Компрессорная станция. Рекомендации по расчету и выбору оборудования

Расчет потребления СжВ заключается в сложении потребления СжВ отдельными устройствами и агрегатами. При этом необходимо принимать во внимание и некоторые уточняющие коэффициенты – среднее время работы UR.

В некоторых случаях, отдельные  потребители расходуют СжВ не все время. Например, ручной пневмоинструмент, на практике никогда не используется постоянно, а включается и выключается время от времени. Поэтому, для более точного расчета потребления, следует учитывать не номинальный расход СжВ отдельным потребителем, а средний расход.

Для определения среднего расхода следует, вначале, определить среднее время работы UR по формуле:

UR=(TU/TR)*100%

где UR – среднее время  работы (%);

TU – время работы (мин);

TR – общее время для  расчета (мин).

Так, если полуавтоматический шуруповерт используется в течение 25 минут каждого часа, то среднее время его работы будет составлять 41,6%. Разумеется, среднее время работы пневмоинструмента практически никогда нельзя определить точно.

Фактор одновременности f, в применении к расчету потребности  в СжВ, является абсолютно эмпирическим понятием. Он используется для подгонки теоретического общего расхода СжВ к реальным условиям эксплуатации, и является некоторым коэффициентом, величина которого основана на вероятности одновременной работы нескольких устройств, потребляющих СжВ.

Применение его оправдано, в случаях, когда СжВ потребляется ручным инструментом. Нельзя использовать фактор одновременности применительно, например, к нескольким работающим продолжительное время станкам или конвейерным линиям.

Если взять примерное  количество потребителей от 1 до 16, то факторы  одновременности f, соответственно, будут  следующими: 1, 0,94, 0,89, 0,86, 0,83, 0,80, 0,77, 0,75, 0,73, 0,71, 0,69, 0,68, 0,67, 0,66, 0,64, 0,63.

6.1 Автоматические потребители

Автоматические  потребители – это такие устройства, расходующие СжВ, которые работают постоянно, или же в рамках длительных циклов. К ним относятся автоматически работающие пневмоцилиндры, конвейеры и прочее оборудование.

Расход СжВ автоматическими потребителями должен быть рассчитан отдельно, исходя из их номинального расхода СжВ. Среднее время работы этого класса потребителей надлежит принимать за 100%.

Расход СжВ всегда указывается производителями оборудования, будучи приведенным к условиям всасывания, поэтому на данном этапе рабочее давление потребителей во внимание не принимается.

Примерный расчет расхода СжВ для автоматических потребителей

Автоматические   потребители	Рабочее давление, бар	Кол-во агрегатов Q, шт.	Индивидуальный расход q, л/мин	Q× q, л/мин
Пневмоцилиндр	6	2	336	672
Прочее	5	1	310	310
Общий расход, л/мин:				982

 

6.2 Инструментальные потребители

Устройства, расходующие  СжВ циклически и использующиеся непостоянно, могут учитываться в расчетах расхода СжВ с применением поправочных коэффициентов – среднего времени работы и фактора одновременности.

К подобным устройствам относится, прежде всего, ручной пневмоинструмент, и, поэтому, мы условно называем их инструментальными потребителями.

6.3  Примерный расчет расхода СжВ для инструментальных потребителей

Инструментальные   потребители	Рабочее давление, бар	Среднее время работы UR, %	Кол-во агрегатов Q, шт.	Индивидуальный расход q, л/мин	Q × q × UR / 100, л/мин
Окрасочный пистолет Ø1,5мм	3	40	1	180	72
Пневмопистолет Ø1,0мм	6	10	3	65	19,5
Шуруповерт M10	6	20	3	200	120
Дрель Ø20мм	6	30	1	700	210
Шлифовальная машинка  Ø1,5мм	6	40	2	500	400
Общий расход T, л/мин:					821,5
Фактор одновременности (10 устройств)f:					0,71
Итого оцениваемое  потребление Tf = T × f, л/мин:					583,3

 

6.4 Общее потребление

Суммарное потребление СжВ устройствами, показанными в этом примере, складывается из потребления СжВ автоматическими и инструментальными потребителями и составляет:

T_Σ = 982 + 583,3 = 1563,3 л/мин – или, приблизительно, 1,57 м³/мин.

