Рабочее давление это абсолютное или избыточное

Одной из основных величин в котельной практике является давление. Наравне с температурой, этот параметр обязателен для контроля, при эксплуатации любой котельной установки.

Давление- это действие газа (жидкости) на стенки сосуда или сила, которая приходится на единицу поверхности, воспринимающей удары молекул данного газа (жидкости). В физике давление обозначается латинской буквой Р и рассчитывается по формуле (1):

где F – направленная сила, а S – единица площади на которую воздействует данная сила.

Различают атмосферное, избыточное и абсолютное давление.

Атмосферным называют давление воздуха (атмосферы (рисунок 6)) на Землю и на предметы, которые на ней находятся. Атмосферное давление не постоянно и зависит от различных факторов, в первую очередь, связанных с погодой.

Рисунок 6 – Атмосфера земли

Прибором для измерения атмосферного давления является барометр (рисунок 7), поэтому атмосферное давление часто называют барометрическим. Учет атмосферного или барометрического давления при работе котельных установок необходим для определении наиболее точных показаний.

Рисунок 7 – Барометр

Избыточное давление – это излишек над атмосферным давлением. Это давление измеряется манометром (рисунок 8) и поэтому давление называют манометрическим.

Рисунок 8 – Манометр

При работе на котельном оборудовании мы осуществляем в основном контроль именно избыточного давления. Важно точно определять, какой именно вид избыточного давления необходимо контролировать или учитывать при проведении тех или иных работ. Рассмотрим эти моменты более подробно:

Рабочее давление – максимальное избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса.

Рабочее давление указывается в технической документации, а также отмечается на манометре с помощью красной черты или специальной пластины. Это основной параметр, который контролируется оператором во время эксплуатации оборудования.

Расчетное давление- давление, на которое производится расчет на прочность оборудования.

Расчетное давление устанавливается проектировщиком и указывается в паспорте оборудования.

Разрешенное давление -максимально допустимое избыточное давление для оборудования (элемента), установленное на основании оценки соответствия и (или) контрольного расчета на прочность.

Разрешенное давление указывается в паспорте оборудования, а также должно быть нанесено на прикрепленной к оборудованию табличке. В процессе эксплуатации, на основании технического освидетельствования, или проведенной экспертизы промышленной безопасности, разрешенное давление может изменяться (как правило, оно может быть снижено).

Пробное давление -избыточное давление, при котором производится испытание оборудования на прочность и плотность.

Пробное давление важно учитывать во время проведения гидравлических испытаний котельной установки. Пробное давление должно определяться с учетом рабочего и разрешенного давлений. Во время проведения испытаний значение пробного давления неизменно в течении всего времени выдержки оборудования и указывается в инструкции и наряде-допуске.

Следующий вид давления – это абсолютное давление. Абсолютным давлением называется давление жидкостей или газов в закрытом сосуде, равное сумме избыточного и атмосферного давлений. Абсолютное давление может быть больше или меньше атмосферного.

Давление ниже атмосферного называется вакуумом. В котельной практике это разрежение (тяга) в топке котла и газоходах.

В международной системе единиц СИ (эмблема приведена на рисунке 9) основная единица измерения давления – ньютон на квадратный метр (Н/м2). По решению Международного комитета мер и веса, принятому в октябре 1969 г., эта единица названа паскалем (Па), 1 Па = 1 Н/м2

Рисунок 9 – Эмблема Международного комитета мер и весов

Физической атмосферой принято называть давление воздуха на уровне моря при температуре 0°С равное 760мм ртутного столба.

Сила, с которой тело с массой в 1 килограмм действует на 1 квадратный сантиметр площади принято называть технической атмосферой.

Рисунок10 – таблица соотношения единиц давления

Вопросы для закрепления темы:

1. Что такое давление?

2. Какие виды давления существуют?

3. Чему равна физическая атмосфера?

4. Что такое рабочее давление?

5. Что такое разрешенное давление? Где оно указывается?

6. В каких единицах измеряется давление в международной метрической системе?

Числовое значение давления определяется не только принятой системой единиц, но и выбранным началом отсчета. Исторически сложились три системы отсчета давления: абсолютная, избыточная и вакуумметрическая (рис.2.2).

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением абсолютным, избыточным и вакуумом

отсчитывается от абсолютного нуля (рис. 2.2). В этой системе атмосферное давление

. Следовательно, абсолютное давление равно

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

отсчитывается от атмосферного давления, т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1 ат:

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом

называется недостаток давления до атмосферного

Избыточное давление показывает либо избыток над атмосферным, либо недостаток до атмосферного. Ясно, что вакуум может быть представлен как отрицательное избыточное давление

Как видно, эти три шкалы давления различаются между собой либо началом, либо направлением отсчета, хотя сам отсчет может вестись при этом в одной и той же системе единиц. Если давление определяется в технических атмосферах, то к обозначению единицы давления (ат) приписывается ещё одна буква, в зависимости от того, какое давление принято за «нулевое» и в каком направлении ведется положительный отсчет.

