Воздуходувка вместо турбосушки

Турбосушка стоит почти на каждой автомойке.

Она проста и удобна там, где короткие шланги и мало боксов. Но стоит линии вырасти, и турбосушка начинает терять напор, приходится таскать ее из бокса в бокс руками. Наступает время или купить вторую, или задуматься о вихревой воздуходувке.

Давайте задумаемся о ней в цифрах.

Что не так с цифрами в паспорте

Откройте паспорт турбосушки. Там будет примерно так: поток воздуха 20–85 м/с, температура на выходе 25–65 °C, шланг 2,5 метра.

Теперь откройте паспорт вихревой воздуходувки: 700 м³/ч, 180 мбар, 5,5 кВт.

Всё честно, всё измерено. И ничего не понятно: как их сравнить?

Паспорт турбосушки описывает то, что происходит на выходе из насадки. Паспорт воздуходувки — то, что происходит на входе в трубу. Между ними лежит вся ваша воздушная трасса и даже форма сопла. Именно в этом промежутке и определяется, сколько воздуха и с какой скоростью выйдет из насадки.

Что есть что:

• Скорость воздуха на выходе зависит не столько от возможностей машины, сколько от насадки на конце шланга. Чем уже насадка, тем выше скорость.

• Расход воздуха наоборот — рассказывает о возможностях машины: насколько широкую насадку воздуходувка сможет запитать при той же скорости воздуха.

• Давление же окончательно вводит в заблуждение, потому что оно говорит не о том, с какой силой воздух будет сбивать капли с кузова, а через какую линию этот воздух вообще сможет дойти до насадки. Воздуходувка с высоким давлением на коротком широком патрубке не покажет ничего выдающегося, а вот на узкой и длинной линии запас по давлению может оказаться критическим для работы установки.

  

Аналогия такая: возьмите садовый шланг. Откройте кран — вода течёт вяло и падает почти у ног. Прижмите пальцем срез — бьёт через забор. Кран вы не трогали, расход почти не упал. Изменилась только площадь отверстия.

С воздухом ровно так же. Скорость на выходе — это расход, поделенный на площадь. Больше ничего в этой формуле нет.

Практическое правило: любые два способа сушки нужно сравнивать в одной точке — на выходе из насадки. Так что давайте пересчитаем параметры воздуходувки в скорость воздуха на выходе из насадки.

Что влияет на результат сушки:

• Скорость на срезе насадки — очень сильно. Это то, чем вы сгоняете воду с кузова. Идеальный диапазон — 50-90 м/с. Если меньше — уходят не все капли. Если больше, капли не стекают, а разбиваются в туман, который может снова осесть на машину.

• Площадь и форма среза — очень сильно. При одном и том же расходе щелевая насадка и открытый шланг дают очень разные скорости воздуха на выходе. Да и разные насадки формируют разных воздушный поток.

• Тип гибкого рукава — сильно, и это обычно становится неприятной новостью. Пять метров гофрированного рукава стоят дороже пятнадцати метров гладкой трубы.

  

• Диаметр и длина трассы — сильно. Но слабее, чем кажется: диаметр важнее длины, потому что потери растут по квадрату от скорости воздуха.

• Температура воздуха — умеренно. Горячий воздух воду почти не нагревает — у воды огромная теплоёмкость. Но тёплый воздух ощущается заметно суше холодного и сушит за счет этого немного быстрее.

Что важно для подбора: прежде чем смотреть на модели, ответьте себе на четыре вопроса.

• Какую скорость на выходе вы хотите получить? Обычно, турбосушки дают от 20 до 85 метров в секунду.

• Какой расход воздуха? Расход определяет ширину насадки, шире насадка — быстрее обрабатывается кузов. Типичная турбосушка дает 400-500 кубометров в час и работает с насадкой 10×160 мм.

  

• Какое сопротивление окажется у вашей трассы? У турбосушки короткий шланг, и поэтому сопротивление всего несколько десятков мбар. У длинной линии оно будет сильно выше.

• Какой температуры будет воздух? Типичная турбосушка обещает от 25 до 65 °С. И эту температуру не стоит переоценивать: нагреть воду на кузове она все равно не сможет, основная задача подогрева — немного подсушить сам воздух.

