Энергосбережения при производстве сжатого воздуха

Масляные  винтовые компрессоры это самый распространенный вид винтовых компрессоров. В отличие от безмасляных, масляные винтовые компрессоры не требуют столь высокой точности изготовления. Роторы винтового компрессора вращаются в масле и весьма износостойки. По сравнению с безмасляными компрессорами компрессорами, маслозаполненные компрессоры способны сжимать воздух до большего давления. [2]

Зубчатый  компрессор можно также отнести  к семейству роторных компрессоров. Устройство компрессора таково, что  внутри корпуса компрессора заключены два вала с «зубцами» вращающиеся навстречу друг другу - это и есть роторы. Не вдаваясь сильно в геометрию зубцов и рабочие циклы, стоит отметить, что зубчатый компрессор относится к безмасляным компрессорам. В случае, если для получения сжатого воздуха, используется зубчатый компрессор с единственным компрессорным блоком, то максимальное давление полученного сжатого воздуха вряд ли превысит 5 бар.

Спиральные  компрессоры - исключительно интересные и сложные изделия. Этот вид машин  относится к компрессорам объемного сжатия. Эти прекрасные ротационные машины позволяют получить абсолютно безмасляный воздух с приличным давлением. Ступень сжатия такого компрессора состоит из двух спиралей - неподвижной и подвижной. Спирали имеют неправильную форму. В некоторых местах спиралей можно заметить не только округлые, но и прямые участки. Именно благодаря такой форме компрессор и сжимает воздух. Цикл сжатия у спирального компрессора составляет 2.5 оборота. Спиральный компрессор обладает огромным количеством положительных качеств - он производит абсолютно безмасляный сжатый воздух, без пульсаций, с давлением до 10 атмосфер и не создает вибраций. Спиральные компрессоры получили широкое распространение в основном в медицине при производстве лекарственных препаратов, в больницах и стоматологиях, а также в лабораториях различных НИИ. [3, с.13]

Еще одним  видом ротационных компрессоров являются роторно-пластинчатые машины. Вопреки ошибочному мнению многих, сама идея этого компрессора давным-давно  внедрена в производство. Откровенно говоря сами компрессоры представлены немногочисленно, но сама идея на благо работает в сфере пневматического инструмента и пневмомотров. Ведь любой пневматический мотор это и есть роторно-пластинчатый компрессор. Большинство пневматического инструмента, а это дрели, гайковерты, шлифовальные машинки и прочие, изготовлены на основе роторно-пластинчатого компрессора. Внутренне устройство компрессора представляет собой статор, внутри которого эксцентрично вращается ротор, оснащенный выдвижными подпружиненными пластинами. При вращении ротора пластины выдвигаются в радиальном направлении к статору, образуя камеру сжатия, ближе к выпускному каналу объем камеры уменьшается, сжимая воздух до необходимого давления. Роторно-пластинчатый компрессор относится к масляным компрессорам.

Выбираем  компрессор: поршневые или винтовые

Среди компрессоров, обеспечивающих выработку сжатого воздуха до 100 м3/мин у российских потребителей и на территории стран СНГ более  всего популярны компрессоры поршневого типа. Поршневые компрессоры были первыми пневмоагрегатами, предназначенными для выработки сжатого воздуха. Их история насчитывает уже более двухсот лет. [1, с.144]

И за все это время их простая  конструкция претерпела не много  изменений, обеспечивая этим агрегатам высокую эффективность. Не сложное обслуживание, надежность в работе и достаточная производительность сделали поршневые компрессоры самым распространенным оборудованием этого типа среди потребителей.

Помимо компрессоров поршневого типа на некоторых видах производства получили распространение и центробежные компрессоры. Их выпускало несколько предприятий бывшего Советского Союза. Винтовые компрессоры, которые стали разрабатываться в те времена, всерьез никто не воспринимал и не ожидал от винтовых установок хоть сколько-нибудь значимую конкуренцию поршневым. Главные причины столь незавидной позиции винтовых компрессоров заключались в их сравнительно сложной конструкции, и, как следствие, затратном производстве, а также отсутствие достаточного послепродажного обслуживания - большинство сервисных центром были приспособлены для ремонта только поршневых компрессоров.

