В чем измеряется производительность компрессора

Основные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессора

Компрессоры, как и другие сложные технические устройства, обладают массой разнообразных характеристик, варьирующихся в больших пределах. Однако можно выделить ряд величин, являющихся основными для устройства. Именно они определяют сферу применения компрессора, и на их основе проводится расчет и подбор компрессорного оборудования под конкретную задачу. Прочие характеристики являются второстепенными и в большинстве случаев сами зависят от величины основных параметров. Второстепенные характеристики также оказывают влияние на конструкцию, работу и общую эффективность компрессора, но в значительно меньшей степени.

Величина основных характеристик определяет условия эксплуатации компрессора, а также те показатели потока сжатого газа, которые могут быть достигнуты с помощью этого компрессора. Удобство заключается в том, что по набору небольшого числа параметров можно определить сферу применения компрессора, либо наоборот очертить круг подходящих для проставленной задачи устройств. Подбор может проводиться как по одной основной характеристике, так и по набору из нескольких, в зависимости от требований, предъявляемых к компрессору.

Наиболее влияние на применимость компрессора оказывают следующие характеристики:

• рабочее давление;
• производительность;
• мощность.

Несомненно, прочие характеристики, такие как: габаритные размеры, вес, температура газа на выходе, шумность и т.д., также могут оказывать существенное влияние на расчет и итоговый выбор компрессора, однако основной выбор подходящего типа устройства строится именно на производительности и рабочем давлении. К примеру, если для определенной задачи требуется подавать воздух под большим давлением, но с относительно небольшим расходом, то такое соотношение требуемых основных характеристик сразу же отсеивает группу компрессоров низкого давления, таких как центробежные или водокольцевые. Попытки достичь требуемого рабочего давления на установках таких типов окажутся или невозможными, или же экономически нецелесообразными. В то же время компрессоры высокого давления по определению оказываются более подходящими под условия. Уточнение типа устройства может происходить уже по различным второстепенным характеристикам и результатам технико-экономического анализа. Поршневые компрессоры обойдутся дешевле в плане капитальных затрат, а винтовые смогут обеспечить большую чистоту воздуха, но все они будут удовлетворять требованиям по основным характеристикам.

Обычно покупатель не располагает, а чаще просто не может располагать, полными данными по тому, компрессор с какими параметрами ему необходим. В наличие лишь основные требования, которые должен удовлетворять компрессор: сколько и под каким давлением нужно подавать газ, и насколько ограничена мощность, которую можно будет подвести к устройству. Иными словами рабочее давление, производительность и потребляемая мощность. Несомненно, этот базовый набор требований может быть дополнен и уточнен такими пунктами, как коррозионная и химическая стойкость деталей, шумность, равномерность подачи и т.д. На основании этих данных могут быть подобраны и сконструированы несколько компрессоров, и каждый окажется в состоянии выполнить поставленную задачу. Отличия будут заключаться в деталях, по которым покупатель сможет выбрать оптимальный вариант, а критерием оптимальности в таком случае может быть любая из второстепенных характеристик, к примеру, величина потребляемой электроэнергии (в случае компрессорного агрегата с электродвигателем) или стоимость обслуживания агрегата.

Несмотря на то, что вышеперечисленные характеристики относятся к основным, существует еще ряд параметров, которые зачастую также оказывают соизмеримое влияние на выбор компрессора. Так химический и физический состав газа может оказывать решающее влияние, поскольку от способности компрессора перекачивать такую среду будет зависеть даже не его эффективность, а возможность работы как таковая. Плюс к этому, замена материала деталей на химически стойкий или износостойкий способна поднять стоимость все устройства в несколько раз. В других случаях крайне важными могут оказаться требования, предъявляемые к сжатому газу на выходе из компрессора, к его чистоте, равномерности подачи и температуре, а не только к показателям расхода и давления. К примеру, в пищевой промышленности предъявляются повышенные требования к чистоте сред и веществ, поэтому принципиально недопустимо использовать масляную смазку винтов в винтовом компрессоре, если есть вероятность попадания смазочного материала в поток газа, при этом значения других характеристик не будут иметь никакого влияния на окончательное решение по применимости. Отличие таких существенных, но все же второстепенных характеристик от основных заключается в том, что степень их влияния неодинакова от случая к случаю, в то время как рабочее давление, производительность и мощность важны всегда.

