Какое давление сжатого воздуха
Содержание статьи
Сжатый воздух — физические характеристики воздуха
2018-03-13
Воздух, находящийся под давлением выше атмосферного, называют сжатым.
Сжатый воздух — газ, который используется в качестве кинематического звена в пневмоприводе. Для сжатия воздуха используются объемные или динамические компрессоры.
Воздух, как и жидкость является текучей средой и передает давление в одинаковой мере во всех направлениях.
Физические параметры воздуха
Давление
Нормальное напряжение сжатия называется давлением. Оно моет измеряться по избыточной или абсолютной шкале. В избыточной шкале за 0 принято давление атмосферы, получается, что абсолютное и избыточное давление связаны зависимостью:
Рабс = Ризб + Ратм
Давление характеризует степень сжатия воздуха. Чем выше давление тем значительнее сжат воздух.
В пневматических системах обычно используется сжатый воздух под давлением 0,4 — 1 МПа (по избыточной шкале).
Сжимаемость
Сжимаемость воздуха характеризуется уменьшением его объема при увеличении давления.
- где V — первоначальный объем воздуха;
- Δp — увеличение давления;
- ΔV — изменение объема
Плотность
Отношение массы воздуха к его объему называют плотностью. Она изменяется при сжатии воздуха.
ρ = m/V
Воздух, как и любой другой газ занимает весь предоставленный ему объем.
Удельный вес
Отношение объема воздуха к его массе называют удельным весом.
Vуд = V/m
Температура
Температуру воздуха измеряют в градусах Кельвина или Цельсия. Под нормальными условиями понимают состояние воздуха при температуре.
Т = 273 К или t = 0 °C
При сжатии воздуха его температура возрастает, при расширении — снижается.
Удельная теплоемкость
Удельная теплоемкость — отношение количества теплоты, сообщенной единицы массы воздуха, к соответствующему изменению температуры.
Вязкость
Свойство воздуха оказывать сопротивление сдвигу одного слоя относительно другого называют вязкостью.
Кинематическая вязкость воздуха значительно ниже вязкости жидкости и находится в пределе 0,001 — 0,0017 м2/c.
Расход воздуха
Расход — количество воздуха проходящее через сечение, перпендикулярное линиям тока, в единицу времени
Объемный расход — объем газа, проходящий через сечение в единицу времени.
- где V — объем воздуха (газа), прошедший через сечение
- t — время
Массовый расход — масса газа, проходящий через сечение в единицу времени.
- где m — масса воздуха (газа), прошедшего через сечение
- А — площадь сечения, перпендикулярного линиям тока
- t — время
- u — средняя по сечению скорость потока
Массовый и объемный расходы связаны зависимостью.
Qv=Qm/ρ
Взаимосвязь между физическими величинами, характеризующими состояние воздуха отражена в уравнении состояния Клайперона-Менделеева.
Особенности сжатого воздуха, как кинематического звена пневмопривода
Воздух имеет существенные отличия от жидкости, обосабливающие пневматический привод от гидравлического.
Воздух сжимаем (жидкость малосжимаема, а в большинстве инженерных расчетов считается несжимаемой), плотность воздуха может изменяться. При увеличении давления плотность воздуха возрастет, при уменьшении — снижается.
Воздух безопасен с точки зрения пожарной безопасности, поэтому может использоваться, в условиях, опасных по воспламенению газа, пыли и т.д.
Пневматический привод обладает высоким быстродействием, которое удается достичь благодаря малой инерционности сжатого воздуха, и обеспечении им демпфирующего эффекта.
Источник
Рабочее давление и расход сжатого воздуха
Давление
Давление. Выбор оптимального рабочего давления сжатого воздуха для пневматических устройств
и систем является одним из важнейших условий их эффективной эксплуатации. Повышение уровня давления позволяет
уменьшить размер силовых исполнительных устройств при неизменном развиваемом усилии, что в некоторых случаях
имеет решающее значение. Однако, при повышении давления увеличивается расход сжатого воздуха в системах
управления и возрастает шум.
На основании опыта эксплуатации и технических характеристик пневматических устройств рекомендуются следующие
значения давления на входе: для пневмоприводов различных машин и систем механизации станков, прессов и т. д.
0,6—1 МПа и выше, если размер исполнительных механизмов играет решающую роль (например, у пневмоприводов
многоэлектродных сварочных машин); для пневматических систем автоматического управления (построенных на
устройствах высокого давления) 0,4—0,6 МПа; для ручного инструмента, трамбовок, вибраторов 0,4—0,6
МПа; для форсунок, пескоструйных аппаратов, краскораспылителей, обдувочных сопел, распушающих устройств
0,2—0,4 МПа.