– вакуум составляет 0,1 кг/см2.

Чаще всего инженера интересует не абсолютное давление, а его отличие от атмосферного, поскольку стенки конструкций (бака, трубопровода и т.п.) обычно испытывают действие разности этих давлений. Поэтому в большинстве случаев приборы для измерения давления (манометры, вакуумметры) показывают непосредственно избыточное (манометрическое) давление или вакуум.

Единицы давления. Как следует из самого определения давления, его размерность совпадает с размерностью напряжения, т.е. представляет собой размерность силы, отнесенную к размерности площади.

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль

— давление, вызываемое силой

, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью

. Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):

В технике в настоящее время в некоторых случаях продолжают применять также техническую МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда, а) и физическую СГС (сантиметр, грамм, секунда) системы единиц. Используются также внесистемные единицы — техническую атмосферу и бар:

Не следует также смешивать техническую атмосферу

Различают рабочее, расчетное, условное (номинальное) и пробное давления.

Рабочее давление р – максимальное внутреннее избыточное или наружное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процес­са без учета гидростатического давления и допускае­мого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства (клапана и др.). Если технологический процесс в аппарате протека­ет при разрежении, то рабочим давлением является ва­куум.

Расчетное давление pR – максимальное допускае­мое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Как правило, расчетное давление принимают равным рабочему давлению или выше.

Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия пре­дохранительных устройств давление в аппарате мо­жет повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% давле­ния в аппарате при полном открытии предохранитель­ного устройства; если на элемент действует гидро­статическое давление от столба жидкости в аппара­те, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответствен­но повышается на значение гидростатического дав­ления.

Рекомендуются следующие расчетные давления для аппаратов:

– с рабочим избыточным давлением р

0,07 МПа, независимо от типа предохранительных устройств и для любых сред, кроме углеводородных фракций и других сжиженных газов: при р = 0,05 – 0,07 МПа – pR = 0,1 МПа; при р < 0,05 МПа – pR =0,06 МПа;

– с углеродными фракциями и другими сжижен­ными газами во всех случаях принимать: для фрак­ций С2pR = 2,0 МПа, для фракций С3 на всасываю­щей линии pR = 1,6 МПа, на нагнетательной линии pR = 2,0 МПа, для фракций С4pR = 0,6 МПа, для фракций С5pR = 0,3 МПа, для аммиака pR = = 1,6 МПа, для фреона 12 pR= 1,0 МПа, для сернистого ангидрида pR = 0,8 МПа, для хлористого метила pR = 0,9 МПа, для углекислого газа pR = 7,6 МПа;

– работающих без избыточного давления при вместимости аппарата менее 30 м3pR = 0,01 МПа, при вместимости свыше 30 м3pR = 0,005 МПа;

– работающих под вакуумом с остаточным давлением до 0,05 МПа, расчетное наружное давление pR = 0,1 МПа.

Для элементов аппарата с раздельными про­странствами, имеющими разные давления, за расчетное давление принимается каждое из них (без учета других). Допускается производить расчет на разность давлений, если при эксплуатации в любом случае обеспечивается наличие давлений во всехпространствах.

Расчетным давлением при испытаниях аппарата является пробное давление.

Условное (номинальное) давление ру – избыточное рабочее давление при температуре элемента аппарата 20°С (без учета гидростатического давления).

Пробное давление рпр – избыточное давление, на которое аппарат испытывается на прочность и плот­ность после его изготовления и периодически при экс­плуатации.

физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.

Перевод единиц измерения давления онлайн.

