Компрессор: подбор и ошибки

Подбор оптимального для решения производственных задач оборудования — дело непростое. Хороший специалист обычно тратит на это от 3 до 16 часов рабочего времени. А когда речь идёт о специфических направлениях, вроде порохового инструмента, гидравлики или даже более привычной пневматики, времени может понадобиться и того больше. И это специалисту… но ведь далеко не каждый из нас встречается с такими изделиями повседневно. Соответственно, чем меньше опыта и чем меньше времени на анализ предложений, тем выше риск ошибки. Причём ошибка, совершённая однажды, может привести к эффекту «замкнутого круга». Неверно подобранное когда-то оборудование быстро выходит из строя, и вместо полной замены его покупают повторно с запасом, чтобы компенсировать поломки.

ВОЗЬМЁМ СИСТЕМУ КОМПРЕССОР–ПНЕВМОИНСТРУМЕНТ

Все компрессоры можно разделить на несколько групп по совершенно разным признакам. Например, по типу сжимаемого газа все они делятся на газовые и воздушные. Если делить по принципу сжатия, то получается также две группы: объёмного сжатия и динамического. В первую входят поршневые, винтовые, мембранные и т. д., а во-вторую — турбокомпрессоры. По видам привода компрессоры бывают с электроприводом, с приводом от ДВС и с приводом от вала отбора мощности… Каждую группу, в свою очередь, можно поделить ещё на подгруппы, и в зависимости от задачи того, кто это деление создаёт (это «хлеб» отделов маркетинга), в конечном итоге можно вывести любой идеальный продукт, который отвечает вашим требованиям на все 100 % или около того…

Согласитесь, что в любом компрессоре имеется что-то, что отличает его от ему подобных. Если не какие-либо технические решения, то бренд, маркетинговая политика компании, реклама, складская и сервисная программы… Вот что заставляет нас расставаться со своими деньгами и покупать какой-либо продукт.

В этой статье мы не будем заниматься рекламой, а просто расскажем о компрессорах понятным языком и будем рассчитывать именно на аудиторию нашего журнала, т. е. тех, кто использует компрессоры в быту, на стройке, в автосервисах и на небольших промышленных предприятиях. То есть речь пойдёт о проверенных массовых решениях. Задача статьи — рассказать о наиболее популярных ошибках при выборе компрессоров.

ДАВЛЕНИЕ

Существуют давно устоявшиеся границы использования компрессоров. Компрессоры низкого давления, не более 1 атмосферы (примерно 1 бар), пожалуй, пригодны лишь для аэрации воды на садовом участке, в бассейне или аквариуме. Чаще всего здесь применяются воздуходувки, диафрагменные компрессоры или поршневые, с регулировкой давления на выходе из ресивера не более 1 бара. В последнее время на телевидении широко рекламируются окрасочные системы, состоящие из воздуходувки, воздухоподводящего рукава и краскораспылителя.

Компрессоры с давлением до 1 Мпа (10 бар) — самый распространённый вид компрессоров, применяемый повсеместно, практически в любой отрасли промышленности, в окрасочных системах, в качестве привода пневматического инструмента, пескоструйных, абразивоструйных и дробеструйных установках, всевозможных приводах, пневматических цилиндрах, пневмодомкратах, управляющих системах и т. д. В зависимости от требуемой производительности применяют как поршневые, так и винтовые разновидности.

Компрессоры с давлением свыше 1 МПа, а точнее от 1,6 до 4,5 Мпа, применяются в выдувных установках в пищевой промышленности. Компрессоры с большим давлением — в основном в химической промышленности, в оборонке и прочих областях. Как правило, это поршневые или турбокомпрессоры.

Самое распространённое заблуждение — чем выше давление компрессора, тем лучше. Установки с давлением в 10–16 бар весьма популярны. При том что большинство пневматического инструмента и оборудования рассчитано на работу при давлении чуть больше 6 бар. Выходит, что подключаемая к компрессору техника работает при нагрузках, превышающих расчётные в два-три раза. В результате сокращается ресурс оборудования, растут затраты на его ремонт и обновление. Дело в том, что сжатый воздух воздействует на детали инструмента с усилием, которое прямо пропорционально давлению. В магазине, собирая продукты в пакеты, пятикилограммовую сетку с картошкой мы кладём в два семикилограммовых пакета — вдруг они не выдержат нагрузки. Каждый из нас интуитивно понимает, что у любых изделий всегда должен оставаться определённый запас прочности.

Вот только в случае с пневматикой многие об этом правиле забывают и безрассудно перегружают её излишним давлением. Покупать компрессор с избыточно высоким давлением (про запас) не имеет смысла по нескольким причинам. Во-первых, компрессор стоит денег (если вы в них не стеснены, наиболее правильным решением будет купить более мощную машину с прицелом на развитие производства). Во-вторых, чем выше давление — тем дороже воздух. Об этом практически никто никогда не вспоминает, поэтому и берут компрессор с запасом по давлению, вместо того, чтобы брать с запасом по производительности. И в-третьих, дополнительные затраты — необходим редуктор давления сжатого воздуха. При отсутствии последнего повышается нагрузка на инструменты и механизмы, что приводит к преждевременному их износу. Помимо этого, стоимость оборудования, работающего на большом давлении, выше, чем работающего на меньшем.

Мало кто станет утверждать, что для пневмооборудования физика делает исключения. Тогда чем объяснить повсеместную увлечённость высокобарными машинами?

Поэтому если ориентироваться на давление, то выбирать компрессор необходимо исходя из значений допустимого давления, указанных для инструмента (разве что с небольшими поправками на диаметр и длину пневмомагистрали). Считается, что если в пневматической магистрали во время работы оборудования или инструмента давление падает ниже чем на 1 бар, то либо она собрана неверно, либо производительность компрессора не соответствует потреблению сжатого воздуха.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Производительность компрессора — это объём воздуха (при атмосферном давлении), сжимаемого в единицу времени. Второе место по распространённости занимают ошибки, связанные с неверной оценкой этого параметра.

Именно воздух приводит в движение двигатели пневмоинструмента. При верно подобранном давлении от его количества зависит эффективная мощность оборудования, а значит, и выполнение поставленной задачи. Если воздуха не хватает, то инструмент «задыхается» — полезная мощность падает, а компрессор работает на пределе своих возможностей.

Здравый смысл подсказывает, что производительность следует подбирать с запасом. Вот только с каким?

Традиционно оптимальными по этому показателю считаются системы, когда расход воздуха в ходе работы не превышает 70–80 % от максимальной производительности компрессора. Приобретение более крупных машин, как правило, невыгодно. Ведь, помимо более высоких цен, у них выше энергопотребление и прочие эксплуатационные расходы. Поэтому перед покупкой компрессора нужно тщательно проверить, сколько воздуха нужно именно вашему пневмоинструменту.

Очередная ошибка в выборе компрессора формулируется так: «Меньше воздуха — выше давление». В России народ издавна славится пренебрежением, порой демонстративным, к разного рода правилам. Объяснить иными причинами логику людей, прекрасно осознающих негативные последствия каждого из предыдущих пунктов в отдельности и всё же пытающихся на практике их объединить, нельзя.

В два раза ниже производительность, зато в два раза выше давление! Почему нет? Вот почему.

Минус на минус даёт плюс в математике. Физика же не столь категорична. Действительно, все мы со школы помним, что если не принимать в расчёт температуру, то при прочих равных будет верно равенство p1V1 = p2V2. Однако в пневматике необходимо учитывать два момента.

1. Упомянутая формула описывает два конечных состояния замкнутой системы — той, на которую не влияют прочие факторы и количество газа в которой неизменно. Но в нашем случае инструмент постоянно расходует «старый» воздух, а компрессор нагнетает «свежий». Причём расход одного напрямую не зависит от производительности второго. В ряде случаев воздуха подаётся мало, иногда — много, а бывает, что оборудование работает в режиме «то густо, то пусто». А значит, раз не выполняется условие замкнутости системы, то и пользоваться этой формулой в нашем случае нельзя.

