Основы технологии сжатого воздуха
Рис. Сжатый воздух как энергоноситель. Вместе с электричеством, сжатый воздух является основным энергоносителем на современном предприятии. Сверху слева на право: электростанция — линия электропередач — преобразователь — потребитель;
Снизу слева на право: сомпрессорная станция — система подготовки — пневмосеть — потребитель. | 
|
Системы распределения сжатого воздуха и электричества имеют много общего. Их структуры очень похожи (рис.1) — компрессор можно стравнить с электрогенератором, а подготовка св (включающая, например, рефрижераторный осушитель и последующий блок фильтров) с преобразователем, который преобразует энергию в то качество, которое требуется питаемому оборудованию. Обе системы имеют сеть распределения и обе передают энергию к потребителю через присоединительные разъемы.
1. Общая часть.1.1. Единицы измерения.
Взгляд на основы технологии св не похож на копание в глубинах физики. В действительности все, что требуется это взглянуть на те единицы и основы физики, которые относятся к использованию св. В этой связи, основные единицы это метры (м), секунды (с), килограммы (кг), Амперы (А), молярная масса (моль) и Кельвин (К), также как и производные единицы Ньютон (Н), Паскаль (Па), бар (бар), Ом (Ом), Джоуль (Дж), Ватт (Вт), Вольт (В), градус Цельсия (°С), и герц (Гц).
В дополнение к хорошо известной единице бар или избыточному давлению, единица Паскаль тоже используется для обозначения давления. 105 Па соответствует, например, 1 бару, 1 МПа соответствует 10 барам, а 1 гПа (гектопаскаль hPa) — 0,001 бар. Кроме того 1 бар соответствует 10,197 мм водяного столба или 750 мм ртутного столба. 1.2. Абсолютное давление и избыточное.
Важно представлять различие между абсолютным давлением, атмосферным и избыточным. Абсолютное давление это давление измеренное относительно абсолютного нуля (что соответствует абсолютному (100%) вакууму), избыточное давление это напротив является практически относительной величиной превышения атмосферного давления (рис.2). Единица бар не определяет автоматически эти различия. Как правило, необходимо добавлять к каждому значению или бар (о) — если это избыточное давление, или бар (а) — если это абсолютное давление. Следует отметить, что абревиатуры бар (о) и бар (а) в настоящее время не применяются. Дела обстоят намного проще с американскими единицами. В данном случае, 14,5 psi обычно определяет атмосферное давление, соответствующее 1 бару. Избыточное давление, следовательно, определяется совершенно четко как psig и напротив, единицы используемые для абсолютного давления это psi. Рассмотрение более тонких различий между избыточным и абсолютным давлением, несомненно, имеет смысл только с теоретической точки зрения, хотя само понятие особенно выжно для технической практики. Вопрос на 1 бар больше или меньше может решить правильно ли спроектирована компрессорная станция или работает ли она на оптимальном для себя уровне. В производстве сжатого воздуха на 1 бар больше или меньше вообще означает, что потребление элетроэнергии увеличивается или уменьшается на 10%.
Для более детальных знаний о свойствах сжатого воздуха как энергоносителя важным является тот факт, что мы имеем дело со смесью газов под давлением. Если давление газа увеличивается, то объем его уменьшается и поднимается температура. Температура давление и объем находятся в пропорции друг с другом. Сырьем для производства сжатого воздуха является атмосферный воздух. Обычно он состоит на 78% из азота, 21% кислорода и 1% прочих газов таких, как инертные газы (рис.3).
1.3. Свойства газа и давление определяют тип компрессора.
Тип компрессора зависит от свойств газа, который подлежит сжатию. Например, компрессоры для воздуха и азота почти идентичны.Для сжатия кислорода требуются полностью отличные системы. Для этого должны применяться системы, которые не используют масло для своей смазки, такие как шестерни и подшипники уплотняются не герметично и не изолированы от камер сжатия. Поэтому для сжатия кислорода должны применяться специальные системы, такие как мембранные. Когда мы говорим о давлении мы зачастую пренебрегаем атмосферным давлением. Если требуется воздух с давлением ниже атмосферного применяюся вакуумные насосы, которые выталкивают реальный воздух из камеры. Этот процесс выталкивания возможен до определенных пределов. Вакуум, получаемый при этом, измеряется в промышленных применениях в процентах. Например, обозначение «вакуум 98%» означает, что в камере с первоначальным атмосферным давлением около 1 бар создается остаточное давление 20 мбар.
1.4. Вода и другие посторонние вещества в воздухе.
Если бы атмосферный воздух действительно состоял только из трех компонентов перечисленных выше, положение вещей было относительно проще. Однако, воздух дополнительно содержит загрязнители: это хорошо заметно во время туманов, дождей и осадков в виде снега. Но атмосферный воздух, который всасывается и сжимается компрессором, в сухую и теплую погоду так же содержит загрязнители. Это невозможно увидеть до тех пор пока сжатый и следовательно нагревшийся воздух не охладится снова. Это приводит к образованию воды или более точно конденсата, который становится опасностью и фактором риска для пневмосистемы, если не будет удален. Даже только по этой причине,подготовка сжатого воздуха для большинства его применений является первостепенной необходимостью. В дополнения к природным посторонним веществам, таким как вода, воздух также содержит полный набор загрязнителей природного и неприродного происхождения. Они включают пыльцу, копоть и другие твердые частицы, источниками которых являются двигатели машин, предприятия теплоснабжения и промышленные предприятия (см.рис.4). В дополнение существует масло и прочие углеводородные загрязнители. Например, концентрация минерального масла в воздухе промышленных зданий может составлять до 12 мг/м3, а концентрация газообразных углеводородов может доходить до 14 мг/м3. Наконец, наличие прочих загрязнителей сжатого воздуха, таких как диоксид серы (SO2), означает, что в пневмосистеме образуется кислотный конденсат, что в случае отсутствия подготовки сжатого воздуха, в свою очередь, является причиной образования агрессивной среды и необходимости транспортировать ее по трубопроводам. 1.5. Определение объема.
Аналогично с определением давления, должно быть сделано точное различие в определении объема. Например, объем воздуха зачастую определяется в кубических метрах (м3). Однако, это определение не отражает что в действительности имеется в виду, объем 1 м3 сжатого воздуха или воздуха в свободном состоянии. Часто мы подразумеваем, что речь идет о свободном кубическом метре, согласно DIN 1343, который определяет следующие условия: - температура 0°С;
- давление 1,01325 бар;
- влажность 0%;
и при этих условиях 1 м3 воздуха имеет вес 1,294 кг. Существует и другой стандартный кубический метр, согласно ISO 2533 (табл. 1). Это определение отличается от первого только в значении температуры (15 °С) и поэтому, конечно, в значении плотности воздуха (1,225 кг/м3). Однако, производительность компрессоров и пропускная способность связаны с окружающими наружными условиями всасывающей линии. Это означает, что эти показатели постоянно изменяются. Стандартные условия, поэтому, являются всего лишь, простым способом проверки компрессора в любое время и в любом месте его установки при помощи проверки его производительности. В трубопроводах после компрессора, обычно, говорят о «кубических метрах сжатого воздуха». Эта величина, так называемый рабочий объем, используется как исходные данные для определения диаметра трубопровода. Следующее равенство используется, в основном, для преобразования в кубические метры при различных условиях:
Газовая постоянная считается равной 289,6 Дж/кг.К.
Для влажного воздуха парциальное давление для соответствующей влажности должно быть включено в формулу. Эти значения приведены в соответствующих таблицах.
Авторы: Эрвин Рупелт, Михаэль Бар
<< назад
|
