Сжатый воздух в чем измеряется

При работе с компрессионным оборудованием необходимо иметь представление как исчисляется расход сжатого воздуха, тем более что производительность компрессора и определяется как объем сжимаемого газа в единицу времени.

Конечно, существуют специальные контрольно-измерительные приборы, но в некоторых случаях необходимо быстро произвести расчет расхода воздуха отдельными устройствами.

Необходимо начать с того, что уточнить, в чем измеряется воздух. Объем воздуха измеряется в кубических метрах. Единицы измерения расхода воздуха исчисляются в кубических метрах (для винтовых компрессоров) или литрах (для поршневых компрессоров) потребляемого или производимого воздуха в единицу времени (м3/мин, м3/час, л/мин).

Согласно данным российского ГОСТ 12449-80 нормальными условиями считаются

При определении расхода сжатого воздуха при нормальных условиях по ГОСТ 12449-80 перед единицей измерения сжатого воздуха ставят маркировку «н» (15нм3/мин или 165нм3/час и т.д.).

Также существуют две популярные методики расчета расхода воздуха потребляющим оборудованием.

Расчет расхода воздуха через падение давления – универсальный метод для всех видов компрессоров

На начало измерения необходимо знать объем резервуара и давление в нем (показания манометра). Включаем потребляющее оборудование, засекаем время работы. Отключаем оборудование, смотрим показания манометра резервуара. Подставляем данные в формулу.

Расчет расхода через время работы компрессора – метод для компрессоров с постоянной производительностью

На начало измерения нам необходимо знать производительность компрессора, снять показания счетчика общей наработки и счетчика работы под нагрузкой. Включаем потребляющее оборудование, засекаем время работы под нагрузкой при наборе давления до максимального значения, после которого компрессор работает на холостом ходу до начала следующего набора давления. Отключаем оборудование. Подставляем данные в формулу.

Сжатый воздух

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

*Состав воздуха может меняться. Как правило, в промышленных зонах воздух содержит

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 – 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.

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 180С. 
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 +20С 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 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.

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).

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.

– это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно к ней.
Всякое тело, находящееся в неподвижном воздухе, испытывает со стороны
последнего давление, одинаковое со всех сторон.

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/см). Давление обозначается буквой , на уровне моря –

это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст). Обозначается буквой , на уровне моря –

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/см 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.

– давление, превышающее атмосферное давление. В технических характеристиках пневматического оборудования, как правило, указывается именно избыточное давление

– сумма атмосферного и избыточного давлений.

– количество воздуха содержащегося в 1 м объема. В физике существует понятие двух видов плотности – весовая (удельный вес) и массовая.

Весовая плотность (удельный вес) воздуха – это вес воздуха в объеме 1 м. Обозначается буквой . При стандартных атмосферных условиях по ISO 2533 (барометрическое давление 760 мм рт.ст., t = +15 С) весовая плотность (удельный вес) 1м объема воздуха равна g = 1,225 кгс/м

Массовая плотность воздуха – это масса воздуха в объеме 1 м. Обозначается греческой буквой .
Масса воздуха равна его весу, деленному на ускорение свободного
падения. При стандартных атмосферных условиях массовая плотность воздуха
равна: 0,1250 кгс2/м

– свойство воздуха изменять свою плотность при изменении давления и температуры (для замкнутого объема).

– свойство воздуха возвращаться в исходное состояние после прекращения
действия сил, вызвавших изменения его плотности (изменение объема при
сжатии).

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

Единицы измерения, используемые в компрессорной технике.

Международная система единиц СИ (Systme international d’units, SI) – система единиц физических величин.

Основные единицы системы – это метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль) и кандела (кд). Давление по этой системе определяют в Паскалях, Па (Pa). Названа она по имени Б. Паскаля.

Чтобы перевести Паскали в Ньютоны воспользуйтесь равенством 1 Па = 1 Н/м2 ≡ 1 Дж/м3 ≡ 1 кг/(м·с2).

Соответственно 1 кПа=1000 Па и 1 МПа=1000000 Па.

В некоторых отраслях промышленности также используются внесистемные единицы измерения давления: физическая атмосфера (атм.), миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст. или Torr), техническая атмосфера (1 ат.= 1 кгс/см2), бар. В системе английских мер используется фунт на квадратный дюйм (lbf/in² или PSI).

Соотношение можно посмотреть в таблице.

Абсолютное давление – это истинное давление, его отсчитывают от абсолютного нуля (вакуума). Принятое обозначение ата.

Атмосферное (избыточное давление) является следствием веса воздуха, находящегося над земной поверхностью (размерность ати)

Размерность давления и производительности по газу

Производительность компрессоров определяется объемом сжимаемого газа, вырабатываемого за долю единицы времени. Для определения производительности компрессора есть 2 метода: по выходу и по входу.

В первом случае берется количество сжатого газа, получаемого из выходного отверстия за долю единицы времени. Во втором случае учитывается количество газа, всасываемого в агрегат.

Базовая единица – метр кубический в минуту (м3/мин).

Принятые размерности – л/мин. (1 л/мин=0,001 м3/мин), м3/час (1 м3/час =1/60 м3/мин), л/с (1 л/с = 60 л/мин = 0,06 м3/мин).

Обратите внимание, что производительность может быть дана при разных условиях: для условий всасывания (давление и температура газа), или для нормальных условий (давление 1 атм., температура 20 оС). Во втором случае перед объемом ставят букву “н” (например, 10 нм3/мин).

В странах, где принята система английских мер, в качестве единицы производительности используют неметрическую единицу кубический фут в минуту, которая обозначается CFM. 1 CFM = 28,3168 л/мин. = 0,02832 м3/мин. 1 м3/мин =35,314 CFM.

Требование к объему сжатого воздуха можно узнать из паспорта потребителей, посмотрев рабочие характеристики и учтя коэффициенты использования. Коэффициенты использования определяют исходя из имеющегося опыта или приминают ориентировочным.

Загрязненность

Гост 17433-80 определяет классы загрязненности сжатого воздуха, предназначенного для пневматических устройств в зависимости от состава и содержания посторонних примесей.

Измеряют: размер твердых частиц (d, мкм), количество посторонних примесей (С) и капельных фракций масла (Oil) и воды (W), измеряемое в мг/м3, точку росы водяного пара.

* значение данного параметра не регламентируется. Пример: “воздух Кл. 5 ГОСТ 17433-80”

Классификация качества воздуха по ISO 8573

Разделяют классы по максимальному размеру d (мкм) и концентрации C (мг/м3) частиц, точке росы водяного пара T oC) и максимальному содержанию масла Oil (мг/м3).

* Пример: “ISO 8573.1 класс 2.3.3” для воздуха класса 2 по частицам, класса 3 по точке росы и класса 3 по маслу.

Выбирая компрессор, не забывайте принимать в расчёт технические характеристики своего технологического оборудования: объем необходимого сжатого воздуха и его давление.

Основной характеристикой сжатого воздуха является его давление. Если следовать международной системе единиц СИ, то давление измеряется в Паскалях (Па), причём 1 Па = 1 Н/м². Паскаль имеет производные: 1 КПа = 1 000 Па и 1 МПа = 1 000 000 Па. Кроме этих основных единиц измерения давления, в различных сферах техники дополнительно применяются и другие, внесистемные единицы: техническая атмосфера (1 ат = 1 кг/см²), физическая атмосфера или бар, а также миллиметр рт. столба. Кроме того, англоязычные страны широко пользуются такой единицей, как PSI (фунт на квадр. дюйм). В нижеследующей таблице приведено соотношение между различными единицами измерения давления.

В технике используют понятие абсолютного давления, которое отсчитывается от нуля, и давления избыточного, представляющего собой полное давление за вычетом атмосферного. Для случая измерения давления в технических атмосферах избыточное давление обозначают, как «ати», а абсолютное – как «ата».

Производительность компрессора

Производительностью компрессора называют количество (объем) газа, сжимаемого в единицу времени. Основной единицей производительности является м³/мин. Кроме того, иногда могут использоваться внесистемные единицы: л/мин, м³/час и л/с (соответственно, литр в минуту, метр кубический в час и литр в секунду). При этом, производительность, обычно, приводят или к нормальным условиям (стандартное атмосферное давление и температура +20 градусов) или к фактическим условиям всасывания. Если производительность приведена к нормальным условиям, то её обозначают, например, как нм³/мин. В странах англоязычного мира широко используют такую единицу измерения производительности, как CFM – кубический фут в минуту, где 1 CFM = 28,317 л/мин (0,2832 м³/мин).

Нормы загрязнения сжатого воздуха ГОСТ-17433-80

ГОСТ-17433-80 устанавливает допустимые размеры твёрдых частиц (D), содержащихся в сжатом воздухе, а также их количество (C). Кроме того, этим документом регламентируется содержание в воздухе капель масла (Oil) и влаги (W), которое измеряется в мг/м³. Устанавливается также точка росы, характеризующая влажность сжатого воздуха.

При этом, точка росы для сжатого воздуха классов: 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 должна быть ниже минимального значения рабочей температуры, как минимум, на 10 градусов.

А точка росы сжатого воздуха классов: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 этим документом не регламентируется.

Классификация сжатого воздуха по ISO 8573

Стандарт ISO 8573.1 предусматривает классификацию воздуха по размеру твёрдых частиц (D), их максимальному содержанию (С), точке росы (Т) и содержанию масел (Oil).

Обратите внимание на то, что по стандарту ICO 8573.1 классы для сжатого воздуха указываются отдельно по содержанию твёрдых частиц, точке росы и примесям масла. Например, Вы можете встретить такую запись: «сжатый воздух соответствует ICO 8573.1 класс 1.3.2». Это значит, что воздух соответствует классу 1 по содержанию твёрдых частиц, классу 3 по точке росы и классу 2 по примесям масла.

Заключительные рекомендации

Выбирая компрессор, не забывайте принимать в расчёт технические характеристики своего технологического оборудования: объем необходимого сжатого воздуха и его давление. Имейте ввиду, что паспортная производительность приобретаемого компрессора должна быть примерно на 25% выше, чем суммарное потребление Вашего оборудования.

При подборе марки компрессора обращайте внимание на его производительность в отношении нагнетания. Основная часть производителей этого оборудования из стран Западной Европы для расчёта производительности использует рабочий объем цилиндра компрессора, т.е. указывает производительность по всасыванию, которая совсем не равна производительности, измеренной на выходе компрессора (производительность нагнетания).

Если Ваше технологическое оборудование работает постоянно при стабильном потреблении сжатого воздуха, то можно ограничиться приобретением компрессора с небольшим объёмом ресивера. В противном случае Вам непременно понадобится установка с ресивером максимального объёма.

Советуем на выходе ресивера установить редуктор давления сжатого воздуха, который позволит: стабилизировать давление воздуха в пневмосистеме; значительно снизить пульсации давления; сэкономить электроэнергию за счёт увеличения длительности остановок компрессора.