Рекомендации по выбору поршневых компрессоров


Сегодня рынок поршневых компрессоров представлен не только большим разнообразием моделей, но и огромным количеством фирм - производителей от крупных мировых лидеров до малоизвестных китайских кооперативов. Модельный ряд, от бытового назначения до промышленного, столь разнообразен, что порой трудно отдать предпочтение какой-либо конкретной модели даже в рамках одной фирмы.

Основными параметрами компрессора являются его производительность и максимальное давление, именно ими, как правило, и руководствуется потребитель при выборе конкретной модели.

С давлением все достаточно ясно. У компрессора оно должно быть не меньше, чем у потребителей сжатого воздуха. Единственно, на что следует обратить внимание - в каталогах указывается максимальное давление (P max). Реально же компрессор работает следующим образом: он накачивает воздух до P max, после чего автоматически отключается, а повторное включение происходит после падения давления в ресивере на 2 атм. (P max минус 2 атм). Реальное рабочее давление колеблется в пределах от P max до (P max минус 2 атм.), то есть ниже максимального. Это обстоятельство следует учитывать при выборе оборудования.

Производительность - здесь все сложнее. Во-первых, нужно определить собственную потребность в воздухе, а во-вторых, исходя из этого, подобрать соответствующую модель компрессора. Собственная потребность определяется на основе рабочих характеристик потребителей воздуха, которые приведены в техпаспорте на оборудование. Если потребление воздуха обозначить Q, то получим формулу:

Q = Q1*K1 + Q2*K2 + … + Qn*Kn.

где,
Q1 … Qn – потребление воздуха единицей оборудования, а
K1 … Kn. – коэффициент использования оборудования.

Коэффициент использования можно определить опытным путем, либо воспользоваться ориентировочными значениями. Так для пневмоинструмента значение К рекомендуется принимать равным 35 %.

Собственную потребность можно рассчитать и по времени падения давления в ресивере. Следует сделать несколько замеров в течение рабочего дня и определить максимальное потребление воздуха. Не однозначная ситуация и с производительностью компрессора. Дело в том, что в каталогах, как правило, указывается теоретическая производительность, которая определяется как произведение суммарного объема цилиндров компрессора на количество оборотов в минуту (т.е. число циклов прохождения поршня). Реально же производительность компрессора различна при разных значениях давления. Вот как, например, выглядит такая зависимость для компрессора VX 402 фирмы FIAC (данные производителя)

Как правило, под реальной производительностью понимают количество воздуха на выходе компрессора при давлении 6 атм. Поэтому для простоты, к значениям, указанным в каталоге, рекомендуется добавлять поправочный коэффициент, который колеблется от 0,6 до 0,8 и зависит от конструкции компрессора, но об этом ниже.

Кроме максимального давления и производительности на выбор компрессора оказывает влияние и еще целый ряд факторов.

Представим такую ситуацию: вы приходите в магазин, торгующий продукцией известной итальянской компании “FIAC”, которая выпускает очень широкий ассортимент продукции. Вам требуется подобрать компрессор с производительностью 200 л/мин. Имеются, по крайней мере, три модели, отвечающие вашим требованиям (обоснованность выбора будет рассмотрена ниже). Это FX 224, стоимостью 150 $, GM 25-300, стоимостью 187 $ и CCS 25-245 стоимостью 320 $. Что выбрать? Если выбор будет определяться исключительно ценой, то вы можете допустить грубую ошибку. Дело в том, что эти компрессоры хоть и имеют одинаковую производительность, но предназначены для разных целей и по классификации относятся к разным группам, а именно: FX 224 - к классу “Хобби”, и предназначен для людей, использующих его время от времени. Если вы предполагаете использовать компрессор ежедневно по 3-4 часа в день, то Вам подойдет модель GM 25-300 из класса профессиональных масляных компрессоров с прямой передачей. Но если вы предполагаете использовать компрессор ежедневно по 8 часов, то свой выбор следует остановить на серии CCS, это уже класс профессиональных поршневых компрессоров с ременным приводом, конструкция которых позволяет решать более серьезные задачи.

Таким образом, при выборе компрессора вы должны руководствоваться не столько соображениями минимальной цены, сколько тем, в какой области и с какой интенсивностью предполагается его использование.

Исходя из сказанного, мы приходим к выводу, что решающим фактором, определяющим оптимальный выбор того или иного компрессора, является не только его производительность, но и «живучесть» компрессора, т.е. его ресурс.

От чего же зависит ресурс компрессора, а значит и его цена?

Для пояснения рассмотрим некоторые технические характеристики компрессоров. В первую очередь на ресурс компрессора влияет рабочая температура компрессорной головки. Но таких данных вы не найдете ни в одном фирменном каталоге. По каким же параметрам, приводимым фирмами - изготовителями, можно судить о долговечности покупаемого вами компрессора. Напрямую с рабочей температурой компрессорной головки связаны ее производительность и частота вращения коленчатого вала. Эти параметры приводятся в любой справочной фирменной документации. Если сравнить два компрессора с одинаковой производительностью, то ресурс будет больше у того, у которого частота вращения компрессорной группы будет меньше.

Рассмотрим этот вопрос на примере сравнения вышеупомянутых компрессоров GM 300-25 и CCS 25-245. Производительность у них одинаковая, а частота вращения компрессорной группы у CCS в два раза меньше и составляет 1450 об/мин., тогда как у GM 300-25 она равна 2850 об/мин. Отсюда следует, что ресурс компрессора CCS больше, и поэтому фирма рекомендует его для более интенсивного профессионального использования. Вот почему эти два компрессора относятся к разным группам и имеют разную цену.

Мы рассмотрели определяющий фактор, влияющий на долговечность компрессора. Далее мы познакомимся с некоторыми техническими особенностями конструкции компрессоров, направленными на то, чтобы с увеличением производительности температура рабочей группы оставалась в приемлемых границах (на практике это значит, что обороты поршневой группы не должны превышать 1200-1450 об./мин.).

Рассмотрим конструктивные особенности и области применений каждого класса на примере поршневых компрессоров итальянской фирмы “FIAC”.
Чтобы исключить грубые ошибки при выборе модели, фирма “FIAC” подразделяет свои компрессоры следующим образом: Класс «Хобби»

В данном классе компрессоров используется одноцилиндровая, одноступенчатая компрессорная группа безмасляного типа с прямой передачей.
Компрессоры выполняются, как без ресивера, так и с ресиверами емкостью 6, 24 литра, а также с 50-ти литровыми ресиверами для более интенсивного кратковременного использования.

Компрессоры данного класса предназначены для людей использующих его не часто, в основном в бытовых целях, для работ дома, в гараже, на даче и т.п. Поэтому большое внимание в конструкции этих компрессоров уделено их потребительским свойствам. Они имеют небольшой вес и габариты, низкий уровень шума, практически не требуют технического обслуживания, могут перевозиться как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Область применения диктует и ряд специальных требований. Корпус компрессора выполнен из ударопрочного полистирола и предназначен для снижения уровня шума и защиты потребителя от ожогов. Использование прямой передачи между электродвигателем и компрессорной группой позволило предельно упростить конструкцию компрессора и снизить его стоимость.

Производительность по всасыванию таких компрессоров находится в диапазоне от 100 л/мин. для модели “ECU” до 240 л/мин для модели FX-250. Для одноцилиндровых одноступенчатых компрессоров с прямой передачей поправочный коэффициент для расчета реальной производительности равен 0,6-0,65. Несмотря на достаточно высокую производительность «старших» моделей, данный класс компрессоров не предназначен для производства работ с высокой интенсивностью в течение рабочего дня.
Рассмотрим типовые характеристики данного класса компрессоров приведенные в Табл. 1, 2.




Во всех моделях класса используются одноцилиндровые одноступенчатые компрессорные группы, обозначаемые в каталогах “цил./ступ. - 1/1”. Это означает, что весь процесс сжатия происходит в одном цилиндре (Рис. 1). Следует обратить внимание на компрессор “AIRBAG HP1“, который выделяется из группы бытовых безмасляных компрессоров. Он имеет производительность в два раза меньше чем у “EСU 1,5”, но и частота вращения у него в два раза меньше. Это позволяет его использовать в профессиональных целях, например для питания стоматологической установки, где особенно высоки требования к чистоте воздуха (у безмасляных компрессоров отсутствуют пары масла на выходе). Кроме того, понижение оборотов позволяет снизить и уровень шума, а это бывает чрезвычайно важно при использовании компрессора непосредственно в рабочей зоне.

Класс профессиональных масляных компрессоров с прямой передачей

Самое широкое распространение получили масляные компрессоры с прямой передачей. В данном классе применяются одноцилиндровые одноступенчатые и двухцилиндровые одноступенчатые компрессорные группы.
Использование смазки позволило уменьшить коэффициент трения и тем самым понизить рабочую температуру головки, а следовательно, и увеличить интенсивность работы компрессора, поэтому и область его применения значительно шире, чем у «Хобби».
Производительность компрессоров данного типа находится в пределах от 170 л/мин до 400 л/мин при 2850 об./мин. Поправочный коэффициент для реальной производительности, как мы уже видели выше, составляет 0,6-0,65.
Ранее была показана конструкция одно- и двухцилиндровых компрессорных групп. В последней, в отличие от одноцилиндровой, работают два поршня одновременно, но в противофазе, когда один всасывает воздух другой находится в режиме нагнетания.
Масляный компрессор с прямой передачей - это самый распространенный тип. Слово \"профессиональный\" присутствует в названии данного класса не случайно. Оптимальное соотношение цена - качество нашло применение ему в самых разнообразных сферах малого бизнеса: в авторемонтных, обувных, мебельных мастерских, т.е. там, где нет такой нагрузки как при серийном и мелко серийном производстве.
Это далеко не полный список потребителей, которые успешно используют компрессор данного типа в своей профессиональной деятельности. Но наиболее широкое применение этот класс компрессоров нашел в области личного потребления - для гаража, дома, дачи. Он, как и «Хобби», незаменим для мелкого ремонта личного автомобиля: продувка радиатора, карбюратора, покрасочные работы, подкачка шин и т.п.
Характеристики компрессоров данного класса приведены в Табл. 3


В компрессорах класса “VX” применена двухцилиндровая одноступенчатая группа. Производительность таких компрессоров, за счет использования двух цилиндров, в два раза больше чем у компрессоров с одним цилиндром. Однако и потребляемая мощность при тех же оборотах в два раза больше.

