Малогабаритная модульная компрессорная станция Катунь
Мне потребовалась малогаабаритная компрессорная станция, и у меня давно уже есть 4 "Катуни", которые пойдут на ее создание. Я постарался детально разобраться, что и как можно сделать из этого добра:
Для разрабатывавшихся систем регулирования давления воздуха в шинах с места водителя и продувки картера сцепления воздухом при движении в глубоких бродах потребовалась компрессорная станция (далее, для краткости, - КС) с автономным электроприводом, способная за 1-2 минуты накачивать все 4 колеса моего ЛуАЗа (размерности 205/70R14) от минимального давления до максимального и, по крайней мере при ограниченной производительности, работать непрерывно. Причем, чтобы она сама или комплектующие для ее изготовления обошлись максимум в 100 баксов. Пусть "самопальная", но заведомо надежная, относительно легкая - вес по крайней мере не более 8-10 кг - и предельно компактная.
Пока на нашем рынке не появился электрокомпрессор "Катунь" производитель, я честно говоря, даже не знал, как подступиться к решению этой задачи. Вариантов было рассмотрена масса, но сейчас не об этом.
Свою первую "Катунь" взял летом прошлого года, купившись на рекламу производителя
и советы приятелей. Ее производительность и вообще работоспособность понравились -
прикинул, что если так, как она качает одно колесо, потом будут накачиваться все
четыре, это меня вполне устроит. Вскрыл. Конструкция тоже очень понравилась -
не только добротность, но и компактность собственно компрессорного модуля. Хотя
производителем утверждалось, что "Катунь" - компрессор нового поколения, в том
числе и в плане снижения его себестоимости, я не стал доверять нашей торговле.
Решив, что столь удачная штуковина скоро станет дороже "Мустанга", тут же прикупил
еще три "Катуни".
Заявленная производительность "Катуни" в 25 л/мин позволяет рассчитывать на 100 л/мин для КС из 4-х. Потребляемый одной ток заявлен 9 (+1/-2) ампер, что позволяет рассчитывать на суммарный у КС порядка 35 - еще вполне приемлемо. Примерно столько же у меня потребляют тяговые реле блокировок мостов на режиме втягивания (и постоянно, если не срабатывает их разгрузка), и катастрофического нарушения энергобаланса как-то не наблюдалось (генератор пока - обычный 55-амперник). Электролебедка в этом плане куда хуже. Компрессор мембранного типа - т.е. в дополнительной смазке не нуждается и масло в нагнетаемый воздух не гонит. Весь - на шарикоподшипниках. Электродвигатель - на сильных постоянных магнитах, коллекторный, с очень компактным щеточным узлом со сменными щетками. Собственно сам компрессорный модуль "Катуни" очень компактен (имеется в виду сама компрессорная головка с кривошипом и электродвигателем). Штатная пластиковая крышка его головки со скругленными в плане гранями имеет максимальные размеры в пределах 72х72 при высоте 40 мм. Все, что ниже этой крышки (это - легкосплавный корпус кривошипно-шатунного механизма с притянутым к нему напрямую, без промежуточного редуктора, электродвигателем) имеет поперечный габарит в пределах 40 мм, свисает вниз примерно на 91 мм и имеет длину по оси электродвигателя в пределах 136 мм (общая длина вместе с головкой). Забор воздуха - снизу, через поршень. Крышка головки крепится 4-мя симметрично расположенными винтами и при необходимости может быть развернута своим штуцером в любом из 4-х направлений. Вес модуля - около 870 г.
Оказалось, что поступил правильно, не став сразу что-то варганить на скорую руку (в обычной эксплуатации меня в принципе вполне устраивала производительность и одного компрессора). Осмысление годичного опыта эксплуатации "Катуни" позволило по крайней мере не наступить на одни грабли. Первоначально предполагалось смонтировать КС под полом, под правым передним сиденьем, перед аккумуляторным ящиком, поместив ее в герметичный контейнер с отдельным патрубком подвода воздуха. Понятно, для уменьшения риска посадить автомобиль на этот контейнер при различных "кувырканиях" на сильнопересеченной местности и лесных дорогах (я так уже выбивал в салон аккумулятор) его высоту желательно было уменьшить до предела. При вертикальной укладке компрессорных модулей в этом контейнере можно было рассчитывать на его высоту минимум 135 мм, а при горизонтальной - всего где-то 75 мм. Но, как выяснилось, тарельчатые клапана "Катуни" надежно работают только когда ось головки ориентирована вертикально. Иначе - может резко падать производительность (а раз даже начал подтравливаться воздух в обратном направлении через остановленный компрессор). В последнее время склоняюсь разместить КС в салоне под панелью приборов, в имеющейся нише над брызговиком правого колеса, между щитом мотоотсека и передней стойкой дверного проема. Высота КС здесь не столь принципиальна, но требования к остальным габаритам очень жесткие - в частности, длина не более 190 мм.
