» — так проще будет выбрать импортные компрессоры.
• Рекомендуемый минимальный объем ресивера.

Выбор мощности

Как было сказано выше, компрессор — устройство с постоянной нагрузкой и продолжительным режимом работы. Как и для прочих машин с аналогичными характеристиками, требуемая мощность электродвигателя для компрессора определяется по мощности на валу.

Если двигатель будет соединяться с компрессором ременной или шестерёнчатой передачей, необходимо закладывать в расчёты КПД последней. Для этого используется следующая формула:

P = kЗ x (Q x A x 10-3) / (ηК х ηП)

где: P — требуемая мощность электродвигателя в кВт; kЗ — коэффициент запаса, варьирующийся, как правило, от 1,05 до 1,15. Он необходим, чтобы включить в расчёты факторы, не поддающиеся вычислениям; Q — подача (производительность) компрессора, выраженная в м3/с; А — работа адиабатического и изотермического сжатия атмосферного воздуха объёмом 1 м3 до требуемого давления; ηК — индикаторный КПД компрессора. В этом значении отражается потеря мощности, возникающая при реальном сжатии воздуха. Как правило, оно варьируется от 0,6 до 0,8; ηП — КПД передачи, соединяющей электродвигатель и компрессор. Как правило, его значение варьируется от 0,9 до 0,95.

Влияние давления устройства для подачи сжатого воздуха на его работоспособность

Если компрессор для покраски автомобиля купить без учета всех необходимых параметров, то с большой долей вероятности возникнут колебания давления, от чего снизится качество окрашивания авто. При подборе оборудования требуется также учитывать рабочее давление. У разных систем пневмопультов разные требования относительно этого показателя.

Если потребление газа окрасочным инструментом требуется больше, чем производительность компрессора, то в процессе эксплуатации будет происходить падение давления в ресивере. В результате работать таким краскораспылителем можно будет не больше пары минут, после чего прекращать работу в ожидании, пока компрессор не накачает требуемый объём газа.

Если же неправильно подобранный инструмент всё-таки будет справляться с нагрузкой и непрерывно подавать сжатый воздух на пульверизатор, то он начнёт перегреваться, станет срабатывать термореле. На тех моделях, на которых отсутствует автоматическая защита от перегрева, заклинит двигатель.

Подбирая компрессор для покраски автомобиля, надо помнить, что все они имеют систему авторегулирования давления, настроенную так, что она обеспечивает допуск – 2 бар от максимальной величины. К примеру, при эксплуатации компрессора имеющего Pmax=6 бар, значение давления на выходе может колебаться от 6 до 8 бар.

Исходя из этого, правильным выбором будет приобретение устройства с некоторым запасом по параметру. Чем выше максимальное значение P, которое может обеспечить аппарат, тем больше воздуха он может загрузить в ресивер, и тем больше времени последнему понадобится, чтобы опуститься до минимально допустимого давления. И в это время устройство будет отдыхать.

Синхронный или асинхронный?

Как показывает опыт, для использования в составе компрессорных установок наилучшим образом подходят синхронные электродвигатели. Этому есть несколько причин:

• при одинаковых габаритных размерах синхронные двигатели мощнее асинхронных;
• при увеличении нагрузки на вал обороты синхронного привода не падают, что позволяет поддерживать высокую производительность компрессора;
• КПД синхронных электродвигателей на несколько процентов выше, чем асинхронных, что объясняется использованием постоянных магнитов и наличием увеличенного воздушного зазора;
• возможность работы с коэффициентом мощности вплоть до cosφ=1;
• при аварийном падении напряжения двигатель сохраняет высокую перегрузочную способность и продолжает надежно работать;
• при эксплуатации в режиме перевозбуждения синхронные электродвигатели отдают в электросеть реактивную мощность, что сводит к минимуму потери и падения напряжения в ней.

Однако, несмотря на все эти достоинства, синхронные двигатели применяются сравнительно редко, поскольку имеют целый ряд существенных недостатков:

• сложная конструкция, снижающая надежность;
• сложная схема запуска, увеличивающая стоимость компрессора и затраты на его обслуживание;
• сложная система управления оборотами, не позволяющая в полной мере применять плавный пуск и регулировку давления компрессора путем изменения скорости;
• сравнительно высокая стоимость.

Перечисленные недостатки синхронных агрегаты перевешивают их преимущества, поэтому в компрессорах используются надежные, дешевые асинхронные электродвигатели . О них и пойдет речь ниже.