Переводим расход и давление в скорость воздуха

Формула одна: скорость = расход ÷ площадь среза. Всё.

Возьмем типичный расход 500 м³/ч — это 500 ÷ 3600 = 0,139 м³/с. Типичная насадка 10 × 160 мм — это 1600 мм², или 0,0016 м². Делим одно на другое и получаем скорость воздуха на среде насадки: 0,139 ÷ 0,0016 = 87 м/с.

Обратная задача тоже решается в одно действие. Хотите 85 м/с при расходе 500 м³/ч? Значит нужна площадь насадки 0,139 ÷ 85 = 0,00163 м², то есть 1630 мм². Делим на ширину щели 10 мм — получаем длину 163 мм.

А что если взять шланг без насадки? Открытый рукав с внутренним диаметром 63 мм (как у типичной воздуходувки) — это площадь 0,0031 м². При том же расходе 500 м³/ч скорость на выходе — 45 м/с. Ровно вдвое меньше, чем через щель, при абсолютно том же расходе и той же воздуходувке. Это уже где-то между деликатной сушкой и перемешиванием воздуха вокруг автомобиля. Впрочем, если сузить выход шланга до 45 мм, скорость вернется к привычным нам 87 м/с.

Тут же первая ловушка, в которую попадают почти все. Кажется, что если сузить сопло ещё сильнее, скорость вырастет, и сушить будет ещё лучше. Скорость действительно вырастет. Только узкое сопло — это дополнительное сопротивление, которое снизит расход воздуха.

Если расход зависит от давления, то как правильно подобрать воздуходувку?

Куда уходит давление

В предыдущем разделе мы взяли расход 500 м³/ч на выходе, не задумываясь о потерях. Теперь же давайте посчитаем, какое давление должна развить воздуходувка. чтобы продавить такое количество воздуха через всю вашу обвязку.

Потери бывают двух видов. Первый — трение о стенки: воздух липнет к трубе и теряет скорость по всей длине. Второй — местные потери: повороты, сужения, внезапные расширения, выход. Там поток перестраивается, завихряется, и энергия уходит в нагрев.

При чем, потери зависят не только от самой линии, но и от скорости воздуха.

Удвойте расход — потери вырастут не вдвое, а вчетверо. Уменьшите диаметр вдвое при том же расходе — скорость вырастет вчетверо, а потери в шестнадцать раз.

Возьмём типичную трассу: магистраль Ø63, 15 метров прямой трубы, подводы у воздуходувки 4,5 метра, пять поворотов по 90°, консоль 2 метра, U-разворот на 180° и пять метров гофры на конце. Расход — 500 м³/ч.

Вот как потери будут распределены по воздушной линии:

А теперь прочитайте самую верхнюю строку ещё раз. Пять метров гофрированного рукава — это сорок три процента всех потерь. Пятнадцать метров гладкой трубы — двадцать восемь, и это в полтора раза меньше при втрое большей длине.

Ключевая разница: пять метров гофры обходятся дороже пятнадцати метров гладкой трубы. Почему так? Представьте, что вы мчитесь по серпантину. Стоит вам немного разогнаться, как вы упираетесь в поворо, вынуждены сбросить скорость и развернуться. Спираль внутри гофры — это сотни таких поворотов, непрерывно. Воздух не просто трётся о стенку, он всё время перестраивается и завихряется. Коэффициент сопротивления у такой трубы в четыре с половиной раза выше, чем у гладкой, так что даже впятеро более короткий кусок гофры замедлят поток сильнее, чем гладкая магистраль.

Отдельная строка, которую все забывают. Выход из сопла — это тоже потеря, и он съедает полный скоростной напор. Воздух внутри рукава уже движется, а за срезом — атмосфера. Чтобы вылететь, струя должна растолкать эту атмосферу в стороны, и на это уходит почти столько же, сколько на все пять поворотов вместе.

Теперь то, о чём стоит поговорить до заказа труб. Диаметр. Одна и та же трасса пятнадцать метров, один и тот же расход 500 м³/ч:

Обратите внимание на арифметику: между Ø63 и Ø75 всего двенадцать миллиметров, а потерь — в 2,4 раза меньше. Про трубу 50 вообще говорить не стоит.

