Расход сжатого воздуха: особенности расчета — компрессорные, азотные, насосные станции

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

• давление 101,325 кПа (760 мм. рт .ст),
• температура 293 К (20 С),
• влажность 1,205 кг/м3.

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

Где:

• LB — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
• VR — объем резервуара с сжатым воздухом [м³] (1 м³ = 1000 л)
• pmax — давление на время начала измерений [бар]
• pmin — давление на время окончания измерений [бар]
• t — продолжительность измерений [мин]

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

• LB — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
• Q — производительность компрессора [м³/мин]
• ∑t — время работы компрессора под нагрузкой за период измерений [мин]
• T — период измерений = время работы под нагрузкой + на холостом ходу [мин]

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.

Измерение давления и расхода сжатого воздуха

    Измерение давления и расхода сжатого воздуха [c.107]

    Расход природного газа определяется методом измерения переменного перепада давления, создаваемого путем установки в трубопроводе специального сужающего устройства — дроссельной шайбы (диафрагмы). В комплект приборов для измерения расхода этим методом (кроме диафрагмы) входят датчик, измеряющий перепад давления, соединительные (импульсные) линии и вторичный (регистрирующий и показывающий) прибор. Перепад давления газа на диафрагме, пропорциональный его расходу, преобразуется в пневматический импульс (давление сжатого воздуха), поступающий в измерительную камеру регулирующего блока, предназначенного для стабилизации расхода. Далее через вторичный прибор пневматический импульс поступает в исполнительный орган — регулирующий мембранный клапан, установленный на линии подачи природного газа в сатурационную башню.  [c.40]

    Величину расхода сжатого воздуха при рабочем давлении более 0,1 МПа (1 кгс/см ) целесообразно определять двумя-тремя взаимно контролирующими приборами, что особенно важно выполнять в процессе исследования нового оборудования, параметры которого ранее не были изучены. Это объясняется тем, что для этих целей, как правило, применяют приборы, имеющие сужающее устройство (рис. 58), образующее местное уменьшение диаметра трубопровода. В результате увеличивается скорость воздуха в диафрагме, повышается динамическое и уменьшается статическое давление. По разности величины статического давления определяют расход сжатого воздуха в данном трубопроводе. Точность производимых при этом измерений величины расхода сжатого воздуха зависит от многих факторов качества обработки поверхности и соблюдения геометрии диафраг-  [c.109]

    Непосредственное измерение давления воздуха в зависимости от отметки границы вода—воздух весьма затруднительно ввиду сложности фиксирования положения водогазовой пробки, границы которой увеличиваются по высоте и не выражены явно. Ввиду того, что нас вполне удовлетворят осредненные характеристики расширения по величине расхода сжатого воздуха, непосредственные замеры давления не имели практического смысла, так как вопрос определения показателя политропы расширения в конечном счете интересует нас в связи с энергетикой процесса. 

[c.192]

    В нашей промышленности наибольшее распространение получили приборы, в которых результаты измерения определяются в зависимости от колебаний давления или расхода сжатого воздуха при контроле геометрических параметров. В первом типе приборов колебание давления регистрируется жидкостными манометрами (большей частью водяными), а во втором — расход воздуха отмечается поплавковыми расходомерами (ротаметрами). [c.146]

    В индикаторе влажности ДДН-1 зеркальце с термометром сопротивления для измерения его температуры впаяно в корпус охладителя. Температура зеркальца понижается вследствие дросселирования сжатого воздуха. Момент запотевания регистрируется с помощью фотооптического устройства. Изменение фототока в фотоэлементе вызывает разбаланс измерительной мостовой схемы. Температура начала запотевания зеркальца указывается на шкале прибора. Индикатор ДДН-1 может использоваться для определения влагосодержаний до = —80° С и при давлении анализируемого газа до 165 ат. Расход анализируемого газа через прибор составляет 1—3 л мин, расход сжатого воздуха для охлаждения зеркала — до 1,5 м , время охлаждения зеркала 7—12 мин. Прибор ДДН-1 снабжен зеленой и красной сигнальными лампочками он может использоваться как индикатор сохранения заданного уровня влажности. Когда влажность газа ниже установлен- 

[c.297]

    В напорных трубопроводах на канализационных очистных сооружениях применяются расходомеры переменного перепада давления. Они состоят из двух основных частей сужающего устройства, образующего перепад давления путем местного сужения напорного потока, и дифференциального манометра, измеряющего этот перепад. Эти элементы связаны соединительными линиями. В качестве сужающих устройств применяются диафрагмы с концентрическим отверстием, а также сегментные диафрагмы, сопла и трубы Вентури [6]. При измерении расходов загрязненных сточных вод лучшим способом защиты соединительных линий и дифманометра является постоянная продувка линий сжатым воздухом либо промывание чистой водой. Способ продувки воздухом рекомендован Международной организацией по стандартизации (150). 

[c.10]

    На рис. 84 показана пьезометрическая схема дистанционного измерения расхода жидкости с помощью щелевого расходомера. В резервуар щелевого расходомера вместо поплавка погружают до уровня нижнего края щели открытую снизу трубку, сообщающуюся с источником сжатого воздуха. Сжатый воздух подают с определенной скоростью (скорость устанавливают подсчетом числа пузырьков в минуту) через водоотделитель 4, фильтр 5, игольчатый клапан 6 (с помощью которого регулируют скорость подачи) и стеклянные баллоны 7 с окрашенной водой (для визуального наблюдения за потоком). При постоянной скорости подачи воздуха давление его устанавливается в соответствии с высотой столба жидкости в расходомере. Это давление, точно фиксируемое манометром 8, соответствует расходу жидкости и может быть пересчитано в м час. 

[c.266]

    Питание распылителя и горелки производится с помощью специального газораспределительного блока, снабженного приборами для измерения давления и расхода газа и автоматической системой регулировки режима горения, а также устройствами, автоматически отключающими питание при возникновении аварийных ситуаций. В систему питания входит также компрессор для подачи воздуха и баллоны со сжатыми газами. Горелка и распылитель вместе со всеми перечисленными вспомогательными устройствами составляют, таким образом, особую автономную систему. То же можно сказать об ЭТА и его блоке питания и управления. 

[c.108]

    Схема поплавкового уровнемера показана на рис. 8.13, о. Это простейшие уровнемеры, как правило, не имеющие средств записи и сигнализации уровня. Более совершенными являются уровнемеры с дифманометром (см. рис. 8.13,6). Такие уровнемеры удобно применять для измерения уровня жидкости в насосных станциях с насосами, работающими под заливом. Пневмометрические уровнемеры (см. рис. 8.13, в) состоят из трубки, опущенной в жидкость до уровня плоскости отсчета плоскости О—О, дифманометра и источника сжатого воздуха. Воздух в трубку подают с минимальным расходом так, чтобы давление в трубке было эквивалентно высоте столба жидкости над концом трубки. 

[c.119]

    Все параметры работы камерного насоса (расход и давление сжатого воздуха потребляемая мощность электродвигателя секторного и колокольного затвора массовые характеристики) фиксировались непрерывно путем записи показателей на ленту осциллографа. Для контроля замера количества воздуха на стенде был установлен расходомер ЭПИД-0,4. Чтобы уменьшить погрешности тензометрических измерений, все замеры производили при одинаковой температуре окружающего воздуха. [c.111]

    Давление на входе в трубку было близко к атмосферному, а на выходе ниже атмосферного на величину, соответствующую гидравлическому сопротивлению трубки. Для протягивания воздуха через трубку использовали инжектор, работавший от сжатого воздуха. Перед каждым опытом отбирали пробы кислоты на входе в трубку для определения концентрации. Влажность воздуха не измеряли, а приблизительную величину ее принимали по данным метеостанции. Каждый опыт состоял в измерении гидравлического сопротивления при различных расходах воздуха и постоянном орошении. Опыты охватывают диапазон орошений 2—1бл/ч, а скорость воздуха изменялась в интервале 13—26 м/сек. [c.106]

    Измерителем уровня является пьезометрическая трубка, в которую подают сжатый воздух. Измерение уровня сводится к измерению давления, создаваемого столбом жидкости, величина которого зависит от количества жидкости, протекающей через приемный сосуд. Каждому определенному уровню жидкости соответствует определенный расход жидкости. Отсюда происходит название этого типа измерителей расхода — расходомеры переменного уровня. Трубка питается сжатым воздухом таким образом, что воздух выходит из нижнего конца трубки отдельными пузырьками, преодолевая при этом давление, создаваемое столбом жидкости в данный момент при каком-то ее определенном расходе. [c.116]

    Пределы измерения приборов для обессоленной нефти 10—250, 10—500, 500—1000 мг/л, для сырой нефти 1000—2000, 2000—5000, 4000—8000 мг/л. Погрешность измерения 5%. Расход нефти 100—150 мл/ч, расход поверхностно активного неионогенного деэмульгатора для анализа сырой нефти 0,2 г сутки. Рабочее давление в линии сжатого воздуха 2 кгс см (19,6-10 н1м ). Расход острого водяного пара 15 кг/ч, расход воды для получения конденсата 10 л1ч. [c.199]

    Они являются вспомогательным устройством в схемах производственной сигнализации и защиты и применяются, когда для измерения и регулирования различных технологических параметров используют приборы агрегатно-унифицированной системы (АУС). При помощи реле осуществляется подача электрического сигнала нри отклонении измеряемого или регулируемого параметра (давления, уровня, расхода и др.) от заданного значения. Реле работает в комплекте с пневматическим задатчиком регулятора и датчиком параметра, в которых имеется пневматический выход. При повышении давления сжатого воздуха в линии от задатчика или от датчика прогибаются чувствительные элементы реле (мембраны) и срабатывают микропереключатели, включающие или выключающие сигнал, световой или звуковой. [c.260]

    На рис. 110 показаны зависимость относительного изменения температуры воздуха в начальный момент сжатия и в конце сжатия, а также зависимость изменения граничных давлений компрессора и частоты вращения ротора от относительного расхода охлаждающих жидкостей, подаваемых в поток воздуха во входное устройство компрессора. Эти данные получены прямыми измерениями. [c.263]

    На фиг. 63 показана гидравлическая схема стенда, использованного автором в ЦНИЛВе. Этот стенд предназначался для испытаний пневматических насосов камерного типа в любом диапазоне рабочих давлений и насосов камерного типа с пульсирующей подачей для воды на высоту до 5 м, а также для испытаний и построения рабочих характеристик компрессоров. Гидравлическая часть стенда была размещена в подвальном помещенип бывшей котельной, переоборудованной для испытаний насосов, при этом канал дымовой трубы был использован для установки двух напорных трубопроводов диаметром 1 Л» и предназначенных для испытаний лабораторного насоса, сливного трубопровода диаметром 2″, обеспечивающего возврат поднятой порции воды через измерительный бачок в бак с водой. В верхней части дымовой трубы установлен сливной бачок, направляющий воду в сливной трубопровод и закрываемый сверху крышкой, обеспечивающей тепловую изоляцию зимой, а также изоляциях гидравлической части от атмосферных осадков. Ресивер использовали для обеспечения необходимого объема пневматической системы при испытаниях лабораторного насоса и для измерения расхода сжатого воздуха при рабочем давлении во время испытаний компрессора. [c.171]

    ДаБлсние на шестерню верхнего штампа регулируется специальным редукционным клапаном вторым таким же клапаном регулируется давление разрезной втулки 7 на внутреннее отверстие закаливаемой шестерни. Пресс снабжен масляными фильтрами, манометрами для измерения давления и предохранительным клапаном, который открывается при повышении давления свыше допустимого. Для работы пресса требуетсу. давление воздуха в сети 5—6 ат. Прессы изготовляются двух типов для шестерен с наибольшим наружным диаметром 380 и 630 мм. Прессы характеризуются следующими цифрами (первая цифра относится к прессу >80 мм, вторая — 630 мм). Занимаемая площадь 0,9 Х 0,9 м- и 1,3>количество масла, заполняюще-10 пресс, 320 и 570 л, расход сжатого воздуха (считая на атмосферное давление) 0,40—0,55 и 0,60— [c.295]

    Кроме того, пульт управления снабжен следующими контрольно-измерительными приборами манометром для измерения давления сжатого воздуха манометрами для измерения давления охлаждающей воды и масла регистрирующим потенциометром для измерения и записи температуры в смесительной камере прибором, регистирующим температуру охлаждающей воды режимными часами с сигнальными лампами прибором, записывающим расход электроэнергии главным приводом. [c.72]

    Таким образом, единая блок-схема атомно-абсорбционного спектрометра состоит из двух основных частей. Первая служит для превращения анализируемого образца в атомный пар и включает в себя горелку и распылитель со всеми вспомогательными устройствами газораспределительный блок с приборами для измерения давления и расхода газа, автоматической системой регулирования режима горения и устройствами с автоматическим отключением питания в случае аварийных ситуаций, сюда входит также система газовых коммуникаций блока питания— компрессор для подачи воздуха и баллоны со сжатыми газами. Вторая часть спектрометра служит для выделения и измерения аналитической линии определяемого элемента и включает монохроматор, конденсорные (осветительные) оптические системы и приспособления для модуляции света, источник света, выпрямители-стабилизаторы и СВЧ-генераторы для питания источников света, приемник излучения (ФЭУ), усилительно-ре-гистрирующую систему для усиления и измерения аналитического сигнала, системы управления прибора. [c.104]