Рабочее давление компрессора

Эту характеристику вообще можно назвать основополагающей, так как она отражает основную функцию компрессора – сжимать газ, что приводит к повышению его давления. Развиваемое компрессором давление обычно измеряться в Паскалях (Па), барах (бар) или атмосферах (атм), но также могут быть использованы миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см 2 ) или фунт на квадратный дюйм (PSI). Наиболее распространены единицы измерения Па и бар, которые соотносятся следующим образом 1 бар = 0,1 МПа. Также рабочее давление подразделяют на избыточное (P_изб) и абсолютное (P_абс). Их значения отличаются на величину атмосферного давления (P_атм) и связаны соотношением Р_изб = Р_абс — Р_атм.

При выборе компрессора нужно иметь ввиду тот факт, что создаваемое устройством давление постепенно снижается по пути к рабочему инструменту или аппарату. Падение давления может происходить на протяжении всего газопровода и в так называемых местных сопротивлениях: клапанах, изгибах газопровода, задвижках и т.д. Рабочее давление компрессора должно покрывать все потери на пути к потребителю и на выходе соответствовать предъявляемым требованиями.

В отдельных случаях важным условием могут быть условия подачи сжатого газа. Так поршневые компрессоры в силу своей конструкции создают пульсирующий поток сжатого газа, в то время как в винтовых компрессорах сжатие среды происходит равномерно без колебаний во времени. В таких случаях, например, как напыление лаков и красок, равномерность подачи является важным условием корректной работы. Снижение пульсаций давления компрессора может быть достигнуто различными способами. Так поршневые компрессоры могут иметь несколько рабочих камер, циклы работы которых смещены во времени относительно друг друга, за счет чего происходит частичное сглаживание суммарного потока. Однако чаще используется устройство под названием ресивер – сосуд, в котором происходит накопление сжатого газа, поступающего из компрессора, что позволяет почти полностью исключить пульсацию исходящего из него потока газа.

В зависимости от развиваемого давления компрессоры делятся на:

• вакуумные (разрежение более 0,05 МПа);
• низкого давления (от 0,15 до 1,2 МПа);
• среднего давления (от 1,2 до 10 МПа);
• высокого давления (от 10 до 100 МПа);
• сверхвысокого давления (более 100 МПа).

Производительность компрессора

Под производительностью компрессора подразумевается количество газа, нагнетаемого в единицу времени. Обычно она измеряется в м 3 /мин, л/мин, м 3 /час и т.д. Величина производительности компрессора может быть указана для стороны всасывания и стороны нагнетания, которые не равны друг другу, поскольку в процессе сжатия газ меняет свой объем. Для случая производительности на входе обычно берутся стандартные условия, то есть при атмосферном давлении и температуре 20°C. Выбор способа указания производительности компрессора может зависеть от удобства восприятия в зависимости от сферы применения устройства. Пересчет расхода газа с условий на входе на выходные условия может быть осуществлен с помощью специальных формул. Также перерасчет производительности может потребоваться в случае, если газ имеет другую температуру.

В зависимости от величины производительности компрессоры принято делить на устройства:

• большой производительности (более 100 м 3 /мин);
• средней производительности (от 10 до 100 м 3 /мин);
• малой производительности (до 10 м3/мин).

Производительность поршневого компрессора

Производительность конкретного компрессора преимущественно зависит от его геометрии и типа. Наиболее прост и нагляден в этом случае будет поршневой компрессор, так как размеры его рабочей камеры напрямую влияют на производительность. Ее можно представить, как объем рабочей камеры, умноженный на количество циклов хода поршня, совершаемых в единицу времени, или, если отталкиваться от геометрических параметров деталей поршневого узла, как площадь поперечного сечения цилиндра (F), помноженная на ход поршня (S) и на частоту вращения вала (n). Однако такое возможно только в идеальном случае. В действительности из-за конструкции клапанов и самого цилиндра и поршня не весь газ вытесняется из рабочей камеры. Небольшая часть его остается, и пространство, занимаемое им, называется вредным пространством. Это делается намерено, чтобы избегать ударов поршня о торцевую стенку камеры, что могло бы повлечь быстрый выход компрессора из строя.

