Почему нужен сухой и чистый сжатый воздух. Применение сжатого воздуха

Сжатый воздух

Сжатый воздух - это воздух, который находится под некоторым давлением, обычно превышающим атмосферное. В странах Европы около 10 % электроэнергии расходуется промышленностью на производство сжатого воздуха. Это соответствует 80 терраватт-часов в год.

Применение

По своей роли в экономике сжатый воздух находится в одном ряду с электроэнергией, природным газом и водой. Но единица энергии, запасённая в сжатом воздухе, стоит дороже, чем энергия, запасённая в любом из трёх указанных ресурсов. .

сжатый воздух может быть использован для следующих целей:

• пневмопривод - привод машин и механизмов посредством пневматической энергии (пример пнвмопривода - отбойный молоток).
• хранение энергии.
• в дайвинге для заправки баллонов с воздухом.
• пневматические транспортирующие установки - перемещение сыпучих грузов при помощи потока воздуха.
• очистка компонентов электроники, которые нельзя очищать при помощи воды.
• пневматические тормоза
• запуск дизельных двигателей как альтернатива пуска при помощи стартёра.

См. также

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Сжатый воздух" в других словарях:

СЖАТЫЙ ВОЗДУХ, воздух, который содержится под давлением, намного превосходящим атмосферное. Это достигается путем накачивания воздуха насосом или КОМПРЕССОРОМ в резервуар. Сжатый воздух широко применятся для приведения в действие механизмов,… … Научно-технический энциклопедический словарь

СЖАТЫЙ ВОЗДУХ - воздух энергоноситель, находящийся при избыточном давлении (обычно до 588 кПа), сжатый поршневыми или турбинными компрессорами. Использование сжатого воздуха с относительно низким давлением вызвано простотой компрессорного оборудования, малым… … Металлургический словарь

сжатый воздух - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN compressed air …

сжатый воздух - suslėgtasis oras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. compressed air; heavy air vok. Druckluft, f; Preßluft, f rus. сжатый воздух, m pranc. air comprimé, m … Fizikos terminų žodynas

сжатый воздух - suslėgtas oras statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Įvairaus suslėgimo laipsnio oras, naudojamas technologiniams tikslams. Suslegiama kompresoriais, kai reikia gauti >0,3 MPa slėgį; mažesniu slėgiu suslegia ventiliatoriai ir… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

сжатый воздух низкого давления - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN service airSA … Справочник технического переводчика

ГОСТ Р 53977-2010: Сжатый воздух пневматических систем железнодорожного подвижного состава. Требования к качеству - Терминология ГОСТ Р 53977 2010: Сжатый воздух пневматических систем железнодорожного подвижного состава. Требования к качеству оригинал документа: 3.3 вспомогательное пневматическое оборудование: Часть пневматической системы, обеспечивающая… …

ГОСТ ИСО 8573-5-2006: Сжатый воздух. Часть 5. Методы контроля содержания паров масла и органических растворителей - Терминология ГОСТ ИСО 8573 5 2006: Сжатый воздух. Часть 5. Методы контроля содержания паров масла и органических растворителей оригинал документа: 3.1 зернистость (mesh): Мера размера частиц, применяемая при сортировке твердых тел с… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р ИСО 8573-2-2005: Сжатый воздух. Часть 2. Методы контроля содержания масел в виде аэрозолей - Терминология ГОСТ Р ИСО 8573 2 2005: Сжатый воздух. Часть 2. Методы контроля содержания масел в виде аэрозолей оригинал документа: 3.1 пристеночное течение (wall flow): Часть потока сжатого воздуха, в котором загрязнение маслами уже не может… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р ИСО 8573-1-2005: Сжатый воздух. Часть 1. Загрязнения и классы чистоты - Терминология ГОСТ Р ИСО 8573 1 2005: Сжатый воздух. Часть 1. Загрязнения и классы чистоты оригинал документа: 3.2 агломерат (agglomerate): Скопление, состоящее из соединений двух или более частиц. Определения термина из разных документов:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

>>Применение сжатого воздуха

Сжатый воздух может занимать значительно меньше места, чем при обычных условиях. Поэтому при хранении и перевозке воздух сжимают. При этом давление воздуха повышается, и поэтому приходится использовать специальные, достаточно прочные стальные баллоны (рис. 91). В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, а также кислород, используемый при сварке металлов.

Рисунок 91. Стальные баллоны.

На применении сжатого воздуха основано действие различных пневматических устройств (от латинского слова "пневматикос" - воздушный). К ним относятся, например, отбойный молоток и пневматический тормоз.

