Мощность компрессора что это такое
Основные характеристики, или что нужно знать при выборе
Содержание:
Техника и технология не стоят на месте, с каждым годом такое оборудование, как воздушные компрессоры, совершенствуется, ведь каждый производитель хочет предложить покупателям лучший в своем роде товар.
Поэтому перед его покупкой, после того как Вы определили, для каких целей Вам будет служить это оборудование, обратите внимание на технические характеристики. Именно они помогут Вам понять, что можно ожидать от той или иной модели компрессоров.
Основными параметрами при выборе компрессора являются
Немаловажными являются так же объем ресивера, вес, габариты и напряжение в сети, от которой компрессор будет работать.
Давление компрессора (Бар)
Обычно давление измеряют в атмосферах (Атм), но в каталогах можно встретить такую единицу измерения, как Бар. Чтобы не возникало путаницы, 1 Бар примерно равен 1 Атмосфере. Максимальное давление – то, с какой силой компрессор может сжимать воздух. На эту величину стоит обращать внимание для того, чтобы знать, с каким пневмоинструментом он сможет взаимодействовать.
В течение рабочего цикла давление воздуха меняется. Так, для компрессора с максимальным давлением 10 Бар рабочее может колебаться от 10 до 6 Бар. Давление должно быть не меньше, чем у инструмента, который будет подключен к компрессору. Это важно учитывать, чтобы выбрать именно ту модель, которая бы обеспечила бесперебойную работу пневмоинструмента.
Производительность (л/мин)
Количество литров сжатого воздуха, которое компрессор способен нагнать за минуту времени. Указанная в каталогах величина всегда обозначает производительность на всасывании (производители обычно измеряют ее при температуре окружающей среды в 20 градусов). Эта величина может меняться в зависимости от температуры воздуха, а так же от модели оборудования. Поэтому стоит выбирать компрессор с 30-50% запасом по производительности по сравнению с указанной.
Мощность (кВт)
Это величина, которая обозначает потенциал к выполнению работы. Соответственно, чем выше мощность двигателя компрессора, тем быстрее он справится с поставленной задачей. Не стоит забывать о существовании теоретической (расчетной) и действительной мощности, а так же о том, что на практике теоретическая мощность всегда меньше, нежели действительная.
Потери мощности появляются из-за трения деталей друг о друга, и, чтобы возместить эти потери, необходима дополнительная энергия. Поэтому при расчетах, учтите, что потребляемая компрессором мощность несколько больше, чем теоретическая, указанная в каталоге. А значит, подбирать аппарат стоит с небольшим запасом по этому параметру (примерно 30%).
Напряжение (В) и частота (Гц)
Трехфазные компрессоры не подходят для использования в домашних условиях, потому что напряжение в 220 В не сможет обеспечить достаточно тока для работы столь мощного оборудования. Частота влияет на количество колебаний в цепи. Для российских бытовых электросетей стандартным является показатель 50 Гц. Стоит обращать внимание на вольты (В) и герцы (Гц), чтобы быть уверенным, что от использования компрессорного оборудования нигде не выбьет пробки и проводка останется невредимой.
Объем ресивера (л)
Габариты компрессора (мм, ДхШхВ)
Размер и его мобильность будут иметь значение, если он находится в помещении (например, автомастерской). Для работ, требующих частых перемещений оператора и небольшой мощности компрессорного оборудования, можно выбрать компрессор с меньшими габаритами (400х230х370 мм) и удобной ручкой для переноса.
Более мощные достигают 2000 мм в длину и 1500 мм в высоту и зачастую мобильны, так как снабжены колесами и удлиненными рукоятками.
Вес (кг)
Для проведения крепежных работ, строительных работ по дому, когда пневмоинструмент работает только по мере необходимости, намного удобнее иметь под рукой легкий, небольшой по размерам компрессор. Для этих целей вы можете выбрать оборудование весом в 4 кг. Полупрофессиональные и профессиональные компрессоры весят обычно от 25 кг.
Уровень шума (дБ)
Как ни крути, компрессор очень шумное оборудование. Порой это сильно мешает работе, ведь в среднем уровень шума достигает 85 децибел (дБ). Это можно сравнить с шумом железной дороги.
Для того чтобы как-то сократить негативное воздействие, фирмы-производители «упаковывают» их в шумоизоляционные конструкции, тем самым снижая уровень до 68 дБ.
