Pochopení měření veličin vzduchového kompresoru: práce, výkon a průtok

Mechanická práce spojená se změnami objemu směsi plynů je jedním z nejdůležitějších procesů v technické termodynamice. 

Průtoky kompresoru se obvykle měří pomocí hmotnostního průtokoměru. Intuitivně je snazší pochopit průtok plynu z hlediska objemu než z hlediska hmotnosti. Vnímanou nevýhodou by mohlo být, že pak bude nutné specifikovat vstupní podmínky plynu, protože objem se změní se změnou vstupních podmínek. U kompresoru však výstupní hmotnostní průtok závisí také na vstupních podmínkách, což znamená, že je vždy nutné specifikovat vstupní podmínky, za kterých byl dosažen průtok.

Objemový průtok systému je objem tekutiny, který proteče za jednotku času. Lze jej vypočítat jako součin plochy průřezu průtoku a průměrné rychlosti průtoku. Jednotka objemového průtoku je m3/s.

Nicméně při nákupu kompresoru obvykle najdete kapacitu kompresoru, vyjádřenou v litrech/s (l/s). Jedná se o FAD neboli volný přívod vzduchu kompresoru.

Co je to dodávka volného vzduchu? Volný vzduch znamená vzduch při vstupních podmínkách kompresoru, tedy při okolní teplotě a tlaku. Dodávka znamená, že se bere v úvahu pouze vzduch vycházející z výstupu kompresoru. To se liší od vzduchu vstupujícího na vstupu, protože mezi vstupem a výstupem může z kompresoru unikat vzduch. Průtok kompresoru se obvykle měří hmotnostním průtokoměrem na výstupu. To znamená, že se měří pouze přiváděný vzduch. Poté se převede na „volný vzduch“ pomocí podmínek na vstupu.

FAD slouží k porovnání různých kompresorů nebo ke sladění kapacity kompresoru se spotřebou nářadí. Pokud není uvedeno jinak, FAD kompresoru nebo nářadí – které naleznete v jejich technických listech – bylo měřeno při zachování referenčních vstupních podmínek (tj. 20 °C, 1 bar a 0 % relativní vlhkosti). Hmotnost vzduchu, která se vejde do zdvihového objemu prvku kompresoru, se bude měnit s hustotou vzduchu, a tím se změní množství průtoku účinně získaného na výstupní straně kompresoru. Hustota závisí na teplotě a tlaku vzduchu. Proto se naměřený výstupní hmotnostní průtok dělí hustotou nasávaného vzduchu. Efekt hustoty je tímto způsobem potlačen.

Existují však vedlejší účinky teploty a tlaku. Mimo jiné se velikost mezer mezi díly mění v závislosti na teplotě, což způsobuje větší nebo menší netěsnost. Změna tlaku na vstupu také způsobí nadměrnou nebo nedostatečnou kompresi, která změní výsledný výstupní průtok. Z tohoto důvodu je důležité porovnávat kompresory za stejných podmínek, které jsou obecně (ale ne nutně) referenčními podmínkami definovanými v normě ISO1217:2009. V jiných odvětvích nebo regionech lze použít jiné referenční podmínky.

Dalším často používaným průtokem je normální průtok (Nl/s), kde referenční hodnota je při 0 °C, 1 atm a 0 % relativní vlhkosti.

Vztah mezi dvěma objemovými průtoky je q _FAD = q_N × T _FAD / T_N × P_{N /} P _FAD

(Upozorňujeme, že výše uvedený zjednodušený vzorec nezohledňuje vlhkost.)

• qFAD odráží skutečné provozní podmínkya zohledňuje tlak a teplotu, při kterých vzduch vystupuje z kompresoru.
• qN poskytuje standardizovanou referenci, což usnadňuje porovnání výkonu kompresorů v různých systémech.

Inženýři a průmysloví nákupčí se při porovnávání spoléhají na qN, zatímco qFAD je zásadní pro skutečnou konstrukci a provoz systému.

I když se zdá, že se jedná o objemový průtok, FAD lze považovat za hmotnostní průtok vyjádřený objemem. Důvodem je to, že za pevných podmínek je hustota proudění vzduchu konstantní, a tudíž je hmotnostní průtok konstantní a známý.

Následující příklad znázorňuje volný přívod vzduchu (FAD):

• Co znamená FAD 39 l/s pro kompresor pracující při tlaku 10 bar(e)?
• Jak dlouho trvá naplnění 39litrové nádrže při tlaku 10 bar(e)?

Vidíme FAD jako hmotnostní průtok. Celková hmotnost 39 l vzduchu při tlaku 10 bar(e) nebo 11 bar(a) je jednoduše 11násobkem hmotnosti 39 l vzduchu za okolních podmínek. Poslední z nich můžeme označit jako jednotku hmotnosti. Za předpokladu, že je nádrž již na začátku naplněna okolním vzduchem, je v ní již jedna „jednotka hmotnosti“ a potřebujeme jich jen 10. Protože víme, že kompresor dodává jednu jednotku hmotnosti za sekundu, potřebujeme k dodání této hmotnosti do nádrže 10 sekund.

Rozdíl mezi barem(y) a barem(y) je vysvětlen zde.

SER je měřítko účinnosti vyjádřené jako množství energie potřebné k dodání 1 litru FAD při určitém tlaku. Tato hodnota je vyjádřena v joulech/litr (J/l). Například stroj spotřebovávající 35 kW pro dodávku 100 l/s má SER 350 J/l.

Specifikace systému stlačeného vzduchu podle průtoku a tlaku – nikoli kW nebo koňských sil – je nejlepším způsobem, jak přizpůsobit jeho výkon vašim potřebám. Dimenzování kompresoru by mělo přesněji odpovídat požadavkům vašeho podnikání než jen podle jmenovitého výkonu v kW.

V tomto článku je mnoho technických pojmů týkajících se mechanické práce, výkonu a průtoku. Pochopení těchto informací je důležité pro investice do správného vybavení pro vaši aplikaci. Pokud si pořídíte zařízení, které je příliš velké nebo příliš malé, hrozí vysoké riziko neefektivity.

Je důležité zvážit, kolik síly budete potřebovat k přesunu objektu, abyste mohli dokončit danou práci v příslušném časovém rámci. Jak již bylo zmíněno výše, je to vyjádřeno průtokem a tlakem. Kromě litrů za sekundu (l/s) se průtok vyjadřuje jako krychlové metry za hodinu (m3/h) nebo krychlové stopy za minutu (cfm). Všechny tyto míry se týkají rychlosti.

Tlak se zobrazuje v barech, jak je uvedeno výše, nebo v librách na čtvereční palec (psi). Pokud potřebujete přesouvat těžké předměty, budete potřebovat větší tlak. Budete také chtít určit, zda potřebujete celodenní dodávku vzduchu a zda pro vaše aplikace existují různé požadavky. Tento kontext je užitečný při určování velikosti a výběru mezi stroji s pevnými otáčkami a s pohonem s proměnnými otáčkami (VSD). Podívejte se na našeho průvodce výběrem vzduchového kompresoru.