Устройство отбойного молотка показано на рисунке 92. По шлангу 1 подается сжатый воздух. Устройство 2, называемое золотником, направляет его поочередно то в верхнюю, то в нижнюю часть цилиндра. Под действием этого воздуха боек 3 начинает быстро перемешаться то в одну, то в другую сторону, периодически (с частотой 1000-1500 ударов в минуту) воздействуя на пику 4. Удары последней используют для разрыхления мерзлых грунтов, откалывания от массива кусков горных пород, угля и т. д.

Рисунок 92. Отбойный молоток.

На рисунке 93 показано устройство пневматического тормоза железнодорожного вагона. Магистраль 1, тормозной цилиндр 4 и резервуар 3 заполняют сжатым воздухом. При открывании стоп-крана сжатый воздух выходит из магистральной трубы, и давление в правой части тормозного цилиндра становится меньше, чем в левой (из которой сжатый воздух благодаря клапану 2 выйти не может). В результате этого поршень тормозного цилиндра перемещается вправо и прижимает тормозную колодку 5 к ободу колеса 6, которое при этом затормаживается.

Рисунок 93. Пневматический тормоз.

Давление сжатого воздуха используется и при добыче нефти . На рисунке 94 показаны два способа ее добычи: а - нефть фонтанирует под давлением подземных газов и вод; б - нефть идет из скважины под давлением сжатого воздуха, накачиваемого в нефтеносный пласт.

Рисунок 94. Применение сжатого воздуха при добыче нефти.

Вопросы.

1. Почему сжатые газы содержат в специальных стальных баллонах?

2. Как действует отбойный молоток?

3. Опишите принцип действия пневматического тормоза.

4. Расскажите о способах добычи нефти из скважины

Отослано читателями из интернет-сайтов

Вся физика онлайн , курсы физики для учителей и школьников, онлайн рефераты , все материалы школьнику для подготовки к урокам физики, готовые домашние задания, календарно тематический план по физике

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Сжатый воздух - воздушная масса, которая содержится в какой-либо емкости, при этом ее давление превышает атмосферное. Его используют в промышленности в разнообразных производственных операциях. Типичная система сжатого воздуха - это установка, работающая при давлении до десяти бар. В таких случаях воздушную массу сжимают в десять раз от ее первоначального объема.

Общая информация

При давлении в семь бар сжатый воздух практически безопасен при эксплуатации. Он способен обеспечить достаточную движущую силу инструмента не хуже, чем электрическая подача. При этом требуется меньшее количество затрат. Кроме того, такая система характеризуется более быстрым срабатыванием, что в конечном результате может сделать ее гораздо удобнее. Однако для этого потребуется учитывать параметры, приведенные ниже.

Применение сжатого воздуха

Довольно часто производственники используют этот вид энергии для быстрой и эффективной очистки оборудования от загрязнений и пыли. Кроме того, сжатый воздух широко применяют для продувки труб в котельных. В его используют для очистки помещений, оборудования и даже одежды от древесной пыли. В большинстве стран уже появились стандарты по применению этого вида энергии, например, в Европе это CUVA, а в США - OSHA. Кроме использования его в производственных операциях, широко распространены инструменты, которые работают непосредственно на воздушном ходу, - это шуруповерты, пневматические дрели, гайковерты, (при монтаже оборудования и строительстве), пульверизаторы (при проведении капитальных ремонтов). Помимо этого, сейчас широко используется сжатый воздух в баллончиках в пневматическом оружии.

Безопасность

Используя сжатый воздух, необходимо соблюдать меры безопасности, приведенные ниже.

1. Запрещается направлять струю в рот, глаза, нос, уши и другие места.
2. Нельзя обрабатывать сжатым воздухом открытые раны, т. к. под кожей могут образоваться пузырьки, если они дойдут до сердца, то приведут к сердечному приступу, а если до мозга, то могут спровоцировать Кроме того, попадая в рану, воздух может занести в нее инфекцию, которая находится в компрессорной системе или в трубах.
3. Запрещено баловаться и направлять струю сжатого воздуха на других людей.
4. Не следует накачивать давление в компрессорную систему сверх нормы.
5. Все элементы пневматической установки должны тщательно закрепляться во избежание отрывов и, как следствие, травм.
6. Запрещено проводить очистку оборудования от пыли и грязи в присутствии источника открытого огня и сварочных работ. Это может спровоцировать взрыв из-за наличия пыли во взвешенном состоянии.
7. Работая с системами сжатого воздуха, необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты, например, очками или маской.
8. Запрещено осуществлять затяжку муфт, в узлах или на трубах под давлением.
9. При монтаже пневматической системы шланги следует крепить в местах с наименьшим риском повреждения (на потолках, стенах).