Однако это суммарное  потребление СжВ еще не является основанием для вычисления необходимой производительности компрессора. Необходимо также учесть возможность утечек в пневмосети, предусмотреть резерв и сделать поправку на неточность расчетов.

Необходимо учитывать  следующие погрешности:

– утечки v (%). Утечки могут иметь место в самых разных частях системы СжВ. В новых пневмосетях они обычно невелики и не превышают 5% от общего расхода СжВ. Однако, в старых протяженных сетях СжВ по мере износа трубопроводов, а также потребляющего оборудования, объем утечек может достигать до 25%;

– резервы r (%). Резервы следует предусматривать при наличии обоснованных предположений о последующем увеличении потребления СжВ, которое может вызвать появление новых потребителей или увеличение среднего времени работы старых;

– ошибки при расчетах e(%). Обычно, разумной поправкой на ошибки в расчетах является 5–15 %.

7. Необходимая производительность

Основываясь на определенном ранее общем потреблении СжВ, можно вычислить желательную производительность компрессора L_B (м³/мин), с учетом поправок на утечки, резервы и ошибки при расчетах, по следующей формуле

L=T_Σ*(100+v+r+e)/100

где T_Σ – расчетное общее потребление (м³/мин);

v – оцениваемый объем утечек (%);

r – оцениваемый объем резервов (%);

e – поправка на ошибки в расчетах (%).

Таким образом, если расчетное  потребление СжВ составляет 1,565 м³/мин, а заложенные поправки на утечки, резервы и ошибки соответственно 5, 10 и 15%, то необходимая производительность компрессора будет составлять 2,035 м³/мин.

Подведем итог. Для расчета  производительности компрессора необходимо суммировать потребность в СжВ всех устройств (данные находятся в паспортах любого пневмооборудования). Многие производители компрессоров в графе «производительность» указывают геометрический объем СжВ. Однако разница подобных показателей с фактической производительностью, к примеру, у поршневого компрессора, – более 40 %. Реальной L_B является производительность компрессора, приведенная к условиям всасывания при рабочем давлении.

Для наиболее надежной работы компрессора, его рабочая нагрузка должна составлять 65–70 % от максимальной, т.е., если требуется произвести 400 л/мин СжВ, то лучше взять компрессор «с запасом» – производительностью 550–630 л/мин.

8. Какой воздушный ресивер выбрать?

 

Воздушные ресиверы, или воздухосборники – это сосуды, используемые для следующих целей:

– хранение СжВ;

– устранение пульсаций  давления;

– выделение конденсата (благодаря охлаждению СжВ и процессу соударения потока со стенками ресивера).

Главной задачей ресивера является все же хранение СжВ, и для того, чтобы отвечать потребностям конкретной компрессорной системы, объем ресивера должен быть правильно рассчитан.

8.1 Краткие рекомендации по выбору объема воздушного ресивера

Выбор объема ресивера можно  производить по упрощенной схеме, или  с использованием более сложных  расчетных формул.

Если потребление СжВ при рабочем цикле оборудования равномерное, то компрессорную установку можно выбрать с минимальным объемом ресивера.

Если потребление СжВ – порционное – выбирайте установку с максимально большим объемом ресивера.

Применение понижающего  редуктора давления на выходе СжВ из ресивера позволит: получить постоянное давление в системе, питающей технологическое оборудование; уменьшить пульсацию сжатого воздуха в системе; экономить энергию за счет увеличения времени останова электродвигателя в рабочем цикле компрессорной установки.

В общем случае при выборе ресивера можно воспользоваться  следующими универсальными правилами:

8.2 Для поршневых компрессоров.

Объем ресивера равен минутной производительности компрессора.

Поршневые компрессоры предназначены для эпизодической работы в повторно-кратковременном режиме, холостой ход у них отсутствует, и, поэтому, желательно установить ресивер большего объема, который позволит реже производить включение и выключение приводного электродвигателя компрессора.

Для поршневого компрессора, обязательно нужно проверить, какова будет продолжительность циклов работы и ожидания при использовании  ресивера данного объема, и не превысит ли количество пусков и остановок  электродвигателя предельно допустимого  для него значения.

8.3 Для винтовых компрессоров.

Объем ресивера равен трети  минутной производительности компрессора. Винтовые компрессоры приспособлены для непрерывной работы, имеют возможность переходить на холостой ход, поэтому, для них достаточно ресивера с меньшим объемом.

Иными словами, для компрессора  производительностью 1000 л/мин необходим  ресивер объемом 300 л.

9. Организационные мероприятия по выбору компрессорного оборудования и его поставщика

Можно посоветовать заказчику  примерный порядок выполнения организационных  мероприятий по выбору компрессорного оборудования и его поставщика, а  именно:

– поиск оборудования;

– выбор производителя  и марки оборудования;

– выбор поставщика оборудования;

– гарантия.

Поиск оборудования надо начинать с задачи, которые предстоит решать искомому оборудованию. Направьте запросы  нескольким поставщикам. Среди них  должен быть один поставляющий самое  дорогое импортное оборудование. Постарайтесь привести все предложения  к одному базису. Обязательно оцените  возможные убытки от простоя оборудования и реальные сроки ремонта. Если убытки от простоя превышают его стоимость, можно рассмотреть вопрос о его  резервировании.

Получите данные о фирме-производителе: как давно она производит данный тип оборудования, ее годовой оборот и т.д. Это косвенно позволит получить представление о соотношении  цена / качество. Попробуйте узнать, какие  компрессоры эксплуатируют предприятия  вашей отрасли и конкуренты. Они  уже потратили время и деньги для того, чтобы сделать выбор  – пользуйтесь этим бесплатно.

Гарантия характеризует  поставщика и является коммерческой договоренностью между продавцом  и покупателем о ремонте оборудования в случае отказа в определенный период времени. Внимательно изучите пункты контракта, где рассматриваются  гарантийные обязательства –  что покрывает гарантия.

В конечном итоге выбор  всегда остается за Вами. Выбор должен быть осознанным, а риск от остановки  оборудования соотнесен с возможными потерями.

10. Компрессорные установки

Для снабжения сжатым воздухом пневмосистем буровой установки применяют компрессорные установки с механическим приводом (контрприводом) от трансмиссий силовых агрегатов или с индивидуальным электроприводом.

Установки с электроприводом  называются компрессорными станциями. В компрессорных установках используют двухступенчатые компрессоры типа КС-3М, КС-5М, КСР-5М, КТ-6 с подачей 3-5 м³/мин  при рабочем давлении 0,8-0,9 МПа. Шифр компрессорной установки соответствует  типу компрессора.

В компрессорных  установках с механическим приводом приводной шкив соединён с валом  компрессора через шинно-пневматическую муфту ШПМ-300. В компрессорных установках с электроприводом вал компрессора соединён с электродвигателем через упругую муфту.

Компрессорная установка  КТ-6 с механическим приводом состоит  из компрессора, опор привода, приводного шкива, смонтированного на раме. Привод с компрессором соединён муфтой ШПМ-300. Наружный воздух засасывается через  воздухофильтр в цилиндры первой ступени сжатия, а затем по трубопроводу подаётся через холодильник в  цилиндры второй ступени сжатия, откуда сжатый воздух поступает в воздухозаборники. Чуть ниже дана подробная схема компрессора  КТ-6.

Компрессор  КТ-6

1 – клапанная  коробка цилиндра низкого давления  ЦНД (первой ступени); 2 – поршень  ЦНД; 3 – сапун; 4 – клапанная коробка  цилиндра высокого давления ЦВД  (второй ступени); 5 – поршень ЦВД; 6 – цилиндр высокого давления  ЦВД; 7 – узел шатунов; 8 – холодильник; 9 – всасывающий воздушный фильтр; 10 – предохранительный клапан; 11 – рым-болт; 12 – кронштейн вентилятора;  13 – болт регулировки натяжения ремня вентилятора; 14 – вентилятор; 15 – тройник для присоединения трубопровода от регулятора давления; 16 – манометр давления масла; 17 – бачок для гашения пульсаций стрелки манометра; 18 – корпус (картер); 19 – коленчатый вал; 20 – масляный насос; 21 – редукционный клапан; 22 – дополнительный балансир; 23 – винт крепления дополнительного балансира; 24 – шплинт; 25 – масляный фильтр; 26 – указатель уровня масла (щуп); 27 – пробка для залива масла; 28 – пробка для слива масла; 29 – цилиндр низкого давления ЦНД; 30 – поршневой палец.