Калькулятор размера воздушного резервуара
Рассчитайте необходимый объём резервуара для сжатого воздуха исходя из пиковой нагрузки, продолжительности и диапазона рабочего давления.
Введите чистую потребность в воздухе, которую должен обеспечить ресивер.
В течение какого времени ресивер должен обеспечивать покрытие пикового спроса на воздух.
Верхний предел давления в коллекторе.
Минимальное допустимое давление в системе.
Данный ориентировочный диапазон позволяет получить предварительную оценку объёма хранилища, исходя из производительности компрессора. Он не заменяет расчёт размера хранилища с учётом спроса.
Формула: V = t × C × Па / (P1 − P2). Время приводится к минутам, а атмосферное давление принимается равным 14,7 псия. Результаты отражают теоретическую минимальную емкость хранения при указанных условиях. При выборе ресивера также следует учитывать режим работы компрессора, потери давления, колебания потребности, а также применимые стандарты на сосуды под давлением.
Формула калькулятора объёма воздушного резервуара
Для расчета правильного объема приемного резервуара воспользуйтесь формулой расчета объема: V = t × C × Pa / (P1 – P2). Умножьте требуемый расход в кубических футах в минуту (CFM) на продолжительность периода потребления в минутах и на атмосферное давление в фунтах на квадратный дюйм (psia), а затем разделите на разницу между максимальным и минимальным допустимым давлением в системе. Результат — объем резервуара в кубических футах, который можно пересчитать в галлоны, умножив на 7,48.
Именно эти взаимосвязи лежат в основе стандарта Калькулятор производительности воздушного компрессора (CFM) для расчета потребности в воздушном потоке, применяемый в обратном порядке: вместо того, чтобы спрашивать, сколько воздуха потребляет система, он задает вопрос о том, какой объем необходимо держать в резерве, чтобы покрыть это потребление, не допуская падения давления ниже допустимого предела.
Формула и её переменные
Каждая переменная в уравнении играет свою конкретную роль, и неправильное интерпретирование любой из них является наиболее распространённой причиной неправильного расчёта размеров сосуда.
| Переменная | Значение | Единица | Примечания |
| V | Объём приёмного бака | кубические футы | Умножьте на 7,48, чтобы перевести в американские галлоны |
| t | Продолжительность, в течение которой резервуар должен самостоятельно обеспечивать потребность | минуты | Используйте измеренную длительность пикового события, а не округленное приблизительное значение |
| C | Потребность в свободном воздухе | CFM | Учитывайте нагрузку при рабочем давлении, а не максимальное давление, указанное на заводской табличке |
| Па | Атмосферное давление | psia | 14,7 фунтов на квадратный дюйм при давлении на уровне моря, всегда в абсолютных значениях |
| P1 | Максимальное давление в баке | psia | Давление отключения компрессора |
| P2 | Минимальное допустимое давление | psia | Давление включения компрессора или минимальное давление, необходимое для работы инструмента |
Три момента имеют большее значение, чем сама арифметика:
- Па всегда прав. Используйте значение 14,7 psia на уровне моря. Если P1 и P2 введены как манометрическое давление, разность P1 – P2 остаётся неизменной, поэтому результат остаётся верным при условии, что Pa в числителе остаётся абсолютным.
- C — расход при заданном давлении. Такой показатель, как 4 CFM при 90 PSI, означает, что компрессор подает четыре кубических фута свободного воздуха в минуту, поддерживая давление 90 PSI в трубопроводе. Этот показатель служит отправной точкой для расчета мощности, однако фактическая потребность в воздухе во время проведения мероприятия обычно ниже, поскольку инструменты редко остаются в открытом положении непрерывно в течение целой минуты.
- Перепад давления определяет объем доступного хранилища. Именно разница между P1 и P2 обеспечивает доступ к накопленному воздуху. Узкий диапазон означает, что перед повторным наполнением компрессором можно извлечь лишь небольшую часть содержимого резервуара.
Пример с решением
Простой пример позволяет наглядно продемонстрировать эти вычисления. Для небольшого завода отправной точкой обычно служит общий Расчет мощности воздушного компрессора оценка, из которой и следует объем приемника.
Рассмотрим систему со средним расходом воздуха 20 кубических футов в минуту, отключением компрессора при давлении 175 фунтов на квадратный дюйм и минимальным допустимым давлением 90 фунтов на квадратный дюйм, причем пиковый спрос длится одну минуту. Переставим уравнение для нахождения объёма:
V = (t × C × Pa) / (P1 – P2)
V = (1 минута × 20 куб. футов в минуту × 14,7 фунтов на квадратный дюйм) / (175 – 90)
V = 294 / 85 = 3,46 кубических футов
Пересчет в галлоны: 3,46 × 7,48 = примерно 26 галлонов. Имеющийся в продаже резервуар объемом 30 галлонов с небольшим запасом вместимости вполне подойдет для данного случая.
Теперь рассмотрим случай, когда потребность превышает производительность компрессора. В системе установлен компрессор производительностью 40 CFM, работающий при давлении 110 PSIG, а для периодического технологического процесса требуется 50 SCFM при давлении 80 PSIG в течение пяти минут. Поскольку компрессор участвует в покрытии нагрузки, фактический дефицит равен C минус производительность компрессора:
V = (5 × (50 – 40) × 14,5) / (110 – 80)
V = 725 / 30 = 24,2 кубических футов, или примерно 181 галлон.
В обоих примерах используется одно и то же уравнение. Единственное отличие заключается в том, вычитается ли собственная производительность компрессора из потребности. Используйте простую форму, если событие достаточно короткое, чтобы компрессор не мог внести значимого вклада, и форму с учетом дефицита, если компрессор работает непрерывно во время события. На этом этапе часто требуется справочник по пересчёту единиц измерения, особенно когда объёмы резервуаров указываются в литрах, а не в галлонах, или когда номинальные характеристики компрессора приводятся в м³/мин; Руководство по пересчету единиц измерения для воздушных компрессоров содержит информацию об этих преобразованиях в одном месте.
Это уравнение основано на физическом принципе, который возник задолго до появления систем сжатого воздуха: обратная зависимость между давлением и объёмом газа при постоянной температуре, описываемая формулой Закон Бойля. Накопление воздуха под высоким давлением и его расширение в систему с более низким давлением — это и есть практическое применение данной взаимосвязи.
Недостаточный размер против избыточного: как определить размер вашего резервуара
Недостаточный размер воздушного резервуара проявляется скорее в его работе, чем в расчетах: частые запуски компрессора, заметные колебания давления и сбои в работе оборудования при каждом увеличении нагрузки. Избыточный размер воздушного резервуара приводит к нецелевому расходованию капитала и площади, а также может привести к тому, что воздух будет задерживаться в нем достаточно долго для образования конденсата. Обе эти проблемы можно устранить после выявления соответствующих признаков.
| Симптом | Недостаточный объём бака | Футболка свободного кроя |
| Количество запусков компрессора в час | Более 6 | Менее 2 |
| Давление в линии во время пиковых нагрузок | Резко падает | Стабильность, граничащая с избыточной стабильностью |
| Потребление энергии | Высокий уровень, характеризующийся убытками на начальном этапе | Более высокий исходный уровень из-за ненужного объема хранения |
| Управление конденсатом | Частые циклы слива | Более длительное время пребывания воды; риск коррозии в случае ненадлежащего обслуживания сливных труб |
| Капитал и пространство | Низкий | Высокий |
Наиболее наглядным показателем является частота запусков. Реле, при котором компрессор работает менее примерно 60 секунд за цикл при нормальной нагрузке, не выполняет свою функцию, а запуск агрегата более шести раз в час является явным признаком недостаточного запаса воздуха. Снижение числа пусков с десяти до четырёх в час позволяет значительно сократить затраты на электроэнергию для производства сжатого воздуха, поскольку каждый перезапуск в режиме холостого хода и каждое ускорение двигателя сопровождаются потерей эффективности, чего не происходит при непрерывной работе.
Для устранения дефицита не всегда требуется замена резервуара. Установка второго ресивера ниже по потоку зачастую обходится дешевле и одновременно повышает резервированность, а расширение диапазона давления или сокращение утечек и искусственного потребления в точке использования снижает объем хранения, фактически необходимый системе.
Вопросы безопасности и соблюдения нормативных требований
Приемный резервуар представляет собой сосуд под давлением, и требования к нему носят обязательный характер. Промышленные сосуды должны иметь сертификацию в соответствии с признанным стандартом для сосудов под давлением, таким как «Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением», раздел VIII, а также быть оснащены клапаном сброса давления с надлежащим сертифицированным номиналом, рабочим манометром и доступными сливными отверстиями. К числу распространенных причин выхода сосудов из строя относятся избыточное давление, коррозия и истончение стенок, растрескивание сварных швов, ненадлежащий ремонт и неисправность предохранительного клапана; все эти проблемы устраняются посредством периодических осмотров и тщательного технического обслуживания. Нормативные рекомендации по безопасности сосудов под давлением публикуются такими органами, как OSHA, при этом местные инспекционные органы зачастую устанавливают собственные установленные законом периодичности проведения испытаний.
Масса цистерны и конструктивная нагрузка
Объём определяет вес, а вес — возможность фактической установки. Вертикальный резервуар объёмом 1000 литров в пустом состоянии обычно весит от 200 до 400 кг, причём точная цифра увеличивается с ростом расчётного давления и толщины стенок; емкость объемом 1000 литров, рассчитанная на давление 10 бар, обычно весит от 250 до 360 кг, тогда как версия того же объема, рассчитанная на более высокое давление, может весить значительно больше.
Эта масса в пустом состоянии — лишь начало оценки конструкции. Если прибавить к ней вес воды и масла, конденсирующихся внутри, трубопроводов и клапанов, а также учитывать вибрацию и ударные нагрузки, общая масса может значительно превысить номинальную массу в пустом состоянии. Перед размещением заказа убедитесь, что пол или фундамент способны выдержать совокупную нагрузку, что маршрут подъема и высота просвета позволяют доставить резервуар на место установки, что вся внешняя поверхность доступна для осмотра, а сливные отверстия, датчики и предохранительные клапаны остаются доступными после монтажа. Дополнительный объём хранения не обязательно означает необходимость использования более крупного отдельного резервуара; Горизонтальные воздушные резервуары подходят для помещений с низкой высотой потолка и обеспечивают более удобный доступ для технического обслуживания, в то время как вертикальные резервуары занимают меньшую площадь пола.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли установить второй приемный бак вместо того, чтобы заменять имеющийся?
Да, и зачастую это более выгодный вариант. Подключение дополнительного резервуара ниже по потоку от основного увеличивает общий объём системы хранения, а его размещение рядом с рабочим местом с высоким потреблением позволяет снизить перепад давления, который в противном случае нарастал бы на длинном участке трубопровода. Второй резервуар должен иметь собственный слив и защиту от избыточного давления, а трубопровод между ними следует рассчитывать таким образом, чтобы он сам по себе не становился препятствием для потока. Преимущество такого решения по сравнению с заменой заключается в том, что существующий объём хранения сохраняется, и два резервуара могут обслуживать разные зоны завода.
Как высота над уровнем моря влияет на необходимый объём приёмного резервуара?
На больших высотах атмосферное давление Pa в формуле ниже, поэтому в резервуаре того же объема содержится меньше свободного воздуха, и для обеспечения эквивалентной производительности системе требуется резервуар большего объема. В качестве приблизительного расчета следует увеличивать рассчитанный объем примерно на три процента на каждые 1000 футов высоты над уровнем моря. На объектах, расположенных на высоте более 1500 метров, в формуле следует использовать фактическое местное атмосферное давление, а не значение по умолчанию для уровня моря, поскольку разница становится достаточно большой, чтобы существенно изменить размер резервуара.
Всегда ли более вместительный бак лучше с точки зрения энергоэффективности?
Нет. После того как циклическая работа компрессора прекращается, дополнительные накопительные резервуары практически не дают прироста эффективности и создают новые проблемы, в том числе дополнительные капитальные затраты, увеличение занимаемой площади и увеличение времени пребывания воздуха в резервуаре, что создает больше возможностей для накопления конденсата в случае несоблюдения требований к дренажу. Оптимальным объемом является минимальный объем, при котором циклическая работа компрессора происходит редко, а давление остается стабильным во время реальных пиковых нагрузок, с разумным запасом на будущий рост спроса, а не с неограниченным запасом.
