В каком случае газ в цилиндре: В каком случае газ в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большой внутренней

Содержание

Объемный и массовый расход газа

Расход газа – это количество газа, прошедшего через поперечное сечение трубопровода за единицу времени. Вопрос в том, что принять за меру количества газа. В этом качестве традиционно выступает объем газа, а получаемый расход называют объемным. Не случайно чаще всего расход газа выражают в объемных единицах (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.). Другой мерой количества газа является его масса, а соответствующий расход называется массовым. Он измеряется в массовых единицах (например, г/с или кг/ч), которые на практике встречаются значительно реже.

Как объем связан с массой, так и объемный расход связан с массовым через плотность вещества:
, где – массовый расход, – объемный расход, – плотность газа в условиях измерения (рабочие условия). Пользуясь этим соотношением, для массового расхода переходят к использованию объемных единиц (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.), но с указанием условий (температуру и давление газа), определяющих плотность газа.

В России применяют «стандартные условия» (ст.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 20°С. Помимо «стандартных», в Европе используют «нормальные условия» (н.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 0°С. В результате, получаются единицы массового расхода н.л/мин, ст.м3/ч и т.д.

Итак, расход газа бывает объемным и массовым. Какой из них следует измерять в конкретном применении? Как наглядно увидеть разницу между ними? Давайте рассмотрим простой эксперимент, где три расходомера последовательно установлены в магистраль. Весь газ, поступающий на вход схемы, проходит через каждый из трех приборов и выбрасывается в атмосферу. Утечек или накопления газа в промежуточных точках системы не происходит.

Источником сжатого воздуха является компрессора, от которого под давлением 0,5…0,7 бар (изб) газ подаётся на вход поплавкового ротаметра. Выход ротаметра подключен ко входу теплового регулятора расхода газа серии EL-FLOW, производства компании Bronkhorst. В нашей схеме именно он регулирует количество газа, проходящее через систему.

Далее газ подаётся на вход второго поплавкового ротаметра, абсолютно идентичного первому. При задании расхода 2 н.л/мин с помощью расходомера EL-FLOW первый поплавковый ротаметр дает показания 1,65 л/мин, а второй – 2,1 л/мин. Все три расходомера дают различные показания, причем разница достигает 30%. Хотя через каждый прибор проходит одно и то же количество газа.

Попробуем разобраться. Какая мера количества газа в данной ситуации остается постоянной: объем или масса? Ответ: масса. Все молекулы газа, попавшие на вход в систему, проходят через нее и выбрасываются в атмосферу после прохождения второго поплавкового ротаметра. Молекулы как раз и являются носителями массы газа. При этом удельный объем (расстояние между молекулами газа) в разных частях системы изменяется вместе с давлением.

Здесь следует вспомнить, что газы сжимаемы, чем выше давление, тем меньше объем занимает газ (закон Бойля-Мариотта). Характерный пример: цилиндр емкостью 1 литр, герметично закрытый подвижным поршнем малого веса. Внутри него содержится 1 литр воздуха при давлении порядка 1 бар (абс). Масса такого объема воздуха при температуре равной 20°С составляет 1,205 г. Если переместить поршень на половину расстояния до дна, то объем воздуха в цилиндре сократится наполовину и составит 0,5 литра, а давление повысится до 2 бар (абс), но масса газа не изменится и по-прежнему составит 1,205 г. Ведь общее количество молекул воздуха в цилиндре не изменилось.

Возвратимся к нашей системе. Массовый расход (количество молекул газа, проходящих через любое поперечное сечение в единицу времени) в системе постоянен. При этом давление в разных частях системы отличается. На входе в систему, внутри первого поплавкового ротаметра и в измерительной части расходомера EL-FLOW давление составляет порядка 0,6 бар (изб). В то время, как на выходе EL-FLOW и внутри второго поплавкового ротаметра давление практически атмосферное. Удельный объем газа на входе ниже, чем на выходе. Получается, что и объемный расход газа на входе ниже, чем на выходе.

Эти рассуждения подтверждаются и показаниями расходомеров. Расходомер EL-FLOW измеряет и поддерживает массовый расход воздуха на уровне 2 н.л/мин. Поплавковые ротаметры измеряют объемный расход при рабочих условиях. Для ротаметра на входе это: давление 0,6 бар (изб) и температура 21°С; для ротаметра на выходе: 0 бар (изб), 21°С. Также понадобится атмосферное давление: 97,97 кПа (абс). Для корректного сравнения показаний объемного расхода, все показания должны быть приведены к одним и тем же условиям. Возьмем в качестве таковых «нормальные условия» расходомера EL-FLOW: 101,325 кПа (абс) и температура 0°С.

Пересчет показаний поплавковых ротаметров в соответствии с методикой поверки ротаметров ГОСТ 8.122-99 осуществляется по формуле:

, где Q – расход при рабочих условиях; Р и Т – рабочие давление и температура газа; Q_С – расход при условиях приведения; Рс и Тс – давление и температура газа, соответствующие условиям приведения.

Пересчет показаний ротаметра на входе к нормальным условиям по этой формуле даёт значение расхода 1,985 л/мин, а ротаметра на выходе – 1,990 л/мин. Теперь разброс показаний расходомеров не превышает 0,75%, что при точности ротаметров 3% ВПИ является отличным результатом.

Из приведенного примера видно, что объемный расход сильно зависит от рабочих условий. Мы показали зависимость от давления, но в той же мере объемный расход зависит и от температуры (закон Гей-Люссака). Даже в технологической схеме, имеющей один вход и один выход, где отсутствуют утечки и накопление газа, показания объемного расходомера будут сильно зависеть от конкретного места установки. Хотя массовый расход будет одним и тем же в любой точке такой схемы.

Хорошо понимать физику процесса. Но, все же, какой расходомер выбрать: объемного расхода или массового? Ответ зависит от конкретной задачи. Каковы требования технологического процесса, с каким газом необходимо работать, величина измеряемого расхода, точность измерений, рабочие температура и давление, особые правила и нормы, действующие в Вашей сфере деятельности, и, наконец, отведенный бюджет. Также следует учитывать, что многие расходомеры, измеряющие объемный расход, могут комплектоваться датчиками температуры и давления. Они поставляются вместе с корректором, который фиксирует показания расходомера и датчиков, а затем приводит показания расходомера к стандартным условиям.

Но, тем не менее, можно дать общие рекомендации. Массовый расход важен тогда, когда в центре внимания находится сам газ, и необходимо контролировать количество молекул, не обращая внимания на рабочие условия (температура, давление). Здесь можно отметить динамическое смешение газов, реакторные системы, в том числе каталитические, системы коммерческого учета газов.

Измерение объемного расхода необходимо в случаях, когда основное внимание уделяется тому, что находится в объеме газа. Типичные примеры – промышленная гигиена и мониторинг атмосферного воздуха, где необходимо проводить количественную оценку загрязнений в объеме воздуха в реальных условиях.

Два основных принципа сжатия: объемное и динамическое

Поиск по вики-сайту о сжатом воздухе

Прежде чем вы узнаете о различных компрессорах и методах сжатия, сначала нам следует познакомить вас с двумя основными принципами сжатия газа. После этого мы сравним их и рассмотрим различные компрессоры в этих категориях.

Каковы два основных принципа сжатия?

Существует два общих принципа сжатия воздуха (или газа): сжатие возвратно-поступательным движением и динамическое сжатие. К первому типу относятся, например, возвратно-поступательные (поршневые) компрессоры, орбитальные (спиральные) компрессоры и различные типы ротационных компрессоров (винтовые, зубчатые, лопастные). При сжатии возвратно-поступательным движением воздух всасывается в одну или несколько камер сжатия, которые затем изолируются от входа. Постепенно объем каждой камеры уменьшается, и воздух внутри сжимается. Когда давление достигает расчетного коэффициента сжатия, открывается порт или клапан, и воздух выгружается в выпускную систему под действием постоянного уменьшения объема камеры сжатия.

