Какой мощности воздушный компрессор нужен для моего завода?

Полное руководство по подбору размеров

У руководителя завода, который заказывает воздушный компрессор мощностью 100 кВт, потому что “такова была номинальная мощность старого агрегата”, вероятность приобрести неподходящее оборудование составляет 50%. Старый компрессор, возможно, изначально был переразмерен — это частый результат, когда первоначальный проектировщик добавил запас 20% на расширение, монтажник добавил 10% на безопасность, а руководитель службы технического обслуживания добавил ещё 10%, поскольку более крупная мощность казалась более надёжной. В результате компрессор работает с нагрузкой 60%, расходуя электроэнергию на производство сжатого воздуха, который завод не использует, и тратя от $15 000 до $40 000 в год на ненужное энергопотребление. В противоположном крайнем случае завод, который добавляет производственные линии без переоценки своего снабжения сжатым воздухом, обнаруживает ошибку в расчете мощности, когда пневматические инструменты теряют крутящий момент, упаковочные машины дают сбой в подаче материала, а сигнализация давления срабатывает каждый раз, когда одновременно работают два крупных потребителя. Компрессор, рассчитанный на слишком малую мощность, обходится столь же дорого, как и переразмерный — не в плане затрат на электроэнергию, а в плане простоев производства, брака и капитальных затрат на экстренную замену.

Производительность заводского воздушного компрессора должна рассчитываться таким образом, чтобы обеспечить общий объем сжатого воздуха, необходимый для всех одновременно работающих потребителей, при самом высоком давлении, требуемом любым из них, с учетом запаса от 15% до 25% на случай утечек, будущего расширения производства и периодических пиковых нагрузок. Для типичного производственного предприятия малого или среднего размера это означает винтовой компрессор мощностью от 30 до 75 кВт, обеспечивающий подачу от 5 до 15 кубических метров в минуту при давлении от 7 до 10 бар для общепромышленного использования, а для более крупных заводов с несколькими производственными линиями — агрегаты мощностью от 132 до 250 кВт, обеспечивающие подачу от 20 до 45 кубических метров в минуту. Точная мощность определяется путем суммирования расхода в куб. футах в минуту (CFM) или м³/мин каждого пневматического инструмента, цилиндра, клапана и продувочного сопла, работающих одновременно, а затем пересчёта этого суммарного значения в потребляемую мощность компрессора, необходимую для подачи сжатого воздуха при заданном давлении. Универсального ответа нет — текстильная фабрика, автомобильная сборочная линия, предприятие по упаковке пищевых продуктов и механический цех имеют принципиально разные профили потребления сжатого воздуха, — но методология вычисления правильного ответа одинакова для любого завода.

Почему правильный подбор мощности промышленного воздушного компрессора имеет решающее значение

Правильно подобранный по мощности компрессор позволяет минимизировать совокупную стоимость владения за счет оптимального баланса между тремя факторами: капитальными затратами, затратами на электроэнергию в течение всего срока службы и производственными затратами, связанными с простоями из-за нехватки мощности. Компрессор, размер которого превышает необходимый, приводит к растрате энергии и капитала. Компрессор, размер которого меньше необходимого, приводит к потерям в производстве. В сумме эта разница составляет десятки или сотни тысяч долларов за десятилетний срок службы компрессора.

Стоимость выбора оборудования с запасом мощности

Компрессор, размер которого превышает пиковую потребность на 30%+, работает неэффективно. Винтовой компрессор мощностью 75 кВт с удельной мощностью 6,5 кВт/м³/мин при полной нагрузке может потреблять 8,5–9,0 кВт/м³/мин при нагрузке 50% в режиме управления нагрузкой/разгрузкой, поскольку двигатель потребляет 25–35% мощности при полной нагрузке в периоды разгрузки.

Рассмотрим завод с фактическим пиковым потреблением 9 м³/мин при давлении 7 бар, на котором вместо агрегата мощностью 55 кВт с номинальной производительностью 10 м³/мин устанавливается компрессор мощностью 90 кВт с номинальной производительностью 15 м³/мин. Переразмеренная установка работает при средней нагрузке 60% с эффективной удельной мощностью 8,0 кВт/м³/мин вместо 6,5. При более чем 6 000 часов работы в год при стоимости $0,10 за кВт·ч он потребляет на $7 200 больше электроэнергии в год. Кроме того, его покупка обошлась на $10 000–$15 000 дороже. Десятилетние затраты, связанные с избыточным размером: $82 000–$87 000 — примерно столько же, сколько стоит новый компрессор.