Обозначим объем, описываемый поршнем, как V_п, тогда вредный объем может быть выражен как V_в=V-V_п, где V–объем рабочей камеры. Для учета вредного пространства используется соответствующий коэффициент ε=(V-V_п)/V_п. То есть вредный объем может быть определен также по формуле V_в=ε∙V_п.

Газ, занимающий вредный объем, влияет так же и на всасывание новой порции газа, так как этот процесс не начнется до тех пор, пока остаточный газ не расширится до определенной величины, во время чего поршень успеет пройти некоторое расстояние, а значит и всасывание будет неполным относительно идеального случая. Для учета этого явления вводят такой параметр как объемный КПД, рассчитываемый по формуле λ₀=V_д/V_п, где V_д–действительный засасываемый объем газа. Сам коэффициент может быть рассчитан по следующей формуле:

где:
λ₀ – объемный КПД;
ε – коэффициент вредного пространства;
p₁ – давление на входе, Па;
p₂ – давление на выходе, Па;
m – показатель политропы.

Таким образом, производительность поршневого компрессора одинарного действия определяется по формуле:

Если используется поршень двойного действия, то расчет производительности не может быть рассчитан как простое удвоение производительности одной рабочей камеры. Требуется уточнение, так как одна из рабочих камер будет частично занята штоком поршня, из-за чего ее производительность будет меньше чем у камеры без штока. Уточненная формула выглядит следующим образом:

где:
V_п2 – производительность поршневого насоса двойного действия;
f – площадь поперечного сечения штока.

Производительность винтового компрессора

Объемную производительность такого компрессора можно представить, как суммарный объем полостей, ограниченных винтами и корпусом, подаваемых на выход за единицу времени. В идеальном случае, когда отсутствуют какие-либо потери и протечки, теоретическая производительность винтового компрессора (с двумя винтами) может быть рассчитана по следующей формуле:

где:
Q_т – теоретическая производительность винтового компрессора, м 3 /с;
l – длина винта, м;
m₁ – количество заходов ведущего винта;
n₁ – частота вращения ведущего винта, с -1 ;
f₁ – площадь впадины ведущего винта, м 2 ;
m₂ – количество заходов ведомого винта;
n₂ – частота вращения ведомого винта, с -1 ;
f₂ – площадь впадины ведомого винта, м 2 .

С учетом того, что обычно выполняется равенство m₁∙n₁ = m₂∙n₂ = m∙n, формулу теоретической производительности винтового компрессора можно представить в виде:

Действительный расход оказывается меньше теоретического, что закономерно. Сказывается влияние различных перетечек внутри компрессора и утечек газа во внешнюю среду через уплотнения. Математически это учитывается коэффициентом подачи, поэтому действительная производительность будет равна:

Q_д – действительная производительность;
Q_п – величина протечек через уплотнения;
η_п – коэффициент подачи.

Производительность центробежного компрессора

Принцип перекачивания среды в центробежном компрессоре идентичен принципу работы центробежного насоса с той разницей, что газ при сжатии претерпевает уменьшение объема, что приводит к увеличению его плотности. Производительность таких компрессоров обычно считают на входе в устройство и при нормальных условиях, что удобно для использования. Начальное значение этого параметра, как и выходное давление, обычно предварительно задается перед расчетом, после чего высчитываются геометрические размеры элементов рабочего колеса. К примеру, формула, связывающая производительность центробежного компрессора и размеры входного сечения колеса выглядит следующим образом:

где:
Q – производительность центробежного компрессора, м³/с;
v_в – скорость потока газа на входе в колесо, м/с;
d₁ – наружный диаметр ступицы колеса, м;
d₂ – минимальный диаметр покрывающего диска, м;

Мощность компрессора

В общем случае мощность, следуя стандартному определению, – это величина совершаемой за период времени работы к длительности этого периода. В отношении компрессора – это произведение производительности по газу на работу по его сжатию. Такую мощность называют теоретической и рассчитывают по формуле:

где:
N_т – теоретическая мощность, кВт;
Q – производительность, м 3 /мин;
ρ – плотность газа, кг/м 3 ;
A – теоретическая работа сжатия газа, дж/кг.

