ТЕТИС ПРО
+7(495) 786-9855
   
ВВЕРХ


                
23.01.2006

Адаптация воздушных компрессоров к работе при низких температурах

Лишь некоторые фирмы проводят специальную адаптацию компрессоров к работе в зимних условиях (низкотемпературное исполнение). Например, немецкий концерн BAUER Kompressoren проводит уникальное тестирование и проверку эксплуатационных качеств выпускаемых компрессоров в морозильной камере при температуре -40°C

В странах, потребляющих основную долю воздушных компрессоров, даже в январе столбик термометра редко опускается ниже 3-9°С градусов тепла. Поэтому неудивительно, что большинство фирм, производящих компрессоры, не испытывает их в условиях низких температур.

f231061.jpg

Рис.1. Тестирование компрессоров BAUER Kompressoren в морозильной камере
при температуре -40°C

В июле-сентябре 1989 г. экспедиция в составе двух человек преодолела 3100 км по территории Архипелага Шпицберген. В суровых климатических условиях Арктики, при окружающей температуре от +14°C до -7°C, переносной компрессор UTILUS производства “BAUER Kompressoren” был надежным источником сжатого воздуха для дыхания путешественников (Рис.2).

f231062.jpg
f231063.jpg
f231064.jpg

Рис.2. Переносной компрессор UTILUS на архипелаге Шпицберген

Воздушные компрессоры предназначены и гарантированно работают при температуре окружающей среды от +5°С до +45°С. Они могут работать и при низких температурах воздуха. Даже при температуре наружного воздуха -30°С температура компрессора не опускается ниже +30°С, то есть он сам себя греет. Серьезной проблемой является запуск компрессоров в условиях низких температур, который невозможен без качественного предпускового разогрева. Для мобильных компрессоров это особенно актуально, так как они часто эксплуатируются в отрыве от основных баз и хранятся в неотапливаемых помещениях. Запуск неразогретого компрессора может стать причиной серьезных поломок и выхода из строя компрессорного блока или приводного двигателя.

При хранении компрессора в условиях отрицательных внешних температур возникают три основные проблемы, препятствующие последующему запуску неразогретого компрессора.

Во-первых, проблема кристаллизации масляно-водяного конденсата.
В зависимости от класса чистоты изменяется температура точки росы сжатого воздуха, т.е. температура, до которой должен охладиться воздух, для того чтобы содержащийся в нем пар достиг насыщения и начал конденсироваться. Промышленный сжатый воздух, который применяется в пневмоинструменте, краскопультах и соответствует классу чистоты 4 по международному стандарту DIN ISO 8573-1, характеризуется температурой точки росы +3°С. Сжатый воздух, предназначенный для дыхания, отвечает требованиям стандарта DIN EN 12021 и классам чистоты 2, 3 по стандарту DIN ISO 8573-1. Он имеет температуру точки росы -20°С (давление 300 бар), при которой конденсируется до 3 мг/м3 влаги.

Таким образом, при сжатии и последующем охлаждении воздуха в воздухопроводах и сепараторах работающего компрессора образуется значительное количество конденсата, объем которого, в зависимости от класса чистоты (влажности) воздуха, производительности компрессора и режима его работы, может достигать нескольких десятков литров в сутки. При отключении компрессора и его остывании конденсируется дополнительная влага.

В условиях отрицательных внешних температур влага замерзает, приводя к образованию кристаллов льда в цилиндрах и клапанах компрессорного блока, на кривошипно-шатунном механизме, в сепараторах и воздушных фильтрах компрессора. Следовательно, необходим предварительный разогрев компрессора до положительных температур перед повторным запуском. При разогреве тают кристаллы масляно-водяного конденсата, образовавшиеся в компрессоре после его отключения. Предварительный разогрев особенно важен для компрессоров, не оборудованных системой автоматического слива конденсата, поскольку после отключения таких компрессоров оператор не всегда сливает конденсат вручную.

Во-вторых, проблема вязкости масла.
В условиях низких температур повышается кинематическая вязкость масла в картере компрессора и приводного двигателя внутреннего сгорания. Если компрессор находился в выключенном состоянии длительное время, особенно при низкой температуре окружающей среды, то перед пуском требуется прогреть картер в течение нескольких часов, чтобы поднять температуру масла хотя бы до +5оС. При разогреве уменьшается кинематическая вязкость масла, вследствие чего снижается стартовая нагрузка на приводной двигатель и улучшается смазывание подвижных деталей компрессорного блока. Рекомендуемые типы синтетических масел при работе в условиях низких температур: от +10°С до -15°С – SAE 10W, ниже -15°С – SAE 5W.

