Как выбрать компрессор для станка ЧПУ

Покупка компрессора для станка с ЧПУ часто воспринимается как выбор вспомогательного оборудования. Основное внимание уделяется самому обрабатывающему центру, системе ЧПУ, шпинделю и режущему инструменту, а пневмосистема проектируется уже после запуска участка. Такой подход нередко становится причиной аварийных остановок, нестабильной работы автоматической смены инструмента, преждевременного износа пневматических компонентов и увеличения эксплуатационных расходов.

Компрессор нельзя рассматривать отдельно от производственного участка. Он работает совместно с ресивером, системой осушения, фильтрацией, трубопроводами, регуляторами давления и всеми потребителями сжатого воздуха. Ошибка при выборе любого элемента отражается на работе всей системы.

Во многих публикациях подбор компрессора сводится к сравнению мощности двигателя или производительности, указанной в каталоге. Для инженерного расчета этого недостаточно. Необходимо учитывать фактический расход воздуха всеми потребителями, профиль нагрузки, допустимое падение давления, качество воздуха, режим эксплуатации оборудования и перспективы расширения производства.

При выборе компрессора приходится одновременно решать несколько задач:

• определить требуемую производительность;
• рассчитать рабочее давление;
• выбрать тип компрессора;
• подобрать систему подготовки воздуха;
• оценить потери давления в магистрали;
• обеспечить необходимый класс чистоты воздуха;
• минимизировать эксплуатационные расходы.

Если хотя бы один из этих этапов пропустить, компрессор может оказаться либо недостаточно производительным, либо чрезмерно дорогим и неэффективным в эксплуатации.

Почему компрессор влияет на работу станка значительно сильнее, чем кажется

На современных станках с ЧПУ сжатый воздух используется значительно чаще, чем предполагают при первом знакомстве с оборудованием. Даже если обработка выполняется исключительно механическим способом, внутри станка работают десятки пневматических элементов.

Наиболее распространенные потребители воздуха:

Каждый из этих узлов предъявляет собственные требования к давлению и расходу воздуха.

 Автоматическая смена инструмента  потребляет воздух короткими импульсами, однако именно в этот момент происходит наиболее резкий скачок расхода. Если давление в системе успевает просесть даже на короткое время, цикл смены инструмента может завершиться аварией.

Воздушное уплотнение шпинделя, наоборот, расходует сравнительно небольшой объем воздуха, но делает это непрерывно на протяжении всей обработки детали. При недостаточном давлении увеличивается вероятность попадания охлаждающей жидкости и мелкой стружки в область шпиндельных подшипников.

Пневматические зажимы приспособлений также чувствительны к падению давления. Если давление становится ниже допустимого значения, снижается усилие фиксации заготовки.

По этой причине компрессор обеспечивает не только работу пневматики, но и напрямую влияет на:

• стабильность технологического процесса;
• надежность автоматической смены инструмента;
• ресурс шпиндельного узла;
• долговечность пневмооборудования;
• вероятность появления аварий ЧПУ;
• производительность всего участка.

Какие данные необходимо взять из паспорта станка

Подбор компрессора начинается не с каталога оборудования, а с технической документации станка.

Практически каждый производитель указывает параметры пневмосистемы в разделе требований к подключению.

Перед расчетом необходимо определить:

• рабочее давление;
• расход воздуха;
• требования к качеству воздуха;
• допустимое содержание масла;
• рекомендуемый класс подготовки воздуха.

Именно эти параметры становятся исходными данными для дальнейших расчетов.

Рабочее давление

Большинство современных обрабатывающих центров рассчитано на давление около 6–7 бар на входе пневмосистемы.

Следует учитывать, что эта величина относится именно к точке подключения станка.

Компрессор же должен создавать более высокое давление, поскольку часть его неизбежно теряется при прохождении воздуха через элементы системы.

Потери возникают практически на каждом участке.

Даже относительно небольшие потери суммируются.

Например, если станок требует стабильные 6 бар, давление после компрессора может потребоваться уже около 7,5–8 бар.

Поэтому ориентироваться только на паспортное давление оборудования нельзя.

Расход воздуха

Второй обязательный параметр — расход воздуха.

Обычно он указывается в литрах в минуту или кубических метрах в минуту.

На этом этапе появляется первая распространенная ошибка.

Пользователь видит значение, например, 350 л/мин и начинает искать компрессор с аналогичной производительностью.

Такой подход редко оказывается правильным.

