Сколько литров воздуха в баллоне под давлением

Формула для расчета объема баллонов высокого давления

Несколько дней назад я столкнулся с интересной задачей выбора мембранного компрессора для подачи чистого азота на станок лазерной резки.

Станок лазерной резки потребляет примерно 20 Нм3/ч чистого азота, при этом минимальное рабочее давление должно составлять не менее 2 МПа изб (20 бар изб).

Клиент сначала использовал маслозаполненный поршневой компрессор с системами фильтрации и очистки азота от масла.

Но попадание масла приводило к выходу из строя лазера…

Перешли на работу с поршневым безмасляным компрессором, но качество этого компрессора подвело. Приходится постоянно ремонтировать…

Клиент решил рассмотреть вариант приобретения мембранного компрессора с производительностью 30 Нм3/ч и рабочим давлением до 3.0 МПа изб (30 бар изб).

Все вроде бы здорово, но стоимость мембранного компрессора модельного ряда Ковинт КСВД-М 2 «не вписывается» в бюджет.

Ну нет сейчас возможности купить мембранник.

Конечно, я мог бы развести руками и порекомендовать копить… 🙂

Но, анализируя данные по требуемой производительности и давлению, а также режим работы станка и его потребление, я подумал вот о чем…

Станок лазерной резки работает циклично, т.е. примерно 2 часа работает и потребляет азот непрерывно, после это «отдыхает».

Следовательно, есть вопрос:

Как обеспечить постоянную подачу азота 20 Нм3/ч и с давлением 2.0 — 3.0 МПа изб?

Можно купить компрессор с нужной производительностью и давлением 3.0 МПа изб, что потребует существенных вложений…

А можно установить баллоны высокого давления на 15.0 МПа (150 бар) или 20.0 МПа (200 бар), и оттуда подавать газ через редуктор на станок лазерной резки!

Грубый пример организации такого «стенда» вы можете увидеть на фотографии ниже или можете посмотреть отдельную статью на эту тему на этой странице .

В итоге наша задача по подбору компрессора и организации процесса подачи азота на станок лазерной резки разбивается на 2 части.

Часть №1 — Как рассчитать объем и количество баллонов, чтобы обеспечить безостановочную нормальную работу потребителя?

Часть №2 — Какой компрессор и с какими параметрами выбрать?

Как рассчитать объем и количество баллонов?

Для расчета объема баллонов рекомендую использовать простейшую формулу:

Формула расчета объема баллонов высокого давления

Q — потребление станка (Нм 3 /ч)

Vм 3 — объем заполняемой емкости перед станком (м 3 )

P2 — максимальное / конечное рабочее давление в баллонах (бар или МПа изб)

P1 — начальное рабочее давление в баллонах (бар или МПа изб). В нашем случае равно «20», так как это минимальное давление, при котором будет работать станок.

tчас — время, которое станок работает без остановки (час)

Формула расчета производительности компрессора

Итак, переходим к нашей задаче и подставляем нужные нам данные:

Получаем, что нам нужен суммарный объем 0.3 м3 или 300 литров.

Устанавливаем баллоны объемом 50 литров и давлением 150 / 200 бар (6 шт), которые обойдутся в 8000 — 9000 рублей / шт, редуктор, который будет стоить до 10 000 рублей / шт и делаем обвязку.

В итоге у вас получится примерно такая рампа:

Баллоны высокого давления

Компрессорная станция с баллонами высокого давления

Тем самым обеспечиваем стабильную работу станка на протяжении нужного нам времени.

Нужно, чтобы станок работал дольше?

Используете формулу, получаете нужное количество баллонов и устанавливаете их.

Это будет сильно дешевле, чем покупать компрессор…

Какой компрессор выбрать?

Точнее, с какой производительностью выбрать компрессор?

В этом вопросе все зависит от того, сколько ваш потребитель (в нашем случае, станок ларезной резки), будет «отдыхать».

Подставляете имеющиеся данные в формулу ниже и высчитываете требуемую производительность.

Формула расчета производительности компрессора

В нашем случае вместо модели Ковинт КСВД-М 2 я предложил использовать компрессорную станцию Ковинт КСВД-М 1, которая имеет меньшую производительность и стоит существенно меньше.

На этому у меня все.

Все вопросы, связанные с подбором компрессоров для подачи чистых газов потребителю (для станков лазерной резки и т.д.), можно обсудить с нашим специалистом, позвонив по телефону:

Также можно отправить запрос по электронной почте:

Прокомментировать эту статью или задать вопрос можно в форме ниже.

