Сжатый воздух

СЖАТЫЙ ВОЗДУХ, СОСТАВ ВОЗДУХА, СВОЙСТВА ВОЗДУХА, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, РАСХОД СЖАТОГО ВОЗДУХА.

В данном разделе мы рассказываем о составе и свойствах воздуха,  рассматриваем процессы образования конденсата в пневмосистеме, приводим классы подготовки сжатого воздуха. Понимание термодинамических процессов, возникающих при сжатии атмосферного воздуха, помогают создать эффективную пневмосистему.

Воздух это смесь газов, главным образом состоящая из азота и кислорода.

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.

Температура воздуха
Температура - величина, характеризующая степень теплового состояния тела (газа) 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.

Единица измерения температуры (по системе СИ), - градус Кельвина (°К). Соотношение градус Кельвина (°К ) с градусом Цельсия (°С):  (°K) = t(°C) + 273,15.

Чем выше температура воздуха, тем больше влаги может содержаться в воздухе. Температура воздуха возрастает при его сжатии и понижается с падением давления.

Содержание влаги в воздухе и образование конденсата

Как уже говорилось выше, воздух всегда содержит пары воды.

В таблице указаны значения максимального содержания влаги в воздухе при атмосферном давлении (0 бар изб.) при определенных температурах.

 
В процессе сжатия атмосферного воздуха в компрессоре его температура в среднем возрастает до 180^оС.  В компрессоре, под воздействием высокой температуры, конденсация влаги содержащейся в сжатом воздухе не происходит. Но как только температура сжатого воздуха понижается, начинается процесс конденсации влаги.

Таким образом при производительности компрессора 1 куб.м/мин, относительной влажности воздуха 80%, температуре окружающей среды +20^оС и сжатии до 6 атм. в пневмосистеме за 1 час может образовываться до 4 литров воды.

Вместе с атмосферным воздухом, компрессор всасывает посторонние примеси: пыль, пары масел, остатки продуктов горения и содержащуюся в атмосферном воздухе влагу. Посторонние примеси, смешиваясь со сконденсированной влагой, образуют агрессивную,  абразивную смесь - эмульсию.

Попадая в пневматическую систему, такая агрессивная смесь приводит к ускоренному износу оборудования и выходу его из строя. В большинстве случаях использование сжатого воздуха с содержанием таких примесей вообще недопустимо.

Очистка сжатого воздуха

Для принудительного удаления влаги из сжатого воздуха на первом этапе применяют охладители воздуха, которые охлаждают горячий, содержащий влагу воздух до температуры +10^оС 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) используется осушитель 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.

Классы подготовки сжатого воздуха по содержанию твердых частиц, масел и влаги

По ISO 8573.1 различают: классы по максимальному размеру d (мкм) и концентрации C (мг/куб.м) частиц, точке росы водяного пара Т (гр.С) и максимальному содержанию масла Oil (мг/куб.м).

 Точка росы 

Температура точки росы газа (точка росы) — это значение температуры газа (воздуха), ниже которой водяной пар, содержащийся в газе (воздухе), охлаждаемом изобарически (изобарический - термодинамический процесс), становится насыщенным над плоской поверхностью воды. Это классическое определение, но можно сформулировать и так: Точка росы – температура, при которой происходит конденсация водяного пара находящегося в воздухе. Точка росы определяет какое максимальное количество водяного пара может находится в воздухе. Если в документации пневматического оборудования указывается температура точки росы Dp (Dew point) без дополнительных индексов, как правило, имеется в виду давление равное одной атмосфере (0 изб.). Для пневмосистем более важным показателем является температура точки росы pDp (pressure Dew point) - при рабочем давлении.

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 (Ратм.) объясняется тем, что воздух подобно всем другим веществам обладает весом и притягивается землей. Атмосферное давление, это 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.

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.

Избыточное давление (Ризб.) - давление, превышающее атмосферное давление. В технических характеристиках пневматического оборудования, как правило, указывается именно избыточное давление.

Абсолютное давление (Рабс.) - сумма атмосферного и избыточного давлений.

Плотность воздуха. Сжимаемость и Упругость воздуха

Плотность воздуха - 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 = +15^о 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 кгс2/м⁴.

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 изменения его плотности (изменение объема при сжатии).

ОБЪЕМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА (РАСХОД СЖАТОГО ВОЗДУХА) 

Важнейший  этап разработки пневматической системы предприятия это расчет объемов потребления сжатого воздуха пневматическим оборудованием. От того насколько грамотно произведены эти расчеты, напрямую зависит вся конфигурация пневматической системы и ее эффективность. Расход сжатого воздуха пневматическим оборудованием выражается в объемных величинах (л/мин.) при нормальных значениях, равных 1,0332 кгс/см2 или стандартному барометрическому давлению 760 мм рт. ст..

Определившись с количеством потребителей сжатого воздуха и просто сложив паспортные величины расхода сжатого воздуха, некоторые разработчики часто совершают очень грубую ошибку. Очевидные на первый взгляд  решения не всегда приводят к правильному результату.

Расход сжатого воздуха  зависит от индивидуальных особенностей предприятия. Пневматическое оборудование на предприятии работает в соответствии с технологией производства, принятой для данного предприятия, соответственно и оборудование используется не всегда одновременно. Расчет потребления сжатого воздуха должен учитывать, что для групп оборудования работающих одновременно существуют коэффициенты синхронности. Кроме того,  для каждого вида оборудования определяется, так называемый, коэффициент использования. Также необходимо учитывать коэффициенты износа пневматического оборудования и связанный с этим повышенный расход сжатого воздуха по отношению к заявленным паспортным данным. 

При определении объемов потребления сжатого воздуха также важно обратить внимание на различие требований предъявляемых к качеству подготовка сжатого воздуха  и рабочему давлению различными группами пневматического оборудования. От этого зависит конфигурация пневматической магистрали и система подготовки сжатого воздуха.

Конечно, желательно заранее предусмотреть перспективу дальнейшего расширения производства и связанное с этим увеличение потребления сжатого воздуха.

Для корректного определения объемного расхода сжатого воздуха используются специальные компьютерные программы, обрабатывающие данные режимов работы пневматического оборудования на протяжении полного рабочего цикла, в соответствии с существующей на предприятии технологией производства.  На основании полученных данных составляются сводные таблицы объемного расхода сжатого воздуха. 

Следует заметить, что при расчетах пневмосистемы необходимо учитывать реальные термодинамические процессы, возникающие при сжатии атмосферного воздуха.  

По вопросам, связанным с производством и использованием сжатого воздуха Вы можете обращаться к специалистам ООО "АПС-Тулс". Мы всегда готовы поделиться своими знаниями и предложить  Вам "...Воздушное решение".