Сжатый воздух — это воздух, находящийся под давлением , превышающим атмосферное . Сжатый воздух в шинах и амортизаторах транспортных средств обычно используется для улучшения тяги и снижения вибрации. Сжатый воздух является важным средством передачи энергии в промышленных процессах и используется для электроинструментов , таких как пневматические молотки , дрели , гаечные ключи и другие, а также для распыления краски, для работы воздушных цилиндров для автоматизации, а также может использоваться для приведения в движение транспортных средств. Тормоза, приводимые в действие сжатым воздухом, сделали большие железнодорожные поезда более безопасными и эффективными в эксплуатации. Пневматические тормоза также встречаются на больших дорожных транспортных средствах.
Сжатый воздух используется в качестве дыхательного газа подводными водолазами . Он может переноситься водолазом в баллоне высокого давления или подаваться с поверхности при более низком давлении через воздухопровод или водолазный шлангокабель . [1] Аналогичные устройства используются в дыхательных аппаратах, используемых пожарными, горноспасателями и промышленными рабочими в опасных атмосферах.
В Европе 10 процентов всей потребляемой в промышленности электроэнергии уходит на производство сжатого воздуха, что составляет потребление 80 тераватт-часов в год. [2] [3]
Промышленное использование сжатого воздуха по трубам для передачи электроэнергии было разработано в середине 19 века; в отличие от пара , сжатый воздух можно было передавать по трубам на большие расстояния без потери давления из-за конденсации. Ранним крупным применением сжатого воздуха было бурение туннеля Мон-Сенис в Италии и Франции в 1861 году, где установка сжатого воздуха на 600 кПа (87 фунтов на кв. дюйм) обеспечивала питание пневматических дрелей , значительно увеличивая производительность по сравнению с предыдущими ручными методами бурения. Пневматические дрели применялись на шахтах в Соединенных Штатах в 1870-х годах. Джордж Вестингауз изобрел воздушные тормоза для поездов, начиная с 1869 года; эти тормоза значительно повысили безопасность железнодорожных операций. [4] В 19 веке в Париже была установлена система труб для муниципального распределения сжатого воздуха для питания машин и работы генераторов для освещения. Первые воздушные компрессоры работали на паре, но в некоторых местах trompe мог напрямую получать сжатый воздух от силы падающей воды. [5]
Воздух для дыхания может храниться под высоким давлением и постепенно выпускаться по мере необходимости, как при подводном плавании с аквалангом , или производиться непрерывно для удовлетворения потребностей, как при поверхностном подводном плавании . Воздух для дыхания не должен содержать масла и других загрязняющих веществ; например, окись углерода в следовых объемных фракциях, которые могут быть не опасны при нормальном атмосферном давлении, может иметь смертельные последствия при дыхании сжатым воздухом из-за пропорционально более высокого парциального давления . Воздушные компрессоры, фильтры и системы подачи, предназначенные для дыхательного воздуха, как правило, не используются также для пневматических инструментов или других целей, поскольку требования к качеству воздуха различаются. [6]
Рабочие, строящие фундаменты мостов или других сооружений, могут работать в герметичном кожухе, называемом кессоном , где вода не может попасть в открытое дно кожуха, заполняя его воздухом под давлением. Еще в XVII веке было известно, что рабочие в водолазных колоколах испытывали одышку и рисковали задохнуться, что облегчалось впуском свежего воздуха в колокол. Такие рабочие также испытывали боль и другие симптомы при возвращении на поверхность, поскольку давление сбрасывалось. В 1691 году Дени Папен предположил, что время работы в водолазном колоколе можно продлить, если свежий воздух с поверхности постоянно нагнетать под давлением в колокол. К XIX веку кессоны регулярно использовались в гражданском строительстве, но рабочие испытывали серьезные, иногда смертельные, симптомы при возвращении на поверхность, синдром, называемый кессонной болезнью или декомпрессионной болезнью . Многие рабочие погибли от этой болезни на таких проектах, как Бруклинский мост и мост Идс , и только в 1890-х годах стало понятно, что рабочим следует проводить медленную декомпрессию, чтобы предотвратить образование опасных пузырьков в тканях. [7]
Воздух под умеренно высоким давлением, например, используемый при погружении ниже 20 метров (70 футов), оказывает возрастающее наркотическое воздействие на нервную систему. Азотный наркоз представляет опасность при погружении. Для погружения намного дальше 30 метров (100 футов) менее безопасно использовать только воздух, и часто используются специальные дыхательные смеси, содержащие гелий. [8]
В промышленности сжатый воздух используется настолько широко, что его часто считают четвертой по важности утилитой после электричества, природного газа и воды. Однако сжатый воздух стоит дороже, чем остальные три утилиты, если оценивать его на основе удельной энергии. [9]
_type_refrigerated_compressed_air_dryer.jpg/1280px-Two-stage_air_compressor_assembled_on_a_horizontal_tank_and_equipped_with_a_Joule-Thompson_(JT)_type_refrigerated_compressed_air_dryer.jpg)
Сжатый воздух используется для многих целей, в том числе:
Компрессорные помещения должны быть спроектированы с системами вентиляции для удаления отработанного тепла, вырабатываемого компрессорами. [12]
Когда воздух при атмосферном давлении сжимается, он содержит гораздо больше водяного пара, чем может удерживать воздух высокого давления. Относительная влажность регулируется свойствами воды и не зависит от давления воздуха. [13] После того, как сжатый воздух охлаждается, испаренная вода превращается в сжиженную воду. [14] [15]
Охлаждение воздуха на выходе из компрессора удалит большую часть влаги до того, как она попадет в трубопровод. Охладитель, резервуары для хранения и т. д. могут помочь сжатому воздуху охладиться до 104 °F; две трети воды затем превратятся в жидкость. [16]
Управление избыточной влажностью является обязательным требованием к системе распределения сжатого воздуха. Проектировщики систем должны обеспечить, чтобы трубопровод сохранял уклон, чтобы предотвратить накопление влаги в нижних частях системы трубопроводов. Сливные клапаны могут быть установлены в нескольких точках большой системы, чтобы позволить выдувать захваченную воду. Краны из коллекторов трубопроводов могут быть расположены в верхней части труб, чтобы влага не переносилась в ответвления трубопроводов, питающие оборудование. [17] Размеры трубопроводов выбираются таким образом, чтобы избежать чрезмерных потерь энергии в системе трубопроводов из-за избыточной скорости в прямых трубах в периоды пикового спроса, [18] или из-за турбулентности в фитингах труб. [19]
Медиа, связанные с Сжатый воздух на Wikimedia Commons