Расчет потребления воздуха компрессором

Расчет имеющегося объемного расхода (потребления) сжатого воздуха без расходомера

Иногда возникает необходимость узнать потребление сжатого воздуха оборудованием в уже имеющейся компрессорной сети. Конечно, для этого существуют специальные приборы — расходомеры, однако, при недоступности расходомера или по иным причинам иногда требуется прибегнуть к чисто математическим способам определения объемного расхода. Ниже мы расскажем о двух таких способах — они не дадут высокоточного результата, но, зато, чрезвычайно просты как для понимания, так и в применении, и не требуют никаких специальных приборов или инструментов. Кстати отметим, что точно такими же способами, с использованием этих же формул, можно определять и объем утечек сжатого воздуха — ибо принципиально и полезное потребление сжатого воздуха, и утечки — это одно и то же.

Определение потребления сжатого воздуха через опорожнение ресивера (падение давления)

Метод расчета потребления сжатого воздуха через опорожнение ресивера очень прост как для понимания, так и в применении, и заключается в следующем: компрессор выключается или иным способом отключается от линии сжатого воздуха, к которой подключено потребляющее сжатый воздух оборудование. Предполагается, что известен объем ресивера и компрессорной сети в целом (поэтому, этот способ замера расхода не даст точного результата, если сеть сжатого воздуха слишком велика по объему, и если этот объем плохо поддается учету). Включается потребляющее сжатый воздух оборудование, и засекается как момент включения, так и давление в сети сжатого воздуха (обычно, по манометру на ресивере) на этот момент. Через некоторое время, давление фиксируется повторно, вместе с прошедшим с первого замера временем. Нужно, конечно, принимать во внимание и специфику автоматики устройств-потребителей сжатого воздуха — часто, при падении давления до какого-то уровня продолжение замера становится невозможным из-за того, что автоматика отключает потребителя; в таких случаях, приходится ограничиться тем временем измерений, за которое давление упадет до этого критического, «по мнению» автоматики оборудования, уровня.

Полученные данные, то есть давление на время начала и на время окончания измерений, продолжительность измерений, а также объем воздушного ресивера, закладываются в формулу ниже.

Для удобства посетителей нашего сайта, мы сделали и калькулятор, которым можно воспользоваться для автоматического расчета по нижеприведенной формуле.

, где
L_B — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
V_R — объем ресивера [м³] (напомним, 1 м³ = 1000 л)
p_max — давление на время начала измерений [бар]
p_min — давление на время окончания измерений [бар]
t — продолжительность измерений [мин]

Приведем пример: имеется небольшая компрессорная сеть, основной составляющей объема которой является воздушный ресивер вместимостью 900 литров (= 0,9 м³). На момент начала замера, давление по манометру ресивера составляло 8 бар. Через 40 секунд (= 2/3 ≈ 0,67 минуты), оно упало до 5 бар. Значит, за это время из ресивера ушло 3 его объема воздуха (конечно, приведенного к стандартным атмосферным условиям), то есть 2,7 м³. Соответственно, в пересчете на 1 минуту потребление сжатого воздуха составило 4,05 м³/мин.

Очевидно, что метод математического расчета расхода сжатого воздуха через скорость падения давления в компрессорной сети (в ресивере) будет давать более точный результат при большом, но, при этом, точно известном (что подразумевает обычно большой ресивер и немного труб), объеме сети сжатого воздуха, и небольшом, по отношению к объему сети, потреблении сжатого воздуха. Такое соотношение позволит продлить период замера, снизив значение ошибок в учете времени. Напротив, в тех случаях, когда разбор сжатого воздуха настолько велик, что точно засечь время снижения давления в ресивере с p_max до p_min не представляется возможным, этот метод вряд ли будет полезен.

Расчет имеющегося расхода через время работы компрессора

Альтернативным способом определения объема разбора сжатого воздуха является учет времени работы винтового, или иного имеющего режим холостого хода, компрессора под нагрузкой по отношению к общему времени его работы (то есть под нагрузкой + на холостом ходу). Подчеркнем, что этот способ менее универсален, чем расчет через опорожнение ресивера (= через скорость падения давления); его можно использовать только с компрессорными установками, имеющими возможность непрерывной работы с периодическими переходами на холостой ход, а также счетчики времени работы под нагрузкой и в целом — это, например, все современные винтовые и пластинчатые воздушные компрессоры. Также, должна быть известна, с возможно высокой точностью, производительность компрессора. Этот способ нельзя использовать с поршневыми компрессорами, а также с винтовыми и прочими компрессорами с переменной производительностью. Однако, его преимуществом является практически неограниченная продолжительность проведения измерений, позволяющая получить довольно высокую точность результата.

В отличие от метода расчета разбора сжатого воздуха по скорости падения давления, при использовании метода подсчета времени работы компрессора компрессор должен быть подключен к сети сжатого воздуха, и должен работать. В начале проведения измерений нужно отметить показания счетчиков общей наработки и наработки под нагрузкой компрессора. Затем, потребители включаются и начинают разбирать сжатый воздух, а компрессор включается, чтобы восполнить вызванное этим падение давления. Набрав p_max, компрессор переходит на холостой ход. Затем давление опять падает до p_min, и компрессор опять переключается на рабочий ход — причем, переключается практически без задержки; именно поэтому этот метод нельзя использовать с поршневыми компрессорами, у которых режима холостого хода вообще нет, и которые при достижении p_max выключают электродвигатель — ведь при перезапуске электродвигатель будет, скорее всего, некоторое время работать в «звезде», что окажет влияние на производительность компрессора и, особенно при частых перезапусках, на точность полученного в итоге результата расчетов.

В таком режиме работы компрессор можно оставить на неопределенно длительный срок — пока есть возможность оставить в «нормальном», обычном режиме работы оборудование-потребителей сжатого воздуха. Чем дольше будет период учета времени, тем точнее, в общем случае, будет результат. При окончании периода учета, следует записать как общее время наработки компрессора (если компрессор, как он и должен был, работал без остановок, то это время соответствует времени проведения замера), так и время, которое он за этот период находился в режиме работы под нагрузкой (то есть производил сжатый воздух). Полученные данные следует ввести в формулу:

, где
L_B — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
Q — производительность компрессора [м³/мин]
∑t — время работы компрессора под нагрузкой за период измерений [мин]
T — период измерений = время работы под нагрузкой + на холостом ходу [мин]

Расчет объема утечек сжатого воздуха

Добавим, что при помощи обоих вышеописанных способов можно рассчитать и объем утечек сжатого воздуха. Для этого, при проведении измерений по методу расчета через опорожнение ресивера нужно отключить «полезных» потребителей, и посчитать скорость падения давления при отключенных «полезных» потребителях — это и будет объем утечек. То же самое нужно сделать и для «приспособления» к измерению утечек и второго расчетного способа. Сами расчетные формулы, разумеется, остаются без изменений.

Источник

Расчет для подбора поршневого компрессора

Выбор поршневого компрессора осуществляется исходя из следующих основных критериев:

предполагаемого режима работы;
максимального рабочего давления;
чистоты (качества) сжатого воздуха;
объемного расхода воздуха.

Разберем подробнее каждый из критериев.

Режим работы компрессора

Поршневой компрессор не предназначен для непрерывной работы. Общее время работы компрессора в течение дня зависит от его класса и составляет от 4 до 10 часов. Поэтому, основное, что надо учитывать при выборе — класс компрессора зависит от предполагаемого режима его работы.

Например, расход воздуха у пневмооборудования составляет 100 л/мин, предполагаемое время работы 8 часов в день — какой компрессор выбрать?

Если при выборе компрессора исходить только из требования обеспечить производство 100 л/мин, то для этого подойдут и полупрофессиональный и промышленный компрессоры. Но с учетом того, что время работы 8 часов, необходим промышленный компрессор с ременным приводом.

Максимальное рабочее давление

При выборе максимального рабочего давления руководствуются правилом — давление, создаваемое компрессором, должно быть выше, чем у потребителей сжатого воздуха. Любой компрессор работает следующим образом: накачав воздух до максимального рабочего давления Рmax, компрессор отключается.

Повторное его включение происходит после падения давления до давления включения Pmin. Разница между Рmax и Рmin обычно составляет 2 бар.

Изменение заводских настроек Рmax и Рmin возможно. Реле давления (прессостат) — устройство, управляющее включением — выключением компрессора, позволяет изменять как величины Рmax и Рmin (правда, только в меньшую сторону), так и разницу между ними (так называемую «дельту»). Однако лучше не менять заводские настройки реле давления, а для понижения давления устанавливать регуляторы давления (редукторы) непосредственно перед потребителями сжатого воздуха.

Необходимо также учесть, что по пути сжатого воздуха от компрессора до потребителей происходит падение давления. Чем протяженнее магистраль, чем больше в ней местных сопротивлений (запорной арматуры, уголков, тройников, различных фитингов и т.п.), тем падение давления выше. Кроме того, если сравнить два участка трубопровода одинаковой длины с разными диаметрами, например 1/2″ и 3/4″, то в «полдюймовой» трубе падение давления также будет выше. Падение давления происходит и в оборудовании для подготовки воздуха: при прохождении через осушитель на 0,2 бар, а при прохождении каждого их микрофильтров на 0,1. 0,15 бар, причем по мере загрязнения фильтрующего элемента эта величина будет увеличиваться.

Поэтому при выборе максимального рабочего давления следует учитывать особенности конструкции пневматической магистрали и комплектность оборудования для подготовки сжатого воздуха.

Чистота (качество) сжатого воздуха

Атмосферный воздух, всасываемый компрессором, может содержать в 1 м3 до 180 млн. частиц пыли, а содержание масла составляет 0,01. 0,03 мг/м3. При сжатии, например, до 10 бар, концентрация загрязняющих веществ увеличивается в 11 раз и в 1 м3 сжатого воздуха будет содержаться уже более 2 млрд. частиц пыли. Источником загрязнения воздуха является и сам компрессор — в зависимости от типа компрессора в сжатый воздух добавляется 2. 50 мг/м3 частиц масла в виде аэрозоли и пара.

Кроме того, при сжатии воздуха образуется значительное количество конденсата, объем которого в зависимости от производительности компрессора и режима его работы может достигать десятков литров в сутки.

Поэтому, сжатый воздух, производимый поршневым компрессором, обычно подлежит тем

или иным видам подготовки: осушке (удалению влаги) и очистке (удалению масла и твердых частиц).

Подготовка воздуха необходима, даже если используется безмасляный поршневой компрессор. Ведь при отсутствии в сжатом воздухе масла, в нем обязательно содержатся влага и твердые частицы.

Объемный расход воздуха

Существуют два основных метода определения расхода воздуха: экспериментальный и расчетный.

Экспериментальный метод включает в себя:

установку (врезку) на участке пневмосистемы специальной измерительной аппаратуры, позволяющей определить реальный расход воздуха на этом участке;
определение расхода воздуха с помощью хронометрирования – измерения величины падения давления в системе за единицу времени.

Расчет расхода воздуха выполняется на основании паспортных данных пневмооборудования с учетом его загруженности. Как правило, оборудование используется в работе не постоянно, а с определенными перерывами. Поэтому у каждого вида оборудования есть свой, так называемый, коэффициент использования.

Расчет проводится по следующей формуле: Q = Q1*k1+ Q2*k2 +. + Qn*kn, гдe Q — общее потребление воздуха. Q1, Q2. . Qn — потребление воздуха каждой единицей пневмооборудования. k1, k2, . kn — коэффициенты использования оборудования.

Источник

Расход сжатого воздуха: особенности расчета

При работе с компрессионным оборудованием необходимо иметь представление как исчисляется расход сжатого воздуха, тем более что производительность компрессора и определяется как объем сжимаемого газа в единицу времени.

Конечно, существуют специальные контрольно-измерительные приборы, но в некоторых случаях необходимо быстро произвести расчет расхода воздуха отдельными устройствами.

Необходимо начать с того, что уточнить, в чем измеряется воздух. Объем воздуха измеряется в кубических метрах. Единицы измерения расхода воздуха исчисляются в кубических метрах (для винтовых компрессоров) или литрах (для поршневых компрессоров) потребляемого или производимого воздуха в единицу времени (м3/мин, м3/час, л/мин).

Согласно данным российского ГОСТ 12449-80 нормальными условиями считаются

давление 101,325 кПа (760 мм. рт .ст),
температура 293 К (20 С),
влажность 1,205 кг/м3.

При определении расхода сжатого воздуха при нормальных условиях по ГОСТ 12449-80 перед единицей измерения сжатого воздуха ставят маркировку «н» (15нм3/мин или 165нм3/час и т.д.).

Также существуют две популярные методики расчета расхода воздуха потребляющим оборудованием.

Расчет расхода воздуха через падение давления – универсальный метод для всех видов компрессоров

LB — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
VR — объем резервуара с сжатым воздухом [м³] (1 м³ = 1000 л)
pmax — давление на время начала измерений [бар]
pmin — давление на время окончания измерений [бар]
t — продолжительность измерений [мин]

На начало измерения необходимо знать объем резервуара и давление в нем (показания манометра). Включаем потребляющее оборудование, засекаем время работы. Отключаем оборудование, смотрим показания манометра резервуара. Подставляем данные в формулу.

Расчет расхода через время работы компрессора – метод для компрессоров с постоянной производительностью

LB — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
Q — производительность компрессора [м³/мин]
∑t — время работы компрессора под нагрузкой за период измерений [мин]
T — период измерений = время работы под нагрузкой + на холостом ходу [мин]

На начало измерения нам необходимо знать производительность компрессора, снять показания счетчика общей наработки и счетчика работы под нагрузкой. Включаем потребляющее оборудование, засекаем время работы под нагрузкой при наборе давления до максимального значения, после которого компрессор работает на холостом ходу до начала следующего набора давления. Отключаем оборудование. Подставляем данные в формулу.

Источник