Безмасляный винтовой воздушный компрессор

Цена выбора оборудования меньшего размера

Недостаточная мощность компрессора приводит к перебоям в производстве. Когда спрос превышает предложение, давление в системе падает. При отклонении на 0,5 бар ниже заданного значения инструменты теряют крутящий момент и скорость. При отклонении на 1,0 бар ниже заданного значения цилиндры не могут завершить ход, клапаны не срабатывают, а автоматизированное оборудование выходит из строя. Затраты варьируются в зависимости от отрасли — $2 000 в час для упаковки пищевых продуктов, $5 000 в час — в автомобилестроении, $10 000 в час — в производстве полупроводников — и потери за один 8-часовой производственный день могут превысить экономию на электроэнергии от использования меньшего по мощности компрессора за десять лет.

Что такое CFM, PSI и кВт: три показателя, определяющие размер компрессора

Размер компрессора определяется тремя взаимосвязанными показателями: расходом (CFM или м³/мин), давлением (PSI или бар) и потребляемой мощностью (кВт или л.с.). Взаимосвязь между ними определяет удельную мощность компрессора — количество киловаттов, необходимое на один м³/мин при заданном давлении, — и именно этот показатель является самым важным в техническом паспорте компрессора для заводского заказчика.

Расход для потребителей суммируется. Три агрегата, потребляющие по 3 м³/мин каждый, требуют от компрессора подачи не менее 9 м³/мин. Удвоение расхода приводит к примерно двукратному увеличению мощности двигателя, необходимой при том же давлении.

Большинство общепромышленных систем работают при давлении 6–8 бар (90–115 PSI). Для специализированных технологических процессов, таких как выдув ПЭТ-бутылок, требуется давление 30–40 бар. Требуемое давление на предприятии определяется потребителем с самым высоким давлением, а не средним значением. Производительность компрессора снижается по мере увеличения давления на выходе: агрегат, рассчитанный на 10 м³/мин при давлении 7 бар, может обеспечивать производительность 9,2 м³/мин при давлении 8 бар и 8,5 м³/мин при давлении 10 бар. При расчёте мощности необходимо использовать расход при требуемом давлении, а не в точке оптимальной производительности. Необходимо учитывать перепад давления в трубопроводах, фильтрах и осушителях — для завода, где на инструменте требуется давление 6 бар при общем потере давления в системе 0,8 бар, компрессор должен обеспечивать давление не менее 6,8 бар, что обычно указывается как 7,5 бар.

Тип компрессораТипичная удельная мощность при давлении 7 барПример: агрегат мощностью 75 кВт обеспечивает примерно
Винтовой компрессор с масляной смазкой, с фиксированной скоростью6,0–7,0 кВт/м³/мин10,5–12,5 м³/мин
Винтовой компрессор с масляной смазкой, с частотно-регулируемым приводом (VSD)5,8–6,8 кВт/м³/мин11,0–13,0 м³/мин
Безмасляный винтовой компрессор с фиксированной скоростью6,5–7,5 кВт/м³/мин10,0–11,5 м³/мин
Поршень с масляной смазкой (поршневой)7,5–9,0 кВт/м³/мин8,3–10,0 м³/мин
Центробежные (диапазон мощности 300+ кВт)5,5–6,5 кВт/м³/мин11,5–13,6 м³/мин

Заводу, потребность которого составляет 15 м³/мин при давлении 7 бар, с удельной мощностью 6,5 кВт/м³/мин, требуется примерно 97,5 кВт — с округлением до номинальной мощности 90 кВт или 110 кВт.

Как рассчитать потребность вашего предприятия в сжатом воздухе

Расчет проводится в четыре этапа: инвентаризация всего пневматического оборудования; определение расхода воздуха для каждого элемента на основе технических характеристик, прямых измерений или отраслевых оценок; применение коэффициента рабочего цикла для прерывистого режима работы; и суммирование пиковой одновременной нагрузки.

Двухступенчатый воздушный компрессор-1

Шаг 1: Провести инвентаризацию всего пневматического оборудования

Пройдитесь по производственному цеху и составьте список: ручные пневматические инструменты (ударные гайковерты, угловые шлифовальные машины, шлифовальные машины, дрели, краскораспылители); стационарное пневматическое оборудование (станки с ЧПУ, роботы-манипуляторы, прессы, машины для розлива и укупорки); пневматические цилиндры и приводы; клапаны и элементы управления; оборудование для продувки и очистки (пневмопистолеты, форсунки, пневматические ножи); технологический воздух (перемешивание, барботирование, аэрация, транспортировка); а также утечки.

