Определение параметров компрессорных установок
В процессе расчета компрессорной установки необходимо принять ряд решений для того, чтобы система отвечала требованиям потребителя, была экономичной в эксплуатации и пригодной к дальнейшему расширению. Определяющим фактором при расчетах является оборудование или процесс, потребляющие сжатый воздух. Поэтому чтобы получить надежную основу для продолжения расчетов параметров, следует начинать с их описания. При расчетах нужно вычислить или оценить потребление воздуха, резерв производительности, предусмотреть возможность расширения установки в будущем. Рабочее давление — решающий фактор, так как оно оказывает значительное влияние на потребление энергии. Иногда оказывается экономически более выгодным использовать для различных диапазонов давлений разные компрессоры. Качество сжатого воздуха — уже не только вопрос содержания водяного пара, но во все большей степени связано с охраной окружающей среды. Запах и содержание микроорганизмов также являются важными факторами, негативно влияющими на качество продукции, процент брака, производственные условия и внешнюю среду. При решении вопроса, будет ли управление компрессорной установкой централи-зованнным или децентрализованным, учитываются требования к свободному пространству и возможному в будущем расширению установки. С экономической и экологической точек зрения исследование возможности рекуперации энергии на начальном этапе становится все более важным, поскольку предполагает очень быструю отдачу капиталовложений. При проектировании компрессорных установок очень важно проанализировать все эти аспекты не только для текущих потребностей, но и будущих. Только в этом случае становится возможным спроектировать установку, обладающую значительной гибкостью. Определение параметров компрессорных установок Общие сведения В процессе расчета компрессорной установки необходимо принять ряд решений для того, чтобы система отвечала требованиям потребителя, была экономичной в эксплуатации и пригодной к дальнейшему расширению. Определяющим фактором при расчетах является оборудование или процесс, потребляющие сжатый воздух. Поэтому чтобы получить надежную основу для продолжения расчетов параметров, следует начинать с их описания. При расчетах нужно вычислить или оценить потребление воздуха, резерв производительности, предусмотреть возможность расширения установки в будущем. Рабочее давление — решающий фактор, так как оно оказывает значительное влияние на потребление энергии. Иногда оказывается экономически более выгодным использовать для различных диапазонов давлений разные компрессоры. Качество сжатого воздуха — уже не только вопрос содержания водяного пара, но во все большей степени связано с охраной окружающей среды. Запах и содержание микроорганизмов также являются важными факторами, негативно влияющими на качество продукции, процент брака, производственные условия и внешнюю среду. При решении вопроса, будет ли управление компрессорной установкой централи-зованнным или децентрализованным, учитываются требования к свободному пространству и возможному в будущем расширению установки. С экономической и экологической точек зрения исследование возможности рекуперации энергии на начальном этапе становится все более важным, поскольку предполагает очень быструю отдачу капиталовложений. При проектировании компрессорных установок очень важно проанализировать все эти аспекты не только для текущих потребностей, но и будущих. Только в этом случае становится возможным спроектировать установку, обладающую значительной гибкостью. Подключенное оборудование Номинальное потребление сжатоговоздуха Коэффициент использования (макс/мин.) Полное потребление сжатого воздуха (мин./макс.) Инструменты, всего Производственные линии, всего Технологические линии, всего Параметры потребления сжатого воздуха подключенным оборудованием можно получить, например, из каталогов инструментов и описаний производственного оборудования. Коэффициент использования позволяет легко вычислить верхний и нижний пределы общего потребления сжатого воздуха. Расчет рабочего давления Необходимое рабочее давление определяется производящим сжатый воздух оборудованием, являющимся частью установки. Рабочее давление зависит не только от давления компрессора, но также и от конструкции системы сжатого воздуха с ее трубопроводами, клапанами, осушителями сжатого воздуха, фильтрами и т.д. Для оборудования различных типов в системе может потребоваться разное давление. Обычно давление установки определяется самым высоким требуемым давлением, а остальное оборудование оснащается редукционными клапанами на месте потребления сжатого воздуха. В экстремальных случаях этот способ оказывается неэкономичным, и тогда для специальных задач можно устанавливать отдельные компрессоры. Нужно также учитывать, что с увеличением потока быстро падает давление. Если ожидаются изменения расхода сжатого воздуха, то по экономическим соображениям следует приспособить установку к этим условиям. Падение давления на фильтрах и специальных пылезащитных фильтрах вначале невелико, но со временем фильтры засоряются и требуют замены при определенном падении давления, и это тоже нужно учитывать при проведении расчетов. Регулирование производительности компрессора также приводит к колебаниям давления, что также должно учитываться в расчетах. Расчеты лучше систематизировать, как показано в следующем примере: Давление, которое должен производить компрессор, определяется главным образом конечным пользователем и падением давления между компрессором и потребителем. Рабочее давление компрессора, таким образом, можно получить, добавив к требующемуся давлению значение падения давления в системе (см. пример). Расчет потребления сжатого воздуха Номинальное потребление сжатого воздуха определяется его потребителями. Оно вычисляется суммированием потребления воздуха всеми пневматическими инструментами и подключенным технологическим оборудованием с учетом коэффициента использования, который определяется опытным путем. Нужно также учесть утечки, износ и возможные изменения потребления сжатого воздуха в будущем. Простым способом определения текущего и будущего потребления сжатого воздуха является сложение расходов сжатого воздуха всего присоединенного оборудования с учетом коэффициента использования. Для проведения такого расчета необходим перечень оборудования, потребляющего сжатый воздух, дополненный предполагаемыми коэффициентами использования и параметрами потребления (сжатого воздуха). Если данных о потреблении сжатого воздуха или коэффициентах использования не имеется, можно использовать стандартные значения. Определение коэффициента использования для различных инструментов не всегда простое дело. В этом случае расчетные значения лучше сравнивать с измеренным потреблением аналогичного оборудования. Например, такие большие потребители энергии, как шлифовальные станки или пескоструйные машины, зачастую непрерывно работают достаточно продолжительное время (3-10 мин), несмотря на низкий общий коэффициент использования. Это не соответствует повторно-кратковременному режиму, и поэтому для расчета суммарного максимального потребления сжатого воздуха нужно определить, сколько машин будут работать одновременно. На деле производительность компрессора можно определить как суммарное номинальное потребление сжатого воздуха. Собственная производительность компрессора должна покрывать потребление сжатого воздуха. Расчетная резервная мощность определяется в первую очередь потерей продукции, которая может произойти при нарушении подачи сжатого воздуха. Количество компрессоров и их размеры определяются главным образом заданными параметрами гибкости системы, применяемой системой управления и эффективностью использования энергии. В установках, в которых по экономическим причинам только один компрессор обеспечивает все питание сжатым воздухом, система должна быть готова к быстрому подключению передвижного компрессора в связи с техническим обслуживанием. В этом случае старый компрессор, находящийся в резерве, может использоваться в качестве недорогого источника воздуха. Измерение потребления сжатого воздуха Анализ производственного процесса выявляет ключевые параметры потребления сжатого воздуха и создает основу для оценки количества сжатого воздуха, которое лучше произвести. Большинство промышленных компаний непрерывно развиваются, а это означает, что потребление сжатого воздуха тоже изменяется. Поэтому важно иметь снабжение воздухом, основанное на текущих условиях потребления, изначально предусмотреть возможность расширения компрессорной установки. Анализ производственного процесса включает в себя измерение эксплуатационных параметров, по возможности дополненное наблюдением за работой имеющейся компрессорной установки на протяжении соответствующего периода времени. Этот анализ должен проводиться по меньшей мере рабочую неделю, в период, выбранный с осторожностью, чтобы получить надежную картину типичного профиля потребления. Накопленные данные также дают возможность моделировать различные принимаемые