Воздух, как источник энергии
by asobezhru2 on 01, DEC 2008
Воздух, как источник энергии.
Сжатый воздух как энергоноситель имеет достаточно широкое применение во многих сферах: химической, пищевой, кондитерской, агро - промышленности, производстве напитков, бумажной, полиграфической промышленности, производстве тары и упаковки, в строительстве, металлообработке, стекольном, мебельном, оконном производстве, деревообработке - список можно продолжать бесконечно. Для сжатия воздуха и других газов используются компрессорное оборудование.
Компрессор — устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры поршневые, винтовые (ротационные), центробежные, осевые и струйные. В настоящее время в промышленности наиболее распространены поршневые и винтовые (ротационные) компрессоры.
В целом, как свидетельствует статистика, объем местного рынка компрессоров прямо пропорционален индустриализации страны или региона, а его рост – темпам обновления парка оборудования, то есть модернизации и расширению производства. Именно эти факторы определяют спрос на компрессорное оборудование в Украине: как только предприятия получают возможность закупать новую технику – они это делают. Спрос на компрессоры примерно постоянный и растет с каждым годом из-за того, что большинство компрессоров морально и физически устарели и потому нуждаются в обновлении.
Типы компрессоров
Компрессоры подразделяются в зависимости от сжимаемого газа. Воздушные компрессоры используются для сжатия воздуха. Для работы с другими газами применяются газовые, а также специальные компрессоры. Углекислотные компрессоры используются для получения жидкой или твёрдой углекислоты, холодильные компрессоры сжимают аммиак, фреоны, другие хладагенты, и используются в холодильниках.
Что касается классификации по принципу действия, то сейчас наиболее распространены поршневые компрессоры, винтовые компрессоры - объемные типы компрессоров и турбокомпрессоры - динамические по способу действия. Компрессоры также различаются по конструктивному решению (стационарные и передвижные), по техническому исполнению (маслозаполненные и безмаслянные-сухие), по степени сжатия и очистки воздуха, по наличию дополнительного оборудования для подготовки воздуха (очистки, осушения и охлаждения), по наличию или отсутствию встроенного ресивера.
Поршневые компрессоры
Общее описание
Основные части поршневого компрессора - рабочий цилиндр и поршень, в крышке цилиндра расположены всасывающий и нагнетательный клапаны. Как и в других поршневых механизмов, для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессорах имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом.
Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.
В поршневых и винтовых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности по верхнему и нижнему пределу (верхний предел-давление при котором подается команда на отключение Эл. двигателя: Нижний предел - это давление, при котором происходит запуск Эл. двигателя) Количество включений-выключений зависит от расхода сжатого газа (воздуха) для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них — прерывистым включением, т.е. при падении давления до уровня нижнего предела в ресивере (в системе) компрессор включается и отключается (винтовик переходит в режим холостого хода) при достижении установленного верхнего предела до следующего включения.
Причины предпочтения
Поршневые компрессоры являются самыми распространенными в странах СНГ, среди установленных компрессоров с производительностью до 100 м3/мин. В советское время производилось два типа компрессоров: мощные центробежные (как правило, многоступенчатые и дающих небольшое давление) для больших предприятий с потреблением сжатого воздуха, более 100 м3/мин и поршневые – для остальных сфер применения. Основными аргументом в пользу последних являлась их дешевизна, простота производства, высокая ремонтопригодность. При своевременном обслуживании, поршневой компрессор - практически "вечная" машина. Во время технического обслуживания, "внутренности" промышленного поршневого компрессора обновляются, и единственная часть, которая обычно не заменяется - это несущая рама. В общем можно сказать, что существует некая «инерция» использования поршневых компрессоров, у которых раньше просто не было альтернативы. Сейчас ситуация несколько изменилась, все больше предприятий переходят на более производительную винтовую технику которую
мы рассмотрим далее.
Недостатки
Основной недостаток поршневых компрессоров – частое техобслуживание, требующее квалифицированного персонала и высокие энергозатраты (например, если постоянная потребность производства составляет 1100 л/мин то, поршневая машина, которая обеспечит этот расход, будет иметь двигатель 15 кВт, а винтовик будет иметь двигатель 7,5 кВт). Межсервисный интервал поршневого компрессора не превышает 500 рабочих часов. В результате нормальная ситуация для промышленных предприятий, использующих поршневые компрессоры и по сей день - когда на один работающий поршневой компрессор приходится один (или несколько) резервный или (и) находящийся в состоянии ремонта поршневой компрессор. Несколько человек требуется также для обслуживания компрессора, точнее, компрессоров – из-за малого межсервисного интервала (до 500 рабочих часов) обычной является ситуация когда на каждый работающий на предприятии компрессор приходится один резервный.
Другой недостаток – высокий уровень шума и вибрации. Поэтому на промышленных предприятиях компрессоры производительностью 3 и более м3/мин устанавливаются на фундаментах в специальных помещениях – компрессорных, с чем связаны дополнительные затраты на строительство, проведение разветвленных пневмосетей, в которых теряется и охлаждается сжатый воздух, что приводит к снижению его давления.