Шаг 2: Определение индивидуального расхода воздуха

Источники в порядке убывания достоверности: технические характеристики производителя, прямые измерения с помощью портативного расходомера или отраслевые оценки:

ОборудованиеТипичный расход воздухаРабочий цикл (типичный)
1/2-дюймовый ударный гайковерт0,1–0,2 м³/мин10–30%
Угловая шлифовальная машина (4 дюйма)0,3–0,5 м³/мин20–50%
Пневматическая дрель (3/8 дюйма)0,1–0,2 м³/мин10–30%
Краскораспылитель (HVLP)0,3–0,5 м³/мин30–60%
Пневматический цилиндр (внутренний диаметр 50 мм, ход 200 мм)0,002 м³ за ходЗависит от конкретного приложения
Сопло для продувки (3 мм)0,2–0,4 м³/мин10–50%
Пневматический мембранный насос (1 дюйм)0,5–1,5 м³/мин20–80%
Пневматический конвейер (за метр)0,5–1,0 м³/мин50–100%

Шаг 3: Задание рабочего цикла

Рабочий цикл — это доля времени, в течение которой оборудование фактически потребляет сжатый воздух. Шлифовальная машина, которая работает 15 минут из каждого часа, имеет рабочий цикл 25%. Продувочная форсунка, работающая непрерывно, имеет рабочий цикл 100%. Умножение потребления оборудования при полной нагрузке на его рабочий цикл даёт среднее потребление, которое является более реалистичным показателем для расчёта мощности, чем суммирование всех значений потребления при полной нагрузке.

Именно в расчете рабочего цикла зачастую возникают ошибки при определении мощности оборудования. Неопытный специалист по расчетам суммирует потребление каждого станка на заводе при полной нагрузке и получает значение спроса, которое в два-три раза превышает фактический пиковый расход. В результате устанавливается значительно переразмеренный компрессор, который работает неэффективно и растрачивает энергию на протяжении всего срока службы. Заводу с десятью шлифовальными станками, каждый из которых имеет номинальную производительность 0,4 м³/мин, не нужен компрессор, обеспечивающий подачу 4,0 м³/мин только для этих станков. Если шлифовальные станки используются 25% времени, и в среднем одновременно работают два, то потребность шлифовальных станков составляет в среднем 0,2 м³/мин и 0,8 м³/мин в пиковые моменты — одну пятую от наивного суммарного значения.

Шаг 4: Суммирование одновременного пикового спроса

Пиковый одновременный спрос — это максимальный расход воздуха, потребляемый заводом в любой момент времени в ходе нормальной эксплуатации. Он рассчитывается путем определения оборудования, которое может работать одновременно, и суммирования его расхода воздуха при рабочем цикле, действующем в пиковый период.

Для небольшого завода со следующим оборудованием:

ОборудованиеКоличествоПотребление на единицуЦикл работыЭффективное одновременное использованиеПиковая скорость выдоха
Ударные гайковерты40,15 м³/мин20%по 2 за раз0,30 м³/мин
Угловые шлифовальные машины30,40 м³/мин30%по 2 за раз0,80 м³/мин
Сбросные сопла50,25 м³/мин50%по 3 за раз0,75 м³/мин
Пневматические цилиндры80,05 м³/мин40%по 5 штук за раз0,25 м³/мин
Упаковочная машина11,50 м³/мин80%Непрерывный1,50 м³/мин
Общий пиковый спрос3,60 м³/мин
Допустимый уровень утечки (15%)3,60 м³/мин15%0,54 м³/мин
Будущее расширение (10%)3,60 м³/мин10%0,36 м³/мин
Общий расход при калибровке4,50 м³/мин

Компрессор, рассчитанный для данного завода с давлением на выходе 7 бар, представлял бы собой, примерно, винтовой компрессор с масляной смазкой мощностью 30 кВт. Такова методология в её самом базовом виде. Более крупным заводам со сложными технологическими процессами целесообразно провести исследование с регистрацией данных в течение одной–двух недель, чтобы зафиксировать фактическую динамику спроса, а не полагаться на расчётные рабочие циклы.