Расчет объема потребления газов в дайвинге RMV и SAC

Термины, обозначающие расход потребляемой дыхательной смеси:

RMV – respiratory minute volume – объем дыхания в минуту;

SAC – surface air consumption – потребление воздуха на поверхности.

Почему каждый дайвер должен знать свой расход дыхательной смеси (воздух, найтрокс, тримикс – в дальнейшем для упрощения — газ)? Ответ на этот вопрос очень прост. Для того, чтобы грамотно спланировать свое погружение и избежать возникновения ситуации, когда во время погружения газ внезапно закончился. Что для этого нужно? Процесс измерения потребления газа очень прост, но требует выполнения нескольких условий во время погружения. Для начала нужно понять, что расход газа в различных условиях плавания (глубина, течения, скорость передвижения и т.п.) будет различный. Чем больше физическая нагрузка на организм, тем больше CO2 выделяется и мы чаше дышим. Поэтому нужно произвести несколько замеров:

  • малая нагрузка (дрифт по течению, медленное передвижение);
  • средняя нагрузка (плавание без течения в среднем темпе);
  • большая нагрузка (плавание против течения или быстрый темп плавания).
Читать еще:  Унитаз подвесной с инсталляцией какой лучше выбрать

Во всех этих случаях нам нужно произвести замеры нашего потребления дыхательной смеси. Погружаемся на заранее спланированную глубину и, стараясь придерживаться ее как можно строже, производим записи следующих показателей – время, давление в баллоне, глубина. Для точности измерений желательно использовать половину от общего запаса газа для каждого замера. Т.е. все три замера возможно сделать за 3 погружения. В течении всего времени замера мы должны записывать показания приборов с интервалом 3-10 минут (зависит от условий погружения ). В результате вы получите такую табличку:

  • T – текущее время погружения, минуты,
  • P – давление в баллоне, бар,
  • D – текущая глубина, метры.

Далее мы должны высчитать, сколько воздуха выраженного в барах мы потребляем за минуту. T общ = (28-3) = 25 минут P сумм = (190-90) = 100 бар 100/25 = 4 бара/мин Далее нам нужно перевести это значение в литры. Зная объем нашего баллона (например, для замера мы погружались со стальным баллоном 12л) и количество истраченных бар мы можем получить значение в литрах. 4*12 = 48 литров/мин Но мы проводили наши замеры под водой, следовательно, вдыхали воздух под давлением окружающей среды. Нам нужен поверхностный расход для нашего планирования. Высчитываем среднюю глубину погружения. Dсредн = (15,3+15,7+15,1+14,9+15,2+15,0)/6 = 15,2 м P = (15.2/10)+1 = 2.52 ата Разделив наш расход на глубине на абсолютное давление на этой глубине, мы получим поверхностный расход воздуха в литрах. RMV = 48/2,52 = 19,04 литра.

Сделав три замера в различных условиях, мы будем иметь три разных значения, которые можно с успехом использовать для дальнейшего планирования наших погружений. Зная условия, в которых мы будем погружаться и глубину нашего погружения, нам не трудно будет посчитать на какое время нам хватит того или иного запаса газа. Зная это, мы можем более грамотно распланировать само погружение и избежать разочарований от недостигнутых целей. Например, у нас есть баллон с воздухом объемом 12 литров и давлением в 180 бар. Общий объем воздуха в литрах 180*12 = 2160 литров. Но для планирования мы должны сразу отбросить «неприкосновенный» запас газа в 28-35 бар, который нам может понадобиться в экстренных ситуациях. Итак (180-35)*12 = 1740 литров воздуха на погружение. Глубина предполагаемого погружения 25 метров. Погружение будет проходить в месте без течений. Точка входа и выхода в воду находятся в одном месте. Логично, что для совершения такого погружения половину от нашего свободного запаса газа мы потратим до точки разворота, а вторую на обратный путь. Давление потребляемого воздуха будет 25/10+1 = 3,5 ата тогда: 1740/2 = 870 литров. 870/(19,04*3,5) = 12,81 мин = 12 мин (все округления производим в меньшую сторону для увеличения безопасности) Следовательно, у нас есть 12 минут на дорогу до цели погружения и ее осмотри и 12 минут на возвращение. При расчете многоуровневых погружений, тоже можно достаточно точно высчитать наше потребление, разбив погружение на отдельные отрезки по глубине и времени.

Расчет газа в баллоне

Как рассчитать количество газа в баллоне:

Кислород

Параметры и размеры кислородных баллонов можно посмотреть по ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего для газов на Рр ≤ 19,7МПа». Наиболее популярными являются баллоны объемами 5, 10 и 40 литров.

По ГОСТ 5583-78 «Кислород газообразный технический и медицинский» (приложение 2), объем газообразного кислорода в баллоне (V) в кубических метрах при нормальных условиях вычисляют по формуле:

Vб — вместимость баллона, дм3;

K1 — коэффициент для определения объема кислорода в баллоне при нормальных условиях, вычисляемый по формуле

К1 = (0,968Р + 1) * *

Р — давление газа в баллоне, измеренное манометром, кгс/см2;

0,968 — коэффициент для пересчета технических атмосфер (кгс/см2) в физические;

t — температура газа в баллоне, °С;

Z — коэффициент сжигаемости кислорода при температуре t.

Значения коэффициента К1 приведены в таблице 4, ГОСТ 5583-78.

Посчитаем объем кислорода в самом распространенном баллоне в строительстве: объемом 40л с рабочим давлением 14,7МПа (150кгс/см2). Коэффициент К1 определяем по таблице 4, ГОСТ 5583-78 при температуре 15°С:

V = 0,159 • 40 = 6,36м3

Вывод (для рассматриваемого случая): 1 баллон = 40л = 6,36м3

Пропан-бутан

Параметры и размеры кислородных баллонов для пропана, бутана и их смесей можно посмотреть по ГОСТ 15860-84. В настоящее время применяются четыре типа данных изделий, объемами 5, 12, 27 и 50 литров.

При нормальных атмосферных условиях и температуре 15°С плотность пропана в жидком состоянии составляет 510 кг/м3, а бутана 580 кг/м3. Пропана в газовом состоянии при атмосферном давлении и температуре 15°С равна 1,9 кг/м3, а бутана — 2,55 кг/м3. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15°С из 1 кг жидкого бутана образуется 0,392 м3 газа, а из 1 кг пропана 0,526 м3.

Посчитаем вес пропанобутановой смеси в самом распространенном баллоне в строительстве: объемом 50 с максимальным давлением газа 1,6МПа. Доля пропана по ГОСТ 15860-84 должна быть не менее 60% (примечание 1 к табл.2):

50л = 50дм3 = 0,05м3;

Читать еще:  Нужно ли грунтовать стяжку перед укладкой ламината

0,05м3 • (510 • 0,6 + 580 •0,4) = 26,9кг

Но из-за ограничения давления газа 1,6МПа на стенки в баллон этого типа не заправляют более 21кг.

Посчитаем объем пропанобутановой смеси в газообразном состоянии:

21кг • (0,526 • 0,6 + 0,392 •0,4) = 9,93м3

Вывод (для рассматриваемого случая): 1 баллон = 50л = 21кг = 9,93м3

Ацетилен

Параметры и размеры баллонов для ацетилена можно посмотреть по ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего для газов на Рр ≤ 19,7МПа». Наиболее популярными являются баллоны объемами 5, 10 и 40 литров. Корпус ацетиленового баллона отличается от корпуса кислородного баллона меньшим размером.

При давлении 1,0 МПа и температуре 20 °С в 40л баллоне вмещается 5 – 5,8 кг ацетилена по массе ( 4,6 – 5,3 м3 газа при температуре 20 °С и 760 мм.рт.ст.).

Приближенное количество ацетилена в баллоне (определяется взвешиванием) можно определить по формуле:

Va = 0,07 • Е • (Р – 0,1)

0,07– коэф., который учитывает количество ацетона в баллоне и растворимость ацетилена.

Е – водяной объем баллона в куб.дм;

Р – давление в баллоне, МПа (давлении 1,9 МПа (19,0 кгс/см2) при 20 °С по ГОСТ 5457-75 «Ацетилен растворенный и газообразный технический»);

0,1 – атмосферное давление в МПа;

Вес 1 м3 ацетилена при температуре 0°С и 760 мм.рт.ст. составляет – 1,17 кг.

Вес 1 куб.м ацетилена при температуре 20°С и 760 мм.рт.ст. составляет 1,09 кг.

Посчитаем объем ацетилена в баллоне объемом 40л с рабочим давлением 1,9МПа (19кгс/см2) при температуре 20°С:

Va = 0,07 • 40 • (1,9 – 0,1) = 5,04м3

Вес ацетилена в баллоне объемом 40л с рабочим давлением 1,9МПа (19кгс/см2) при температуре 20°С:

Вывод (для рассматриваемого случая): 1 баллон = 40л = 5,5кг = 5,04м3

Двуокись углерода (углекислота)

Углекислота (по ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая») применяется как защитный газ для электросварочных работ. Состав смеси: СО2; Ar + CO2 ; Ar + CO2 + O2. Еще производители могут маркировать ее как смесь MIX1 – MIX5.

Параметры и размеры баллонов для ацетилена можно посмотреть по ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего для газов на Рр ≤ 19,7МПа». Наиболее популярными являются баллоны объемами 5, 10 и 40 литров.

При рабочем давлении углекислоты в баллоне 14,7 МПа (150 кгс/см2) коэффициент заполнения: 0,60 кг/л; при 9,8 МПа (100 кгс/см2) – 0,29 кг/л; при 12,25 МПа (125кгс/см2) – 0,47 кг/л.

Объемный вес углекислоты в газообразном состоянии равен 1.98 кг/м³, при нормальных условиях.

Посчитаем вес углекислоты в самом распространенном баллоне в строительстве: объемом 40л с рабочим давлением 14,7 МПа (150 кгс/см2).

Посчитаем объем углекислоты в газообразном состоянии:

24кг / 1,98 кг / м3 = 12,12м3

Вывод (для рассматриваемого случая): 1 баллон = 40л = 24кг = 12,12м3

Какое давление в баллончике для пневматики

Пневматическое оружие с использованием стандартных баллончиков с газом СО2 появилось относительно не так давно – примерно 50 лет назад. Этот тип источника энергии для пневматики тут же стал популярным и актуален по сегодняшний день из-за относительно высокой мощности, надежности и простоты эксплуатации.

Баллончики СО2 для пневматического оружия

Газовые баллончики CO2 применяются для многих моделей пневматического оружия. Источником энергии является сжиженная углекислота. Как правило, находится в металлических баллонах 12 г под давлением. Газ имеет двухфазное состояние, то есть находится газообразное и жидкое вещество. Некоторые зарубежные фирмы изготавливают баллоны CO2 под своими брендами:

В баллончике 80% жидкого газа и только 20% готового к использованию. Во время стрельбы с учетом выхода углекислоты жидкость в незначительном количестве переходит в газовое состояние и заполняет появившийся свободный объем. Углекислый газ трансформируется мгновенно, что дает возможность соблюдать быстрый темп стрельбы. При этом давление в баллончике не меняется, обеспечивая так одинаковую начальную скорость полета пули. И только в конце, после того как вся жидкость перейдет в газовое состояние, давление постепенно снижается. Это заметно на последних выстрелах.

У газовых баллончиков СО2 существует один значительный недостаток – влияние пониженных температур. При отрицательных показателях углекислота из жидкости переходит в газовое состояние. Так сильно снижается мощность выстрела пневматического оружия. То есть, хранить и применять такие баллончики СО2 нужно при положительных температурах.

Что относительно продолжительности эксплуатации баллончика, это будет зависеть непосредственно от модели пневматики. Чаще всего его хватает примерно 50-100 полноценных выстрелов.

Давление в баллончиках CO2 для пневматики

Газ CO2 не самый подходящий для пневматики, так как у него относительно невысокое давление, это обуславливает получение значительно меньших начальных скоростей, в отличие от применения сжатого воздуха. Углекислота намного тяжелей воздуха и обладает большой вязкостью, это тоже не увеличивает скорость полета шарика, если сравнивать разгон пули воздухом. В составе баллончика для пневматического оружия применяется углекислота, которая находится в нем под давлением приблизительно 6 атм.

Углекислота в целом имеет значительные отличия по характеристикам от воздуха. Так, в баллончике с углекислотой при температуре 21°С газ находится под давлением 814 PSI. Если сифон немного нагреть, то определенное количество газа из жидкого состояния трансформируется в газообразное, и будет иметь давление, которое соответствует полученной температуре.

Когда часть газообразного вещества выходит из баллончика, к примеру, во время стрельбы, то давление в баллончике постепенно снижается, это провоцирует испарение определенного количества жидкости. Но такое испарение потребует тепловых затрат, при этом тепло забирается из баллончика и углекислоты в обоих состояниях. То есть, происходит снижение температуры, одновременно с этим и понижение давления на то время, пока сифон заново не прогреется от внешней температуры.

Читать еще:  Почему не сверлится бетонная стена

Владельцы пневматического оружия постоянно хотят максимально мощно стрелять из своих пистолетов, то есть, ждать после выстрела, когда газовый баллончик заново прогреется – многих сильно раздражает. Приведенная в качестве примера температура в 21°С – усредненный показатель для теплого весеннего дня, при этом показателе давление газа составляет 814 PSI, это гораздо ниже давления сжатого воздуха, который используется в ПСП-оружии.

Другим недостатком при эксплуатации баллончиков с углекислотой считается неприменимость некоторых материалов в качестве уплотнительных прокладок, так как они хоть и удерживают воздух, но могут пропускать углекислоту. К примеру, O-образные прокладки впитывают углекислый газ и разбухают, это в результате может привести к заклиниванию подвижных механизмов с этими уплотнителями. Так, при использовании углекислоты самым подходящим материалом для изготовления прокладок считается полиуретан.

Зависит ли от температуры давление в баллончике

Углекислый газ подчиняется физическим законам, с учетом них можно определить, что у любого газа существует критическое состояние, которое характеризуется критическим давлением и критической температурой.

Критическая температура – это температура, выше которой испарения газа не могут перейти в жидкое состояние, ни при каком давлении. Критическое давление – давление, когда пропадает отличие между жидким и парообразным состоянием. В этом случае оба вещества одинаковые по своей плотности, их показатель равняется нулю.

Что это обозначает? Критическая температура у углекислоты равняется 31,2°С, а давление 74 атмосферы, это обозначает, что в баллончике при 31,2°С появляется давление равное 74 атмосферам, а углекислый газ приобретает критическое состояние и при этом температурном показателе расход СО2 во время стрельбы значительно повышается, поскольку через воздушный клапан выходит не чистый газ, а усредненное вещество между жидкостью и газом, которое имеет плотность 0,47 г/дм. куб. (у углекислоты плотность составляет – 1,99 г/см. куб.).

Причем начинается настолько сильное охлаждение, что в ствольном канале непосредственно из такого состояния углекислый газ приобретает твердое состояние, так называемый «сухой лед», и давление в ствольном канале значительно снижается, это обуславливает уменьшение начальной скорости полета шарика. Потому в жаркие дни первые выстрелы из пневматического пистолета (пока газовый баллончик не охладится ниже критической отметки) могут быть довольно слабыми, а расход углекислоты происходит намного больше, причем из пистолета можно наблюдать вылет частичек «сухого льда». Для нормальной стрельбы газовый баллончик необходимо охладить до + 21…23°С.

Так, можно сделать вывод, что для применения в пневматическом пистолете лучше подходит газовое вещество с критической температурой + 31…36°С и критическим давлением 210 атмосфер, нетоксичное и дешевое. Но газ с этими показателями еще неизвестен.

Воздух под давлением (140,8°С/37,3 атмосферы), естественно, удобен для РСР оружия, но в небольшом многозарядном пистолете его применение невозможно из-за значительных габаритов баллончика и снижение давления после каждого выстрела либо установки редуктора (который также имеет большие размеры). Потому для использования в пневматических пистолетах пока рассматривается только углекислый газ.

Немного о мифах. Первый и самый часто встречающийся: в заграничных газовых баллончиках давление намного больше, в отличие от российских. Это абсолютно неверно, при любых условиях давление в любом баллончике вне зависимости от объема и страны производителя будет постоянно одинаковое. Это будет зависеть от физических законов, а не от компании-изготовителя.

Следующее заблуждение: не редко в тирах можно услышать: «Установите мне новый баллончик, из этого уже кто-то стрелял». Неправильное суждение состоит даже не в отсутствии минимальных знаний законов физики, а в нежелании выслушивать какие-либо объяснения, даже учебные пособия не убеждают многих людей: «Я не знаю, что тут в книге написано, но стреляет пистолет слабо и все тут!». Для этих недоверчивых людей даже проводились специальные испытания, еще раз нужно сказать: пока в баллончике есть хоть капля жидкого газа, при равном температурном режиме, который не превышает критический показатель (31,2°С для углекислоты), давление в баллончике не изменяется. Снижение температуры во время стрельбы не настольно сильно его понижает, чтобы это увидеть невооруженным взглядом.

Правила хранения газовых баллончиков

Чтобы обеспечить высокую начальную скорость стрельбы и экономный расход углекислоты, лучше всего стрелять из оружия при температуре не меньше +6°С.

Основные правила хранения:

  • нельзя нагревать баллончик до температуры выше +55°С;
  • углекислота находится под давлением, во время нагревания есть опасность взрыва;
  • место хранения должно проветриваться;
  • место хранения должно быть недоступно для маленьких детей;
  • применять исключительно по назначению;
  • место должно быть защищено от прямых солнечных лучей.

Любая пневматика на углекислом газе потребует извлечения баллона после стрельбы. Какое количество времени пистолет может быть в заряженном состоянии, будет зависеть от модели и компании-изготовителя. По разной информации держать заряженным оружие можно 2-4 часа, но не больше суток. Многие держат баллон несколько месяцев, этого не стоит делать, так как портятся резиновые уплотнители в пистолете. Помимо того, перед тем как достать баллончик, нужно его полностью отстрелять вхолостую, иначе газ при выкрутке повредит прокладки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector