Сравнительный анализ компрессоров. Какой компрессор выбрать

Продолжая разговор о многообразии компрессорного оборудования, не мешало бы добавить несколько слов о многочисленных достоинствах и ряде недостатков, мешающих пользователям выбрать то или иное компрессорное устройство, отличающееся большим разнообразием, без которого невозможна работа многих промышленных и строительных объектов и предприятий.

Почему, например, поршневой компрессор пользовался совсем недавно, да и пользуется до сих пор таким огромным успехом? Дело все в том, что этот тип оборудования имеет много положительных характеристик, которые ставили его на 1-е место среди подобного оборудования:

первое, это простота обслуживания и эксплуатации;
второе, поршневые компрессоры всегда просто и легко подвергались ремонту и восстановлению своих функций после поломки. Не случайно за ним закрепилось название «вечного агрегата», ибо такие компрессоры безупречно служили долгие десятилетия, если они вовремя обслуживались и ремонтировались;
в-третьих, стоимость компрессора, которая всегда намного ниже стоимости другого компрессорного оборудования.

Поршневые компрессоры имеют, правда, и недостатки. Так, необходим достаточно большой штат сотрудников для обслуживания этих агрегатов. К минусам можно отнести и то, что интервал межсервисных работ составлял лишь 500 часов. Сегодня это считается очень низким показателем. Да если сюда отнести ещё высокий уровень шума и вибрации во время эксплуатации!? Однако, не бывает худа без добра. Анализируя все показатели в сумме, можно оставаться уверенным в том, что поршневые компрессоры еще нескоро покинут наш рынок, ибо ни один компрессор сегодня не может выдать давление в 30 атмосфер. Пока конкурентов поршневому насосу в этом нет.

И снова оговорка, помните, что поршневой компрессор хорош там, где нет нужды в постоянном режиме работы, ему необходим перерыв. Поэтому поршневые компрессоры так любят и широко применяют предприятия малого и среднего бизнеса. Осознанно останавливаясь на выборе такого агрегата поршневого типа для своих целей, всегда помните такой предопределяющий нюанс: расходы, связанные с эксплуатацией, всегда превышают расходы, связанные с приобретением данного вида компрессорного оборудования.

Итак, для стандартных поршневых компрессоров характерно простое конструктивное исполнение, с чем связана его невысокая стоимость. Его лёгкий запуск и эксплуатация в сложнейших условиях также увеличивают и так довольно длинный ряд с его преимуществами, к которым можно также отнести длительный срок службы и доступный облегчённый монтаж, простое выполнение пуско-наладочных работ. Сам ремонт поршневого агрегата стоит мизерных денег, запчасти не надо заказывать и долго ждать, их всегда легко приобрести.

Но вышеуказанный межремонтный интервал в 500 часов связан также с необходимостью использования высококвалифицированного персонала. Сферы промышленного применения оборудования поршневого типа ограничены. Это связано с невысокой производительностью данных компрессоров. Да и при эксплуатации они издают довольно высокие шумы. Но в сравнении с компрессорными станциями винтового типа, для которых характерно сложное конструктивное устройство и более дорогое обслуживание, компрессорные поршневые установки продолжают пользоваться большим потребительским спросом. А минусы винтовых компрессорных установок на этом и заканчиваются, ибо они не требуют частого технического обслуживания и обладают высочайшей степенью надежности. У них низкий уровень шума, а эксплуатационные издержки незначительны.

А при необходимости использования больших мощностей, выбор падает на винтовое компрессорное оборудование. Этот тип компрессорных устройств является более высокотехнологическим оборудованием. Рабочее тело сжимается с помощью двух валов, противостоящих друг другу, характеризуется данный тип высокой мощностью в работе, пониженным потреблением энергии (на 1/3 меньше, чем поршневой), да и работает оно почти бесшумно, имеет конструктивно компактное исполнение, не требует периодического отключения для проведения профилактических работ, на выходе обеспечивает более чистую рабочую среду (потребляет не так много смазки), легко ремонтируется и может быть оснащено полностью автоматизированной системой управления.