меры, изменения в работе компрессора, проанализировать их вклад в общую экономичность установки. Такие факторы, как время работы под нагрузкой и время разгрузки, тоже имеют отношение к общей оценке работы компрессора. Они служат основой для вычисления коэффициента загрузки компрессора, который нельзя непосредственно считать со счетчика наработки часов, и расчета потребления сжатого воздуха на протяжении дня или рабочей недели. Анализ производственного процесса также позволяет оценить возможную рекуперацию энергии. Зачастую можно рекуперировать более 90% поставляемой энергии. Кроме того, анализ может дать ответ на вопрос о параметрах установки, а также о режиме ее работы. Например, рабочее давление часто можно уменьшать в определенное время, систему управления можно модифицировать, чтобы улучшить использование компрессора при изменениях количества производимой продукции. Другим важным фактором является проверка на отсутствие утечек. Для производства сжатого воздуха в малых количествах в ночные часы и в выходные дни следует рассмотреть целесообразность установки небольшого компрессора, который будет покрывать эту потребность. Централизация или децентрализация? Существует несколько факторов, которые влияют на выбор между одним большим или несколькими меньшими компрессорами, обеспечивающими одно и то же потребление сжатого воздуха. Например, размер убытков, вызванных остановкой производственного процесса, колебания в сети электропитания, изменения нагрузки, стоимость системы сжатого воздуха и имеющаяся в распоряжении площадь. Централизованные компрессорные установки В настоящее время нв предприятиях в большинстве случаев используются централизованные установкизаны, что уменьшает потребление энергии. Центральная установка требует меньше расходов на текущий контроль и техническое обслуживание, а также предоставляет лучшие условия для рекуперации энергии. Общая необходимая площадь для размещения такой установки меньше. Фильтры, охладители, другое вспомогательное оборудование и воздухозаборник могут быть оптимально подобраны и установлены. Легче обеспечить шумоизоляцию. Для увеличения эффективности централизованной системы, состоящей из нескольких разных по мощности компрессоров, можно установить заданную последовательность включения компрессоров. Одному большому компрессору сложнее отвечать на большие изменения потребления сжатого воздуха без падения эффективности. Например, системы с одним большим компрессором часто дополняются малым компрессором, используемым в ночную смену или в выходные дни. Другим заслуживающим внимания фактором является воздействие, оказываемое запуском крупного электродвигателя, на сеть электропитания. Децентрализованные компрессорные установки Система с несколькими децентрализованными компрессорами позволяет создать более простую систему сжатого воздуха. Децентрализованная установка компрессоров резко снижает потери сжатого воздуха и, не смотря на часто большую инвестиционную стоимость, оказывается гораздо более дешевой в эксплуатации. Установка компрессора вблизи точки потребления не только снижает неизбежные потери при транспортировке сжатого воздуха, но и делает его потери в производственном процессе более явными (например: компрессор включается в ночное время, в то время, как производственный процесс остановлен). Экономия сжатого воздуха в производственном процессе приносит прямой, легко измеряемый результат. Также обратная связь резко повышает ответственность потребителей сжатого воздуха и приводит к дополнительной экономии. Решение в пользу централизованной или децентрализованной установки компрессоров принимается обычно после детального анализа системы распределения воздуха: длины воздушной магистрали, возможности установки ресиверов, потерь давления, утечек, общего объема потребления и характера потребления сжатого воздуха отдельными частями производства. При реконструкции существующей системы снабжения сжатым воздухом решение в пользу децентрализации может быть принято на основе анализа паспортных данных оборудования или прямого измерения потребления сжатого воздуха различными участками, которые снабжаются из централи и в определенные моменты времени являются единственными потребителями сжатого воздуха. Такие участки могут быть отделены от централи и запитаны от собственного компрессора. Преимущество такого способа заключается в том, что можно избежать «подпитки» утечек в оставшейся части системы, а также в том, что местный компрессор можно приспособить к меньшему потреблению сжатого воздуха.