Один большой компрессор или несколько маленьких: выбор при проектировании системы

Один компрессор, рассчитанный на пиковую нагрузку, представляет собой самую простую конфигурацию с минимальными капитальными затратами, однако в ней отсутствует резервирование, а в периоды снижения нагрузки компрессор работает с низким КПД. Использование нескольких компрессоров меньшей мощности с главным секвенсором обходится на 15%–30% дороже при покупке и установке, но обеспечивает резервирование N+1 — это означает, что выход из строя одного компрессора не останавливает производство — а секвенсор включает и отключает компрессоры в зависимости от колебаний спроса, поддерживая работу каждого действующего агрегата в точке наибольшей эффективности. Для заводов с односменным режимом работы или сильно колеблющимся спросом использование нескольких компрессоров зачастую является конфигурацией с более низкой совокупной стоимостью владения, несмотря на более высокие капитальные затраты, поскольку экономия энергии при частичной нагрузке, достигаемая за счет работы одного небольшого компрессора на полной нагрузке вместо одного большого компрессора при нагрузке 40%, с лихвой окупает разницу в цене в течение трех–пяти лет.

Конфигурация с одним компрессором

Один компрессор, рассчитанный на пиковую нагрузку завода, является правильным выбором в следующих случаях:

  • Пиковый и средний спрос практически не отличаются друг от друга — их разница составляет не более 20% — что означает, что компрессор работает с высоким коэффициентом загрузки в течение большей части времени
  • Завод работает в одну или две смены, при этом объемы производства остаются относительно стабильными
  • Капитальный бюджет ограничен, и избыточность не является критичной
  • Завод может допустить остановку производства на срок от 1 до 3 дней для проведения капитального ремонта компрессора
Преимущества однокомпрессорных системНедостатки однокомпрессорных систем
Минимальные затраты на покупку и установкуОтсутствие резервирования — один сбой приводит к остановке производства
Самый простой график технического обслуживанияНизкая эффективность при частичной нагрузке в случае колебаний спроса
Минимальная занимаемая площадьТребуется воздушный резервуар большего объёма для переходных нагрузок
Единый центр управления и мониторингаТехническая остановка требует полной остановки производства

Конфигурация с несколькими компрессорами

Использование двух или более компрессоров, работающих последовательно, как правило, под управлением центрального контроллера, является правильным выбором в следующих случаях:

  • Спрос значительно колеблется — более чем на 30% — между сменами или между производственными днями
  • Завод работает круглосуточно и не может позволить себе простои в производстве
  • Пиковый спрос превышает 200 кВт, при этом транспортировка, монтаж и техническое обслуживание одного компрессора становятся сложными с логистической точки зрения
  • Завод планирует постепенно наращивать производственные мощности и намерен синхронизировать увеличение количества компрессоров с ростом спроса

Распространенной эффективной конфигурацией является один компрессор основной нагрузки, рассчитанный на пиковую нагрузку от 60% до 70%, плюс один вспомогательный компрессор — в идеале с приводом с регулируемой скоростью — который обрабатывает оставшиеся 30%–40% и адаптируется к колебаниям нагрузки. Такая конфигурация обеспечивает практически всю гибкость системы с несколькими компрессорами при капитальных затратах, составляющих примерно 70% от стоимости полноценной системы N+1 с несколькими агрегатами одинаковой мощности.

Для предприятий, занимающихся оценкой покупка компрессора, решение о конфигурации системы следует принять до запроса предложений, поскольку разница в цене между предложением на одно устройство и предложением на несколько устройств достаточно велика, чтобы повлиять на бюджет закупки.

Подбор типа компрессора в соответствии с заводским назначением

Выбор типа компрессора — поршневого, винтового с масляной смазкой, винтового безмасляного, центробежного или спирального — определяется четырьмя факторами: требованиями завода к качеству сжатого воздуха, суточным количеством часов работы, диапазоном расхода и бюджетом как на приобретение, так и на техническое обслуживание. Поршневые компрессоры являются наиболее экономичным вариантом для применений с низким коэффициентом загрузки мощности (менее 20 кВт). Винтовые компрессоры с масляной смазкой преобладают в диапазоне мощностей от 15 до 300 кВт для общепромышленного производства. Безмасляные ротационные винтовые компрессоры используются в том же диапазоне мощностей в условиях эксплуатации, требующих воздуха, свободного от примесей. Центробежные компрессоры являются наиболее эффективным вариантом при мощностях свыше 300 кВт для непрерывной эксплуатации. Выбор типа компрессора должен определяться профилем эксплуатации предприятия, а не рекламной брошюрой производителя.