Достоинства и недостатки поршневых  компрессоров

Кроме того, основные предприятия  страны требовали не просто больших, а прямо таки колоссальных объемов сжатого воздуха. А такую задачу могли выполнить только такие неприхотливые в работе и обслуживании «рабочие лошадки», как поршневые компрессоры с их неоспоримыми преимуществами: простотой производства, достаточной производительностью и дешевизной обслуживания. Разумеется, есть у поршневых компрессоров и недостатки. И главный их них - необходимость регулярного сервисного обслуживания. Без должного ухода и при несоблюдении правил эксплуатации ремонт поршневым компрессорам может требоваться довольно часто, что не лучшим образом сказывается на их производительности (на практике часто получается, что время работы такого компрессора от сервиса до сервиса иногда не превышает 500 часов). Эта особенность поршневых агрегатов обусловила сложившуюся на многих предприятиях практику, когда помимо одного рабочего компрессора в запасе есть еще один - запасной, который запускают в то время, когда основной находится в ремонте. Естественно, такой подход увеличивает себестоимость производимого сжатого воздуха. [1, с.145]

Еще один существенный недостаток есть у поршневых компрессоров, обеспечивающих выпуск сжатого воздуха в больших  объемах (более 5м3/мин) - их необходимо устанавливать в отдельных помещениях на укрепленную платформу. Это требуется  в связи с тем, что компрессоры данного типа характеризуются повышенным шумом и вибрацией во время работы. Кроме того, сжатый воздух, который производят эти промышленные агрегаты требует дополнительной очистки, а значит, компрессор должен работать в постоянном взаимодействии с очистительной системой, которая занимает много места. Тем не менее, несмотря на некоторые явные недостатки, поршневые компрессоры до сих пор остаются лидерами там, где для производственных нужд необходим сжатый воздух повышенного давления (свыше 20 атмосфер). Стоит отметить, что касается случаев потребления до 200 литров сжатого воздуха в минуту, то поршневые компрессоры в этой категории - вне конкуренции.

Принцип работы поршневого компрессора

Для того, чтобы выбрать для своих  нужд действительно подходящий компрессор, следует иметь некоторые знания о принципах работы этих устройств. Рассмотрим устройство самого простого и самого распространенного, поршневого компрессора. Чаще всего привод у этих устройств электрический. Посредством специальной трансмиссии, он приводит в действие поршень, двигающийся внутри цилиндра. Двигаясь, поршень сжимает в цилиндре воздух. Полученный таким образом сжатый воздух выводится наружу через клапан и используется в работе различного оборудования.

В зависимости от того, какими потребностями отличается ваше производство, вам необходим компрессор с определенными техническими характеристиками. Очень важно, чтобы они полностью соответствовали параметрам используемого у вас оборудования. Например, для обслуживания краскопультов и другого оборудования для покраски нужны компрессоры, обеспечивающие длительную работу без перерывов. [4]

Для компенсации пульсаций сжатого  воздуха, которые вызывают вибрацию всего агрегата в целом, многие компрессоры  комплектуются воздушным баком - ресивером. Эта деталь особенно необходима в работе с оборудованием, чувствительным к изменениям в давлении воздуха. Таким как все те же краскопульты. А вот при работе на открытых участках, при ремонте дорог и работе с отбойным молотком, например, вполне можно обойтись компрессорной установкой без ресивера.

 

2 Энергосбережение в  производстве сжатого воздуха

Проблема энергосбережения в последние  годы является одной из важнейших  задач, стоящих перед современным  предприятием. В условиях рыночной экономики каждый лишний киловатт-час электроэнергии ложится на себестоимость продукции и в конечном счете приводит к снижению ее конкурентоспособности.

При этом в балансе электропотребления предприятия доля компрессорных  станций достигает 25-30 %, в связи  с чем энергосберегающие мероприятия в этой области приобретают достаточно большое значение. Опыт показывает, что эффективность систем производства и распределения сжатого воздуха на большинстве предприятий весьма низкая. Это связано с изношенностью сетей распределения воздуха, несоответствием существующих сетей возлагаемым на них задачам, эксплуатацией компрессоров в неоптимальных режимах. [1, с.159]

Значение правильного выбора схемы  снабжения сжатым воздухом часто  недооценивается, и совершенно напрасно, поскольку часто именно здесь кроется причина повышенных затрат электроэнергии и частых поломок компрессорного оборудования. Ошибки здесь могут вылиться в необходимость дополнительных капвложений в будущем.

Существует два основных типа схем воздухоснабжения. Это централизованная и децентрализованная схемы. Схематично они изображены на приведенных ниже рисунках.

Рассмотрим более подробно преимущества и недостатки данных схем.

Централизованная схема: питание цехов сжатым воздухом осуществляет из общего компрессорного цеха. Как правило, при такой системе эксплуатируются несколько компрессорных установок производительностью от 10 до 250 м3/мин, а иногда и выше - в основном поршневые или центробежные, иногда мощные винтовые. Достоинства данной схемы проявляются в полной мере на крупном предприятии при наличии герметичной пневмосети, когда все потребители сосредоточены на относительно небольшой площади (отсутствуют удаленные точки потребления), рабочие давления большинства потребителей примерно одинаковы (рабочее давление сети), а у остальных потребителей ниже данного значения.