К минусам такой техники относится её стоимость, которая несколько выше цены поршневых компрессоров. Самому отремонтировать винтовой компрессор невозможно в случае поломки, его необходимо будет отвезти в сервисный центр для выполнения ремонтных работ.

Так что, при осознанном выборе типа компрессора в учет идет не только производственная необходимость, но и содержание бюджета.

Продолжая проводить сравнительный анализ названных типов компрессорного оборудования, следует напомнить, что у винтовых компрессоров работа непрерывная. Чтобы обеспечить непрерывность и соответствующую производительность в работе поршневого компрессора, необходимо покупать его с большим запасом по мощности или устанавливать рядом резервный. Если поршневой компрессор сжимает воздушную среду периодически и с пульсациями, то у винтовых компрессоров сжатие происходит непрерывно и стабильно. Работа роторно-винтовых компрессоров практически не вызывает вибрации, в то время как среди рабочих характеристик в деятельности поршневых компрессоров высокие вибрации всегда оговариваются. Если говорить о периодичности обслуживания компрессоров винтового типа, то им необходимо обслуживание в 4 раза реже, чем поршневым.

По качественным характеристикам воздуха на выходе винтовые компрессоры стоят на порядок выше поршневых:

2-3 мг/м3 касательно масла и макс. 5 мкм в отношении твердых частиц, в то время как поршневые имеют следующие показатели:
10-15 мг/м3 касательно масла и макс. 10 мкм в отношении твердых частиц.

Поршневой компрессор имеет на выходе температуру сжатого воздуха до 90°C, что требует установки дополнительного оборудования, чтобы достичь необходимого качества сжатого воздуха. У винтовых компрессоров температура на выходе +8 - 13 °C к окружающей среде, как видно из ниже следующей таблицы, которую предлагаем на рассмотрение для сравнения основных характеристик по поршневым и винтовым компрессорным устройствам:

Характеристики для сравнения	Поршневой тип	Винтовой тип
Тем-ра возд. на выходе, °C;	80 - 120	+ 8 - 13 к окружающей
Шум, уровень в дБ (А)	80 - 95	65 - 70
Расчетн. данные по наработке на отказ в час.	3 000 - 6 000	30 000 - 40 000
Очистка воздуха	нет	есть
Подача воздушной среды	50/50	24 часа в сутки
Содержание масла мг/м. куб. (в сжатом воздухе)	10-15	2 - 3
Эффективность при всасывании / на выходе	50 - 70 %	95 - 99 %
Затрачиваемая мощность на 1 объёма сжат. возд.	100 %	75 %

Среди существующих на данный момент типов компрессоров самыми простым и, соответственно, распространенными являются поршневые компрессорные устройства. Данный тип компрессорного оборудования не новый, он используется уже почти 200 лет и до последнего времени лидировал на рынке компрессорного оборудования, используемого для сжатия воздушной среды. В бывшем СССР, правда, выпускали центробежные компрессоры производительностью 100 кубических метров / минуту, хотя компрессоры винтового типа тогда не были еще распространены. Объяснялось это сложностью производства.

Надо отметить, что компрессоры поршневого типа наиболее эффективны при необходимости создания невысокого давления, составляющего около 20-30 атмосфер. Турбокомпрессоры же применяются, когда есть большая потребность в сжатом воздухе, ибо, следуя практике, поршневые компрессоры применяют чаще при невысоких требованиях к производительности, где-то 200 л / мин.