Сопоставление приложения и типа

Тип заводаТипичные требования к расходуРекомендуемый тип компрессораОсновные соображения
Небольшая мастерская, периодическое использование0,5–3 м³/минПоршень (взвесно-подвижный)Низкая стоимость приобретения, высокий уровень шума, ограниченный рабочий цикл
Автосервис2–5 м³/минПоршневой или малогабаритный винтовойУмеренная интенсивность эксплуатации, использование различных инструментов
Общий механический цех3–8 м³/минВинтовой компрессор с масляной смазкойНеизменное в течение смен, умеренное качество воздуха
Металлообработка5–15 м³/минВинтовой компрессор с масляной смазкойВысокая периодическая нагрузка со стороны шлифовальных машин и инструментов
Упаковка и переработка пищевых продуктов5–20 м³/минВращающийся винт без маслаПродукт вступает в контакт с воздухом, загрязнение недопустимо
Фармацевтическое производство8–30 м³/минВращающийся винт без маслаНормативные стандарты качества воздуха
Сборка автомобилей15–50 м³/минВинтовой компрессор с масляной смазкой или безмасляныйВысокий постоянный спрос, некоторое количество критически важного воздуха
Текстильная фабрика20–60 м³/минВинтовой компрессор с масляной смазкойВысокий постоянный спрос, умеренное качество воздуха
Крупное химическое предприятие / нефтеперерабатывающий завод50–200+ м³/минЦентробежныйОчень высокий постоянный спрос, значительный капитальный бюджет

Сайт винтовой компрессор является стандартным выбором для большинства предприятий в диапазоне производительности от 5 до 200 м³/мин, поскольку обеспечивает оптимальный баланс между стоимостью приобретения, энергоэффективностью, простотой обслуживания и надежностью в широком диапазоне условий эксплуатации. Для предприятий, которым требуется более глубокое понимание типы промышленных компрессоров Прежде чем принять решение, анализ всех доступных технологий с учетом их преимуществ и ограничений позволяет обеспечить правильное соответствие между потребностями предприятия и возможностями компрессора.

простой воздушный компрессор

Особенности определения размеров с учетом специфики отрасли

В разных отраслях промышленности наблюдаются разные особенности потребления сжатого воздуха, и при расчете мощности необходимо учитывать эти различия:

Пищевая промышленность и производство напитков. Воздух, контактирующий с продукцией, должен быть обезжиренным и отфильтрованным для удаления частиц и микроорганизмов. Система подачи воздуха часто подразделяется на два уровня давления: высокое давление для пневматических систем управления и приводов, а также низкое давление для операций, связанных с контактом с продукцией. На долю осушителей и фильтров приходится большая часть общей стоимости системы, чем в общепромышленном производстве.

Металлообработка. Спрос носит прерывистый характер и достигает пиковых значений, что обусловлено одновременным использованием нескольких пневматических инструментов и циклической работой станков с ЧПУ. Характер нагрузки сильно колеблется, поэтому более эффективным выбором станет компрессор с частотно-регулируемым приводом (VSD) или система из нескольких компрессоров. Требования к качеству сжатого воздуха являются умеренными.

Текстильная промышленность. Спрос на воздух постоянный и значительный, что обусловлено использованием пневматических ткацких станков, прядильных машин и пневматических конвейеров. Воздух должен быть сухим, чтобы предотвратить повреждение волокон и тканей под воздействием влаги, что делает осушитель сжатого воздуха необходимо. Характеристика нагрузки имеет ровный ход, что делает предпочтительным использование крупных компрессоров с фиксированной скоростью, обладающих высоким КПД при полной нагрузке.

Электроника и полупроводниковая промышленность. Требования к качеству воздуха в этой отрасли являются самыми строгими по сравнению с любыми другими отраслями. Стандартными являются безмасляная компрессия, адсорбционная сушка с точкой росы до -40 градусов по Цельсию и фильтрация для удаления частиц размером менее 0,01 микрона. Стоимость компрессора составляет лишь небольшую долю от общей стоимости системы сжатого воздуха, и для обеспечения надежности часто используются компрессоры с запасом мощности.

Роль воздушных накопительных баков при расчете параметров системы

Воздушный накопительный резервуар служит для хранения сжатого воздуха между компрессором и распределительной системой, снижая пиковые потребности в расходе за счет сглаживания кратковременных скачков нагрузки и сокращения числа циклов работы компрессора. Накопительный резервуар, подобранный по размеру, может снизить требуемую производительность компрессора на 10–20%.

