Повышение работоспособности сжатого воздуха его нагревом перед использованием

Мощность пневмомеханизмов, N_м, кВт, вырабатывающих механическую энергию, прямо пропорциональна удельной работоспособности сжатого воздуха:

, (14.1)

где G_в, – массовый расход воздуха в механизме, кг/с.

Удельная работоспособность воздуха l_в, кДж/с, может быть вычислена по уравнению изоэнтропного расширения с учетом внутреннего относительного КПД механизма:

, (14.2)

где P₁, МПа и T₁, К – параметры сжатого воздуха на входе в механизм; P₂ – конечное давление расширения, МПа; R=0,287 кДж/(кг×К) – газовая постоянная для воздуха.

Из уравнений (14.1) и (14.2) видно, что при неизменной мощности механизма N_м массовый расход воздуха G_в, а следовательно, и расход энергии на его производство, находятся в прямой зависимости от его температуры T₁.

Производительность пневматических машин и инструментов, использующих потенциальную энергию сжатого воздуха, зависит от объема поступающего в цилиндры воздуха и не зависит от его температуры. Предварительный подогрев воздуха увеличивает его объем и уменьшает расход по массе.

Уменьшение массового расхода в таких механизмах (кузнечные молоты, подъемники, молотки, дрели, фортуны и др.) может быть вычислено по соотношению

(14.3)

Здесь одним штрихом помечены параметры воздуха до нагрева, двумя штрихами – параметры после нагрева.

В пневматических аппаратах, использующих кинетическую энергию сжатого воздуха (сопла для обдувки, пескоструйные и дробеструйные аппараты, утечки), уменьшение расхода сжатого воздуха по массе можно определить аналогично с помощью уравнения расхода [9]:

, (14.4)

где F – площадь поперечного сечения сопла (отверстия); y(l) – газодинамическая функция расхода; m – постоянный коэффициент; P₁, T₁ – параметры сжатого воздуха перед соплом (отверстием).

Тогда относительную экономию сжатого воздуха при его нагреве можно вычислять по соотношению

. (14.5)

Например, при подогреве сжатого воздуха от t₁=40 °C до t₂=120 °C расход воздуха на работу пневматических машин и инструментов уменьшается на 25,5 %, а расход сжатого воздуха на работу сопел и утечек уменьшится на 14 %.

Степень подогрева воздуха должна определяться условиями работы, применяемыми материалами и смазками механизмов. Однако учитывая, что при расширении воздух значительно охлаждается, то средняя температура ручного инструмента, например, не превысит 40 °C при предварительном его нагреве до 95 °C.

Экономия электроэнергии при производстве сжатого воздуха прямо пропорционально экономии этого воздуха при его использовании:

(14.6)

так как затраченная мощность в компрессоре прямо пропорциональна его массовой производительности (см. (6.9)).