Когда поршневые компрессоры будут предпочтительнее других типов компрессоров? В случае нерегулярного потребления сжатого воздуха. Лучше будет использовать поршневой компрессор, а не какой-либо другой, если заранее известны неблагоприятные условия работы. Это может быть связано с работой компрессора на установке, которая расфасовывает цемент, на складе с запасами угля, на мельничной установке. Незаменим поршневой компрессор и при работе, связанной с большими перепадами температур, когда нет необходимости в большой производительности при сжатии воздуха. Поршневые компрессоры будут работать в этих условиях значительно эффективнее и надежнее, чем другие типы.

Работая в таких условиях, винтовые компрессоры, например, демонстрируют меньшую производительность, их работа на производстве будет нецелесообразной в экономическом плане, поэтому следует помнить, что эксплуатация компрессора будет дороже, чем начальные капитальные затраты.
Сегодня современные поршневые компрессоры используются и в промышленности, и в быту. Перед покупкой компрессорного устройства, надо выбрать определенную модель компрессора, тщательно ознакомившись с его техническими характеристиками.
Проведем сравнение между расходами на винтовой и поршневой компрессоры по выше описанным пунктам:

затраты на покупку компрессорного устройства и его установку: поршневой компрессор с аналогичными техническими характеристиками обойдется на 20 - 40% дешевле винтового, но расходы на монтаж поршневого компрессора значительно выше, чем на монтаж винтового. Поршневому компрессору необходим фундамент. Сам процесс установки винтовых компрессоров намного проще, так что разница в стоимости будет не такой уж заметной;
потребление электроэнергии: поршневые компрессоры имеют однозначный проигрыш перед винтовыми, ибо винтовой компрессор потребляет значительно меньшее количество электроэнергии, постепенно возвращая, таким образом, потраченные на его приобретение деньги. Если предприятия будут устанавливать винтовые компрессоры с частотными регуляторами, то это будет экономить электроэнергии еще на 30%. Система регулирования производительности у винтовых компрессорных устройств более совершенна;
затраты на расходный материал и стоимость обслуживания: здесь также винтовые компрессоры одерживают верх над поршневыми. Винтовые компрессоры оборудованы значительно лучшей системой маслоотделения по сравнению с поршневыми, масло почти не имеет доступа к сжатому воздуху, уменьшая его расход и денежные затраты. Конструктивно винтовые компрессоры также лучше поршневых, их комплектующие детали намного реже выходят из строя.
Технически поршневые компрессоры тяжело обслуживать: нужно часто производить замену клапанов, вкладышей, колец поршневых и т.д. Винтовой компрессор, работая 15 - 25 лет и не требуя частого ремонта или обслуживания, не оснащен, как поршневой, большим количеством быстроизнашиваемых деталей;
винтовые компрессоры в большей мере оснащены системами автоматического управления, в этой связи снижены затраты на обслуживающий персонал. Программу можно отрегулировать таким образом, что будет осуществляться управление не одним компрессором, а группой компрессорных устройств;
дополнительное оборудование: мы говорили выше о том, что винтовые компрессоры оборудованы значительно лучшей системой маслоотделения по сравнению с поршневыми, масло почти не имеет доступа к сжатому воздуху, уменьшая тем самым его расход. Покупая поршневой компрессор, придется задуматься о покупке очищающего фильтра. Компрессор поршневого типа не обойдется без ресивера. Создаваемые им пульсации давления необходимо гасить, что не требуется при использовании винтового компрессора;
уровень шума: у винтовых компрессоров он намного ниже поршневых, они оснащаются кожухами, которые дополнительно поглощают шум. В этом также состоит дополнительная экономия: не надо доставлять сжатый воздух на большие расстояния, оберегая его тем самым от присутствия твердых примесей или конденсата;
установка: имея сильные вибрации и шум при работе, компрессоры поршневого типа мощностью > 20 кВт должны устанавливаться в отдельном помещении со специально выложенным фундаментом. Винтовому же компрессору достаточно будет ровной площадки, так как конструкция его корпуса имеет резиновые опоры, которые способствуют гашению вибрации, а кожух у них звукоизоляционный. Это облегчает его установку и позволяет разместить вблизи потребителя воздуха;
вентиляция: при работе любого технического средства происходит естественный нагрев и, соответственно, требуется вентиляция, которая защитит технику от перегрева. Работая в плохо проветриваемом помещении, винтовому компрессору необходимо дополнительно подавать воздух и отводить тепло от кожуха. Иногда можно использовать выделяемое тепло для подогрева помещения, сохраняя энергию. И для гарантии стабильной работы поршневого агрегата будут необходимы дополнительные вентиляторы для притока и вытяжки, что также требует дополнительных затрат электроэнергии;
срок службы: технические и конструктивные особенности винтового компрессора обеспечивают сильное превосходство в сроке службы его перед поршневым компрессором. У винтового компрессора зазоры между винтами заполняются маслом, что значительно уменьшает трение. А возвратно-поступательные движения поршня в поршневых компрессорных устройствах сопровождаются непрерывным процессом трения, что, наоборот, способствует износу;
ремонтопригодность: рекомендуется капитально ремонтировать компрессор поршневого типа каждые 16 000 часов работы, что связано с трудоёмким процессом полного демонтажа компрессора для определения стадии износа или повреждения деталей, стоимость которого выливается в 10-15% стоимости нового компрессорного устройства.
Капремонт винтового компрессора рекомендуется делать каждые 24 тыс. часов работы, что связано лишь с заменой подшипников винтового блока. После его замены винтовой компрессор будет обеспечивать воздухом производство или предприятие следующие 24 000 часов и т. д.;
до сих пор мы вели разговор относительно компрессорных машин поршневого и винтового типов. Относительно механического регулирования холодопроизводительности этих машин (наличие встроенных регулирующих элементов), имеется большое разнообразие возможных точек зрения, касающихся подходов к регулированию и сильно отличающихся в связи с типом компрессорного устройства.
Компрессорные устройства поршневого типа:
- отжим клапанов на стороне всасывания;
- перепуск пара внутри компрессорного устройства;
- изменение мертвого пространства цилиндра;
- уменьшение хода при сжатии;
- блокировка каналов на всасывании у отдельных цилиндров или группы цилиндров;
- варьирование частотой вращения.
Компрессорные устройства винтового типа:
- перепуск пара внутри компрессорного устройства;
- внутренние поршни (управляющие);
- регулирующий золотник, размещённый параллельно оси вала;
- варьирование частотой вращения;
очередным преимуществом винтовой компрессорной машины можно назвать более высокий КПД. Достичь его помогает тот факт, что трущихся деталей в конструкции агрегата значительно меньше и нет механических преобразователей вращательных движений электрического двигателя в возвратно-поступательные движения рабочего элемента, то есть поршня.

Вернувшись к нашему сравнению и констатируя все плюсы и минусы обоих видов компрессорных машин, можно однозначно заметить, что винтовой тип компрессора считается более выгодным, более надежным, с большим перерывом между регламентными инспекциями по сравнению со своим поршневым "собратом". С точки зрения потребителей винтовые компрессорные машины считаются более экономичными, несмотря на ту особенность, что при покупке они демонстрируют более высокую цену в сравнении с поршневыми. Чтобы сопоставить выгоду того или другого типа компрессорного устройства с точки зрения показателей по эффективности, следует выслушать специалиста.

Исходя из нашего сравнительного анализа (см. описание выше), для получения сжатого воздуха используются обычно 2 вида компрессорных машин: компрессор поршневого и винтового типов. По виду питания эти машины делятся на электрические компрессорные устройства и компрессоры с двигателями внутреннего сгорания (мотокомпрессоры, передвижные компрессорные устройства, дизельные компрессорные машины). Электрические компрессоры имеют больший уровень популярности, являясь более экономичными машинами, они более просты и надёжны при эксплуатации. Компрессоры, оснащённые двигателями внутреннего сгорания, находят свое применение в тех условиях, где имеют место перебои с электрическим питанием. Цена на электрические компрессорные устройства обычно в 1,5-2 раза выше, чем цены на компрессоры передвижные.

Следующий тип компрессорного оборудования, который мы рассматриваем в сравнении с поршневыми компрессорами, это лопастной тип, который также представляет собой одну из разновидностей, повышающих давление рабочего тела при его взаимодействии с подвижными и неподвижными лопатками компрессорного устройства. Механическая функция устройства при этом становится кинетической энергией рабочего тела, которая далее преобразуется во внутреннюю. В сравнении с поршневыми компрессорными устройствами лопастные машины имеют ряд значимых преимуществ, которые проявляются при сжатии больших количеств газовых смесей и газов:

данный тип устройств имеет незначительные габариты и малую массу;
в них отсутствуют клапаны (на всасывании и нагнетании), что способствует увеличению надежности в работе;
поступающий газ без наличия смазки в рабочих органах;
газ подаётся равными порциями, непрерывно, исключая необходимость размещения на стороне нагнетательной линии больших ёмкостей;
лёгкий фундамент благодаря воздействию незначительных инерционных сил.

Лопастной тип компрессорного оборудования обладает отличным быстродействием, имеет малую металлоёмкость, всегда плавную подачу, долговечен, обеспечивает чистоту газа на выходе (свободен от паров масла). Но при всех этих положительных моментах каждая ступень может создавать на выходе небольшое давление, работая с ограничением скоростей вращения рабочих колес. Поршневые же компрессоры способны обеспечить более высокое давление газа, имея при этом большую металлоемкость, неравномерную подачу, ограничение в быстродействии. Так как смазывание трущихся поверхностей в поршневых компрессорных устройствах происходит прямо в рабочей камере, то выходящий из компрессорного устройства газ выходит с большим количеством паров масла.

Однако при качественном изготовлении лопастного компрессорного оборудования можно добиться весьма большого, создаваемого им, давления. У компрессоров данного типа на 50% больше мощности, если сравнить их с компрессорами Рутс, меньше шумов при работе, выше КПД, ограниченные потери воздуха и незначительная потеря температуры воздуха, меньше мощности они забирают у двигателя.

В силу своих конструктивных особенностей лопастные компрессы имеет значительную фрикционную нагрузку, сосредоточенную между корпусом и лопастями. Чем дольше эксплуатировался компрессор, тем выше был износ его рабочих элементов и тем больше потери воздуха, тем ниже КПД. По этим причинам компрессоры лопастного типа делались с большими габаритами и низким числом оборотов, что останавливало развитие машиностроения. От них начали отказываться, понемногу забывая об их существовании. Прошло много лет, металлообрабатывающая отрасль машиностроения сделала большой прогресс, появились новые материалы и их высокоточная обработка, конструкторы придумали ряд новых решений, рождённых на базе старых технологий, постепенно возвращая лопастные компрессоры в массовое производство.

Для безмасляного процесса сжатия газов, в особенности, если они взрывоопасны и агрессивны, наилучшим решением является использование мембранных компрессорных машин. Этот тип компрессорного оборудования очень часто применим там, где нет возможности компрессорам винтового или поршневого типов создавать очень высокие давления макс. 4 000 бар.

Мембранные компрессоры завоевали себе прочную позицию во всех производственных отраслях, имея определенные преимущества перед поршневыми и винтовыми компрессорными устройствами. Их востребованность в процессах сжатия газов, взрывоопасных, радиоактивных, токсичных или высокочистых, требует особых мер защиты внешней среды. Мембранные компрессоры соответствуют поставленным требованиям продовольствия, фармацевтики и атомной промышленности, их применяют в химической, энергетической, атомной и пр. сферах, в научно-исследовательской работе, где требуются газы высокого давления. К таким газам предъявляются очень жесткие требования в отношении чистоты. В силу своих уникальных конструктивных особенностей мембранные компрессоры обладают рядом преимуществ:

при компактной конструкции создают высокие давления газа;
герметичная камера препятствует проникновению в газы посторонних примесей;
нет утечек газа, а значит, чистая внешняя среда;
срабатывание аварийной защиты останавливает компрессор в случае наличия потенциальной угрозы разрыва мембраны;
простота технического обслуживания заключается в регулярной смене мембраны.

