4.7. Расчеты параметров воздуха
где t1 и t2 — начальная и конечная температура воздуха.
Пользуясь этими зависимостями, можно решать различные задачи, с которыми приходится сталкиваться в процессе зарядки и эксплуатации воздушно-дыхательных аппаратов.
Пример 4.1. Общая емкость баллонов аппарата 14 л, избыточное давление воздуха в них (по манометру) 200 кгс/см². Определить объем свободного воздуха, т. е. объем, приведенный к нормальным (атмосферным) условиям.
Решение. Начальное абсолютное давление атмосферного воздуха p1 = 1 кгс/см². Конечное абсолютное давление сжатого воздуха р2 = 200 + 1= 201 кгс/см². Конечный объем сжатого воздуха V 2=14 л. Объем свободного воздуха в баллонах по (4.1)
Пример 4.2. Из транспортного баллона емкостью 40 л с давлением 200 кгс/см² (абсолютное давление 201 кгс/см²) перепустили воздух в баллоны аппарата общей емкостью 14 л и с остаточным давлением 30 кгс/см² (абсолютное давление 31 кгс/см²). Определить давление воздуха в баллонах после перепуска воздуха.
Решение. Суммарный объем свободного воздуха в системе транспортного и аппаратных баллонов по (4.1)
Суммарный объем сжатого воздуха в системе баллонов
Абсолютное давление в системе баллонов после перепуска воздуха
избыточное давление = 156 кгс/см².
Этот пример можно решить и в одно действие, вычислив абсолютное давление по формуле
Пример 4.3. При измерении давления воздуха в баллонах аппарата в помещении с температурой +17° С манометр показал 200 кгс/см². Аппарат вынесли наружу, где через несколько часов во время рабочей проверки было обнаружено падение давления по манометру до 179 кгс/см². Температура наружного воздуха —13° С. Возникло подозрение в утечке воздуха из баллонов. Проверить расчетом обоснованность этого подозрения.
Решение. Начальное абсолютное давление воздуха в баллонах p1 = 200 + 1 = 201 кгс/см², конечное абсолютное давление р2 = 179 + 1 = 180 кгс/см². Начальная температура воздуха в баллонах t1 = + 17° С, конечная t2 = — 13° С. Расчетное конечное абсолютное давление воздуха в баллонах по (4.2)
Подозрения лишены оснований, так как фактическое и расчетное давление равны.
Пример 4.4. Пловец-подводник под водой расходует 30 л/мин воздуха, сжатого до давления глубины погружения 40 м. Определить расход свободного воздуха, т. е. сделать пересчет на атмосферное давление.
Решение. Начальное (атмосферное) абсолютное давление воздуха p1 = l кгс/см². Конечное абсолютное давление сжатого воздуха по (1.2) р2 =1 + 0,1*40 = 5 кгс/см². Конечный расход сжатого воздуха V2 = 30 л/мин. Расход свободного воздуха по (4.1)
Во сколько раз максимально можно сжать воздух? Я видел цифру 800, но это не максимальное значение.
Плотность воздуха и воды примерно в 800 раз и отличаются (это если очень-очень грубо).
Несжимаемых веществ не бывает. Жидкость сжимается плохо. Сверхкритический флюид (что-то среднее между газом и жидкостью, обычно при высоких давлениях-температурах) сжимается плохо. Хуже, чем идеальный газ.
В какое состояние перейдет воздух смотреть, честно говоря, лениво. Поищите фазовые диаграммы для газов, из которых состоит воздух.
StufferГуру (4896) 8 лет назад
Лень ответ читать 🙂
Остальные ответы
Критическая температура воздуха — минус140 градусов. Выше этой температуры воздух жидкостью не станет, хотя может достичь плотностей самых тяжелых металлов и выше
Сжатие и расширение воздуха при подводном погружении
Изменение объема воздуха внутри организма также может привести к серьезным нарушениям. При увеличении давления воздух сжимается и соответственно занимает меньшее пространство, то есть объем его уменьшается. И, наоборот, при уменьшении давления воздух расширяется, то есть объем его увеличивается. Например, когда давление удваивается (как при нырянии на глубину 10 м), объем воздуха уменьшается в два раза, а когда давление уменьшается в два раза (как при подъеме с глубины 10 м), объем воздуха вдвое увеличивается. Таким образом, если ныряльщик делает вдох на глубине 10 м и поднимается, не делая выдоха, объем воздуха в легких удваивается, и происходит их перераздувание, что иногда приводит к смерти. Именно поэтому ныряльщики, использующие аппараты для подачи воздуха, например акваланг с резервуаром, не должны задерживать дыхание во время подъема. Воздух, который ныряльщик вдохнул на глубине – даже если это глубина плавательного бассейна, необходимо выдохнуть во время подъема.
Поскольку при повышенном давлении воздух сжимается, при каждом вдохе, сделанном на глубине, в легкие ныряльщика поступает намного больше молекул воздуха, чем при вдохе на поверхности. Например, на глубине 20 м (3 абсолютные атмосферы) при каждом вдохе в легкие попадает в 3 раза больше молекул воздуха, чем при вдохе на поверхности, и поэтому воздух в резервуаре заканчивается в 3 раза быстрее. Следовательно, чем глубже спускается ныряльщик, тем быстрее исчерпывается запас воздуха.
Сжатый воздух на глубине более плотный (содержит большее количество молекул), чем воздух на поверхности, поэтому требуется большее усилие, чтобы провести его через дыхательные пути и дыхательный аппарат, то есть дышать на глубине тяжелее, чем на поверхности. В этих условиях углекислый газ не всегда в достаточной мере выводится из легких, и его содержание в крови может увеличиться, что иногда вызывает обморок.
Некоторые модели аквалангов снабжены системой возвратного дыхания, позволяющей ныряльщику оставаться под водой более долгое время. Пример такого аппарата – замкнутая система возвратного дыхания, которая снабжает ныряльщика свежим кислородом; остальная часть воздушной смеси вдыхается повторно. Необходимое количество свежего кислорода составляет приблизительно 1/20 часть общего количества воздуха, требуемого для вдоха, и не возрастает с увеличением глубины, так что в большинстве случаев достаточно небольшого запаса кислорода в резервуаре. Основной недостаток систем возвратного дыхания заключается в том, что углекислый газ, выдыхаемый ныряльщиком, количество которого почти равно количеству потребляемого кислорода, должен быть поглощен химическим путем. Если поглощение не происходит или если оно неадекватно, уровень углекислого газа в повторно вдыхаемом газе возрастает. Ныряльщик может не заметить этого – например, при необходимости увеличить частоту дыхания или при появлении нехватки воздуха – и в результате потерять сознание.
Повышение содержания углекислого газа в крови (отравление углекислым газом) может вызывать обморок или спутанность сознания. Иногда накопление углекислого газа возникает потому, что ныряльщик должным образом не увеличивает частоту дыхания во время нагрузки. При высоком содержании углекислого газа в крови повышается вероятность судорог в результате токсического действия кислорода, а также тяжесть азотного наркоза. Отравление углекислым газом чаще происходит у тех ныряльщиков, которые после погружения испытывают головную боль, а также у тех, кто, стремясь продемонстрировать свои возможности, экономит воздушную смесь при дыхании под водой.
Ситуация при нырянии может быть осложнена плохой видимостью, наличием течений, для борьбы с которыми требуются напряженные физические усилия, и холодом. Переохлаждение (гипотермия) в воде может развиваться быстро; оно cопровождается нарушением координации движений и расстройством мышления. У некоторых людей холодная вода может провоцировать опасные для жизни нарушения сердечного ритма. Отравление угарным газом, который может содержаться в воздушной смеси, вызывает резкое ухудшение самочувствия и иногда бывает смертельным. Симптомы отравления угарным газом включают тошноту, головную боль, слабость, нарушение координации движений и психические расстройства. Если человек принимает какие-либо лекарственные препараты, алкоголь или наркотики, то при погружении на большую глубину у него могут возникать совершенно нестандартные явления.
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.
— 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) | |
| 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
| 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