Достоинства схемы:

Возможные выходы из строя отдельных  компрессоров и проведение на них  регламентных работ и плановых ремонтов не влияют на надежность воздухоснабжения предприятия в целом при наличии нескольких резервных компрессоров (как правило, однотипных).

Плановые ремонты могут производится в удобное время независимо от величины загрузки компрессорной станции (при наличии резерва).

Поскольку все компрессорное оборудование находится в одном месте, количество обслуживающего персонала невелико. [5]

Недостатки такой системы:

Большая протяженность трубопроводов  приводит к потерям давления.

Состояние существующих на предприятиях централизованных пневмомагистралей, как правило, достаточно старых, часто оставляет желать лучшего, велики утечки, газодинамическое сопротивление повышено за счет наличия трудноопределимых местных сопротивлений. Сочетание первого и второго факторов дает суммарные потери, которые в отдельных случаях составляют до 50 %.

Высокая инерционность системы  – поскольку запуск и останов  крупных компрессоров требует времени, система не может быстро реагировать  на изменения потребного количества сжатого воздуха.

В зимнее время возможно обмерзание внутренних поверхностей участков магистралей, проходящих на открытом воздухе.

При работе в выходные дни или  ночные смены, как правило, работают лишь отдельные цеха предприятия, для  питания которых используются компрессоры высокой производительности. Их эксплуатация экономически нецелесообразна, т. к. потребность в сжатом воздухе зачастую реально значительно ниже производительности компрессоров.

Из-за плановых ремонтов компрессоров возникает необходимость наличия резерва.

Высокая инерционность системы  – поскольку запуск и останов  крупных компрессоров требует времени, система не может быстро реагировать  на изменения потребного количества сжатого воздуха.

Некоторые потребители могут требовать  более высокого давления воздуха, что приводит к необходимости поддержания более высокого давления в сети, что приводит к дополнительным потерям мощности.

В результате неравномерной загрузки предприятия появляются проблемы в  эксплуатации центробежных компрессоров, которые рассчитаны практически на круглосуточный режим работы с максимальным количеством пусков в год не более 50. Руководство предприятия становится перед дилеммой – либо увеличение затрат на электроэнергию, либо увеличение количества ремонтов оборудования. [2]

Система достаточно дорога в изготовлении.

Требуется наличие квалифицированного обслуживающего персонала.

Децентрализованная система: питание  потребителей сжатым воздухом осуществляется отдельными небольшими компрессорами, устанавливаемыми непосредственно возле потребителя. Необходимо отметить, что в децентрализованных схемах при локальной потребности в воздухе более 1 м3/мин целесообразно использование надежных винтовых компрессоров, преимущества которых широко известны. Это позволяет решить ряд проблем, присущих поршневым компрессорам, таких как необходимость фундамента под компрессор, повышенные шум и вибрация, необходимость периодических ремонтов (замена колец, клапанов). Кроме того, недорогие поршневые компрессоры малой производительности, как правило, плохо приспособлены для использования в промышленных целях с ПВ, близким к 100 % и имеют невысокий ресурс.

Достоинства схемы:

Уменьшается протяженность трубопроводов, что снижает газодинамические потери.

Стоимость системы значительно  ниже, чем в случае централизованной.

Задача воздухоснабжения удаленных  производственных участков решается значительно  проще, чем при централизованной схеме – не требуется тянуть участки  магистрали на значительные расстояния.

Для каждого потребителя может  быть установлен компрессор с необходимым давлением (крайне важно для сетей с различными рабочими давлениями потребителей).

Для каждого потребителя может  быть подобран компрессор с необходимой  производительностью, что снижает  энергозатраты.

Обмерзание исключается, поскольку трубопроводы не выходят за пределы цеха, где установлен компрессор.

Снижаются затраты на содержание сжатого  воздуха, т.к. отпадает необходимость  в теплоизоляции, герметизации, ремонте  и обслуживании трубопроводов. [4]

Небольшие компрессоры не требуют  фундаментов, что упрощает и удешевляет их установку и пусконаладку.

Отпадает необходимость в специальном  обслуживающем персонале, т. к. небольшие  винтовые компрессоры не требуют  плановых ремонтов, а все работы по техническому обслуживанию (замена масла, фильтров) могут проводиться людьми, не имеющими специальной подготовки.