Класс профессиональных поршневых компрессоров с ременным приводом

Применение ременного привода в данном классе позволило, используя двухцилиндровую одноступенчатую компрессорную группу, снизить обороты практически вдвое (1240-1520об/мин) по сравнению с частотой вращения двигателя. В отличие от компрессоров с прямой передачей той же производительности, у которых частота вращения двигателя и коленчатого вала равны, в компрессорах с ременной передачей обороты снижаются за счет изменения передаточного числа между двигателем и компрессорной головкой.
Работа двухцилиндровой одноступенчатой компрессорной группы показана ранее. Производительность обеспечивается за счет работы двух цилиндров. Использование системы принудительного воздушного охлаждения, благодаря специальной конструкции пластиковой направляющей, как видно на рисунке, позволило еще более уменьшить температуру компрессора. Снижение оборотов компрессорной группы и принятые специальные меры для более эффективного охлаждения при той же производительности, что и у компрессоров с прямой передачей, дает возможность увеличить ресурс и использовать данный тип компрессора для более интенсивного режима работы.
Данный класс компрессоров выпускается с 25-200 литровыми ресиверами с производительностью от 250 л/мин для модели CCS 100-245 до 303 л/мин, модель CCS 200-335. Благодаря специальной системе охлаждения и низким оборотам, поправочный коэффициент для реальной производительности составляет примерно 0,7- 0,75.
Благодаря своим конструктивным особенностям, данный класс, практически при тех же диапазонах производительности, что и у компрессоров с прямой передачей имеет гораздо больший ресурс работы и, естественно, более высокую цену.
Типовые характеристики компрессоров данного класса приведены в Табл. 4


Класс промышленных поршневых компрессоров с ременным приводом

В этом классе промышленных компрессоров с ременным приводом используются как уже знакомая нам двухцилиндровая одноступенчатая компрессорная группа, так и двухцилиндровая двухступенчатая. Схема работы последней представлена на Рис 3. Применение двухцилиндровой двухступенчатой компрессорной группы позволило еще больше облегчить температурный режим работы компрессора и тем самым увеличить его ресурс. Сжатие воздуха в двухцилиндровой двухступенчатой компрессорной группе осуществляется последовательно в два этапа.
В течение первого цикла в цилиндре большего диаметра при движении поршня вниз открывается всасывающий клапан, закрывается выпускной клапан, происходит всасывание воздуха. В течение второй фазы при движении поршня вверх в первом цилиндре закрывается всасывающий клапан, открывается выпускной клапан. Одновременно во втором цилиндре малого диаметра поршень движется вниз, при этом открывается всасывающий клапан, закрывается выпускной клапан, происходит всасывание воздуха из цилиндра большего диаметра. И, наконец, в течение третьей фазы, при движении поршня малого цилиндра вверх, всасывающий клапан закрывается, а выпускной открывается, и воздух поступает в магистраль. Таким образом, первый цилиндр большого диаметра обеспечивает всасывание необходимого количества воздуха, в нем происходит предварительное сжатие (первая ступень), а второй цилиндр – дожимающий, его задача довести предварительно сжатый воздух до необходимого максимального давления. Данный класс компрессоров изготавливается с производительностью от 330 л/мин (АВ 335) до 850 л/мин (АВ 500.850) на ресиверах емкостью от 100 до 500 литров. Для компрессоров с двухцилиндровой одноступенчатой системой сжатия поправочный коэффициент для реальной производительности равен 0,65-0,7, а для двухступенчатой - 0,7-0,75.
Характеристики компрессоров данного класса приведены в Табл. 5


Применение головок с двухцилиндровой двухступенчатой компрессорной группой масляного типа позволило достичь максимального выходного давления в 16 Бар. Возможно также использование двух компрессорных головок на одном ресивере. Это так называемый тандем. Его работа не имеет никаких принципиальных отличий. Фактически, это два компрессора, но использующие один и тот же ресивер. Для снятия пиковых нагрузок в момент включения в тандемах используется устройство электронного управления. Сначала включается одна компрессорная группа, а затем, по истечении установленного времени, вторая.

Таким образом, из всего вышеизложенного можно сделать вывод: при выборе компрессора, кроме производительности и давления очень большое значение имеет такая характеристика, как количество оборотов в минуту, а также конструкция компрессорной группы.
Мы рассмотрели в данной статье вопрос оптимального выбора поршневого компрессора на примере итальянской компании FIAC, но и для других фирм – изготовителей подходы, предложенные в этой статье, ничем не отличаются.