Поршневой или винтовой компрессор: какой выбрать?

При выборе между поршневой воздушный компрессор и винтовой воздушный компрессор Решение сводится к трем основным факторам: рабочему циклу, объему спроса на воздух и бюджету. В качестве прямого ответа: Поршневые компрессоры — правильный выбор для периодического применения с небольшим объемом работы и ограниченным первоначальным бюджетом. , в то время как винтовые воздушные компрессоры специально созданы для непрерывной промышленной эксплуатации в больших объемах. где энергоэффективность и время безотказной работы в течение многих лет эксплуатации оправдывают более высокие капитальные затраты. Выбор неправильного типа для вашего приложения приводит к преждевременному выходу из строя, чрезмерным затратам на электроэнергию или хронической недостаточной подаче воздуха — все это дорогостоящие проблемы, которые необходимо устранить после установки.

Как работает каждый тип компрессора

Как работает поршневой воздушный компрессор

Поршневой воздушный компрессор, также называемый поршневым компрессором, использует один или несколько поршней, приводимых в движение коленчатым валом, для сжатия воздуха внутри цилиндра. Когда поршень движется вниз, он втягивает воздух через впускной клапан. Когда он движется обратно вверх, он нагнетает воздух через выпускной клапан в резервуар для хранения. Это принципиально прерывистый, циклический процесс : поршень сжимает фиксированный объем воздуха за один ход, сохраняет его в ресиверном резервуаре, а затем отключается, когда резервуар достигает давления отключения.

Поршневые компрессоры доступны в одноступенчатых конфигурациях (давление до 150 фунтов на квадратный дюйм / ~10 бар ) и двухступенчатые конфигурации (до 175–200 фунтов на квадратный дюйм / 12–14 бар ), где воздух сжимается дважды с промежуточным охлаждением между ступенями для повышения эффективности при повышенном давлении.

Как работает винтовой воздушный компрессор

В ротационно-винтовом воздушном компрессоре используются два сцепленных спиральных ротора — один охватывающий и один охватывающий — которые вращаются в противоположных направлениях внутри точно обработанного корпуса. Когда роторы вращаются, воздух всасывается с одного конца, попадает в постепенно уменьшающееся пространство между лопастями ротора и выбрасывается под более высоким давлением с другого конца. Это непрерывный процесс сжатия во многих случаях без пульсации и необходимости в резервуаре-приемнике. Большинство промышленных винтовых компрессоров имеют впрыск масла (масло заполняет камеру сжатия, герметизируя зазоры, охлаждая воздух и смазывая роторы), хотя для чувствительных применений существуют безмасляные варианты.

Винтовые компрессоры обычно работают при 100–200 фунтов на квадратный дюйм (7–14 бар) для стандартного промышленного использования, а специализированные модели высокого давления достигают 500 фунтов на квадратный дюйм (35 бар) или больше.

Поршневой и винтовой компрессор: прямое сравнение характеристик

Рабочий цикл: наиболее важный фактор

Рабочий цикл — это процент времени, в течение которого компрессор может работать в течение заданного периода без перегрева или преждевременного износа. Это единственный наиболее важный фактор, определяющий, какой тип компрессора подходит для вашего применения, — более важный, чем цена или марка.

• Поршневые компрессоры потребительского класса обычно носят с собой рабочий цикл 50% — они должны отдыхать, пока бегут. Компрессор, рассчитанный на рабочий цикл 50% и работающий 8 часов в день, может активно сжимать только 4 из этих часов.
• Промышленные поршневые компрессоры (двухступенчатые модели для тяжелых условий эксплуатации) может достигать рабочий цикл 75% , подходит для требовательных мастерских, но требует периодов охлаждения.
• Ротационные винтовые компрессоры работать в 100% рабочий цикл на неопределенный срок. Они предназначены для непрерывных производственных сред, где компрессор работает весь день, каждый день.

Эксплуатация поршневого компрессора с номинальной мощностью 50 % и рабочим циклом 90 % в производственных условиях не просто снижает эффективность — она разрушает машину. Перегретые стенки цилиндров, задиры на поршнях и прогоревшие тарелки клапанов — предсказуемый результат. Вот почему любое применение, требующее более 6–7 часов ежедневной работы компрессора по умолчанию следует использовать винтовую машину, если нет веской причины для иного.

Энергоэффективность и эксплуатационные расходы с течением времени

Первоначальная цена покупки составляет лишь часть общей стоимости владения компрессором. Энергия обычно составляет 70–80% стоимости срока службы компрессора. при непрерывном промышленном использовании, что приводит к незначительному техническому обслуживанию и капитальным затратам. Именно здесь винтовые компрессоры получают решающее долгосрочное преимущество.