Однако стоит заметить, что теоретическая мощность не совпадает с мощностью, которую требуется подвести к компрессору для его работы, и с мощностью, которую должен вырабатывать двигатель, подключаемый к компрессору. Связано это с явлением потери мощности, что численно описывается набором коэффициентов полезного действия. Осуществляемый в компрессоре процесс сжатия обладает своим показателем КПД (в зависимости от типа процесса), а также в компрессоре часть подводимой мощности теряется при механической передаче. В связи с этим мощность, которую необходимо подать на входной вал компрессора, называют мощностью на валу или эффективной мощностью, связанную с теоретической мощностью следующей формулой:

где:
N_э – эффективная мощность, кВт;
η_м – механический КПД компрессора;
η_пр – КПД процесса сжатия газа.

Если рассматривать компрессорную установку, оснащенную также двигателем и передачей, то в ней будут наблюдаться дополнительные потери мощности, отражаемые двумя КПД η_д и η_пер, соответственно. Тогда мощность N_д, которую необходимо подвести к двигателю компрессорной установки для ее работы, будет равна:

где:
N_д – мощность двигателя компрессорной установки, кВт;
η_д – КПД двигателя;
η_пер – КПД механической передачи.

Учет КПД всех элементов компрессорной установки крайне важен. Один и тот же двигатель может оказаться неподходящим для одной и той же задачи по сжатию газа, если она будет осуществляться компрессорами разного типа, поскольку их КПД могут сильно отличаться. Мощности, идущей непосредственно на сжатие газа, может попросту не хватить вследствие больших потерь. К примеру, в среднем КПД винтовых компрессоров составляет 95%, в то время как у поршневых компрессоров эта величина оказывается ближе к 80%, то есть разница в эффективности использования подводимой мощности может составлять 10-15% в пользу винтового устройства.

Мощность поршневого компрессора

Расчет мощности для поршневых компрессоров, осуществляющих сжатие до давления не более чем 10 МПа, с высокой точностью может проводиться по формулам, в которых газ рассматривается как идеальный. Однако в компрессорах с большим максимальным давлением сжатия (более 10 МПа) в расчетах начинает оказывать влияние тот факт, что перекачиваемый газ является не идеальным. Ключевое отличие идеального газа от не идеального (реального) заключается в принятии допущения, что молекулы газа не взаимодействуют между собой, в то время как в реальном газе такое взаимодействие имеет место и при больших давлениях может оказывать существенное влияние на поведение газа. Формула теоретической мощности, учитывающая эти факторы, выглядит следующим образом:

где:
Nт – теоретическая мощность, кВт;
Q – производительность компрессора, м 3 /с;
ρ – плотность газа, кг/м 3 ;
i₁ – энтальпия газа перед сжатием, Дж/кг;
i₂ – энтальпия газа после сжатия, Дж/кг.

Приведенная формула относится к случаю одноступенчатого компрессора. Если сжатие происходит в несколько ступеней, то разница энтальпий (i₂-i₁) в формуле должна быть заменена на сумму разниц энтальпий на каждой ступени. Если совершаемая работа по сжатию одинакова для каждой ступени, то уравнение принимает вид:

где:
n – число ступеней;
i₁, i₂ – начальная и конечная энтальпии первой ступени, Дж/кг.

