Как найти объем сжатого воздуха

Ресиверы (от анг. receive – получать) – металлические емкости для сбора воздуха. Основное назначение – компенсировать разницу между расходом воздуха, поступающим от компрессора в пневмосистему, и расходом воздуха, выбираемым из системы потребителями. Набор ресивером воздуха сопровождается повышением давления, сброс – снижением. И чем больше объем емкости, тем, при прочих равных условиях, меньше скачки давления. Скачки давления в пневмосистеме снижают её энергоэффективность и к тому же не слишком благоприятны для некоторых потребителей воздуха, поэтому чем больше объем ресивера в системе, тем лучше. До сего момента такой метод сглаживания расходов воздуха в пневмомагистрали является самым распространенным.

Ресиверы для компрессора с большими объемами часто в силу традиции называют воздухосборниками. Также воздухосборниками или пневмоаккумуляторами могут называть емкости, основное назначение которых запасти воздух или газ. Иногда воздухосборником называют емкость в системе отопления, в которой воздушные пузыри отделяются от потока теплоносителя. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенное применение ресиверов-воздухосборников для сглаживания пульсаций в пневмосетях.

Объем ресивера подбирается по формуле:

Упрощенно для поршневого и винтового компрессора формула выглядит следующим образом:

Если постоянно задействован компрессор с частотным приводом, то размер ресивера можно уменьшить в 2-3 раза.

По существующему на данный момент (2015 г.) законодательству, воздухосборники с произведением рабочего давления на объем более 10 атм*м³ подлежат регистрации в территориальных надзорных органах. Поэтому наиболее характерный «еще безнадзорный» ресивер имеет объем 900 литров, а объемы «надзорных» воздухосборников соответствуют рядам нормальных чисел – 1, 1,6; 2; 3,2; 4; 6,3 и до 50 м³ и выше.

Ресиверы на 2000, 900 и 500 л. 
Емкость на 2000 л требует регистрации в Гостехнадзоре

Большинство ресиверов называются «вертикальными», т.к. монтируются вертикально. Есть так же горизонтальные емкости небольшого объема, на большей части которых монтируется компрессоры и осушители.

Большинство ресиверов устанавливается в отапливаемых помещениях, и поэтому обычно делаются из стали Ст3пс. С целью экономии места емкости для сбора сжатого воздуха иногда монтируют снаружи помещения, поэтому их необходимо делать из стали 09Г2С. Такие устройства можно эксплуатировать до температуры -60°С.

Компрессорная с ресиверами, не требующими  регистрации в Гостехнадзоре	Ресивер на 8 м3/мин, требующий регистрации в Гостехнадзоре.  Установлен снаружи здания

Так как в емкости почти всегда скапливается конденсат, периодически требуется его слив. Подробнее об этом написано <здесь>. Из-за внутренней коррозии для ресиверов необходимо соблюдать сроки испытаний и предельный срок эксплуатации. С целью снижения коррозии некоторые ресиверы покрываются изнутри специальными составами, в первую очередь «холодным цинком». Впрочем, скорость коррозии это снижает крайне незначительно. Более эффективным способом защиты от коррозии является наличие в воздухе следов масла, унесенного из маслосмазываемого компрессора. По этой же причине винтовые безмасляные компрессоры должны работать на сеть с ресиверами из нержавеющей стали. Впрочем, у заказчиков, покупающих безмасляные компрессоры – это в первую очередь предприятия фармацевтической и пищевой промышленностей – покупка воздухосборника, а также труб и арматуры из нержавеющей стали – само собой разумеющееся требование.

Ресиверы выпускаются под давление пневмосети. Так, в большинстве случаев рабочим давлением является 10 или 16 атмосфер. Существуют также стандартные ресиверы с рабочим давлением 40 атм для компрессоров выдува ПЭТ. Также всегда можно заказать ресивер нестандартного давления и исполнения. При производстве ресиверов используются операции сварки, дробеструйной обработки, покраски, сушки, тестовых испытаний.

Операции покраски и сушки на примере производства ресиверов SICC, Италия

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

Где:

• 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.

Под объемом компрессора подразумевается объем сжатого воздуха, который вмещает ресивер. Поэтому в этой статье мы поговорим, как рассчитать объем ресивера для компрессора. Ресивер – это металлическая пустотелая емкость, которая служит для накапливания воздуха и отдачи его в нужный момент потребителю. Также этот прибор используется для стабилизации давления в пневмосистеме и сбора конденсата, образующегося в процессе сжатия.

Подбором ресивера занимаются специалисты сервисного центра, которые руководствуются специальными значениями, формулами и такими характеристиками, как потребление воздуха и мощность компрессора. Но есть и общие рекомендации, следуя которым можно приблизительно определить объем ресивера для нужд предприятия.

Считается, что объем воздухосборника равен примерно трети производительности компрессора, причем неважно какого типа компрессор – поршневой или винтовой. Но если используется компрессор с частотной регулировкой, то объем можно смело уменьшить в 2-3 раза. Приведем пример: если производительность компрессора равна 2 000 литров, то ресивер стоит брать не менее 650 литров.

