Что такое сжатый воздух и где его применяют?

Электрическая энергия – не единственный энергетический ресурс, применяемый при эксплуатации промышленного оборудования. Пневматический инструмент и агрегаты работают при помощи сжатого воздуха. Пневматику используют и для других целей в различных отраслях промышленности. В предлагаемом обзоре рассматривается, что такое сжатый воздух, его характеристики и условия получения, области применения.

Что такое сжатый воздух?

Воздух, которым дышат живые существа, — обычный газ, формирующий атмосферу планеты. Это не единая субстанция, а смесь разных компонентов, одними из основных из которых являются азот с кислородом. Но в общий состав включает более десятка химических элементов и соединений. При этом конечная формула отличается в различных регионах Земли и на разных высотных отметках.

Сжатым воздухом называют воздушную среду, искусственно уплотненную специальными установками, с нагнетанием в замкнутый объем, для последующего применения в производственных процессах и для функционирования пневматических устройств.

По мере сжатия, свойства воздуха изменяются следующим образом:

• возрастает температура, ввиду увеличения интенсивности движения молекул;
  
• увеличивается давление, кратно превышающее атмосферное;
  
• выделяется конденсат за счет аккумулирования влаги, которая содержится в естественной воздушной среде, в связи с увеличением концентрации жидкости.
  

Вместе с увлажнением, возрастает содержание пыли и загрязнений.

Сжатый воздух оценивают по следующим основным характеристикам:

• давлению (единицы измерения – бары или мегапаскали) – определяет интенсивность уплотнения; промышленные пневматические системы работают обычно при этом показателе от 0,4 до 1 МПа;
  
• сжимаемости – указывает на кратность сокращения объема при сжатии;
  
• плотности – количество (масса) уплотненного газа в соответствующем объеме;
  
• удельному весу – характеристика, обратная плотности;
  
• теплоемкости – способность накапливать тепло;
  
• вязкости – величина взаимного сопротивления перемещению различных слоев.
  

Для улучшения ряда параметров сжатый воздух подвергают фильтрации и другим видам дополнительной обработки для достижения должного качества состава.

Технологии получения сжатого воздуха

Один из основных источников получения сжатого воздуха – компрессоры. В зависимости от особенностей конструктивного устройства и принципа действия, предусмотрено применение следующих видов компрессорных агрегатов:

• поршневых – аналогично двигателю внутреннего сгорания, в конструкцию входит блок цилиндров, коленчатый вал и шатунно-поршневая группа, с распределением циклов за счет систематической работы клапанов;
  
• винтовых – сжатие происходит за счет вращения одного или двух винтов, заключенных в корпус;
  
• центробежных – агрегат нагнетает давление вращением турбины (как и в насосах для перекачивания воды).
  

Дополнительно можно отметить применение пластинчатых, роторных, мембранных и других компрессоров.

Агрегат нагнетает воздух окружающей среды, который проходит предварительную фильтрацию при пропуске через входной фильтр. Далее поток через выходную магистраль поступает для централизованного хранения в специальную емкость (ресивер), где уплотняется до заданного показателя давления.

Суть в том, что за счет сжатия, воздух обладает энергией, которую сообщает пневматическому оборудованию. В процессе подачи в технологический цикл для привода производственных установок состав проходит дополнительную обработку посредством магистрального фильтра, сепаратора или адсорбционного осушителя для очистки от твердых частиц, удаления излишков влаги и масла. Условия обработки могут отличаться, в зависимости от требований к эксплуатации соответствующих агрегатов. Этот регламент определяет ГОСТ 17433-80, устанавливающий классы очистки и содержание примесей в сжатом воздухе.

На многих предприятиях централизованно разводят систему трубопроводов для подачи в разные цеха и на производственные участки. Через установленные точки к этим линиям подключают пневматический инструмент и технологическое оборудование. В баллонах или баллончиках сжатый воздух можно применять для переносных устройств.

Применение сжатого воздуха в промышленности

Характерный пример выражения энергии сжатого воздуха можно проследить на воздушном шарике. Если его как следует надуть, зажав, а затем отпустив клапан, шар начнет быстро перемещаться под реактивным воздействием выходящего воздушного потока.

Это свойство сжатого воздуха часто используется в следующих сферах промышленного производства и быта:

• для пневмопочты на предприятии для транспортирования по замкнутой линии определенных предметов;
  
• в приводе пневматических машинок, отбойных молотков и другого ручного инструмента;
  
• в технологических процессах газоразделения для получения сжиженного азота, кислорода, других составов;
  
• для пескоструйной обработки, окраски автомобильной техники, воздушных и водных судов, прочего оборудования;
  
• в пневматическом оружии в различных видах спорта;
  
• в быту – для чистки компьютеров, другой техники;
  
• на буровых установках, станках, конвейерах;
  
• для наддува в двигатели внутреннего сгорания;
  
• для удаления пыли при обдуве с целью чистки спецодежды работников или технических устройств на производстве;
  
• в нагревательных печах, чтобы создать условия для увеличения интенсивности горения, и пр.

Целесообразность применения сжатого воздуха в различных отраслях промышленного производства объясняется такими свойствами этого источника энергии:

• безопасностью – это особенно актуально для оборудования, которое находится во взрыво — и пожароопасной среде, при повышенной влажности или температуре окружающей среды, когда использование электрических установок или инструмента не представляется возможным;
  
• удобством в работе – пневматические агрегаты не перегреваются, обладают меньшим весом по сравнению с аналогичными средствами, работающими на электричестве;
  
• экономичностью, что сокращает производственные расходы для производителя ввиду снижения себестоимости технологического процесса;
  
• экологичностью, поскольку сжатый воздух не загрязняет окружающую среду, как двигатели внутреннего сгорания.
  

Из недостатков стоит отметить сложность процесса сжатия воздушных масс, что требует применения соответствующего оборудования.

Экономические и экологические аспекты использования сжатого воздуха

Для сокращения производственных расходов при использовании оборудования, работающего на сжатом воздухе, важно применять энергоффективные установки с высоким КПД. Такие агрегаты экономно расходуют энергию за счет снижения сопротивления при вращении узлов, рационального расчета конфигурации приводных механизмов.

Применение пневматических устройств не оказывает неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Но при сжатии воздуха применяется оборудование, которое может производить выбросы отработанных газов, что неблагоприятно отражается на экологической обстановке. Для минимизации негативного воздействия важно использовать установки, работающие не на сгораемом топливе, например, на электричестве, гидравлике или других экологически безопасных источниках.

Заключение

Сжатый воздух – ценный энергетический ресурс, который востребован в различных отраслях промышленного производства. Универсальность, эффективность, экологическая безопасность и другие плюсы этого источника энергии позволяют сократить текущие расходы. Но производство сжатого воздуха сопряжено с определенными технологическими сложностями и требует комплексного подхода для обеспечения заданных характеристик получаемого состава.

Часто задаваемые вопросы

1. Почему сжатый воздух такой дорогой?

Цена сжатого воздуха складывается из расходов на эксплуатацию оборудования, необходимого для сжатия воздушной среды, в основном – электроэнергию. Если покупать у посредников, стоимость еще более возрастает. Для сокращения расходов на предприятиях стоит оборудовать собственные компрессорные установки, чтобы не закупать этот ресурс на стороне.

2. Какая польза от сжатого воздуха?

Сжатый воздух является экологически безопасным, удобным, универсальным и эффективным источником энергии для приведения в действие различного оборудования.