Уравнение состояния газа
Для постоянной замкнутой массы газа связь между его параметрами (давлением, объемом и температурой) устанавливается следующим уравнением состояния газа (Уравнение Клапейрона?):
Из этого уравнения как частные случаи можно получить законы изменения параметров газа, если поочередно считать постоянными три параметра газа (р, V или Т):
· Температура Т постоянна (T = const) => изотермический процесс
Закон Бойля-Мариотта
"При постоянной температуре объем данной массы газа обратно пропорционален абсолютному давлению", т.е. произведение абсолютного давления газа на его объем является постоянной величиной для данной массы газа.
· Давление р постоянно (p = const) => изобарический процесс
Закон Гей-Люссака:
" При постоянном давлении объем постоянной массы газа пропорционален его абсолютной температуре ".
· Объем V постоянен (V = const) => изохорический процесс
Закон Шарля
" При постоянном объеме давление постоянной массы газа пропорционально его абсолютной температуре ".
Влажность сжатого воздуха определяется его относительной влажностью, которая зависит от температуры и погодных условий.
Абсолютная влажность - это масса паров воды, содержащихся в 1 м3 воздуха. Влажность насыщенного пара - наибольшая масса паров воды, которая может содержаться в 1 м3 воздуха при данной температуре.
Относительная влажность, измеряемая в процентах, определяется по формуле:
Так как влажность насыщенного пара зависит от температуры, то относительная влажность изменяется с изменением температуры, даже если абсолютная влажность остается постоянной.
Точкой росы называется температура, при которой относительная влажность становится равной 100%. При понижении температуры ниже точки росы начинается конденсация содержащихся в воздухе паров воды.
Производство и распределение сжатого воздуха.
1. Подготовка сжатого воздуха
С целью обеспечения надежности работы пневматической системы управления к ней необходимо подвести сжатый воздух высокого качества. При этом оцениваются следующие параметры воздуха:
Ø уровень давления;
Ø влажность воздуха;
Ø степень очистки воздуха.
Если не будут соблюдены перечисленные выше требования к параметрам воздуха, то это может привести к увеличению эксплуатационных расходов из-за роста времени простоя машин и установок, а также увеличению затрат на ремонт и замену вышедших из строя элементов.
Уровень давления сжатого воздуха
Как правило, пневматические устройства промышленного назначения проектируются на максимальное рабочее давление 800... 1000 кПа (8... 10 бар). Однако опыт эксплуатации показал, что из экономических соображений и соображений безопасности целесообразнее использовать давление около 600 кПа (6 бар). Сопротивление течению газа в отдельных элементах (например, дроссели) и в трубопроводах рассчитывается таким образом, чтобы суммарные потери давления в них составляли 10...50 кПа (0,1...0,5 бар). Поэтому для того, чтобы нормальное рабочее давление в пневмосистеме было не ниже 600 кПа (6 бар), давление компрессорной установки должно быть в пределах 650...700 кПа (6,5...7 бар).
Влажность воздуха
При понижении температуры ниже точки росы начинается конденсация содержащихся в воздухе паров воды. Повышенная влажность воздуха уменьшает долговечность пневматической системы вследствие:
o коррозии трубопроводов, пневмоаппаратов, цилиндров и других элементов;
o вымывания смазки подвижных частей.
Поэтому для ее снижения необходимо устанавливать осушители. При сравнении различных осушительных установок между собой принимается во внимание значение рабочего давления установки и температура точки росы воздуха, т.е. температура, которая достигается в сушилке при рабочем давлении. Температура точки росы осушаемого воздуха должна быть на 2... 3 °С ниже температуры охлаждающей среды.
Снижение эксплуатационных расходов, сокращение времени простоя и повышение надежности пневмосистем относительно быстро окупают дополнительные затраты на установку осушителя воздуха.
Степень очистки воздуха
Если не принимать специальных мер, на пути к потребителям воздух может быть загрязнен. Из-за плохого качества воздуха увеличивается число аварий и сокращается срок службы пневматической системы, что проявляется в таких явлениях, как:
o быстрый износ уплотнений и подвижных частей пневмоаппаратов и исполнительных устройств;
o замасливание клапанов;
o загрязнение глушителей шума.
Подготовка сжатого воздуха начинается уже с момента его производства. В состав подсистемы подготовки воздуха входят следующие элементы:
· всасывающий фильтр;
· воздушный компрессор;
· воздушный ресивер;
· осушитель воздуха;
· воздушный фильтр с влагоотделителем;
· редукционный клапан;
· маслораспылитель (при необходимости);
· дренажные (спускные) отверстия для удаления конденсата.
2. Воздушный компрессор
Компрессор – машина для повышения давления и перемещения газа.
Ø По принципу действия компрессоры подразделяются на объёмные и лопастные. Под принципом действия здесь понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора.
Ø По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические и др.), по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные, азотные, гилиевые и др.), по непосредственному назначению (пускового воздуха, тормозные и др.).
Ø По конечному давлению различают
· Вакуум-компрессоры – машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;
· Компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;
· Компрессоры среднего давления – от 1,2 до 10МПа;
· Компрессоры высокого давления – от 10 до 100 МПа;
· Компрессоры сверхвысокого давления – свыше 100 МПа;
Ø По способу отвода теплоты – с водным или воздушным охлаждением;
Ø По типу приводного двигателя – с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины.
Объёмный компрессор – это машина, в которой процесс сжатия происходит в рабочих, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора камерах, периодически изменяющих свой объём. Объёмные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объёма рабочих камер можно разделить на поршневые и роторные компрессоры.
Лопастной компрессор – машина динамического действия, в которой сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным компрессорам относятся радиальные (центробежные), радиально-осевые (диагональные), осевые.
v Поршневой компрессор – объёмная машина, у которой всасывание, сжатие и вытеснение газа производятся поршнем, перемещающимся в цилиндре возвратно-поступательно.
ВМТ – верхняя мёртвая точка, НМТ – нижняя мёртвая точка
v Винтовой компрессор
Винтовые поверхности роторов и стенок корпуса образуют рабочие камеры. При вращении роторов объём камер увеличивается, когда выступы роторов удаляются от впадин, и происходит процесс всасывания (рис. 1.18, а). Когда объём камер достигает максимума, процесс всасывания заканчивается, и камеры оказываются изолированными стенками корпуса и крышек от всасывающего и нагнетательного патрубков (рис. 1.18, б).
При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряжённый выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые поверхности объединяются в общую полость (рис.1.18, б), объём которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контактирования сопряжённых элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок (рис.1.18, в). Из-за того что частота вращения роторов значительна и одновременно существует несколько камер, винтовой компрессор создаёт равномерный поток газа.
Отсутствие клапанов и неуравновешенных механических сил обеспечивает винтовым компрессорам возможность работать с высокими частотами вращения, т.е. получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.