Что такое fad в компрессоре

Производительность компрессора по всасыванию и нагнетанию. Уловки производителей. Как выбрать компрессор?

Чаще всего покупатели при выборе компрессора ориентируются на паспортные характеристики производительности и давления. Но далеко не все из них знают о нюансах, которые скрываются за этими простыми терминами.

В данном материале мы попытаемся разобраться во всех особенностях термина «производительность компрессора», чтобы в дальнейшем вы могли избежать возможных ошибок при выборе оборудования.

Определение производительности компрессора

Под «производительностью» понимается выработку «чего-либо» за единицу времени. Применительно к компрессорам этим количественным параметром является сжатый воздух или газ. Итак, производительность компрессора — это параметр, который определяет, какой объем воздуха/газа он может сжать в единицу времени. Производительность оборудования принято измерять в «единицах объема за единицу времени», т.е. в л/мин, м3/мин, м3/ч и т.д. Но все мы знаем, что воздух меняет свой объем при изменении температуры и давления. Это значит, например, что компрессор, установленный у вас в цеху, и тот же компрессор высоко в горах будут иметь разную производительность. Другой пример: тот же компрессор в жаркий день произведет меньший объем сжатого воздуха, чем в холодный. Влажность воздуха также оказывает влияние на производительность компрессора. Вот почему при указании производительности компрессора необходимо также указывать условия (температуру, давление, влажность), при которых эта производительность определяется.

Обозначение производительности компрессора: IUPAC, ГОСТ 2939-63, FAD

Как производители обычно указывают производительность компрессоров в своих красивых глянцевых каталогах? Какую производительность реально ожидать от компрессора?

Производительность указывается в так называемых «Нормальных кубических метрах в час (минуту)» – Nm 3 /h, Nm 3 /min. Под буквой «N» подразумеваются «нормальные условия», установленные Международным Союзом Теоретической и Прикладной Химии (IUPAC) — температура 0°С, абсолютное давление 101325 Па (760 мм рт. ст.), относительная влажность 0%. В России продолжает действовать ГОСТ 2939-63 «Газы. Условия для определения объема», согласно которому объем газов должен приводиться к следующим условиям: температура 20°С, абсолютное давление 101325 Па, относительная влажность 0%. Это означает следующее: встретив обозначение Nm 3 /h, можно с уверенностью сказать, что это производительность, приведенная к «нормальным условиям», установленным IUPAC. Встретив такое же обозначение на русском языке Нм 3 /ч, однозначно сказать, какие из «нормальных условий» ( ГОСТ или IUPAC) подразумеваются становится сложно. Этот вопрос необходимо обязательно уточнить у менеджеров поставляющей организации при выборе оборудования!

Часто зарубежные изготовители компрессоров указывают производительность компрессора в m 3 /h (m 3 /min) FAD при определенном выходном давлении. Что же означает аббревиатура FAD? Это не что иное, как сокращение от «Free Air Delivery» или «Подача Атмосферного Воздуха». Очень часто встречается пояснение, что это производительность компрессора, приведенная к условиям всасывания, которые обязательно при этом указываются. То есть, производительность по FAD – это количество сжатого компрессором атмосферного воздуха за единицу времени при заданных условиях на входе.

Как соотносятся значения производительности компрессора при нормальных условиях Nm 3 /h и производительность, приведенная к условиям всасывания

Если условно считать воздух идеальным газом, то справедливо следующее выражение:

где P₁, V₁, T₁ – давление, объем и температура воздуха на входе в компрессор (условия всасывания)

P₂, V₂, T₂ – давление, объем и температура воздуха на выходе из компрессора (условия нагнетания)

R – универсальная газовая постоянная.

