Какое свойство сжатого воздуха
04 Апреля 2012
В современном высокотехнологическом мире сжатый воздух незаменим, он используется повсеместно и на сегодняшний день является вторым по важности источником энергии после электричества для очень многих промышленных предприятий.
Что же представляет из себя сжатый воздух? Какие существуют принципы и особенности сжатия воздуха, и что следует помнить при работе с ним?
Начнем с определения: сжатый воздух – это воздух, который находится под давлением, превышающим атмосферное. По сути, сжатый воздух – это сжатый атмосферный воздух, то есть тот воздух, которым мы дышим, который состоит из различных газов:
– 78% азот
– 21% кислород
– 1% другие газы.
Состояние воздуха (газа) можно описать тремя параметрами:
– давление (Р);
– температура (С);
– удельный объем (Vуд.);
В технологии сжатия воздуха все три параметра измеряются в конкретных величинах:
– рабочее давление (давление сжатия) измеряется в барах;
– температура сжатого воздуха измеряется в градусах Цельсия;
– объем используют как для определения размеров ресивера, так и для расхода компрессорами сжатого воздуха, выраженный в лит./мин или куб.м./час
Одним из средств сжатия воздуха является его “выработка” компрессорным оборудованием. Таким образом, сжатый воздух начинает свой путь в компрессоре.
Прежде чем попасть к потребителю сжатый воздух проходит следующие этапы:
На каждом из этих этапов происходит своего рода трансформация воздуха из одного состояния в другое. Рассмотрим основные принципы и особенности сжатого воздуха.
Температура.
В процессе поступления воздуха из атмосферы в компрессор воздух начинает сжиматься. В момент сжатия воздуха в компрессоре его температура может достигать до 180 С, однако через какое-то время, когда воздух попадает дальше, в ресивер, его температура начинает падать, к примеру, на “выходе” из поршневого компрессора она равняется примерно 40-45 С.
Таким образом, падение температуры сжатого воздуха “на лицо”, и воздух, действительно, остывает. В тот момент, когда его температура начинает понижаться, идет процесс возникновения конденсата или другими словами влаги. Таким образом, о сжатии воздуха важно знать следующее:
– при сжатии всегда происходит повышение температуры. Чем сильнее сжимается воздух, тем выше поднимается температура, и даже при сжатии воздуха до невысокого давления происходит значительное возрастание температуры.
– повышение температуры происходит не из-за механического трения частей компрессора и тому подобного, а из-за самого сжатия.
– водяные пары также сжимаются, и при последующем понижении температуры – конденсируются.
– при сжатии воздуха пары воды становятся основным загрязнением.
– в сжатом воздухе сконденсировавшаяся вода является загрязнением, которое улавливает и переносит другие загрязнения.
– концентрация вредных веществ возрастает, и может стать опасной, если их не удалить.
Самое главное – то, что в итоге сжатия воздуха после падения температуры воздуха возникает конденсат, и это может стать настоящей проблемой для потребителя.
Значительное содержание воды в сжатом воздухе становится причиной коррозии пневмосети. Взвешенные частицы и ржавчина действуют как абразив на элементы пневмоавтоматики. Всё это приводит к серьезным повреждениям пневматического оборудования, тем самым вызывая простои оборудования, повышение эксплуатационных расходов и повреждение производимых изделий.
Состав сжатого воздуха.
При подаче в компрессор обычный воздух содержит около 1,8 миллиардов частиц пыли. Таким образом, воздух, попадающий в компрессор, уже содержит загрязнения в виде твердых частиц. К этому надо добавить и то, что мы уже выяснили – некоторое количество влаги или водяного пара, который при сжатии конденсируется, тоже образует загрязнение воздуха. Но и это еще не все: в процессе работы маслянных компресоров в воздушный поток (в результате нагревания масла) могут попадать масляные пары и образовавшийся углерод.
Масляный туман или пар, исходящий из потока сжатого воздуха, может стать причиной сбоя в работе компрессора, сколов краски от корпуса либо появления отверстий (пробоин) на нем. При эксплуатации компрессора в пищевой отрасли либо в медицинской сфере существует риск попадания вредных веществ в организм человека. Масляный туман является наиболее трудновыводимым элементом при его отделении от воздушного потока.
Все это в целом приводит к тому, что загрязнения в атмосферном воздухе с наличием водяных паров и масляного тумана, в процессе работы компрессора превращаются в 2 миллиарда частиц пыли и 0,03 мг/м.куб. масляных паров в выходном воздушном потоке.
Попадая в пневматическую систему, такая агрессивная смесь приводит к ускоренному износу оборудования и выходу его из строя.
Поэтому встает вопрос о качестве воздуха, которое определяется содержанием частиц пыли, масляного тумана и водяных паров. Требование к качеству сжатого воздуха определяет производитель оборудования и нормируется по DIN ISO 8573-1:2001 или ГОСТ 17433-80. Существуют следующие стандарты ISO для типов сжатого воздуха:
Очистка сжатого 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. Если коротко остановится на основных этапах, то они выглядят так.
Для принудительного удаления влаги из сжатого воздуха на первом этапе применяют охладители воздуха, которые охлаждают горячий, содержащий влагу воздух до температуры +10 С по отношению к температуре окружающей среды. В результате резкого охлаждения происходит процесс конденсации. На выходе из охладителя сжатый воздух содержит влагу в виде взвеси капелек воды – водяного конденсата и пара. На следующем этапе получения сжатого воздуха с необходимой точкой росы (содержанием влаги) используются осушители сжатого воздуха.
Для удаления содержащихся в сжатом воздухе других посторонних примесей (песок, пыль, частицы метала от трущихся элементов компрессора, продукты окисления пневматической магистрали, пары масел и т. п.), применяются магистральные фильтры.
Таким образом, какими бы ни были требования по чистоте воздуха, современные системы подготовки и очистки воздуха позволяют эффективно подготовить и очистить воздух до необходимого уровня.
DIN ISO 8573-1:2001 Качество сжатого воздуха
| Класс качества | Грязь | Вода | Масло | |
| Размер частиц (мкм) | Макс. концентрация (мг/м. куб) | Точка росы при макс. давлении (С) | Макс. концентрация (мг/м. куб) | |
| Класс 0 зарезервирован под более высокие требования, оговариваются специально | ||||
| 1 | 0,1 | 0,1 | -70 | 0,01 |
| 2 | 1 | 1 | -40 | 0,1 |
| 3 | 5 | 5 | -20 | 1 |
| 4 | 15 | 8 | 3 | 5 |
| 5 | 40 | 10 | 7 | 25 |
| 6 | – | – | 10 | – |
Стандарт качества сжатого воздуха для каждой категории применения
| Применение | Класс качества | ||
| Грязь | Вода | Масло | |
| Фотография | 1 | 1 | 1 |
| Продукты питания/напитки | 2 | 3 | 1 |
| Пневмоцилиндр | 3 | 3 | 3 |
| Воздух для общего приминения | 4 | 4 | 5 |
Пневмомагазин.ру
Источник
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
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
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