Какие газы используются в пневматической системе

Пневматика — Pneumatics

Пневматика (С греческого: πνεύμα пневма, означающее дыхание жизни) является ветвью инженерное дело который использует газ или сжатый воздух.

Пневматические системы, используемые в промышленность обычно питаются от сжатый воздух или сжатый инертные газы. Расположенный в центре и с электроприводом компрессор полномочия цилиндры, пневматические двигатели, пневматические приводы, и другие пневматический устройств. Пневматическая система, управляемая вручную или автоматически. соленоидные клапаны выбирается, когда он обеспечивает более низкую стоимость, более гибкую или более безопасную альтернативу электродвигатели и гидравлические приводы.

Пневматика также находит применение в стоматология, строительство, добыча полезных ископаемых, и другие области.

Содержание

Примеры пневматических систем и компонентов

на автобусов и грузовики на поезда для транспортных средств с пневматическим приводом системы, используемые в Нейрогастроэнтерология и для исследования электричества , способ прокладки кабелей в воздуховодах и пневмотехника , пневматическое зенитное оружие можно использовать для создания пневматических моделей

используется дорожными рабочими

Газы, используемые в пневматических системах

Пневматические системы в стационарных установках, таких как фабрики, используют сжатый воздух, потому что стабильная подача может быть обеспечена путем сжатия атмосферного воздуха. Из воздуха обычно удаляется влага, и в компрессор добавляется небольшое количество масла для предотвращения коррозии и смазки механических компонентов.

Пользователи с пневматическим приводом, подключенным к заводским установкам, не должны беспокоиться о ядовитой утечке, поскольку газ обычно представляет собой просто воздух. Небольшие или автономные системы могут использовать другие сжатые газы, которые представляют собой удушье опасность, например азот — часто упоминается как OFN (бескислородный азот) при поставке в баллонах.

Любой сжатый газ, кроме воздуха, представляет опасность удушья, включая азот, который составляет 78% воздуха. Сжатый кислород (около 21% воздуха) не задыхается, но не используется в устройствах с пневматическим приводом, потому что это пожароопасно, дороже и не дает преимущества в производительности по сравнению с воздухом.

Переносные пневматические инструменты и небольшие транспортные средства, такие как Войны роботов машины и другие приложения для любителей часто работают от сжатых углекислый газ, потому что контейнеры, предназначенные для его хранения, такие как газированная вода канистры и огнетушители легко доступны, а изменение фазы между жидкостью и газом позволяет получить больший объем сжатого газа из более легкого контейнера, чем требуется для сжатого воздуха. Двуокись углерода обладает удушающим действием и при неправильной вентиляции может стать причиной замерзания.

История

Истоки пневматики восходят к первому веку, когда древнегреческий математик Герой Александрии писал о своих изобретениях, приводимых в действие паром или ветром.

Немецкий физик Отто фон Герике (1602–1686 гг.) Пошли немного дальше. Он изобрел вакуумный насос — устройство, которое может откачивать воздух или газ из прикрепленного к нему сосуда. Он продемонстрировал вакуумный насос для разделения пар медных полусфер с помощью давления воздуха. Сфера пневматики за эти годы значительно изменилась. Он перешел от небольших портативных устройств к большим машинам, состоящим из нескольких частей, выполняющих разные функции.

Сравнение с гидравликой

И пневматика, и гидравлика являются приложениями мощность жидкости. Пневматика использует легко сжимаемый газ, такой как воздух или подходящий чистый газ, в то время как гидравлика использует относительно несжимаемую жидкую среду, такую ​​как масло. В большинстве промышленных пневматических систем используется давление от 80 до 100. фунтов на квадратный дюйм (550–690кПа ). В гидравлических приложениях обычно используется давление от 6,9 до 34,5 МПа (от 1000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм), но в специализированных приложениях может превышать 10000 фунтов на квадратный дюйм (69 МПа). [ нужна цитата ]

Преимущества пневматики

• Простота конструкции и управления—Машины легко проектируются с использованием стандартных цилиндров и других компонентов и управляются посредством простого двухпозиционного управления.
• Надежность—Пневматические системы обычно имеют длительный срок службы и не требуют значительного обслуживания. Поскольку газ сжимается, оборудование менее подвержено ударам. Газ поглощает чрезмерную силу, тогда как жидкость в гидравлике напрямую передает силу. Сжатый газ можно хранить, поэтому машины еще какое-то время работают в случае потери электроэнергии.
• Безопасность— Вероятность возгорания очень низкая по сравнению с гидравлическим маслом. Новые машины обычно допускают перегрузку до определенного предела.

Преимущества гидравлики

• Жидкость не поглощает подводимую энергию.
• Способен перемещать гораздо более высокие нагрузки и обеспечивать гораздо более высокие усилия из-за несжимаемости.
• Гидравлическая рабочая жидкость в основном несжимаема, что приводит к минимуму весна действие. Когда гидравлическая жидкость поток останавливается, малейшее движение груза снимает давление на груз; нет необходимости «стравливать» сжатый воздух, чтобы сбросить давление на груз.
• Высокая чувствительность по сравнению с пневматикой.
• Поставляет больше мощности, чем пневматика.
• Также может выполнять множество задач одновременно: смазка, охлаждение и передача мощности.

Пневматическая логика

Пневматические логические системы (иногда называемые управление воздушной логикой) иногда используются для управления производственными процессами, состоящими из основных логических блоков, таких как:

Единицы Единицы
• Релейные или бустерные блоки
• Блоки фиксации
• Единицы измерения таймера усилители без движущихся частей, кроме самого воздуха

Пневматическая логика — это надежный и функциональный метод управления производственными процессами. В последние годы эти системы в значительной степени были заменены электронными системами управления в новых установках из-за меньшего размера, более низкой стоимости, большей точности и более мощных функций цифрового управления. Пневматические устройства все еще используются там, где преобладают затраты на модернизацию или факторы безопасности. [1]

Пневматика

Пневматика (от греческого πνεῦμα pneuma «ветер, дыхание») — это отрасль техники, в которой используется газ или сжатый воздух .

Пневматические системы, используемые в промышленности , обычно работают от сжатого воздуха или сжатых инертных газов . Расположенный в центре , и электрический с питанием от компрессора полномочия цилиндров , воздушные двигателей , пневматические приводов и других пневматических устройств. Пневматическая система, управляемая ручными или автоматическими электромагнитными клапанами , выбирается, когда она обеспечивает более дешевую, более гибкую или более безопасную альтернативу электродвигателям и гидравлическим приводам .

Пневматика также применяется в стоматологии , строительстве , горнодобывающей промышленности и других областях.

Примеры пневматических систем и компонентов

на автобусах и грузовых автомобилях в поездах для транспортных средств с пневматическим приводом система , используемая в Neurogastroenterology и исследуют электроэнергии , способ прокладки кабелей в каналах и пневмоприводы , пневматическое зенитное оружие можно использовать для создания моделей пневматики

используемый дорожными рабочими

Газы, используемые в пневматических системах

Пневматические системы в стационарных установках, таких как фабрики, используют сжатый воздух, потому что устойчивое снабжение может быть обеспечено за счет сжатия атмосферного воздуха. Из воздуха обычно удаляется влага, и в компрессор добавляется небольшое количество масла для предотвращения коррозии и смазки механических компонентов.

Пользователи с пневматическим приводом, подключенным к заводским установкам, не должны беспокоиться о ядовитой утечке, поскольку газ обычно представляет собой просто воздух. Небольшие или автономные системы могут использовать другие сжатые газы, которые представляют опасность удушья , такие как азот, часто называемый OFN (бескислородный азот) при поставке в баллонах.

Любой сжатый газ, кроме воздуха, представляет опасность удушья, включая азот, который составляет 78% воздуха. Сжатый кислород (примерно 21% воздуха) не вызывает удушья, но не используется в устройствах с пневматическим приводом, поскольку он более дорог и опасен для возгорания и не дает преимущества в производительности по сравнению с воздухом.

Переносные пневматические инструменты и небольшие транспортные средства, такие как машины Robot Wars и другие устройства для любителей, часто работают от сжатого углекислого газа , потому что контейнеры, предназначенные для его хранения, такие как канистры с газовой струей и огнетушители, легко доступны, а фазовый переход между жидкостью и газом позволяет получить больший объем сжатого газа из более легкого баллона, чем требуется для сжатого воздуха. Двуокись углерода обладает удушающим действием и при неправильной вентиляции может стать причиной замерзания.

История

Истоки пневматики можно проследить до первого века, когда древнегреческий математик Герой Александрийский писал о своих изобретениях, которые приводились в действие паром или ветром.

Немецкий физик Отто фон Герике (1602–1686) пошел немного дальше. Он изобрел вакуумный насос — устройство, которое может откачивать воздух или газ из прикрепленного к нему сосуда. Он продемонстрировал вакуумный насос для разделения пар медных полусфер с помощью давления воздуха. Сфера пневматики за эти годы значительно изменилась. Он перешел от небольших портативных устройств к большим машинам, состоящим из нескольких частей, выполняющих разные функции.

Сравнение с гидравликой

И пневматика, и гидравлика являются приложениями гидравлической энергии . Пневматика использует легко сжимаемый газ, такой как воздух или подходящий чистый газ, тогда как гидравлика использует относительно несжимаемую жидкую среду, такую ​​как масло. В большинстве промышленных пневматических систем используется давление примерно от 80 до 100 фунтов на квадратный дюйм (от 550 до 690 кПа ). В гидравлических приложениях обычно используется давление от 6,9 до 34,5 МПа (от 1000 до 5000 фунтов на кв. Дюйм), но в специализированных приложениях может превышать 10 000 фунтов на квадратный дюйм (69 МПа). [ необходима цитата ]

Преимущества пневматики

• Простота конструкции и управления — машины легко проектируются с использованием стандартных цилиндров и других компонентов и работают с простым двухпозиционным управлением.
• Надежность. Пневматические системы обычно имеют длительный срок службы и не требуют значительного обслуживания. Поскольку газ сжимается, оборудование менее подвержено ударам. Газ поглощает чрезмерную силу, тогда как жидкость в гидравлике напрямую передает силу. Сжатый газ можно хранить, поэтому машины еще некоторое время работают в случае потери электроэнергии.
• Безопасность — вероятность возгорания очень мала по сравнению с гидравлическим маслом. Новые машины обычно допускают перегрузку до определенного предела.

Преимущества гидравлики

• Жидкость не поглощает подводимую энергию.
• Способен перемещать гораздо более высокие нагрузки и обеспечивать гораздо более высокие усилия из-за несжимаемости.
• Гидравлическая рабочая жидкость в основном несжимаема, что сводит к минимуму действие пружины . Когда поток гидравлической жидкости прекращается, малейшее движение груза снимает давление на груз; нет необходимости «стравливать» сжатый воздух, чтобы сбросить давление на груз.
• Высокая чувствительность по сравнению с пневматикой.
• Поставляет больше мощности, чем пневматика.
• Также может одновременно выполнять множество задач: смазка, охлаждение и передача мощности.

Пневматическая логика

Пневматические логические системы (иногда называемые воздушным логическим управлением ) иногда используются для управления промышленными процессами, состоящими из основных логических блоков, таких как:

Единицы Единицы
• Релейные или бустерные блоки
• Блоки фиксации
• Единицы измерения таймера Усилители Fluidics без движущихся частей, кроме самого воздуха

Пневматическая логика — это надежный и функциональный метод управления производственными процессами. В последние годы эти системы были в значительной степени заменены электронными системами управления в новых установках из-за меньшего размера, более низкой стоимости, большей точности и более мощных функций цифрового управления. Пневматические устройства все еще используются там, где преобладают затраты на модернизацию или факторы безопасности. [1]

2. Физические основы функционирования пневмосистем

Во всех элементах, приборах и системах пневмоавтоматики рабочей средой является предварительно сжа—тый в компрессоре воздух (в некоторых особых случаях применяют другие газы), который окружает нас в по-вседневной жизни. Воздух представляет собой газовую смесь, в основном состоящую из двух газов: азота N₂ 78.08%) и кислорода О₂ (20,95%). В небольших количествах в нем присутствуют инертные газы — аргон Аг, неон Ne, гелий Не, криптон Кr и ксенон Хе — и водород Н₂ (0,94%), а также диоксид углерода (углекислый газ) СО₂ (0,03%). Помимо этих газов воздух содержит некоторое непостоянное по величине количество водяного -ара (влаги).

Работа пневматических элементов основывается на использовании энергии сжатого воздуха, а также физи—ческих эффектов, возникающих при его движении. Законы, описывающие эти процессы, подробно изучаются в курсе механики жидкости и газа. Далее в этом разделе мы уделим внимание только основным газовым зако­нам.

2.1. Основные параметры газа

Давление. Если некоторое внешнее усилие воздействует на какой-либо замкнутый объем воздуха через подвижной элемент, например поршень, то в воздухе создается внутреннее давление, равномерно действую­щее на все поверхности, ограничивающие этот объем (рис. 2.1). Данное положение следует из закона Паскаля: давление, оказываемое на внешнюю поверхность жидкости (газа), передается всем точкам этой жидкости (газа) и по всем направлениям одинаково.

Рис. 2.1. Иллюстрация действия закона Паскаля

Значение внутреннего давления не зависит от формы объема, занимаемого воздухом, и определяется как результат деления модуля внешней силы на площадь поперечного сечения поршня:

Площадь поперечного сечения

Обычно в технической литературе используются следующие обозначения (латинскими буквами): давле­ние — р, сила — F, площадь — S. Таким образом, давление находят из соотношения

Поскольку в международной системе единиц СИ (см. приложение 1.1) единицей площади является м 2 , а единицей силы — Н (ньютон), то единицей измерения давления будет Н/м 2 . Эта единица носит название пас-каль и обозначается Па:

Давление может измеряться в различных существующих единицах (см. приложение I.2). Однако на практи­ке следует применять единицу измерения паскаль [Па], а также производные от нее, такие как килопаскаль [кПа], мегапаскаль [МПа] и т. п.; в виде исключения используют бар [бар]:

1 бар = 10 5 Па = 10 2 кПа = 0,1 МПа.

2. Физические основы функционирования пневмосистем

Давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность называют ат­мосферным давлением и обозначают р(атм). В каждой точке атмосферы атмосферное давление определяется весом вышележащего столба воздуха; с высотой его значение уменьшается. Атмосферное давление может меняться в зависимости от погодных условий и географического положения местности; на уровне моря его значение колеблется от 0,098 до 0,104 МПа (0,98 до 1,04 бар). Среднее значение р_атм составляет 0,101325 МПа (1,01325 бар).

В пневматических системах используют, как правило сжатый воздух, абсолютное значение давления р_абс которого в несколько раз превышает атмосферное давление. Для удобства отсчета уровня давления в технике пользуются понятием избыточного давления.

Избыточным давлением р(изб) называют превышение значением абсолютного давления воздуха значения атмосферного давления. Недостаток абсолютного давления относительно атмосферного называют вакуумет-рическим давлением или просто вакуумом р вак (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Системы отсчета величины давления

Приборы для измерения избыточного давления называют манометрами. За нулевую точку шкалы маномет­ров принимают атмосферное давление.

Для измерения вакуума используют вакуумметры, шкала которых проградуирована от 0 до -1 бар; вакуум­ная техника позволяет получить разрежение р_абс = 10

10 Па (10 5 бар). Приборы, позволяющие измерять и вакуум, и избыточное давление, называют мановакуумметрами. Существуют также манометры для измерения абсолютного давления, но их применяют только в специальных случаях. В теоретических расчетах всегда используют значение абсолютного давления.

Температура. Для измерения температуры существуют различные шкалы (см. приложение I.2), но в насто­ящее время применяют только две из них — термодинамическую и Международную практическую, градуиро­ванные соответственно в Кельвинах (К) и в градусах Цельсия (°С).

В Международной практической шкале 0 и 100°С являются соответственно температурами замерзания и кипения воды (так называемые реперные точки) при давлении 1,013 * 10 5 Па (1,013 бар).

Во все термо- и газодинамические зависимости входит термодинамическая температура Т, которую отсчи­тывают от абсолютного нуля температуры, представляющего собой такое ее теоретическое значение, при ко­тором газы не обладают упругостью, а объем их становится равным нулю.

Термодинамическая, или абсолютная, температура Т [К] и температура по Международной практической шкале t[°C] связаны соотношением Т= t + 273,15.

Плотность. Еще одним важнейшим параметром, характеризующим состояние газа, является плотность р [кг/м 3 ] — отношение массы вещества m [кг] к объему V[m 3 ], который эта масса занимает:

Удельный объем. Удельный объем v [м 3 /кг] — это величина, обратная плотности: v = Мр.

14

Какие газы используются в пневматической системе

Азот в виде газа в пневматических системах используется очень широко благодаря своей инертности и способности защищать любые материалы от окисления и гниения. Этот газ становится частью гидропневматических и пневматических узлов в медицинском оборудовании, летательных аппаратах и транспортных средствах, самых разных промышленных машинах и даже оружии.

История применения азота в пневматике

Азот был впервые выделен из воздуха в 1772 году англичанином по имени Резерфорд. Однако изначально газ никак не использовался в быту или промышленности, не смотря на то, что первые пневматические механизмы были созданы в 1760 году. Но лишь в 1954 году молодая на тот момент фирма SC Hydraulic Engineering стала использовать азот в пневматических механизмах, компрессорах и насосах.

Автомобили Citroen уже в 1954 году впервые были оснащены гидропневматической подвеской, в которой был задействован азот. Хотя многие жидкие газы на тот момент уже использовались в машиностроении, инженеры выбрали именно азот в газообразном виде за то, что он не способен взорваться и при этом является отличным упругим элементом.

Только в 80-х годах прошлого столетия стали выпускаться пневматические молоты с азотом в качестве энергоносителя. В них стоят специальные аккумуляторы, подающие газ в систему, которые позволяют создавать нужную силу удара. Такие молоты активно используются на одноковшовых экскаваторах для работы с твердым или мерзлым грунтом, бетоном.

В оружии азот также используют с 80-х годов, газовые пружины для пневматического оружия были введены в эксплуатацию компанией Theoben Engineering. И не смотря на то, что пневматическое оружие было изобретено очень давно, а оружие с газовым баллоном создано в 1607 году, азот в баллонах стал популярным после Второй Мировой войны.
Современное применение азота в пневматике

Интересной особенностью этого газа является его низкая температура в жидком виде. Азот в пневматических механизмах всегда газообразен, хотя и находится под давлением. Роль азота в таких механизмах состоит в том, что он, находясь в герметично закрытом пространстве, принимает на себя механическое давление и передает его следующей детали узла. То есть он используется так же, как рабочие жидкости, или даже в комплексе с ними.

Азот очень сложно выделить в чистом виде, поэтому он используется в виде смеси. Причем количество газа в такой смеси может составлять до 99, 999%, и она считается максимально чистой, или около 99,6% в техническом азоте. Разное оборудование имеет свои требования к чистоте газа.
Например, в медицинских инструментах пневматические узлы заполняются максимально очищенным азотом, так как технические требования к подобному оборудованию очень высокие. Для оружейного производства подходит и газ с небольшим количеством примеси.

Области использования азота в пневматике

В промышленности пневматические компрессоры, зажимы, усилители, клапаны и прочие агрегаты используются повсеместно. Гидропневматическая подвеска у автомобилей работает по такому же принципу. Элементы, которые заполнены жидкостью, разделяются с частями наполненными газом при помощи мягкой, но герметичной мембраны. Когда гидравлические цилиндры нагнетают жидкость в систему, давление передается газу, а он в свою очередь очень мягко передает его на жесткую часть подвески.

Азот используется некоторыми машиностроителями и в системе торможения. Очень низкая температура кипения азота делает его удобным в работе. В обоих случаях особую ценность имеет упругость газа. Благодаря ему любое усилие нивелируется по резкости, таким образом при его использовании в подвеске машина идет очень мягко и чутко реагирует на любые неровности дорожного покрытия. При торможении азот дает довольно большую чувствительность тормозам, делая процесс максимально плавным, но быстрым.

Газ активно используют в пневматическом оружии. Мягкая пневматика оснащается газопружинным блоком, который обеспечивает максимальную точность стрельбы в сравнении с другими схемами. Иногда азот также используют при наполнении газового баллона вместо обычного воздуха или CO2. Активно используют азот в пневматических узлах, действующих в медицинском оборудовании. Тут особо важны плавность движений агрегатов и безопасность газа на случай его утечки.

В чем преимущества азота в пневматических механизмах?

В первую очередь ценной является способность азота проявлять упругость при давлении на него в замкнутом пространстве. В то время как сжиженные газы требуют соблюдения строгого температурного режима, азот является более практичным решением. Он позволяет делать движения различных элементов пневматических систем более плавными и равномерными.

Следующим преимуществом газа является его инертность. Он не взрывается при сжатии или соединении с другими газами, поэтому в случае поломки пневматического механизма он не будет опасным. Он также не токсичен и не имеет запаха. Это существенное преимущество перед взрывоопасным кислородом и ядовитым углекислым газом.

Азот в чистом виде препятствует процессам окисления и гниения, за счет чего он в замкнутом пространстве пневмоконструкций защищает металлы от коррозии, да и другие материалы от разрушения. Это помогает продлить срок службы деталей, работающих в соприкосновении с газом. При впрыскивании в закрытое пространство азот вытесняет молекулы кислорода, который и участвует в окислительных процессах.

Несколько интересных фактов об азоте в пневматике

В пневматическом оружии этот газ довольно широко стали впервые применять японцы. После Второй мировой войны по соглашениям капитуляции в стране было запрещено обращение огнестрельного оружия, и производители стали предлагать своим покупателям точную имитацию боевых пистолетов и ружей с азотными пневматическими пружинами. Такие модели получили название мягкой пневматики.
Интересным является тот факт, что пневмоподвеска с азотом вместо сжатого воздуха активно используется как в грузовых автомобилях, так и в машинах бизнес-класса. В первом случае она позволяет при необходимости менять клиренс даже при большом весе грузов, а во втором дает бесшумный и плавный ход.

Азот разного качества, от технического до максимально чистого, реализуется компанией «DP Air Gas», занимающейся продажей и других газов и их смесей, а также обслуживанием и заправкой специализированного оборудования. Всю информацию по представленным маркам азота можно получить здесь.