2. Подавляющее большинство производителей в соответствии с мировыми стандартами указывают производительность компрессоров по воздуху «в распущенном состоянии». Где-то, как в случае с отечественной техникой, потери на сжатие учитывают и сообщают производительность на выходе из компрессорного блока, в остальном же мире, как правило, указывают объём воздуха на входе в компрессор…

Однако вне зависимости от этих правил производительность компрессора — это количество несжатого воздуха, которое он сжимает в единицу времени. То есть «кубовая» семибарная машина выдаёт в минут столько воздуха, что при атмосферном давлении он займёт объём в 1 кубический метр. А «полкубовый» пятнадцатибарник соответственно лишь 0,5 кубических метра. Кстати, по «распущенному» воздуху измеряется и расход пневмоинструмента. Вот почему в нашем случае нехватку воздуха нельзя компенсировать увеличением давления.

ДИАМЕТР И ДЛИНА МАГИСТРАЛИ

Даже при верно подобранном компрессоре и инструменте в ряде случаев техника всё равно не даёт обещанных производителем показателей. А причина может быть проста. Про диаметр шлангов и труб знают многие. Вспоминают, правда, реже. Хотя правило простое: чем меньше диаметр, тем ниже пропускная способность. (Вспомните напитки фаст-фуда: чем уже трубочка, тем дольше через неё придётся тянуть напиток.) Слишком зауженные магистрали не способны оперативно пропустить необходимое инструменту количество воздуха.

Что касается длины магистралей, то и здесь всё не намного сложнее. Как известно, молекулы воздуха, как и любого газа, довольно сильно удалены друг от друга и находятся в постоянном хаотичном движении. Их столкновения образуют давление, и чем они чаще соударяются, тем эта величина выше.

При этом в замкнутых системах, как нас учили в школе, давление газа распределяется равномерно по всему объёму. А вот в открытых — всё немного иначе. Благодаря существенному расстоянию между молекулами, чтобы взаимодействовать друг с другом, им нужно время. Ситуация напоминает обычную дорожную пробку. При интенсивном движении на узкой трассе, стоит впереди идущей машине сбавить скорость за два метра перед новым «лежачим полицейским», как следующая за ней, не зная причин и стараясь сохранить безопасную дистанцию, притормаживает чуть сильнее и немного раньше — и так пока пятая или десятая по счёту от них не останавливается совсем.

Однако оставим вопросы организации движения специалистам, а что касается надлежащего использования протяжённых воздушных магистралей, то здесь обойтись без потерь в эффективности инструмента нам поможет увеличение либо диаметра, либо давления. Также действенны приёмы вроде установки дополнительных ресиверов или закольцовки магистрали.

В любом случае в быту не стоит увлекаться ни тонкими, ни длинными шлангами, а проектирование промышленных магистралей лучше отдать на откуп профессионалам.

ПОДГОТОВКА ВОЗДУХА

Решив все вопросы с количеством воздуха, мы сталкиваемся с задачей обеспечения его качества. Правило здесь простое. После выхода из компрессора воздух необходимо очищать. Какой бы чистой ни была атмосфера вокруг нас, в ней всегда присутствуют водяной пар, взвеси масел, твёрдые частицы пыли и многое другое. Сжимая воздух в среднем в 7–10 раз, компрессор во столько же увеличивает их концентрацию на выходе.

Как известно, относительная влажность воздуха выше100 % быть не может, поэтому большая часть пара переходит в жидкое состояние. И воды получается довольно много. Она приводит к коррозии деталей инструмента и магистрали, увеличению потерь на трение в подвижных сопряжениях, повышенному износу. И если проблему конденсата на ряде моделей решают дополнительно установленные осушители, которые охлаждают или высушивают излишки воды до точки росы от +3 до –40, а то и до –70 градусов Цельсия, то против твёрдых частиц и масел они бессильны, а взвесь из грязных масел в сочетании с абразивными частицами серьёзно сокращает срок службы пневмоинструмента.

Кстати, традиционно масла в воздухе люди побаиваются. Часто даже специально ищут «безмасляные» компрессоры. Некоторые компании предлагают их своим партнёрам. Такие машины правильнее называть компрессорами сухого сжатия. Что бы ни говорили, они не дают безмасляный воздух. Ведь двигатели внутреннего сгорания, смазка подвижных частей механизмов, даже эфирные масла, которые источают ёлочки на улице — всё это источники масел в окружающем нас воздухе. Пусть микроскопические, но всё же источники, а при достаточно больших объёмах сжатого воздуха их количество увеличивается значительно. Поэтому, даже если в процессе сжатия сам компрессор не добавляет к «атмосферным» загрязнителям продукты своей работы, паров тех масел, что поступают в него извне, как правило, хватает, чтобы после сжатия понадобилась дополнительная фильтрация. Таким образом, если у вас нет чётких предписаний, вместо более сложных, дорогих и, как показывает практика, менее долговечных машин сухого сжатия можете смело приобретать не менее эффективные традиционные установки. Ведь системы последующей очистки и подготовки воздуха для них идентичны.