При динамическом сжатии воздух вращается лопастями быстро вращающегося рабочего колеса компрессора и разгоняется до высокой скорости. Затем газ выпускается через диффузор, где кинетическая энергия преобразуется в статическое давление. К основным компрессорам с динамическим сжатием относятся турбокомпрессоры с осевой или радиальной схемой потока.

Что такое компрессоры с возвратно-поступательным движением?

Велосипедный насос демонстрирует простейшую форму сжатия с возвратно-поступательным движением, когда воздух втягивается в цилиндр и сжимается движущимся поршнем. Поршневой компрессор характеризуется тем же принципом работы и использует поршень, движение которого вперед и назад осуществляется с помощью шатуна и вращающегося коленчатого вала. Если для сжатия используется только одна сторона поршня, такой компрессор называется компрессором одностороннего действия.

Если используются верхняя и нижняя стороны поршня, компрессор осуществляет двойное действие.

Коэффициент давления представляет собой соотношение между абсолютными давлениями на входе и выходе. Соответственно, машина, которая всасывает воздух при атмосферном давлении (1 бар (а) и сжимает его до 7 бар избыточного давления, работает при коэффициенте давления (7 + 1)/1 = 8).

Схема компрессора для компрессоров с возвратно-поступательным движением

На двух графиках ниже показано (соответственно) соотношение давления и объема для теоретического компрессора и более реалистичная схема для поршневого компрессора. Рабочий объем — это объем цилиндра, в котором перемещается поршень на этапе всасывания. Объем камеры сжатия — это объем, расположенный под впускным и выпускным клапанами и над поршнем, который должен оставаться в верхней точке поворота поршня по механическим причинам.

Разница между рабочим объемом и объемом всасывания обусловлена расширением воздуха, оставшегося в объеме камеры сжатия перед началом всасывания. Разница между теоретической диаграммой p/V и фактической диаграммой обусловлена практической конструкцией компрессора, например, поршневого. Клапаны никогда не являются полностью герметичными, и между поршневой юбкой и стенкой цилиндра всегда присутствует утечка определенной степени. Кроме того, клапаны не могут полностью открываться и закрываться без минимальной задержки, что приводит к перепаду давления, когда газ протекает по каналам. Из-за такой конструкции газ нагревается при входе в цилиндр.

Работа компрессора с изометрическим сжатием:

Работа компрессора с изоэнтропическим сжатием:

Эти соотношения показывают, что для изоэнтропического сжатия требуется больше работы, чем для изотермического сжатия.

Что такое динамические компрессоры?

В динамическом компрессоре повышение давления происходит во время протекания потока газа. Протекающий газ разгоняется до высокой скорости с помощью вращающихся лопастей на рабочем колесе. Затем скорость газа преобразуется в статическое давление, когда газ вынужден замедляться при расширении в диффузоре. В зависимости от основного направления, используемого потоком газа, эти компрессоры называются радиальными или осевыми. По сравнению с компрессорами объемного типа динамические компрессоры имеют характеристику, при которой небольшое изменение рабочего давления приводит к значительному изменению скорости потока.

Скорость каждого рабочего колеса имеет верхний и нижний предел расхода. Верхний предел означает, что скорость потока газа достигает скорости звука. Нижний предел означает, что противодавление становится больше, чем давление компрессора, что говорит о возникновении обратного потока внутри компрессора. Это, в свою очередь, приводит к пульсации, шуму и опасности механического повреждения.

Сжатие в несколько ступеней

Теоретически, воздух или газ могут быть сжаты изоэнтропически (при постоянной энтропии) или изотермически (при постоянной температуре). Любой процесс может быть частью теоретически обратимого цикла. Если бы сжатый газ можно было использовать сразу после сжатия при его конечной температуре, процесс изоэнтропического сжатия имел бы определенные преимущества. В действительности воздух или газ редко используются непосредственно после сжатия и перед применением их обычно охлаждают до температуры окружающей среды. Следовательно, предпочтительным является процесс изотермического сжатия, поскольку он требует меньшего количества работы. Обычный практический подход к выполнению процесса изотермического сжатия включает охлаждение газа во время сжатия. При эффективном рабочем давлении 7 бар изоэнтропическое сжатие теоретически требует энергии на 37% больше, чем изотермическое сжатие.

Практический метод снижения нагрева газа состоит в том, чтобы разделить сжатие на несколько ступеней. Газ охлаждают после каждой ступени перед сжатием до конечного давления. Это также увеличивает энергоэффективность, причем наилучший результат достигается, когда каждая ступень сжатия имеет одинаковый коэффициент давления. При увеличении количества ступеней сжатия весь процесс приближается к изотермическому сжатию. Тем не менее, существует экономический предел для количества ступеней, которые может использовать конструкция реальной установки.

В чем разница между турбокомпрессором и компрессором с возвратно-поступательным движением?

При постоянной скорости вращения кривая давления/расхода для турбокомпрессоров существенно отличается от эквивалентной кривой для компрессора с возвратно-поступательным движением. Турбокомпрессоры — это машины с переменным расходом и переменной характеристикой давления. С другой стороны, компрессор объемного типа представляет собой машину с постоянным расходом и переменным давлением. Компрессор обеспечивает более высокое отношение давления даже на низкой скорости. Турбокомпрессоры рассчитаны на большой расход воздуха.

Другие статьи по этой теме

Что такое сжатый воздух?

Мы постоянно сталкиваемся со сжатым воздухом, но что это такое? Предлагаем вам войти в мир сжатого воздуха и познакомиться с основными принципами работы компрессоров.

Сжатие и транспортировка газов. Компрессоры и вентиляторы

В соответствии с характером действия, поршневые компрессоры могут быть одинарного (или простого) действия и двойного действия. В агрегатах простого действия, за один ход поршня осуществляется одно всасывание или нагнетание. В компрессорах двойного действия, за один ход поршня осуществляется два всасывания или нагнетания.

По количеству ступеней сжатия поршневые компрессоры делятся на три типа: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые. Ступенью сжатия принято называть часть компрессора, в которой газ сжимается до промежуточного или конечного давления.

Конструктивно, одноступенчатые компрессоры могут быть вертикальными или горизонтальными. Как правило, компрессоры с горизонтальной конструкцией являются машинами двойного действия, а компрессоры с вертикальной конструкцией относятся к агрегатам простого действия.

В одноступенчатом компрессоре простого действия с горизонтальным типом конструкции, поршень перемещается внутри цилиндра. Цилиндр оснащен крышкой, которая имеет всасывающий и нагнетательный клапаны. Поршень компрессора соединяется с шатуном и кривошипом. На валу кривошипа располагается маховик. В процессе хода поршня слева направо, в зоне между поршнем и цилиндром возникает разрежение. Разность давления в линии всасывания и цилиндре заставляет открываться клапан, в результате чего газ поступает в цилиндр. Когда поршень совершает обратное движение справа налево, всасывающий клапан закрывается, и газ в цилиндре сжимается до уровня давления p₂. Далее, через клапан газ вытесняется в линию нагнетания. Цикл завершается и повторяется снова.

Одноступенчатый компрессор двойного действия оснащен четырьмя клапанами (двумя всасывающими и двумя нагнетательными). Такие машины устроены сложнее, но уровень производительности у них в два раза выше. В целях охлаждения цилиндр и крышки могут оснащаться водяными рубашками. Чтобы увеличить показатель производительности данные машины могут изготавливаться многоцилиндровыми конструкциями. Одноступенчатые компрессоры с вертикальным типом конструкции являются более производительными и быстроходными, чем горизонтальные. Кроме того, они занимают меньшую производственную площадь и более долговечны.