Про повороты коротко. Плавный отвод с радиусом в полтора диаметра стоит около четверти скоростного напора. Резкий уголок под 90° — вдвое дороже. Пять поворотов по 90° — это почти четыре метра прямой трубы по цене потерь (3,9 метра, если точно). U-разворот на 180° по потерям — ровно два угла, но после него поток на выходе неравномерный, и за разворотом будет свист и вибрация. Поэтому трассу стоит вести так, как удобно воздуху, а не так, как удобнее монтажникам.

И вот здесь мы упираемся в главную неприятность. Всё это время мы считали потери от расхода — а расход зависит от потерь. Вихревая воздуходувка не выдаёт одинаковые метры в час всегда: чем больше сопротивление линии, тем меньше воздуходувка прокачивает воздуха. Получается круг, и разорвать его можно только одним способом — наложить трассу на характеристику воздуходувки. Об этом следующий раздел.

Рабочая точка: как воздуходувка договаривается с трассой

В предыдущем разделе мы взяли 500 м³/ч и получили сопротивление линии 191 мбар. И в целом, на этом можно уже закончить: вбиваем 500 кубов и 191 мбар в поле «рабочая точка» и ищем подходящую воздуходувку. Главное, не перепутать рабочую точку с максимальными параметрами на шильдике.

Фильтры показывают несколько подходящих вариантов. Самое время посмотреть на их мощность и выяснить, потянет ли ваша электросеть эти воздуходувку. Если да — берем ту, у которой запас по давлению хотя бы процентов 30. А если сеть слабая, то ищем воздуходувку с меньшими параметрами и смотрим, как она поведет себя в вашей линии. Возможно, еще не все потеряно, и можно просто использовать насадку поменьше.

Трасса ведёт себя как парабола: чем больше через неё гонят воздуха, тем сильнее она сопротивляется. Воздуходувка ведёт себя почти как прямая линия: на свободном выхлопе даёт максимум расхода, а чем сильнее ей сопротивляются, тем меньше у нее расход. Две эти линии где-то пересекаются. То есть любая воздуходувка обеспечит какой-то расход воздуха через вашу линию. Осталось лишь проверить, хватит ли этого вам, и не перегреется ли при этом воздуходувка.

Искать точку можно вообще без графиков, простым перебором. Задаём расход, считаем, сколько при нём просит трасса, смотрим, сколько при таком давлении даёт воздуходувка, и идём в ту сторону, где эти числа сходятся. Для примера возьмем воздуходувку Zenova 2RB 830-055.

Сошлось на 470 м³/ч при 169 мбар. Воздуходувка, у которой на шильдике 700, в этой трассе отдаёт 470 — то есть две трети паспортного расхода съедается трубой, поворотами и рукавом.

А теперь посмотрите, какое при этом давление: 169 из 180. Это 94 % от максимума. Вихревая воздуходувка работает на пределе и нещадно греется.

Почему это плохо. В таком режиме у вас нет запаса по давлению: забился фильтр — минус пять процентов, летом воздух горячее и легче — ещё минус, лишний угол при монтаже, чуть поджатый рукав — и вы за пределами допустимого давления. Ресурс падает не плавно, а обвалом. И вот вы уже меняете передний подшипник.

Практическое правило: рабочее давление не должно превышать 70 % от максимального давления воздуходувки. Меньше — можно. больше — нет.

Поэтом выбираем воздуходувку с большим запасом по давлению. Для этих же условий хорошо подойдет 2RB 830-075. Она выдаст ту же производительность в нашей трассе. Но ее максимальное давление намного больше: 260 мбар, и поэтому она не будет так сильно греться. О нагреве воздуходувок мы поговорим в следующей главе.

А теперь — погорячее

Про тепло у вихревой воздуходувки обычно говорят две вещи, и обе неверны. Первая: «она холодная, греть не будет». Вторая: «она греет сильно, поэтому сушит лучше». Правильный ответ где-то посередине, и зависит от одного числа — насколько близко к максимуму вы её нагрузили.