В-третьих, проблема кристаллизации дизельного топлива.
Опыт эксплуатации компрессоров с дизельными двигателями показывает, что обеспечение их работоспособности при низких температурах окружающей среды напрямую связано со свойствами дизельного топлива, в котором при охлаждении выделяются кристаллы парафина. Топливо теряет текучесть, кристаллами парафина забиваются фильтры, топливопроводы двигателя. Точками «засорения» топливных систем являются: -4°С (летний сорт топлива) и -15°С (зимний сорт топлива).

В Сибири и на Крайнем Севере накоплен богатый опыт эксплуатации дизелей в зимнее время. Там в сильные морозы технику вообще на ночь не глушат, а через топливные баки пропускают различные змеевики и трубы, по которым циркулирует горячая вода или антифриз (моноэтиленгликоль) из системы охлаждения, а то и выхлопные газы. Самым эффективным методом удаления кристаллов парафина в топливной системе является подогрев топлива перед пуском двигателя.

Таким образом, для облегчения запуска компрессора и приводного двигателя, а также для растопления масляно-водяного конденсата, необходим предварительный разогрев компрессора.

Конструктивно обогрев компрессора возможно реализовать различными путями. Наиболее простым является обдув всего компрессора потоком теплого воздуха при помощи тепловой пушки или вентилятора. Возможно применение ТЭНов для нагрева окружающего воздуха в помещении или внутри теплоизолированного корпуса компрессора. Опыт показывает, что для обогрева небольшого компрессора в теплоизолированном корпусе достаточно одного ТЭНа мощностью 500 Вт.

При температурах воздуха, близких к нулевой отметке, не помешает подогреть масло в картере, хотя бы с помощью паяльной лампы. При низкой температуре окружающей среды нужны предпусковые электроподогреватели топлива, а также масла в картере компрессора и двигателя. Такие подогреватели могут крепиться напрямую к топливному баку и картеру. Некоторые фирмы устанавливают термостаты на картер компрессора и настраивают их на температуру +4°С ÷ +7°С, чтобы компрессор не включался до тех пор, пока температура картера не достигнет этой температуры. Теоретически можно пропустить через масляный картер и топливный бак трубу с циркулирующим теплоносителем, как и в случае с топливными баками двигателей.
Нетрадиционный путь разогрева компрессора перед запуском - оборудование компрессора «муфтой сцепления» взамен традиционной клино-ременной передачи. Работающий на холостых оборотах приводной двигатель выделяет тепло, которое нагревает окружающий воздух, масло в картере, узлы и системы компрессора, растапливая конденсат.

Концепция подогрева компрессора реализована компанией BAUER-POSEIDON. Серийная модель стационарного компрессора “PFU 200E” с электромотором адаптирована для эксплуатации в составе мобильной контейнерной компрессорной станции на базе грузовика с дизельным двигателем при температурах окружающего воздуха до –40°С.

В картер компрессорного блока залито синтетическое масло. Компрессор оборудован теплозащитным корпусом. Вентиляционная решетка на передней панели корпуса оборудована задвижными шторками (Рис.3). При закрытых шторках вокруг компрессорного блока создается замкнутый объем воздуха, изолированный от неблагоприятных внешних температур. 

В электрическую схему компрессора интегрирован механико-электрический контроллер температуры, который блокирует включение компрессора при низких температурах и обеспечивает его старт лишь после достижения минимально допустимой рабочей температуры (+5°C) внутри изолированного корпуса компрессора. Компрессор автоматически прекращает работу при температуре воздуха выше +60°C и не может быть вновь включен при горящей предупреждающей лампе. Запуск возможен после остывания/нагрева воздуха в корпусе компрессора до разрешенных рабочих значений.

При внешней температуре ниже +5°C компрессор должен быть предварительно разогрет в течение нескольких часов. Для этого механико-электрический контроллер соединен с электронагревателем мощностью 500 Вт, который, периодически включаясь и выключаясь, обеспечивает поддержание в корпусе компрессора температуры воздуха не ниже +5°C при закрытой вентиляционной решетке передней панели (Рис.4). В течение периода предварительного разогрева происходит также разогрев масла в картере. 

Благодаря гибкому алгоритму работы двух температурных сенсоров контроллера, система подогрева компрессора включается в работу только в том случае, если уличная температура ниже температуры, допустимой изготовителем. В остальное время компрессор работает в штатном режиме.

Низкотемпературное исполнение компрессоров, предназначенных для работы на открытом воздухе, должно, помимо теплоизоляции и системы предпускового подогрева, предусматривать также: применение синтетического компрессорного масла, климатическое исполнение приводного электромотора (УХЛ, класс защиты IP55), защищенный блок управления компрессором (класс защиты IP65), контрольные манометры без гидрозаполнения, шланги высокого давления из морозостойких материалов.

Применение комплекса перечисленных технических мероприятий позволяет адаптировать воздушные компрессоры к морозному российскому климату и эффективно эксплуатировать их при низких отрицательных температурах.

К списку новостей...