• Паскаль — единица измерения давления в СИ. Обозначение в России: Па; международное: Pa. Единицы измерения Па  определяются выражением (P=F/S, Н/м2). Данная единица измерения широко применяется при инженерных расчетах, в современной справочной литературе, в обозначение параметров оборудования, технических устройств, при разработке проектной и рабочей документации;
• бар — внесистемные единицы измерения. Обозначение в России: бар; международное: bar. Один бар равен 105 Па.  Данная единица измерения широко применяется при  обозначение и выборе параметров оборудования, технических устройств;
• миллибар — внесистемные единицы измерения. Обозначение на сайте: мбар. Данная единица измерения широко применяется при  обозначение и выборе параметров оборудования, технических устройств (встречает в документации на оборудование иностранного образца);
• мм рт. ст. — внесистемная единица измерения давления. Обозначение в России: мм рт. ст.; международное: mm Hg.  Миллиметр рту́тного столба́ равен 101 325 / 760 ≈ 133,3223684 Па;
• мм вод. ст. — внесистемная единица измерения давления. Обозначение в России: мм вод. ст., мм H2O; международное: mm H2O. Миллиметр водяного столба́ равен гидростатическому давлению столба воды высотой 1 мм, оказываемому на плоское основание при температуре воды 4 °С. В Российской Федерации допущен к использованию в качестве внесистемной единицы измерения давления без ограничения срока с областью использования «все области»;
• атмосфера — внесистемная единица измерения давления, приблизительно равная атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана. Различают  техническую и физическую (нормальная, стандартная) атмосферу. В Российской Федерации к использованию в качестве внесистемной единицы допущена только техническая атмосфера с областью применения «все области». Обозначение в России:  ат; международное: at. Существовавшее ранее ограничение срока действия допуска 2016 годом отменено в августе 2015 года. Техническая атмосфера равна давлению, производимому силой в 1 кгс, равномерно распределённой по перпендикулярной к ней плоской поверхности площадью 1 см². В справочной литературе и старой документации встречаются так же (на данный момент не используются):
  ати — избыточной давление;ата — абсолютное давление;
• ати — избыточной давление;
• ата — абсолютное давление;
• килограмм-силы на см2 — единица давления в системе единиц МКГСС (система единиц измерения, в которой основными единицами являются метр, килограмм-сила и секунд). Обозначение в России:  кгс/см2. В Российской Федерации допущена к использованию в качестве внесистемных единиц без ограничения срока действия с областью применения «все области». Килограмм-сила равна силе,        9,80665 м/с².

Перевод единиц измерения давления (в табличном виде).

Различают три основных вида давления:

• вакуумметрическое давление;
• избыточной давление;
• абсолютное давление.

Вид давления непосредственно связан со сравнением его относительно атмосферного давления (Рат).  или с использованием атмосферного давления.

Избыточное давление (Ризб) это величина показывающие на сколько давление в оборудовании или трубопроводе выше атмосферного давления.  Т.е. если давление измеряют относительно атмосферного давления, то такое давление называется избыточным. Избыточное давление измеряется с помощью манометров.

Избыточное давление широко применяется в эксплуатации, в том числе:

• при выборе и подборе  оборудования по паспортным данным;при различных классификациях оборудования и трубопроводов на стадиях проектирования и монтажа;при нанесении маркировки на оборудование и трубопроводы.
• при выборе и подборе  оборудования по паспортным данным;
• при различных классификациях оборудования и трубопроводов на стадиях проектирования и монтажа;
• при нанесении маркировки на оборудование и трубопроводы.

Абсолютное давление (Рабс) это величина давления с учетом действующего атмосферного давления, т.е.:

Рабс=Ризб + Рат;

Другим словами, если давление определяют относительно давления равного 0, то  измеренное давление называют абсолютным.

Абсолютное давление применяется в основном инженерно-техническим персоналом (ИТР) при инженерных расчетах и  в расчетах  при выборе оборудования (основных на применении абсолютного давления). Ярким примером использования абсолютного давления в расчетах служит уравнениеидеального

Примером использования абсолютного давления являются:

• подбор счетчиков на трубопроводах с газовыми средами (в том числе водяного пара);гидравлические расчеты трубопроводов газов (в том числе водяного пара);расчеты на прочность оборудования и трубопроводов с газовыми средами (в том числе водяной пар);и т.д.
• подбор счетчиков на трубопроводах с газовыми средами (в том числе водяного пара);
• гидравлические расчеты трубопроводов газов (в том числе водяного пара);
• расчеты на прочность оборудования и трубопроводов с газовыми средами (в том числе водяной пар);
• и т.д.

В случаях когда атмосферное давления больше абсолютного давления речь идет о вакуумметрическом давлении (Рвак). Т.е.  вакуумметрическое давление это величина давления показывающая на сколько атмосферное давления больше абсолютного давления.

Рвак=Рат  — Рабс;

Вакуум широко применяется в технологических процессах на промышленных предприятиях. На всех этих объектах применяется вакуумметрическое давление на стадиях проектирования, монтажа и эксплуатации.

Дополнительная классификация давления в инженерных расчетах.

Это давление создаваемое  собственным весом жидкости (газа) в определенном сечении, то есть:

Pg=Fg/S, где Fg — вес столба жидкости (газа), S — площадь сечения.

Другая наиболее распространения форма записи гидростатического давления (после преобразования) представляет из себя формулу:

Pg=ρgh, где ρ — плотность жидкости (газа), g — ускорение свободного падения, h — высота столба жидкости (газа).

Гидростатического давления учитывается при расчет открытых систем (связанных с атмосферой). В открытых системах низкого давления учитывать необходимо обязательно  (например: вентиляция, системы дымоудаления, газопроводы низкого давления и т.д.).

Примерами гидростатического давления могут служить  атмосферное давление, различные гидравлические затворы (например гидрозатвор на деаэраторе), использующие вес водяного столба для предохранения от повышения давления в системы выше допустимого.