На примере рисунка мощность первой ступени N₁=(Q∙ρ∙n∙(i₂-i₁))/1000, мощность второй ступени N₂=(Q∙ρ∙n∙(i₃-i₂))/1000, и мощность третьей ступени N₃=(Q∙ρ∙n∙(i₄-i₃))/1000. При допущении, что изменение энтальпии на каждой ступени одинаково, то есть (i₂-i₁)=(i₃-i₂)=(i₄-i₃). При общем количестве ступеней (n=3) получим:

Мощность винтового компрессора

При прохождении газом винтового компрессора происходят постоянные потери мощности, которые осуществляются разными путями. Поскольку изготавливаемые винты не идеальны по форме и размерам, постоянно происходят обратные перетечки газа из полости в полость в направлении из области нагнетания в область всасывания, что обуславливает часть потерь. Также энергия газа расходуется на трение о винты и корпус, при ударах и т.д. В силу этих причин мощность, расходуемая на сжатие газа в устройстве оказывается больше, чем теоретическая, потребовавшаяся на сжатие того же газа в идеальных условиях. Такая мощность называется индикаторной и может быть определена по формуле:

где:
N­_и – мощность винтового компрессора (индикаторная), кВт;
k – поправочный коэффициент (от 1,05 до 1,18 в зависимости от размера устройства);
Q – производительность при входных условиях, м 3 /с;
p_в – давление на всасывании, Па;
p_н – давление на нагнетании, Па;
ε – степень сжатия (геометрическая);
m – показатель политропы.

В остальном же расчет полной мощности всего компрессорного агрегата, состоящего из непосредственно компрессора, двигателя и передачи, соответствует другим типам компрессоров. Мощность самого компрессора увеличивается относительно индикаторной на величину механических потерь, происходящих в процессе его работы. Часть мощности теряется на передаче, и часть в самом двигателе. Учет этих потерь осуществляется введением соответствующих коэффициентов полезного действия.

Мощность центробежного компрессора

Поток газа, проходя через центробежный компрессор, теряет часть совей энергии за счет гидравлических потерь. Величина этих потерь описывается гидравлическим коэффициентом полезного действия (η_г), который связывает теоретическую мощность (N_т), которая потребовалась бы на сжатие газа в идеальных условиях, и индикаторную мощности (N_и):

Также, вследствие неизбежных утечек газа из рабочего пространства реальный расход газа в итоге отличается от теоретического, что также приводит к дополнительным потерям мощности, характеризуемым объемным КПД (η_о). Полезная мощность (N_п), которую необходимо сообщить рабочему колесу для сжатия газа будет равна:

Полезную мощность можно также рассчитать исходя из замеров реальных параметров компрессора по формуле:

где:
N_п – полезная мощность, Вт;
V_д – действительный расход, м 3 /с;
H_д – действительный напор, м;
p – средняя величина давления до и после сжатия, обычно принимаемая как среднее арифметическое, Па.

Общая мощность компрессора, которую необходимо сообщить валу, называется мощностью на валу и может быть рассчитана из индикаторной мощности с учетом механических потерь в компрессоре:

где:
N_в – мощность на валу компрессора, Вт;
η_м – механический КПД.

С учетом всех потерь полный КПД (η_п) центробежного компрессора будет выражен следующим уравнением:

Расчет производительности компрессора на выходе. Почему компрессор слабый?

Часто при выборе компрессора, к примеру, для работы с хоппер ковшом, мы видим, что в технических характеристиках производители указывают производительность только на входе компрессора. Т.е на шильдике к примеру пишут – производительность 400 л/мин. А так ли это на самом деле? Как бы странно это ни звучало, но и да, и нет. Давайте разбираться.

Характеристика на входе рассчитывается производителем исходя из полезного объёма цилиндра(ов) и количества оборотов двигателя в минуту. Проще говоря – если рассматривать литры в минуту, то это значит, сколько оборотов сделал двигатель, столько раз поршень выдавил из цилиндра весь его объём в течении минуты. И этот расчёт будет верен только при нулевом давлении в ресивере, когда сжатый воздух не накапливается в нём, а просто выходит в атмосферу. Но воздух, накапливаясь в ресивере, создаёт избыточное давление и чем оно выше, тем ниже производительность на выходе. В реальности она может колебаться от -25 до -55%, от заявленной на входе. Более того в зависимости от влажности и температуры окружающей среды производительность одного и того же компрессора может отклоняться в большую или меньшую сторону. Также на этот показатель влияет степень засорения воздушных фильтров.

Так как же высчитать реальную производительность на выходе? Увы, узнать это можно только когда у вас будет возможность включить компрессор. Рассчитывается она так:

Р_атм*V_л/ Т_мин= производительность на выходе л/мин

Где: Р_{атм –} максимальное давление компрессора

V_л – объём ресивера в литрах

Т_мин –время работы в минутах которое потратит компрессор на накачку ресивера от 0 до 8 (10)атмосфер

Для наглядности мы провели замеры на поршневых компрессорах с прямым приводом, с одним и двумя цилиндрами.

Первый – одноцилиндровый компрессор торговой марки «ENHEL» с объёмом ресивера 24л., на входе 206л/мин, 8 атм. накачивает ресивер от 0 до 8 атм за 1 минуту 23 секунды. Сначала переведём секунды в обычное число 23/60= 0,383мин., прибавляем 1 минуту, получается 1,383мин. (можно также перевести все время в секунды и разделить на 60, к примеру (60+23)/60=1,383 )

Далее подставляем формулу 8*24/1,383=138,8 л/мин. Это и есть реальная производительность на выходе на 8 атм. Как видно заявленная на входе производитель 206 л/мин. по факту оказалась -33% ,что кстати является очень хорошим показателем.

Второй – двух цилиндровый компрессор «ECO» 70л, 440 л/мин , также на 8 атм., показал достаточно неожиданный результат. От 0 до 8 атм. Компрессор накачал за 2 минуты 34 секунды 8*70/ (154/60) =218,2 л/мин. Т.е. на 8 атм разница меду производительностью на входе и выходе составила -50%.

Как видите, не факт, что удвоенные показатели производительности на входе дадут также удвоенные показатели на выходе. Поэтому ещё раз повторюсь, узнать реальную производительность на выходе можно только включив компрессор и сделав контрольные замеры.

Стоит отметить также тот факт, что установка дополнительных фильтров, сепараторов, маслоотделителей и других элементов, может дополнительно снижать давление на выходе компрессора, что косвенно влияет на его производительность. И если, к примеру, для покраски автомобилей это оправдано, то дополнительные фильтры при работе с хоппер ковшом будут только мешать его работе.

Также часто задают вопрос – должна ли производительность быть выше потребления. В идеале это было бы очень хорошо, т.к. чем она больше, тем комфортнее и быстрее идёт работа. Но по факту это не всегда оправдано. Всё зависит от того в каком темпе вы работаете. Если вы работаете степенно и не спеша, при этом компрессор успевает отдыхать некоторое время, то можно работать и с небольшим компрессором

Производительность компрессора

Компрессором называется устройство для сжатия и подачи воздуха. В современной промышленности наиболее широкое применение нашли два типа этих устройств: поршневые и винтовые.

В большинстве случаев они являются взаимозаменяемыми, поэтому в первую очередь подбор компрессора для производственных нужд ведется по его техническим характеристикам: максимальному давлению, объему ресивера, мощности привода и конечно же производительности.

Расчет производительности компрессора

Производительностью компрессора называется объем сжатого газа, вырабатываемый за единицу времени.

Эта величина может измеряться в литрах в минуту (л/мин) или кубических метрах в минуту (м 3 /мин). Как правило производительность компрессора высчитывают при нормальных условиях (атмосферное давление — 105 Па; температура воздуха — 0 о С ).

Существуют два способа измерения этой технической характеристики компрессора: по выходу и по входу.

В первом случае производительность компрессора означает, какое количество сжатого газа за единицу времени было получено из выходного отверстия. При измерении по ходу учитывается количество газа, всасываемого в агрегат.

При небольшой разнице давлений два этих значения будут практически равны, а вот при сильном сжатии газов разница может быть довольно значительной.

Особенно это характерно для поршневых компрессоров: производительность по входу и выходу может отличаться больше чем в два раза.

Неудивительно, что некоторые недобросовестные производители оборудования для сжатия и подачи газов указывают для своих устройств только входную производительность.