При значительном количестве потребителей воздуха с разным уровнем давления целесообразно иметь сети высокого
0,7—1 МПа и выше, и низкого 0,2— 0,4 МПа давлений, что дает экономию энергетических затрат на
производство сжатого воздуха. Для снабжения потребителей сжатого воздуха давлением свыше 0,8 МПа обычно
применяют индивидуальные или дожимающие компрессоры.
При выборе давления необходимо принимать во внимание возможные его колебания в заводской сети при
одновременном подключении большого числа потребителей и потери давления при транспортировании воздуха по
трубопроводу от компрессорной до потребителя. В правильно построенных пневмосетях предприятий колебания
давления обычно не превышают 0,05 МПа, а потери давления 5—10% от рабочего давления.
Расход
Расход. При определении расхода сжатого воздуха обычно применяют следующий порядок расчета.
По каталожным или расчетным данным определяют расход воздуха для единицы оборудования каждого типа и размера.
Для практических целей можно пользоваться средними значениями расхода воздуха для различных потребителей,
учитывающими увеличение утечек в процессе эксплуатации, которое может привести к увеличению первоначального
расхода воздуха на 20—30% и более.
При определении расхода воздуха для большого числа потребителей, работа которых связана определенной
последовательностью в соответствии с заданным циклом, следует найти для каждого потребителя количество воздуха
на одно срабатывание и на цикл, а затем суммировать полученные результаты. Подсчитанный таким образом расход
за цикл надо умножить на число циклов за определенное время.
Для определения производительности компрессора или диаметра питающих воздухопроводов необходимо знать
величину максимального одновременного расхода воздуха для группы снабжаемых потребителей.
К групповому расходу воздуха следует добавить расход на утечки воздуха в магистральных и цеховых
воздухопроводах. Утечки воздуха во внешних (магистральных) воздухопроводах обычно невелики и составляют не
более 1—2% общего расхода, в цеховых воздухопроводах потери от утечек составляют 8 — 10%.
Энергетические затраты могут быть снижены за счет: замены пневмоцилиндров двухстороннего действия
пневмоцилиндрами одностороннего действия с возвратом под действием силы тяжести или пружины; применения
пониженного давления в центральной части системы управления и для холостых ходов пневмоцилиндров; организации
сетей с различными уровнями давления и др.
Материал из справочника «Пневматические устройства и системы в машиностроении» под
ред. Е.В.ГЕРЦ
Источник
Сжатый воздух — АПС Инжиниринг
сжатый воздух, состав воздуха, свойства воздуха, единицы измерения
Сжатый воздух — это воздух, находящийся под давлением, превышающим атмосферное давление.
Сжатый воздух является уникальным энергоносителем наряду с электроэнергией, природным газом и водой. В производственных условиях сжатый воздух, в основном, используется для привода в действие устройств и механизмов с пневматическим приводом (пневмопривод).
В повседневной, обыденной жизни мы практически не замечаем окружающий нас Воздух. Тем не менее, на протяжении всей истории человечества, люди использовали уникальные свойства воздуха. Изобретение паруса и кузнечного горна, ветряной мельницы и воздушного шара стали первыми шагами использования воздуха в качестве энергоносителя.
С изобретением компрессора настала эпоха индустриального использования сжатого воздуха. И вопрос: «что же представляет собой Воздух, и какими свойствами он обладает?» — стал далеко не праздным.
Приступая к проектированию новой пневмосистемы или модернизации уже существующей, нелишне будет вспомнить и о некоторых свойствах воздуха, терминах и единицах измерения.
Воздух это смесь газов, главным образом состоящая из азота и кислорода.
Состав воздуха | |||
Элемент* | Обозначение | По объёму, % | По массе, % |
Азот | N2 | 78,084 | 75,5 |
Кислород | O2 | 20,9476 | 23,15 |
Аргон | Ar | 0,934 | 1,292 |
Углекислый газ | CO2 | 0,0314 | 0,046 |
Неон | Ne | 0,001818 | 0,0014 |
Метан | CH4 | 0,0002 | 0,000084 |
Гелий | He | 0,000524 | 0,000073 |
Криптон | Kr | 0,000114 | 0,003 |
Водород | H2 | 0,00005 | 0,00008 |
Ксенон | Xe | 0,0000087 | 0,00004 |
Вода** | H2O | _ | _ |
Средняя относительная молярная масса -28,98 . 10-3 кг/моль
*Состав воздуха может меняться. Как правило, в промышленных зонах воздух содержит посторонние примеси.
** Воздух всегда содержит пары воды. Так, при температуре 0 °C 1 м³ воздуха может вмещать максимально около 5 граммов воды, а при температуре +10 °C — уже около 10 граммов.
давление воздуха
Давление — это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно к ней. Всякое тело, находящееся в неподвижном воздухе, испытывает со стороны последнего давление, одинаковое со всех сторон. Атмосферное давление объясняется тем, что воздух подобно всем другим веществам обладает весом и притягивается землей.
Атмосфернымдавлением (Ратм.), называется давление вызываемое весом вышележащих слоев воздуха и ударами его хаотически движущихся молекул. За единицу давления принята техническая атмосфера (атм.) — давление, равное одному килограмму силы на один квадратный сантиметр (кгс/см2). Давление обозначается буквой Р, на уровне моря —Р0.
Барометрическое давление это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст). Обозначается буквой В, на уровне моря — В0.
Стандартным барометрическим давлением называется давление на уровне моря в мм рт. ст. Оно в зависимости от температуры и влажности колеблется от 700 до 800 мм рт. ст. и в среднем равно 760 мм. рт. ст. В физике под барометрическим давлением 1 атм. подразумевается давление воздуха, равное 1,0332 кгс/см2 или стандартному барометрическому давлению 760 мм рт. ст.
Избыточное давление (Ризб.) или Давление сжатого воздуха — давление, превышающее атмосферное давление. Давление сжатого воздуха можно считать также мерой запасённой в сплошной среде потенциальной энергии на единицу объёма. В технических характеристиках пневматического оборудования, как правило, указывается именно избыточное давление (давление сжатого воздуха).
Рекомендованной единицей измерения давления, по международной системе измерений (СИ), является Паскаль (Па). Внесистемная единица измерения давления — бар: 1 бар = 105Па = 0,1 Мпа
В технологии сжатия воздуха, рабочее давление является давлением сжатия и выражается в барах или атмосферах (1 атм = 0,981 бар)
Ратм.= 1013 мбар = 1,01325 бар = 760 мм. ртутного столба = 101325 Па.
Абсолютное давление (Рабс.) — сумма атмосферного и избыточного давлений.
температура сжатого воздуха
Температура сжатого воздуха — величина, характеризующая степень теплового состояния тела (воздуха) или скорость хаотического движения молекул (чем выше температура, тем больше скорость их движения, и наоборот). Изменение объёма данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционально изменению температуры. (В процессе сжатия температура сжатого воздуха возрастает, с понижением давления температура сжатого воздуха понижается.)
По системе СИ, единица измерения температуры — градус Кельвина (°К). Соотношение градус Кельвина (°К ) с градусом Цельсия (°С): (°K) = t(°C) + 273,15.
плотность воздуха
Сжимаемость — свойство воздуха изменять свою плотность при изменении давления и температуры (для замкнутого объема).
Упругость— свойство воздуха возвращаться в исходное состояние после прекращения действия сил, вызвавших его деформацию (изменение объема при сжатии).
Плотностьвоздуха — количество воздуха содержащегося в 1 м3 объема.В физике существует понятие двух видов плотности — весовая (удельный вес) и массовая.
Весовая плотность (удельный вес) воздуха — это вес воздуха в объеме 1 м3. Обозначается буквой g . При стандартных атмосферных условиях по ISO 2533 (барометрическое давление 760 мм рт.ст., t = +15о С) весовая плотность (удельный вес) 1м3 объема воздуха равна g = 1,225 кгс/м3.
Массовая плотность воздуха — это масса воздуха в объеме 1 м3. Обозначается греческой буквой ρ. Масса воздуха равна его весу, деленному на ускорение свободного падения. При стандартных атмосферных условиях массовая плотность воздуха равна: 0,1250 кг с2/м4.
В данном разделе мы напомнили лишь о некоторых свойствах воздуха.
Следует заметить, что при использовании сжатого воздуха в качестве энергоносителя необходимо учитывать реальные термодинамические процессы, возникающие при сжатии атмосферного воздуха. От этого во многом зависит эффективность работы Вашей пневмосистемы.
По всем вопросам, связанным с производством и использованием сжатого воздуха Вы можете обращаться к специалистам «АПС-Инжиниринг». Мы всегда готовы поделиться своими знаниями и помочь Вам в решении «Воздушных» задач.
Источник
О сжатом воздухе
Сжатый воздух на сегодняшний день является важнейшим и незаменимым источником энергии для промышленных предприятий, сравнимым по важности разве что с электричеством.
В данной статье мы подробно расскажем о том, что же такое сжатый воздух, какие он имеет особенности и характеристики при сжатии, и как следует с ним обращаться в рамках рабочего процесса.