Паспортный расход может означать:

• максимальный кратковременный расход;
• усредненный расход;
• расход при определенном режиме обработки;
• расход только одного узла оборудования.

Кроме того, производитель далеко не всегда раскрывает профиль потребления воздуха.

Почему нельзя рассчитывать компрессор только по одному числу

Расход воздуха внутри станка постоянно изменяется.

Во время обработки можно выделить несколько режимов потребления.

Постоянный расход

К нему относятся:

• воздушное уплотнение шпинделя;
• питание пневмораспределителей;
• работа отдельных систем продувки.

Такой расход практически не меняется.

Периодический расход

Появляется при работе:

• пневмоцилиндров;
• автоматических дверей;
• зажимных устройств;
• вспомогательных механизмов.

Пневматические элементы работают лишь определенную часть времени.

Импульсный расход

Самая сложная категория.

К ней относятся:

• автоматическая смена инструмента;
• разжим инструмента;
• некоторые виды продувки.

Продолжительность расхода может составлять менее секунды, однако именно в этот момент система испытывает максимальную нагрузку.

Если компрессор подобран только по среднему расходу воздуха, давление может резко проседать именно во время этих импульсов.

Внешне это проявляется следующим образом:

• станок периодически выдает аварии;
• возникают ошибки автоматической смены инструмента;
• цикл обработки неожиданно прерывается;
• появляются трудно диагностируемые неисправности пневматики.

Во время обследования производственных участков подобные ситуации нередко оказываются связаны не с неисправностью станка, а с неправильно рассчитанной системой пневмоснабжения. Статическое давление соответствует норме, однако при импульсной нагрузке магистраль не успевает обеспечить необходимый расход воздуха.

Почему производительность компрессора часто оказывается завышенной в рекламе

После определения требуемого расхода возникает следующий вопрос — какой компрессор способен обеспечить этот объем воздуха.

Здесь необходимо различать два совершенно разных параметра:

• производительность по всасыванию;
• фактическую производительность при рабочем давлении.

Именно путаница между ними становится одной из самых распространенных причин ошибок при выборе оборудования.

Производительность по всасыванию и фактическая подача — почему это разные величины

В характеристиках компрессоров можно встретить две величины, которые внешне выглядят одинаково, но имеют совершенно разный смысл.

Первая — производительность по всасыванию. Она показывает объем атмосферного воздуха, который компрессор способен засосать за единицу времени.

Вторая — фактическая производительность при рабочем давлении. Этот показатель характеризует объем уже сжатого воздуха, который реально поступает в пневмосистему.

Именно второй параметр используется при подборе оборудования.

Во время сжатия часть энергии расходуется на нагрев воздуха, внутренние утечки, сопротивление клапанов и механические потери. По этой причине фактическая подача всегда оказывается меньше объема всасывания.

Если ориентироваться только на производительность по всасыванию, компрессор может оказаться недостаточно мощным уже после первого запуска станка.

Поэтому сравнивать требования оборудования необходимо с показателем FAD (Free Air Delivery) — фактической производительностью компрессора при заданном рабочем давлении.

Именно FAD показывает, сколько воздуха получит производственный участок в реальных условиях эксплуатации.

Как рассчитать требуемую производительность компрессора

Для одного станка задача выглядит относительно просто.

Если паспорт оборудования содержит достоверный расход воздуха, к нему добавляют резерв производительности, позволяющий компенсировать:

• небольшие утечки;
• постепенное загрязнение фильтров;
• сезонные изменения условий эксплуатации;
• возможную модернизацию оборудования.

Совсем иначе рассчитывается компрессорная станция для производственного участка.

Здесь необходимо учитывать одновременно несколько факторов.

Шаг 1. Сложить расход всех потребителей

Если к одной системе подключаются несколько станков, суммируются расходы каждого оборудования.

Например:

Полученное значение пока нельзя использовать для выбора компрессора.

Шаг 2. Учесть коэффициент одновременности

Все станки крайне редко одновременно потребляют максимальное количество воздуха.

Во время обработки один центр может выполнять резание, второй — менять инструмент, третий — ожидать следующую операцию.

Для этого применяется коэффициент одновременности.

Его значение зависит исключительно от режима работы конкретного производства.

При серийном производстве, где оборудование работает синхронно, коэффициент будет выше.

На участках с разнообразной номенклатурой деталей пики нагрузки совпадают значительно реже.

Использование этого коэффициента позволяет избежать покупки чрезмерно мощного компрессора.

Шаг 3. Учесть утечки

Даже новая пневмосистема никогда не бывает полностью герметичной.