Преимущества сжатого воздуха

Теперь рассмотрим, в чем заключаются преимущества применения этого вида энергии на производственных линиях.

Сети сжатого воздуха

Для оптимальной работы и высокой экономичности установки необходимо выполнение следующих требований. В пневматической системе следует минимизировать потери, кроме того, воздух должен приходить к потребителям осушенным и чистым, это достигается путем установки специального осушителя, позволяющего конденсировать влагу. Также особое внимание необходимо уделять магистральным трубопроводам. Грамотная установка воздухопроводов - это залог долговечности функционирования, а также снижения расходов на обслуживание. За счет увеличения уровня давления в компрессоре можно компенсировать падение в трубопроводе.

Расчет потребления сжатого воздуха

Всегда включают в себя так называемые ресиверы (воздухосборники). В зависимости от производительности и мощности оборудования система может содержать несколько ресиверов. Их основное назначение - это сглаживание пульсаций давления, кроме того, внутри воздухосборника происходит охлаждение газовой массы, и это приводит к выпадению конденсата. Расчет сжатого воздуха заключается в определении потребления ресивера. Производится это по следующей формуле:

• V = (0.25 х Q c х p 1 х T 0)/(f max х (p u -p l) х T l), где:
  - V - объем воздушного ресивера;
  - Q c - производительность компрессора;
  - p 1 - давление на выходе установки;
  - T l - максимальная температура;
  - T 0 - температура сжатого воздуха в ресивере;
  - (p u -p l) - заданная разность давления нагрузки и разгрузки;
  - f max - максимальная частота.

Атмосферный воздух – смесь газов, не вступающих в реакцию при обычных условиях. В основном это азот и кислород. Поэтому все свойства, характерные для кислорода и азота, присущи и воздуху.

Азот – это газ, близкий по своему воздействию к нейтральным газам, и не требует применения каких-то защитных мер или специальных материалов для объектов, контактирующих с ним. Однако он оказывает неблагоприятное воздействие на человека, длительно пребывающего в среде с повышенным содержанием азота.

Кислород, наоборот, активный окислитель. Поэтому конструкция машин и аппаратов для этого газа должна учитывать корозийность, особенно влажного воздуха, возможность возгорания горючих материалов в среде воздуха, возможность самовоспламенения и взрыва в газовых коммуникациях при наличии отложений нагара, паров или капель масла (свыше 100 атм.).

Воздух растворяется в смазочных маслах, способствует их преждевременному окислению, коксованию, понижению температуры вспышки.

Воздействие на человека

При понижении давления до 140 мм Нg появляются признаки кислородного голодания, а при 110 мм Нg – гипоксия, до 50 – 60мм – уже опасно для жизни.

Увеличение парциального давления N2 в воздухе вызывает наркотические действия.

Высокая концентрация СО2 вызывает асфиксию , а при
14 – 15% его наступает смерть. В жилых помещениях содержание углекислого газа не должно быть выше 0,1%.

4.2 Значение воздуха в развитии человечества

4.2.1 Развитие технологий применения сжатого воздуха

Ещё 3000 лет назад дутьё воздуха мехами применялось для выплавки металлов и вентиляции шахт (есть др. египетские рисунки).

Герон Александрийский ввел понятие «пневматика» - использование сжатого воздуха.

В средние века начали применять привод мехов от водяного колеса.

В средине XVIII века изобретена паровая машина и сходный с ней поршневой компрессор, создавший давление до 0,2 МПа (2 атм).

В 1741г. Гелье построил примитивный вентилятор с вращающимися на оси лопатками – воздуходувку.

Затем появились пневмопочта, водолазный костюм, кессоны.

В начале XIX в. уже могли сжимать воздух до давления 0,5 – 0,6 МПа, и начали передавать его на расстоянии. Началось широкое применение сжатого воздуха в различных технических устройствах.

В 1845г. изобретена пневмомашина, а в 1872 г. – пневмотормоз.

В 1857г. появился пневмоинструмент – бурильный молоток – для прокладки тоннеля в Альпах.

Вскоре появились первые КС – в Париже N =1470 кВт,
p = 0,6 МПа, протяженностью сети до 48 км – обеспечения для фабрик и заводов. Позже довели мощность до 18500 кВт – с паровым приводом.

4.2.2 Назначение сжатого воздуха

Сегодня ни одно промышленное предприятие не может обойтись без применения сжатого воздуха, который является доступным и дешевым источником как сырьевым, так и энергетическим. Особенно широко сжатый воздух используется в промышленности и строительстве. Источниками сжатого воздуха служат как небольшие мобильные установки, так и крупные стационарные компрессорные станции, связанные с потребителями через сеть воздухопроводов, что в совокупности образует систему воздухоснабжения промышленного предприятия.

Системы воздухоснабжения предназначены для выработки сжатого воздуха требуемых параметров и бесперебойного обеспечения им технологических нужд предприятия.

В зависимости от профиля предприятия, производства сжатый воздух сегодня используется для:

Осуществления основных технологических процессов (как компонент химической технологии, например, для получения кислорода и азота, для дутья в металлургии и т. п.);

Энергетического применения, связанного с использованием воздуха как окислителя при сжигании различных топлив или как теплоносителя для нагрева или охлаждения газов и жидкостей;

Как рабочее тело в двигателях ДВС, ГТУ;

Обеспечения работы пневмоинструмента и пневмоприводов, питания машин литейных и кузнечных производств, строительных машин и механизмов, выполнения обдувных, пескоструйных, покрасочных и других работ на производственных предприятиях различного профиля деятельности;

Обеспечение работы технологических комплексов и устройств (конвейеров, систем пневмотранспорта, буровых станков и т. п.);

Обеспечения работы пневматических систем, систем КИП и А и многое другое в технике.

Заметим, что на некоторых производствах, например на химических комбинатах, сжатый воздух для основных технологических процессов имеет параметры, отличные от параметров системы воздухоснабжения, и вырабатывается специальными компрессорами, входящими в состав оборудования технологических линий.

В курсе «Компрессорные станции» рассматривается применение сжатого воздуха в качестве энергоносителя в различных производствах. Это его применение трудно переоценить. Но есть и другие применения. Наиболее значительные из них – использование воздуха в качестве реагентов в металлургии и химии, а также пневмотранспорте.

4.3 Применение сжатого воздуха в металлургии

Здесь воздух применяется в качестве реагента, содержащего О2. Главная функция – дутьё, т. е. подача сжатого воздуха в различные агрегаты – домны, мартены, конверторы. Это крайне необходимо для горения во всех металлургических процессах.

Обогащение руды – (1-й процесс) – повышение содержания железа или другого металла в руде и понижение вредных примесей. Один из способов обогащения – флотация.

Сжатый воздух продувают через пульпу. При пенной флотации частицы полезного минерала не смачиваются водой и поднимаются вместе с пузырьками воздуха, а другие смачиваются и оседают на дно – это пустая порода (рис. 4.4).

Широко используется для обогащения руд цветных металлов (% низкий), но и для железа тоже.

Агломерация" href="/text/category/aglomeratciya/" rel="bookmark">агломерационной машине (рис. 4.5).

Кокс начинает гореть, руда разогревается и превращается в прочную пористую массу – «слипается» – это и есть агломерат, что позволяет потом в домне осуществить более эффективный процесс выплавки чугуна.

Рисунок 4.5 – Схема агломерации

Доменный процесс (рис. 4.6). Железо в руде находится в виде окислов. Поэтому нужно освободить железо от связанного с ним О2 – восстановление.

Рисунок 4.6 – Доменный процесс

Кислород, содержащийся во вдуваемом в печь горячем воздухе, взаимодействует с углеродом кокса, образуя СО2. Он поднимается выше, взаимодействует с коксом, образуя СО, она отбирает у окислов железа руды кислород и связывает его. А освободившееся железо взаимодействует с углеродом, образуя чугун. На 1т чугуна необходимо 2500 – 3500 м3 воздуха, т. е. V =8000 м3/мин. Чтобы воздух не охлаждал печь, его предварительно подогревают до 1100 – 1300ºC в кауперах.

Насадку греют, сжигая топливо. Затем подачу топлива прекращают и прокачивают воздух. Чтобы процесс подачи был непрерывный, устанавливают несколько кауперов. Заметим, что в воздухе 4/5 азота, т. е. 80% энергии затрачивается впустую, т. к. для горения используется только 20% кислорода.

Очевидно, что выгоднее воздух обогащать кислородом. Но это стало возможным лишь в 30 – 40-х годах XX века с появлением мощных разделительных установок.

Конверторный способ варки стали (бессемеровский). Расплавленный жидкий чугун продувают сжатым воздухом, и содержащийся в нем О2 соединяется с углеродом, кремнием и марганцем (рис. 4.7 а). Этот процесс обратный доменному процессу – окислительный. Таким образом, связывают ненужные компоненты в окислы и удаляют.

При продувке воздухом углерод быстро выгорает и из чугуна образуется сталь. А Si и Mn при соединении с О2 выделяют тепло для поддержки реакции, т. е. конвертор – «печь без топлива» (Менделеев). Недостатки – насыщение стали азотом – хрупкость стали, склонность к старению. Оставались и вредные примеси S и P . Чугун для этого годился не всякий, а только с Si и Mn. Металлолом в конверторе нельзя переплавлять.

Поэтому лучше – мартеновский способ – для переработки чугуна и лома (рис. 4.8).

Здесь тепло для процесса плавления необходимо подводить за счет сжигания мазута, коксового газа, калашникового газа. Смесь газа и воздуха подогревается в регенераторах за счёт тепла, уходящих из печи продуктов сгорания. Нагреваются насадки. Аппараты периодического действия. Поэтому их ставят парами и переключают через 15 – 20 мин. Производительность мартена – 100 т стали в час. Этот способ более прогрессивный.

Хороший вопрос.
У Гулиа хорошая книга "В поисках энергетической капсулы" - в основном про маховики, но и про другие способы накопления тоже.
Цитата оттуда:

Чтобы узнать, сколько энергии накоплено в газе, нужно умножить его давление на объем. Кубометр воздуха весит чуть больше килограмма. Допустим, мы сожмем воздух в 500 раз, его давление будет - 500 атмосфер, или около 50 мегапаскалей (МПа). Тогда весь кубометр уместится в сосуде емкостью два литра. Если предположить, что баллон весит примерно столько же, сколько воздух (а это должен быть очень хороший, крепкий баллон!), значит, на каждый килограмм баллона придется только около литра сжатого воздуха. Но этот литр, одна тысячная кубометра, умноженная на 50 мегапаскалей давления, даст в результате 50 килоджоулей энергии!
Совсем неплохой показатель - 50 килоджоулей на килограмм массы аккумулятора! Плотность энергии почти вдвое выше, чем у лучшей резины. И долговечность такого аккумулятора очень высока - воздух не резина, он не изнашивается. Масса воздушного аккумулятора для автомобиля будет всего 500 килограммов. Его уже вполне можно установить на автомобиле в качестве двигателя.
...
Еще в прошлом веке во французском городе Нанте ходил трамвай, работавший от баллонов со сжатым воздухом. Десяти баллонов воздуха, сжатого всего до 3 мегапаскалей, при общем объеме 2800 литров, трамваю хватало, чтобы пройти на накопленной в воздухе энергии путь в 10...12 километров. Все равно я решил построить модель такого воздуховоза, чтобы самому убедиться в преимуществах и недостатках воздушного аккумулятора. Как мне представлялось, модель автомобиля-воздуховоза сделать несложно. По моим расчетам, для этого нужен был углекислотный огнетушитель, например автомобильный, который выбрасывает струю газа, а не пены, и тяговый пневмодвигатель, скажем от воздушной дрели или гайковерта. Но, увы, первое же испытание воздуховоза разочаровало меня. Я направил сжатый углекислый газ из огнетушителя в пневмодвигатель, а тот, чуть-чуть поработав... замерз. Да, да, покрылся инеем и остановился!

В принципе любой сжатый газ при резком расширении сильно охлаждается. Когда я, ничего не подозревая, крутанул вентиль баллона сразу до отказа и газ под большим давлением вырвался из отверстия, расширение оказалось столь интенсивным, что газ стал превращаться в снег. Не обычный, а утлекислотный, с очень низкой температурой. Такой снег, только спрессованный, часто называют "сухой лед", потому что он переходит в газ, минуя жидкую фазу. Мне не раз приходилось видеть "сухой лед", когда я покупал мороженое. Но главное - охлаждение значительно снизило запас энергии в сжатом газе. Ведь давление газа при охлаждении стремительно падает, а значит, уменьшается и количество выделяемой энергии. Это и было основной причиной остановки пневмодвигателя.

Можно, конечно, нагревать охлажденный газ, чтобы вернуть ему прежнюю температуру. Но ведь нагрев - затрата энергии. Газ когда-то сжимали, закачивая в баллон. Тут-то он и нагревался: газы, как известно, при сжатии нагреваются. Вот если бы горячий газ сразу же пустить в работу, то он охладился бы всего до исходной температуры. А при хранении баллон с горячим газом в конце концов остывает, принимает температуру окружающего воздуха. Отсюда и столь сильное охлаждение газа при выходе его из баллона, при расширении, отсюда и "сухой лед".