По своей сути, сжатый воздух представляет собой воздух под давлением, которое превышает атмосферное, то есть сжатый атмосферный воздух. Состав атмосферного воздуха известен, это сочетание следующих газов:
- азот в концентрации около 78%;
- кислород в концентрации около 21%;
- остальные газы в общем соотношении около 1%.
Основными параметрами описания состояния воздуха являются следующие:
- давление (bar);
- температура (°C);
- удельный объем (л. или м3).
Последний параметр (удельный объем) обычно используется для расчета объема ресивера или расхода сжатого воздуха компрессором.
В процессе сжатия воздух проходит следующие этапы:
- Атмосфера;
- Компрессор;
- Пневмомагистраль;
- Потребитель.
Основной процесс сжатия воздуха происходит в компрессоре, после него по пневмомагистрали сжатый воздух поступает к потребителю. Для задач сжатия воздуха наибольшее распространение получили поршневые, винтовые и турбокомпрессоры.
Далее посмотрим, как меняются параметры воздуха в процессе сжатия.
Температура
После всасывания воздуха в компрессор, он начинает сжиматься. При сжатии воздуха в компрессоре температура может повыситься до 180 градусов, но после попадания в ресивер, температура снижается примерно до 40 градусов. В течение процесса понижения температуры начинает образовываться конденсат, то есть выпадение влаги.
Особенности сжатия воздуха:
- в процессе сжатия воздуха его температура всегда повышается, поскольку молекулы начинают двигаться быстрее, и выделяется тепло, при этом существует прямая зависимость повышения температуры от степени сжатия. Другими словами, чем сильнее мы сжимаем воздух, тем больше становится его температура. Это справедливо и для небольших величин давления.
- пары воды также сжимаются и впоследствии конденсируются
- конденсат представляет собой загрязнение, аккумулирующее в себе частицы пыли, масла, окалины и т.д.
- Конденсат и прочие загрязнения необходимо удалять, иначе они могут повредить пневмосистеме, являясь причиной коррозии, повышенного износа и поломки.
Состав сжатого воздуха
Поступающий в компрессор воздух может содержать до 2 миллиардов частиц пыли, что уже является загрязнением в виде твердых частиц. Далее к ним прибавляется влага, масляные пары и частицы углерода. Масляный туман может повредить компрессор во время работа, а если мы эксплуатируем компрессор в условиях медицинского, фармацевтического производства или при производстве продуктов питания, вредные вещества могут попасть в организм человека или в продукты. Масляный туман сложно отделить от основного потока воздуха. Соответственно, для предотвращения износа оборудования и обеспечения его долгосрочной работы, воздух необходимо очищать. Кроме того, важным моментом является обеспечение соответствия качества сжатого воздуха нормам и стандартам DIN ISO 8573-1:2001 или ГОСТ 17433-80.
Очистка сжатого воздуха
Для соответствия высоким требованиям к сжатому воздуху, предъявляемым современными производствами, и, как следствие, к продукту, необходимо использовать комплексные системы подготовки и очистки воздуха.
В последнее время производство качественного сжатого воздуха приобрело особое значение, так как современная промышленность предъявляет высокие требования к оборудованию, а потребитель — к качеству выпускаемой продукции.
В связи с этим существуют комплексные системы подготовки и очистки сжатого воздуха. Например, для удаления влаги применяются охладители воздуха, которые способствуют выпадению конденсата путем охлаждения воздуха примерно до 10 градусов относительно температуры окружающей среды. Далее используются осушители воздуха для получения сжатого воздуха с требуемым содержанием влаги (точкой росы). Чтобы удалить примеси и загрязнения, например пыль, окалину, ржавчину, масляные пары необходимо использовать фильтры очистки.
Преимущества использования сжатого воздуха
- Безопасность – по сравнению с электричеством, куда более безопасным является использование сжатого воздуха. В этом случае исключены перегрузки, поражение током, возгорание и прочий ущерб, особенно при работе в условиях повышенной влажности.
- Удобство применения – проще использовать на удаленных строительных объектах, буровых установках, шахтах. Важными особенностями является возможность работы с переменной частотой и крутящим моментом.
- Меньший вес и эргономичность – удобство работы, снижение утомляемости персонала и расходов на эксплуатацию.
- Стоимость – по последним подсчетам, стоимость электричества ниже, чем стоимость сжатого воздуха, но само оборудование для получения сжатого воздуха стоит существенно дешевле, при этом отличается простотой конструкции и большей долговечностью.
- Сжатый воздух является отличной универсальной, гибкой и безопасной средой для хранения и передачи энергии. Учитывая все возрастающее потребление сжатого воздуха в промышленности, стоит заметить, что правильное использование указанных выше средств подготовки и очистки воздуха позволит длительно эксплуатировать вашу пневмосистему и избежать поломок и выхода из строя.
Источник