Удельная мощность: эталон эффективности

Удельная мощность (кВт на 100 куб. футов в минуту) является стандартным показателем эффективности. Современные винтовые компрессоры с фиксированной скоростью обеспечивают производительность примерно 15–18 кВт на 100 куб. футов в минуту , в то время как equivalent piston compressors typically require 20–25 кВт на 100 куб. футов в минуту при сопоставимых давлениях. В промышленном масштабе эта разница выражается в тысячах долларов ежегодной экономии электроэнергии.

Винтовые компрессоры с регулируемой скоростью (VSD)

Наиболее значительным достижением в области энергетики в области сжатого воздуха является винтовой компрессор с частотно-регулируемым приводом (VSD), который модулирует скорость двигателя в соответствии с потребностью в воздухе в реальном времени, а не работает на фиксированной скорости и разгружается при падении потребности. На объектах с переменным потреблением воздуха, что характерно для большинства производственных операций, Винтовые компрессоры VSD снижают энергопотребление на 20–35 % по сравнению с альтернативами с фиксированной скоростью. Для компрессора мощностью 50 л.с., работающего 6000 часов в год при цене 0,12 долл. США/кВтч, экономия энергии в 30 % составляет примерно 8000–12 000 долларов в год. в снижении затрат на электроэнергию.

Реальность эффективности поршневого компрессора

Поршневые компрессоры тратят энергию во время фаз разгрузки и холостого хода. Многие потребительские модели и модели легкой промышленности вообще не имеют механизма разгрузки — двигатель просто останавливается и перезапускается, вызывая высокий пусковой ток в каждом цикле. Частые запуски ухудшают качество обмоток двигателя и увеличивают расходы на электроэнергию. При периодическом использовании такая неэффективность приемлема; при непрерывном использовании это делает операционную экономику несостоятельной.

Требования к техническому обслуживанию и долгосрочная надежность

Техническое обслуживание поршневого воздушного компрессора

Поршневые компрессоры имеют больше изнашиваемых компонентов — клапаны, поршневые кольца, стенки цилиндров, шатуны и пальцы — все они испытывают механическую нагрузку при каждом ходе поршня. Типичные интервалы технического обслуживания и действия включают в себя:

• Каждые 500 часов: Проверьте и замените впускной фильтр; слить из бака влагу; проверьте натяжение ремня (модели с ременным приводом).
• Каждые 1000 часов: Заменить компрессорное масло (смазываемые модели); осмотрите клапаны на предмет накопления нагара или повреждений.
• Каждые 2000–3000 часов: Замена клапана — частая поломка. Пластинчатые клапаны трескаются и теряют эффективность, что приводит к снижению выходного давления и увеличению потребляемой мощности.
• Каждые 5000–8000 часов: Потенциально потребуется полный капитальный ремонт — поршневые кольца, проверка посадочного отверстия цилиндра, замена подшипников.

Отказ клапана является наиболее частым событием внепланового технического обслуживания поршневых компрессоров. Единственный треснувший выпускной клапан на двухступенчатой машине может устранить 30–40% выходной мощности в то время как машина продолжает работать и потреблять энергию — скрытая неэффективность, которую многие операторы не замечают, пока проблемы с производительностью не станут острыми.

Техническое обслуживание винтового воздушного компрессора

Ротационные винтовые компрессоры имеют гораздо меньше изнашиваемых деталей в самом компрессионном элементе. Профили ротора рассчитаны на долговременную стабильность зазора, а система впрыска масла обеспечивает непрерывную смазку и уплотнение. Стандартное техническое обслуживание винтового компрессора с впрыском масла включает в себя:

• Каждые 1000–2000 часов: Замена элемента воздухомасляного сепаратора; замена масляного фильтра; замена впускного воздушного фильтра.
• Каждые 4000–8000 часов: Полная замена масла (синтетическое масло увеличивает интервалы); осмотр и чистка охладителя.
• Каждые 20 000–40 000 часов: Капитальный ремонт или замена винтовой детали (элемента ротора) — крупное мероприятие по капитальному ремонту.

капитальный ремонт компрессорной станции стоит от 3000 до 15 000 долларов в зависимости от размера компрессора, но при 20 000 часах работы он представляет собой гораздо меньшие затраты на техническое обслуживание в расчете на час работы, чем совокупные затраты на детали и трудозатраты на поршневую машину за тот же период.

Вопросы качества воздуха

quality of compressed air — oil content, moisture, particulates — matters critically in applications like painting, food processing, pharmaceutical manufacturing, electronics assembly, and medical equipment.

• Поршневые компрессоры с масляной смазкой вводить масляные аэрозоли в воздушный поток. Остаточное содержание масла на выходе обычно составляет 3–5 частей на миллион без последующей фильтрации и выше, если кольца изношены. Подходит для пневматических и пневматических инструментов общего назначения; не подходит для окраски или контакта с пищевыми продуктами без надлежащей фильтрации.
• Винтовые компрессоры с масляным впрыском достичь Унос масла 2–3 ppm со стандартным сепарирующим элементом в хорошем состоянии. Благодаря высокоэффективным коалесцирующим фильтрам на выходе это можно сократить до 0,01 частей на миллион — подходит для большинства промышленных стандартов качества.
• Безмасляные винтовые компрессоры полностью удалить масло из камеры сжатия, обеспечивая Воздух класса 0 по ISO 8573-1 — стандарт, необходимый для предприятий по производству полупроводников, линий розлива продуктов питания и напитков, а также чистых фармацевтических помещений. Эти агрегаты стоят на 40–80% больше чем аналогичные модели с впрыском масла, и требуют более интенсивного ухода за сухими покрытиями роторов.
• Безмасляные поршневые компрессоры (Кольца с покрытием из ПТФЭ, отсутствие смазки в цилиндре) обеспечивают безмасляный воздух при более низких скоростях потока и широко используются в стоматологии, лабораториях и небольших медицинских учреждениях.

Какие приложения подходят для каждого типа компрессора

Общая стоимость владения: пример за 10 лет

Чтобы сделать финансовое сравнение конкретным, рассмотрим Компрессор мощностью 10 л.с., работающий 2000 часов в год на 10 лет при стоимости электроэнергии $0,12/кВтч:

data illustrates a counterintuitive reality: даже при умеренных часах работы более низкая закупочная цена поршневого компрессора полностью компенсируется более высокими затратами на электроэнергию и техническое обслуживание в течение 3–5 лет. . При более высоких часах работы (4000–6000 часов в год, что типично для посменного производства) разрыв резко увеличивается в пользу винтового компрессора.

Правильный подбор компрессора

Недостаточный размер компрессора — будь то поршневой или винтовой — так же вреден, как и выбор неправильного типа. Эти шаги гарантируют правильный размер:

1. Рассчитайте общую потребность в воздухе (CFM). Перечислите каждый пневматический инструмент и процесс, отметьте его потребление кубических футов в минуту и ​​коэффициент использования (сколько времени он фактически работает) и просуммируйте одновременную потребность. Добавить Запас прочности 25–30 % для будущего расширения и утечек в системе (утечки в типичных промышленных системах составляют 20–30% производства сжатого воздуха ).
2. Определите необходимое давление. Размер соответствует максимальному давлению в вашей системе. Каждые 2 фунта на квадратный дюйм избыточного давления сверх необходимого стоят примерно 1% в энергии . Избегайте чрезмерного давления только ради комфорта.
3. Оцените рабочий цикл. Если расчеты общей потребности в воздухе показывают, что компрессору придется работать более 70% времени, увеличьте его размер на один размер или переключитесь на винтовой компрессор.
4. Учитывайте высоту. На высоте более 1000 м (3300 футов) плотность воздуха уменьшается, и мощность компрессора (CFM) падает пропорционально. Компрессор, производящий 100 кубических футов в минуту на уровне моря, может обеспечить только 85–90 куб. футов в минуту на высоте 1500 м. .
5. Включите последующую очистку в проект системы. Осушители (охлаждаемые или осушающие), фильтры и дренажные уловители должны иметь размер, соответствующий мощности компрессора, а не добавляться в последнюю очередь. Осушитель меньшего размера с компрессором правильного размера оставляет влажный воздух — частая и дорогостоящая ошибка.

Когда поршневой компрессор все еще является правильным ответом

Несмотря на долгосрочные преимущества винтовых компрессоров в эффективности, поршневые машины остаются правильным выбором в нескольких четко определенных ситуациях:

• Требования к очень высокому давлению (>200 фунтов на квадратный дюйм): Многоступенчатые поршневые компрессоры могут достигать 3000–6000 фунтов на квадратный дюйм для станций заправки воздухом для дыхания, выдувания ПЭТ-бутылок и зарядки гидроаккумуляторов — давления, которых не могут достичь стандартные промышленные винтовые компрессоры.
• Портативное и удаленное использование сайта: Переносные поршневые компрессоры с дизельным двигателем остаются стандартом для строительства, бурения скважин и работ на удаленных трубопроводах там, где отсутствует инфраструктура.
• Настоящее периодическое использование (менее 4 часов в день): Небольшому цеху, использующему воздух 30–60 минут в день, винтовой компрессор не нужен. Качественная двухступенчатая поршневая машина емкостью 60 галлонов в таких условиях будет надежно служить десятилетиями.
• Чрезвычайно ограниченные капитальные бюджеты: Когда капитал действительно ограничен, а условия эксплуатации находятся в пределах рабочего цикла, поршневой компрессор может восполнить этот пробел — при условии, что оператор понимает и уважает его рабочий цикл.