    Для повышения надежности работы и облегчения эксплуатации оборудования воздухоразделительных цехов кроме описанных выше применяются также следующие защитные и автоматические устройства переключения шиберов на воздухозаборном трубопроводе в зависимости от направления ветра дистанционного контроля работы воздухоочищающих масляных фильтров защиты металлических газгольдеров от образования разрежения под колоколом и выключения при этом кислородных компрессоров дистанционного измерения степени заполнения мягких газгольдеров регулирования работы кислородных и азотных компрессоров в зависимости от графика потребления сжатого кислорода и азота поддержания заданного давления, расхода и дозировки газов в коллекторах обеспечения постоянства заданного температурного режима регенерации адсорбентов и переключения адсорберов при регенерации автоматизации работы насосов системы водоснабжения продувки масло-, влаго- и щелочеотделителей контроля работы щелочных скрубберов, регулирования процесса азото-водяных холодильников установок предварительного охлаждения воздуха с фреоновым компрессором наполнительных рамп, реципиентов и др. [c.690]

    Для определения содержания твердых частиц, паров влаги и масла в сжатом воздухе, а также для измерения температуры и давления, допускается применять другие методы и приборы в соответствии с нормативно-технической документацией, утвержденной в установленном порядке. При этом погрешность измерения не должна превышать следующих величин 2,5% — для расхода 1 % — для температуры 1,6% — Для давления 2% — при взвещивании 10% — при определении влагосо-держания. [c.135]

    Дифманометр типа ДМПК применяют также с сужающим устройством для измерения расхода. Принцип действия этого прибора основан на силовой компенсации (уравновешивании) измеряемого параметра пропорциональной величиной давления сжатого воздуха. Измерение этого давления вторичным прибором дает возможность косвенно определить величину параметра. Измеряемая разность давлений поступает в полости А Б (рис. 35), воспринимается чувствительным элементом 6 и пластинчатой пружиной 7 и передается коромыслу 9. Точкой качания коромысла служит ось 8 перекрещивающихся пластинчатых пружин. На другом его конце укреплена заслонка 1, перекрывающая сопло 2. Заслонка перемещается на 0,02—0,05 мм. В сопло через усилительное реле 5 подается сжатый воздух. Сжатый воздух на линии сопла через усилительное реле 5 направляется в сильфон обратной связи 4, развивающий компенсационное усилие, уравновешивающее силу, которая возникла от разности давлений в камерах А я Б. Мембранные коробки, которые представляют собой чувствительный элемент, заполнены смесью из 40% глицерина и 60% воды. Прибор настраивают на заданный предел измерения, перемещая сильфон 4 винтом 11. [c.63]

    Другой метод основан па измерении расхода воздуха, иосле чего, зная степень сжатия, вычисляют максимальную плотность рабочего заряда. Эту величину можно использовать вместо среднего индикаторного давления, так как она является фундаментальной. Возможно также оценить эффективность использования октановых чисел, применяя одпо эталонное топливо, по необходимому уменьшению оисре5кеиия зажигания для бездето-национной работы двигателя. [c.421]

---

Как выбрать размер трубопровода сжатого воздуха?

Итак, Вам нужно узнать, как подобрать правильный размер трубопроводов сжатого воздуха. Все еще встречаются места, где размер трубы в системе сжатого воздуха слишком мал. Это либо потому, что производство со временем расширилось, и старая система стала слишком маленькой, или просто изначально были установлены неподходящие трубопроводы. В чем проблема со слишком маленькой трубой для сжатого воздуха? Это падение давления. Нужное количество сжатого воздуха попросту не пройде через эту трубу. Результатом будет является перепад давления между началом и концом трубы. Чем плох перепад давления? Это лишние затраты. Если падение давления становится слишком высоким, Вам нужно будет установить компрессор на более высокое давление. Чем оно выше, тем больше электроэнергии (и денег) он будет требовать. Поэтому желательно, чтобы падение давления составляло максимум 0,1 бар.

Что влияет на падение давления?

Конечно, не только сами трубы, но также повороты трубопровода, муфты, гибкие шланги, — все они создают перепады давления. И чем длиннее трубопровод, тем больше будет падение давления. Количество воздуха, проходящего через трубу, также влияет на величину перепада давления. Чем больше воздуха должно проходить через трубу в момент времени, тем больше падение давления. Поэтому падение давления нужно всегда измерять при всех включенных потребителях воздуха.

Ниже приведены величины, необходимые для расчета падения давления:

• диаметр трубы;
• длина трубы;
• количество изгибов, муфт и т. д.;
• поток воздуха через трубу.

Воздушный поток

Чтобы начать расчет, вам нужно знать, сколько воздуха проходит через вашу систему. Самый простой способ узнать (максимальный) расход воздуха — это посмотреть на характеристики вашего компрессора. Там всегда будет указана максимальная мощность машины в литрах в секунду, м3 в минуту или час. Есть также важная вещь. Производительность компрессора указана для стандартных условий, которые составляют 1 бар, 20 градусов по Цельсию и 0% относительной влажности. Однако производительность компрессора при нормальных условиях и фактическая производительность отличается. Таким образом, на самом деле производительность компрессора при нормальных условиях представляет собой количество воздуха, всасываемого компрессором в единицу времени. Затем воздух сжимается и транспортируется через систему трубопроводов. Таким образом, фактическая производительность компрессора будет ниже, чем производительность при нормальных условиях. Эта разница часто упускается из виду; большинство людей не знают об этом и неправильно пользуются характеристиками компрессорного оборудования.

Таблица размеров труб для сжатого воздуха

Здесь представлена простая таблица, которая ответит на все вопросы по размерам трубопроводов. В левом столбце указана производительность компрессора. Теперь измерьте или рассчитайте общую длину Ваших трубопроводов сжатого воздуха и посмотрите на верхнюю строчку. Таким образом Вы можете узнать нужный диаметр трубы в мм. Эта таблица рассчитана на давление компрессора 7 бар и максимальный перепад давления 0,3 бар. Указанные значения относятся к прямой трубе без каких-либо поворотов, клапанов и т.д. Как рассчитать влияние этих факторов можно узнать из следующего абзаца.

Таблица 1: диаметры трубопроводов сжатого воздуха (в миллиметрах).

Произв., м3/ч	50 м	100 м	150 м	300 м	500 м	750 м	1000 м	2000 м
10	15	15	15	20	20	25	25	25
30	15	15	15	25	25	25	25	40
50	15	25	25	25	40	40	40	40
70	25	25	25	40	40	40	40	40
100	25	25	40	40	40	40	40	63
150	25	40	40	40	40	40	40	63
250	40	40	40	40	63	63	63	63
350	40	40	40	63	63	63	63	80
500	40	40	63	63	63	63	63	80
750	40	63	63	63	63	80	80	100
1000	63	63	63	63	63	80	80	100
1250	63	63	63	63	63	100	100	100
1500	63	63	63	80	80	100	100	125
1750	63	63	80	80	80	100	100	125
2000	63	80	80	80	100	100	100	125
2500	63	80	80	80	100	125	125	125
3000	80	80	76	100	100	125	125	150
3500	80	80	100	100	125	125	125	150
4000	80	100	100	100	125	125	125	150
4500	80	100	100	125	125	125	150	150
5000	80	100	100	125	125	150	150	150

Влияние изгибов, муфт и других составляющих трубопровода на падение давления

Ниже приведена таблица для определения того, как различные составляющие трубопровода влияют на перепад давления. Значение зависит от диаметра трубы. Чтобы узнать эквивалентную длину трубы для клапана или изгиб в вашей системе, просто посмотрите на диаметр трубы Вашей системы сжатого воздуха, чтобы найти эквивалентную длину трубы клапана или изгиб. Например, колено в 25-миллиметровой трубе имеет эквивалентную длину трубы 1,5 метра. Это означает, что это колено создаст такое же падение давления, как и 1,5 метра прямой трубы.

Таблица 2. Эквивалентные длины труб (значения в метрах).

Диаметр трубопровода	25 мм	40 мм	50 мм	80 мм	100 мм	125 мм	150 мм
Изгиб 90° (R=d)	0.3	0.5	0.6	1.0	1.5	2.0	2.5
Bend 90° (R=2d)	0.15	0.25	0.3	0.5	0.8	1.0	1.5
Колено (90°)	1.5	2.5	3.5	5	7	10	15
Т-образное соединение	2	3	4	7	10	15	20
Обратный клапан	8	10	15	25	30	50	60
Диафрагменный клапан	1.2	2.0	3.0	4.5	6	8	10
Задвижка	0.3	0.5	0.7	1.0	1.5	2.0	2.5

Пример расчета требуемого диаметра трубы

Предположим, у нас есть винтовой компрессор мощностью 30 кВт производительностью 250 Нм3/час (4200 Нл/мин. Есть также труба диаметром 40 мм и нам нужно проверить, правильно ли подобран ее диаметр.

Допустим, у нас есть 20 метров трубы с углом 90 градусов (R=2d означает, что радиус изгиба в 2 раза больше диаметра трубы) и обратный клапан, а затем снова 4 метра трубы.

Эквивалентная длина трубы для такого изгиба составляет 0,25 метра. Эквивалентная длина трубы для обратного клапана составляет 10 метров. Общая длина теперь составляет: 20 + 0,25 +10 + 4 = 34,25 метра.

Теперь мы можем найти требуемый диаметр трубы в таблице 1 для длины трубы 34,25 метра и производительности 250 Нм3/час. Получим диаметр трубы 40 мм.

Для новой системы, если Вы не уверены, сколько изгибов, клапанов и т.д будет в системе, умножьте длину трубопровода на 1.7.

О сетях сжатого воздуха и воздушных ресиверах

Для оптимальной работы и высокой экономичности системы сжатого воздуха необходимо выполнение ряда требований. В системе должны быть минимизированы потери сжатого воздуха, так же воздух должен подходить к потребителю чистым и осушенным, это достигается за счет установки специальных осушителей сжатого воздуха, позволяющих конденсировать влагу из воздуха. Особое внимание стоит уделить магистральным трубопроводам. Они могут быть большого диаметра и в их конструкции используются армирующие материалы. Грамотная установка трубопровода — залог долговечности использования, а также сокращения расходов при обслуживании. За счет повышения давления компрессора можно компенсировать падение давления в трубопроводе, что дает хоть и не значительную, но все же экономию.

Установка по производству сжатого воздуха должна обеспечивать минимальное падение давления от компрессора по трубопроводу до потребителя, а именно не превышать 0,1 бар. Падение давления, как правило, возникает в соединениях шлангов, а также из некачественного уплотнения между армирующим элементом трубопровода. Для определения допустимой длинны трубопровода, необходимо определить влияние всех факторов на падение давления по следующей формуле:

Эффективнее и правильнее всего будет проектирование трубопроводной системы с учетом расположения потребителя сжатого воздуха и лучше привести все к кольцеобразной линии. Форма ответвления от магистральной трубы в виде замкнутой системы (кольцевая линия) предпочтительна тем, что подача сжатого воздуха потребителю происходит с двух направлений, это в свою очередь компенсирует возможную сильную пульсацию воздуха и подача происходит равномерно. В отдельных случаях, когда потребитель находится на большом расстоянии от компрессорной установки, требуется проложить отдельную магистраль, но в остальном следует использовать кольцевую линию для всех установок.

Установка по производству сжатого воздуха всегда включает в себя так называемый воздушный ресивер (воздухосборник), в который закачивается воздух. Воздушных ресиверов в системе может быть несколько, все зависит от мощности и производительности компрессорной установки и потребности в сжатом воздухе потребителей. Воздухосборник главным образом способствует сглаживанию пульсации (скачков давления), также внутри него воздух охлаждается, что приводит к выпадению конденсата. Поэтому воздушный ресивер должен оснащаться специальной дренажной системой отвода влаги. Для определения необходимого объема воздушного ресивера воспользуйтесь формулой:

Ресиверы могут располагаться непосредственно рядом с потребителем, при этом объем воздушного ресивера определяется с учетом максимального расхода воздуха. Такая установка отдельных воздушных ресиверов необходима в случае, если мгновенно требуется большой объем сжатого воздуха. Это дает большую экономию при функционировании всей системы производства и потребления сжатого воздуха, и освобождает от необходимости рассчитывать и подгонять параметры компрессора и трубопровода для таких производственных ситуаций. Если же в производственном цикле имеет место длительное отсутствие потребления сжатого воздуха, то разумно использовать компрессор малой мощности с подключенным большим воздушным ресивером, который способен обеспечивать объемную, но краткосрочную потребность потребителя. Для эффективной работы данной установки необходим расчет среднего потребления по следующей формуле:

Для определения точных параметров мощности и производительности при проектировании системы производства сжатого воздуха необходим подробный чертеж расположения и список потребителей (оборудования). Логический блок потребителей создается для функционирования с применением только единой распределительной трубы. Компрессорная централь подпитывает единую распределительную трубу через вертикальную. Крупная сеть сжатого воздуха может быть разделена на составные части распределительной трубы и разводящей трубы. В свою очередь именно распределительные трубы распределяют сжатый воздух между всеми потребителями. А разводящие трубы, соединенные с распределительными, непосредственно питают потребителей на рабочих местах.

При работе компрессор подает сжатый воздух под давлением, которое чаще всего полностью не расходуется. Первая потеря давления происходит непосредственно в трубопроводе, в котором возникает трение сжатого воздуха о стенки трубы. Повороты, изгибы, вентили, необходимые для изменения потока воздуха, так же являются преградой между компрессором и потребителем. В итоге, падение давления возникает из-за многочисленных потерь, которые в свою очередь преобразуются в тепло.

Существует формула с помощью которой можно найти те самые потери, но только для прямой трубы:

Таблица допустимого давления поможет при расчете на различных участках трубопровода:

Падение давления в разводящих трубах	0,03 бар
Падение давления в распределительных трубах	0,05 бар
Падение давления в вертикальных трубах	0,02 бар
Общее падение давления в стационарной трубопроводной сети	0,1 бар

 

Все расчеты по определению необходимой, допустимой длины вертикальных, распределительных и разводящих труб дают приблизительные результаты, т.к. невозможно учесть влияние всех факторов влияющих на падение давления. В любом случае итоговая расчетная длина труб изображается на чертеже плановой сети. Это позволит наглядней и удобнее скорректировать длину трубопровода с учетом изгибов, клапанов, вентилей и соединений в нем. При этом необходимо знать допустимое падение давления, длину трубопровода, а также такие важнейшие параметры как: давление и расход. После этого нужно выбрать трубу большего диаметра. Правильно будет после всех вычислений пересчитать полученную длину трубопровода для уверенности в том, что падение давления будет минимальным.

Диаметр трубопровода пневмосети вычисляются при помощи приблизительной формулы, или расчетного графика:

Расчётный график для определения диаметра трубопровода и перепада давления:

Как выбрать материал для трубопровода сжатого воздуха?

Для изготовления трубопроводов сжатого воздуха могут быть использованы несколько материалов.

Выбор материала зависит не только от его стоимости, а так же как и другие параметры в системе сжатого воздуха, от нескольких факторов.

Основные из них:

• качество сжатого воздуха
• размеры труб
• давление
• условия окружающей среды
• объём монтажных работ
• стоимость материала
• перепад давления
• износостойкость.

Преимущества и недостатки наиболее часто используемых материалов для изготовления трубопроводов сжатого воздуха:

Сталь

• трубы с резьбой: недорогие, есть различные виды форм
• бесшовные: есть различные номинальные диаметры; но: имеют низкую коррозионную стойкость и высокое сопротивление движению потока
• гальванизированные: стойкие к коррозии; но: имеют высокое сопротивление движению потока
• из нержавеющей стали: стойкие к коррозии, имеют низкое сопротивление движению потока, герметичные; но: имеют ограниченное число видов форм, дорогие.

Медь

• стойкие к коррозии, низкое сопротивление движению потока; но требуют высокого технического уровня по прокладке и пайке трубопровода.

Пластик

• полиамидные (РА)
• полиэтиленовые (РЕ)
• акрилнитрил-бутадиен-стиролполимерные (ABS)
• следующее применимо для всех пластиков: различные виды форм, не подвержены коррозии, как правило просты в установке; но: обладают высоким расширением по длине, низкой эластичностью под давлением при повышении температур.

Обычно максимальное расчетное давление трубы указано в ее спецификации (обозначение PN и далее величина давления в бар, например PN16).

Дата публикации новости: 11 марта 2013 | Просмотров: 17551

Измерение расхода воздуха в канале | Инженеришка.Ру | enginerishka.ru

Объемный расход воздуха L, м³/с, через мерное сечение воздуховода подсчитывается как произведение площади сечения F, м², на среднюю расходную ско­рость воздуха в сечении V_СР:

L = F*V_СР

Если диаметр d ПДК превышает 8 % от диаметра круглого ка­нала или гидравлического диаметра прямоугольного канала, то при расчете объемного расхода следует площадь измерительного сечения канала F умень­шить на величину (?*d²) / 4.

Средняя скорость V_СР представляет собой сумму отдельных измеренных ПДК и ДМ скоростей V_i в центрах элементарных равных площадок, на которые услов­но разбивается мерное сечение, деленную на число этих площадок n:

V_СР = 1 / n *(V₁ + V₂ + … + V_n)

При проведении измерений с использованием ПДК и формул можно считать, что параметры измерений соответствуют нормальным атмо­сферным условиям (20 °С, 760 мм рт. ст.), а затем с использованием таблицы вве­сти в V_СР поправки на истинные температуру потока воздуха в канале ?t и атмо­сферное давление ?р:

V_СР = V_{СР.ИЗМЕР} + ?t* V_{СР.ИЗМЕР} + ?p* V_{СР.ИЗМЕР}

Поправки скорости потока V_{СР.ИЗМЕР} в зависимости от температуры t_a и атмосферного давления р_а

ta, 0С	50	40	30	20	10	0	-10	-20	-30	-40	-50
?t	0,05	0,03	0,02	0	-0,02	-0,03	-0,05	-0,07	-0,09	-0,11	-0,13
ра	720	730	740	750	760	770	780	—	—	—	—
?p	0,03	0,02	0,01	0,01	0	-0,01	-0,01	—	—	—	—

Например, если измерения производились при температуре t_a = — 10 ⁰С и давлении р_а = 730 мм рт.ст. и была получена скорость V_{СР.ИЗМЕР} = 10 м/с, тогда действительная скорость:

V_СР = 10 – 0,05*10 + 0,02*10 = 9,7 м/с

Однако во многих случаях измерения скорости, как правило, производятся в существенными погрешностями из-за неоднородности и не стационарности измеряемого поля скоростей и приведенными поправками можно прене­бречь.

Статическое давление может быть измерено и на стенке канала. При этом если канал прямолинейный, то статическое давление поперек канала постоянно и измерения на стенке соответствуют измерениям в любой точке поперечного сечения. Однако следует помнить, что результат зависит от качества исполнения дренажного отверстия в стенке воздуховода. Прямое отверстие с острыми кромками (рис. а) позволяет проводить точные (+0,1 %) измере­ния. Прямое отверстие со скругленными кромками (рис. 6, радиус округле­ния меньше четверти диаметра отверстия) не влияет существенно на результаты. Наклон отверстия в пределах ±45° (рис. в, г) несущественно сказывается на результатах. Однако выступы вблизи отверстия или выступающий штуцер (рис. д) приводят к значительным ошибкам при измерениях. Об этом следует помнить, т. к. в обычной практике, например для замеров в воздуховодах, отвер­стии сверлятся обычным сверлом с образованием рваной кромки внутри канала или же, что хуже, пробиваются гвоздем.

Формы отверстий в стенке воздуховода для измерения статического давления р.

а – прямое отверстие с острыми кромками

б – прямое отверстие со скругленными кромками

в, г – отверстия с наклоном относительно стенки

д – кромки штуцера выступают из стенки в поток

Влияние эксплуатационных параметров на характеристики пневматических молотков Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 621.972

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ МОЛОТКОВ

А.Н. Глазов

Томский политехнический университет E-mail: [email protected]

Освещаются результаты экспериментального исследования влияния температуры и давления сжатого воздуха, усилия нажатия на характеристики работы пневматических молотков. Показано, что при увеличении температуры сжатого воздуха энергетические параметры возрастают тем значительней, чем ниже исходная степень сжатия в задней камере, а расход воздуха уменьшается неодинаково для различных типов молотков. Установлено, что при увеличении усилия нажатия расход воздуха возрастает до определенного предела и наиболее значительно у отбойного молотка с подпружиненным вентилем.

Введение

Основными внешними эксплуатационными параметрами, влияющими на характеристики работы пневматических молотков, являются давление и температура сжатого воздуха, величина усилия нажатия оператора на молоток и свойства обрабатываемой среды. Естественно, что изменение энергетических характеристик молотков в зависимости от условий работы является следствием изменения рабочего процесса. Законы этой взаимосвязи обуславливаются конструкцией пневматических молотков различного назначения.

Температура сжатого воздуха в сети имеет различную величину в зависимости от климатических условий, времени года, области применения машин, характеристик работы компрессора с последующим холодильником и удаленности от него приёмников пневматической энергии и др. Кроме того, одним из возможных мероприятий по экономии электроэнергии при выработке и использовании сжатого воздуха является его подогрев перед пневмоприёмниками с использованием для этой цели вторичных энергоресурсов [1]. Поэтому представляет теоретический и практический интерес установление закономерностей изменения энергетических характеристик пневматических молотков и расхода сжатого воздуха от его температуры.

Экспериментально установлено, что, чем выше модуль упругости обрабатываемых материалов, тем больше скорость отскока ударника от инструмента. С увеличением скорости отскока частота ударов повышается и наблюдается некоторая тенденция возрастания ударной мощности. Характер влияния свойств обрабатываемой среды на энергетические характеристики пневматических молотков зависит от их конструктивных особенностей и величины давления сжатого воздуха. Для наибольшей эффективности работы пневматические молотки проектируются для определенных условий эксплуатации.

Влияние усилия нажатия на работу молотков дифференцируется в зависимости от их конструктивных особенностей, Как правило, мощность молотков при меньших усилиях нажатия имеет несколько меньшие значения, чем при больших усилиях. Разница в изменении мощности в зависимо-

сти от усилия нажатия для большинства ручных молотков составляет 2…20 % [2]. Усилие нажатия является одним из основных факторов, влияющих на передачу энергии от ударника к инструменту. Величина минимально необходимого усилия нажатия на молоток определяется в основном количеством движения, передаваемым от молотка к инструменту, частотой ударов и диаметром хвостовика инструмента [2]. Если закономерности влияния усилия нажатия на внутренние процессы и параметры пневматических молотков в значительной мере установлены [2], то в части его влияния на расход воздуха существует определенный пробел.

В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния температуры сжатого воздуха на параметры работы ручных пневматических молотков и зависимости расхода воздуха от усилия нажатия на рукоятку молотка.

Объекты и средства исследования

Испытывались пневматические ручные молотки различного конструктивного исполнения и с разными техническими характеристиками: отбойные молотки МО-44, МО-39 и МО-9П с клапанным воздухораспределителем, рубильно-клепаль-ные молотки КЕ-22 с трехступенчатым золотником и типов М-6 и М-5, имеющих две группы раздельно расположенных микрозолотников. Причём, у этих молотков значение энергии удара уменьшается, а удельный расход воздуха увеличивается в порядке их упоминания.

Для измерения и регулирования параметров сжатого воздуха был создан специальный стенд. Стенд последовательно состоит из емкости с редукционным клапаном и манометром, термометра, расходомера переменного перепада давления, нагревателя сжатого воздуха с автотрансформатором РНО-250-5, камеры, в которой установлены манометр и термопара, соединенная с электронным самопишущим потенциометром. Вместо термопары применялся и манометрический термометр типа ТС-100.

Расходомер состоит из сужающего устройства с набором нормальных камерных диафрагм и трубчатого жидкостного дифманометра ДТ-150. Применение такого расходомера позволяет более точно

определять средний расход сжатого воздуха и с учетом его температуры в сравнении с часто применяемым поплавковым измерителем типа В-1. Объём соединительных линий, емкостей и нагревателя способствует сглаживанию пульсаций воздушного потока.

Нагреватель сжатого воздуха представляет собой теплоизолированную и герметизированную трубу с фланцами, внутри которой вмонтированы трубчатые электронагреватели.

Испытание пневматических молотков производилось при давлении воздуха 0,5 МПа на стенде ЭРД-3 и вручную при рубке металлов. Для регистрации давления воздуха в камерах молотка применялись тензометрические датчики давления с усилителем и светолучевым осциллографом. Энергетические параметры молотков определялись путем обработки диаграмм давления воздуха рабочих камер молотка.

Влияние температуры сжатого воздуха

на энергетику молотков

В результате исследований ручных пневматических молотков было установлено, что изменение температуры сжатого воздуха в сети оказывает заметное влияние на их работоспособность. По экспериментальным данным построены графические относительные зависимости энергетических параметров молотков КЕ-22 (рис. 1) и М-5 (рис. 2) от температуры сжатого воздуха перед ними. Здесь за норму приняты параметры молотка при исходной до подогрева температуре сжатого воздуха. Общей закономерностью для молотков является рост энергетических параметров при увеличении температуры сжатого воздуха. Возрастают максимальное, среднее по времени и предвыхлопное давление воздуха в задней от инструмента камере.

АУ>0/о Ро.%

Рис. 1. Зависимость изменения энергетических и силовых параметров молотка КЕ-22 от температуры t сжатого воздуха: Ау — энергия удара; п — частота ударов; N -ударная мощность; Ро — максимальное давление воздуха; Рк — предвыхлопное давление воздуха

В молотках отбойных и КЕ-22 максимальное давление воздуха в задней камере выше сетевого и объём вредного пространства относительно невелик. Молотки серии М отличаются от большинства применяемых аналогов тем, что в задней камере низка степень сжатия, максимальное давление воздуха значительно ниже сетевого и уменьшена интенсивность

нарастания давления благодаря увеличенному объёму мёртвого пространства за счёт введения дополнительной камеры и истечению воздуха по командному каналу в атмосферу в период его сжатия. Поэтому при подогреве энергоносителя энергия удара (рис. 2) и ход ударника молотков серии М возрастают более значительно, чем у молотка КЕ-22. Отбойные молотки в сравнении с клепальным КЕ-22 имеют большие значения степени сжатия воздуха в задней камере, поэтому при подогреве сжатого воздуха видимо следует ожидать менее заметный рост энергии удара и больший — частоты ударов.

Рис. 2. Зависимость изменения энергетических параметров молотка М-5 от температуры сжатого воздуха t

Практическое использование тепла сжатого воздуха при температуре, близкой к температуре окружающей среды, заметного эффекта не дает, т. е. пневмоударные механизмы совершают работу в основном за счет потенциальной энергии сжатого воздуха. При подогреве газа работоспособность его единицы массы возрастает. Подведенная теплота должна идти на изменение внутренней энергии воздуха, совершение внешней механической работы и на теплообмен. Но фактически, учитывая относительно небольшое повышение температуры сжатого воздуха, увеличение теплопотерь через стенку ствола и, главное, существенное уменьшение весового расхода энергоносителя, работоспособность массы воздуха в молотке за счет его тепла, по нашему мнению, заметно не возрастает, хотя средняя температура газа в рабочих камерах становится выше.

Поверхность ударника покрыта густой маслянистой смолистой плёнкой. При повышении температуры сжатого воздуха вязкость масла и капельных жидкостей снижается, поэтому уменьшается коэффициент трения. Величина потерь энергии рабочего тела на преодоление сил трения в поршневой паре становится меньше, а скорость движения ударника возрастает.

При подогреве газа его количество на утечки в поршневой паре и в командный канал молотка М-5 уменьшается, поэтому со снижением его потерь при одинаковых значениях степени сжатия текущее значение давления воздуха становится больше. Кроме того, как показывают наши эксперименты,

сжатие воздуха в задней от инструмента камере начинается при более высоких значениях давления и температуры воздуха, что также способствует увеличению величин текущего и максимального давления газа. В целом увеличивается степень наполнения рабочих камер, что также способствует повышению энергетических параметров пневмоудар-ных механизмов и тем значительнее, чем ниже исходная до подогрева степень наполнения задней камеры, как у молотка М-5.

Параметры и расход сжатого воздуха

В процессе исследований регистрировался перепад давления воздуха на сужающем устройстве по дифманометру и давление с температурой воздуха до его подогрева. У

// 4 □ 3, X,

// / 7

/ ‘М.

м у

* у

20

30

40

50

60

70

С

Рис. 3. Зависимость экономии сжатого воздуха от его температуры: 1, 7) при теоретическом расходе воздуха, соответственно, в цилиндр и на утечки; 2-6) молоток, соответственно, М-5, КЕ-22, МО-44, МО-9П, М-6

Из экспериментальных зависимостей видно, что характер изменения расхода воздуха пневмоу-дарных механизмов отличается от теоретических данных. Это объясняется следующим. Теоретические зависимости получены в предположении, что полезный объём камеры цилиндра постоянен, а истечение происходит постоянно через отверстие одной и той же площади. В пневмоударных механизмах воздух расходуется не только на заполнение цилиндра, но и на утечки. Кроме того, при повышении температуры сжатого воздуха изменяются параметры термодинамического цикла и увеличиваются в той или иной степени энергетические характеристики молотков. Естественно, при понижении температуры воздуха в сети будут уменьшаться энергетические параметры и возрастать расход газа.

Степень экономии воздуха неодинакова для разных типоразмеров молотков. Сравнение отбойных молотков показывает, что у МО-44, обладающего более значительным полезным объёмом и меньшей частотой ударов, чем МО-9П, наблюдается более высокая степень экономии воздуха. Это же относится и к молоткам М-6 и М-5. По сравнению с отбойными, молотки серии М имеют значительно меньший полезный объём, большую частоту ударов и почти в два раза выше удельный расход воздуха, а их работа характеризуется длительными и относительно большими утечками воздуха. Меньший процент экономии и перегиб кривых уменьшения расхода воздуха молотков серии М от отбойных объясняется тем, что значительное увеличение хода ударника и энергетических параметров сопровождается возрастанием объемного расхода воздуха. Длительность истечения сжатого воздуха из сети через переднюю камеру в атмосферу в период обратного хода ударника заметно увеличивается.

Известно, что повышение давления воздуха в сети ведет к возрастанию энергетических характеристик машин. Эксперимент показывает, что расход сжатого воздуха находится в прямой зависимости от его давления в сети для всех типов исследованных молотков (рис. 4).

45 —

АО % МЦ-39 МО-9П

40

35

Рис. 4. Зависимость изменения расхода воздуха от его давления

20

5

0

Р, МПа

3,5

4

4,5

5

5,5

Влияние усилия нажатия

По результатам исследования построены экспериментальные зависимости изменения расхода сжатого воздуха молотков от усилия нажатия, рис. 5. За норму принят расход при усилии нажатия 170 Н. Общей закономерностью для всех пневмоу-дарных механизмов является повышение расхода воздуха до определенного предела при увеличении усилия нажатия.

Рис. 5. Изменение расхода воздуха в зависимости от усилия нажатия F

Изменение расхода воздуха объясняется тем, что усилие нажатия определяет поведение системы «инструмент — ударник — корпус», т. е. и энергетические параметры пневмоударных механизмов. Ствол молотков совершает сложное колебательное движение, слагающееся из вибрации и отхода цилиндра от ограничительного буртика инструмента. Наибольший отход ствола и максимальная амплитуда вибрации наблюдаются при малых усилиях нажатия. Общей закономерностью для исследованных молотков является снижение величины хода ударника, энергии удара и увеличение частоты ударов с повышением усилия нажатия до определенного предела. При определённом для каждого типа молотка значении усилия нажатия наступает стабилизация энергетических параметров и расхода воздуха. Квазистационарный режим работы молотков серии М наступает раньше, чем у КЕ-22 и МО-9П, т. к. у последних внутренняя возмущающая сила больше. Молотки типа КЕ имеют большой диаметр хвостовика инструмента, что является основной причиной более высокого потребного усилия нажатия для нормальной работы, чем у отбойных молотков. По изменению величины расхо-

да воздуха можно довольно быстро определить, когда наступает стационарный режим работы пневмоударного устройства. Резкое изменение расхода воздуха молотка МО-9П при усилии нажатия менее 260 Н объясняется относительным перемещением рукоятки, подпружиненного вентиля и корпуса во время работы. При снижении усилия нажатия рукоятка и вентиль отходят от промежуточного звена молотка, и из-за этого сокращается эффективная площадь впускного отверстия.

Заключение

Экспериментально установлены закономерности изменения энергетических параметров и расхода сжатого воздуха ручных пневматических молотков при изменении параметров воздуха в сети и усилия нажатия.

При увеличении температуры сжатого воздуха возрастают энергетические характеристики, максимальное и предвыхлопное давление воздуха в задней камере. Рост энергии удара и мощности тем значительней, чем ниже степень сжатия и максимальное давление воздуха в задней камере. Среди исследованных типов молотков наибольший и значительный рост энергии и мощности наблюдается у молотков серии М, имеющих относительно большой объём мёртвого пространства и низкую степень сжатия воздуха в задней камере.

При подогреве сжатого воздуха заметно снижается его расход. Степень экономии сжатого воздуха неодинакова для разных типов молотков и тем выше, чем больше полезный объём цилиндра и меньше частота ударов.

При создании и эксплуатации пневмоударных механизмов молотков и бурильных машин следует учитывать влияние температуры сжатого воздуха на его расход и работоспособность машин.

Использование горячего сжатого воздуха или его специальный подогрев характеризуется высокой энергетической эффективностью, особенно для молотков серии М.

Увеличение усилия нажатия на рукоятку молотка сопровождается ростом расхода сжатого воздуха до определенного предела. Этот предел, который соответствует наступлению квазистационарного режима работы, определяется, в основном, величиной возмущающей силы в молотке. У молотков, имеющих в рукоятке вентильный впуск, при изменении усилия нажатия до предельного значения расход воздуха изменяется резко и значительно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Карабин А.И. Сжатый воздух. — М.: Машиностроение, 1964. -343 с.

2. Ручные пневматические молотки / В.Ф. Горбунов [и др.]. — М.: Машиностроение, 1967. — 184 с.

Поступила 31.05.2006 г.

3 Расход воздуха

Подача воздуха ведется по системе подачи воздуха. Поток воздуха ограничен, т. к. подача его в систему ведется под давлением. Поэтому необходимо учитывать регулировку его расхода.

Так как измеряемые вещества различны по своей структуре, свойствам и качествам, они требуют различных методов измерения. Так, например, для измерения газообразных веществ используются объемные методы, учитывающие нормальные условия эксплуатации: температура 20⁰ C (293,15 К), давление 760 мм рт. ст. (101325 H/м²), влажность 0. Поэтому необходимо подобрать расходомер оптимально подходящий под параметры системы.

Измерения расходов и количества газов и жидкостей имеют большое значение в самых различных областях науки и техники. Без правильного определения расходов компонентов невозможно провести качественные технологические процессы в химической, энергетической, бумажной и других отраслях промышленности.

Расходом называется количество газа или жидкости, протекающее через поперечное сечение трубопровода в единицу времени. В СИ расход может быть объемный Q, выражаемый в м³/с, или массовый М, выражаемый в кг/с[13].

3.1 Приборы для измерения расхода

Расходомеры, применяемые для измерения расхода жидкостей и газов, подразделяются на следующие типы: тахометрические счетчики, работающие по принципу измерения частоты вращающихся частей прибора, находящихся в потоке измеряемой среды; расходомеры постоянного перепада давления, воспринимающие рабочим телом (поплавком) гидродинамическое давление измеряемого потока среды; расходомеры переменного перепада давления,

воспринимающие перепад давления на сужающем устройстве, установленном в измеряемом потоке; индукционные расходомеры, работающие на принципе измерения электродвижущей силы (э. д. с.), индуктированной в магнитном поле при протекании потока жидкости; ультразвуковые расходомеры, работающие на принципе измерения скорости распространения ультразвука в измеряемом потоке[12].

Расходомеры, применяемые в промышленности для измерения расхода жидкостей, газов и паров, движущихся в трубопроводах, можно разделить по способу измерения различных сред. Для этого проведем классификацию расходомеров по роду измеряемого вещества (рис. 3.1).

Кроме данных типов расходомеров внедряются новые типы расходомеров: массовые турборасходомеры и расходомеры, работающие на принципе ядерно-магнитного резонанса.

3.1.1 Тахометрические приборы. Тахометрические (или турбинные) расходомеры относятся к наиболее точным приборам для измерения расхода . Погрешность этих приборов составляет 0,5— 1,0%. К преимуществам приборов данного типа относятся простота конструкции, высокая чувствительность, возможность измерений больших и малых расходов. Существенными недостатками таких приборов являются износ опор и необходимость индивидуальной градуировки с помощью градуировочных расходомерных установок.

К основным элементам прибора относятся тахометрический датчик (ротор) и отсчетное устройство. Принцип действия прибора основан на суммировании за определенный период времени числа оборотов помещенного в поток вращающегося ротора, частота которого пропорциональна средней скорости протекаю­щей жидкости, т. е. расходу.

Счетный механизм расходомера связан посредством редуктора с тахометрическим ротором. По счетному устройству определяется значение расхода.

Расходомеры (скоростные счетчики) характеризуются нижним и верхним пределами измерения и номинальным расходом. Нижний предел измерения есть минимальный расход, при котором прибор дает показания с допустимой погрешностью. Верхний предел измерения есть максимальный расход, при котором обеспечивается кратковременная работа счетчика (не более одного часа в сутки). Номинальный расход есть максимальный длительный расход, при котором обеспечивается допустимая погрешность, а потеря давления не создает усилий, приводящих к быстрому износу трущихся деталей.

Для измерения расходов очищенных горючих газов применяются ротационные объемные газовые счетчики типа РГ (рис. 3.2), которые работают при температуре газа в пределах 0 – 50 ºС и давлении до 100кПа. Наименьший расход, измеряемый счетчиком, составляет 10% от номинального расхода. Счетчик состоит из корпуса, вращающихся двухлопастных роторов, передаточного и счетного механизмов.

Под действием разности давлении газа на входе и выходе при­бора роторы 2 приводятся во вращение и обкатываются боковыми поверхностями

Принцип действия объемных ротационных счетчиков основан на суммировании единичных объемов газа Vo, вытесненных рото­рами из измерительной камеры прибора за определенный период времени.

а)—схема, б)—общий вид, 1—корпус, 2 — вращающиеся роторы.

Рисунок 3.2 – Газовый счетчик типа РГ.

За один оборот два ротора вытесняют объем газа Vo. Частота вращения N роторов за определенный период времени фиксируется счетным механизмом.

Следовательно, формула для измерения объема газа V, прошедшего через прибор, будет иметь вид V=VoN.

Газовые счетчики типа РГ в зависимости от модификации выпускают на расходы 40, 100, 250, 400, 600 и 1000 м³/ч. Погрешность показаний в пределах 10— 100% номинального расхода составляет ±2%[9].

3.1.2 Приборы постоянного перепада. Расходомеры обтекания, относящиеся к расходомерам постоянного перепада давления, широко применяются для измерения расходов газов и жидкостей.

Название приборов (расходомеры обтекания) связано с тем, что рабочая среда (газ или жидкость) обтекает чувствительный элемент прибора — поплавок.

Расходомеры обтекания имеют: высокую чувствительность; малую стоимость, незначительные потери давления; простоту конструкции и эксплуатации; возможность использования при измерении агрессивных жидкостей и газов, а также в тех случаях, когда невозможно использовать другие приборы измерения расхода.

1 – поплавок, 2 – коническая трубка.

Рисунок 3.3 – Ротаметр.

Наиболее распространенным типом такого расходомера является ротаметр (рис. 3.3), который имеет расширяющуюся коническую трубку 2 и поплавок. Шкала стеклянных ротаметров имеет 100 делений, а ротаметры с электрическим и пневматическим выходным сигналом имеют дополнительно вторичные приборы для определения расхода.

В зависимости от пределов измерений поплавок изготовляют из эбонита, дюралюминия или нержавеющей стали. По типу поплавок выполняется цельным или облегченным. Поплавок имеет нижнюю коническую часть, среднюю — цилиндрическую и верхнюю со скошенным бортиком и направляющими канавками, которые служат для придания вращательного движения поплавку, центрирующего его в измеряемом потоке.

Принцип действия ротаметров состоит в том, что гидродинамическое давление измеряемого потока среды воздействует снизу на поплавок и вызывает его вертикальное перемещение. Под действием перемещения поплавка из-за конусности трубки изменяется площадь проходного сечения между поплавком и трубкой, а перепад давления по обе стороны поплавка остается постоянным. Поэтому такие приборы называют расходомерами постоянного перепада давлений.

В установившемся режиме при определенном расходе масса поплавка уравновешивается динамическим давлением потока. Поплавок при этом занимает соответствующее положение относительно трубки и открывает часть проходного сечения прибора.

Каждый ротаметр имеет паспорт, в котором дается градуировочная кривая, показывающая зависимость расхода от положения поплавка. Как правило, ротаметры тарируют по воде или воздуху. При использовании приборов на другие жидкости и газы в градуировочную кривую вносят поправочный коэффициент, учитывающий плотность измеряемого газа или жидкости[13].

3.1.3 Приборы переменного перепада. Для автоматического измерения расходов пара, газов и жидкостей используют различные типы расходомеров переменного перепада. Принцип действия таких приборов, объединенных общим методом измерений, основан на измерении перепада давления, образующегося в результате изменения скорости измеряемого потока на специальном сужающем устройстве, называемом диафрагмой.

При протекании жидкости или газа через сужающее устройство часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую энергию, при этом средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а давление уменьшается. Таким образом, при протекании газа или жидкости образуется разность давлении до и после сужающего устройства. Разность этих давлений (перепад давлений) зависит от скорости (расхода) протекающего вещества. Величина перепада давлений измеряется специальными устройствами, называемыми дифференциальными манометрами. При прохождении реальных измеряемых сред через сужающее устройство возникают дополнительно такие физические явления, как потери давления на вязкое трение, изменение плотности и другие, которые соответствующим образом учитывают при расчетах сужающих устройств.

К стандартным сужающим устройствам относятся диафрагмы, сопла и трубки Вентури. Наиболее распространенным типом сужающих устройств являются диафрагмы дисковые нормальные типа ДДН и диафрагмы камерные нормального типа ДКН.

Нормальная диафрагма представляет собой круглый металлический диск с центральным концентрическим отверстием, диаметр которого строго соответствует выполненному расчету стандартного сужающего устройства[2].

3.1.4 Дифференциальные расходомеры. Наиболее распространенными типами расходомеров переменного перепада давлений являются дифференциальные манометры следующих типов: поплавковые, сильфонные, мембранные, колокольные, пневматические.

Поплавковые дифманометры работают на принципе сообщающихся сосудов разных диаметров. Под действием перепада давлений, подведенного к обоим сосудам, изменяется уровень жидкости в дифманометре, что вызывает перемещение поплавка, находящегося в одном из сосудов.

Сильфонные и мембранные дифманометры, имеющие небольшую инерционность и практически неограниченный верхний предел измерения, относятся к пружинным дифманометрам.

Чувствительными элементами таких дифманометров, воспринимающих перепад давлений, являются сильфоны и мембраны.

Принцип действия сильфонного дифманометра основан на уравновешивании измеряемого перепада давления силами упругих деформаций сильфонов.

Рис.3.4 Сильфонный дифманометр.

Для создания противодействующей силы сильфоны дополняются винтовыми пружинами. Практические схемы дифманометров, имеющих сильфонные блоки из двух сильфонов, соединенных между собой регулируемым дросселем—демпфером, сложнее приведенной схемы (рис.3.4), по которой можно представить общий принцип действия прибора.

Плюсовое большее давление P₁ подается в полость корпуса 4, а минусовое, меньшее давление P₂— внутрь сильфона 3. Под действием перепада давлений сильфон деформируется, при этом перепад давлений уравновешивается силой упругой деформации сильфона и винтовой пружиной 2. Деформация сильфона, являющаяся функцией перепада давлений, через рычажный механизм 1 преобразуется в перемещение измерительной стрелки 5 прибора.

Кольцевой дифференциальный манометр типа ДК – Ф , работающий по методу переменного перепада давлений применяется для измерения расхода и разности давлений неагрессивных газов и жидкостей. Отличительной особенностью кольцевых дифманометров является возможность их использования при измерении малых перепадов давлений.

Колокольные -дифманометры типа ДКО в качестве чувствительного элемента имеют колокол, частично погруженный в масло. Плюсовое (большее) давление подводится под колокол, минусовое (меньшее)—в пространство над колоколом. Под действием перепада давление колокол начинает перемещаться вверх. Объем части колокола, погруженного в масло, уменьшается. При этом уменьшается и архимедова выталкивающая сила, которая пропорциональна погруженному объему колокола и разности объемных весов рабочих сред, находящихся над и под колоколом. Колокол поднимается до тех пор, пока выталкивающая сила не уравновесится действием противодействующей силы пружины.

Дифманометр заполняют рабочей жидкостью, согласно требованиям инструкции по эксплуатации. Затем соединительные линии заполняются при измерении неагрессивных сред измеряемой жидкостью, а при агрессивных средах—разделительной жидкостью, не смешивающейся и не реагирующей с измеряемой средой и не вызывающей коррозии деталей дифманометра и материала мембран.

В процессе эксплуатации дифманометра необходимо производить проверку «нуля» дифманометра, закрыв «плюсовой» и «мину совой» вентили и открыв «уравнительный» вентиль дифманометра. После проверки «нуля» вентили устанавливают в первоначальное положение.

При работе дифманометров расходомеров необходимо учитывать, что они обеспечивают правильные показания при расходах свыше 30% от максимального значения шкалы прибора[13].

3.1.5 Индукционные и ультразвуковые расходомеры. Индукционные расходомеры – обладают незначительной инерционностью показаний, что является очень существенным фактором при автоматическом регулировании расходов. В датчиках таких расходомеров нет частей, находящихся внутри рабочего трубопровода, поэтому они имеют минимальные гидравлические потери. Принцип действия индукционного расходомера основан на законе Фарадея — законе электромагнитной индукции. Если в трубопроводе 1 течет проводящая жидкость между полюсами магнита 2, то в направлении, перпендикулярном движению жидкости, и в направлении основного магнитного потока возникает э д с на электродах 3, пропорциональная скорости движения жидкости. Магнитное поле создается источником питания 6 электромагнита. Электронный усилитель 4 усиливает э д с, индуктированную на электродах 3, которую регистрирует вторичный измерительный электронный прибор 5 расходомера. Индуктированная э д с в датчике на электродах 3 определяется уравнением электромагнитной индукции Е=—BDKv_cр , где В — магнитная индукция в зазоре полюсов магнита, D — внутренний диаметр трубопровода, К—коэффициент, зависящий от вида магнитного поля (постоянного или переменного магнитного поля), v_cр — средняя скорость потока жидкости.

Рис. 3.5 Принципиальная схема индукционного датчика.

Данные расходомеры имеют ряд недостатков—им присуще образование паразитных э д с и явление поляризации электродов при этом изменяется сопротивление датчика. Эти недостатки создают существенные дополнительные погрешности, для уменьшения которых вводят автоматическую компенсацию паразитных э д с а электроды изготовляют платиновыми, танталовыми, каломелевыми и угольными.

Индукционные расходомеры позволяют измерять расходы абразивных жидкостей и пульп, щелочей, кислот и других агрессивных сред в широком диапазоне—от 1,25 до 400 нм³/ч[2].

3.1.6 Новые методы измерения расхода. В настоящее время отечественной промышленностью успешно осваивается целый ряд перспективных методов измерения расходов, среди которых необходимо выделить массовый и основанный на ядерно-магнитном резонансе.

1 – корпус, 2 – упругий чувствительный Рисунок. 3.7 — Схема

элемент,3 – усилитель, 4 – вторичный ядерно – магнитного

прибор, 5 – ведомая турбина, расходомера.

6 – ведущая турбинка, 7 – электродвигатель

Рисунок 3.6 – Схема массового турборасходомера.

В массовом турборасходомере (рис. 3.6) ведущая турбинка 6, вращаемая с постоянной частотой  электродвигателем 7, закручивает поток измеряемой жидкости, создавая в нем инерционный момент, пропорциональный массовому расходу Q. Измеряемый закрученный поток, проходя через ведомую турбинку 5 жестко связанную с упругим элементом 2, разворачивает ее на определенный угол , пропорциональный измеряемому расходу.

Погрешность измерения таких турборасходомеров лежит в пределах 0,5 – 1 % от верхнего предела измерения.

Расходомеры, основанные на ядерно-магнитном резонансе, используют явление взаимодействия поляризованных в постоянном магнитном поле атомных ядер с резонансным осциллирующим полем. При этом взаимодействии поглощается часть энергии осциллирующего поля и изменяется намагниченность ядер, т. е магнитный момент ядер в единице объема вещества.

На рис.3.7 схема ядерно-магнитного расходомера. Магнит 1 создает сильное магнитное поле, при прохождении через которое жидкость поляризуется. Протекая через катушку 2, питающегося переменным напряжением резонансной частоты от источника питания 5, поляризованные ядра измеряемой жидкости поглощают часть осциллирующего поля, созданного катушкой 2, и жидкость деполяризуется. Периодически питающее напряжение катушки 2 отключается, и в потоке на выходе из катушки создаются пакеты поляризованных молекул жидкости Пройдя расстояние L, эти молекулы попадают в поле катушки 3, питающейся тем же переменным напряжением резонансной частоты В момент протекания поляризованных молекул через осциллирующее поле катушки 3 в ее цепи возникает сигнал ядерно — магнитного резонанса, который воспринимается электронным измерителем 4.

Измерение расхода жидкости по данному принципу сводится к измерению времени между отключением напряжения от катушки 2 и появлением сигнала ядерно-магнитного резонанса на катушке 3. Погрешность измерений ядерно-магнитных расходомеров не превышает 1 %.

Достоинствами таких расходомеров является высокая чувствительность, малая инерционность, отсутствие конструктивных элементов прибора внутри трубопровода[13].

3.1.7 Выбор и расчет устройства для измерения расхода воздуха системы. При выборе измерительных устройств, принимают во внимание принцип действия, условия работы, а также свойства окружающей среды.

Из всех выше перечисленных устройств наиболее подходящим является расходомер переменного перепада – кольцевой дифманометр. Отличительной особенностью кольцевых дифманометров является возможность их использования при измерении малых перепадов давлений.

Метод измерения расхода по переменному перепаду давления является достаточно точным, удобным и универсальным, а во многих случаях единственно приемлемым для измерения расхода газов.

Далее будет рассмотрено устройство кольцевого дифференциального манометра типа ДК – Ф. В начала общий принцип действия расходомеров переменного перепада. Принцип действия таких приборов, объединенных общим методом измерений, основан на измерении перепада давления, образующегося в результате изменения скорости измеряемого потока на специальном сужающем устройстве, называемом диафрагмой.

При протекании жидкости или газа через сужающее устройство часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую энергию, при этом средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а давление уменьшается. (рис. 3.8).

При протекании газа или жидкости образуется разность давлении до и после сужающего устройства. Разность этих давлений (перепад давлений) зависит от скорости (расхода) протекающего вещества. Величина перепада давлений измеряется специальными устройствами, называемыми дифференциальными манометрами. При прохождении реальных измеряемых сред через сужающее устройство возникают дополнительно такие физические явления, как потери давления на вязкое трение, изменение плотности и другие, которые соответствующим образом учитывают при расчетах сужающих устройств

а — диафрагма, 1 — трубопровод, 2 — сужающее устройство (диафрагма), б—распределение давления у сужающего устройства, P₁‘— давление в сечении S₁, P₁—давление перед диафрагмой, Р₂—давление в сечении S₂., P₂ — давление после диафрагмы, ∆Р — перепад давления на диафрагме.

Рисунок 3.8 – Измерение расхода газов и жидкости с помощью сужающего устройства

К стандартным сужающим устройствам относятся диафрагмы, сопла и трубки Вентури. Наиболее распространенным типом сужающих устройств являются диафрагмы дисковые нормальные типа ДДН и диафрагмы камерные нормального типа ДКН.

Нормальная диафрагма представляет собой круглый металлический диск с центральным концентрическим отверстием, диаметр которого строго соответствует выполненному расчету стандартного сужающего устройства.

Диафрагма должна иметь острую прямоугольную кромку со стороны входа измеряемого потока жидкости или газа. К установке диафрагмы относительно оси трубопровода, остроте прямоугольной входной кромке и допуску диаметра диафрагмы предъявляются определенные требования: входная кромка диафрагмы не должна иметь следов затуплений, задиров и закруглений.

Допустимое отклонение от оси отверстия диафрагмы до оси трубы должно составлять не более 0,015 D (D/d—1), где D— внутренний диаметр трубы, d—внутренний диаметр диафрагмы, мм.

Предельный допуск на внутренний диаметр диафрагмы в зависимости от расчетных данных составляет ± (0,001—0,005) мм [8].

Нормальные диафрагмы устанавливают на прямолинейном горизонтальном или вертикальном участке трубопровода для создания ламинарного потока в измеряемой среде. В зависимости от схемы технологических трубопроводов (наличие вентилей, задвижек, колен и закруглений участков трассы) определяют прямые участки до и после диафрагмы. Ориентировочно длина прямого участка должна составлять: до диафрагмы—не менее 10 диаметров трубопровода—10 D, после диафрагмы—не менее 5 диаметров трубопровода—5 D. Отборы «+» и «—» от камеры при измерении расходов жидкостей устанавливают сбоку перпендикулярно оси трубопровода для исключения погрешности измерений от воздушных «подушек».

В качестве материала диафрагм обычно используют нержавеющую сталь марки Х18Н9Т, устойчивую в условиях агрессивных сред. На верхней части диафрагмы находятся паспортные данные и номер используемого дифференциального расходомера.

Во избежание дополнительной погрешности измерения перепада давлений центр отверстия диафрагмы должен строго лежать на оси трубопровода. Для измерения расхода приборами переменного перепада давлений необходимо иметь: сужающее устройство для создания перепада давлений в измеряемом потоке; первичный датчик—дифференциальный манометр, измеряющий перепад на сужающем устройстве: импульсные соединительные линии, соединяющие сужающее устройство с дифференциальным манометром; вторичный измерительный прибор.

Отборы «+» и «—» от камеры при измерении расходов паров и газов устанавливают вверх перпендикулярно оси трубопровода, с тем чтобы исключить попадание конденсата (влаги) от паров (или газов), влияющего на точность измерений.

Все дифманометры переменного перепада для измерения расхода имеют неравномерную (квадратичную) шкалу в связи с существующей квадратичной зависимостью между перепадом давлений и расходом

(3.1)

где Q—объемный расход, —коэффициент, учитывающий отношение диаметров трубопровода и сужающего устройства и степень сжатия потока, —коэффициент, учитывающий изменение плотности потока при прохождении через сужающее устройство, —плотность газа или жидкости, P₁-Р₂—перепад давлений на диафрагме, F₀—площадь внутреннего отверстия сужающего устройства.

Кольцевой дифференциальный манометр типа ДК Ф (рис.3.9), работающий по методу переменного перепада давлений применяется для измерения расхода и разности давлений неагрессивных газов и жидкостей Отличительной особенностью кольцевых дифманометров является возможность их использования при измерении малых перепадов давлений.

1 – трубка отбора перепада давления от диафрагмы, 2 – импульсные трубы, 3 – подвижное кольцо, 4 – связь, 5 – шкала, 6 – противовес, 7 – стрелка, 8 – опора, 9 – лекало, 10 – перегородка, 11 – накладка, 12 – кронштейн, 13 – ферродинамический преобразователь.

Рисунок 3.9 – Кольцевой дифманометр типа ДК – Ф:

Чувствительным элементом прибора является заполненное до половины высоты рабочей жидкостью (трансформаторным маслом или водой) полое подвижное подвижное кольцо 3, установленное на опоре 8. В верхней части кольцо разделено перегородкой 10 на два отсека, в которые от камеры через импульсные трубки 2 подается измеряемый перепад давлений. В нижней части кольца укреплен груз — противовес 6. Под действием перепада давлений жидкость,. являющаяся гидравлическим затвором, отделяющим плюсовую и минусовую полости кольцевой камеры, перемещается из камеры с большим давлением (плюсовой) в камеру с меньшим давлением (минусовую)[13].

При этом центр тяжести кольца изменяется, происходит его разворот на опоре 8 на определенный угол. Угол поворота кольца определяется равенством момента вращения М_вр, создаваемого перепадом давлений и противодействующим моментом М_пр. груза — противовеса 6: М_вр=М_пр.

Передаточный механизм преобразует угловое перемещение кольца в перемещение стрелки показывающего прибора.

В целом ряде приборов, в том числе и в приборе ДК-Ф, поворот кольца через передаточный механизм преобразуется в поворот рамок ферродинамических преобразователей.

Кольцевые дифманометры в зависимости от предельного давления различаются: кольцом, поперечной и траверсой, соединительными трубами и запорными органами. Кроме того, приборы различаются схемами передаточных механизмов, способами линеаризации шкалы и характером отсчетного устройства: показывающие, самопишущие и интегрирующие.

Для приборов низкого давления с водяным или масляным заполнением кольцо имеет прямоугольное поперечное сечение и изготавливается из тонкого металла при наружном диаметре 250 – 300 мм.

Для приборов среднего давления с ртутным заполнением кольцо изготавливается из цельнотянутой стальной трубы диаметром 40мм при толщине стенок 3мм.

Опорный узел состоит из поперечины, или траверсы, соединенной с кольцом, в центре которой укреплены две треугольные, равносторонние, призмы из высокоуглеродистой закаленной стали. Призмы опираются на одну длинную или две короткие призматические подушки с внутренним углом около 140º,установленные на кронштейне. Последний укреплен на чугунной или алюминиевой плите, являющейся основанием прибора. Материал подушек должен быть более твердым, чем материал призм.

Присоединительные трубки, передающие перепад к кольцу, имеют максимальную гибкость, обеспечивающую минимальное сопротивление повороту кольца. Для приборов низкого давления применяются резиновые трубки длиной около 200мм при внутреннем диаметре 3 – 5 мм и толщине стенок около 1мм. Трубки должны располагаться параллельно друг другу и не быть закрученными. В приборах с ртутным заполнением, работающих при повышенных давлении, применяются металлические, тонкостенные, спиральные трубки длиной 1300 – 1400мм диаметром 4мм и толщиной стенок 0,2 – 0,3мм. Материал трубок – латунь, фосфористая бронза. Спираль имеет два – три витка.

К достоинствам кольцевых дифманометров можно отнести :

а) незначительная погрешность, равная ±(0,5-1,5)% от предела шкалы, благодаря большой перестановочной силе и малому трению в приборе;

б) высокая чувствительность, благодаря чему возможно измерение небольших перепадов давления;

в) отсутствие необходимости в уплотнительных устройствах;

г) легкость перехода с одного предела измерения на другой путем изменения веса груза;

д) независимость показаний от плотности манометрической жидкости и, как следствие, независимость показаний от температуры окружающей среды[1].

Понимание взаимосвязи между давлением воздуха и расходом

«Давление» и «поток» — общие термины при обсуждении воздушных компрессоров, но взаимосвязь между ними часто понимается неправильно.

Давление, обычно измеряемое в фунтах на квадратный дюйм, определяет способность воздушного компрессора выполнять определенный объем работы в любой момент времени. Представьте себе такое простое приложение, как скольжение деревянного бруска по столу со сжатым воздухом. В этом случае давление воздуха 75 фунтов на квадратный дюйм (5,2 бар) может не обеспечить достаточной силы для перемещения блока, но 100 фунтов на квадратный дюйм (6.9 бар) будет.

---

Рисунок 1 (слева). Давление обычно измеряется в фунтах на квадратный дюйм и определяет способность воздушного компрессора выполнять определенный объем работы в данный момент времени. Рисунок 2 (справа). Расход обычно измеряется в кубических футах в минуту при определенном давлении и указывает на способность воздушного компрессора непрерывно выполнять задачу. Изображение любезно предоставлено Atlas Copco.

---

Как минимум, компрессор должен обеспечивать давление (силу), необходимое для выполнения работы.Если минимальное необходимое давление составляет 100 фунтов на квадратный дюйм, но компрессор не может его обеспечить, работа не будет выполнена. Однако слишком высокое давление может повредить оборудование для сжатого воздуха или вызвать его сбои в работе. Каждое устройство с пневматическим приводом имеет указанный диапазон давления, в котором оно работает надежно, и эти пределы нельзя превышать.

Flow — это способность воздушного компрессора непрерывно выполнять задачу. В США расход обычно измеряется в кубических футах в минуту (cfm) при определенном давлении.Объем потока зависит от времени, необходимого для выполнения задачи.

Например, если вам нужно было каждый час перемещать ранее упомянутый блок на небольшое расстояние, подойдет небольшой компрессор с резервуаром для хранения сжатого воздуха. Компрессор наполнял резервуар, сохраняя воздух до следующего раза, когда потребуется переместить блок. Однако, если процесс требует, чтобы блок непрерывно перемещался в течение 24-часового периода, потребуется более мощный компрессор с непрерывным потоком.

Недостаточный поток потребует перерывов во время процесса, пока компрессор создает давление в резервном воздушном резервуаре. Частые перерывы в работе для повышения давления или медленное повышение давления указывают на возможную утечку воздуха из системы сжатого воздуха.

Давление определяется выполняемой работой. Например, распыление краски требует значительно меньшего давления, чем выдувание бутылки. Поток определяется тем, сколько из этих заданий должно выполняться одновременно или как часто они должны выполняться.

Для данного компрессора, например, мощностью 50 л.с. (37,3 кВт), расход будет уменьшаться с увеличением давления, и наоборот. Поэтому важно приобрести компрессор, который оптимизирует расход и давление.

И имейте в виду, что каждые 2 фунта на кв. Дюйм (0,14 бара) повышение давления приводит к увеличению на 1% энергии, необходимой для поддержания того же воздушного потока (куб. Футов в минуту).

Взаимосвязь между давлением и расходом в системе сжатого воздуха

Крис Даунс, региональный менеджер, Kaishan Compressor USA

После более чем 25 лет работы в индустрии сжатого воздуха меня до сих пор удивляет, что многие сотрудники предприятий и даже те, кто продает продукты со сжатым воздухом для жизни, не полностью понимают взаимосвязь между расходом или объемом (куб. Футов в минуту) и давлением ( фунт / кв. дюйм).Зайдите во многие кузовные мастерские или небольшие производственные предприятия, и вы обнаружите, что компрессор работает при повышенном давлении, чтобы удовлетворить «спрос». Если на заводе низкое давление воздуха в производственном помещении, что в первую очередь делает специалист по обслуживанию? Вы догадались: он или она «наращивает» давление в компрессоре, не понимая, что он усугубил проблему. Более того, большинство производственного персонала не подозревают, что сжатый воздух не является бесплатным. За прошедшие годы на эту тему было написано множество статей, но многие из них были настолько техническими, что человеку, не работающему в этой отрасли, было трудно следить за ними.В этой статье я пытаюсь затронуть тему таким образом, чтобы люди, не относящиеся к инженерным наукам, могли их понять.

Сжатый воздух не бесплатно

Я помню случай, который произошел много лет назад, когда я работал на крупного дистрибьютора компрессоров в США. После тщательного изучения системы сжатого воздуха я продал винтовой компрессор мощностью 200 л.с. на предприятие по добыче гранита в восточной Джорджии. Один из способов добычи гранита — использование высокотемпературной горелки, которая плавит породу, чтобы можно было удалить плиту.Этот процесс выполняется много раз вертикально на глубине нескольких сотен футов под землей. В этом процессе необходим воздушный компрессор для выброса пламени. Как вы понимаете, это жаркая среда для работника, работающего с резаком.

Через пару недель после установки компрессора мне позвонил владелец и пожаловался, что компрессор не выдерживает желаемого давления, поскольку температура окружающей среды повышается в течение дня. Будучи дипломированным инженером, я знал, что то, что он описывает, невозможно.Я также знал, что единственный способ решить это явление — это посетить сайт для сбора данных. Я прибыл рано утром следующего дня, и компрессор был настроен на давление нагнетания 115 фунтов на квадратный дюйм, как раз там, где должно было быть. Однако по мере того, как день становился все жарче, я стал свидетелем того, что сказал владелец — давление на выходе начало падать. Я знал, что это проблема «системы», а не «компрессора», поэтому я начал обходить карьер, чтобы посмотреть, что я могу найти. После нескольких минут расследования я обнаружил виновника: рабочий карьера открыл два шаровых клапана диаметром 1/8 дюйма, чтобы направить часть сжатого воздуха на его лицо, чтобы охладиться в этой душной среде.Я проинструктировал владельца закрыть эти два клапана. Когда мы вернулись к компрессору, машина была на полном давлении.

Мораль этой истории состоит в том, что рабочий карьера не знал, что, открыв два 1/8-дюймовых клапана под давлением нагнетания 100 фунтов на кв. эмпирическое правило гласит, что ротационный винтовой компрессор обеспечивает производительность от 4 до 5 кубических футов в минуту на 1 л.с.). Таким образом, из этих двух относительно небольших утечек компрессор мощностью 200 л.с. терял по существу одну десятую своей общей мощности.Полезное практическое правило, которое следует запомнить, заключается в том, что отверстие / отверстие диаметром 1/4 дюйма будет пропускать примерно 100 кубических футов в минуту при давлении 100 фунтов на кв. Помните, что сжатый воздух «глуп» (т.е. он пойдет по пути наименьшего сопротивления). Комический факт при проведении полного аудита воздуха на предприятии (как со стороны предложения, так и со стороны спроса) заключается в том, что во многих случаях самым крупным событием, вызывающим всплеск системы, является смена смены. Почему ты спрашиваешь? Потому что производственные рабочие обычно сдувают свои рабочие места между сменами. Забавно, но факт!

Визуализация ключевых показателей эффективности: удельная мощность, расход, давление, точка росы — запись вебинара Загрузите слайды и посмотрите запись БЕСПЛАТНОЙ веб-трансляции, чтобы узнать: Как измерить и визуализировать ключевые показатели эффективности в системе сжатого воздуха Как правильно сопоставить результаты измерений с требованиями завода и требованиями Возможности для улучшения качества сжатого воздуха, управления энергопотреблением и надежности систем сжатого воздуха Как сохранить актуальность ключевых показателей эффективности для заинтересованных сторон Как сохранить фокус на правильных ключевых показателях эффективности Перейти на вебинар

Какая связь между потоком и давлением?

Еще один малоизвестный факт о сжатом воздухе с точки зрения конечного пользователя заключается в том, что давление нагнетания напрямую влияет на расход.Фактически, мы знаем из закона Бойля, что:

P1 x V1 = P2 x V2

Где P1 — начальное давление, V1 — начальный объем, P2 — конечное давление, а V2 — конечный объем.

Давайте посмотрим на пример того, как использовать закон Бойля в реальном мире:

• Завод имеет роторно-винтовой компрессор мощностью 25 л.с., рассчитанный на 100 акфутов в минуту при 100 фунтах на квадратный дюйм.
• Однако они могут выдерживать давление только 80 фунтов на кв. Дюйм в производственной зоне.
• Насколько больше л.с. компрессора необходимо предприятию для поддержания требуемых 100 фунтов на кв. Дюйм в коллекторе установки?

Использование закона Бойля:

100 акфутов в минуту x 100 фунтов на кв. Дюйм изб. = (X) акфутов в минуту x 80 фунтов на кв. Дюйм изб.

Используя небольшую алгебру:

100 кубических футов в минуту x 100 фунтов на квадратный дюйм / 80 фунтов на квадратный дюйм = 125 кубических футов в минуту

125–100 = 25 акр / мин

25/4.5 = 5,5 л.с. (я предполагал 4,5 куб. Футов в минуту на 1 л.с.)

В этом простом примере я бы порекомендовал добавить в систему компрессор мощностью 7,5 л.с., чтобы увеличить объем, который стабилизирует давление нагнетания до желаемого уровня.

Какова стоимость избыточного давления в системе?

Отраслевой термин, который использовался в последние годы для описания подачи в систему большего давления, чем необходимо, — это «искусственный спрос». Например, если производственному цеху требуется всего 75 фунтов на квадратный дюйм для поддержания стабильной производительности, зачем поддерживать давление в коллекторе сжатого воздуха 100 фунтов на квадратный дюйм? Искусственное давление в этом случае составляет 25 фунтов на квадратный дюйм.Практическое правило, которое следует запомнить, заключается в том, что при увеличении давления нагнетания на каждые 2 фунта на кв. Дюйм энергия (измеренная на компрессоре) увеличивается на 1 процент.

Чтобы определить «критическое давление» в производственном процессе, вы должны покинуть компрессорную и выйти на производственный цех. Регуляторы давления обычно устанавливаются на производственном оборудовании — иногда они устанавливаются на давление значительно ниже давления в системе / коллекторе. Я лично был на заводах, где подавляющему большинству производственного оборудования для нормальной работы требовалось всего 75 фунтов на квадратный дюйм, но давление в коллекторе заводского воздуха поддерживалось на уровне 100 фунтов на квадратный дюйм.Очевидно, что на оборудовании для очистки (осушители и фильтры) возникают перепады давления, которые могут составлять от 10 до 15 фунтов на кв. Дюйм или более. Но если система была правильно рассчитана и обслуживалась, это должно быть легко учтено при установке давления нагнетания компрессора. Предполагая, что оборудование для очистки и система распределения трубопроводов имеют плохие размеры и техническое обслуживание, что соответствует падению давления в 20 фунтов на кв. Дюйм, вы все равно можете снизить давление в компрессоре, работающем при 125 фунтов на квадратный дюйм, до 100 фунтов на квадратный дюйм, и по-прежнему поддерживать желаемое значение 75. psig в ​​производственном цехе.Уменьшая давление на 25 фунтов на квадратный дюйм, установка может ежегодно экономить 12,5% энергии. Для расчета экономии энергии используйте приведенное ниже уравнение энергии:

л.с. x 0,746 x # часов в год x $ / кВт · ч

КПД двигателя

Обратите внимание, что компрессоры указаны в л.с., а не в кВт. Чтобы вычислить кВт, умножьте BHP на константу (0,746). Также обратите внимание, что ротационные винтовые воздушные компрессоры потребляют больше л.с., чем указано на паспортной табличке двигателя. Обычно производители компрессоров используют 1.15, что означает, что двигатель может безопасно работать на 10–15% сверх номинальных значений, указанных на паспортной табличке. Таким образом, винтовой воздушный компрессор мощностью 200 л.с. фактически выдает в среднем 220 л.с. при полной нагрузке, в зависимости от производителя. Точную BHP можно получить из технического паспорта производителя или связавшись с представителем этой марки. Давайте быстро рассмотрим пример:

• Компрессор мощностью 200 л.с., работающий при 125 фунтов на кв. Дюйм (220 л.с.)
• 8000 часов работы в год
• 0 руб.10 за кВтч (стоимость энергии в большинстве случаев можно рассчитать, получив копию счета за электроэнергию конечного пользователя. Для этого упражнения мы можем рассчитать «смешанную» ставку, разделив общую сумму счета в долларах на общее потребление кВт) . В этом примере я использую 0,01 доллара США / кВт · ч
.
• КПД двигателя 95%
• Сколько электроэнергии можно сэкономить, снизив давление нагнетания на 25 фунтов на кв. Дюйм?

220 л.с. x 0,746 x 8000 часов x 0,1 долл. США за кВт · ч = 138 206,00 долл. США

.95

131924 долл. США x 12,5% = 17 276 долл. США в год в виде экономии энергии!

Имейте в виду, что этот пример относится к компрессору с плавным регулированием или регулированием нагрузки / холостого хода, возможно, без соответствующего хранилища. Если бы система сжатого воздуха была должным образом проверена со стороны спроса и предложения, в результате чего было добавлено необходимое количество накопителей, регулятор расхода и т. Д., То эта экономия могла бы быть намного больше. Небольшая подсказка по определению критического давления, если оно неизвестно — просто поверните переключатель давления на компрессоре (-ах) на 2 фунта / кв. Дюйм изб., А затем подождите, чтобы увидеть, не пожалуется ли кто-нибудь на неадекватное давление воздуха в заводе.Продолжайте делать это в течение некоторого времени, и в конечном итоге на вас будут кричать. Затем увеличьте его на 2 фунта на кв. Дюйм и оставьте его в покое.

Еще одним важным преимуществом снижения давления в системе / коллекторе является уменьшение любых утечек в распределении сжатого воздуха. Еще один способ уменьшить утечки — провести аудит утечек. Однако помните, что вы можете эффективно уменьшить утечки, но никогда не сможете полностью их устранить.

Ежемесячный электронный информационный бюллетень по технологии воздушных компрессоров С акцентом на Оптимизация на стороне подачи профилируются технологии воздушных компрессоров и системы управления компрессорами.В статьях об оценке системы подробно рассказывается, какие регуляторы компрессора позволяют потреблять кВтч в соответствии с потребностями системы. Получать электронный информационный бюллетень

Образование — ключ к успеху

Сжатый воздух — это не ракетостроение, но вам нужно знать некоторые основы, прежде чем вы сможете оптимизировать систему. Моя философия продаж всегда заключалась в том, чтобы быть консультантом и обучать конечного пользователя, а не просто быть продавцом. Если вы помогаете конечному пользователю решить проблему, этот человек гораздо более склонен покупать что-то у вас в будущем.Кроме того, образованный покупатель — это качественный покупатель.

За дополнительной информацией обращайтесь к Крису Даунсу, тел. (251) 510-2333.

Чтобы узнать больше о Pressure , посетите сайт www.airbestpractices.com/system-assessments/pressure.

Отправить отзыв и предложения

послать Закрывать

Спасибо за отзыв!

В нашу команду было отправлено письмо с вашим отзывом.

Произошла ошибка при обработке вашей информации.

Приносим извинения за неудобства и уведомили члена команды.

Закрывать

Rep Наши продукты

Вы заинтересованы в представлении CaptiveAire и продаже нашей продукции?
Заполните следующую форму, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

0/500

Какое у вас образование?

0/500

Какие территории продаж вас интересуют?

0/500

Какие продуктовые линейки вас интересуют?

0/1000

Есть ли у вас еще какие-нибудь комментарии?

послать Закрывать

Мы искали везде, но не смогли найти эту страницу.

Может быть, его поразил один из наших высокопроизводительных вытяжных вентиляторов.

Возможно, вы хотите перейти на главную страницу?

Отправить отзыв и предложения

послать Закрывать

Спасибо за отзыв!

В нашу команду было отправлено письмо с вашим отзывом.

Произошла ошибка при обработке вашей информации.

Приносим извинения за неудобства и уведомили члена команды.

Закрывать

Rep Наши продукты

Вы заинтересованы в представлении CaptiveAire и продаже нашей продукции?
Заполните следующую форму, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

0/500

Какое у вас образование?

0/500

Какие территории продаж вас интересуют?

0/500

Какие продуктовые линейки вас интересуют?

0/1000

Есть ли у вас еще какие-нибудь комментарии?

послать Закрывать

Мы искали везде, но не смогли найти эту страницу.

Может быть, его поразил один из наших высокопроизводительных вытяжных вентиляторов.

Возможно, вы хотите перейти на главную страницу?

Разница между давлением и расходом

Примечание редактора: этот пост был первоначально опубликован в 2017 году и был полностью обновлен для обеспечения точности, полноты и новой информации.

Когда дело доходит до систем сжатого воздуха, давление и расход — два самых распространенных термина, с которыми вы обязательно столкнетесь.Это верно независимо от того, начали ли вы исследование воздушных компрессоров или решили запросить расценки у поставщика сжатого воздуха! Давление и расход являются ключевыми показателями для систем сжатого воздуха, поскольку они помогают предприятиям рассчитать свои компрессоры для питания приложений с надлежащим объемом и скоростью потока воздуха, чтобы не тратить энергию впустую.

Что такое давление?

Давление — это мера силы, приложенной к определенной области, которая определяет способность компрессора выполнять определенный объем работы в любой заданный момент времени.Компрессор должен обеспечивать нужное давление или силу, необходимую для завершения процесса. Слишком низкое давление означает, что работа не будет выполнена, а слишком большое давление может повредить оборудование и вызвать неожиданные сбои.

Как измеряется давление?

Давление измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi). Например, 50 фунтов на квадратный дюйм будет означать, что на квадратный дюйм прилагается 50 фунтов давления. Чтобы проверить PSI вашей существующей системы, посмотрите на манометр на воздушном компрессоре — здесь будет отображаться давление в системе.

Что такое поток?

Расход — это мера объема, которая показывает производительность вашей компрессорной системы; это также считается способностью вашего компрессора продолжать выполнять определенную задачу. Необходимый объем потока зависит от продолжительности времени, необходимого для выполнения задачи. При недостаточном расходе компрессору потребуются перерывы для восстановления давления в резервном баке компрессора.

Как измеряется расход?

Расход измеряется в кубических футах в минуту (cfm) при определенном давлении и увеличивается прямо пропорционально приложенной мощности (л.с.).Таким образом, сравнивая небольшой компрессор, продаваемый в магазинах товаров для дома, с промышленным компрессором, расположенным на большом производственном предприятии, легко понять, почему промышленный компрессор может достигать гораздо более высокого CFM, чем меньший домашний компрессор.

Дополнительные сведения о HP, CFM и PSI можно найти здесь.

Как давление и расход работают вместе?

Теперь, когда мы знаем, что означают эти измерения компрессора, давайте посмотрим на взаимосвязь между ними.Цель состоит в том, чтобы обеспечить приложение надлежащим потоком воздуха (CFM) при правильном давлении (PSI). Допустим, нам нужно переместить 10-фунтовый блок по длинному столу. В то время как давления воздуха 100 фунтов на квадратный дюйм может быть недостаточно для перемещения блока, 115 фунтов на квадратный дюйм будет, поэтому важно знать минимальное давление, необходимое для вашего процесса. Слепое повышение давления может вызвать ненужное увеличение потребления энергии. Простое увеличение давления на 2 фунта на квадратный дюйм приводит к увеличению энергии, необходимой для поддержания того же воздушного потока, на 1 процент.

Airflow учитывает, как часто вам нужно перемещать 10-фунтовый блок по столу. Если блоку нужно перемещаться только на небольшое расстояние каждый час, то небольшой компрессор с небольшим воздушным резервуаром может удовлетворить эти требования. Однако, если ваше приложение требует, чтобы блок постоянно перемещался в течение многих часов, вам понадобится компрессор большего размера с более непрерывным потоком.

Остерегайтесь повышенного давления

Одна вещь, на которую стоит обратить внимание? Повышенное давление в вашей системе сжатого воздуха! Твердое представление о требуемом давлении и расходе для вашего приложения может быть затруднено, а это означает, что во многих случаях оборудование будет создавать избыточное давление; это означает, что они увеличивают давление в системе (PSI), чтобы обеспечить стабильную работу процессов.Однако это приводит к серьезным потерям энергии и высоким затратам на электроэнергию.

The Takeaway

Понимание давления и расхода поможет вам подобрать компрессор в соответствии с требованиями процесса, снизив при этом потребности в энергии, повысив производительность и снизив затраты на жизненный цикл. Не знаете, как определить характеристики вашей системы? Мы рекомендуем начать с аудита сжатого воздуха или обратиться к местному специалисту по сжатому воздуху. Мы всегда доступны на www.atlascopco.com/air-usa!

Расход воздуха, статическое давление и импеданс

Вы знаете, как пользоваться этим графиком?

Подобно кривой «скорость-крутящий момент» шагового двигателя, этот график показывает, как производители показывают производительность своих вентиляторов и откуда берутся данные о расходе воздуха и статическом давлении.

Некоторым покупателям это может показаться совершенно чужим. Многие клиенты, с которыми я имел дело в своей прошлой жизни в качестве инженера технической поддержки, выбирали вентиляторы на основе размеров и расхода воздуха.Однако необходимо более глубокое понимание, чтобы определить, как вентилятор на самом деле будет работать в реальной жизни.

В этом посте я буду обсуждать определения расхода воздуха в зависимости от статического давления, взаимосвязь между ними и важность импеданса.

Расход воздуха в зависимости от статического давления

В приведенной выше таблице технических характеристик вентиляторов « Макс. Расход воздуха » и « Макс. Статическое давление » указаны в качестве технических характеристик.

Воздушный поток — это объем воздуха, производимого вентилятором, измеренный во времени. В этом случае воздушный поток вентилятора измеряется в кубических метрах в минуту (м³ / мин) в метрических единицах или кубических футах в минуту (CFM) в британских единицах. Проще говоря, если у вас есть шкаф размером 5 футов x 5 футов x 5 футов и вентилятор, производящий 5 кубических футов в минуту, ему, вероятно, потребуется 25 минут, чтобы отвести горячий воздух в шкаф. (На самом деле это не так просто.)

Статическое давление — это давление воздуха, которое может создать вентилятор в корпусе.В этом случае статическое давление измеряется в паскалях (Па) или дюймах водяного столба (дюймы водяного столба ₂ O). Паскаль (Па) — производная единица измерения давления в системе СИ, используемая для количественной оценки внутреннего давления, напряжения и т. Д. Единица названа в честь Блеза Паскаля и определяется как один ньютон на квадратный метр. Дюймы водяного столба (дюймы водяного столба ₂ O) определяются как давление, оказываемое водяным столбом высотой 1 дюйм при определенных условиях. При температуре 4 ° C (39,2 ° F) чистая вода имеет самую высокую плотность (1000 кг / м³).При этой температуре и стандартном ускорении свободного падения 1 дюйм вод. Ст. ₂ O составляет приблизительно 249,082 паскалей.

Важно знать, что даже если указаны максимальные значения для воздушного потока и статического давления, вентилятор не будет выдавать оба максимальных значения одновременно.

Взаимосвязь между расходом воздуха и статическим давлением вентилятора показана на графике выше. Как видите, расход воздуха и статическое давление имеют отрицательную корреляцию. Когда воздушный поток увеличивается, статическое давление уменьшается; и когда статическое давление увеличивается, воздушный поток уменьшается.3 точки обозначают возможные сценарии, в которых будет выступать болельщик.

Чтобы визуализировать 3 сценария, вам, возможно, придется представить корпус электроники, вентилируемый вентилятором. Обратитесь к приведенному выше графику с 3 обозначенными точками 1), 2) и 3).

В примере 1) у нас есть корпус, который полностью открыт с одной стороны. Нет ничего, что препятствовало бы воздушному потоку от вентилятора, и весь воздушный поток выходит с другого конца. В этом примере создается сценарий, при котором будет происходить максимальный воздушный поток и у нас будет нулевое статическое давление.

В примере 2) у нас есть закрытый корпус, за исключением небольшого выпускного отверстия или выхода воздуха на другом конце. Размер выпускного отверстия меньше, чем размер отверстия для забора воздуха, что затрудняет прохождение воздуха. Постоянное скопление воздуха внутри шкафа, который не может выйти, увеличивает статическое давление внутри. Это создает сценарий, в котором поток воздуха ограничивается повышенным статическим давлением. Расход воздуха будет меньше максимального значения.

В примере 3) корпус полностью закрыт.В этом сценарии воздушный поток, поступающий в корпус, вызывает повышение статического давления, поскольку воздуху некуда выходить. После превышения нормативного статического давления, даже если вентилятор продолжает работать, высокое статическое давление больше не пропускает воздух. Другими словами, было достигнуто максимальное статическое давление, и объем воздушного потока упал до нуля.

В реальной жизни примеры 1) и 3) нереалистичны. В практическом примере вентиляции корпуса электроники большинство вентиляторов будут работать аналогично примеру 2). Однако для построения графика используется аналогичный метод (также известный как двухкамерный метод).

Плотность установки

Хорошо, теперь, когда мы понимаем поток воздуха и статическое давление на примере корпуса электроники, давайте сделаем его более реалистичным. В корпусе для электроники находятся критически важные электрические устройства, такие как ПЛК, источники питания и драйверы для управления движением в автоматизированных машинах. Поскольку это корпус с элементами, генерирующими тепло, вентилятор необходим для понижения температуры и поддержания работы электроники.Количество компонентов внутри корпуса определяет «плотность установки».

При меньшем количестве компонентов (низкая плотность установки) остается больше места для прохождения воздуха. Этот сценарий несколько похож на приведенный выше пример 1), где вентилятор производит большой воздушный поток.

Чем больше компонентов (высокая плотность установки), тем больше препятствий на пути воздушного потока. Этот сценарий будет аналогичен приведенному выше примеру 2), который является наиболее распространенным.В этом случае высокое статическое давление может снизить расход воздуха ниже его максимального значения.

Важность импеданса

Как определяются требования к фактическому расходу воздуха и статическому давлению? Ответ — сопротивление. Импеданс определяется как сопротивление воздушному потоку, и он может быть в форме электронных компонентов, стен или чего-либо, что препятствует прохождению воздушного потока. Фактический расход воздуха и статическое давление определяются импедансом.

Посмотрим, как это делается. Для большинства применений с принудительным воздушным охлаждением импеданс рассчитывается по «квадратичному закону», что означает, что статическое давление изменяется как квадратная функция изменений CFM.

P = KrQ ⁿ

где:

P = статическое давление
K = коэффициент нагрузки
r = плотность жидкости
Q = расход
n = постоянный; Пусть n = 2; аппроксимирующая турбулентную систему.

На графике ниже мы показываем 3 желтые линии для отображения 3 различных уровней импеданса (A, B и C).

Зеленая линия обозначает расход воздуха и статическое давление. Точка A соответствует высокому сопротивлению, а точка C — низкому сопротивлению. Фактический воздушный поток и статическое давление определяются там, где кривая импеданса (желтая) пересекает кривую рабочих характеристик (зеленая).

Иногда бывает сложно определить полное сопротивление системы.В этом случае можно с уверенностью предположить, что фактический воздушный поток будет примерно половиной максимального воздушного потока вентилятора, поэтому выберите вентилятор, который может производить вдвое больший воздушный поток.

Для успешного проектирования вентиляции шкафа, помимо выбора вентилятора, следует учитывать и другие факторы, такие как размер впускных / выпускных отверстий, расположение отверстий и размещение компонентов. В следующем видео мы используем дым, чтобы продемонстрировать, как на воздушный поток могут влиять различные конструкции корпуса, такие как разные диаметры всасывающих отверстий и использование разделителей.

Использование дополнительных принадлежностей, таких как фильтры, экраны или защитные кожухи для пальцев, может увеличить надежность и срок службы вентиляторов в пыльной или влажной среде, но они также повлияют на характеристики воздушного потока и статического давления.

На приведенном выше графике показаны данные о потерях давления, вызванных аксессуарами вентилятора для вентилятора размером 119 мм (4,69 дюйма). Фильтр вызывает наиболее значительную потерю давления, в то время как защита пальцев вызывает небольшие потери.	На приведенном выше графике показано, как характеристики могут измениться при установке аксессуаров на примере вентилятора MU1225S-21. Большая потеря давления приводит к большему снижению характеристик воздушного потока и статического давления.

Запросите технический семинар для вашей команды, чтобы узнать обо всех типах болельщиков.

Как измерить скорость и расход

В приложениях HVAC / R полезно понимать методы, используемые для определения скорости воздуха.Скорость воздуха (пройденное расстояние за единицу времени) чаще всего выражается в футах в минуту (FPM). Умножение скорости воздуха на площадь воздуховода позволяет определить объем воздуха, проходящего мимо определенной точки в воздуховоде за единицу времени. Объемный расход обычно измеряется в кубических футах в минуту (CFM).

Скорость воздуха измеряется путем измерения давления, создаваемого движением воздуха. Скорость также связана с плотностью воздуха с предполагаемыми константами 70 ° F и 29,92 дюймов ртутного столба.Двумя наиболее распространенными технологиями измерения скорости являются емкостные датчики давления и термоанемометры. Для измерения скорости необходимо знать два типа давления; общее давление и статическое давление. Оба могут быть измерены с помощью трубки Пито или усредняющей трубки. Давление скорости рассчитывается как разница между общим давлением и статическим давлением. Для измерения скоростного давления подсоедините трубку Пито или усредняющую трубку к датчику скорости и поместите трубку в воздушный поток воздуховода.Фактическая скорость требует либо математического расчета, либо откалиброванного датчика, который напрямую показывает скорость.

V = 4005 x квадратный корень (дельта P)

• Delta P = (изменение давления в дюймах вод.ст.)
• В = скорость (фут / мин)

Определение расхода воздуха заключается в умножении площади поперечного сечения воздуховода на скорость воздуха. Если размеры воздуховода известны, то можно легко определить площадь поперечного сечения и рассчитать объемный расход.Следует иметь в виду, что скорость воздуха не одинакова во всех точках воздуховода. Это верно, потому что скорость наименьшая на тех сторонах, где воздух замедляется трением. Чтобы учесть это, использование усредняющей трубки Пито с несколькими точками измерения будет более точно отражать среднюю скорость.

No related posts.