Помимо чистой среды, большинство пневмоинструмента нуждается в регулярной смазке. Её можно осуществлять вручную, регулярно разбирая и собирая инструмент. Однако чаще пользуются недорогими и неприхотливыми лубрикаторами.

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Эксплуатационные ошибки не всегда очевидны и не столь крамольны, как при подборе компрессора. Они могут позволить выполнить стоящую перед вами задачу. Вот только ресурс оборудования такие ошибки сокращают значительно.

1. Продолжительность работы под нагрузкой. Ни для кого не секрет, что режим эксплуатации любого оборудования закладывается ещё на стадии проектирования. Как и у спортсменов, у компрессоров есть «спринтеры» и «стайеры». Самые простые и доступные поршневые машины с коаксиальным (соосным) приводом рассчитаны в среднем на получасовую работу под нагрузкой с последующим «отдыхом» в течение такого же времени.

Компрессоры с ременным приводом больше предназначены для промышленного применения, поэтому и готовы к более тяжёлым условиям эксплуатации. При этом даже им требуются перерывы порядка 15 минут в час на то, чтобы остыть.

Непрерывная работа компрессора тоже бывает необходима. В быту таких примеров практически не найти, а вот в серьёзных промышленных условиях подобные требования встречаются довольно часто. Тогда наилучшим образом себя проявляют винтовые машины. Они способны обеспечить 100 %-ную продолжительность включения.

В некоторых случаях стоит помнить, что при эксплуатации компрессора с электродвигателем большой мощности существует ограничение на количество его пусков в единицу времени.

Каким бы ни был компрессор, перегружать его не стоит. В правильном режиме эксплуатации он без проблем сможет прослужить несколько лет.

2. Ресивер. Важно помнить, что это не источник воздуха, а лишь промежуточное звено в пневмосистеме, призванное выравнивать скачки давления в магистрали. Поэтому оптимальный объём ресивера составляет примерно 30 % от производительности компрессора в минуту. Большой ресивер при маленьком компрессоре — первый шаг к «убийству» компрессора. Неплохой ресивер на 430 литров можно купить дешевле 20 000 рублей — вполне доступно, согласитесь. Возможно, поэтому нередки случаи, когда компрессор с производительностью под 100 литров подключают даже к девятисотлитровым ресиверам. В итоге компрессорная головка вынуждена дольше работать под максимальной нагрузкой, чтобы поддерживать давление в чересчур большой ёмкости. Как следствие — перегревы и сокращение ресурса. Также важно после работы стравливать воздух из ресивера. Такой подход не только снизит нагрузки на оборудование, но и позволит значительно уменьшить количество конденсата в пнемомагистрали.

Будет нелишне напомнить, что ресивер требует постановки на учёт в надзорных инстанциях, если произведение давления в барах (0,1 МПа) на объём ресивера в литрах больше чем 10 000. Поэтому многие компании устанавливают вместо одного большого несколько маленьких (как правило, объёмом от 430 до 900 литров). В таких случаях постановка на учёт не требуется.

3. Не пренебрегайте качеством фитингов. Если система «мама-папа» или любое другое соединение пропускает воздух, то вы потеряете значительно больше денег, чем потратите на покупку нового элемента пневмосети.

ИНСТРУМЕНТ И КОМПРЕССОР

Нельзя покупать инструмент без оглядки на компрессор, и наоборот.

Пневмоинструмент сравнительно недорог и довольно долговечен. Поэтому иногда можно наткнуться на предложения с очень интересными ценами. Предложили по дешёвке — пригодится, а какой-нибудь компрессор докупим потом? Чудес не бывает: осевая шлифмашина «под 150-миллиметровый камень» или пневмо-УШМ на 180 мм вне зависимости от марки потребуют в среднем 1,5 …2,0 м3/мин воздуха, и компрессор понадобится не «какой-нибудь», а соответствующий — мощностью порядка 15–20 кВт для поршневых моделей и 10–15 — для винтовых. И расходы на него могут оказаться настолько высоки, что сведут на нет экономию на инструменте.