Поэтому, перед покупкой, способ измерения этого параметра следует уточнять отдельно ибо приобретать устройство «с запасом» производительности.

Регулировка производительности компрессора

Оптимальным режимом использования любого оборудования, в частности компрессора является эксплуатация в номинальном расчетном режиме.

Однако, ситуация, при которой потребителям требуется весь объем вырабатываемого газа встречается крайне редко. В таких случаях возникает необходимость подстраивать производительность компрессора под конкретные производственные нужды.

Существует несколько способов регулировки производительности компрессора:

• включение-выключение
• сброс излишков сжатого газа в атмосферу
• подключение «мертвого» объема
• включение режима холостого хода
• дросселирование на всасывании
• регулирование частоты вращения двигателя при помощи частотного преобразователя
• дискретная регулировка частоты вращения двигателя.

Включением-выключением регулируются в основном маломощные компрессоры. При таком способе при повышении давления до максимально допустимого предела компрессор выключается а при падении ниже критической отметки включается.

Достоинством способа является экономия электроэнергии, вот только двигатель от постоянных пусков и остановок быстро изнашивается.

Излишки воздуха в атмосферу сбрасывают сегодня лишь в исключительных случаях из-за высокой неэкономичности способа, поэтому используется он только в тех случаях, когда предельное давление воздуха достигается очень редко.

«Мертвым объемом» называются излишки воздуха, остающиеся в цилиндре поршневого компрессора. При его увеличении производительность агрегата падает.

Перевести на холостой ход можно винтовые компрессоры. Для поршневых агрегатов метод не применим.

Дросселирование на всасывании заключается в применении специального регулирующего клапана, устанавливаемого на пути всасываемого воздуха и постепенно закрывающегося при повышении давления.

Применение частотного преобразователя является наиболее эффективным способом, принятым на сегодняшний день. При увеличении давления в компрессоре, число оборотов двигателя постепенно снижается и наоборот.

Дискретное регулирование по принципу действия аналогично частотному преобразованию, вот только изменение частоты вращения двигателя происходит не плавно, а рывком (дискретно).

В каждом конкретном случае способ регулирования выбирается в зависимости от экономической целесообразности и сроков окупаемости.

Производительность компрессоров

Компрессор предназначен для сжатия воздушных масс, применяется в промышленности, сфере ремонта и быту. Его определяющей характеристикой является производительность. Это параметр указывается в паспорте устройства и считается главным при выборе.

Определение производительности компрессоров

Существует множество разновидностей компрессоров. Чаще всего применяют поршневые и винтовые воздушные модели. Независимо от конструкции выбор должен основываться на эксплуатационных характеристиках. К ним относится способ нагнетания воздуха, продолжительность включения и производительность компрессора.
Последний параметр определяет объем сжатого воздуха (газа), вырабатываемого во время функционирования. Существует два способа измерения этого значения:

• По выходу. Рассчитывают объем вырабатываемого сжатого воздуха за единицу времени;
• По входу. Учитывается объем, всасываемый во входной патрубок.

Производительность может измеряться в л/мин или м³/мин. Это не влияет на выбор определенной модели воздушного компрессора. Сначала выполняется расчет этой величины, а затем проводятся испытания. Это делается при нормальном давлении (105 Па) и температуре +20°С. Изменение параметров скажется на характеристиках установки и ее фактических эксплуатационных качествах.
Методика измерения зависит от конструкции компрессора. Для поршневых необходимо применять способ по выходу, так как на входе это значение может быть больше в 1,5-2 раза. Некоторые недобросовестные производители пользуются этим и указывают объем всасываемого воздуха. Этот момент необходимо уточнить в технической документации оборудования или на сайте изготовителя.

Что влияет на производительность

Показатель не является постоянной величиной и может изменяться под воздействием внешних и внутренних факторов. Степень погрешности может быть незначительной, но для точного производственного процесса ее необходимо знать.
Прежде чем посчитать фактическую производительность поршневых воздушных компрессоров или их винтовых аналогов, необходимо учесть следующие факторы:

• Температуру и влажность окружающего воздуха;
• Степень изношенности установки;
• Мощность. Определяет степень роста производительности во время работы компрессора.