Начнём с того, почему воздуходувка вообще греет. Отдельного обогревателя в ней нет. Воздух сжимается и от этого сжатия разогревается. Чем сильнее вы его сжимаете, то есть чем больше сопротивление трассы, тем горячее он выходит.

Практическое правило: перепад температуры считается от загрузки: ΔT_раб = ΔT_max × (P_раб ÷ P_max).

В инструкции можно посмотреть максимальный перепад температуры при максимальном давлении. Дальше арифметика. Если у модели максимум 60 градусов при 180 мбар, а работает она на 169 мбар, то перепад — 60 × (169 ÷ 180) = 56 градусов. Если на улице +20, на выходе будет +76.

Эта оценка — верхняя граница. Реальная температура может оказаться чуть ниже: воздух начинает остывать еще внутри алюминиевого корпуса воздуходувки, и продолжает остывать внутри вашей линии. По пластиковым трубам воздух дойдет более теплым, а по металлическим — более холодным. Плюс, воздух охлаждается после выхода из насадки при расширении, так что кузов автомобиля ощущает более холодную струю, чем оператор через шланг.

Теперь про пользу. Тёплый воздух сушит лучше. Не потому, что он греет воду или корпус машины, а потому, что когда воздух нагревается его относительная влажность падает, то есть воздух ощущается более сухим.

Но сильно нагревать воздух как правило не нужно. Основную работу по удалению влаги с кузова выполняет напор воздуха на выходе, который физически сметает водяную пленку с машины. Сухой воздух лишь помогает досушить последние микроскопические частички влаги с ее поверхности.

Но есть у высокой температуры и потенциальные риски:

• Пластиковые трубы и гибкие шланги, обычно, рассчитаны на температуру до +65 °С. Превышать нежелательно, расплавятся.

• Лобовое зимой холодное, и если его резко нагреть, оно может треснуть.

• Лакокрасочное покрытие более терпеливо к перепаду температур, чем стекло. Но и оно скажет вам спасибо, если перепад не будет слишком резким.

В общем, будет хорошо, если выходящий воздух будет на 20-30 °С теплее окружающей среды. Но сильно нагревать его не нужно.

Запомним: чем выше максимальное давление на шильдике воздуходувки, тем слабее она будет греть воздух в конкретной линии. Модель с максимумом 60 градусов при 260 мбар на наших 163 мбар даёт перепад 38 градусов, а модель с максимумом 60 градусов при 180 мбар на наших 169 — все 56. Один и тот же паспортный перепад, разная загрузка, разница почти в двадцать градусов.

С этой точки зрения 2RB 830-075 для наших условий тоже подходит лучше, чем 2RB 830-055. Первая будет нагревать воздух на 38 °С, по дороге он остынет градусов на 10-15, и до автомобиля дойдут те самые 22-25 °С, которые и воду высушат и стекло не повредят.

Насадки: почему везде одна и та же щель

Если пролистать каталоги сушек для автомоек, бросается в глаза однообразие: щель 10 мм, вход 50 мм, три насадки в комплекте — узкая, средняя, широкая. И отличаются они только длиной. Ширина у всех одна. Давайте разберемся, почему.

Почему не 1–2 мм.

Первая причина: узкая струя не долетает до кузова. Выходя из щели, струя тащит за собой окружающий воздух: он трогается с места вместе с ней, подмешивается и тормозит её. Чем уже струя, тем быстрее она умирает. Дальнобойность плоской струи считается просто: ядро, в котором скорость ещё держится, имеет длину примерно пять-шесть ширин щели. Дальше скорость падает. Вот что это значит в цифрах, если на срезе 85 м/с:

Прочитайте строку 2 мм. На рабочем расстоянии от среза остаётся 20 м/с — это уже не сушка, а сквозняк. С щелью 10 мм мы сохраняем всю нашу скорость на 55 мм от среза, с этим уже удобно работать.

А еще узкая щель нещадно свистит.

Возьмите один и тот же расход 450 м³/ч и одну и ту же длину щели 160 мм. Меняется только ширина:

Звук от скорости растёт очень круто, примерно как шестая степень: сужение щели втрое стоит вам почти тридцати децибел. И это не «чуть громче». Примерно такая же разница — между мерным плеском волн на пляже и криком «чурчхела!» в полутора метрах от уха.

С другой стороны, слишком широкую щель делать тоже нельзя. Та же логика: чем шире щель, тем мягче струя. На 10 мм при расходе 450 м³/ч вы имеете около 78 м/с на срезе; на 30 мм — уже 26 м/с, и это уже не сушка, а обдув.

Диапазон 8–12 мм — тот самый, где и объём ещё проходит, и скорость ещё есть.

Что меняет длина щели

Длина — это регулятор режима, и работает она точно так же, как кран: больше площадь — меньше сопротивление — больше расход — меньше скорость. Для воздуходувки Zenova 2RB 830-075 на той же трассе:

Видно главное: расход почти не меняется (412 против 457 — всего десять процентов), а скорость меняется вдвое. Воздуходувка уже упёрлась в свой предел расхода и больше не даёт, а вы перераспределяете то, что есть. Поэтому насадка — самый дешёвый способ управлять режимом: она стоит копейки по сравнению с трубой и уж точно по сравнению с заменой воздуходувки.

Несколько постов

До сих пор у нас была одна трасса. На мойке их обычно две-три, и все идут от одной воздуходувки: короткая до ближнего бокса, длинная — до дальнего. Первая мысль — запутаться. Вторая — что надо как-то «балансировать» ветки, ставить регуляторы, добиваться равенства.

Хорошая новость: ничего этого не нужно. Достаточно посчитать один раз — по самой длинной ветке.

Логика простая. Воздуходувка одна, характеристика у неё одна, и режим тоже один — общий для всех веток. Значит, режим задаёт худшая ветка. Считаем по ней, а ближняя получает то, что получилось, и обычно чуть больше.

Посмотрим, насколько «чуть». Возьмём две трассы — 16,5 и 26,5 метра с одинаковым количеством поворотов и гофры, разница только в длине магистрали. Насадка одна и та же, 10 × 160. Воздуходувка с запасом, из нашего примера:

Десять метров трубы разницы — и всего четыре метра в секунду на выходе.

Так получается потому, что основные потери генерируют гофра, насадка и повороты. А они одинаковые на всех линиях. Поэтому ветки сами собой оказываются почти равными — без всякой балансировки, длина гладкого прямого участка влияет на них слабо.

Отсюда практический вывод, который экономит кучу денег и нервов: не нужно никакой автоматики, никаких регуляторов на каждую ветку. Нужно один раз посчитать дальнюю — и всё.

А если на ближнем всё-таки много воздуха

Бывает, что оператор жалуется: «здесь дует слишком сильно. Это решается, и решается дёшево.

Способ первый — насадка пошире. На ближнем посту ставим не 10 × 160, а 10 × 180 или 10 × 200: расход почти тот же, скорость ниже, загрузка воздуходувки тоже ниже. Никаких потерь, ничего не шумит. Вот как это выглядит на той же короткой ветке:

Заметьте: расход даже вырос, а нагрузка упала. Вы ничего не теряете — вы просто перераспределяете то же количество воздуха в более широкую и медленную струю.

Способ второй — дроссель на выходе. Шибер или обычный кран. Чуть прикрыли, сопротивление в этой ветке выросло и расход упал.

Что будет, если включить оба поста одновременно

Кажется: раз есть два поста, то воздух просто поделится между ними. На самом деле происходит другое. Когда открыты обе ветки, общее сопротивление падает, воздуходувка уходит вправо по своей характеристике — к большему расходу и меньшему давлению. А давление — это то, чем воздух продавливается через сопло. В результате проигрывают оба поста, но не одинаково.

Считаем на нашей паре веток, насадки 10 × 160 на обеих:

Суммарный расход вырос в полтора раза — а скорость на каждом посту упала на треть. Именно поэтому на мойках посты сушат по очереди.

Можно ли купить воздуходувку побольше, чтобы она поддерживала работу обоих постов? Да, но и стоить она будет в два раза дороже. На практике, дешевле подождать две минуты, пока закончится сушка первой машины.