Тип управления компрессоромРекомендуемая громкость ресивераЦель
Загрузка/разгрузка (с фиксированной скоростью)10–15 л на л/сПредотвращает частые включения-выключения, сглаживает пики нагрузки
Привод с регулируемой скоростью (VSD)5–8 л на л/сГасит только переходные процессы давления
Несколько компрессоров с секвенсором5–10 л на л/сБуферизация на системном уровне
Поршневой компрессор15–25 л на л/сСглаживает пульсирующий выходной сигнал, предотвращает короткие циклы работы

Резервуар сокращает количество циклов работы компрессора, обеспечивая запас сжатого воздуха, из которого система может черпать воздух в диапазоне между верхним и нижним заданными значениями давления. Компрессор с режимом нагрузки/разгрузки и небольшим резервуаром переключается между режимами нагрузки и разгрузки каждые несколько секунд, что приводит к перегреву двигателя и преждевременному износу воздушного блока. Более вместительный ресивер увеличивает продолжительность цикла, снижает количество пусков в час и продлевает срок службы компрессора.

Для предприятий, занимающихся оценкой Расчет объема воздушного резервуара, размер резервуара должен быть достаточно большим, чтобы компрессор работал в перерывах между циклами не менее 30–60 секунд, что дает двигателю время на охлаждение между запусками. Это требование зачастую в большей степени определяет размер резервуара, чем необходимость в буферизации спроса.

Расположение приемника и перепад давления

Приемник следует размещать как можно ближе к выпускному патрубку компрессора, перед осушителем и фильтрами. Такое расположение преследует две цели: оно позволяет ресиверу выступать в качестве гасителя пульсаций, сглаживающего поток нагнетаемого компрессором воздуха перед его поступлением в осушитель, а также обеспечивает объем влажного горячего воздуха, из которого влага может конденсироваться и слиться до того, как воздух достигнет осушителя, что снижает нагрузку на осушитель по влаге.

Вторичный ресивер, расположенный рядом с крупным потребителем с прерывистым режимом работы — например, пневматическим прессом, потребляющим 5 м³/мин в течение 3 секунд каждые 30 секунд, — может предотвратить падение давления, которое в противном случае вызвал бы этот потребитель в основной распределительной системе. Размеры вторичного ресивера рассчитываются исходя из объема потребления потребителя и допустимого падения давления; он изолирует периодическую нагрузку от остальной части системы.

Безмасляные винтовые компрессоры серии VW

Распространенные ошибки при определении размеров, которые обходятся фабрикам в деньги

Самая дорогостоящая ошибка при подборе компрессора — это его покупка на основании номинальных характеристик двигателя старого компрессора без измерения фактической потребности предприятия. Вторая по стоимости ошибка заключается в добавлении чрезмерного запаса на каждом этапе процесса подбора: инженер добавляет 20%, руководитель проекта добавляет 10%, а специалист по закупкам округляет до ближайшего стандартного размера — в результате компрессор оказывается переразмеренным на величину от 30% до 50%. Третьей по стоимости ошибкой является игнорирование утечек, на долю которых обычно приходится от 15% до 30% потребности завода в сжатом воздухе и которые невозможно устранить ни при каком переразмере компрессора; правильным решением проблемы утечек является программа устранения утечек, а не установка более мощного компрессора.

Проблема накопления маржи

ЧеловекДобавленная маржаНакопленное превышение допустимых размеров
Инженер-технолог, занимающийся расчетом потребности+15%15%
Проверка, проводимая инженерным менеджером+15%32%
Округление закупок до стандартного размера+10%46%
Установщик выбирает следующий размер “на всякий случай”+10%60%

Компрессор, рассчитанный на мощность 60%, превышающую фактическую потребность, работает при средней нагрузке ~63% с ухудшенной удельной мощностью. Десятилетний перерасход для агрегата класса 75 кВт: $50 000–$80 000. Решение: назначить одного ответственного специалиста, рассчитывать размеры оборудования на основе измеренных данных с единственным запасом в 15–20% и отказываться от дополнительных запасов без документально подтверждённого обоснования.

«Слепое пятно» утечки

На предприятии, где не внедрена система контроля утечек, потери сжатого воздуха из-за утечек обычно составляют 20–30% — эти утечки происходят круглосуточно, приводя к потреблению электроэнергии на сжатие воздуха, который так и не доходит до места использования. Компрессор мощностью 75 кВт, работающий 6 000 часов при стоимости электроэнергии $0,10 за кВт·ч, обходится примерно в $45 000 в год. При утечке 25% это составляет $11 250 в год. Ультразвуковой детектор стоит от $500 до $2 000, а обследование всего предприятия — от $2 000 до $5 000; обе инвестиции окупаются за 2–6 месяцев. Подбирайте компрессор с учётом расчётной нагрузки, а программа ремонта должна снизить фактическую нагрузку до расчётного значения.