Наиболее компактная компоновка такой КС может быть получена при укладке компрессорных модулей в ряд "валетом". Самый простой вариант избежать торчащих за габариты этого "пакета" напорных штуцеров со шлангами - если просто развернуть крышки головок на 180 градусов. При этом отводить от них воздух можно с помощью штатных же шлангов с подрезанным (при необходимости) барашком штуцера. В этом случае длина блока этих модулей (с зажатыми между соседними головками шлангами) окажется равной минимум где-то 195 мм, ширина - в районе 140, высота - около 140 мм, если опять же размещать всю КС в закрытом контейнере (размеры - без учета его фланцев). При этом шланги от головок могут полукольцом загибаться вниз и входить в общий центральный поперечный коллектор, располагаемый в просвете между головками и электродвигателями. По логике, эти модули оптимально было бы укладывать в общем корпусе-контейнере в каких-то резиновых ложементах, не закрепляя их жестко. Это проще, надежнее, да и, вероятно, снизило бы шум КС при работе. Если стягивать модули в единый блок, то это тоже - без вопросов, особенно если не гоняться за миллиметрами в габаритах. Толстостенный статор электродвигателя с торца почти прямоугольный, имеет развитые плоские боковые стенки, так что модули сами по себе очень неплохо укладываются в пакет и могут быть стянуты пропущенной над и под электродвигателями стремянкой. Кстати, в качестве верхней шпильки стремянки может выступать тот же коллектор нагнетаемого воздуха. Только между самими электродвигателями и под стремянку я все же подсунул бы тонкие резиновые прокладки - это должно снизить шум и уменьшить вероятность, что стяжка пакета модулей от вибраций со временем ослабнет и разъедется (тем более, что через резину статоры электродвигателей могут упираться не только друг в друга, но и в чуть более узкие боковые стенки корпусов кривошипов).
Но основной вопрос, который здесь возникает, - как обеспечить сносный тепловой баланс КС, если ее охлаждение, в том числе головок, будет осуществляться только засасываемым воздухом (что попутно влечет его разогрев и снижение производительности КС). Отдельно на воздухе в своем пластмассовом корпусе "Катунь" работает очень неплохо, тем более что потребляемый ею ток - относительно невелик, хотя производитель и рекомендует делать перерывы в ее работе. Но как будет работать ее модуль в составе КС - пока можно только прогнозировать. Конечно, если начать городить огород, то есть куча вариантов, как здесь осуществить принудительную вентиляцию. Но дополнительная вентиляция - это и дополнительная пыль, а шарикоподшипнички-то все открытые. Конечно, если из расчета на производительность КС время ее непрерывной работы предполагается ограничить парой-тройкой минут, то проблемой нагрева особо можно и не заморачиваться, а один модуль из четырех при необходимости уж точно сможет молотить постоянно.
Ни упомянутые габариты КС, ни эти подвешенные вопросы с обеспечением ее теплового режима при непрерывной работе лично меня уже не устраивают. Поэтому в последнее время я склоняюсь к другому варианту - с единой фрезерованной легкосплавной крышкой для всех компрессорных головок, выступающей в роли своеобразной монтажной плиты (пусть даже придется еще немного потратиться на ее изготовление). В самой такой крышке нет в общем-то ничего хитрого - алюминиевая плита толщиной 20 мм с расположенными в шахматном порядке гнездами под головки, связанными между собой простыми сверлениями в самой крышке, без дополнительной арматуры. В этом случае компрессорные модули крепятся к ней жестко через фланцы своих головок. Потребуется ли их дополнительная фиксация - посмотрим. Тут тоже могут быть варианты. Для гашения высокочастотных вибраций предполагается опять же зажать между электродвигателями листочки резины (есть и другие варианты). Габариты такого блока могут быть еще меньше, поскольку собственно корпуса головок компрессора, без крышек, имеют еще меньший размер (67х67). Да и сама эта монтажная плита может быть ниже, чем штатная пластиковая крышка головки с ее усиливающими донышко ребрами. Минимальные габариты КС в сборе в этом случае - как раз нужные мне 190х137 при высоте 125 уже вместе с крышкой - контейнером в "герметичном" исполнении. Вес - около 5 кг. Монтировать ее в упомянутой нише под панелью приборов предполагается в "перевернутом" положении - монтажной плитой вниз. В этом случае прямо сверху на крышке-контейнере можно будет смонтировать воздухофильтр со сменным бумажным фильтрующим элементом (типа мотоциклетного) с подводящим патрубком, который в идеале стоило бы вывести в шноркель. Но, поскольку шноркеля у меня (пока :)) ) нет, забор воздуха предполагается осуществлять непосредственно из-под панели приборов. Выводить воздухозаборник КС в собственно воздушный фильтр двигателя смысла никакого - поскольку воздух там обычно горячий, а при работе двигателя еще и разреженный, плюс намного выше вероятность засасывания КС паров топлива, масла и картерных газов. И, кстати, при такой компоновке КС, как оказалось, в принципе несложно сделать так, чтобы засасываемый ею воздух предварительно весь прогонялся непосредственно через электродвигатели, охлаждая их роторы. Есть надежда, что этого окажется вполне достаточным для исключения их перегрева при непрерывной, длительной работе.
Выходящий назад штуцер напорного шланга в таком варианте оказывается у самой поверхности брызговика, так что шланг может быть без проблем уложен по нему вдоль порога, не путаясь в ногах при входе - выходе. Сам моток шланга (3-х метров мне будет в принципе достаточно, чтобы достать до любого колеса) с манометром и быстросъемным наконечником можно будет кинуть под правое переднее сиденье или засунуть в щель между ним и высоким порогом. Есть еще мысль врезать в этот шланг осушитель нагнетаемого воздуха (разъемный патрон с чем-нибудь внутри, от чего становится "сухо и комфортно"), а то в сырую погоду конденсат из зажатого шланга так и хлещет (для центральной подкачки шин опция - обязательная). Как все это будет работать на морозе - посмотрим.
Что касается электрики, то тут без вариантов - на каждый компрессорный модуль свой предохранитель и свое реле включения (вот, купил на днях четыре обычные "релюшки" 90.3747-10). Управление этими реле - посредством 4-х отдельных выключателей на панели приборов (видимо, будут использованы те, что у "Катуни" включают фонарик подсветки манометра) которыми можно будет отключать при необходимости отдельные модули, и общий тумблер включения КС (запараллеленный ему предусматривается на конце шланга). Силовой вывод непосредственно с АКБ в зону монтажа КС у меня уже есть - там же располагается и автомат-предохранитель на электроцепи блокировок мостов. Реле включения, видимо, будут закреплены где-нибудь под панелью приборов, но в принципе их можно смонтировать и в корпусе КС - там для этого остается еще достаточно места (в частности, непосредственно перед кривошипами модулей). Последний вариант их размещения больше подходит для переносного варианта такой станции.
Кстати, в качестве монтажной плиты (с жесткой фиксацией компрессорных модулей в едином блоке) можно использовать и обычный (стальной или алюминиевый) лист, заведенный под тыльную сторону компрессорных головок. В этом случае в закрытом корпусе оказываются только сами электромоторы и кривошипы, что сводит к минимуму паразитный подогрев засасываемого воздуха от самих компрессорных головок, как и в моем варианте с монтажной плитой - общей крышкой головок на все модули. Отверстие в такой монтажной пластине, необходимое для того, чтобы через нее можно было при монтаже модуля пропустить его электромоторчик с корпусом кривошипа без разборки, вполне может полностью перекрываться тыльной стороной головки модуля. Минимальные размеры отверстия - 62х40 с углами, скругленными R15 (при этом придется немного подрезать по месту угол длинного прилива на корпусе кривошипа, в который вкручивается нижняя стяжная шпилька электромотора). Юбочку пластиковых крышек компрессорных головок тоже придется подрезать миллиметра на 3, поскольку она свисает за габарит нижнего торца головки.
Понятно, такую монтажную пластину (в отличие от моей монтажной плиты,
заменяющей и сами крышки головок) можно элементарно разметить и изготовить без
координатно-расточных и фрезерных работ, в любом гараже.
Для крепления модулей на такой монтажной пластине проще всего поменять винты
крепления крышек на более длинные, которые проходили бы через основание головок
и монтажную пластину насквозь, и притягивать пластину к головкам навернутыми на
концы этих винтов гайками. Недостаток - весьма затрудненный доступ к некоторым
гайкам и невозможность подтяжки крепежа без "вскрытия" корпуса. Этого можно
избежать, если рассверлить напроход резьбу в основаниях компрессорных головок и
вкручивать крепежные винты непосредственно в монтажную пластину или подсунутые
под нее фланцы корпуса или ребер - усилителей.