Двухступенчатые компрессоры с горизонтальным типом конструкции, как правило, оснащены одним цилиндром и ступенчатым или дифференциальным типом поршня. Газ подвергается сжатию в цилиндре левой стороной поршня, после чего проходит сквозь холодильник и подается в цилиндр с другой стороны, где сжимается до уровня p₂.

Многоступенчатые конструкции оснащены цилиндрами, которые располагаются последовательно (система тандем) или параллельно (система компаунд). Существуют также оппозитные конструкции компрессоров, где поршни двигаются взаимно противоположно. Цилиндры в конструкциях данного типа располагаются по обе стороны вала.

Следует отметить, что реальный процесс сжатия газа в компрессоре отличается от теории. Так, между поршнем, когда он находится в крайнем положении и крышкой цилиндра есть некий свободный объем. Данный зазор носит название вредного пространства. В данном зазоре, по завершению нагнетания, сжатый газ расширяется при обратном ходе поршня. По этой причине всасывающий клапан открывается только после снижения уровня давления до уровня давлении на всасывании. Таким образом, поршень совершает холостое движение, что снижает производительность компрессора.

Что такое пропуски зажигания в цилиндрах

Говорят, велосипед изобретать бесполезно — все уже придумано до нас. Вот так и с двигателем внутреннего сгорания. Его постоянно совершенствуют, но принцип работы остается одинаковым уже много лет. И проблемы тоже. Cбои в работе силового агрегата касаются каждого, и в длинном списке возможных неприятностей не на последнем месте пропуски зажигания.

Чтобы понять, что такое пропуск зажигания, нужно разобраться с принципом работы цилиндров в двигателе. Если в двух словах, то энергия топлива превращается в силу движения именно в цилиндрах. Топливо там поджигается и заставляет цилиндры ходить по цилиндру. Во время пропуска зажигания топливно-воздушная смесь в одном или более цилиндрах разгорается отдельно от других или воспламенения вообще нет. Отказ одного цилиндра или нескольких резко снижает мощность мотора, увеличивая расхода топлива.

Признаки неисправности

При возникновении подобной проблемы мотор с карбюратором «троит», часто глохнет, а также ощущается потеря мощности. Топливо из «сломанного» цилиндра попадает в выхлопную систему. Запах горючего, характерные хлопки и выстрелы в глушителе свидетельствуют о наличии пропусков воспламенения.
Если двигатель инжекторный, неисправность легко заметить по аналогичным признакам и ощутимой тряске авто. Дополнительно ошибка сохраняется в памяти электронного блока управления и отображается в виде специального значка «check» на приборной панели. Иногда система автоматически отключает подачу топлива на «конфликтный» цилиндр.

Причины пропусков зажигания

Среди множества причин неправильной работы поджига основными считаются:

Выход из строя элементов системы зажигания — бронепровода, свечей зажигания, катушки или прерыватель-распределителя (трамблера в карбюраторных ДВС). Кроме того, при низких температурах в свечных колодцах возможно образование конденсата, который может стать причиной «пробивания» в блок.
Неисправности в топливно-воздушной системе могут быть связаны с забитыми грязью и отложениями инжекторными форсунками, воздушными и топливными фильтрами. Проявляются эти недуги в «троении» мотора на холостых оборотах, пропадающем после прогревания. Обрыв цепи отдельной форсунки в результате нестабильного электропитания также может нарушить топливоподачу.
Низкая компрессия во всех цилиндрах или ее неоднородное распределение свидетельствует об износе элементов цилиндро-поршневой группы или неполадках в работе газораспределительного механизма (ГРМ). В таком случае топливно-воздушная смесь сжимается с меньшим давлением, отчего и возникают сложности с воспламенением.
Некорректно отрегулированный зазор клапанов может привести к нарушению в процессе такта сжатия герметичности всей камеры. Отсутствие оптимального прилегания тарелки клапана к седлу, а также прогар клапана и станут причинами пропусков зажигания.
Плохое качество топлива, его утечка или низкое давление при подаче из-за неверной работы топливного насоса также могут стать основаниями для возникновения пропусков воспламенения. Для выявления проблемы необходимо проверить исправность регулятора давления в топливной рампе. Не менее важно убедиться в отсутствии утечки воздуха и попадания воды в топливный бак.
Сбой в работе электронного блока управления влечет за собой передачу некорректного сигнала датчиков на отключение форсунок. Поэтому двигатель начинает «троить», налицо пропуск зажигания. В таких случаях лучше проверить прошивку ЭБУ и датчики электронной системы управления двигателем.

Самостоятельная диагностика неисправности двигателя

Пропуски воспламенения могут возникать как на фоне нехитрого дефекта свечи, так и по причине выхода из строя целого узла силового агрегата. Для понимания происходящего с автомобилем важно знать, как определить пропуски зажигания. В зависимости от наличия в авто ЭБУ, диагностику можно проводить двумя способами.

Для автомобилей с электронным блоком управления

Выявить неисправность с помощью ЭБУ достаточно просто. Подключите автотестер с помощью разъема OBD и найдите расшифровку обнаруженных ошибок. Коды Р0301, Р0302, Р0303, Р0304 указывают на проблемы в одном из четырех цилиндров, бронепроводах, свечах или прокладках, связанных с ними в соответствии с последней цифрой шифра. Если тестер показывает ошибку Р0300, то проверить нужно всю систему в комплексе, включая фильтры и состав горючей смеси. О неполадках в форсунках говорят коды Р0201, Р0202, Р0203, Р0204 и т.д. (по числу цилиндров в силовом агрегате). Код Р0400 описывает проблему в выпускном коллекторе.

Отечественные модели зачастую оснащены ЭБУ старого поколения. Такую систему лучше поменять в авторизованных сервисных центрах на обновленную, совместимую с электроникой авто в целом. Современные блоки позволяют легко обнаружить пропуски зажигания в конкретных цилиндрах.

Для автомобилей без электронного блока управления

Диагностировать пропуск зажигания при отсутствии ЭБУ сложно. Поскольку из строя может выйти сразу пара цилиндров, проверять придется каждый из них вручную. Для осмотра состояния цилиндров и колец поршня необходимо демонтировать крышки клапанов. В процессе обследования важно также убедиться в работоспособности бронепроводов, свечей и деталей электроники.

Используйте омметр для измерения электрического активного сопротивления в высоковольтных проводах. Если значения недопустимы, провода необходимо заменить. Кроме того, следует проверить состояние бензонасоса и замерить показатели компрессии в цилиндрах. Мотор карбюраторного типа нуждается в особой диагностике непосредственно карбюратора.

Если своими силами причину неполадки машины обнаружить не удается, а пропуски зажигания все чаще дают о себе знать, лучше незамедлительно обратиться в официальный сервисный центр ГК FAVORIT MOTORS. Опытные мастера проведут компьютерную диагностику всех систем, устранят дефекты, произведут замену или ремонт неисправных деталей. Специалисты используют в работе только профессиональное оборудование, оригинальные запасные части и расходные материалы. Мы гарантируем высокое качество клиентского сервиса по доступным ценам.

Как работает ГБО и зачем переводить автомобиль на газ

Как работает ГБО и зачем переводить автомобиль на газ

ГБО — газобалонное оборудование, которое монтируют на автомобиль. В результате наряду с бензином в качестве топлива можно использовать газ — пропан, бутан или метан.

Что такое ГБО и как оно работает

Двигатели внутреннего сгорания работают на производных нефти — бензине или дизельном топливе, при этом бензиновый двигатель может работать и на газу. Для этого используется сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) или сжатый природный (метан). Чтобы в качестве топлива мотор использовал газ, на автомобиль устанавливают дополнительное оборудование — газобалонное (ГБО).

Дизельный мотор тоже можно переделать под газ, доработав механическую часть и понизив степень сжатия топливной смеси или частично замещая ДТ газом, но это не целесообразно для легковых автомобилей — такая экономия составит всего 20%.

С установкой ГБО в конструкции автомобиля практически ничего не меняется, разве что в топливную магистраль устанавливается электромагнитный клапан, который отключает подачу бензина. Газобалонное оборудование — дополнение, которое можно снять и выбросить в любой момент. После установки мотор сможет использовать и газ, и бензин. В основном на легковые автомобили устанавливают пропан-бутан.

ГБО устроено и работает проще, чем бензиновая система питания двигателя. Газ (пропан-бутан) хранится в сжиженном виде в герметичном баллоне под давлением. Баллон обычно установлен в багажнике. Мультиклапан на баллоне регулирует подачу газа, стравливая его по магистрали подачи в цилиндр.

Под давлением газ в виде жидкости поступает в редуктор, который подогревается антифризом из системы охлаждения. Электромагнитный клапан перед редуктором регулирует подачу газа. В редукторе газ испаряется до привычного газообразного состояния и поступает в смеситель через регулировочное устройство — дозатор.

Смеситель представляет собой железный элемент, который ставят перед дроссельными заслонками. Смеситель перемешивает газ с атмосферным воздухом — так готовится рабочая смесь. Затем смесь впрыскивается форсунками в цилиндры двигателя.

Переоборудование машины под ГБО важно доверять профессионалам, потому что помимо баллона в багажник приходится устанавливать дополнительное оборудование — комплекс датчиков и замера давления, рампу на цилиндры.

Как пользоваться ГБО

При установке ГБО на автомобиль переключатель газ-бензин выводится в салон, обычно его выносят на щиток приборов и устанавливают на три положения «газ», «бензин», «ничего». Соответственно водитель может перекрыть один или оба клапана.

При выключенном зажигании закрыты оба клапана — и на подачу бензина, и на подачу газа. В отдельных случаях ГБО самостоятельно прекратит подачу газа из баллона, если пропала искра зажигания.

На сегодняшний день вышло уже 6 поколений ГБО. Начиная с современных поколений 4 и 4+ электронный блок управления ГБО может управлять и бензиновым впрыском в цилиндры. То есть двигатель сам решает, когда какое топливо лучше использовать.

Переключатель ГБО в салоне позволяет водителю запустить двигатель на бензине, а затем переключиться на газ.

Переключение на газ происходит обычно на свободном участке дороги: водитель переводит переключатель в нейтральное положение и в момент, когда мотор выработал запас бензина и начинает глохнуть, включает положение «газ».

Переключение перед длительной стоянкой с газа на бензин происходит таким же образом.

Каждую тысячу километров (раз в 2-3 заправки) нужно сливать конденсат из редуктора, это простая операция — нужно только уточнить у установщиков местоположение винта (гайки) на редукторе.

Зачем устанавливают ГБО

Обычно автомобиль переводят на газ, чтобы экономить на топливе. Пропан-бутановая смесь стоит дешевле бензина практически вдвое, метан и того меньше.

Чтобы ожидания владельцев от установки ГБО оправдались, нужно ставить качественную газовую систему европейского производителя. Сама такая система и профессиональный монтаж с последующим техобслуживанием в лицензированной компании стоят немало. Поэтому важно считать окупаемость газобалонного оборудования.

Чем больше ездит автомобиль и чем выше расход топлива, тем более целесообразно поставить на неё ГБО. Перевод автомобиля на газ — долгосрочная инвестиция. В среднем при больших пробегах срок окупаемости газобалонного оборудования составляет год-два.

Кому нет смысла устанавливать ГБО:

владельцам малолитражек — динамика автомобилей с малым объёмом двигателя после перехода на газ существенно пострадает, а существенно сэкономить не получится за счёт изначально малого топливного расхода;
собственникам нового автомобиля — после установки ГБО, машина лишается гарантии на фирменное обслуживание;
водителям, которые мало ездят — переход на газ имеет смысл рассматривать при пробегах от 15-20 тыс. км в год, иначе сроки окупаемости оборудования составят несколько лет;
экономным экономистам — да, ГБО ставят, чтобы сэкономить. Но для корректной и безопасной работы важно выбрать современное надёжное оборудование, поставить его в специализированном сервисе, регулярно обслуживать, поменять регистрационные документы на машину и, помимо техосмотра, проходить ещё и регулярную диагностику ГБО. Всё это требует денег и внимания владельца. Если рассматривается вариант оборудования «по дешёвке» и смонтированного кое-как в гаражах, а вопрос с обслуживанием ГБО не рассматривается вовсе — от перехода на газ лучше отказаться, потому что в этом случае это экономия на безопасности своей и окружающих.

Когда ГБО необходимо:

большие пробеги — если владелец проезжает в год свыше 20 тысяч километров в год
высокий топливный расход — если расход бензина составляет от 8-9 литров на трассе и 11-12 литров в городе, это повод задуматься о ГБО
использование АИ-95 и АИ-98 — если автомобиль нужно заправлять бензином с высоким октановым числом, экономия на газу будет очевидна.

Наш опыт установки ГБО на разные автомобили говорит о том, что в последнее время растёт спрос на установку газа на дорогие паркетники и премиум-седаны с большим объёмом двигателя и внушительным топливным расходом.

Преимущества установки ГБО

Экономия на топливе. Да, расход газа по сравнению с бензином выше на 10-15%, но за счёт двукратной разницы в стоимости при больших ежегодных пробегах получится значительно сэкономить.

Посчитать экономическую выгоду от перевода автомобиля на газ из расчёта на 1 км пути можно по формуле (Х * (Y₁ — 1,2 * У₂)) / 100, где

Х — топливный расход машины, литрs бензина на 100 км пути
Y₁ — цена литра бензина
У₂ — цена литра сжиженного газа
1,1 — повышающий коэффициент, ведь расход газа будет в среднем на 10-20% выше, чем бензина

Разделив стоимость установки ГБО на полученную экономию с километра пути, получим срок окупаемости оборудования из расчёта пробега автомобиля.

Пример. Машина Андрея потребляет 14 литров АИ-95 на 100 км пути. Литр бензина стоит $0.77, литр пропана $0.42.
С установкой ГБО Андрей сэкономит (14 * (0.77 — 1,2 * 0.42)) / 100 = $0,037 на 1 километр пути.
Если Андрей поставит ГБО 4 поколения европейского производства ориентировочной стоимостью $750, окупаемость ГБО наступит через ($750 / $0,037) 20,27 тыс. км. Это примерный пробег авто за год.

Вместе с тем при расчёте окупаемости ГБО важно учесть и затраты на бензин, который мотор будет потреблять для запуска и прогрева, а также в режиме максимальных нагрузок.
Плюс траты на обслуживание ГБО: замена фильтров раз в 20 тыс. км (фильтр жидкой фазы) и 10 тыс. км (фильтр паровой фазы). Плюс единоразовая оплата внесения изменений в техпаспорт при оформлении газобалонного оборудования.

В свою очередь, установка ГБО позволит экономить на замене моторного масла, масляного и топливного фильтра из-за увеличения интервала обслуживания в полтора-два раза. Срок службы свечей зажигания увеличивается с установкой ГБО тоже.

Запас хода на одной заправке. За счёт параллельного использования газа и бензина суммарный пробег на одной заправке возрастает вдвое. Солидный запас хода пригодится в дальней дороге и позволит не заправляться в провинции или соседних странах.

Безотказность запуска двигателя. Даже если умер бензонасос, автомобиль с ГБО запустится. Бензонасос часто отказывает внезапно — и владелец остаётся без колёс. Но если машина переведена на газ, можно прогреть редуктор горячей водой и запустить двигатель на газе — этого хватит, чтобы добраться до сервиса своим ходом.

Экологичность. Использование газа в качестве топлива снижает уровень вредных выбросов в атмосферу. Газ экологичнее бензина в три раза, не содержит серы и присадок, как ДТ. По уровню токсичности ниже газа только электромоторы и водородные двигатели. Экологичность автомобилей ценится в Европе. Ограничения на въезд в определённые районы транспорта на «т
«тяжёлом» топливе не страшны автомобилям с ГБО.

Увеличение ресурса двигателя. Октановое число газа выше — порядка 110, он горит дольше и равномернее, чем бензин. Это значит, что ударные нагрузки на ЦПГ ниже, детонация в камере сгорания исключена. Износ деталей мотора с ГБО меньше на 30-45% по сравнению с бензиновым. Владельцы автомобилей на газу отмечают более мягкую плавную работу двигателя, снижение шума и вибраций.
Пропан-бутан подаётся в камеру сгорания в оптимальном газообразном состоянии и более равномерно смешивается с воздухом. За счёт этого детали ЦПГ испытывают меньшую нагрузку, а на стенках цилиндров не остаётся отложений и нагара. Моторное масло на «газовых» автомобилях чище, служит дольше. Защитная смазочная плёнка не смывается со стенок цилиндров, как это происходит с бензином.

А как насчёт недостатков?

В интернете полно легенд о ужасных последствиях перевода автомобиля на газ. Дискуссируют в основном диванные эксперты.
Типичные мнения — ГБО «убивает» двигатель, от него прогорают поршни и клапаны в цилиндрах; газ обязательно взорвётся; для перевода автомобиля на газ нужно перебрать полмашины и так далее.

На самом деле проблемы с дружбой газобалонного оборудования и ЦПГ моторов были во времена карбюраторов и ГБО первого поколения. Современным двигателям с ГБО поколения 4, 4+ бояться нечего при грамотной установке и настройках. За правильное приготовление смеси отвечает бензиновый контроллер и комплекс датчиков.

Взрывоопасность газа, сложность его обслуживания, вред двигателю и другую народную мифологию мы подробно рассматривали в статье «Пять мифов о вреде ГБО, которые мешают вам экономить». Рекомендуем к прочтению.

Среди установщиков ГБО и интересующихся есть выражение «подсел на газ». Подавляющее большинство автовладельцев после успешного опыта установки газа повторяют то же самое со всеми своими следующими машинами — и это, пожалуй, лучшая рекомендация.

Чтобы перевод автомобиля на газ оправдал ваши ожидания в полной мере, тщательно выбирайте производителя ГБО, доверяйте установку оборудования только специализированным аккредитованным сервисам и не забывайте время проходить техобслуживание баллонов каждые 10-15 тыс. км.

Работа газа. Методические материалы

Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (базового и профильного уровней).

Компьютерная программа является иллюстрацией по теме «Работа газа». Рассматривается совершение работы при изменении температуры газа, находящегося в сосуде с подвижным поршнем.

Краткая теория

Газообразные вещества способны значительно изменять свой объем. При этом силы давления совершают определенную механическую работу. Например, если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A’. В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу A = –A’. Если объем газа изменился на малую величину ΔV, то газ совершает работу pSΔx = pΔV, где p – давление газа, S – площадь поршня, Δx – его перемещение. При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна. В общем случае при переходе из некоторого начального состояния (1) в конечное состояние (2) работа газа выражается формулой:

или в пределе при ΔV_i → 0:

Работа с моделью

Модель может быть использована в режиме ручного переключения кадров и в режиме автоматической демонстрации ().

Рекомендации по применению модели

Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 10 классе по теме «Работа газа». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися, в каком случае газ совершает «положительную» работу, в каком случае «отрицательную».

Пример планирования урока с использованием модели

Тема «Работа газа»

Цель урока: ввести понятие работа газа, вывести формулу зависимости работы газа при постоянном давлении, рассмотреть графический способ определения работы газа.

№ п/п	Этапы урока	Время, мин	Приемы и методы
1	Организационный момент	2
2	Проверка домашнего задания по теме «Внутренняя энергия»	10	Индивидуальный опрос
3	Объяснение нового материала по теме «Работа газа»	20	Объяснение нового материала с использованием компьютерной модели «Работа газа»
4	Решение задач	10	Решение задач на доске
5	Объяснение домашнего задания	3

Таблица 1.

Примеры вопросов и заданий

Чему равна работа, которую совершают 2 моля идеального газа при изобарном нагревании на 3 К?
Идеальный газ в количестве ν = 1 моль совершает замкнутый круговой процесс, состоящий из двух изохор и двух изобар (см. рис.).
В цилиндре под поршнем находится некоторая масса воздуха. На его нагревание при постоянном давлении затрачено количество теплоты Q = 5 кДж. Определите работу, произведенную при этом газом. Удельная теплоемкость воздуха в процессе при постоянном давлении c_p = 1,0·10³ Дж/кг·К; молярную массу воздуха принять равной M = 29·10^–3 кг/моль.

В цилиндре под поршнем находится газ. Масса поршня 0,6 кг

Условие задачи:

В цилиндре под поршнем находится газ. Масса поршня 0,6 кг, его площадь 20 см². С какой силой надо действовать на поршень, чтобы объем газа в цилиндре уменьшился вдвое? Температура газа не изменяется, атмосферное давление нормальное. 5\) Па, $F-?$

Решение задачи:

Силы, приложенные к поршню, изображены на рисунке. В начале сила давления газа на поршень уравновешена силой тяжести поршня и атмосферным давлением. В конце, когда объем газа уменьшится вдвое, давление газа возрастет, и возникшую дополнительную силу необходимо уравновесить внешней силой $F$.

В этих двух случаях первый закон Ньютона записывается в таком виде:

\[\left\{ \begin{gathered}
{p_0}S = mg + {p_{атм}}S\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1) \hfill \\
{p_1}S = mg + {p_{атм}}S + F\,\,\,(2) \hfill \\
\end{gathered} \right.\]

Вычтем (2) из (1), тогда получим:

\[F = \left( {{p_1} – {p_0}} \right)S\,\,\,(3)\]

Теперь найдем взаимосвязь между начальным $p_0$ и конечным $p_1$ давлением. Известно, что температура газа не изменяется, т.е. имеем дело с изотермическим процессом, который описывается законом Бойля-Мариотта:

\[{p_0}{V_0} = {p_1}{V_1}\]

Поскольку объем газа в цилиндре уменьшиться вдвое, т. { – 4}} = 206\;Н = 0,2\;кН\]

Ответ: 0,2 кН.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Если Вам понравилась задача и ее решение, то Вы можете поделитесь ею с друзьями с помощью этих кнопок.

Сжатые газы — Опасности — Опасности: Ответы по охране труда

Воспламеняющиеся газы

Воспламеняющиеся газы, такие как ацетилен, бутан, этилен, водород, метиламин и винилхлорид, могут гореть или взорваться при определенных условиях:

Концентрация газа в пределах воспламеняемости: концентрация газа в воздухе (или в контакт с окисляющим газом) должен находиться между его нижним пределом воспламеняемости (LFL) и верхним пределом воспламеняемости (UFL) [иногда называемым нижним и верхним пределами взрываемости (LEL и UEL)].Например, LFL газообразного водорода в воздухе составляет 4 процента, а его UFL — 75 процентов (при атмосферном давлении и температуре). Это означает, что водород может воспламениться, если его концентрация в воздухе составляет от 4 до 75 процентов. Концентрация водорода ниже 4 процентов слишком «бедная», чтобы гореть. Уровень газообразного водорода выше 75 процентов слишком «богат», чтобы его можно было сжечь.

Диапазон воспламеняемости газа включает все его концентрации в воздухе между LFL и UFL. Диапазон воспламеняемости любого газа расширяется в присутствии окисляющих газов, таких как кислород или хлор, а также за счет более высоких температур или давлений.Например, диапазон воспламеняемости водорода в газообразном кислороде составляет от 4 до 85 процентов, а диапазон воспламеняемости водорода в газообразном хлоре составляет от 4,1 до 89 процентов.

Источник возгорания: для воспламенения горючего газа в пределах его воспламеняемости в воздухе (или окисляющем газе) должен присутствовать источник возгорания. На большинстве рабочих мест существует множество возможных источников возгорания, включая открытое пламя, искры и горячие поверхности.

Температура самовоспламенения (или воспламенения) газа — это минимальная температура, при которой газ самовоспламеняется без каких-либо очевидных источников воспламенения. Некоторые газы имеют очень низкие температуры самовоспламенения. Например, температура самовоспламенения фосфина 100 ° C (212 ° F) достаточно низка, чтобы его можно было воспламенить от паровой трубы или зажженной лампочки. Некоторые сжатые газы, такие как силан и диборан, являются пирофорными — они могут самовоспламеняться на воздухе.

Воспламенение может происходить с горючими газами. Многие горючие сжатые газы тяжелее воздуха. Если баллон протекает в плохо вентилируемом помещении, эти газы могут оседать и собираться в канализации, ямах, траншеях, подвалах или других низких местах.Газовый след может распространяться далеко от баллона. Если газовый след соприкасается с источником воспламенения, возникший пожар может вернуться в цилиндр.

Окисляющие газы

Окисляющие газы включают любые газы, содержащие кислород в концентрациях выше атмосферных (более 23-25 процентов), оксиды азота и газообразные галогены, такие как хлор и фтор. Эти газы могут быстро и бурно реагировать с горючими материалами, такими как:

органические (углеродсодержащие) вещества, такие как большинство легковоспламеняющихся газов, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, масла, смазки, многие пластмассы и ткани
мелкодисперсные металлы
прочие окисляемые вещества, такие как гидразин, водород, гидриды, сера или соединения серы, кремний и аммиак или соединения аммиака.

Это может стать причиной пожара или взрыва.

Нормальное содержание кислорода в воздухе — 21 процент. При немного более высоких концентрациях кислорода, например 25 процентов, горючие материалы, включая ткани для одежды, легче воспламеняются и горят намного быстрее. Пожары в атмосфере, обогащенной окисляющими газами, очень трудно потушить и могут быстро распространяться.

Опасно реактивные газы

Некоторые чистые сжатые газы химически нестабильны. При незначительном повышении температуры или давления или механическом ударе они могут легко подвергаться определенным типам химических реакций, таких как полимеризация или разложение.Эти реакции могут стать бурными и привести к пожару или взрыву. К некоторым опасно реактивным газам добавляются другие химические вещества, называемые ингибиторами, для предотвращения этих опасных реакций.

Обычными опасными реактивными газами являются ацетилен, 1,3-бутадиен, метилацетилен, винилхлорид, тетрафторэтилен и винилфторид.

Как безопасно работать с

Общие меры предосторожности

При перемещении баллонов надежно закрепите их на подходящем приспособлении для транспортировки баллонов.На месте закрепите цилиндр цепью или иным образом. Снимите колпачок клапана только после того, как баллон будет надежно установлен, затем проверьте клапан баллона и приспособление. Удалите грязь и ржавчину. Песок, грязь, масло или грязная вода могут вызвать утечку газа, если они попадут в вентиль баллона или газовое соединение.

Никогда не открывайте поврежденный клапан. Обратитесь к поставщику газа за советом.

Существует четыре стандартных типа выпускных отверстий для клапанов баллона, которые предотвращают переключение газового оборудования на несовместимые газы.Используйте только соответствующее оборудование для выпуска определенного газа из баллона. Никогда не используйте самодельные переходники или силовые соединения между выпускным отверстием клапана баллона и газовым оборудованием.

Независимо от того, является ли сжатый газ сжиженным, несжиженным или растворенным газом, поставщик газа может дать лучший совет по наиболее подходящему газоразрядному оборудованию и наиболее безопасному способу его использования для конкретной работы.

Как правило, не смазывайте клапаны цилиндров, фитинги или резьбу регуляторов, а также не наносите герметики и ленту.Используйте только смазочные материалы и герметики, рекомендованные поставщиком газа.

Баллоны, хранящиеся в холодных помещениях, могут иметь замерзшие клапаны. Используйте только теплую воду для размораживания клапана или перенесите баллон в теплое место и дайте ему оттаять при комнатной температуре.

Для открытия клапанов используйте только рекомендованные ключи или маховики. Никогда не используйте более длинные ключи и не изменяйте ключи, чтобы увеличить их кредитное плечо. Не используйте даже правильный ключ, если он сильно изношен. Не используйте трубные ключи или аналогичные инструменты для маховиков. Любая из этих операций может легко повредить седло клапана или шпиндель.

Всегда открывайте клапаны на всем газоразрядном оборудовании медленно. Быстрое открытие клапанов приводит к быстрому сжатию газа в каналах высокого давления, ведущих к седлам. Быстрое сжатие может привести к достаточно высоким температурам, которые могут вызвать выгорание седла регулятора и клапана. Многие аварии, связанные с окислительными газами, происходят из-за сгорания регулятора и седел клапана, обычно вызванного слишком быстрым открытием клапанов.

Не прилагайте чрезмерных усилий при открытии клапанов цилиндров — по возможности используйте не более трех четвертей оборота.Если возникнет проблема, клапан можно будет быстро закрыть. Когда клапаны открыты, оставляйте ключи на цилиндрах, чтобы их можно было быстро закрыть в аварийной ситуации. Некоторые клапаны баллона, например кислородные, имеют двойное седло. Эти клапаны должны быть полностью открыты, иначе они могут протечь.

Не прилагайте чрезмерных усилий при открытии или закрытии клапана баллона. При закрывании поверните его ровно настолько, чтобы полностью остановить поток газа. Никогда не закрывайте клапан силой.

Закройте вентили баллона, когда баллон фактически не используется.Не останавливайте поток газа из баллона, просто нажимая на регулятор. У регуляторов могут возникнуть утечки в седле, что приведет к повышению давления в оборудовании, прикрепленном к регулятору. Также, если клапан баллона остается открытым, посторонние предметы могут попасть в баллон, если давление в баллоне упадет ниже давления в подключенном оборудовании. Сначала закройте вентиль баллона, а затем закройте регулятор.

Сжиженные газы

Ручные клапаны обычно используются на баллонах, содержащих сжиженные газы.Также доступны специальные регуляторы расхода жидкости. Если необходимо удалить как жидкость, так и газ из баллона, обсудите это с поставщиком газа перед заказом. Некоторые баллоны со сжиженным газом имеют эжекторные трубки, которые позволяют отводить жидкость из баллона. Поставщик может предоставить подходящие баллоны и специальные инструкции.

Не удаляйте газ быстро. Давление в баллоне может упасть ниже необходимого уровня. В этом случае или если требуется быстрое удаление газа, следуйте советам поставщика газа.

Несжиженные и растворенные газы

Используйте автоматические регуляторы давления, чтобы снизить давление газа с высоких уровней в баллоне до безопасных уровней для конкретной работы.

Существует два основных типа автоматических регуляторов давления: одноступенчатые и двух- или двухступенчатые. Как правило, двухступенчатые регуляторы обеспечивают более постоянное давление в более точных условиях, чем одноступенчатые регуляторы. Иногда для несжиженных газов используются ручные регуляторы расхода. Можно добиться точного управления потоком, но оператор должен постоянно присутствовать.Ручные регуляторы потока не регулируются автоматически в зависимости от повышения давления в заблокированных системах.

Технические характеристики СУГ | АЙГАЗ

Технические характеристики сжиженного нефтяного газа

Что такое СНГ?

В просторечии известный как «баллонный газ», LPG (сжиженный нефтяной газ) является источником энергии, используемой для приготовления пищи, отопления и освещения. LPG — это газ без цвета и запаха. Однако специально добавлен особый запах, чтобы можно было легко обнаружить потенциальную утечку.СУГ получают путем переработки сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах или из природного газа и доставляют потребителям в стальных резервуарах. СНГ, который тяжелее воздуха из-за своей высокой плотности, представляет собой горючий газ на углеводородной основе. LPG — это общее название газов бутана и пропана и их смесей в разных пропорциях. В Турции СНГ, используемый в бытовых газовых баллонах, состоит из 70% бутана и 30% пропана.

Характеристики

Баллонный газ присутствует как в жидкой, так и в газовой форме.Когда устройство, подключенное к баллонному газу, начинает использоваться, газообразный СНГ в верхней части заканчивается. Сжиженный нефтяной газ на дне испаряется, чтобы заменить обедненный газ, используя тепловую энергию, которую он извлекает из окружающей среды. Поскольку LPG представляет собой сжиженный газ под давлением и имеет температуру кипения приблизительно 0 ° C, он находится в газообразном состоянии при комнатной температуре. LPG превосходит другие виды топлива, потому что его можно легко сжижать под давлением, удобно хранить и транспортировать в стальных баллонах, а также он может легко испаряться даже при низких температурах.

Является ли сжиженный нефтяной газ токсичным?

LPG — нетоксичный газ. Ни сжиженный нефтяной газ, ни содержащиеся в нем пропан и бутан не оказывают токсического воздействия на организм человека при вдыхании. Существует распространенное заблуждение, что LPG токсичен. Смертельные случаи из-за утечки сжиженного нефтяного газа происходят не потому, что сжиженный нефтяной газ токсичен, а потому, что он снижает количество кислорода в воздухе, поскольку он тяжелее воздуха.

Замерзает ли сжиженный газ?

Сжиженный нефтяной газ не может замерзнуть в нормальных условиях жизни из-за его химических свойств.Сжиженный нефтяной газ превращается в газ даже при 0 ° C за счет передачи тепловой энергии окружающей среде. В случаях, когда температура окружающей среды в месте, где расположен баллон, опускается ниже 0 ° C, для сжиженного нефтяного газа становится труднее закипеть, потому что он не может передавать достаточно энергии, и поскольку баллон пытается передать тепловую энергию от стенки баллона, водяной пар в воздухе сначала образует росу, а затем замерзает. Это явление, в просторечии известное как «замораживающий цилиндр», на самом деле представляет собой замерзание воды на стенках цилиндра.В этом случае баллон не может производить достаточное количество газа, и устройства, работающие на газе, не будут работать. Следовательно, правильное место использования баллонного газа — это хорошо вентилируемая среда при комнатной температуре.

Может ли газовый баллон взорваться?

Для обеспечения потока, необходимого подключенному устройству, сжиженный нефтяной газ в баллоне кипит с энергией, которую он забирает из окружающей среды, и превращается в газ. Давление баллонного газа колеблется от 2 до 3 бар в зависимости от температуры окружающей среды; однако рабочее давление в цилиндрах рассчитано на 17.5 баров. Если давление внутри баллона превышает 26,5 бар, открывается предохранительный клапан на баллоне и выпускается газ под высоким давлением, предотвращая дальнейшее повышение давления в баллоне и взрыв газа в баллонах. После изготовления цилиндры проходят испытание на сопротивление. Чтобы газ в баллонах взорвался, давление внутри баллона должно возрасти до очень высокого уровня (50 бар и выше), баллон должен оставаться в огне в течение определенного периода времени, или предохранительный клапан не должен открываться.На самом деле в большинстве сообщений о «взрывах баллонного газа» в средствах массовой информации имеется в виду взрыв газа, который выбрасывается в окружающую среду и вступает в контакт с источником огня, а не взрыв газового баллона. По этим причинам следует проявлять осторожность, чтобы убедиться, что баллоны, используемые в домах, прошли испытания на сопротивление и герметичность и что их предохранительные клапаны работают.

Опасен ли сжиженный газ?

Баллоны

для сжиженного нефтяного газа и устройства, работающие на сжиженном нефтяном газе, изготовленные в соответствии со стандартами, разработаны с учетом строгих стандартов безопасности и оснащены компонентами безопасности.В этом отношении СНГ так же безопасен, как и другие источники энергии, которые вы можете использовать в своем доме.

Как определить вес газа в баллоне

Обновлено 28 декабря 2019 г.

Кевин Бек

В зависимости от вашей работы или других аспектов вашего образа жизни вы можете время от времени или регулярно работать с баллонами под давлением, содержащими один или несколько видов газа. «Газ» в этом контексте не является сокращением от «бензин», а вместо этого относится к любому веществу в газообразном, а не в твердом или жидком состоянии.Одним из популярных примеров является углеводородное топливо пропан.

Иногда вам может потребоваться определить вес газа внутри баллона. Один из грубых способов сделать это — взвесить баллон, содержащий рассматриваемый газ, выпустить весь газ и снова взвесить баллон; разница в значениях будет массой газа, при условии, что воздух не может поступать в контейнер и добавить массу, которая нарушит расчет. Однако это было бы очевидной пустой тратой химических ресурсов.

Есть способ лучше? В самом деле, и он учит вас немного физике и химии в придачу.

Стандартный газовый баллон

Цель хранения сжатых газов в баллонах и других контейнерах проста: это позволяет транспортировать и хранить большее количество вещества в меньшем физическом объеме, чем это потребовалось бы, если бы рассматриваемый газ был разрешен. распространяться естественным образом, как и молекулы газа и другие частицы, составляющие воздух в атмосфере вокруг вас.

Это, к сожалению, влечет за собой компромисс: сжатие газов (то есть уменьшение их объема) влечет за собой пропорциональное увеличение давления, если все другие переменные, такие как температура, остаются постоянными. Это будет подробнее рассмотрено в следующем разделе.

Таким образом, газовые баллоны имеют внутреннее давление выше атмосферного, которое составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) у поверхности Земли. Вещества, которые они содержат, должны иметь температуру кипения ниже 20 градусов по Цельсию (68 градусов по Фаренгейту), чтобы считаться газами, иначе они останутся твердыми веществами при температуре выше «комнатной» или около того.

Закон идеального газа

Закон идеального газа гласит, что:

, где P — давление, V — объем, n — количество моль газа, R — постоянная и T — температура в Кельвинах (K). В ситуации, когда T и n постоянны, но P и V могут измениться, например, когда клапан открыт в газосодержащем баллоне, это означает, что продукт P и V является постоянным на протяжении всего процесса. В символах:

Расчет объема сжатого газа

Допустим, у вас есть баллон с азотом, хранящийся при нормальной температуре (20 ° C) и давлении (14,7 фунтов на квадратный дюйм), с маркировкой объемом 29,5 л и внутренним давлением 2200 фунтов на квадратный дюйм. Каков «естественный» объем газообразного азота?

Если бы газ был выпущен, он бы рассредоточился по окружающей среде, и его давление стало бы равным атмосферному давлению. Таким образом, вы можете использовать полученное выше соотношение, где P ₁ = 2200 фунтов на квадратный дюйм, V ₁ = 29.5 L и P ₂ = 14,7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы найти V ₂:

(2200) (29,5) / (14,7) = V ₂ = 4,415 л

Расчет массы газа: это масса цилиндр нужен?

Чтобы рассчитать массу этого объема газа, вам необходимо знать его плотность при нормальных условиях. Для получения этой информации обратитесь к странице, например, в ресурсах.

Азот (N ₂) имеет молекулярную массу 28,0 г / моль и плотность 1,17 кг / м ³ = 1.17 г / л при 20 C. Поскольку плотность равна массе, разделенной на объем, масса равна объему, умноженному на плотность; в данном случае:

(4415 л) (1,17 г / л) = 5,165 г = 5,165 кг

Это примерно 11,5 фунтов азота (1 кг = 2,204 фунта).

И, как видите, ответа на вопрос о массе цилиндра нет! Все, что вам нужно, это практические знания химии и немного настойчивости.

Закон об идеальном газе | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Сформулируйте закон идеального газа, используя молекулы и моль.
Используйте закон идеального газа для расчета изменения давления, температуры, объема или количества молекул или молей в заданном объеме.
Используйте число Авогадро для преобразования числа молекул в число молей.

Рис. 1. Воздух внутри воздушного шара, летящего над Путраджайей, Малайзия, горячее окружающего воздуха. В результате воздушный шар испытывает подъемную силу, толкающую его вверх. (Источник: Кевин По, Flickr)

В этом разделе мы продолжаем исследовать термическое поведение газов.В частности, мы исследуем характеристики атомов и молекул, из которых состоят газы. (Большинство газов, например, азот, N ₂, и кислород, O ₂, состоят из двух или более атомов. Мы в первую очередь будем использовать термин «молекула» при обсуждении газа, потому что этот термин также может применяться к одноатомные газы, такие как гелий.)

Газы легко сжимаются. Мы можем увидеть доказательства этого в Таблице 1 в Термическом расширении твердых тел и жидкостей, где вы заметите, что газы имеют наибольший коэффициент объемного расширения .Большие коэффициенты означают, что газы расширяются и сжимаются очень быстро при изменении температуры. Кроме того, вы заметите, что большинство газов расширяются с той же скоростью или имеют ту же β . Это поднимает вопрос, почему все газы должны действовать примерно одинаково, когда жидкости и твердые тела имеют сильно различающиеся скорости расширения.

Ответ заключается в большом разделении атомов и молекул в газах по сравнению с их размерами, как показано на рисунке 2. Поскольку атомы и молекулы имеют большие расстояния, силами между ними можно пренебречь, кроме случаев, когда они сталкиваются друг с другом во время столкновений. .Движение атомов и молекул (при температурах, значительно превышающих температуру кипения) происходит быстро, так что газ занимает весь доступный объем, и газы расширяются быстро. Напротив, в жидкостях и твердых телах атомы и молекулы расположены ближе друг к другу и весьма чувствительны к силам между ними.

Рис. 2. Как показано, атомы и молекулы в газе обычно широко разделены. Поскольку силы между ними на этих расстояниях довольно слабы, свойства газа больше зависят от количества атомов в единице объема и температуры, чем от типа атома.

Чтобы получить некоторое представление о том, как давление, температура и объем газа связаны друг с другом, рассмотрим, что происходит, когда вы закачиваете воздух в изначально спущенную шину. Объем шины сначала увеличивается прямо пропорционально количеству впрыскиваемого воздуха без значительного увеличения давления в шине. Когда шина расширилась почти до своего полного размера, стенки ограничивают объемное расширение. Если продолжать закачивать в него воздух, давление возрастает. Давление будет еще больше увеличиваться, когда автомобиль движется, а шины двигаются.Большинство производителей указывают оптимальное давление в шинах для холодных шин. (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. (a) Когда воздух нагнетается в спущенную шину, его объем сначала увеличивается без значительного увеличения давления. (b) Когда шина заполнена до определенной точки, стенки шины сопротивляются дальнейшему расширению, и давление увеличивается с увеличением количества воздуха. (c) Когда шина накачана, ее давление увеличивается с температурой.

При комнатной температуре столкновениями между атомами и молекулами можно пренебречь.В этом случае газ называется идеальным газом, и в этом случае связь между давлением, объемом и температурой задается уравнением состояния, называемым законом идеального газа.

Закон об идеальном газе

Закон идеального газа гласит, что PV = NkT , где P — абсолютное давление газа, V — объем, который он занимает, N — количество атомов и молекул в газа, а T — его абсолютная температура.Константа k называется постоянной Больцмана в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844–1906) и имеет значение k = 1,38 × 10 ⁻²³ Дж / К.

Закон идеального газа может быть выведен из основных принципов, но первоначально он был выведен из экспериментальных измерений закона Чарльза (объем, занимаемый газом, пропорционален температуре при фиксированном давлении), и закона Бойля (для фиксированной температуры, произведение PV является константой). В модели идеального газа объем, занимаемый его атомами и молекулами, составляет ничтожную долю от V . Закон идеального газа описывает поведение реальных газов в большинстве условий. (Обратите внимание, например, что N — это общее количество атомов и молекул, независимо от типа газа.)

Давайте посмотрим, как закон идеального газа согласуется с поведением заполнения шины, когда она накачивается медленно и температура постоянна. Сначала давление P по существу равно атмосферному давлению, а объем V увеличивается прямо пропорционально количеству атомов и молекул N , помещенных в шину.Когда объем шины остается постоянным, уравнение PV = NkT предсказывает, что давление должно увеличиваться пропорционально количеству N атомов и молекул .

Пример 1. Расчет изменений давления из-за изменений температуры: давление в шинах

Предположим, шина вашего велосипеда полностью накачана, с абсолютным давлением 7,00 × 10 ⁵ Па (манометрическое давление чуть менее 90,0 фунтов / дюйм ²) при температуре 18,0 ° C. Какое давление будет после того, как его температура повысится до 35,0ºC? Предположим, что нет заметных утечек или изменений объема.

Стратегия

Давление в шине меняется только из-за изменения температуры. Сначала нам нужно определить, что мы знаем и что хотим знать, а затем определить уравнение, которое нужно решить для неизвестного.

Известно начальное давление P ₀ = 7,00 × 10 ⁵ Па, начальная температура T ₀ = 18.0ºC, а конечная температура T _f = 35,0ºC. Мы должны найти конечное давление P _f. Как мы можем использовать уравнение PV = NkT ? На первый взгляд может показаться, что дано недостаточно информации, так как объем V и количество атомов N не указаны. Что мы можем сделать, так это использовать уравнение дважды: P ₀ V ₀ = NkT ₀ и P _f V _f = NkT _f. Если мы разделим P _f V _f на P ₀ V ₀, мы можем придумать уравнение, которое позволяет нам решить для P _f.

[латекс] \ displaystyle \ frac {P _ {\ text {f}} V _ {\ text {f}}} {P_0V_0} = \ frac {N _ {\ text {f}} kT _ {\ text {f}}} {N_0kT_0} \\ [/ латекс]

Поскольку объем постоянный, V _f и V ₀ одинаковы, и они компенсируются. То же самое верно для N _f и N ₀ и k , который является константой.Следовательно,

[латекс] \ displaystyle \ frac {P _ {\ text {f}}} {P_0} = \ frac {T _ {\ text {f}}} {T_0} \\ [/ latex]

Затем мы можем изменить это, чтобы решить для P _f: [латекс] P _ {\ text {f}} = P_0 \ frac {T _ {\ text {f}}} {T_0} \\ [/ latex] , Где температура должна быть в единицах кельвина, потому что T ₀ и T _f являются абсолютными температурами.

Решение

Преобразование температуры из Цельсия в Кельвин:

T ₀ = (18.5 \ text {Pa} \\ [/ latex]

Обсуждение

Конечная температура примерно на 6% выше исходной температуры, поэтому конечное давление также примерно на 6% больше. Обратите внимание, что абсолютное давление и абсолютная температура должны использоваться в законе идеального газа.

Установление соединений: домашний эксперимент — охлаждение воздушного шара

Надуйте баллон при комнатной температуре. Оставьте надутый баллон в холодильнике на ночь.Что происходит с воздушным шаром и почему?

Пример 2. Расчет количества молекул в кубическом метре газа

Сколько молекул содержится в типичном объекте, таком как газ в шине или вода в напитке? Мы можем использовать закон идеального газа, чтобы дать нам представление о том, насколько велик обычно N .

Вычислите количество молекул в кубическом метре газа при стандартной температуре и давлении (STP), которые определены равными 0ºC и атмосферному давлению.