Из выражения, приведенного выше, легко можно получить следующее:

В этом выражении индексы 1 и 2 не обязательно указывают на «вход» и «выход» компрессора. Это просто разные условия состояния воздуха. Добавив в данное выражение значение интервала времени, получим аналогичное выражение, но уже для производительности:

где Q₁ и Q₂ – производительность при различных условиях. Теперь обозначим индексом N параметры, относящиеся к нормальным условиям, а индексом FAD — параметры определения производительности FAD:

Подставим в полученное выражение параметры для нормальных условий и условий FAD, которые указал производитель компрессора (они, как правило, перечислены в сноске к таблице характеристик компрессора, например, температура 20°С, абсолютное давление 1 бар = 100000 Па).Не забываем при этом, что температуру следует указывать не в °С, а в °К – градусах Кельвина, (°С + 273):

Итак, даже используя простейшую формулу пересчета, мы получили очень важный результат:

Производительность компрессора, приведенная к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0°С), на 8% меньше производительности, приведенной к условиям всасывания (1 бар, 20°С)!

Что же это означает на практике? Предположим, вам требуется подобрать компрессор с производительностью 180 Nm 3 /h в модельном ряду какого-то определенного зарубежного производителя. Вы находите компрессор с производительностью 185 m 3 /h, но не обращаете внимания на условия, для которых эта производительность указывается. Вас все устраивает, совершается покупка. И только после ввода компрессора в эксплуатацию оказывается, что его производительность указана для условий 1 бар, 20 °С. А производительность при нормальных условиях: 185 × 0,92 = 170,2 Nm 3 /h. Это может стать неприятным сюрпризом, производительности выбранного компрессора может не хватить для нормальной работы установленного оборудования!

И еще одно небольшое уточнение: так как при измерении производительности и потребляемой мощности компрессора нормативно допускается погрешность, при выборе всегда ориентируйтесь на худший вариант (минимальная производительность и максимальная потребляемая мощность). Так же стоит учитывать возможные утечки в оборудовании, фильтрах и осушителях, трубопроводах и соединительных фитингах пневмосистемы.

Выбирая компрессор, закладывайте запас в 20-25% по производительности!

Надеемся, что этот небольшой материал поможет вам избежать ошибок при подборе компрессорного оборудования. Если у Вас есть какие либо вопросы по выбору и эксплуатации оборудования воздухоподготовки, наши сервисные инженеры с удовольствием ответят на них. Звоните: +7 (831) 413-77-41, 216-48-06. Будем рады Вам помочь!

Возможно, Вам будут так же интересны следующие материалы сайта:

Источник

Производительность компрессора

Производительностью компрессора (англ. вариант Flow Rate, FAD) называется объем воздуха сжимаемого им в единицу времени, замеренный по выходе из компрессора, на пересчитанный на условия всасывания.

Расход сжатого воздуха некоторыми видами пневматического оборудования приведен в табл. 2.

Заводские данные о расходе воздуха новым оборудованием рекомендуется увеличивать примерно на 10—15% (с учетом последующего износа оборудования и связанного с ним увеличения расхода воз духа).

Производительность поршневых одноступенчатых и многоступенчатых воздушных компрессоров может быть определена по формуле

где К — коэффициент подачи, показывающий, какую часть рабочего объема цилиндра составляет объем засасываемого воздуха (для одноступенчатых компрессоров принимается в пределах 0,8 — 0,85, а для двухступенчатых 0,82—0,87);

F —площадь поршня I ступени в м 2 ;

скорость вращения коленчатого вала в об/мин;

i — число цилиндров I ступени.

Уменьшение расхода воздуха при периодической остановке отдельных видов оборудования учитывается коэффициентом одновременности для каждого вида оборудования При большом числе потребителей одного вида коэффициент одновременности приближается к коэффициенту использования оборудования, который равен отношению времени фактической работы оборудования в смену к продолжительности самой смены, например, коэффициент одновременности работы

бурильных и отбойных молотков в смену в зависимости от количества молотков составляет:

Коэффициент одновременности работы другого пневматического оборудования необходимо принимать в зависимости от степени его загрузки. Потери сжатого воз духа от утечек должны быть сведены к минимуму и поэтому не учитываются при определении производительности компрессорной станции.

Падение давления воздуха ниже указанного в пас порте пневматического оборудования приводит к рез кому снижению его производительности. Зависимость производительности пневматического инструмента от давления воздуха приведена в табл. 3.

3. Зависимость производительности пневматического инструмента от давления воздуха

Источник

НПП Ковинт

Сайт о компрессорном оборудовании для промышленного применения

Производительность компрессора

Как производитель компрессоров может обхитрить покупателя и завысить реальные значения производительности?

Большинство покупателей при поиске компрессорного оборудования ориентируются на понятие «производительность компрессора».

Но далеко не все из них знают о нюансах, которые скрываются за этим простым термином.

В этой статье мы расскажем о всех особенностях термина «производительность компрессора», чтобы вы могли избежать возможных ошибок при выборе оборудования.

Под «производительностью» мы понимаем произ­водство «чего-либо» за единицу времени. Применительно к компрессорному оборудованию этим «чем-то» является сжатый воздух или газ. Здесь мы будем говорить именно о сжатом воздухе, как о наиболее распространенном продукте в области компрессорной техники (хотя все сказанное, в равной мере, относится и к другим газам).

Производительность компрессора — это параметр, который определяет, какой объем воздуха/газа он может сжать в единицу времени.

Производительность компрессора принято измерять в «единицах объема за единицу времени», т.е. в л/мин, м 3 /мин, м 3 /ч и т.д.

Но все мы знаем, что воздух меняет свой объем при изменении температуры и давления.

Это означает, например, что компрессор, установленный на берегу моря (где атмосферное давление и, соответственно, плотность воздуха выше) будет иметь бо́льшую производительность, чем тот же компрессор, установленный высоко в горах.

Или другой пример: один и тот же компрессор в жаркий день доставит потребителю меньший объем сжатого воздуха, чем в холодный.

Кроме того, влажность воздуха также оказывает влияние на производительность компрессора.

Вот почему при указании производительности компрессора необходимо также указывать условия (температуру, давление, влажность), при которых эта производительность определяется.

Обозначение производительности компрессора

Давайте теперь разберемся, как изготовители компрессоров обычно указывают производительность своих изделий.

Производительность указывается в так называемых «нормаль­ных» кубических метрах в час (минуту) – Nm 3 /h, Nm 3 /min. Под буквой «N» подразумеваются «нормальные условия», установлен­ные Международным Союзом Теоретической и Прикладной Химии (IUPAC) — температура 0°С, абсолютное давление 101325 Па (760 мм рт. ст.), относительная влажность 0%.

Тут следует сделать оговорку – в России продолжает действовать ГОСТ 2939-63 «Газы. Условия для определения объема», согласно которому объем газов должен приводиться к следующим условиям: температура 20°С, абсолютное давление 101325 Па, относительная влажность 0%. Это означает следующее:

Если такую единицу измерения мы встретим в описании импортного компрессора (т.е. переведенном на русский язык), то это «нормальные условия» UIPAC.

Если же такая единица измерения встречается в описании компрессора отечественного производства или в техническом задании, то варианта может быть два – либо производитель (заказчик) придерживается российских стандартов и это «нормальные условия» по ГОСТ, либо производитель (заказчик) «шагает в ногу со временем J» и это «нормальные условия» по международным стандартам.

Этот вопрос необходимо обязательно уточнить! Почему это так важно, мы увидим чуть дальше.

Что означает аббревиатура FAD при указании производительности?

Очень многие зарубежные изготовители компрессорного обору­дования указывают производительность компрессора в m 3 /h (m 3 /min) FAD при определенном выходном давлении.

Что же означает аббревиатура FAD?

Это не что иное, как сокращение от «Free Air Delivery» или «Подача Атмосферного Воздуха». Очень часто встречается пояснение, что это производительность компрессора, приведенная к условиям всасывания, которые обязательно при этом указываются.

Иными словами, производительность по FAD – это количество сжатого компрессором атмосферного воздуха за единицу времени при заданных условиях на входе.

Различия производительности Nm 3 /h и в m 3 /h FAD.

Теперь попробуем разобраться, как соотносятся между собой производительности, указанные в Nm 3 /h и в m 3 /h FAD.

Тут нам придется освежить в памяти некоторые знания, полученные в школе :).

Если считать воздух идеальным газом (это можно сделать при приблизительных расчетах производительности), то справедливо следующее выражение:

где P₁, V₁, T₁ – давление, объем и температура воздуха на входе в компрессор (условия всасывания),

P₂, V₂, T₂ – давление, объем и температура воздуха на выходе из компрессора (условия нагнетания),

R – универсальная газовая постоянная.

Нет ничего страшного в том, что мы здесь говорим «объем», а не «производитель­ность». Ведь «производительность» — это «объем» воздуха, сжатый компрессором за «единицу времени».

Из выражения, приведенного выше, легко можно получить следующее:

В этом выражении индексы ₁ и ₂ не обязательно указывают на «вход» и «выход» компрессора. Это просто разные условия состояния воздуха.

Добавив в данное выражение значение интервала времени, получим аналогичное выражение, но уже для производительности:

где Q₁ и Q₂ – производительность при различных условиях.

Теперь обозначим индексом _N параметры, относящиеся к нормальным условиям, а индексом _FAD — параметры определения производительности FAD:

Подставим в полученное выражение параметры для нормальных условий и условий FAD, которые указал производитель компрессора (они, как правило, перечислены в сноске к таблице характеристик компрессора, например, температура 20°С, абсолютное давление 1 бар = 100000 Па).

Не забываем при этом, что температуру следует указывать не в °С, а в °К – градусах Кельвина, (°С + 273):

Итак, даже используя простейшую формулу пересчета, мы получили очень важный результат:

Производительность компрессора, приведенная к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0°С), на 8% меньше производительности, приведенной к условиям всасывания (1 бар, 20°С).

Что же это означает на практике?

Предположим, вам требуется подобрать компрессор с производительностью 150 Nm 3 /h в модельном ряду какого-то определенного зарубежного производителя. Вы находите компрессор с производительностью 155 m 3 /h, но не обращаете внимания на условия, для которых эта производительность указывается.

Вас все устраивает, совершается покупка. И только после ввода компрессора в эксплуатацию оказывается, что его производительность указана для условий 1 бар, 20 °С. А производительность при нормальных условиях: 155 × 0,92 = 142,6 Nm 3 /h.

Это может стать катастрофой!

Производительности компрессора может не хватить для нормальной работы установленного оборудования!

Есть еще один момент, который следует учитывать при подборе компрессора.

Производительность зарубежных компрессоров, как правило, определяется и указывается в соответствии с приложением С стандарта ISO1217.

В этом приложении есть интересная таблица:

Объемная производительность при заданных условиях

Максимально допустимые отклонения объемной производительности

Максимально допустимые отклонения потребляемой мощности

от 0 до 8,3 (0…0,5)± 7± 8от 8,3 до 25 (0,5…1,5)± 6± 7от 25 до 250 (1,5…15)± 5± 6более 250 (15…)± 4± 5

ВНИМАНИЕ: приведенные в данной таблице допуски включают в себя производственные допуски при изготовлении компрессоров и допуски на точность измерений при тестировании.

Пример

В соответствии с таблицей, реальная производительность может отличаться от заявленной на ± 5%, т.е. находиться в пределах от 13,05 до 14,43 м 3 /мин.

То же касается и потребляемой мощности. Отклонение ± 6% дает нам интервал от 91,57 до 101,21 кВт.

Согласитесь, «разброс» почти в 1,5 м 3 /мин и 10 кВт является довольно ощутимым.

Какие же можно сделать выводы из всего вышесказанного?

При подборе компрессорного оборудования обязательно уточняйте, для каких условий указана его производительность.

Так как при измерении производительности и потребляемой мощности компрессора допускается погрешность, всегда ориентируйтесь на худший вариант (минимальная производительность и максимальная потребляемая мощность).

Соответственно, выбирайте производительность компрессора с запасом.

В данной статье мы не затрагивали тему содержания влаги во всасываемом компрессором воздухе, чтобы не усложнять приведенные выше простейшие расчеты.

Надеемся, что эта небольшая статья поможет вам избежать ошибок при подборе компрессорного оборудования.

Все возникшие вопросы вы можете задать в форме ниже. Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

Источник

Расчет производительности компрессора на выходе. Почему компрессор слабый?

Как узнать реальную производительность компрессора на выходе?

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.

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 )

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

Надеемся эта статья была полезной для Вас.

С уважением, коллектив компании «Рик-сталь»

Источник

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 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:

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:

Источник