Выбор характеристик компрессора под параметры инструмента
Сравнительные данные представлены в таблице:
| Пневматический инструмент | Давление (Бар) | Расход воздуха (л/мин) |
| Краскораспылитель | 3-6 | 150-400 |
| Шлифмашина | 6-7 | 180-450 |
| Долото | 6,5 | 220-390 |
| Ударный гайковерт | 6-7 | 400-450 |
| Угловой гайковерт | 6-7 | 85-250 |
| Гвоздезабивной пистолет | 6-7 | 100-350 |
| Заклепочный пистолет | 6-7 | 100-350 |
| Дрель | 6 | 110-280 |
| Ножницы | 6,2 | 200 |
| Продувочный пистолет | 4 | 150-250 |
| Пескоструйный пистолет | 8 | 250 |
| Пистолет для накачки шин | 3 | 50 |
| Игольчатый очиститель окалины | 6-8 | 150-200 |
| Пылесос | 6 | 100-150 |
Исходя из данных таблицы, можно рассчитать, для какого пневмоинструмента подойдет компрессор с давлением в 8 Бар, а для какого нужен помощнее. Учитывая возможное изменение давления воздуха, утечки магистралей, выбирайте компрессорное оборудование с запасом по производительности и давлению.
Как выбрать компрессор
Содержание
Содержание
Работа любого пневматического устройства основана на принципе подачи сжатого газа. В большинстве таких механизмов используется обычный воздух, нагнетаемый в специальные емкости, именуемые ресиверами. А нагнетается он туда с помощью компрессора. В данном гайде подробно разберем устройство компрессоров, какие они бывают и на что обращать внимание при выборе такого агрегата.
Вид компрессора
Конструктивно компрессоры делятся на три вида:
Основа конструкции винтовых компрессоров заключается в установленных параллельно двух роторах (винтах). Нагнетание начинается с ведущего ротора, который, в свою очередь, подает воздух на ведомый ротор и далее, по его каналам, газ попадает через всю конструкцию в ресивер.
Они являются наиболее эффективным видом компрессоров, но необходимое для работы пневмоинструмента давление создается только при работе большими роторами, приводимыми в действие мощными трехфазными двигателями. Поэтому винтовые компрессоры чаще используются только на крупных промышленных предприятиях.
В поршневых масляных компрессорах сжатие воздуха производится, как следует из названия, поршнями, приводимыми в движение с помощью кривошипно-шатунного механизма. Эффективность таких компрессоров ниже, за счет того, что большая часть энергии расходуется на преодоление трения между поршнем и цилиндром. В таких компрессорах для снижения трения используется масло. Масляные агрегаты служат в несколько раз дольше безмасляных, но имеют одну особенность, которая часто оборачивается недостатком: в сжатом воздухе на выходе присутствуют частицы масла.
Специальные маслоотделители и фильтры частично справляются с этой проблемой, но не до конца, и, если требуется чистый воздух, масляный компрессор не подойдет. Например, при тонкой работе краскопультом (когда краскопульт используется, допустим, для аэрографии), при продувке деталей от пыли, при использовании плазменного резака — наличие масла в сжатом воздухе недопустимо.
А вот при работе прочего пневмоинструмента — дрелей, гайковертов, граверов и т.п. — наличие масла в воздухе даже полезно: оно обеспечивает смазку вращающихся частей инструмента.
Производители по-разному реализуют поршни и цилиндры безмасляных поршневых моделей в гонке за более длительным сроком их эксплуатации: ставят гарфито-тефлоновые кольца, покрывают стенки цилиндра анодированными смесями и т.д.
Поршневая группа изготавливается с использованием специальных материалов, которые уменьшают трение между цилиндром, поршнями и клапанами. Такие компрессоры дешевле и проще в эксплуатации, но менее эффективны по сравнению с вышеописанными видами.
Еще один весомый плюс данного вида компрессоров — они, в большинстве своем, компактнее и легче всех остальных своих собратьев, но только если конструкция не подразумевает ресивер — бытовые безмасляные поршневые компрессоры часто идут без ресивера.
Объем ресивера
Ресивер — металлический резервуар, служащий для хранения запаса сжатого воздуха.
Чем больше объем ресивера, тем реже будет включаться компрессор, т.е. увеличение объема ресивера снижает нагрузку на компрессор и двигатель.