Вакуумные насосы

Когда следует обратиться к специалисту для проведения аудита систем сжатого воздуха

Аудит системы сжатого воздуха, проводимый сертифицированным специалистом, позволяет получить точные данные, благодаря которым выбор размера компрессора превращается из приблизительной оценки в инженерный расчет. В ходе аудита в течение 7–14 дней измеряются расход, давление, потребляемая мощность и точка росы в нескольких точках системы, что позволяет сформировать набор данных, раскрывающий фактическую кривую нагрузки предприятия, перепады давления в распределительной системе, уровень утечек и эффективность существующего оборудования. Стоимость аудита составляет от $5 000 до $15 000, а выявленная экономия энергии составляет от 20% до 40% годовых затрат на электроэнергию для сжатого воздуха. Для завода, тратящего $45 000 в год на электроэнергию для сжатого воздуха, аудит окупается в течение 3–8 месяцев за счет одного только выявленного потенциала экономии. Данные по расчету мощности, полученные в ходе аудита, являются дополнительным преимуществом, которое делает инвестицию оправданной, даже если оборудование не будет заменено.

Когда проведение аудита является обоснованным

Аудит систем сжатого воздуха оправдывает свои затраты в следующих ситуациях:

  • Завод проводит замену основного компрессора, и стоимость нового компрессора превысит $30 000. При такой цене затраты, связанные с ошибкой в расчете мощности, превышают затраты на аудит.
  • Потребность завода в сжатом воздухе изменилась — было установлено новое оборудование, старое выведено из эксплуатации, изменился график смен — и никто не знает, какова фактическая потребность на данный момент.
  • Счета за электроэнергию, потребляемую на производство сжатого воздуха, кажутся высокими, но никто пока не определил, какая сумма была бы “разумной”.
  • Предприятие рассматривает возможность установки компрессора с частотно-регулируемым приводом (VSD) и нуждается в данных о профиле нагрузки, чтобы определить, окупится ли надбавка за VSD.
  • Производство на заводе было нарушено из-за эпизодов пониженного давления, и причина этого явления остается неясной — возможно, компрессор имеет недостаточную мощность, либо причиной локального падения давления является сужение трубопровода или засорение фильтра?

Для сжатый воздух для производства В тех сферах, где производство зависит от надежной подачи воздуха, аудит служит своего рода страховкой от затрат, связанных с неправильным подбором мощности. Затраты, связанные с компрессором неправильной мощности — в виде потерь энергии, простоев производства или и того, и другого — исчисляются десятками тысяч долларов в год. Стоимость аудита составляет лишь небольшую часть годовых потерь.

Результаты аудита

Профессиональный отчет по аудиту систем сжатого воздуха включает:

  • График профиля спроса, отражающий зависимость расхода от времени в течение периода измерения, с пометками о сменах, перерывах и известных событиях с пиковым спросом
  • Профиль давления, отражающий давление на выходе компрессора и в каждой точке потребления, с указанием мест и величин падений давления
  • Измерение нагрузки, связанной с утечками, в период, когда производство не ведётся и все целевые потребители отключены, с целью количественной оценки интенсивности утечек и выявления наиболее значительных утечек
  • Анализ мощности и энергопотребления, показывающий общее потребление энергии и удельную мощность в каждой точке нагрузки
  • Измерение качества воздуха с указанием точки росы, уровня содержания твердых частиц и содержания масла в критических точках
  • Список рекомендаций, упорядоченный по приоритетности, с указанием ориентировочной стоимости и экономии по каждой мере, от мер с самой быстрой окупаемостью до мер с самой длительной окупаемостью

Профиль спроса, полученный в результате аудита, является исчерпывающим ответом на вопрос: “Какой мощности компрессор нужен моему предприятию?”. Он заменяет приблизительные оценки реальными данными и позволяет с уверенностью потратить от $30 000 до $150 000 на приобретение компрессора, зная, что его мощность подобрана правильно.

Встроенный компактный винтовой воздушный компрессор

Заключение

Правильная мощность заводского воздушного компрессора — это мощность, обеспечивающая покрытие пиковой одновременной потребности всех потребителей сжатого воздуха с добавлением запаса в размере от 15% до 20% на случай утечек и расширения, при самом высоком давлении, требуемом любым потребителем, плюс падение давления в распределительной системе. Для расчёта этого значения необходим систематический подход: необходимо провести инвентаризацию всего пневматического оборудования на предприятии, определить его расход сжатого воздуха при рабочем давлении, применить реалистичный рабочий цикл, суммировать пиковые одновременные нагрузки, добавить единый запас и пересчитать требуемый расход и давление в модель компрессора и мощность двигателя.