На выбор методики расчета влияют конструктивные особенности системы. К ним относятся тип силовой установки, время срабатывания входного и выходного клапанов, а также фактическое потребление воздуха точками забора.

Поршневые компрессоры

Принцип работы поршневых моделей основан на подаче воздуха в ресивер при движении поршня. Нагнетание осуществляется синхронным действием клапанов. С помощью ресивера происходит накопление сжатого газа и его дальнейшая транспортировка по выпускному трубопроводу.
Фактическая производительность компрессора этого типа зависит от его конструкции:

• Количество поршней и их суммарного поперечного сечения;
• Расчетного коэффициента подачи.

Последняя величина определяется по формуле:
Λ=λ0*(1,01-0,02*(Р1/Р2))
Где λ0 – объемный коэффициент, равный 0,92;
Р1 и Р2 – начальное и конечное давление воздуха.
Рассчитав эти величины можно найти показатель производительности по следующей формуле:
Q=n*λ*z*F*s*n
Где n – количество поршней;
Λ – коэффициент подачи;
Z – число всасывающих сторон;
F – сечение поршней;
S – ход поршней;
N – скорость вращения вала.
Зная эти переменные можно сделать выбор оптимальной модели воздушного компрессора. Со временем диаметр поршней может уменьшиться из-за длительной эксплуатации. В результате этого показатель фактической производительности снизится по сравнению с расчетным.

Винтовые модели

Функционирование винтовых компрессоров происходит за счет вытеснения воздуха в результате вращения вала. Для этого в конструкции предусмотрены ведущий и ведомый валы. Зазор между ними минимальный, для обеспечения герметичности есть ограждающий корпус. При достижении максимального значения объема воздуха внутри камеры профили зубцов ведомого вала перекрывают входное отверстие. Одновременно с этим открывается выходной патрубок.
Самый простой способ определения производительности – паспортную величину умножить на КПД. Для моделей этого типа значение последнего равно 0,95, что является максимальным показателем для компрессоров. Для точных расчетов необходимо знать следующие параметры:

• Время нагнетания нужного объема;
• Периодичность открытия/закрытия входного канала;
• Возможные потери давления из-за увеличения зазоров между валами.

Проверить фактическую производительность компрессора можно при подключении его к воздухосборнику. Время заполнения последнего определит показатели устройства. Эта же методика применима для поршневых моделей. Выбор воздухозаборника основывается на параметрах компрессорной установки.

Способы повышения производительности компрессоров

Увеличение объема сжатого воздуха из выходного патрубка возможно без нарушения целостности конструкции и соблюдения норм эксплуатации, описанных в технической документации. Чаще всего выполняют мероприятия по подготовке воздуха перед его подачей в компрессор.
При понижении температуры газа происходит уменьшение расхода удельной энергии. Еще одним фактором является влажность. Чем она выше – тем меньше показатель производительности. Для регулирования этих факторов необходимо сделать выбор холодильника-осушителя. С его помощью на выходе компрессора происходит подготовка воздушных масс для дальнейшего использования.
Кроме этого можно предпринять следующие меры для повышения объема воздуха на выходе устройства:

• Изменение частоты вращения рабочего вала. Для этого рекомендуется выбрать и установить коллекторный электродвигатель вместо силовой установки переменного тока;
• Монтаж дополнительных кинематических механизмов (мультипликаторов) для изменения передаточных чисел от вала электродвигателя к рабочему. Актуально для моделей с ременной передачей;
• Покупка преобразователя частоты. Эго можно собрать самостоятельно, но с учетом фактических характеристик силовой установки.

После применения вышеописанных способов необходимо выполнить расчет производительности компрессора и сверить его с фактическими данными. Возможно появление негативных явлений – перегрев электродвигателя, повышение шума. Проверить это можно только после пробной эксплуатации.
Но самым оптимальным вариантом является выбор и приобретение воздушного компрессора с большей производительностью. Нужно помнить, что любое конструктивное изменение влечет за собой изменение характеристик и как следствие – скажется на износоустойчивости всей установки.