Обратной стороной большого ресивера является то, что компрессору нужно некоторое время для создания в нем рабочего давления. Если мощность компрессора невысока, да еще идет отбор давления каким-либо работающим инструментом, давление в большом ресивере (следовательно, и на выходе компрессора) может набираться очень долго. Поэтому большой объем ресивера должен сопровождаться соответственно большей производительностью и мощностью.
Исключение составляют те случаи, когда от компрессора периодически требуется непродолжительная, но высокая производительность. Например, при использовании ударного гайковерта — он требует производительность от 300 л/м, но если подключить его к компрессору, производительности в 200 л/м с большим (50л) ресивером будет достаточно, чтобы гайковерт запустился и работал некоторое время.
Тип привода
В коаксиальных моделях коленвал компрессора жестко соединен с валом двигателя. Простота этой конструкции обеспечивает ее дешевизну, чего не скажешь о надежности: такой вариант чреват частыми пиковыми нагрузками на двигатель, что плохо сказывается на его долговечности.
Коаксиальные компрессоры могут быть реализованы также двумя видами:
Плюсы: производительность, простота в управлении и обслуживании
Минусы: требуют регулярного долива масла, не предназначены для частого использования
Плюсы: производят на выходе чистый сжатый воздух, недорогие
Минусы: не рассчитаны на долгую работу под нагрузкой, шумные, небольшой ресурс
В ременных компрессорах двигатель раскручивает маховик с помощью ременной передачи, на оси которого закреплен коленвал. Такая конструкция обеспечивает более мягкую работу двигателя, продлевая срок его службы.
Плюсы: повышенный ресурс, высокий КПД
Минусы: высокий уровень шума, требуется следить за уровнем масла.
Ступени
В компрессоре двухступенчатого сжатия всасываемый воздух сжимается дважды: вначале до определенного давления в цилиндре I ступени, затем, пройдя систему охлаждения, под давлением поступает в цилиндр II ступени, где сжимается до конечного давления.
С точки зрения производительности, безусловно, двухступенчатое сжатие газа всегда эффективнее. Но, здесь есть и свои нюансы. Например, чтобы компрессору двухступенчатого сжатия выдавать ту производительность, на которую он рассчитан, требуется и двигатель с более высокими показателями мощности.
Мощность
Как подобрать мощность? По требуемой производительности и максимальному давлению. Эти же параметры подбираются исходя из того, какие инструменты и в каком количестве будут одновременно использоваться с компрессором.
Чем выше мощность мотора, тем выше производительность, и, соответственно, тем больше потребителей можно подключать к компрессору.
Пневмоинструмент и необходимые ему параметры компрессора:
Инструмент
Давление (бар)
Производительность (л/мин)
Производительность
Производительность компрессора — это объем воздуха, выдаваемый им в минуту. Для определения необходимого значения этого параметра нужно просуммировать требуемую производительность всех одновременно работающих инструментов (потребителей). При подборе компрессора надо иметь в виду, что в паспорте обычно указывается объем всасываемого воздуха в идеальных (20 °C) условиях.
На выходе, из-за потерь воздуха в компрессоре и из-за отличающихся условий эксплуатации, производительность может быть на 20–30% ниже заявленной. Поэтому производительность выбранного компрессора должна быть на 30% выше необходимой для работы имеющихся инструментов.
Рабочее давление
Рабочее давление компрессора также подбирается исходя из требований используемого инструмента. Неважно, сколько инструментов будет использоваться одновременно — выбирайте максимальное требуемое давление. Это и будет рабочее давление компрессора.
Для некоторых инструментов (например, краскопультов, продувочных пистолетов, для накачки шин) избыточное давление противопоказано. Если предполагается использование такого инструмента, будет необходима функция регулировки давления.
Особенности
Наличие на компрессоре защиты от перегрева также крайне желательно. Принудительная система воздушного охлаждения с помощью специальной направляющей позволяет уменьшить температуру компрессорной головки, избежать перегрева и, как следствие, повышенного износа.
При сжатии воздух сильно нагревается, поэтому во многих моделях трубки высокого давления оснащаются специальными ребрами охлаждения, также и корпус цилиндра, по схожему с мотоциклетными цилиндрами принципу, оснащается дополнительными ребрами.
Все это увеличивает ресурс компрессоров и дает возможность использовать их при высоких нагрузках.