Всё компрессорное оборудование делится на стационарное и передвижное (мобильное) оборудование. Стационарное компрессорное оборудование устанавливается на фундамент или несущую опорную конструкцию в виде рамы. Передвижные компрессоры, оснащенные шасси, легко перемещаются по территории строительного объекта или в других местах применения. Они подразделяются в зависимости от источника питания, необходимого для работы двигателя компрессора. Это может быть электричество, дизельное топливо или бензин.

Наиболее популярны среди пользователей передвижные дизельные компрессоры, они мобильны, имеют незначительные габариты, небольшой вес, простой способ транспортировки, довольно экономичны. Оборудование данного типа не нуждается в предварительной подготовке и настройке параметров. Один компрессор может подавать сжатый воздух сразу на несколько инструментов. Это оборудование с удовольствием применяют различные строительные организации при ремонте дорог, бурении скважин, строительстве разного типа, прокладке трубопровода с целью подачи сжатого воздуха прямо на месте выполнения работ на инструменты: отбойные молотки, перфораторы, пескоструйный инструмент.

Такого удобства не может обеспечить ни один электрический или стационарный компрессорный аппарат. Компрессорные устройства передвижной модели применяют для надувания больших количеств воздушных шаров. Они имеют множество преимущественных показателей по сравнению с другим компрессорным оборудованием. Это отсутствие подачи электрического питания для выполнения работ, мобильность, автономность, надежность и экономичность, что сделало эти компрессоры самыми популярными и востребованными в мире. Дизельные компрессоры передвижной модели могут быть как поршневыми, так и винтовыми. Поршневые применяют для кратковременного снабжения пневматического инструмента сжатым воздухом. К их явным преимуществам относятся невысокая цена, простота конструктивного исполнения, что, в свою очередь, гарантирует дешевое техническое обслуживание и ремонт, а также долгий срок работы при надлежащей эксплуатации. Однако использование компрессора в "полевых" условиях влечет за собой и недостатки, как большое потребление масла, быстрый износ рабочих элементов и необходимость в установке ресивера, чтобы постоянно выравнивать давления сжатого воздуха.

Передвижные компрессоры винтового типа по цене гораздо дороже, но они в состоянии круглые сутки подавать сжатый воздух на пневматические устройства и инструменты. К явным преимущественным сторонам компрессоров данной группы стоит отнести незначительное потребление ими масла, их функциональную надёжность в эксплуатации и довольно большой срок службы, не требующий при этом частых осмотров и технических ремонтов. Винты при вращении создают и поддерживают постоянное давление, скорость вращения двигателя выполняет роль регулятора давления, что исключает затраты на приобретение ресивера. На первый взгляд высокая цена окупается отличным качеством оборудования, экономичностью в работе и небольшими затратами на эксплуатацию.

В завершение нашей темы следует добавить тот факт, что всё рассмотренное нами выше компрессорное оборудование по целям использования можно подразделить на компрессоры бытовые, профессиональные и компрессорные аппараты промышленного назначения. Промышленные компрессорные устройства находят применение в условиях промышленного производства, имея порой очень высокие показатели мощностных характеристик. А вот бытовые и профессиональные компрессоры часто используются пользователями в личных нуждах, например, на строительной площадке или строительном объекте, при сооружении дома или других построек. Они мобильны, компактны, в полном объёме удовлетворяют почти все запросы строителей. При выборе компрессорного устройства следует не забывать о том, что бытовой компрессор способен на более короткий период бесперебойной работы, и ему нужен отдых по сравнению с профессиональным.