Компрессоры на 220 В, как правило, недороги, обычно имеют привод до 2,2 кВт, реже — до 3 кВт и производительность по нагнетанию не более 250 л/мин (440 — по всасыванию). Этого вполне достаточно для небольшого гайковёрта, краскопульта или дрели среднего уровня. Машины большей мощности работают от 380 (400) В. Поэтому при выборе пневмоинструмента или компрессора необходимо постоянно держать в уме оборудование, которое будет работать с приобретаемой моделью. В противном случае вложенные в покупку деньги будут попросту пылиться забытым железом в ожидании лучших времен.

УЛОВКИ И НЕДОМОЛВКИ

Итак, вы определились с характеристиками оборудования, описанных выше ошибок вроде нет, даже подобрали несколько схожих моделей. Осталось их сравнить и выбрать наиболее подходящие варианты. И вот тут в борьбу за ваш кошелёк вступают маркетологи. Чтобы не попасться на их уловки, будьте внимательны, сопоставляя характеристики моделей разных марок.

Вот на что необходимо обратить внимание.

Существует множество методик измерения и стандартов указания характеристик компрессоров. Сравнивая производительность разных моделей, обратите внимание на то, для какого давления воздуха она указана, на входе или выходе из компрессора.

Если доведётся подбирать винтовой компрессор, то учтите следующее. Изготовители, которые пользуются покупными винтовыми блоками, иногда указывают рабочие параметры на блоке. При этом производительность на выходе из компрессора может быть на 10–15 % ниже за счёт потерь. Понять, что за характеристика имеется в виду в данном случае, можно, уточнив стандарт, в соответствии с которым она указана. Если речь идёт о Приложении С к стандарту ISO1217, 1996, то всё в порядке — производительность указана на выходе из компрессора. Если о Приложении А к тому же стандарту, то показатель относится к винтовому блоку, и необходимо учитывать потери на прохождение воздуха. Для винтовых компрессоров важно число оборотов винтовой пары. Высокооборотистые винтовые блоки дешевле низкооборотистых, зато их ресурс существенно ниже.

Всегда уточняйте комплектацию и возможности конкретной машины. В рекламных проспектах, буклетах и даже в технико-коммерческих предложениях некоторых марок нередко перечисляются как стандартные, так и опционные параметры. Причём, как и с автомобилями, разница в цене базовой и полностью упакованной версии может быть более чем существенной.

При выборе компрессора с двигателем внутреннего сгорания, помимо прочего, старайтесь оценить расход топлива. Так вот, кто-то из производителей приводит данные в литрах в час, некоторые — в килограммах в час. Не забывайте, что плотность дизельного топлива не превышает 860 г/дм3. Чтобы понять, какой из вариантов экономичнее в литрах, к значению в килограммах необходимо прибавлять как минимум 16 %.

Продолжать этот перечень можно долго, однако существует довольно простой способ избежать таких ошибок. Оценивайте в первую очередь продавца. Ответственный поставщик дорожит своей репутацией и будет последовательно предлагать вам решения, исходя из их эффективности в ваших условиях. Скорее всего, таким компрессором вы останетесь довольны. Если же для компании важно любой ценой продать вам свой товар, то оценка эффективности предлагаемого варианта полностью ложится на ваши плечи.

Вопрос, какой компрессор лучше, будет стоять, наверное, ещё долго. Единственно верный ответ на него найти не проще, чем выяснить, сильнее ли кит слона, и победит ли Чак Норрис Арнольда Шварценеггера.

Тем не менее, если при выборе вы будете помнить о правильно подобранных давлении, производительности, магистралях, подготовке воздуха, ресивере, режимах работы и инструменте, а также обратитесь к ответственному поставщику, то вероятность ошибки будет сведена практически к нулю.

Редакция журнала «Потребитель. Инструменты»
выражает признательность компании «Магимэкс»
за информационную поддержку при подготовке статьи.

Статья опубликована в журнале «Инструменты» серии «Потребитель» ЛЕТО 2013 (№08’2013)