1.5. Воздух и его параметры

Воздух используют в качестве рабочего тела в пневмосистемах, где он подвергается очистке от загрязнений и сжатию для создания рабочего давления. К загрязнениям относят загрязнения атмосферного воздуха, представляющие собой атмосферную пыль и некоторое количество водяного пара, и загрязнения, возникающие при сжатии. Сжатие воздуха сопровождается двумя видами загрязнений – водой (в жидком виде) и маслом. Загрязнение воздуха маслом существенно зависит от конструкции, качества и состояния компрессора.

Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Воздух, содержащий максимальное количество водяного пара, называется насыщенным. Предельное содержание влаги в воздухе отображено на графике (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Предельное содержание влаги в воздухе

в зависимости от температуры

Степень насыщенности воздуха влагой характеризует относительная влажность воздуха φ:

, (1.16)

где d_а – действительная влажность воздуха при некоторой температуре;

d_н – влажность насыщенного воздуха при той же температуре.

Если действительное содержание влаги d_а в воздухе остаётся неизменным, а температура воздуха снижается, то, согласно графику, представленному на рис. 1.4, уменьшается влажность насыщенного воздуха d_н, и относительная влажность φ возрастает. Когда φ достигает уровня 100 %, воздух становится насыщенным. Температура, при которой это происходит, называется точкой росы. Дальнейшее снижение температуры сопровождается образованием конденсата. Зависимость точки росы от температуры и давления представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Зависимость точки росы воздуха от температуры и давления

Максимальное содержание влаги в воздухе для широкого диапазона температур и давлений приведены на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Максимальное содержание водяного пара в 1 кг воздуха

в зависимости от температуры и давления

При сжатии воздуха и дальнейшем его охлаждении в ресивере происходит выпадение конденсата. Количество выпадающего конденсата при расчётах пневмосистем определяют следующим образом:

- определяют исходные данные, к которым относят производительность компрессора, степень сжатия воздуха, температуру и действительную влажность атмосферного воздуха, температуру воздуха в ресивере;

- учитывая, что масса одного кубического метра воздуха составляет 1,205 кг, определяют массу воздуха, сжимаемого в течение определённого времени работы компрессора

,

где T_к – производительность компрессора, м³/мин;

t_к – время работы компрессора, мин;

- при известной относительной влажности φ и температуре t_в определяют действительное содержание влаги в 1 кг атмосферного воздуха, предварительно определив по графику, изображённому на рис. 1.6, максимальное содержание влаги в 1 кг воздуха при известной температуре t_в и атмосферном давлении

;

- определяют содержание влаги m_сж в 1 кг сжатого до рабочего давления и охлаждённого до рабочей температуры t_р воздуха при φ = 100 % по графику, изображённому на рис. 1.6;

- так как m_сж < m_д, то остальная влага выпадает в виде жидкого конденсата m_ж

.

Для измерения количества воздуха обычно используют объёмные единицы – литры или метры кубические. Учитывая, что объём, занимаемый одним и тем же количеством воздуха, может быть различным в зависимости от температуры и давления, его определяют при единых, или нормальных условиях. К нормальным условиям относят:

- атмосферное давление р_ат = 101325 Па (760 мм. рт. ст.);

- температура 20 ºС (293,15 К);

- относительная влажность φ = 65 %.

Если объём рассчитан при нормальных условиях, то к его обозначению размерности добавляется слово «норм» (норм. л., норм. м³). Так, масса воздуха, содержащаяся в одном кубическом метре при нормальных условиях, составляет 1,205 кг. Если известно, что данное количество воздуха занимает некоторый объём W при давлении p и температуре t, то объём W_норм, занимаемый этим же количеством воздуха при нормальных условиях, определяют по формуле:

. (1.17)

Давление р в формуле (1.17) выражено в Паскалях, температура – в Кельвинах (1 К = – 273 ºС).