Достоинства
Специалисты отмечают, что поршневые компрессоры по своим характеристикам предпочтительнее компрессоров других типов в следующих случаях:
- когда требуется невысокая производительность, при которой они превосходят винтовые;
- когда существуют большие перепады в потреблении сжатого воздуха. Промышленные поршневые компрессоры хорошо работают в повторно-кратковременном режиме, обеспечивая большую экономию по сравнению с винтовыми;
- когда компрессор эксплуатируется в неблагоприятных условиях: при использовании в установках расфасовки цемента, на угольных складах или мельницах для помола зерна, либо при больших колебаниях температуры и т. д. В таких условиях поршневые компрессоры обеспечивают более длительный срок службы и требуют меньших затрат на обслуживание.
- когда компрессоры используются для сжатия агрессивных газов и т. д.
Сказанное можно подытожить следующим образом: для случаев, когда требуется небольшая (до 200 л/мин) производительность и высокое (выше 20-30 атмосфер) давление, поршневые компрессоры эффективнее и гораздо дешевле, чем компрессоры других технологий сжатия за исключением турбокомпрессоров, которые эффективны при больших потребностях в сжатом воздухе.
Данная технология используется для сжатия воздуха на протяжении уже двух столетий, в силу относительной простоты её технической реализации. По этой же причине поршневые компрессоры были основным, и до недавнего времени единственным типом воздушных компрессоров (за исключением центробежных производительностью от 100 м3/мин) производимых в СССР. Основными достоинствами поршневых компрессоров являются их заметная дешевизна по сравнению с компрессорами других типов, относительная простота производства, высокая ремонтопригодность. При своевременном обслуживании, поршневой компрессор - практически "вечная" машина.
Производители
На украинском рынке помимо отечественных производителей также широко представлены и импортные компрессоры, в том числе ближнего зарубежья. Например: Balma, Fiac, Remeza, Мелком и т.д.
Винтовые компрессоры
Общее описание
Винтовые компрессоры отличаются от традиционного поршневого принципом работы: если в поршневом компрессоре происходит ударное сжатие воздуха, то винтовой компрессор нагнетает воздух плавно, посредством винтовой пары. Винтовая пара засасывает воздух, вращаясь в масляной ванне, что обеспечивает практически полное отсутствие трения, дополнительное масляное уплотнение, гарантирующее герметичность системы, а также эффективный теплоотвод от рабочей зоны. В результате - высокий КПД(~92%) и незначительное превышение температуры (на 10-15С) сжатого воздуха по сравнению с температурой на входе. Высокие эксплутационные характеристики и эффективная система масляного охлаждения обеспечивают круглосуточный режим работы винтового компрессора при оптимальной температуре. При этом система маслоотделения, предусмотренная в стандартной комплектации винтовых компрессоров, обеспечивает содержание масла на выходе всего от 1 до 3 мг/м3.
Винтовые компрессоры могут быть особенно интересны предприятиям, которые по соображениям экономии энергии решили отказаться от централизованной модели снабжения производства сжатым воздухом. Благодаря низкому уровню шума и возможности установки без фундамента винтовые компрессоры могут устанавливаться в непосредственной близости от производств, требующих сжатого воздуха. Это позволяет экономить значительные средства на строительстве и избегать потерь воздуха в пневматических сетях. Кроме того, децентрализация снабжения сжатым воздухом позволяет включать только то компрессорное оборудование, работа которого необходима в данный момент (к примеру, для работы одного станка нет нужды запускать огромную централизованную компрессорную станцию).
Достоинства
По сравнению с поршневыми, винтовые компрессоры обладают целым рядом преимуществ:
- имеют низкий уровень шума и вибрации, малые габариты и вес и могут устанавливаться непосредственно в цехах, где потребляется воздух,
- не требуют для этого специального фундамента;
- практически не имеют расхода масла (2-3 мгр/куб. м), в отличие от крупных поршневых компрессоров с лубрикаторной смазкой, а поэтому производят значительно более чистый воздух, что позволяет использовать их для питания самого современного пневмооборудования;
- оснащены автоматической системой управления и контроля работоспособности, а потому безопасны, не требуют наблюдения за их работой, обладают большой надежностью, способны на длительную работу без обслуживания;
- воздушное охлаждение винтовых компрессоров позволяет отказаться от громоздкой системы оборотного водоснабжения (градирня), а кроме того, дает возможность вторичного использования выделяемого в результате работы компрессора тепла, например для обогрева помещений в зимнее время.
- период безремонтного пробега для винтовых компрессоров на порядок дольше, чем для стандартных поршневых компрессоров;
- винтовые компрессоры не нуждаются в специально обученном персонале, который постоянно следил бы и обслуживал бы их;
- винтовой блок в компрессорах имеет минимальную шумность и вибрацию;
винтовой компрессор полностью автоматизирован;
- сжатый воздух на выходе из компрессора имеет минимальное остаточное содержание масла.
- винтовые более экономичны, потребляют меньше электроэнергии (см. выше)
- возможность непрерывной работы 24 часа в сутки
- значительно больший (в 2-3 раза) ресурс работы
Главным же достоинством является экономность: исследования показывают, что на производствах в среднем используется только 50-80% мощности компрессора. В этих случаях типовой винтовой компрессор работает в режиме «нагрузка-холостой ход», а старый поршневой компрессор выбрасывает избытки произведенного воздуха через клапан в атмосферу, т.е. деньги за потребляемую электроэнергию вылетают «в трубу».
Причины предпочтения
Традиционно использующиеся на отечественных промышленных предприятиях поршневые компрессоры в последнее время вытесняются своим более совершенным винтовым компрессорам. Замена компрессорного оборудования, - процесс трудоёмкий и дорогостоящий, тем не менее, многие предприятия идут на дополнительные расходы ради замены поршневого компрессорного оборудования на винтовые аналоги. Что побуждает их к этому?
Возможность работы с меньшими энергозатратами, меньшим шумом, получать на выходе более чистый воздух, возможность работать без остановок, минимум времени требуемого на ежедневное и плановое обслуживание компрессора.
Благодаря этим факторам появление винтовых маслозаполненных малошумных компрессоров вытеснило в промышленно развитых странах поршневые компрессоры в диапазоне производительностей от 1 до 100 куб.м./мин из области обеспечения производств сжатым воздухом с давлением до 15 атмосфер. В советское время винтовые компрессоры в то время не рассматривались как серьезная альтернатива поршневым компрессорам, в силу технологической сложности производства первых и ориентирования экономики на обслуживание компрессорной техникой предприятий-гигантов, с потреблением сжатого воздуха, значительно превосходящим 100м3/мин. Этим объясняется неразвитость этой технологии.
Производители
В связи с этим на украинском рынке в основном представлены винтовые компрессоры ведущих мировых производителей KAESER, группа компаний Atlas Copco и Dalgakiran.
Учитывая, что технологии производства винтовой техники достаточно «накатанная», наиболее оптимальный выбор производитель с лучшим соотношением цена/качество и широким ассортиментом производимой продукции.
Отдельно хотелось бы выделить компрессоры с частотным преобразователем.
Эти машины подстраиваются под потребности производства, плавно и в тоже время быстро выдают производительность и давление небходимое в данный момент, а самое главное потребляют при этом Эл. энергии, сколько для этого необходимо.
Кривая графика расхода сжатого воздуха большинства производственных установок колеблется в зависимости от времени суток, дней недели или периодов экономического цикла.
Обычные компрессоры не могут точно отслеживать колебания потребности в сжатом воздухе.
Разработаны компрессоры с переменной скоростью привода, производительность которых может точно совпадать с расходом сжатого воздуха.
Такие компрессоры способны точно отслеживать колебания расхода, изменяя скорость вращения приводного электродвигателя. Это главная особенность таких компрессоров. Они уменьшают до минимума потребление энергии за счет того, что полностью прекращают потреблять электроэнергию во время разгрузки. Это экономит до 35% электроэнергии, что означает экономию до 22% всех расходов за срок службы компрессора.
Не все производители используют с частотными преобразователями двигатели, спроектированные таким образом, чтобы обеспечивать максимальную эффективность и надежность при использовании в широком диапазоне (20-100%) загрузки компрессора. Это важно, потому что использование стандартных двигателей переменного тока ограничивает рабочие возможности компрессора. Стандартные двигатели могут эффективно покрывать ограниченный скоростной интервал в пределах 60-100% загрузки компрессора, при работе на малых оборотах может возникнуть перегрев, приводящий к поломке двигателя. Настоящие компрессоры с переменной скоростью привода отличает возможность работать в широком диапазоне производительностей и полное отсутствие режима холостого хода или разгрузки!
Основные достоинства
До 35% экономия на энергозатратах
Быстрое автономное реагирование на изменения расхода воздуха
Постоянное рабочее давление
Широкий спектр регулировок
Неограниченное число пусков в единицу времени
Плавный пуск
Стандартный электродвигатель
Для наглядности приводим график зависимости расхода электроэнергии от загрузки компрессора
В завершение, хочется обратить Ваше внимание на следующие моменты, что для обеспечения производства качественным сжатым воздухом с применением мер промышленной безопасности и соблюдением современного экономического подхода после выбора решения необходимо правильно подобрать компрессорное оборудование, опираясь на несколько ключевых критериев выбора.
1.количество сжатого воздуха, потребляемого в единицу времени;
2.рабочее давление;
3.качество сжатого воздуха;
4.режим работы и загруженности производства интервалы и сервисное обслуживание;
5.необходимость мониторинга за воздушными компрессорами и системами воздухоподготовки;
Поэтому в поставщики компрессорного оборудования лучше выбрать компанию, способную предоставить не просто набор оборудования, а грамотно обоснованное, комплексное решение проблемы (вопроса) воздухоснабжения.
Report Abuse