Воздух постепенно теряется через:

• быстроразъемные соединения;
• фитинги;
• резьбовые соединения;
• уплотнения;
• распределители;
• изношенные пневмоцилиндры.

При увеличении возраста оборудования объем утечек постепенно возрастает.

По этой причине производительность компрессора всегда выбирают с определенным резервом.

Шаг 4. Добавить запас на развитие производства

Компрессор обычно эксплуатируется значительно дольше одного станка.

За несколько лет производственный участок может измениться:

• появится дополнительный обрабатывающий центр;
• будет установлен автоматический склад инструмента;
• добавится оборудование для лазерной маркировки;
• увеличится количество пневматических приспособлений.

Если компрессор первоначально выбран без какого-либо резерва, расширение производства потребует полной замены оборудования.

Пример расчета

Предположим, производственный участок состоит из трех станков.

Суммарный расход составляет:

1010 л/мин.

После учета режима работы оборудования и эксплуатационного запаса требуемая производительность компрессора увеличивается.

Именно эта величина затем сравнивается с FAD выбранной модели.

При этом необходимо учитывать, что значение FAD должно соответствовать требуемому рабочему давлению.

Почему давление в сети отличается от давления на входе станка

Еще одна распространенная ошибка заключается в попытке установить одинаковое давление во всей системе.

Такой подход приводит либо к недостаточному давлению непосредственно у станка, либо к неоправданному увеличению энергопотребления компрессора.

Следует разделять два разных параметра.

Первый — давление, которое создает компрессор.

Второй — давление, поступающее непосредственно в пневмосистему станка.

Между ними расположены:

• ресивер;
• осушитель;
• фильтры;
• трубопроводы;
• запорная арматура;
• регулятор давления.

Каждый элемент создает дополнительное сопротивление воздушному потоку.

Поэтому компрессор практически всегда работает с некоторым запасом по давлению.

Например, если оборудование требует стабильные 6 бар на входе, компрессор может поддерживать в магистрали около 7,5–8 бар.

После прохождения всей системы подготовки давление снижается до требуемого значения.

Почему нельзя бесконечно повышать давление

Иногда проблему пытаются решить самым простым способом — увеличением давления на компрессоре.

Такое решение далеко не всегда оказывается правильным.

При повышении давления:

• возрастает нагрузка на компрессор;
• увеличивается потребление электроэнергии;
• ускоряется износ уплотнений;
• увеличивается количество утечек;
• растет температура нагнетаемого воздуха.

Если причиной является загрязненный фильтр или недостаточный диаметр трубопровода, повышение давления лишь временно маскирует проблему.

После устранения сопротивления в системе зачастую удается вернуть рабочее давление к первоначальному значению и одновременно снизить расходы на электроэнергию.

Как выбрать тип компрессора

После определения требуемых параметров необходимо подобрать конструкцию компрессора.

Сегодня для станков с ЧПУ применяются четыре основные схемы.

Каждая из них имеет собственную область применения.

Поршневой компрессор

Поршневые модели продолжают использоваться в небольших мастерских и на единичных рабочих местах.

Основные достоинства:

• сравнительно невысокая стоимость;
• простое обслуживание;
• ремонтопригодность;
• возможность длительного хранения без эксплуатации.

Недостатков значительно больше:

• пульсации давления;
• высокий уровень шума;
• повышенная вибрация;
• ограниченная продолжительность непрерывной работы;
• более интенсивный нагрев воздуха;
• увеличенный унос масла в пневмосистему.

Для единичного станка, который работает несколько часов в день, подобное решение может оказаться оправданным.

Для двух- или трехсменного производства поршневой компрессор обычно становится источником дополнительных затрат.

Винтовой компрессор

На большинстве современных предприятий используются именно винтовые компрессоры.

Причины такого выбора очевидны.

Во время работы винтовая пара обеспечивает практически непрерывную подачу воздуха без выраженных пульсаций.

Это позволяет:

• поддерживать стабильное давление;
• снизить нагрузку на пневмоаппаратуру;
• уменьшить количество циклов включения;
• повысить ресурс оборудования.

Кроме того, винтовые компрессоры рассчитаны на продолжительную эксплуатацию под постоянной нагрузкой.

При многосменной работе производственного участка именно такая схема обычно оказывается наиболее экономичной по совокупной стоимости владения.

Однако сам по себе винтовой компрессор не обеспечивает требуемого качества воздуха.

После него по-прежнему необходимы:

• ресивер;
• осушитель;
• фильтрация;
• регулятор давления.

Отказ от этих элементов способен значительно сократить ресурс всей пневмосистемы независимо от стоимости самого компрессора.

Безмасляный компрессор

Иногда считается, что безмасляная схема необходима для любого высокоточного оборудования.

Такой вывод нельзя считать универсальным.

Большинство современных металлообрабатывающих станков успешно работают с маслозаполненными винтовыми компрессорами при условии правильно организованной системы подготовки воздуха.

Безмасляные компрессоры становятся оправданным выбором тогда, когда требования к содержанию масла прямо указаны производителем оборудования или технологическим процессом.

Такие требования чаще встречаются:

• в медицинской промышленности;
• при производстве электронной продукции;
• в пищевой промышленности;
• при изготовлении оптических компонентов.

Для обычной механической обработки использование безмасляной схемы далеко не всегда приводит к практическому преимуществу, однако заметно увеличивает стоимость компрессорной станции.

Компрессор с частотным регулированием

На многих современных предприятиях график потребления воздуха постоянно меняется.

Днем оборудование работает с максимальной загрузкой, а ночью часть станков может простаивать.

В такие периоды расход воздуха существенно уменьшается:

• оборудование периодически простаивает;
• часть времени расход воздуха обеспечивается только воздушным уплотнением шпинделей.

В этом случае компрессор с постоянной производительностью вынужден регулярно переходить между режимами нагрузки и холостого хода.

Во время холостого хода электродвигатель продолжает потреблять электроэнергию, хотя полезная работа практически отсутствует.

Частотное регулирование позволяет снизить количество подобных циклов.

При этом существует ограничение, которое редко рассматривается в обзорных статьях.

У любого частотно-регулируемого компрессора имеется минимальная производительность, ниже которой он уже не способен стабильно регулировать расход воздуха.

Если фактическое потребление оказывается еще меньше, оборудование снова начинает работать циклически.

Поэтому решение о покупке компрессора с частотным преобразователем следует принимать после анализа графика потребления воздуха, а не только на основании рекламных характеристик.

Как выбрать ресивер

Компрессор производит воздух.

Ресивер хранит его запас и сглаживает неравномерность потребления.

Эти функции часто смешивают между собой, хотя назначение оборудования различается.

Ресивер решает сразу несколько задач.

Стабилизация давления

Во время импульсного расхода часть воздуха поступает непосредственно из ресивера.

Это особенно заметно при:

• автоматической смене инструмента;
• работе нескольких пневмоцилиндров одновременно;
• кратковременном открытии продувочных клапанов.

Компрессор физически не способен мгновенно увеличить производительность.

Ресивер компенсирует подобные скачки.

Снижение количества включений

Для поршневых компрессоров эта функция особенно важна.

При отсутствии достаточного объема ресивера компрессор начинает слишком часто включаться и отключаться.

В результате увеличивается:

• износ электродвигателя;
• нагрузка на пусковую аппаратуру;
• температура компрессора;
• расход электроэнергии.

Дополнительное отделение влаги

После выхода из компрессора воздух имеет повышенную температуру.

Во время охлаждения часть содержащегося водяного пара превращается в конденсат.

Ресивер становится первой ступенью отделения влаги.

Поэтому его нижняя часть должна регулярно освобождаться от накопившегося конденсата.

На промышленных участках для этого обычно применяются автоматические дренажи.

Может ли большой ресивер заменить более производительный компрессор

Подобный вопрос возникает достаточно часто.

Ответ зависит от характера потребления воздуха.

Если расход возрастает лишь на несколько секунд, дополнительный объем действительно способен компенсировать кратковременный дефицит подачи.

Примером служит автоматическая смена инструмента.

Однако если суммарный расход воздуха постоянно превышает производительность компрессора, ресивер лишь ненадолго отсрочит падение давления.

После его опустошения давление в системе все равно начнет снижаться.

Поэтому ресивер нельзя использовать вместо правильно рассчитанной производительности компрессора.

Когда рядом со станком устанавливают дополнительный ресивер

На крупных предприятиях компрессорная станция нередко располагается в отдельном помещении.

Расстояние до отдельных станков может достигать нескольких десятков метров.

Во время кратковременного пикового расхода воздух должен пройти всю магистраль.

Если трубопровод имеет недостаточный диаметр или отличается значительной длиной, возле удаленного оборудования иногда устанавливают дополнительный ресивер.

Такое решение позволяет:

• уменьшить просадку давления;
• снизить влияние длинной магистрали;
• избежать замены всей трубопроводной сети.

Во многих случаях локальный ресивер оказывается значительно дешевле полной реконструкции пневмосистемы.

Почему подготовка воздуха настолько важна

Даже самый дорогой компрессор не способен обеспечить надежную работу станка без подготовки воздуха.

После сжатия воздух содержит:

• влагу;
• твердые частицы;
• масляный аэрозоль;
• продукты износа компрессора;
• остатки конденсата.

Все эти загрязнения постепенно попадают внутрь пневмосистемы оборудования.

Результатом становятся:

• засорение клапанов;
• ускоренный износ распределителей;
• повреждение уплотнений;
• нестабильная работа исполнительных механизмов.

Поэтому система подготовки воздуха рассматривается как обязательная часть компрессорной станции.

Рефрижераторный осушитель

Для большинства металлообрабатывающих предприятий применяется именно этот тип оборудования.

Принцип его работы достаточно прост.

Воздух охлаждается.

Водяной пар конденсируется.

Образовавшаяся жидкость удаляется через систему дренажа.

После этого воздух вновь поступает в магистраль уже значительно более сухим.

Такого уровня осушения обычно достаточно для большинства станков с ЧПУ, расположенных внутри отапливаемых производственных помещений.

Адсорбционный осушитель

Если температура воздуха может опускаться значительно ниже нуля или технологический процесс предъявляет повышенные требования к влажности, применяется адсорбционное осушение.

Подобные установки позволяют получать значительно более низкую точку росы.

Они используются:

• при наружной прокладке магистралей;
• в холодных производственных помещениях;
• при эксплуатации оборудования в северных регионах;
• при технологических процессах, требующих особо сухого воздуха.

Следует учитывать, что эксплуатационные расходы таких осушителей значительно выше.

Поэтому их применение должно быть технически обосновано.

Магистральные фильтры

Осушение не заменяет фильтрацию.

После компрессора обычно формируется каскад из нескольких ступеней очистки.

Количество ступеней определяется требованиями конкретного оборудования.

Чем выше класс чистоты воздуха, тем более сложной становится система подготовки.

Почему фильтр постепенно становится источником проблем

Фильтр нельзя считать элементом, который после установки работает одинаково на протяжении всего срока службы.

По мере загрязнения фильтрующего элемента увеличивается его гидравлическое сопротивление.

В результате возрастает перепад давления.

Компрессор начинает работать при большей нагрузке.

Станок получает меньше воздуха.

Пользователь часто воспринимает такую ситуацию как недостаточную производительность компрессора.

Однако причина может заключаться исключительно в загрязненном фильтрующем элементе.

Поэтому при диагностике падения давления следует проверять не только компрессор, но и состояние всей системы подготовки воздуха.

Регулятор давления перед станком

Последним элементом подготовки обычно становится регулятор давления.

Его задача заключается в поддержании стабильного давления непосредственно на входе оборудования.

Даже если давление в магистрали немного изменяется, регулятор компенсирует подобные колебания.

Именно поэтому рабочее давление компрессора и давление, указанное в паспорте станка, практически никогда не совпадают.

Почему лубрикатор чаще всего не используют

В классических пневматических системах после фильтра и регулятора нередко устанавливают лубрикатор.

Он добавляет в поток воздуха небольшое количество масла.

Для большинства современных станков с ЧПУ подобная схема не применяется.

Причина заключается в конструкции пневматических компонентов.

Большинство производителей проектируют оборудование для работы на очищенном сухом воздухе без дополнительной смазки.

Подача масляного аэрозоля способна нарушить работу отдельных узлов и привести к загрязнению внутренних каналов распределителей.

Поэтому перед установкой лубрикатора необходимо руководствоваться исключительно документацией конкретного станка.

Как выбрать класс чистоты сжатого воздуха

При подборе компрессора внимание обычно сосредоточено на производительности и давлении. Между тем долговечность пневмосистемы во многом определяется качеством воздуха, поступающего в станок.

Для оценки качества применяется стандарт ISO 8573-1, который классифицирует сжатый воздух по трем группам загрязнений:

• твердые частицы;
• влага;
• масло.

Конкретные требования всегда следует брать из документации производителя оборудования. Для разных моделей станков допустимые значения могут отличаться.

Почему твердые частицы опасны для пневмосистемы

После сжатия воздух проходит через компрессор, трубопроводы, арматуру и фильтры.

Даже небольшое количество механических примесей постепенно вызывает:

• износ золотников пневмораспределителей;
• повреждение уплотнений;
• заклинивание клапанов;
• ускоренный износ регуляторов давления.

Источником загрязнений могут стать:

• продукты коррозии трубопроводов;
• пыль из компрессорного помещения;
• частицы изношенных фильтров;
• продукты износа самого компрессора.

Чем выше точность оборудования, тем чувствительнее оно к подобным загрязнениям.

Почему влага становится причиной дорогостоящего ремонта

После сжатия воздух содержит значительно больше влаги, чем кажется.

При охлаждении образуется конденсат.

Если система подготовки отсутствует или работает неправильно, последствия проявляются достаточно быстро.

Конденсат способен вызвать:

• внутреннюю коррозию трубопроводов;
• окисление металлических деталей;
• заклинивание клапанов;
• замерзание влаги при отрицательной температуре;
• нарушение работы воздушного уплотнения шпинделя.

Наиболее уязвимыми оказываются небольшие проходные каналы внутри распределителей и регуляторов.

Их диаметр настолько мал, что даже незначительное количество загрязнений способно нарушить работу всей системы.

Масло в сжатом воздухе

При использовании маслозаполненных компрессоров в поток воздуха неизбежно попадает небольшое количество масляного аэрозоля.

Современные системы фильтрации позволяют существенно уменьшить его содержание.

Однако полностью отказаться от подготовки воздуха нельзя.

Даже при исправном компрессоре необходимо:

• регулярно менять фильтрующие элементы;
• контролировать состояние сепаратора;
• соблюдать интервалы технического обслуживания;
• использовать рекомендованные масла.

В противном случае концентрация масла постепенно увеличивается.

Как спроектировать пневмомагистраль

Даже правильно подобранный компрессор не обеспечит расчетные параметры, если воздух транспортируется по неправильно спроектированной сети.

Во многих случаях причиной просадки давления становится вовсе не компрессор, а трубопровод.

Выбор материала труб

На современных производствах чаще всего применяются три варианта.

Алюминиевые модульные трубопроводы

Преимущества:

• отсутствие внутренней коррозии;
• небольшой вес;
• высокая скорость монтажа;
• стабильное внутреннее сечение;
• удобство модернизации.

Подобные системы постепенно становятся промышленным стандартом для новых участков.

Оцинкованные стальные трубы

Такие магистрали продолжают использоваться на многих предприятиях.

Их достоинства:

• высокая механическая прочность;
• относительно невысокая стоимость;
• большой срок службы при правильной эксплуатации.

Недостаток заключается в постепенном образовании продуктов коррозии при наличии влаги.

Полимерные трубопроводы

Использоваться могут только трубы, предназначенные для работы со сжатым воздухом.

Обычные водопроводные пластиковые трубы для подобных систем применять нельзя.

Они не рассчитаны на соответствующие режимы давления и обладают другими характеристиками прочности.

Почему диаметр магистрали нельзя выбирать «на глаз»

Иногда производительность компрессора полностью соответствует расчету.

Фильтры исправны.

Осушитель работает.

Тем не менее возле станка наблюдается падение давления.

Причиной может оказаться недостаточный внутренний диаметр трубопровода.

При увеличении скорости движения воздуха возрастают потери давления.

Особенно заметно это становится:

• на длинных участках;
• при большом количестве поворотов;
• при использовании длинных гибких шлангов малого диаметра.

Поэтому диаметр трубопровода всегда определяется расчетом.

При проектировании учитываются:

• расход воздуха;
• длина трассы;
• количество фитингов;
• число поворотов;
• допустимый перепад давления.

Кольцевая и тупиковая схема

При небольшом количестве оборудования часто используется тупиковая магистраль.

Она отличается простотой и невысокой стоимостью.

Для производственных участков с несколькими станками более предпочтительной становится кольцевая схема.

Воздух поступает к каждому потребителю сразу с двух направлений.

Это позволяет:

• уменьшить локальные просадки давления;
• более равномерно распределить расход;
• повысить устойчивость работы системы.

Подобная схема особенно эффективна при высокой плотности размещения оборудования.

Почему длинный шланг способен свести на нет возможности компрессора

После модернизации участка иногда оказывается, что производительность компрессора полностью соответствует расчетной.

Однако возле одного станка периодически возникают ошибки по низкому давлению.

Причина может скрываться в последнем участке подключения.

Длинный гибкий рукав малого диаметра обладает значительно большим сопротивлением, чем металлическая магистраль.

В результате давление падает непосредственно перед оборудованием.

Замена нескольких метров шланга иногда позволяет полностью устранить проблему без покупки нового компрессора.

Где лучше разместить компрессор

Условия эксплуатации оказывают прямое влияние на ресурс оборудования.

Компрессор желательно устанавливать:

• в отдельном помещении;
• при стабильной температуре;
• с хорошей вентиляцией;
• вдали от источников металлической пыли;
• с удобным доступом для обслуживания.

Особое внимание следует уделить отводу нагретого воздуха.

Если горячий воздух остается внутри помещения, температура постепенно повышается.

Это приводит к:

• снижению эффективности охлаждения;
• увеличению температуры масла;
• уменьшению фактической производительности;
• ускоренному старению расходных материалов.

Как проверить существующую систему перед покупкой нового компрессора

Замена оборудования далеко не всегда оказывается необходимой.

Перед принятием решения полезно выполнить обследование действующей пневмосистемы.

Последовательность проверки обычно включает несколько этапов.

Измерение давления

Проверяется давление:

• после компрессора;
• после осушителя;
• после фильтров;
• непосредственно возле станка.

Разница между точками измерения позволяет определить место возникновения потерь.

Контроль под нагрузкой

Измерения при отсутствии потребления воздуха редко дают объективную картину.

Давление необходимо контролировать именно в момент:

• смены инструмента;
• работы зажимов;
• включения продувки;
• одновременной работы нескольких станков.

В этот момент становятся заметны реальные ограничения системы.

Проверка фильтров

Даже небольшой рост перепада давления свидетельствует о загрязнении фильтрующего элемента.

Во многих случаях своевременная его замена позволяет восстановить нормальную работу оборудования без каких-либо капитальных вложений.

Поиск утечек

Утечки становятся постоянным потребителем воздуха.

Для их обнаружения используют:

• контроль времени работы компрессора при отсутствии производства;
• измерение ночного расхода;
• ультразвуковые течеискатели;
• локальную проверку соединений.

Даже небольшие утечки при круглосуточной работе способны существенно увеличить расходы на электроэнергию.

Как оценить стоимость владения компрессором

Во время покупки внимание чаще всего сосредоточено на цене оборудования.

Однако первоначальная стоимость составляет лишь часть расходов.

Полная стоимость владения включает:

• покупку компрессора;
• ресивер;
• осушитель;
• фильтры;
• трубопроводы;
• монтаж;
• электроэнергию;
• техническое обслуживание;
• масло;
• фильтрующие элементы;
• ремонт;
• возможные простои оборудования.

На протяжении нескольких лет эксплуатации именно электроэнергия обычно становится крупнейшей статьей расходов.

Поэтому при сравнении моделей необходимо учитывать не только цену покупки, но и затраты за весь жизненный цикл оборудования.

Типичные ошибки при выборе компрессора для станка ЧПУ

Большинство проблем со сжатым воздухом связано не с качеством компрессора, а с ошибками, допущенными на этапе проектирования системы. Многие из них проявляются только после ввода оборудования в эксплуатацию, когда компрессор уже установлен, а изменение конфигурации требует дополнительных затрат.

Ниже приведены ошибки, которые встречаются наиболее часто.

Выбор компрессора без запаса производительности

Расчет выполняется строго по паспортному расходу станка.

После запуска производства оказывается, что необходимо учитывать:

• расход на продувку;
• утечки;
• загрязнение фильтров;
• увеличение числа потребителей;
• перспективу установки нового оборудования.

Компрессор начинает работать практически без остановки.

Это приводит к:

• увеличению температуры;
• ускоренному износу;
• росту энергопотребления;
• снижению ресурса оборудования.

Использование производительности по всасыванию вместо FAD

Одна из самых распространенных ошибок.

Например, два компрессора могут иметь одинаковую производительность по всасыванию — 1200 л/мин.

Однако фактическая подача при рабочем давлении окажется различной.

Если ориентироваться только на рекламные характеристики, реальная производительность станции может оказаться значительно ниже расчетной.

Игнорирование подготовки воздуха

Иногда компрессор подключают напрямую к магистрали, ограничиваясь лишь ресивером.

В результате внутрь станка поступают:

• конденсат;
• масляный аэрозоль;
• механические частицы.

Последствия становятся заметны постепенно:

• увеличивается количество отказов пневмораспределителей;
• быстрее изнашиваются уплотнения;
• ухудшается работа автоматической смены инструмента;
• возрастает объем технического обслуживания.

Стоимость системы подготовки воздуха значительно ниже стоимости ремонта современного обрабатывающего центра.

Недостаточный диаметр трубопровода

При проектировании производственного участка иногда используют трубы того же диаметра, что и на существующем оборудовании.

Такой подход не учитывает:

• увеличение расхода воздуха;
• длину магистрали;
• количество одновременно работающих станков.

Даже производительный компрессор в подобной системе не сможет обеспечить необходимое давление непосредственно возле оборудования.

Размещение компрессора в загрязненном помещении

Компрессор всасывает окружающий воздух.

Если рядом располагаются:

• сварочные посты;
• участок плазменной резки;
• шлифовальные операции;
• оборудование с большим количеством металлической пыли,

загрязнения начинают попадать внутрь компрессора.

Это сокращает срок службы:

• воздушных фильтров;
• винтового блока;
• системы охлаждения;
• масла.

Для промышленного оборудования предпочтительно предусматривать отдельное хорошо проветриваемое помещение.

Отказ от регулярного обслуживания

Даже правильно подобранный компрессор постепенно теряет первоначальные характеристики без своевременного технического обслуживания.

Регламент обычно включает:

• замену масла;
• замену воздушного фильтра;
• замену масляного фильтра;
• замену сепаратора;
• очистку радиаторов;
• проверку ременной передачи (при наличии);
• контроль состояния автоматического дренажа;
• проверку герметичности соединений.

Нарушение интервалов обслуживания постепенно увеличивает эксплуатационные расходы и снижает надежность всей системы.

Пример выбора компрессора для производственного участка

Рассмотрим условный участок механической обработки.

Состав оборудования:

• два вертикальных обрабатывающих центра;
• один токарный центр с ЧПУ
• система обдува;
• несколько пневматических приспособлений.

Паспортный расход воздуха:

Далее оцениваются:

• режим работы оборудования;
• вероятность одновременного максимального расхода;
• резерв производительности;
• возможное расширение участка.

После расчета выбирается винтовой компрессор, фактическая производительность которого (FAD) превышает расчетную потребность при рабочем давлении.

Комплект оборудования включает:

• компрессор;
• ресивер;
• рефрижераторный осушитель;
• магистральные фильтры;
• кольцевую систему распределения воздуха;
• автоматические дренажи.

Подобная конфигурация обеспечивает стабильную работу оборудования даже при кратковременных пиковых нагрузках.

Алгоритм выбора компрессора для станка ЧПУ

Чтобы избежать большинства ошибок, подбор оборудования удобно выполнять в определенной последовательности.

1. Изучить документацию станка: рабочее давление, расход воздуха и требования к качеству воздуха.
2. Определить суммарный расход всех потребителей.
3. Учесть коэффициент одновременности, резерв производительности и возможное расширение производства.
4. Подобрать компрессор по показателю FAD, а не по производительности по всасыванию.
5. Рассчитать рабочее давление с учетом потерь в системе подготовки воздуха и трубопроводах.
6. Выбрать объем ресивера.
7. Подобрать систему подготовки воздуха: осушитель, фильтры и регулятор давления.
8. Выполнить расчет пневмомагистрали: материал труб, внутренний диаметр, схему разводки и допустимые потери давления.
9. Оценить эксплуатационные расходы: электроэнергию, обслуживание, расходные материалы и стоимость простоев оборудования.

Заключение

Выбор компрессора для станка с ЧПУ представляет собой инженерную задачу, в которой учитываются характеристики оборудования, параметры производственного участка и требования к качеству сжатого воздуха. Производительность компрессора, рабочее давление, объем ресивера, система подготовки воздуха и конструкция пневмомагистрали взаимосвязаны. Недостаточно правильно подобрать только один из этих элементов — эффективность всей системы определяется их совместной работой.

При расчете необходимо ориентироваться на фактическое потребление воздуха, учитывать пиковые нагрузки, потери давления и перспективы развития производства. Такой подход позволяет обеспечить стабильную работу автоматической смены инструмента, пневматических зажимов и других исполнительных механизмов, снизить вероятность аварийных остановок и сократить эксплуатационные расходы на протяжении всего срока службы оборудования.

В условиях промышленного предприятия стоимость компрессорной станции обычно составляет лишь небольшую часть инвестиций в производственный участок. При этом надежность системы сжатого воздуха напрямую влияет на загрузку станков, производительность обработки и ресурс дорогостоящего оборудования. По этой причине расчет компрессора целесообразно выполнять одновременно с проектированием всего пневматического хозяйства, а не после ввода станков в эксплуатацию.