Как рассчитать объем компрессора по формуле

Существует более точный способ расчета вместительности ресивера. Он рассчитывается по формуле: 

 

Если в ходе расчета обнаружиться, что емкостей с такими параметрами не существует, то смело выбираем ресивер большего объема.

Производительность компрессора

Теперь узнаем, как определить производительность. Если в двух словах, то производительность компрессора – это объем воздуха, который агрегат может сжать в определенную единицу времени. Коэффициент производительности компрессорной головки разный для одноступенчатых и двухступенчатых компрессоров. Измеряется этот параметр в л/мин, м3/мин, м3/ч и чем больше производительность, тем больший объем воздуха выдает компрессор. 

К высокопроизводительной установке можно подключить множество инструментов без существенных потерь мощности. Но для стабильной работы всей системы необходимо поддерживать стабильное давление в каждой ее точке. Для этого и используют ресивер, который способен накопить достаточный объем воздуха для бесперебойной работы оборудования.

Рабочее давление компрессора

Как известно со школьной парты – каждое физическое тело стремится к расширению. Этим свойством обладает и сжатый газ. Именно эта особенность заложена в работу пневматических инструментов. Любой компрессор обладает некоторыми параметрами, которые определяют рабочее давление на выходе агрегата и в пневмомагистрали. Величина эта не постоянная, а лишь приблизительная. Стандартное рабочее давление зависит от количества потребляемого воздуха, длины, диаметра труб и других факторов.

Этот параметр, от которого зависит выбор компрессора, указывается в технических документах. Но нужно помнить, что характеристика справедлива для давления, которое создается на выходе компрессора. Она может несколько отличаться по ходу движения воздуха в пневмомагистрали. Кроме этого, есть еще и минимальное рабочее давление. Это величина, при которой компрессор находится в состоянии покоя. При критических значениях этого параметра агрегат выходит из “спячки” и продолжает работу.  

Ресивер для поршневого компрессора

Как уже говорилось выше, накапливание необходимых объемов воздуха не единственная функция ресивера. У агрегатов поршневого типа есть один существенный недостаток, который не позволяет им работать без этого устройства. Это сильные пульсации воздуха на выходе, создаваемые работой цилиндропоршневой группы. Клапанный механизм не может в полной мере устранить эти последствия и на помощь ему приходит ресивер. Накопленный воздух помогает сгладить пульсации и стабилизировать давление в системе.  

Кроме этого, ресивер служит еще одной важной цели – сбору и удалению конденсата. При сжатии воздуха до больших величин происходит неизбежное отделение влаги, которая находится в атмосфере. Это влечет за собой неприятные последствия: нарушение некоторых технологических процессов, коррозию пневматических инструментов. Попадая в ресивер, горячий воздух резко охлаждается, и влага выпадает в осадок. Конденсат скапливается на дне ресивера и удаляется с помощью сливного вентиля при техническом обслуживании.  

По конструкции ресиверы делятся на вертикальные и горизонтальные. Последние самые распространенные в быту и небольших установках промышленного типа. Для компактности агрегат может крепиться прямо на ресивере и снабжаться парой пневматических колес. Такое устройство называется передвижным компрессором и применяется для покраски авто, накачки шин и других подобных работ.  

Вертикальные ресиверы встречаются намного реже и используются в стационарных установках промышленного типа. Основное их достоинство – компактность. Такое устройство можно разместить в небольшом помещении рядом с компрессором или подключить как дополнительный модуль. Кроме этого, ресиверы такого типа эффективнее охлаждают сжатый воздух, а значит, процесс отделения конденсата происходит быстрее.

Ресивер для винтового компрессора

Пневматическая система в составе винтового компрессора практически не подвержена пульсациям, так как винтовой компрессор имеет другой принцип работы. Воздух сжимает не возвратно-поступательный механизм, а винтовая пара. Роторы двухвинтового компрессора с огромной скоростью вращаются навстречу друг другу и за счет этого давление в блоке наращивается пропорционально скорости вращения. Винты вращаются равномерно и пульсаций на выходе не создают, а значит, потребности в установке ресивера нет. В таких агрегатах воздушные емкости служат другой цели – выравниванию давления между потребителями. 

Как и в поршневых агрегатах ресиверы устанавливают для охлаждения воздуха и сбора конденсата. Для полной очистки воздуха можно воспользоваться системами подготовки: фильтрами и осушителями. Но в некоторых случаях это нецелесообразно, и один ресивер вполне справляется с возложенными на него задачами. Нужно помнить, что неправильно рассчитанный объем компрессора может повлечь множество неприятностей: неправильную смену режимов работы, чрезмерную нагрузку на агрегат, нагрев отдельных узлов и быстрый износ системы. Поэтому для точных расчетов лучше обратиться к специалистам сервисного центра.  

Системы сжатого воздуха используется
для хозяйственных нужд (воздух низкого
давления, до 1 МПа), для пуска и реверса
ДВС (воздух среднего давления, до 3 МПа),
для управления ГТД и др. целей (воздух
высокого давления, более 5 МПа).

Рис. 8. Схема системы сжатого воздуха.

где ГД – главный двигатель; К – главный
компрессор; ПК – подкачивающий компрессор
(осуществляет оперативное подкачивание
сжатого воздуха); ВМО – влагомаслоотделитель;
Б – баллон; БГД – баллон главного
двигателя;

15.1. Определение необходимого количества воздуха.

;

где q– удельный расход
воздуха на пуск или реверс;объем одного цилиндра;z_ПУСК= 12 – число последовательных пусков или
реверсов без восполнения запасов.

(м³).

15.2. Определение суммарного объема
баллонов.

;

где р_МАХ= 30 (атм.) – максимальное
давление баллона; р_МIN= 5 (атм.) – минимальное давление баллона.

(м³).

15.3. Определение числа баллонов.

Принимаем число баллонов n= 2.

15.4. Определение объема одного баллона.

;

(м³).

15.5. Определение суммарной производительности
компрессоров для заполнения всего
объема за 1 час.

;

(м³/ч).

15.6. Определение производительности
одного компрессора.

;

(м³/ч).

15.7. Определение производительности
подкачивающего компрессора.

;

(м³/ч).

15.8. Выбор главного компрессора.

В качестве главного компрессора принимаем
компрессор марка: Н – 63.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Производительность	WК	80	м3/ч
2.	Мощность привода	N	18,5	кВт
3.	Длина	L	1080	мм
4.	Ширина	В	805	мм
5.	Высота	Н	1200	мм
6.	Масса	G	0,00	т

15.9. Выбор подкачивающего компрессора.

В качестве подкачивающего компрессора
принимаем компрессор марка: НС – 54А.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Производительность	WК	46	м3/ч
2.	Мощность привода	N	15,4	кВт
3.	Длина	L	1080	мм
4.	Ширина	В	805	мм
5.	Высота	Н	1200	мм
6.	Масса	G	0,00	т

16. Определение утилизации теплоты в
дизельной установки.

16.1. Определение отклонения мощности на
эксплуатационном режиме от спецификационной
мощности.

.

16.2. Определение поправок по массе и
температуре.

16.3. Определение количества газов.

;

(кг/с).

16.4. Определения температуры газов.

;

.

Рис. 9. Схема утилизационной установки
выхлопных газов.

где ЦН – центробежный насос; ПН –
питательный насос; ТЯ – теплый ящик; С
– сепаратор; УПГ – утилизационный
парогенератор.

16.5. Определение температур.

.

.

Рис. 10. Температурные напоры в утилизационном
парогенераторе.

16.6. Определение количества теплоты
отобранной у газов.

,

где c_РГ= 1 (кДж/кг
с) – удельная теплоемкость газов.

(кДж).

16.7. Определение количества пара.

;

где r= 2000 (кг).

(кДж/кг).

16.8. Определение расхода пара на общесудовые
нужды.

;

(кг/ч).

16.9. Выбор КАВ (котел автоматизированный
вспомогательный).

Марка КАВ 1,6/7.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Производительность	WКАВ	1,6	т/ч
2.	Давление в коллекторе	рКОЛ	0,7	МПа
3.	Газовое сопротивление	RГАЗ	0,002	МПа
4.	КПД котла	К	80,5	–
5.	Поверхность нагрева	F	47,7	м2
6.	Ширина	В	2222	мм
7.	Длина	L	2590	мм
8.	Высота	Н	3250	мм
9.	Масса сухая	GС	5,3	т
10.	Масса рабочая	GР	6,2	т

Данный калькулятор позволит Вам проверить на соответствие реальной производительности компрессора заявленной, а также отчасти и предварительно рассчитать требуемый объем воздушного ресивера.

---

Если Вам показалось, что Ваш компрессор стал медленнее накачивать ресивер, то этот калькулятор позволит проверить так ли это. Также на основании этих данных можно осуществить предварительный и примерный расчет требуемого воздушного ресивера в зависимости от специфики расхода сжатого воздуха на Вашем производстве. Как правило, объем ресивера должен составлять около 20-30% от производительности компрессора. 

Например: если воздушный компрессор производит 1000 л/мин (=1 м³/мин), то для него необходим ресивер объемом 200-300 л (=0,2 – 0,3 м³). Примеры моделей по данной ссылке.

Медленное заполнение воздушного ресивера является первым признаком:

• возможного износа компрессорного блока;
• возможной утечки в пневмолинии;
• травит клапан слива конденсата;

Однако, необходимо учитывать, что в воздушных компрессорах поршневого типа заявленная изготовителем производительность указывается на всасывании. После сжатия определенный объем воздуха теряется. Эти потери составляют примерно от 15% и выше в зависимости от количества ступеней сжатия, цилиндров и типа привода. Это объясняется наличием мертвых зон в цилиндрах поршневой группы.