Рассчитать гидростатическое давление можно в отдельной теме.

Естественное давление обычно рассчитывают по формуле (выведенной из разности гидростатических давлений в двух сечения с разной плотностью):

Pe =( ρ1 — ρ2)ghe,

где ρ1  — плотность жидкости (газа) в 1-ом сечении, ρ2  — плотность жидкости (газа) в 1-ом сечении, he — разность высотных отметок двух сечений.

Рассчитать естественное давление можно в отдельной теме.

• парциальное давление (Pp)  — называют давление, которое оказывает отдельно взятый компонент из газовой смеси (например, на колбу, баллон или границу атмосферы) исходя из того, что он один займет весь объем смеси при той же температуре. Понятие парциального давления широко используется в химии. Возможно определение парциального давления по уравнению состояния идеального газа при заданном общем объеме смеси и той же температуре. Общее давление смеси газов определяется, как суммам парциальных давлений отдельных компонентов смеси.потери давления (ΔP) — называют давление, равное разности давлений в двух сечениях системы. Разность давления обуславливается в основном потерями на преодоления сопротивления при движении вещества  в системе (возможно участие естественного и гидростатического давления). Различают сопротивления: путевые и местные.  Путевые сопротивления связанны с преодолением трения в системе. Местные сопротивления связаны с изменением скорости движения или направления потока. Потери давления определяются расчетным методом в процессе выполнения гидравлического или аэродинамического расчета системы. гидравлический расчет газопроводов природного газа.разряжение (или тяга) — снижение давления в системе, способствующее притоку среды в область пониженного давления.  Может быть естественное или принудительное. Примерами использования разряжения (тяги) служат:
  системы естественной вентиляции;системы механического дымоудаления (перед дымососам);различные системы инжекции (элеваторы в системах отопления, инжекционные газовые горелки и т.д. ), основанные на уменьшении давления в сечении за счет уменьшения площади сечения и увеличении скорости истечения в нем.
• парциальное давление (Pp)  — называют давление, которое оказывает отдельно взятый компонент из газовой смеси (например, на колбу, баллон или границу атмосферы) исходя из того, что он один займет весь объем смеси при той же температуре. Понятие парциального давления широко используется в химии. Возможно определение парциального давления по уравнению состояния идеального газа при заданном общем объеме смеси и той же температуре. Общее давление смеси газов определяется, как суммам парциальных давлений отдельных компонентов смеси.
• потери давления (ΔP) — называют давление, равное разности давлений в двух сечениях системы. Разность давления обуславливается в основном потерями на преодоления сопротивления при движении вещества  в системе (возможно участие естественного и гидростатического давления). Различают сопротивления: путевые и местные.  Путевые сопротивления связанны с преодолением трения в системе. Местные сопротивления связаны с изменением скорости движения или направления потока. Потери давления определяются расчетным методом в процессе выполнения гидравлического или аэродинамического расчета системы. гидравлический расчет газопроводов природного газа.
• разряжение (или тяга) — снижение давления в системе, способствующее притоку среды в область пониженного давления.  Может быть естественное или принудительное. Примерами использования разряжения (тяги) служат:
  системы естественной вентиляции;системы механического дымоудаления (перед дымососам);различные системы инжекции (элеваторы в системах отопления, инжекционные газовые горелки и т.д. ), основанные на уменьшении давления в сечении за счет уменьшения площади сечения и увеличении скорости истечения в нем.
• системы естественной вентиляции;
• системы механического дымоудаления (перед дымососам);
• различные системы инжекции (элеваторы в системах отопления, инжекционные газовые горелки и т.д. ), основанные на уменьшении давления в сечении за счет уменьшения площади сечения и увеличении скорости истечения в нем.

Видеоматериал по теме давление и виды давления

Для измерения давления используются измерительные приборы под общим названием — манометры (согласно ГОСТ 8.271-77 манометр это измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений). Но в практике сложилось ассоциировать манометры с измерением избыточного давления.

Общая классификация манометров.

• по типу измеряемого давления;по принципу действия;по классу точности;по назначению.
• по типу измеряемого давления;
• по принципу действия;
• по классу точности;
• по назначению.

По типу измеряемого давления.

Основные виды измеряемого давления разобраны выше. Типы измеряемых давлений шире и содержит производные типы от основных:

• манометр абсолютного давления;барометр (манометр абсолютного давления для измерения давления околоземной атмосферы), в том числе барограф (барометр с непрерывной записью);манометр избыточного давления (обычно просто манометр), в том числе напоромер (манометр избыточного давления в газовых средах с верхним пределом измерения не более 40000 Па /4000 кгс/м2 );вакуумметр (манометр для измерения давления разреженного газа) , в том числе тягомер (вакуумметр для измерения давления разреженного газа с верхним пределом измерения не более 40000 Па/4000 кгс/м2);мановакуумметр (манометр, для измерения избыточного давления и давления разреженного газа), в том числе тягонапоромер (мановакуумметр для газовых сред с верхним пределом измерения не более 20000 Па/2000 кгс/м2);дифференциальный манометр (манометр для измерения разности двух давлений), в том числе микроманометр (дифманометр с верхним пределом измерения не более 40000 Па/4000 кгс/м2);измеритель парциальных давлений (манометр для измерения давления, которое оказывал бы один из газов, входящих в газовую смесь, если бы из нее были удалены остальные газы, при условии сохранения первоначальных объема и температуры).
• манометр абсолютного давления;
• барометр (манометр абсолютного давления для измерения давления околоземной атмосферы), в том числе барограф (барометр с непрерывной записью);
• манометр избыточного давления (обычно просто манометр), в том числе напоромер (манометр избыточного давления в газовых средах с верхним пределом измерения не более 40000 Па /4000 кгс/м2 );
• вакуумметр (манометр для измерения давления разреженного газа) , в том числе тягомер (вакуумметр для измерения давления разреженного газа с верхним пределом измерения не более 40000 Па/4000 кгс/м2);
• мановакуумметр (манометр, для измерения избыточного давления и давления разреженного газа), в том числе тягонапоромер (мановакуумметр для газовых сред с верхним пределом измерения не более 20000 Па/2000 кгс/м2);
• дифференциальный манометр (манометр для измерения разности двух давлений), в том числе микроманометр (дифманометр с верхним пределом измерения не более 40000 Па/4000 кгс/м2);
• измеритель парциальных давлений (манометр для измерения давления, которое оказывал бы один из газов, входящих в газовую смесь, если бы из нее были удалены остальные газы, при условии сохранения первоначальных объема и температуры).

По принципу действия.

По принципу действия манометров общий список классификации включает:

В промышленности широко применяются следующие типы манометров:

• жидкостные манометры.грузопоршневые манометры.трубчато-пружинный манометры.
• жидкостные манометры.
• грузопоршневые манометры.
• трубчато-пружинный манометры.

Жидкостные манометров — манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления, или разности давлений, давлением столба жидкости.

Грузопоршневые манометры — манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления давлением, создаваемым весом поршня с грузоприемным устройством, и грузов с учетом сил жидкостного трения.

Трубчато-пружинный манометры- деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина.

Видеоматериал по теме типы манометров

Манометры точности измерения согласно ГОСТ 8.271-77 «Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия» классифицируются на несколько классов точности:

• 0,4*;0,6;1,0;1,5;2,5;4,0*.
• 1,0;
• 4,0*.

Примечание: * Устанавливается по заказу потребителя.

Класс точности манометра отражает пределы допустимой основной погрешности в % от диапазона показания шкалы.

Нормы (ГОСТ) устанавливает зависимость диаметра или размера лицевой панели корпуса манометру классу точности:

Манометры в зависимости от области применения и рабочей среду по назначению классифицируются:

• общетехнические, общепромышленные;специальные манометры;судовые манометры;железнодорожные манометры.
• общетехнические, общепромышленные;
• специальные манометры;
• судовые манометры;
• железнодорожные манометры.

Манометры в зависимости от способа фиксации давления классифицируются:

• показывающие;самопишущие манометры;электроконтактные манометры.
• показывающие;
• самопишущие манометры;
• электроконтактные манометры.

В зависимости от метрологического назначения манометры делятся:

• на образцовые (эталонные);рабочие;
• на образцовые (эталонные);
• рабочие;

Расчет давления (классическая формула).

Результат расчета давления (Pf)

Формула расчета давления

Поделится ссылкой на расчет давления:

Расчет абсолютного давления.

Введите давление (избыточное) (P1)

Введите давление (атмосферное) (Pat)

Результат расчета давления (абсолютного) (Pa)

Формула расчета давления (абсолютного)

Давление – это физическая величина, характеризующая интенсивность механического воздействия среды на поверхность тела в направлении, перпендикулярном к этой поверхности. Давление численно равно отношению усредненной перпендикулярной составляющей силы к величине поверхности:

где P — давление;   Fn — усредненная перпендикулярная составляющая силы;   S — площадь поверхности, где эта сила действует.

Физический смысл давления не сводится только к механической нагрузке, которую оказывает жидкость или газ на стенки трубопровода или резервуара. Давление является одной из ключевых теплотехнических величин и определяет:   • скорость и направление движения жидких и газообразных сред,   • плотность газов,   • агрегатное состояние вещества при заданной температуре,   • скорость и направление протекания многих химических реакций.

От той роли, которую играет давление в конкретном технологическом процессе, зависят требования к средствам измерения давления.

Единицей давления в системе СИ является 1 Н/м² = 1 кг/(м·с²). Данная единица имеет специальное наименование «паскаль»«Па» (международное обозначение — «Pa»). Согласно ГОСТ 8.417–2002, паскаль вместе со своими десятичными кратными и дольными единицами (кПа, МПа и т. д.) является единственной допущенной к применению в технике единицей давления.Однако в силу традиций, а также соображений удобства (1 Па — слишком маленькая единица для большинства практических целей) на производстве до сих пор применяется ряд внесистемных единиц давления:килограмм-сила на квадратный сантиметр», называемая также «технической атмосферой» (1 ат = 1 кгс/см² = 98,0665 кПа);килограмм-сила на квадратный метр», численно равная «миллиметру водяного столба» (1 мм вод.ст. = 1 кгс/м² = 9,80665 Па);   • «миллиметр ртутного столба» или «торр» (1 мм рт. ст. = 1 торр = 133,322 Па);   • «бар» (1 бар = 100 кПа = 0,1 МПа);   • «физическая атмосфера» (1 атм = 760 мм рт. ст. = 101,325 кПа).

контрольно-измерительных приборов производства США, Великобритании и других стран давление указывается в единицах системы мер, принятых в этих странах:   «psi» — «фунт силы на квадратный дюйм» (1 psi = 6,894757 кПа),   «inH2O» — «дюйм водяного столба» (1 inH2O = 249,089 Па) и т. д.

В зависимости от начала и направления отсчета различают следующие виды давления:

абсолютное давление (Р соответствует определению давления, данному выше. Нулевое абсолютное давление имеет полный вакуум, который на практике недостижим. Отрицательных значений абсолютное давление принимать не может. Именно абсолютное давление используется во всех формулах молекулярной физики и термодинамики, в частности, при расчете плотности газов, при определении агрегатного состояния вещества и т. д.;

избыточное давление (Р = Р. — Р.) – измеряется относительно атмосферного. Нулевое избыточное давление означает равенство абсолютного давления среды и атмосферного давления. Положительное избыточное давление имеют среды с абсолютным давлением, большим, чем атмосферное. Отрицательное избыточное давление соответствует разреженным средам и вакууму и часто обозначается термином «вакууметрическое давление» (Р = Р. — Р = — Р.)«разрежение». При этом под «избыточным давлением» понимается только давление, большее атмосферного.Необходимо отметить, что никаких принципиальных отличий между давлениями, большими атмосферного и меньшими атмосферного, не существует. Поэтому в дальнейшем под избыточным давлением будет пониматься также и разрежение, кроме случаев, когда необходимо учитывать знак давления (пределы измерений датчиков и т. д.

• дифференциальное давление (∆Р = Р — Р  – это разность давлений двух различных сред или одной среды в различных точках. В частности, избыточное давление (и разрежение) является дифференциальным давлением среды, измеренным относительно атмосферы. Поэтому любое средство измерения разности давлений может быть использовано для измерения избыточного давления и разрежения.

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ДАВЛЕНИЯ:

Вначале может показаться, что вопрос является весьма простым и тривиальным, однако, если начать разбираться в данном вопросе более комплексно и подробно, то станет ясно, что он требует развернутого и полного ответа. Насчет этих понятий сложилось множество мнений, однако существует научная точка зрения, которую можно рассмотреть с весьма понятной и отчетливой точки зрения.

Если говорить о понятиях относительного и абсолютного давления, проводя анализ того, какая между ними существует разница, и что общего, то стоит отметить тот факт, что он поможет разобраться в теме полностью. Для начала хотелось бы рассмотреть сведения о данных понятиях и определениях.

Понятие абсолютного давления

Говоря про абсолютное давление, стоит отметить, что способ его указания ведется относительно отсчетной точки. При этом, согласно определению данного вида давления, за точку отсчета, берется именно абсолютная форма вакуума. Существует такое предположение, что давления, которое будет равняться меньшему значению, чем вакуум, не существует. Именно поэтому, сравнивают данное давление относительно вакуумных значений. Любое значение давления, находящегося в промежутке абсолютного вакуума и давления, считающего нормальным атмосферным, можно назвать абсолютным. Его значение можно рассчитать согласно формуле, предполагающей, что она равно сумме избыточного и атмосферного давлений.

Также, стоит отметить, что, так как давление может действовать на стенки каких-либо сосудов, то весьма грамотным является такое предположение, что оно должно именно быть больше абсолютного вакуума, а также, разделение давлений на подвиды, несет в себе грамотный физический смысл. Интересным фактом является то, что давление, находящееся на уровне моря равно одному бару.

Характеристика и определение избыточного давления

Говоря про избыточное давление, хочется отметить, что оно имеет отношение к отсчетным величинам, для которых используются точки отсчета для сравнений. К определению избыточного давления относится такой его вид, при котором за точку отсчета берутся показатели, относительно нормального атмосферного давления. По математической трактовке, чтобы найти избыточное давление, нужно от абсолютной величины давления отнять значение атмосферного давления.

Можно рассмотреть пример с морем, давление для которого составляет один бар. Если указывать избыточное значение давления для него, то оно будет находиться на отметке, равной нулю бар. Запись избыточного давления ведется при помощи буквы «и» (если запись ведется на русском языке), а для английского языка оно получило запись с помощью буквы «g». Также, на других языках, его дословно переводят, как «сверхдавление». На манометрах, обычно также указывается его вид, как избыточный. Также, стоит отметить, что его учет обязательным образом предполагает сравнение с атмосферным давлением, ведь благодаря этому, можно определить его показатели. Физический смысл такого давления является доказанным и важным.

Общие элементы и признаки между абсолютной и избыточной формой давления

Вначале хочется сказать о важности данных видов давлений именно с физической точки зрения. Их разделение на подобные категории является неотъемлемой частью в рамках нахождения физического смысла.

• Во-первых, на это указывает тот факт, что производится анализ при учете этих факторов, а во-вторых, при помощи сравнительных характеристик относительно друг друга, находится и атмосферное давление. В этом заключается их первый общий признак.
• Вторым, и, пожалуй, самым важным признаком является то, что и абсолютное и избыточное давление, определяются согласно имеющейся или находящейся точке отсчета, представленных различными элементами, однако, работающие по схожему принципу. Например, в отличие от атмосферного давления, которое относится не к точке отсчета, а к назначенному месту.

Также, стоит отметить, что существует такое понятие, как нормальное атмосферное давление, которое принято согласно специальным стандартам, и оно считается самым распространенным с точки зрения измерения.

Сравнительная характеристика данных понятий и их основные отличия

Говоря про характеристику данных понятий, стоит отметить, что у них существуют системные признаки, указывающие на сходства в единой системе. Например, указанная выше точка отсчета, которую принято брать за элементную единицу сравнения для их подсчета, говорит о сходстве этих понятий. Также, если сравнивать два этих понятия, то можно затронуть способ их нахождения.

Для первого вида — абсолютного давления характерной чертой является то, что, для нахождения его величины необходимо просуммировать между собой атмосферное и избыточное давление. Для нахождения избыточного давления, используется формула, при которой от абсолютного давления вычитается атмосферное. Такое нахождение данных величин говорит, в первую очередь, об их взаимосвязи и разнице в физическом смысле. Для примера, можно сказать, что одно и то же взятое для примера рассмотрение, может иметь разные показатели в зависимости от вида давления. Например, абсолютное давление, находящееся на уровне моря, равняется одному бару, а избыточный вид давления покажет отметку, равную нулю бар.

Существует еще одна форма давления, относящаяся к данным понятиям – дифференциальное давление. В его определение входит то, что оно является разницей давлений в двух разных точках. Однако, оно не относится ни к одному из видов, и является самостоятельной величиной, имеющей физический смысл.

При решении практических задач по определению нагрузок от давления покоящейся жидкости на различные поверхности и тела часто требуется знать не полное, а избыточное давление жидкости. Избыточным (или манометрическим) давлением называется разность между полным (абсолютным) и атмосферным (барометрическим) давлением:

(2 – 7)

где: p – полное давление в данной точке жидкости;

pат – атмосферное давление.

Если полное давление p меньше атмосферного pат, то избыточное давление будет отрицательным. Отрицательное избыточное давление, т.е. недостаток давления до атмосферного, называется вакуумом (вакуумметрическим давлением, разрежением):

. (2 – 8)

Абсолютная величина вакуума может изменяться в пределах от 0 до pат. Действительно, при p=0 по (2 – 8) имеем pвак=pат, а при p=pат имеем pвак=0.

Рассмотрим определение избыточного давления в некоторых частных случаях. Если жидкость находится в закрытом резервуаре и давление на ее свободной поверхности po больше атмосферного pат (рис. 2 – 5), то избыточное давление жидкости на стенку резервуара в любой точке будет равно:

где: (po – pат) – есть избыточное давление на свбодной поверхности жидкости.

Величина избыточного давления pизб в каждой точке стенки, очевидно, и будет определять действующую на стенку нагрузку со стороны жидкости.

Если в закрытом резервуаре давление на свободной поверхности po меньше атмосферного pат, то избыточное давление будет равно:

где: (pат – po) – есть вакуум на свободной поверхности жидкости.

В важном частном случае, когда давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному po=pат (открытый резервуар, водоем), избыточное давление будет равно (рис. 2- 6):

. (2 – 9)

Величина гидростатического давления (полного или избыточного) может быть выражена тремя способами:

– в единицах силы, действующей на единицу площади, например,

– в атмосферах; в гидравлике используется техническая атмосфера, равная

давление, выраженное в атмосферах, обознаают ата (абсолютное давление), ати (избыточное давление) и атв (вакуумметрическое давление);

– высотой столба жидкости.