Этот процесс несложен, но требует дисциплины. Дисциплины, позволяющей измерять, а не оценивать на глаз. Дисциплины, позволяющей устоять перед соблазном добавлять “еще чуть-чуть” запаса на каждом этапе. Дисциплины, позволяющей устранить утечки, прежде чем покупать компрессор большей мощности. Дисциплины, позволяющей инвестировать в аудит, когда это оправдано с точки зрения рисков. Завод, следующий этому процессу, приобретёт компрессор, соответствующий его потребностям, который будет эффективно работать в течение всего срока службы и обойдётся с минимально возможными затратами на покупку, установку, эксплуатацию и техническое обслуживание. Завод, который пропускает этот процесс и полагается на догадки, скорее всего, ошибётся — и будет расплачиваться за эту ошибку в каждом счёте за электроэнергию в течение следующих десяти лет.

Часто задаваемые вопросы

В чём заключается разница между показателями CFM и SCFM при подборе воздушного компрессора?

CFM (кубические футы в минуту) — это расход при фактических условиях всасывания компрессора — температуре, давлении и влажности воздуха, поступающего в компрессор. SCFM (стандартные кубические футы в минуту) — это расход, скорректированный с учетом стандартных условий, как правило, при абсолютном давлении 1 бар, температуре 20 градусов Цельсия и относительной влажности 0%. При сравнении компрессоров разных производителей всегда используйте показатели SCFM или FAD (производительность в свободном воздухе) в соответствии с ISO 1217, чтобы обеспечить сопоставимость результатов. Компрессор с номинальной производительностью 100 CFM при условиях всасывания на большой высоте над уровнем моря может обеспечивать меньший массовый расход, чем компрессор с номинальной производительностью 95 SCFM при стандартных условиях.

Можно ли определить необходимую мощность компрессора, сложив номинальные значения мощности в лошадиных силах (HP) всех моих пневматических инструментов?

Нет. Номинальная мощность пневматического инструмента в лошадиных силах (HP) характеризует его механическую выходную мощность, а не расход сжатого воздуха. Два разных пневмомотора мощностью 1 HP могут иметь совершенно разные показатели расхода воздуха в зависимости от их КПД. Всегда ориентируйтесь на указанные производителем показатели расхода сжатого воздуха в кубических футах в минуту (CFM) или кубических метрах в минуту (м³/мин) при рабочем давлении, а не на номинальную мощность инструмента в лошадиных силах. Если данные о расходе сжатого воздуха отсутствуют, измерьте его с помощью расходомера или воспользуйтесь данными производителя для сопоставимого инструмента известного бренда.

Как высота над уровнем моря влияет на расчет мощности компрессора?

С ростом высоты над уровнем моря масса воздуха, поступающего в компрессор на каждый кубический метр всасываемого объема, уменьшается, поскольку плотность воздуха снижается с ростом высоты. Компрессор, установленный на высоте 2 000 метров, всасывает примерно на 20% меньше массы воздуха на единицу объема всасывания, чем такой же компрессор на уровне моря, и, следовательно, обеспечивает примерно на 20% меньший массовый расход сжатого воздуха. Номинальный показатель FAD компрессора при стандартных условиях уже учитывает этот фактор, однако предприятие, расположенное на большой высоте, должно выбирать компрессор с учетом массового расхода или показателя FAD при стандартных условиях, чтобы избежать ловушки снижения номинальной мощности на высоте. Кроме того, компрессоры с воздушным охлаждением теряют охлаждающую способность на высоте, поэтому предельное значение температуры окружающей среды может быть ниже, чем предусмотрено спецификацией для уровня моря.

Изображение John Yang
Джон Янг

Контент-писатель с более чем 10-летним опытом работы в индустрии воздушных компрессоров, специализирующийся на промышленных компрессорных системах и технической документации B2B.

Умеет превращать сложные технические спецификации и реальные сценарии применения в понятный, ориентированный на принятие решений контент блога, включая подробные руководства и статьи о знаниях в отрасли, для промышленных покупателей.

Поделиться:
Оглавление
Теги Блоги
EternelComp

Основанная в 1985 году и расположенная в Наньчане, Китай, компания является ведущим производителем воздушных компрессоров, специализирующимся на решениях для систем сжатого воздуха. 

Отправьте нам запрос

Имя

EternelComp

Ваш лучший выбор для настраиваемых высококачественных воздушных компрессоров
Прокрутить вверх

Получить расценки