Никакой поршневой компрессор не может работать непрерывно в течение долгого времени. Наличие ресивера соответствующего объема дает компрессору возможность периодического «отдыха» для охлаждения, но если отбор воздуха близок к производительности компрессора, то перерывы между включениями становятся слишком короткими и компрессор не успевает остыть. Если же отбор воздуха превышает производительность компрессора, двигатель вообще не будет выключаться. Это может привести к перегреву компрессора и выходу его из строя. Именно поэтому компрессор должен иметь запас по производительности и защиту от перегрева.
Манометр. Наличие манометра будет нелишним в любом случае — он позволит убедиться, что компрессор действительно работает и создает требуемое давление.
Уровень шума. Компрессоры — одни из самых шумных видов электрического оборудования. Даже если ваш компрессор будет использоваться на производстве, помните о том, что продолжительное воздействие на человека шума уровнем выше 80 дБ — вредно. Если же компрессор предполагается использовать возле жилья, тем более следует озаботиться подбором модели с меньшим уровнем шума.
Напряжение сети. Бытовые приборы часто оснащаются напряжением 12 В, которого достаточно для подключения к автомобильному прикуривателю. Более мощные модели оборудованы напряжением 220 В или 280 В.
Колеса. Вес компрессора бывает довольно значительным — до 100 килограмм! Если компрессор будет установлен стационарно и подключен к магистрали (например, в гараже) то здесь переживать не о чем. А вот если компрессор предполагается использовать в разных местах, и необходима его мобильность, стоит сделать выбор в сторону модели, обязательно оснащенной колесами.
Советы по выбору
Кому нужен компрессор? Всем, кому нужен в работе тот или иной пневмоинструмент:
Если у вас есть гараж и вы сами проводите кое-какие работы с автомобилем, то либо компрессор и пневмоинструмент у вас уже есть, либо вы еще просто не знаете, насколько их наличие облегчит вам работу.
Когда нужен дешевый простой компрессор для периодической непродолжительной работы краскопультом и продувочным пистолетом, стоит выбирать среди безмасляных моделей с коаксиальным приводом.
Если нужен компрессор для работ с использованием гайковертов, дрелей, заклепочных и гвоздезабивных пистолетов, рекомендуется обращать внимание на ременные масляные компрессоры средней мощности с хорошим объемом ресивера.
Если предполагается работа в автомастерской или одновременное использование 2–3 гайковертов, вам потребуется масляный компрессор с большой производительностью и немаленьким объемом ресивера.
Винтовые компрессоры рекомендуются к приобретению большим предприятиям и промышленным организациям, которые пользуются пневматическим оборудованием, требующим большого расхода кубометров воздуха в минуту.
Обновлено пользователем bobrbobro
Основные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессора
Общая информация по компрессорам
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:
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
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:
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:
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 Vп, тогда вредный объем может быть выражен как Vв=V-Vп, где V–объем рабочей камеры. Для учета вредного пространства используется соответствующий коэффициент ε=(V-Vп)/Vп. То есть вредный объем может быть определен также по формуле Vв=ε∙Vп.
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=Vд/Vп, где Vд–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:
Vп2 – 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:
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:
Qд – действительная производительность;
Qп – величина протечек через уплотнения;
ηп – 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;
vв – 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:
Nт – 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:
Nэ – эффективная мощность, кВт;
ηм – механический КПД компрессора;
ηпр – КПД процесса сжатия газа.
Если рассматривать компрессорную установку, оснащенную также двигателем и передачей, то в ней будут наблюдаться дополнительные потери мощности, отражаемые двумя КПД ηд и ηпер, соответственно. Тогда мощность Nд, которую необходимо подвести к двигателю компрессорной установки для ее работы, будет равна:
где:
Nд – мощность двигателя компрессорной установки, кВт;
ηд – КПД двигателя;
ηпер – 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:
Nи – 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;
pв – давление на всасывании, Па;
pн – 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 (ηг), который связывает теоретическую мощность (Nт), которая потребовалась бы на сжатие газа в идеальных условиях, и индикаторную мощности (Nи):
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 (ηо). Полезная мощность (Nп), которую необходимо сообщить рабочему колесу для сжатия газа будет равна:
Полезную мощность можно также рассчитать исходя из замеров реальных параметров компрессора по формуле:
где:
Nп – полезная мощность, Вт;
Vд – действительный расход, м 3 /с;
Hд – 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:
Nв – мощность на валу компрессора, Вт;
ηм – механический КПД.
С учетом всех потерь полный КПД (ηп) центробежного компрессора будет выражен следующим уравнением: