Производительность винтового блока и компрессора | Kraftmachine

Почему производительность винтового блока отличается от готового компрессора. Разбираем влияние оборотов, давления, привода, температуры, фильтра и потерь на примере Hanbell.

Почему производительность винтового блока отличается от производительности готового компрессора

Производительность винтового блока и производительность готового компрессора — не всегда одна и та же величина. Один и тот же винтовой блок может работать с разными оборотами, давлением, типом привода и условиями всасывания, поэтому ориентироваться только на строку «Air flow» в каталоге Hanbell, BAOSI или другого производителя некорректно.

При этом обратная ситуация тоже требует проверки: если для винтового блока указано 11,9 м³/мин при 2950 об/мин и 8 бар, а производитель готового компрессора заявляет 13,1 м³/мин, необходимо понять, за счёт чего получена дополнительная производительность. Разберём, как связаны винтовой блок, обороты, передаточное отношение, давление, температура воздуха и внутренние потери компрессорной установки.

Что такое производительность винтового блока

Винтовой блок — основной узел винтового компрессора, непосредственно выполняющий сжатие воздуха. Внутри корпуса находятся ведущий и ведомый роторы, вращение которых создаёт рабочие полости, захватывает поступающий воздух и перемещает его в сторону нагнетания.

Производительность блока зависит не только от его геометрических размеров. В технической документации производитель указывает расход для конкретной рабочей точки:

• определённой частоты вращения;
• определённого давления нагнетания;
• заданных условий на всасывании;
• установленной мощности на валу.

Например, в официальной таблице Hanbell для винтового блока AA-780R при давлении 8 bar(g) указано:

Частота вращения — 2950 об/мин
Расход воздуха — 11,9 м³/мин
Мощность на валу — 73,3 кВт.

Это не означает, что любой компрессор с блоком AA-780R при любых настройках обязан иметь производительность ровно 11,9 м³/мин. Это характеристика конкретной рабочей точки блока. hanbell.com.cn

Что такое производительность готового компрессора

Готовый винтовой компрессор состоит не только из винтового блока.

В его состав входят:

• воздушный фильтр;
• впускной клапан;
• винтовой блок;
• электродвигатель;
• муфта, ременная передача или редуктор;
• маслосистема;
• маслоотделитель;
• клапан минимального давления;
• охладитель;
• трубопроводы;
• система управления;
• при частотном регулировании — преобразователь частоты.

Поэтому паспортная производительность готовой установки должна характеризовать компрессор в сборе, а не только установленный внутри винтовой блок.

ISO 1217 устанавливает методы приёмочных испытаний объёмной производительности и мощности объёмных компрессоров. Именно поэтому при серьёзном сравнении оборудования предпочтительно запрашивать FAD готовой установки, полученный по установленной методике испытаний. ISO

В результате возникает принципиальная разница:

характеристика винтового блока показывает его работу в определённой рабочей точке, а FAD готового компрессора показывает результат работы всей компрессорной установки.

Как обороты влияют на производительность винтового блока

Один из главных факторов — частота вращения роторов.

При увеличении оборотов винтовой блок совершает больше рабочих циклов за минуту и, в пределах допустимого рабочего диапазона, способен пропустить больше воздуха.

Это хорошо видно непосредственно по официальным характеристикам Hanbell.

Например, для блока AB-600RPM при 8 bar(g) производитель приводит две рабочие точки:

Один и тот же блок при увеличении частоты вращения с 3000 до 3800 об/мин имеет существенно большую производительность. hanbell.com.cn

Другой пример — Hanbell AC-130:

То есть название винтового блока само по себе ещё не определяет производительность компрессора. Необходимо знать, с какой фактической скоростью этот блок вращается в конкретной машине. hanbell.com.cn

Можно ли просто пересчитать расход пропорционально оборотам

Для предварительной оценки иногда применяют приближение:

Q₂ ≈ Q₁ × n₂ / n₁

где:

• Q₁ — известная производительность;
• Q₂ — предполагаемая производительность;
• n₁ — исходные обороты;
• n₂ — новые обороты.

Например, официальная характеристика блока составляет:

11,9 м³/мин при 2950 об/мин.

Если требуется теоретически получить около 13,1 м³/мин, при грубом линейном пересчёте понадобятся обороты порядка:

2950 × 13,1 / 11,9 ≈ 3250 об/мин.

То есть приблизительно на 10% выше исходной рабочей точки.

Но это только оценка. В реальном винтовом блоке расход не меняется абсолютно линейно с оборотами, поскольку одновременно изменяются внутренние утечки, температура, объёмный КПД и требуемая мощность.

Кроме того, превышать допустимый диапазон частоты вращения винтового блока нельзя.

Почему обороты электродвигателя и винтового блока могут отличаться

Необходимо отличать обороты двигателя от оборотов винтовой пары.

Они совпадают только при прямом приводе с передаточным отношением примерно 1:1.

Прямой привод

При прямом соединении:

двигатель → муфта → винтовой блок

частота вращения двигателя практически соответствует частоте вращения ведущего ротора.

Например:

двигатель — 2950 об/мин → блок — около 2950 об/мин.

В такой конструкции объяснить существенное превышение производительности относительно характеристики блока только «особенностями сборки» уже значительно сложнее.

Ременной привод

В компрессоре с ременной передачей скорость винтового блока зависит от диаметров ведущего и ведомого шкивов.

Изменив соотношение шкивов, производитель может заставить блок вращаться:

• медленнее двигателя;
• с приблизительно такой же скоростью;
• быстрее двигателя.

Поэтому наличие двигателя на 2950 об/мин ещё не означает, что винтовой блок работает на 2950 об/мин.

Редуктор

Та же ситуация возникает при использовании зубчатой передачи.

Редуктор может использоваться не только для понижения, но и для повышения частоты вращения винтового блока.

Например:

двигатель — 2950 об/мин
повышающее передаточное отношение — около 1,10
винтовой блок — около 3250 об/мин.

В таком случае более высокая производительность относительно каталожной точки блока уже имеет техническое объяснение.

Практический пример: почему блок Hanbell 11,9 м³/мин может стоять в компрессоре с заявленными 13,1 м³/мин

Рассмотрим конкретную ситуацию.

Официальный каталог Hanbell указывает для AA-780R:

• давление — 8 bar(g);
• скорость — 2950 об/мин;
• расход — 11,9 м³/мин;
• мощность на валу — 73,3 кВт. hanbell.com.cn

Предположим, в коммерческом предложении на готовый компрессор с этим блоком указано:

производительность — 13,1 м³/мин при 8 бар.

Само по себе это ещё не доказывает ошибку.

Но поставщик должен объяснить, каким образом была получена производительность 13,1 м³/мин.

Возможны несколько вариантов.

Вариант 1. Винтовой блок вращается быстрее 2950 об/мин

Это наиболее очевидное техническое объяснение.

Для получения 13,1 м³/мин вместо 11,9 м³/мин требуется примерно на 10% увеличить производительность. Следовательно, фактическая скорость блока также может быть выше каталожной рабочей точки.

Тогда необходимо запросить:

• фактические обороты блока;
• передаточное отношение;
• допустимый диапазон оборотов Hanbell;
• мощность на валу при этих оборотах;
• подтверждение производительности готовой установки.

Вариант 2. Производительность указана по другой методике

В документах могут фигурировать:

• м³/мин;
• FAD;
• Nm³/мин;
• теоретическая производительность;
• объём всасывания.

Эти показатели нельзя механически считать одинаковыми.

Если 11,9 и 13,1 получены при разных условиях приведения объёма, прямое сравнение будет некорректным.

Вариант 3. Отличаются условия испытания

Необходимо проверить:

• температуру воздуха;
• атмосферное давление;
• давление нагнетания;
• относительную влажность;
• точку измерения;
• методику пересчёта.

Разница в исходных условиях способна изменить указанное значение расхода.

Вариант 4. В коммерческом предложении указана неподтверждённая цифра

Такой вариант также исключать нельзя.

Если поставщик заявляет 13,1 м³/мин при 8 бар, но одновременно подтверждает:

• тот же блок AA-780R;
• 2950 об/мин на блоке;
• ту же рабочую точку 8 bar(g);
• сопоставимые условия всасывания,

то одного заявления в коммерческом предложении недостаточно.

В этом случае необходимо запросить протокол испытаний готового компрессора.

Главное правило

Если совпадают:

винтовой блок + обороты + давление + условия всасывания + методика измерения,

то существенное увеличение реальной производительности готового компрессора относительно характеристики самого блока требует технического обоснования.

Корпус компрессора, красивый контроллер или другой электродвигатель сами по себе дополнительный воздух не создают.

Как рабочее давление влияет на производительность

Следующий важный параметр — давление нагнетания.

Чем выше требуемое давление, тем большую работу должен выполнять компрессор.

Одновременно возрастают:

• степень сжатия;
• температура;
• внутренние перетечки между рабочими полостями;
• нагрузка на винтовой блок;
• требуемая мощность на валу.

Поэтому у большинства компрессоров производительность при 10 бар ниже, чем при 7–8 бар.

Нельзя сравнивать:

20 м³/мин при 7 бар

и

20 м³/мин при 10 бар

как абсолютно одинаковые характеристики.

Рабочая точка разная.

По этой же причине при сравнении характеристик Hanbell, BAOSI и готового компрессора давление должно быть одинаковым.

В официальных таблицах Hanbell характеристики блока прямо привязаны к давлению. Например, обычные серии приведены для 8 bar(g), а отдельные низконапорные серии имеют свои характеристики при 5 bar(g). hanbell.com.cn

Подробнее этот вопрос можно раскрыть внутренней ссылкой на материал «Как выбрать давление компрессора: 7, 8, 10, 13 или 16 бар».

Как температура всасываемого воздуха влияет на производительность

Компрессор работает не с абстрактными кубическими метрами, а с определённой массой воздуха.

Плотность воздуха зависит от температуры.

При одинаковом атмосферном давлении более холодный воздух имеет большую плотность, а горячий — меньшую.

Поэтому компрессор, установленный:

• в помещении с температурой +20 °C;
• и тот же компрессор при +40 °C

работают при разных условиях всасывания.

При высокой температуре в тот же геометрический объём поступает меньшая масса воздуха.

Дополнительно высокая температура ухудшает условия охлаждения компрессора и может привести к повышению температуры масла и нагнетания.

При сравнении паспортной и реальной производительности необходимо учитывать температуру, при которой проводились испытания, и фактическую температуру воздуха на объекте.

Подробнее эту тему можно связать со статьёй «Температура воздуха и работа компрессора Kraftmachine».

Как воздушный фильтр снижает производительность компрессора

Воздушный фильтр установлен перед винтовым блоком и защищает его от попадания пыли и загрязнений.

Но любой фильтр создаёт сопротивление воздушному потоку.

Если фильтр чистый и правильно подобран, сопротивление относительно невелико. По мере загрязнения перепад давления возрастает.

В результате давление непосредственно на входе винтового блока становится ниже атмосферного.

Например, условно:

атмосферное давление — 1,00 бар(абс.)
после загрязнённого фильтра — 0,96 бар(абс.).

Винтовой блок продолжает вращаться, но плотность поступающего воздуха уменьшается.

Следствие — компрессор захватывает меньшую массу воздуха.

Таким образом, загрязнённый воздушный фильтр способен привести одновременно к:

• снижению фактической производительности;
• увеличению удельного энергопотребления;
• повышению температуры;
• дополнительной нагрузке на оборудование.

Поэтому сравнивать «голый» винтовой блок на испытательном стенде и полностью собранный компрессор без учёта впускного тракта некорректно.

Какие ещё потери возникают внутри готового компрессора

Между окружающим воздухом и выходным патрубком готового компрессора находится несколько элементов, влияющих на рабочую точку установки.

Впускной клапан

Даже полностью открытый впускной клапан имеет определённое гидравлическое сопротивление.

Чем выше перепад давления перед винтовым блоком, тем ниже давление всасывания и потенциальная производительность.

Воздуховоды

Излишне узкие воздуховоды, сложная геометрия и большое количество поворотов создают дополнительные потери на всасывании.

Маслоотделитель

Сепаратор установлен после винтового блока и также создаёт перепад давления.

Например, если потребителю необходимо 8 бар, давление непосредственно перед сепаратором может быть несколько выше.

Фактически винтовому блоку приходится работать не против ровно 8 бар, а против более высокого внутреннего давления.

По мере загрязнения сепаратора этот перепад увеличивается.

Клапан минимального давления

Клапан необходим для нормальной работы масляной системы и сепарации, но также является элементом напорного тракта.

Внутренние трубопроводы

Повороты, арматура, обратные клапаны и соединения формируют суммарный перепад давления.

Утечки и продувки

Небольшие внутренние утечки, системы разгрузки и продувки также могут влиять на количество воздуха, реально покидающего компрессорную установку.

Именно поэтому производительность готового компрессора необходимо подтверждать на выходе всей установки, а не рассчитывать только по геометрии роторов.

Может ли готовый компрессор выдавать больше, чем указано для винтового блока

Да — но только при наличии технического объяснения.

Если в каталоге винтового блока указано:

11,9 м³/мин при 2950 об/мин и 8 бар,

это не означает абсолютный предел этого блока при любых режимах.

Производительность может быть выше, если:

• увеличена допустимая частота вращения;
• используется повышающее передаточное отношение;
• рабочая точка производителя блока и готовой машины различается;
• применяются разные условия приведения расхода.

Официальные данные Hanbell сами показывают, что один и тот же блок может иметь разные расходы при разных оборотах. Например, AB-600RPM при 3000 об/мин имеет расход 9,25 м³/мин, а при 3800 об/мин — уже 12,1 м³/мин при том же заявленном давлении 8 bar(g). hanbell.com.cn

Но существует и обратное правило.

Если поставщик утверждает, что:

• винтовой блок тот же;
• давление то же;
• обороты те же;
• условия те же,

а производительность готового компрессора оказывается значительно выше характеристики блока, необходимо запросить подтверждение.

Фраза «в готовом компрессоре блок работает эффективнее» без расчёта или протокола испытаний техническим доказательством не является.

Как правильно сравнивать винтовые блоки Hanbell и BAOSI

Ошибка — сравнивать оборудование только следующим образом:

Hanbell — 11,9 м³/мин
BAOSI — 13 м³/мин.

Такого количества информации недостаточно.

Для корректного сравнения необходимо составить таблицу:

Только после этого можно делать вывод о том, какой блок действительно имеет большую производительность или эффективность.

На официальном сайте BAOSI компания указывает производство винтовых блоков и компрессорного оборудования, однако для технического сравнения всё равно требуется документация на конкретную модель блока, а не только название производителя. cnbaosi-compressor.com

Поэтому правильная постановка вопроса звучит не:

«Что лучше — Hanbell или BAOSI?»

а:

«Какая конкретная модель блока, при каких оборотах, давлении и мощности обеспечивает требуемый расход?»

Почему мощность двигателя тоже нужно проверять

Повышение оборотов увеличивает не только производительность.

Увеличивается и требуемая мощность.

Предположим, блок имеет официальную рабочую точку:

11,9 м³/мин — 73,3 кВт на валу.

Если его разогнать примерно на 10% для получения порядка 13 м³/мин, нельзя автоматически считать, что потребляемая мощность останется прежней.

Необходимо проверить:

• требуемую мощность на валу;
• номинальную мощность двигателя;
• сервис-фактор;
• допустимую нагрузку винтового блока;
• ток двигателя;
• мощность частотного преобразователя;
• температуру нагнетания.

Иначе дополнительная производительность может быть получена за счёт работы оборудования на повышенной нагрузке.

Для заказчика важен не только вопрос:

«Сколько м³/мин выдаёт компрессор?»

но и:

«Сколько кВт он потребляет для получения этого расхода?»

Какие документы нужно запросить у поставщика компрессора

Чтобы объективно подтвердить заявленную производительность, рекомендуется запросить:

1. Точную модель установленного винтового блока.
2. Официальную характеристику производителя блока.
3. Фактические рабочие обороты винтового блока.
4. Обороты электродвигателя.
5. Тип привода.
6. Передаточное отношение ременной или зубчатой передачи.
7. Производительность готового компрессора при требуемом давлении.
8. Потребляемую мощность при этой же рабочей точке.
9. Условия, к которым приведён расход.
10. Методику определения производительности.
11. По возможности — протокол заводских испытаний по ISO 1217.

ISO 1217 предназначен именно для проведения приёмочных испытаний объёмной производительности и мощности объёмных компрессоров. ISO

Как проверить производительность уже установленного компрессора

Если оборудование уже находится на предприятии, спор по каталогам можно заменить фактическим измерением.

Необходимо одновременно зарегистрировать:

• расход воздуха;
• рабочее давление;
• температуру;
• атмосферные условия;
• потребляемую электрическую мощность;
• обороты винтового блока или двигателя;
• частоту преобразователя.

После этого результат приводится к сопоставимым условиям и сравнивается с заявленной характеристикой.

Это позволяет определить, действительно ли компрессор выдаёт, например, 13,1 м³/мин при 8 бар, или эта цифра существует только в коммерческой документации.

Связанная статья: «Как проверить реальную производительность компрессора: FAD, ISO 1217 и паспортные м³/мин».

Для подбора промышленного оборудования можно использовать каталог Kraftmachine.

Преимущества и недостатки использования каталожных характеристик винтового блока

Плюсы

• можно проверить соответствие установленного блока заявленной мощности;
• можно увидеть официальную рабочую точку производителя;
• можно сравнить расход при разных оборотах;
• можно оценить требуемую мощность на валу;
• проще обнаружить технически необоснованные характеристики готового компрессора.

Минусы

• характеристика блока не равна автоматически FAD готовой установки;
• без оборотов невозможно корректно определить его производительность;
• необходимо учитывать давление;
• условия испытаний могут отличаться;
• не учитываются все потери готовой компрессорной станции.

Поэтому каталог винтового блока — важный источник информации, но использовать одну строку из таблицы без анализа всей компрессорной установки неправильно.

Как правильно оценивать производительность готового компрессора

При выборе оборудования необходимо двигаться в следующей последовательности:

1. Определить требуемый расход и рабочее давление предприятия.

2. Проверить FAD готового компрессора при этом давлении.

3. Определить модель установленного винтового блока.

4. Проверить официальные характеристики блока.

5. Сравнить фактические обороты блока с оборотами в каталоге производителя.

6. Проверить тип привода и передаточное отношение.

7. Сопоставить требуемую мощность блока и мощность двигателя.

8. Проверить условия, при которых получена заявленная производительность компрессора.

9. Запросить подтверждение по ISO 1217 или результаты заводских испытаний.

Такой подход позволяет сравнивать компрессоры не по рекламным цифрам, а по реальным техническим параметрам.

Заключение

Производительность винтового блока и производительность готового компрессора могут отличаться, потому что винтовой блок работает внутри целой системы. На результат влияют обороты, передаточное отношение, рабочее давление, температура и давление воздуха на всасывании, сопротивление воздушного фильтра, внутренние перепады давления и алгоритм управления.

Поэтому цифра из каталога Hanbell или BAOSI не должна автоматически переноситься в паспорт готового компрессора. Но и заявлять производительность выше официальной рабочей точки блока без технического объяснения также некорректно.

Если блок Hanbell имеет характеристику 11,9 м³/мин при 2950 об/мин и 8 бар, а готовый компрессор заявлен на 13,1 м³/мин при 8 бар, ключевой вопрос — не «какая цифра правильная», а на каких фактических оборотах работает блок, какое используется передаточное отношение и каким испытанием подтверждены 13,1 м³/мин. При одинаковых оборотах, давлении и условиях существенное превышение характеристики блока должно быть подтверждено измерениями, а не только коммерческим предложением.