Кстати, поскольку большие отверстия в такой монтажной пластине будут резко снижать ее жесткость, ее усиление в зоне между головками, вероятно, окажется весьма актуальным (если только не делать саму пластину из толстого листа), особенно если делать корпус герметичным, с возможностью работы компрессорной станции на разряжение. В противном случае корпус может быть смят атмосферным давлением, как консервная банка. Да, и при наличии разряжения в корпусе теплоотвод-то от электромоторчиков похуже будет. Конечно, при кратковременной работе - и так сойдет, но рассчитывать на длительную непрерывную работу станции на вакуумный усилитель тормозов или, к примеру, заполнять ею водой водовозные бочки за счет создания в них разряжения - пока сам не попробую, рекомендовать не могу :)).
Другой вариант такой монтажной пластины - зажатой между компрессорными головками и их крышками (в этом случае под головки в пластине придется проделывать круглые отверстия диаметром 61-62 мм). Вариант менее предпочтительный, поскольку появляется дополнительный стык в зоне высокого давления. Кроме того, придется полностью срезать свисающую по контуру крышек декоративную юбочку, которая может оказаться не только декоративной - смогут ли такие подрезанные крышки надежно держать давление - я не знаю. Конечно, можно наточить на токарном станке новых металлических крышек - но тогда проще сразу фрезеровать и растачивать единую крышку, как в моем варианте.
По электрике. Для "боевой" КС в переносном, нестационарном исполнении, возможно, оптимальным явилось бы ограничиться отдельными кнопочными выключателями для каждого модуля станции (которые легко герметизировать, как это делается у подводных фонариков) со световыми индикаторами их включения (поскольку определить по шуму, какой модуль включен, и все ли они сразу включились - окажется невозможно). Иначе - тумблеры.
В принципе столь компактную КС данной производительности другими способами (да еще за такие деньги) получить трудно, а модульная имеет еще и то преимущество, что позволяет при необходимости экономично регулировать свою производительность путем отключения отдельных модулей. Это же повышает и ее живучесть. Если один из модулей сгорит, словит клина, порвет диафрагму или у него зависнет один из клапанов, общая производительность станции снизится лишь на четверть.
Вполне возможен и переносной вариант такой КС с фильтром на впуске. Достаточно к ее корпусу приделать ручку, поверх которой сматывать шланг с силовым электрокабелем (с "крокодилами" на АКБ). Управляемые реле - загнать внутрь корпуса. На самом корпусе разместить герметичную кнопку включения КС, а под отдельной герметичной крышечкой - блок предохранителей и тумблеры индивидуального включения-отключения модулей (возможны варианты). А сам воздухозаборник аналогично снабдить герметичной же крышкой-клапаном и дополнительным заглушаемым штуцером под шланг. Мог бы получился вполне боевой "утюжок" - который можно утопить в броде, а потом плюхнуть в пыль, грязь, песок (а лучше - в лужу, для быстрого охлаждения :) ) и за несколько минут набить от нуля до максимума любой "Суперсвампер". А при отказе вакуум-насоса дизеля, или если двигатель получит гидроудар и словит клина в том же броде - достаточно будет перекинуть шланг на другой штуцер и, закинув его под капот, подсоединить к вакуумному усилителю тормозов - и без дополнительных проблем с тормозами домчаться до финиша или отбуксировать машину к месту ремонта. Причем, в этом случае совсем необязательно заставлять штурмана хотя бы ногой периодически нажимать на ту самую кнопочку на КС - можно просто замкнуть ее цепь на цепь включения стопарей, бросив на них проводок от специально предусмотренного разъема. Ничего изобретать тут не надо - достаточно просто хорошо представить условия работы такого агрегата и в процессе адаптации к ним оптимально реализовать все его открывающиеся функциональные возможности. Если бы еще неограниченный ресурс и способность не разбиваться при падении со скалы - такая КС вполне тянула бы на "профессиональную" :)). Но многим вполне хватило бы и того. Тем, кого интересует "небоевой", "цивильный" переносной вариант, могу дополнительно сообщить, что в тот пластиковый футляр, в котором продается "Катунь", помещается аккурат те же 4 ее модуля в два ряда головками друг к другу (с учетом того, что ребра крышек их головок, могут быть заведены друг в друга). При этом в футляре еще остается немного места - для всей электрики и короткого шланга. Только при работе КС футлярчик этот придется тоже ставить вертикально.
Заехал на рынок в Южный Порт. Теперь уже не по слухам могу сообщить, что если не хватать эту "Катунь" сразу в магазинах у входа на рынок (там она попадалась за 950 руб), а прогуляться вглубь рынка - Вы будете приятно удивлены. Цена на эту "Катунь" по мере Вашего продвижения упадет сначала до 800, а в самом дальнем ряду за нее попросят уже всего 650-700 руб. Причем, продавцы уверяют, что это - не остатки первой партии, это - действительно реальная ее розничная цена на сегодня. Оптом - дешевле. Так что в бюджет ста баксов при изготовлении подобной КС вполне можно уложиться и сейчас.
