Расчет имеющегося объемного расхода (потребления) сжатого воздуха без расходомера

Иногда возникает необходимость узнать потребление сжатого воздуха оборудованием в уже имеющейся компрессорной сети. Конечно, для этого существуют специальные приборы - расходомеры, однако, при недоступности расходомера или по иным причинам иногда требуется прибегнуть к чисто математическим способам определения объемного расхода. Ниже мы расскажем о двух таких способах - они не дадут высокоточного результата, но, зато, чрезвычайно просты как для понимания, так и в применении, и не требуют никаких специальных приборов или инструментов. Кстати отметим, что точно такими же способами, с использованием этих же формул, можно определять и объем утечек сжатого воздуха - ибо принципиально и полезное потребление сжатого воздуха, и утечки - это одно и то же.

Давление в ресивере падает - считаем, с какой скоростью.

Определение потребления сжатого воздуха через опорожнение ресивера (падение давления)

Метод расчета потребления сжатого воздуха через опорожнение ресивера очень прост как для понимания, так и в применении, и заключается в следующем: компрессор выключается или иным способом отключается от линии сжатого воздуха, к которой подключено потребляющее сжатый воздух оборудование. Предполагается, что известен объем ресивера и компрессорной сети в целом (поэтому, этот способ замера расхода не даст точного результата, если сеть сжатого воздуха слишком велика по объему, и если этот объем плохо поддается учету). Включается потребляющее сжатый воздух оборудование, и засекается как момент включения, так и давление в сети сжатого воздуха (обычно, по манометру на ресивере) на этот момент. Через некоторое время, давление фиксируется повторно, вместе с прошедшим с первого замера временем. Нужно, конечно, принимать во внимание и специфику автоматики устройств-потребителей сжатого воздуха - часто, при падении давления до какого-то уровня продолжение замера становится невозможным из-за того, что автоматика отключает потребителя; в таких случаях, приходится ограничиться тем временем измерений, за которое давление упадет до этого критического, «по мнению» автоматики оборудования, уровня.

Полученные данные, то есть давление на время начала и на время окончания измерений, продолжительность измерений, а также объем воздушного ресивера, закладываются в формулу ниже.

Для удобства посетителей нашего сайта, мы сделали и калькулятор, которым можно воспользоваться для автоматического расчета по нижеприведенной формуле.

Формула расчета имеющегося расхода (потребления) через скорость падения давления

, где
L_B - искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
V_R - объем ресивера [м³] (напомним, 1 м³ = 1000 л)
p_max - давление на время начала измерений [бар]
p_min - давление на время окончания измерений [бар]
t - продолжительность измерений [мин]

Приведем пример: имеется небольшая компрессорная сеть, основной составляющей объема которой является воздушный ресивер вместимостью 900 литров (= 0,9 м³). На момент начала замера, давление по манометру ресивера составляло 8 бар. Через 40 секунд (= 2/3 ≈ 0,67 минуты), оно упало до 5 бар. Значит, за это время из ресивера ушло 3 его объема воздуха (конечно, приведенного к стандартным атмосферным условиям), то есть 2,7 м³. Соответственно, в пересчете на 1 минуту потребление сжатого воздуха составило 4,05 м³/мин.

Очевидно, что метод математического расчета расхода сжатого воздуха через скорость падения давления в компрессорной сети (в ресивере) будет давать более точный результат при большом, но, при этом, точно известном (что подразумевает обычно большой ресивер и немного труб), объеме сети сжатого воздуха, и небольшом, по отношению к объему сети, потреблении сжатого воздуха. Такое соотношение позволит продлить период замера, снизив значение ошибок в учете времени. Напротив, в тех случаях, когда разбор сжатого воздуха настолько велик, что точно засечь время снижения давления в ресивере с p_max до p_min не представляется возможным, этот метод вряд ли будет полезен.

Расчет имеющегося расхода через время работы компрессора

Работа компрессора с постоянной производительностью: нагрузка → p_max → холостой ход → p_min → нагрузка...

Альтернативным способом определения объема разбора сжатого воздуха является учет времени работы винтового, или иного имеющего режим холостого хода, компрессора под нагрузкой по отношению к общему времени его работы (то есть под нагрузкой + на холостом ходу). Подчеркнем, что этот способ менее универсален, чем расчет через опорожнение ресивера (= через скорость падения давления); его можно использовать только с компрессорными установками, имеющими возможность непрерывной работы с периодическими переходами на холостой ход, а также счетчики времени работы под нагрузкой и в целом - это, например, все современные винтовые и пластинчатые воздушные компрессоры. Также, должна быть известна, с возможно высокой точностью, производительность компрессора. Этот способ нельзя использовать с поршневыми компрессорами, а также с винтовыми и прочими компрессорами с переменной производительностью. Однако, его преимуществом является практически неограниченная продолжительность проведения измерений, позволяющая получить довольно высокую точность результата.

В отличие от метода расчета разбора сжатого воздуха по скорости падения давления, при использовании метода подсчета времени работы компрессора компрессор должен быть подключен к сети сжатого воздуха, и должен работать. В начале проведения измерений нужно отметить показания счетчиков общей наработки и наработки под нагрузкой компрессора. Затем, потребители включаются и начинают разбирать сжатый воздух, а компрессор включается, чтобы восполнить вызванное этим падение давления. Набрав p_max, компрессор переходит на холостой ход. Затем давление опять падает до p_min, и компрессор опять переключается на рабочий ход - причем, переключается практически без задержки; именно поэтому этот метод нельзя использовать с поршневыми компрессорами, у которых режима холостого хода вообще нет, и которые при достижении p_max выключают электродвигатель - ведь при перезапуске электродвигатель будет, скорее всего, некоторое время работать в «звезде», что окажет влияние на производительность компрессора и, особенно при частых перезапусках, на точность полученного в итоге результата расчетов.

В таком режиме работы компрессор можно оставить на неопределенно длительный срок - пока есть возможность оставить в «нормальном», обычном режиме работы оборудование-потребителей сжатого воздуха. Чем дольше будет период учета времени, тем точнее, в общем случае, будет результат. При окончании периода учета, следует записать как общее время наработки компрессора (если компрессор, как он и должен был, работал без остановок, то это время соответствует времени проведения замера), так и время, которое он за этот период находился в режиме работы под нагрузкой (то есть производил сжатый воздух). Полученные данные следует ввести в формулу:

Формула расчета разбора сжатого воздуха через время работы компрессора

, где
L_B - искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
Q - производительность компрессора [м³/мин]
∑t - время работы компрессора под нагрузкой за период измерений [мин]
T - период измерений = время работы под нагрузкой + на холостом ходу [мин]

Расчет объема утечек сжатого воздуха

Добавим, что при помощи обоих вышеописанных способов можно рассчитать и объем утечек сжатого воздуха. Для этого, при проведении измерений по методу расчета через опорожнение ресивера нужно отключить «полезных» потребителей, и посчитать скорость падения давления при отключенных «полезных» потребителях - это и будет объем утечек. То же самое нужно сделать и для «приспособления» к измерению утечек и второго расчетного способа. Сами расчетные формулы, разумеется, остаются без изменений.