Что будет если сжать воздух
Сжатый воздух
Воздух, находящийся под давлением выше атмосферного, называют сжатым.
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:
Давление характеризует степень сжатия воздуха. Чем выше давление тем значительнее сжат воздух.
Сжимаемость
Сжимаемость воздуха характеризуется уменьшением его объема при увеличении давления.
Плотность
Отношение массы воздуха к его объему называют плотностью. Она изменяется при сжатии воздуха.
Воздух, как и любой другой газ занимает весь предоставленный ему объем.
Удельный вес
Отношение объема воздуха к его массе называют удельным весом.
Температура
Температуру воздуха измеряют в градусах Кельвина или Цельсия. Под нормальными условиями понимают состояние воздуха при температуре.
Удельная теплоемкость
Вязкость
Расход воздуха
Массовый и объемный расходы связаны зависимостью.
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 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.
Сжатый воздух как он есть…
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:
Состояние воздуха (газа) можно описать тремя параметрами:
— 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.
— 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.
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) | |
| 0 | 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
Охрана труда и БЖД
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Сжатие
Каждому человеку, который интересуется подробностями, (необходимыми) для закупки, или работой любой системы, подающей пригодный для дыхания воздух в шланговые респираторы (с непрерывной подачей воздуха под давлением), применяемые при обезвреживании асбеста, нужно знать основы сжатия воздуха.
Теория сжатия воздуха
Даже если не подводить тепло к воздуху извне, он только за счёт сжатия нагреется до 177 0С. И пары воды, и различные загрязнения также будут сжаты. За счёт сжатия воздух уже не сможет переносить много водяных паров. А увеличение температуры повысит способность воздуха переносить водяные пары. Из-за этих противоположных эффектов конденсация паров воды не будет происходить сразу после сжатия, но это произойдёт позже, при его остывании. Сам процесс сжатия воздуха в компрессоре увеличивает его загрязнённость, и нужно следить за тем, чтобы уровень загрязнённости воздуха не представлял угрозы для людей.
Если после сжатия воздуха и его остывания дать ему возможность расшириться до первоначального объёма, то его температура резко снизится. Этот воздух будет очень сухим, и после расширения снова сможет переносить много водяных паров.
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.
— Это повышение происходит не из-за механического трения частей компрессора и т.п., а из-за самого сжатия.
— Сжатие всегда нагревает воздух, но можно сделать такое оборудование для сжатия воздуха, которое будет его охлаждать. Чтобы обеспечить такое охлаждение необходим теплообменник достаточного размера и нужно, чтобы воздух находимся в этом теплообменнике достаточно долго, прежде чем он поступит к потребителю.
— 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.
Сжатие воздуха не практике
Сам компрессор подходит только для той работы, для которой он спроектирован и изготовлен. Например, если компрессор спроектирован только для снабжения сжатым воздухом ручного пневмоинструмента и др. промышленного оборудования, то нет необходимости охлаждать сжатый воздух и очищать его от воды и масла. У некоторых компрессоров есть устройства, которые подают масло в сжатый воздух. Если у компрессора неподходящая конструкция, то он может легко «перегрузить», засорить установленную после него систему очистки. Применение такого компрессора потребует очень частой смены фильтров. Это приведёт к тому, что эксплуатационные затраты станут недопустимо большими. Затраты на переделку такого компрессора могут оказаться больше, чем стоимость специального компрессора, предназначенного для получения пригодного для дыхания воздуха.
Для того, чтобы объяснить вредное влияние воды (как загрязнения) на сжимаемый воздух, рассмотрим пример. Пусть для сжатия воздуха до низкого давления используется система из механического компрессора и устройства для очистки (Фиг. F-1). При температуре окружающего воздуха 21 0С и относительной влажности 75% эта установка сжимает за минуту 2.83 м3 (100 куб. футов). Эта установка будет давать 62 литра воды в сутки (за счёт конденсации). Если установка предназначена для получения пригодного для дыхания воздуха и правильно спроектирована, то в ней будет охладитель для охлаждения воздуха и для конденсации водяных паров. Кроме того, в таком компрессоре должно быть устройство для улавливания и удаления из установки сконденсировавшейся воды. При охлаждении сжатого воздуха до температуры окружающей среды произойдёт удаление 43 литров сконденсировавшейся воды. Эта вода содержит в себе много других загрязнений, и её можно механически удалить из охладителя. После этого в сжатом воздухе останется ещё 19 литров воды, которые вместе с воздухом попадут в устройство для очистки. Там большая часть этих паров и других загрязнений будет уловлена.
При работе правильно спроектированного компрессора с системой охлаждения воздуха, в нём происходит удаление от 65 до 90% от всей воды и загрязнений. Поскольку для удаления (воды и загрязнений) постоянно используются механические способы, то правильная конструкция компрессора имеет большое значение для качества получаемого воздуха. Дальнейшая очистка воздуха до категории D происходит в другом устройстве, поэтапно.
1000 «детских» вопросов и ответов. (длиннопост) Ч. 8
95. Почему снег поглощает звуки?
Во время снегопада крики слышны на меньшее расстояние, чем в ясную погоду, свежий снежный покров тоже поглощает звук. Дело в том, что мелкие поры снежных хлопьев и рыхлого, недавно выпавшего снега приглушают звуковые волны. Они попадают в маленькие поры кристаллов снега и теряются там: их энергия пропадает. Старый снег или лед имеют гладкую поверхность и больше не могут так хорошо поглощать звук, а особенно далеко голоса разносятся над спокойной поверхностью воды.
97. В чем разница между водой и водяным паром?
Все вещества, с которыми мы встречаемся в окружающем нас мире, бывают или жидкими, или твердыми, или газообразными.
Эти состояния веществ называют агрегатными состояниями.
Многие вещества при охлаждении или нагревании можно перевести из одного агрегатного состояния в другое.
При этом они неожиданно приобретают совсем другие свойства.
Например, если нагреть воду до температуры выше 100 градусов Цельсия, она превращается в газ, в водяной пар.
У воды и водяного пара одинаковый химический состав, но совершенно разные свойства: водяной пар имеет свойства, типичные для газов.
Его можно сжимать, как воздух. Пар, как и воздух, обладает упругостью, он может сжиматься и снова расширяться и при этом может привести в действие паровую машину.
98. А есть жидкий воздух?
Даже такие прочные и твердые вещества, как железо, можно нагреть до такой температуры, что они становятся жидкими. При еще более высоких температурах жидкие металлы превращаются в газ. И наоборот, вещества, встречающиеся при нормальных температурах в виде газа, можно охладить до такой степени, что они становятся жидкими или даже твердыми. Например, воздух при температуре в минус 197,5 градуса Цельсия превращается в жидкость.
99. Почему дым поднимается вверх?
Дым содержит много мельчайших частиц, в том числе сажу, летучую золу и капельки смолы. Они возникают при сгорании. В ясную, сухую и безветренную погоду дым из трубы или от костра поднимается вертикально вверх. Тогда все содержащиеся в дыме вещества легкие и сухие и поднимаются вместе с горячим воздухом. Иначе обстоит дело в дождливую погоду. Тогда воздух влажный и содержит много водяного пара. Невидимые маленькие капельки, из которых состоит пар, оседают на частицах дыма и тянут дым вниз. Поэтому он становится тяжелым и не может так легко подниматься вверх. Если дым не поднимается над трубой, а висит над крышами, это — признак высокой влажности воздуха. Очень может быть, что скоро пойдет дождь.
100. Можно ли сжать воду?
Жидкости нельзя сжать. Они не обладают упругостью и не изменяют свой объем. Объемом предмета называется пространство, которое он занимает. Поэтому совершенно невозможно вместить два литра воды в литровую бутылку.
101. Почему губка впитывает воду?
На губке хорошо видно, как вода сама собой поднимается по маленьким щелочкам, тонким трубочкам и маленьким порам. В губке много маленьких пор. Если положить ее в пролитую воду, губка становится мокрой. Вода проникает в поры, и лужица пропадает. Это свойство воды называется капиллярностью (слово происходит от латинского «capillaris» — «волосной», потому что поры имеют толщину волоса). И промокательная бумага может впитывать воду только потому, что в ней много очень маленьких пор. Кстати, все полотенца и тряпки для вытирания имеют такое же строение. Гладкая бумага или гладкий шелк впитывают воду очень плохо.
102. Сколько воды нужно дереву?
Ни одно живое существо не может обойтись без воды. Животные пьют воду, берут ее из пищи или поглощают кожей. Растения впитывают воду главным образом корнями из почвы. Таким образом, большое дерево поглощает за сутки тонну воды, которая поднимается из корней по стволу и ветвям в листья и там испаряется.
103. Как вода попадает в крону дерева?
Это происходит без помощи мускулов или насоса. Дело в том, что вода сама поднимается по тонким трубочкам наверх. По древесине корней, ствола и ветвей проходит огромное количество таких трубочек и каналов. Они, как губка, впитывают воду.
Как только она испаряется с листьев, вверх всасывается новая вода.
Чем больше дерево, тем труднее ему поднимать наверх большое количество воды. Поэтому огромные секвойядендроны (Мамонтовы деревья) в Северной Америке произрастают только во влажных областях, где часто бывают обильные туманы. Они могут поглощать воду листьями из тумана.
104. Почему иголка может плавать?
Если осторожно положить иголку на воду, она не тонет, а плавает. Внимательно присмотревшись, можно увидеть, что иголка сделала в поверхности воды небольшое углубление, это выглядит так, словно на поверхности воды натянута тонкая пленка, а на ней лежит иголка. То, что выглядит как пленка и удерживает иголку на поверхности, — это поверхностное натяжение воды.
Молекулы воды стараются находиться как можно ближе и притягиваются друг к другу, «натягивая» поверхность воды. Правда, сила поверхностного натяжения очень мала, но она может вытолкнуть такой легкий предмет, как иголка. Но как только один конец иглы опустится в воду, чары разрушатся, поверхностное натяжение исчезнет, и иголка утонет.
А для предметов более тяжелых, чем иголка, сила поверхностного натяжения воды слишком мала.
105. Почему на старых фотографиях люди так напряженно смотрят в объектив?
У первых фотографов людям приходилось целую минуту сидеть неподвижно перед фотоаппаратом, пока фотопленки того времени освещались. Если человек шевелился или хотя бы мигал, изображение получалось нечетким — отсюда и напряженные позы.
Особенно неприятно это было для детей. Они не могут так долго сидеть неподвижно, и фотографам часто приходилось повторять съемку. Поэтому за фотопортреты детей просили больше денег, чем за фотографии взрослых.
Что будет если сжать воздух
Сжатый воздух используется повсюду вокруг нас в повседневной жизни. Он может применяться в форме потока воздуха или в качестве источника энергии для приведения в действие или производства множества используемых нами вещей. Когда мы открываем бутылку газированного напитка, катаемся на американских горках, садимся в автобус, посещаем стоматолога или пользуемся каждый день электричеством, сжатый воздух играет определенную роль в каждом из этих действий.
Что представляет собой сжатый воздух?
Сжатый воздух — это воздух, находящийся под давлением, превышающим атмосферное. Это тот же воздух, которым мы дышим, только принудительно сжатый до меньшего объема и удерживаемый под давлением. Воздух состоит на 78 % из азота, на 20-21 % из кислорода и примерно на 1-2 % из других газов, а также из водяного пара. После сжатия воздух по-прежнему представляет собой ту же смесь газов, однако принудительно помещенную в меньшее пространство, в котором расстояние между молекулами сокращено.
Сжатый воздух, который можно хранить при высоком давлении, является превосходной средой для передачи энергии. Сжатый воздух — это востребованный источник энергии, поскольку он безопаснее и проще в обращении по сравнению с альтернативными вариантами, такими как пар и аккумуляторы. Пар может представлять опасность, поскольку он обладает очень высокой температурой, в то время как аккумуляторные батареи могут разрядиться, что делает применение обоих вариантов нежелательным.
Сжатый воздух безопасен в использовании, прост в хранении и имеет множество разноплановых вариантов применения.
Каким образом происходит сжатие воздуха?
Сжатие воздуха осуществляется при помощи воздушных компрессоров. Воздушные компрессоры втягивают воздух на впускном клапане, затем сжимают его до требуемого объема и выпускают сжатый воздух через нагнетательный клапан в емкость для хранения. Процесс сжатия обычно приводится в действие электродвигателем.
Системы сжатого воздуха могут работать на основе двух видов вытеснения воздуха:
Положительное смещение — Наиболее распространенный метод сжатия; компрессоры, работающие на принципе положительного смещения проталкивают воздух в ограниченное пространство, обычно посредством движения механического устройства.
Динамическое смещение — В сравнении с компрессорами положительного смещения, которые физически уменьшают объем захваченного воздуха, компрессоры динамического смещения выполняют разгон воздуха до высокой скорости. Создаваемая при этом энергия увеличивает давление воздуха.
Технологии положительного смещения
В компрессорах положительного смещения для сжатия воздуха применяются разные технологии, а сами компрессоры делятся на две категории: ротационные и возвратно-поступательные. В ротационных компрессорах для сжатия воздуха используется вращающийся компонент, в то время как в возвратно-поступательных компрессорах для этой цели используется поршневой цилиндр, который сжимает воздух при возвратно-поступательном движении вверх и вниз.
Основные типы ротационных компрессоров
Винтовой
В ротационных винтовых компрессорах используется два находящихся в зацеплении ротора, которые совместно вращаются и проталкивают воздух вдоль роторов, выполняя его сжатие до требуемого объема. Посмотрите это моделирование ротационного винтового компрессора CompAir серии L, где показаны основные компоненты компрессора в действии.
Лопастной
В ротационных лопастных компрессорах используется ротор со множеством лезвиеобразных лопастей, вставленных в радиально расположенные на роторе пазы. При его вращении центробежное движение приводит к сжатию воздуха.
Основные типы компрессоров возвратно-поступательного действия
