10 заблуждений о поршневых компрессорах

Вокруг поршневых компрессоров сложилось большое количество заблуждений, источником которых зачастую являются люди, недостаточно осведомленные о принципах работы и обслуживании компрессорного оборудования. В этой статье мы постараемся еще раз рассмотреть основные из этих заблуждений и развеять их.

Первое заблуждение: чем больше объем ресивера, тем лучше.

Этот миф можно трактовать по-разному. В некоторых случаях утверждается, что чем больше ресивер, тем выше его эффективность. В других случаях можно услышать, что больший ресивер обеспечивает большее количество воздуха, производимого компрессором. Однако в любом из этих примеров оба утверждения являются ошибочными.

Во-первых, объем ресивера не оказывает никакого влияния на производительность компрессора! На производительность влияет лишь набор характеристик компрессорной группы и мощность электродвигателя. Объем ресивера служит преимущественно для поддержания оптимального рабочего режима компрессора, позволяя улучшать соотношение включений и выключений устройства за определенный промежуток времени. Однако он не способен увеличить объем выдаваемого воздуха.

Представим себе простую ситуацию. У нас есть три компрессора Remeza: СБ4/С-100 LB 75, СБ4/Ф-270 LB 75, СБ4/Ф-500 LB 75, которые имеют производительность на впуске 950 л/мин (примерно 665 л/мин на выходе) и объем ресивера 100, 270 и 500 л соответственно. При этом потребление воздуха остается постоянным и равно 500 л/мин, а давления срабатывания на включение и выключение (Рmin и Рmax) составляют 8 бар и 10 бар. Давайте рассчитаем режим работы каждого из компрессоров.

Порядок выполнения расчетов в данном контексте выглядит следующим образом. Во время нагнетания сжатый воздух, который нагнетает компрессор, поступает в ресивер. Одновременно с этим сжатый воздух расходуется через подключенное пневматическое оборудование. Разница между объемом сжатого воздуха, производимым компрессором (производительность компрессора, обозначаемая как Qк), и объемом расходуемого воздуха Qрасх будет накапливаться в ресивере. Если обозначить объем ресивера как Vр, то продолжительность работы компрессора в режиме нагнетания можно определить с помощью следующей формулы:

t1 = Vр х (Рmax - Рmin) / (Qк - Qрасх)

После этого, когда компрессор находится в режиме ожидания, он не генерирует сжатый воздух. В этом режиме работа пневмооборудования обеспечивается за счет сжатого воздуха, уже находящегося в ресивере. Для расчета времени падения давления в ресивере от Рmax до Рmin используйте следующую формулу:

t2 = Vр х (Рmax - Рmin) / Qрасх

Сложив значения t1 и t2, мы получим время одного рабочего цикла компрессора (tрц). Результаты этих расчетов представлены в Таблице 1.

Из представленных данных в Таблице 1 следует, что оптимальный объем ресивера при заданном расходе воздуха равен 270 литрам. Если объем ресивера составляет всего 100 литров, компрессор будет включаться слишком часто, а при объеме в 500 литров он будет слишком долго работать в режиме нагнетания, что может привести к перегреву и преждевременному износу компрессорной группы. По этой причине необходимо проявлять особую осторожность при установке дополнительных ресиверов.

Второе заблуждение: чугунный поршневой блок лучше алюминиевого.

На самом деле, формулировка не совсем корректна, по двум причинам. Во-первых, прежде всего, более правильно сравнивать не компрессорные группы, а именно блоки цилиндров. Во-вторых, алюминиевые блоки цилиндров для компрессоров практически не производятся. Многие блоки цилиндров имеют охлаждающие ребра из алюминия, но в их корпусах чаще всего устанавливаются чугунные гильзы. И сами эти корпуса опять же сделаны не из «чистого» алюминия, а скорее из силумина – это сплав алюминия и кремния, в котором алюминий выдерживает высокие температурные нагрузки, а кремний «придаёт» твердость. Такие блоки цилиндров уже можно сравнивать с чугунными.

Основные преимущества чугунных блоков заключаются в их низкой стоимости и легкости в производстве. Однако они достаточно массивны и как следствие имеют большой вес. Блоки из алюминиевого сплава с охлаждающими ребрами, в свою очередь, предлагают такие достоинства, как лучший теплоотвод (теплопроводность алюминия в 3-4 раза выше, чем у чугуна), меньший вес и возможность создания большей площади охлаждающей поверхности. Высокая эффективность отвода тепла позволяет эксплуатировать компрессоры более интенсивно.

Третье заблуждение: чем больше у компрессора цилиндров, тем лучше

Многие потребители считают, что чем большее у поршневого компрессора цилиндров, тем он лучше. Например, трехцилиндровый поршневой блок, лучше, чем двухцилиндровый, он будет более производительнее, а значит лучше. Однако это не совсем так. Более важным параметром является не количество цилиндров, а количество ступеней сжатия. Поршневые группы могут быть одно-, двух- или многоступенчатыми. В чем же заключается разница между ними?

Рассмотрим двухцилиндровые компрессорные группы. Они могут быть как одно-, так и двухступенчатыми. В двухцилиндровой одноступенчатой группе имеются два цилиндра с одинаковым диаметром. Оба цилиндра работают в противофазе, одновременно всасывая воздух, сжимая его до максимального давления и выталкивая в линию нагнетания.

Двухцилиндровая двухступенчатая группа тоже состоит из двух цилиндров, но с разными диаметрами. В цилиндре первой ступени воздух сжимается до определенного промежуточного давления, затем охлаждается в межступенчатом охладителе и доводится до максимального давления в цилиндре второй ступени. Межступенчатый охладитель представляет собой специальную медную трубку, которая обеспечивает промежуточное охлаждение сжатого воздуха, тем самым приближая процесс сжатия к идеальному и повышая общий коэффициент полезного действия (КПД) поршневой группы.

Размеры цилиндров подбираются так, чтобы на каждой ступени сжатия осуществлялась примерно одинаковая работа. Двухцилиндровые двухступенчатые компрессорные группы имеют множество преимуществ по сравнению с двухцилиндровыми одноступенчатыми.

Другим важным моментом является опять же не количество цилиндров, а диаметр цилиндра, помноженный на ход поршня, то есть по сути какую производительность он может дать. Если потребитель приобретает трехцилиндровый компрессор, в котором диаметр каждого цилиндра с детский кулачок младенца, то уже не важно сколько у него цилиндров.

Четвертое заблуждение: производительность компрессора должна быть равна потреблению сжатого воздуха.

Производительность поршневого компрессора представляет собой переменную величину, которая зависит от условий всасывания, таких как давление и температура окружающего воздуха. Поэтому при обсуждении производительности важно указывать именно эти условия. Обычно для поршневых компрессоров указывается теоретическая производительность.

Теоретическая производительность, или производительность на всасывании, определяется как объем, который поршень перемещает за единицу времени. Из-за определенных конструктивных характеристик компрессорной группы эта величина значительно отличается от реальной производительности.

Разница между количеством входящего воздуха и выходящего воздуха, в поршневом компрессоре составляет 20-30 %.

Потому что присутствуют:

• Потери на нагрев воздуха;
• Потери на дросселировании (всасывающего и нагнетательного трубопровода (падение давления воздуха в процессе протекания через резкое сужение трубопровода );
• Наличие вредного пространства в цилиндрах (Это   свободный объем   между поршнем и крышкой цилиндра в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке. Его объем составляет 4-10 % от рабочего объема  цилиндра. Всасывание  воздуха начинается  тогда, когда давление расширяющегося в цилиндре воздуха станет меньше давления всасывания (атмосферного давления));
• Потери при запуске компрессора на стартовом клапане;

В результате всех этих потерь, реальная производительность поршневого компрессора, также известная как производительность на нагнетании, оказывается ниже теоретической примерно на 20-30%, в зависимости от типа компрессора.

Кроме того, полученное значение производительности компрессора на нагнетании должно быть выше реальной потребности в сжатом воздухе на 15-20%. В противном случае компрессор будет непрерывно работать в режиме нагнетания, что в свою очередь приведет к его быстрому выходу из строя.

Важно также учитывать, что режим работы поршневого компрессора повторно-кратковременный, с продолжительностью включения (ПВ) до 60%, при продолжительности одного цикла от 6 до 10 мин. Допускается непрерывная работа компрессора не более 15 мин, но не чаще одного раза в течение 2-х часов.

Пятое заблуждение: давление поршневого компрессора должно быть аналогичным давлению пневматического оборудования

Как осуществляется выбор поршневого компрессора по давлению? Обычно процесс начинается с определения давления, необходимого для потребителей сжатого воздуха, после чего на основании этого значения выбирается необходимое давление компрессора. В некоторых случаях при этом закладывают небольшой запас по давлению. Однако такой подход не является полностью правильным. Выбор компрессора по давлению должен учитывать два ключевых аспекта.

Во-первых, важно помнить, что в технических характеристиках компрессора указано его максимальное рабочее давление. Обычно компрессоры функционируют следующим образом: они нагнетают воздух до достижения максимального рабочего давления Pmax и отключаются, а повторное включение происходит при снижении давления до уровня включения Pmin. Разница между Pmax и Pmin, как правило, составляет 2 бара. Таким образом, если для потребителей необходимое давление составляет 6,5 бар, то использование компрессора с Pmax = 8 бар не будет целесообразным, поскольку его Pmin равняется 6 барам.

Во-вторых, следует учитывать, что в процессе доставки сжатого воздуха от компрессора до потребителей наблюдается падение давления. Это падение давления увеличивается с увеличением длины трубопровода и количества местных сопротивлений, включая запорную арматуру, углы, тройники и другие фитинги. Также стоит отметить, что если сравнить два участка трубопровода одинаковой длины с различными диаметрами, например, 1/2" и 3/4", то в трубе меньшего диаметра будет большее падение давления. Падение давления наблюдается и в системах подготовки воздуха: например, при прохождении через осушитель оно составит 0,2 бар, а при прохождении через каждый из микрофильтров — от 0,1 до 0,15 бар; при этом по мере загрязнения фильтрующего элемента данное падение будет увеличиваться. Поэтому, выбирая максимальное рабочее давление компрессора, необходимо учитывать конструкцию пневматической магистрали и специфику оборудования, применяемого для подготовки сжатого воздуха.

Шестое заблуждение: если компрессор «гонит» масло и влагу, то он неисправен.

Потребители зачастую ошибочно полагают, что присутствие влаги и масла в сжатом воздухе после поршневого компрессора свидетельствует о его неисправности. Это мнение является серьезным заблуждением.

Разумеется, если уровень масла снижается так существенно, что приходится добавлять его в большом количестве, это однозначно указывает на проблему с компрессором. Однако следует помнить, что естественный уход компрессорного масла является нормальным явлением. Существуют даже установленные нормы по содержанию масла в сжатом воздухе после поршневого компрессора, составляющие примерно 25-30 мг/м³.

Ситуация аналогична и с влагой в сжатом воздухе. Если за компрессором не установлен осушитель — будь, то рефрижераторный или адсорбционный — присутствие влаги в сжатом воздухе будет неизбежным. Установка различных влагоотделителей и циклонных сепараторов после компрессора лишь частично решает проблему удаления влаги.

Еще одним распространенным заблуждением является мнение о том, что использование безмасляного компрессора гарантирует получение сжатого воздуха с высокой степенью чистоты. Хотя верно, что безмасляные компрессоры исключают попадание масла в сжатый воздух, влага по-прежнему будет там присутствовать. При попадании влаги в ресивер она взаимодействует с его внутренней поверхностью, вызывая коррозию, из-за чего ржавчина со временем будет загрязнять сжатый воздух. Исключение составляют только медицинские компрессоры, которые имеют внутри ресивера полимерное покрытие.

Седьмое заблуждение: если компрессор не нагнетает сжатый воздух, то он неисправен.

Существует много различных примеров, при которых технически исправный компрессор может либо вовсе не функционировать, либо работать с нарушениями. Одной из таких проблем является пониженное напряжение в электросети, особенно в однофазной. В данном случае проявления проблемы могут быть разнообразными. В одних обстоятельствах может сработать тепловая защита, что приведет к немедленному отключению. В других случаях компрессор способен нагнетать сжатый воздух до максимального рабочего давления, а затем отключаться, но при снижении давления до уровня включения он не запускается повторно. Часто при этом начинается "гудение" электродвигателя, и, если компрессор не отключить, это может привести к выходу двигателя из строя.

Также бывают сложности, когда компрессор подключается через удлинитель. Чем длиннее провод и меньше его поперечное сечение, тем выше вероятность того, что компрессор не сможет включиться. Поэтому рекомендуется избегать использования удлинителей с длиной более 2-3 метров.

При подключении поршневого компрессора к трехфазной сети очень важно следить за направлением вращения шкивов компрессорной группы и электродвигателя (направление вращения всегда указано). Если на этом этапе допустить ошибку, компрессор будет работать, и на первый взгляд может показаться, что его производительность соответствует паспортным данным. Проблема заключается в том, что в этом случае шкив компрессорной группы (который также выполняет функцию вентилятора) будет вращаться в неверном направлении.

Восьмое заблуждение: в поршневой компрессор можно заливать масла, используемые в поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Этот миф широко распространен в автосервисах. Дело в том, что хотя двигатель внутреннего сгорания и поршневая компрессорная группа могут казаться работающими по схожему принципу, это не означает, что можно использовать моторные масла в поршневом компрессоре. Тем более, что в автосервисах моторные масла всегда под рукой.

Использовать автомобильные масла в компрессоре категорически не рекомендуется, поскольку для этих целей существуют специальные компрессорные масла, такие как, например, те, которые представлены в каталоге Shell. Масла для двигателей и для компрессоров отличаются по вязкости и предназначены для разных условий работы, включая температурные режимы.

Для примера, моторное масло Лукойл GENESIS ARMORTECH 5W-40 имеет кинематическую вязкость 88.7 мм²/с при 40°C и 14.9 мм²/с при 100°C, а его температура вспышки достигает 237°C. В то время, как например, компрессорное масло MANNOL Compressor Oil ISO 46 обладает кинематической вязкостью 45,06 мм²/с при 40°C и 6,58 мм²/с при 100°C, а температура вспышки у него составляет 216°C.

Также стоит отметить, что даже если компрессорные масла имеют схожие характеристики, но произведены разными компаниями, их смешивать нельзя. Если в компрессоре использовано масло одного производителя, перед тем как добавить масло от другого производителя, необходимо полностью слить предыдущее масло.

Девятое заблуждение: промышленный поршневой компрессор может использоваться на промышленном производстве для непрерывной работы.

Поршневой компрессор как мы отмечали уже ранее, имеет повторно-кратковременный режим работы, поэтому изначально не предназначен для непрерывной эксплуатации.

Важно понимать, что классификация поршневых компрессоров, на бытовые, полупрофессиональные и промышленные основывается в первую очередь на особенностях конструкции. Бытовые и полупрофессиональные компрессоры включают как безмасляные, так и масляные модели с прямым приводом, в то время как к промышленным относятся масляные компрессоры с ременным приводом.

Еще одним важным отличием между компрессорами разных классов является тип привода. Бытовые и полупрофессиональные модели оснащены прямым приводом, представляющим собой прямое соединение между коленчатым валом поршневой группы и электродвигателем отсюда и название – компрессоры с прямой передачей. Частота вращения ротора электродвигателя и коленчатого вала составляет примерно 3000 оборотов в минуту, что может приводить к быстрому нагреву поршневой группы. Хотя для охлаждения как электродвигателя, так и поршневой группы предусмотрен вентилятор, его небольшие размеры затрудняют эффективное рассеивание тепла. Поэтому такие компрессоры имеют склонность к быстрому нагреву и в силу этого имеют определенный «потолок» по мощности и производительности.

В свою очередь, промышленные компрессоры имеют ременной привод, который значительно снижает число оборотов коленчатого вала. Это достигается за счет установки приводного шкива с большим диаметром по сравнению с шкивом электродвигателя. Средняя частота вращения коленчатого вала составляет 1000-1500 оборотов в минуту, что способствует снижению температуры в системе. Поэтому такие компрессоры могут работать при интенсивном режиме и выдавать уже приличную производительность. Такие компрессоры используют на промышленном производстве.

Десятое заблуждение: после покупки поршневого компрессора о нем можно забыть.

Такая ситуация очень часто возникает почти с каждым оборудованием до тех пор, пока оно работает. И только когда начинают появляться явные признаки того, что оборудование работает «не так как всегда», потребитель обращается к инструкции. Довольно часто пользователи полагают, что обслуживание поршневого компрессора сводится только к регулярному техническому обслуживанию, которое включает замену масла и картриджа воздушного фильтра. Тем не менее, помимо плановых технических действий, необходимо также регулярно осуществлять несколько дополнительных операций:

● Важно следить за уровнем масла и при необходимости доливать его;

● Необходимо контролировать натяжение приводного ремня;

● Периодически сливать конденсат из ресивера (если это не хочется делать

вручную, можно установить автоматический клапан слива);

● Время от времени надо очищать поршневой блок, продувая его сжатым воздухом;

● Наконец, следить за состоянием резьбовых соединений, так как от постоянной вибрации они могут «разболтаться».

Кроме того, в зависимости от условий эксплуатации необходимо не реже одного раза в месяц продувать картридж воздушного фильтра сжатым воздухом.

Все эти нехитрые правила позволят компрессорному оборудованию продлить срок службы, а его хозяину сэкономить на покупке нового агрегата.