ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ АВТОСЕРВИСА

ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ АВТОСЕРВИСА

Автосервис.На участке покрасочно-сушильной камеры, планируется использоваться один краскораспылитель и различный пневмоинструмент.
Требуется подобрать оборудование для обеспечения производства сжатым воздухом.

Порядок выбора оборудования может быть следующим.
1. Выбор максимального рабочего давления.
Определим, какое давление необходимо для работы каждого потребителя:
- краскопульт – 2,5…4 бар;
- пневмоинструмент – 6 бар.
Вспомним, что практически любой компрессор работает следующим образом: накачав воздух до максимального рабочего давления (P max) компрессор отключается, и его повторное включение происходит после падения давления до давления включения (P min). Разница между P max и P min, как правило, составляет 2 бар. Таким образом, говоря о компрессорах с P max=8 и 10 бар, мы помним, что их P min составляет 6 и 8 бар, соответственно.
Выбрав компрессор с P max=8 бар (P min = 6 бар) и установив после него дополнительное оборудования для осушки-очистки воздуха (о падении давления уже говорилось) мы можем не получить необходимые 6 бар на пневмоинструменте. Поэтому, остановимся на компрессоре с P max=10 бар.
2. Обеспечение необходимого качества воздуха.
Данные по качеству воздуха приведем ниже:

Обеспечить требуемое качество воздуха позволит следующий комплект оборудования:
- класс 2.4.2.– фильтр FQ,
осушитель рефрижераторного типа с температурой точки росы +3С,
фильтр FP;
- класс 1.4.1. - фильтр FQ,
осушитель рефрижераторного типа с температурой точки росы +3С,
фильтр FP,
фильтр FD.
3. Определение необходимого расхода воздуха.
Расход воздуха каждого из потребителей составит (воспользуемся паспортными данными):
- краскопульт … 350 л/мин;
- пневмоинструмент … 450 л/мин.
Примем коэффициент использования оборудования равным 0,6.
В этом случае, общее потребление воздуха составит:
Q = (350 + 450 х 2) x 0,6 = 750 л/мин.
Умножая это значение на соответствующий коэффициент синхронности работы оборудования и, учитывая, 15% запас на утечки и возможное расширение производства, получим реальный расход воздуха:
Q реал = (750 х 0,91) + 15% = 785 л/мин.

Далее, зная расход воздуха, количество потребителей и режим работы мы должны определиться с типом компрессора - поршневым, либо винтовым. Если режим работы односменный – не более 8-10 часов – вполне можно остановиться на промышленном поршневом компрессоре. Если же режим работы двухсменный, или круглосуточный – решение проблемы только винтовой компрессор. Рассмотрим подробнее каждый из вариантов.


Вариант 1 – Компрессорная станция с поршневым компрессором.
При выборе поршневого компрессора, рассчитаем с учетом расхода воздуха его теоретическую производительность (производительность на всасывании).
Q теор = 785 / 0,75 = 1046,5 л/мин, где 0,75 – коэффициент производительности компрессорной головки.
Увеличивая получено значение на 25% - «запас по производительности» - определим, что необходим компрессор с производительностью на всасывании около 1308 л/мин.
В каталоге компрессоров ФИАК мы найдем компрессор с интересующей нас производительностью - АВТ 500/1350 с производительностью на всасывании 1300 л/мин.
Расчет немного условный, но, тем не менее, «порядок» интересующий нас величины мы получили. Вообще, при выборе поршневого компрессора определенный «запас» по производительности никогда не будет лишним. Конечно, чем мощнее компрессор, тем больше затраты на его приобретение. Но опыт эксплуатации поршневых компрессоров показывает, что лучше заплатить чуть больше один раз - при покупке, чем в дальнейшем постоянно оплачивать ремонты, вызванные, прежде всего, преждевременным износом деталей шатунно-поршневой группы.
Проверим «на соответствие» объем ресивера. Ресивер выполняет следующие основные функции: охлаждение сжатого воздуха, сглаживание воздушных пульсаций, создание «резерва» сжатого воздуха. Выбирать объем ресивера необходимо на основании предполагаемого характера воздухопотребления. Если оно равномерно, подойдет ресивер меньшего объема, если возможны пиковые нагрузки, лучше выбрать больший объем.
В общем случае, можно воспользоваться формулой:
Vрес = Qреал x t / (P max – P min), где
Vрес – объем ресивера,
Qреал – реальный расход воздуха,
t – время, за которое давление в ресивере падает с P max до P min.
Время t – один из важнейших показателей, влияющих на работу компрессора. Если t мало (менее 1 мин) – у компрессора не будет времени на эффективное охлаждение поршневой головки. Оптимальное значение t = 3...4 мин.
В нашем случае, объем равен 500 л, разница между P max и P min составляет 2 бар. Тогда:
t = Vрес x 60 x (P max – P min)/ Qреал = 500 x 60 x 2/ 785 = 76 с = 1,25 мин.
Конечно, это не 3-4 мин, но все же время для «отдыха» у компрессора будет, а, в крайнем случае, в пневмомагистраль может быть дополнительно установлен ресивер объемом 270 л.
Тогда:
t = Vрес x 60 x (P max – P min)/ Qреал = 770 x 60 x 2/ 785 = 117 с = 1,95 мин.
Таким образом, вопрос выбора оборудования для производства и хранения сжатого воздуха решен.

Следующим элементом компрессорной станции является система подготовки сжатого воздуха. Нам необходимо подобрать оборудование для обеспечения классов чистоты сжатого воздуха 2.4.2. и 1.4.1. (ISO 8573-1).
Как уже говорилось выше, требуемый класс чистоты обеспечивается установкой осушителя рефрижераторного типа и комплекта микрофильтров.
Осушитель сжатого воздуха предназначен для удаления конденсата, образовавшегося в процессе сжатия. При движении сжатого воздуха в пневмомагистрали он расширяется, что также сопровождается дополнительным выделением конденсата, который также необходимо отводить.
При выборе осушителя важно помнить, что его технические характеристики, указанные в каталогах, соответствуют номинальных условиям. Например, осушитель DRY 11 производства компании ФИАК, вполне подходящий по производительности для установки после компрессора АВТ 500/1300, имеет производительность 1100 л/мин при давлении 7 бар, температуре сжатого воздуха на входе в осушитель +35 оС и температуре окружающей среды +25 оС. Но при изменении любого из этих показателей производительность осушителя будет меняться, причем, весьма существенно.
Для правильного выбора осушителя необходимо воспользоваться таблицами с поправочными коэффициентами.
Таблица 2.

k1 - поправочный коэффициент в зависимости от рабочего давления
Таблица 3.

k2 - поправочный коэффициент в зависимости от температуры окружающей среды
Таблица 4.

k3 - поправочный коэффициент в зависимости от температуры воздуха на входе в осушитель
Таблица 5.

k4 - поправочный коэффициент в зависимости от точки росы
Например, какова будет производительность осушителя DRY 11 при давлении 8 бар, температуре окружающей среды +25 С, температуре воздуха на входе в осушитель +45 С и температуре точки росы +3 С?
Определим ее так: умножим номинальную производительность на соответствующие коэффициенты – 1100 х 1,06 х 1 х 0,67 х 1 = 780 л/мин, что почти на 30% меньше номинальной производительности 1100 л/мин. Естественно, что при повышении температуры сжатого воздуха на входе в осушитель его производительность будет еще ниже. Поэтому, отметим, что выбирать осушитель «по производительности» для установки после поршневого компрессора без учета корректирующих коэффициентов нельзя. А ведь очень часто выбор осушителя осуществляется именно так и в результате осушитель не в состоянии обеспечить необходимую температуру точки росы.
В нашем случае, производительность осушителя для эффективной осушки сжатого воздуха после компрессора АВТ 500/1300 (для приведенных выше условий) должна составлять не менее - 1040 / (1,06 х 1 х 0,67 х 1) = 1464 л/мин, где 1040 л/мин – реальная производительность компрессора. А с учетом того, что реальная температура сжатого воздуха на входе в осушитель после поршневого компрессора гораздо выше +45 С (реально она может достигать +100 С), осушитель должен быть еще более мощным.
Поэтому, важнейшее значение для подготовки воздуха имеет установка после поршневого компрессора воздушного охладителя. Охладитель представляет собой теплообменник, составленный из медных трубок с оребрением из алюминия. Поток охлаждающего воздуха принудительно создает осевой вентилятор. Теплообменник позволяет охлаждать сжатый воздух с максимальной входящей температурой до +170 С и с максимальным рабочим давлением 15 бар. При этом температура воздуха на выходе из охладителя составляет примерно на +10 С выше температуры окружающей среды. Производительность охладителя, указанная для номинальных условий – температура окружающей среды +25 С, температура входящего воздуха +120 С, давление входящего воздуха 7 бар – должна превышать производительность компрессора.
При охлаждении значительное количество водяного пара превращается в жидкость, которая отделяется от воздушного потока в циклонном сепараторе, установленном на выходе из охладителя. Принцип работы циклонного сепаратора следующий: поток сжатого воздуха проходит через завихритель и под действием центробежной силы соударяется со стенками корпуса сепаратора. В результате, частицы жидкости выделяются из потока и осаждаются в нижней части корпуса циклонного сепаратора, откуда периодически выводятся либо конденсатоотводчиком, либо вручную. Установленный в сепараторе блокиратор препятствует возврату удаленной жидкости в основной воздушный поток. Сепаратор позволяет значительно снизить нагрузку на магистральные фильтры и осушитель сжатого воздуха.
Таким образом, установка охладителя перед осушителем сжатого воздуха необходима. Если еще раз вернуться к нашему примеру, то при использовании охладителя температура воздуха на входе в осушитель составит уже +35 С, а его производительность с учетом коэффициентов составит - 1100 х 1,06 х 1 х 1 = 1166 л/мин и осушитель DRY 11 вполне может быть установлен после компрессора АВТ 500/1300.
Далее, необходимо выбрать фильтры. Выбор фильтров производится также с помощью таблицы поправочных коэффициентов. Производительность фильтра, указанная в технических характеристиках, соответствует номинальным рабочим условиям - температура входящего воздуха +35 С, давление входящего воздуха 7 бар. С учетом изменения давления входящего воздуха меняется его пропускная способность.
Таблица 6.

Поправочный коэффициент в зависимости от работы давления
В нашем случае, при реальной производительности компрессора 975 л/мин и минимальном рабочем давлении 8 бар производительность фильтра должна составлять не менее – 975 / 1,13 = 863 л/мин.
Выбираем фильтры FQ 1000, FP 1000 и FD 1000.
Таким образом, окончательный вид компрессорной станции для обеспечения рассматриваемого покрасочного участка таков: поршневой компрессор АВТ 500/1300 - воздушный охладитель с циклонным сепаратором конденсата - фильтр предварительной очистки FQ 1000 – осушитель рефрижераторного типа DRY 11 - фильтр тонкой очистки FP. После этой «цепочки» оборудования может быть подключен пневмоинструмент. А непосредственно перед краскопультом необходимо будет дополнительно установить фильтр FD 1000.

Вариант 2 – Компрессорная станция с винтовым компрессором.
Теперь, рассмотрим этот же пример, но исходя из предположения, что режим работы нашего автосервиса – двухсменный, и ежедневная загрузка компрессора составляет не менее 16 часов. Как уже говорилось выше – единственное в этом случае решение вопроса выбора компрессорного оборудования – использование винтового компрессора.
Выбирая винтовой компрессор можно руководствоваться изложенными выше рассуждениями по построению компрессорной станции с использованием поршневого компрессора, а именно, рекомендациями по выбору максимального рабочего давления и по обеспечению необходимого качества воздуха. А вот в определении необходимой производительности винтового компрессора есть существенные различия.
Говоря о производительности поршневого компрессора, мы имеем в виду его теоретическую производительность, или, производительность на всасывании равную объему, описываемому поршнем в единицу времени. Эта величина не случайно называется теоретической производительностью, т.к. она довольно существенно отличается от реальной производительности. Дело в том, что между поршнем в крайнем верхнем положении и клапанной группой всегда имеется зазор, образующий свободный объем, или, так называемое «вредное пространство». В этом пространстве остающийся после нагнетания сжатый воздух при обратном ходе поршня расширяется и поэтому всасывающий клапан открывается лишь при снижении давления до давления всасывания. Т.е поршень, определенный отрезок пути в цилиндре движется «в холостую» из-за чего производительность компрессора снижается. Это «снижение производительности» определяется коэффициентом производительности компрессорной головки.
Под производительностью же винтового компрессора понимают объемную производительность, равную объему воздуха, производимого в единицу времени. Объемная производительность выражается в нормальных кубических литрах (или, метрах) в единицу времени с указанием условий всасывания. Как правило, один нормальный кубический метр равен объему 1 м3 при давлении 1 бар и температуре воздуха 0 ОС (или, +20С).
С учетом довольно высокого КПД винтового блока (свыше 90%) при выборе производительности вполне можно воспользоваться данными, приведенными в технической характеристике компрессора. Желательно, конечно, чтобы компрессор имел небольшой «запас по производительности» – 10-15%. Это позволит компрессору «отдыхать» в режиме холостого хода и режиме ожидания.
Таким образом, возвращаясь еще раз к нашему примеру, вспомним, что мы получили реальный расход воздуха равный 785 л/мин.
В этом случае, производительность винтового компрессора должна составлять не менее:
Q = 785 / 0,95 = 826 л/мин, где 0,95 – КПД винтового блока.
Увеличивая получено значение на 15% - «запас по производительности» - определим, что нам необходим винтовой компрессор с производительностью порядка 950 л/мин.
В каталоге компрессорного оборудования ФИАК мы найдем несколько компрессоров с интересующей нас производительностью, отличающихся по конструктивному исполнению:
- компрессор без ресивера (так называемое «рамное» исполнение) – модель CRS 10;
- компрессор, смонтированный на горизонтальном ресивере – модели CRS 10/300, CRS 10/500 и SILVER 10/200;
- компрессор, смонтированный на горизонтальном ресивере со встроенным осушителем рефрижераторного типа и комплектом из двух микрофильтров 1 мкм и 0,01 мкм - или, как его еще называют – компрессорная станция «все в одном» для производства сухого сжатого воздуха класса 1.4.1. (ISO 8573-1) – модели CRSD 10/300 и CRSD 10/500;
- компрессор без ресивера (на раме) со встроенным осушителем рефрижераторного типа и комплектом микрофильтров для производства сухого сжатого воздуха класса 1.4.1. (ISO 8573-1) – модель CRSD 10.
Чему отдать предпочтение? Рассмотрим подробнее каждый из вариантов.
Безусловно, самый лучший вариант – станция «все в одном». Установка этого компрессора не потребует «обвязки» оборудования, единственное, что надо будет сделать - подвести электропитание и подключить компрессор к пневмомагистрали. Только одно может «ограничить» использование компрессора данного типа - если в мастерской ранее использовались поршневые и винтовые компрессоры без системы подготовки сжатого воздуха, то установка станции «все в одном» должна сопровождаться и заменой старой пневмомагистрали. После нескольких лет работы поршневого компрессора на внутренней поверхности трубы (особенно, если труба «черная») образуется густой осадок из маслянистой консистенции, который существенно ухудшает качество сухого воздуха, да и уменьшает проходное сечение, увеличивая падение давления. А так, станция «все в одном», безусловно, оптимальное решение.
Несколько отличается от этого варианта вариант с использованием «рамного» компрессора со встроенным осушителем рефрижераторного типа и комплектом микрофильтров. В этом случае, потребуется установка дополнительного ресивера. Сравнивая этот вариант с вариантом, рассмотренным выше можно отметить еще одну техническую особенность, относящуюся, в том числе и к компрессорным станциям с использованием поршневого компрессора.
Существуют два варианта построения компрессорных станций:
- первый, когда осушитель рефрижераторного типа устанавливается после ресивера - этот вариант используется, когда потребление воздуха равномерное;
- второй, когда осушитель рефрижераторного типа устанавливается до ресивера – этот вариант используется при неравномерном потреблении воздуха, когда в отдельные моменты возможно потребление, превышающее производительность компрессора.
Так вот, компрессоры типа CRSD 10/300 имеют конструктивное исполнение по первому варианту, а в случае с CRSD 10 и отдельно стоящим ресивером получится второй вариант. Ну а выбор варианта – в зависимости от особенностей производства.
При выборе компрессоров типа CRS 10 и CRS 10/300 – каждый из них должен быть оборудован оборудованием для осушки-очистки сжатого воздуха - фильтром предварительной очистки FQ 1000 – осушителем рефрижераторного типа DRY 11 - фильтром тонкой очистки FP - фильтром FD 1000. Кроме того, для CRS 10 необходим ресивер. При выборе объема ресивера можно воспользоваться следующим универсальным правилом – объем ресивера должен составлять 30% от объемной производительности компрессора. Т.е. для компрессора с производительностью 1000 л/мин необходим ресивер объемом 300 л. Для винтовых компрессоров очень важно, чтобы ресивер имел такой объем, который предотвратит слишком частые запуски и остановы компрессора. Оптимальным считается число пусков не более 10 в час, при более частых включениях объем ресивера необходимо увеличить. Ну и, как уже говорилось выше, в случае, если расход воздуха переменный и в какие-то моменты может превышать производительность компрессора – объем ресивера должен поддерживать определенный (минимально допустимый) уровень давления в пневмомагистрали. Вариант с любым из этих компрессоров потребует проведения дополнительных работ по «обвязке» оборудования. Ну а основное преимущество от использования этих компрессоров – опять же в том, что каждый из них допускает установку компрессора и оборудования для подготовки воздуха в разных производственных помещениях, иногда, на удалении в десятки метров друг от друга.
Ранее рассматривалась та важная роль, которую играет в подготовке воздуха охладитель. Установка охладителя после поршневого компрессора необходима в обязательном порядке. Что касается винтовых компрессоров, то многие из них имеют уже встроенный охладитель, точнее, его функцию выполняет воздушная секция двухсекционного воздушно-масляного радиатора. На любом из рассмотренных выше компрессоров CRS - CRSD такая секция имеется.
А вот у компрессора SILVER 10/200 воздушная секция радиатора отсутствует. Частично функцию охлаждения воздуха выполняет специальным образом изогнутая медная трубка (медь имеет достаточно высокий коэффициент теплопроводности), соединяющая винтовой блок и ресивер. Но в полной мере заменить воздушную секцию радиатора она, конечно, не может. Поэтому, после компрессора также необходимо установить охладитель.
И еще, если при установке SILVER 10/200 не будет «хватать» объема ресивера (т.е. число пусков компрессора будет более 10 раз в час), потребуется установка дополнительного ресивера.
Таким образом, в зависимости от особенностей автосервиса можно, в общем, воспользоваться каждым из рассмотренных вариантов.