Для уяснения последнего, практически важного, способа выражения давления преобразуем основное уравнение гидростатического давления (2 – 3), поделив его на g. Получим:

В этом уравнении все члены имеют размерность длины и выражают высоту столба жидкости, соответствующую тому или иному давлению. Действительно

называется пьезометрической высотой, соответствующей

Приборы, служащие для измерения давления с помощью столба жидкости называются пьезометрами. Пьезометр представляет собой простейший жидкостной манометр в виде трубки (обычно стеклянной) с открытым верхним концом, сообщающимся с атмосферой (рис. 2 – 7). Определим давление p у нижнего конца пьезометра в точке A, применив основное уравнение гидростатического давления (2 – 3) к жидкости, находящейся в пьезометре:

Отсюда давление, которое показывает пьезометр высотой hр столба жидкости в нем будет равно

. (2 – 10)

Таким образом, пьезометр измеряет в жидкости избыточное давление (разность давлений в данной точке жидкости и в той среде, куда выходит открытый конец трубки). При po=pат (открытый резервуар, водоем) пьезометрическая глубина для любой точки жидкости равна глубине ее погружения. Действительно, применяя уравнение (2 – 3) к жидкости, находящейся в пьезометре и резервуаре, получим (рис. 2 – 7):

В жидкостных манометрах (пьезометрах) в качестве рабочей жидкости часто применяют ртуть, имеющую значительный удельный вес, благодаря чему становится возможным измерять более высокие давления. Определим высоту столба жидкости, соответствующую давлению

для воды и для ртути:

Таким образом, имеем следующие практически важные соотношения между единицами измерения давления:

=1,02.10-4мвод.ст. = 0,75.10-2 мм рт.ст.

Давление измеряют следующими приборами: атмосферное – барометрами, избыточное – манометрами, а вакуумметрическое – вакуумметрами.

Измерение давления. Закон Паскаля

Основное уравнение гидростатики

В случае равновесия жидкости в поле земного тяготения Х = 0, Y = 0, a Z = – g. Поэтому основное дифференциальное уравнение гидростатики (2.13) приобретает вид

Разделив обе части этого уравнения на ρg = γ, где γ — удельный вес данной жидкости, запишем его в следующем виде:

После интегрирования получим (при γ = const)

Чтобы определить постоянную интегрирования С, рассмотрим наполненный водой резервуар (рис. 2.3) со свободной поверхностью (атмосферное давление).

Для точки А, лежащей на свободной поверхности, р = р0 и z = z0.

Рис. 2.3. К выводу основного уравнения гидростатики

Подставив эти значения в (2.21), получим

Тогда уравнение (2.20) можно записать в виде

Уравнение (2.24) называют основным уравнением гидростатики. Оно получается в результате интегрирования основного дифференциального уравнения гидростатики (2.13). Из уравнения (2.24) следует, что давление в любой точке покоящейся жидкости складывается из давления рп на свободной поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.

Измерение давления в данной точке. Гидростатическое давление более удобно вычислять по формуле (2.24). Так как разность представляет собой глубину h погружения данной точки (точка М на рис. 2.3) относительно уровня свободной поверхности, то уравнение (2.24) можно записать следующим образом:

Именно в таком виде используют это уравнение для вычисления гидростатического давления.

Закон Паскаля. Из уравнения (2.24) следует, что в любой точке жидкости (на любой глубине h) гидростатическое давление р зависит от внешнего давления р 0на свободной поверхности. При увеличении внешнего давления точно на такую же величину увеличивается и давление в данной точке. Таким образом, жидкость обладает свойством передавать внешнее давление всем своим расположенным внутри частицам без изменения. В этом заключается закон Паскаля, который можно сформулировать так: давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости и по всем направлениям одинаково.

Абсолютным давлением p абс называется гидростатическое давление, определяемое по формуле (2.25). Из этой формулы следует, что абсолютное давление складывается из двух составляющих: внешнего давления р 0, передаваемого жидкостью по закону Паскаля, и давления, определяемого произведением γh. Вторую составляющую называют относительным или, если на свободной поверхности жидкости действует атмосферное давление, избыточным давлением. Исходя из этого формулу (2.25) можно записать в следующем виде:

где избыточное давление ризб = γh.

Из последнего равенства следует, что избыточное давление изменяется в зависимости от глубины по линейному закону. В координатах такому изменению соответствует биссектриса координатного угла (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Эпюра распределения гидростатического давления по высоте

Абсолютное давление не может быть отрицательным, так как жидкость не сопротивляется растяжению, т. е. p абс ≥ 0 (или p абс/γ ≥ 0). Избыточное давление, представляющее собой разность p абс – p 0,может быть как больше, так и меньше нуля, т. е. p изб ≤ ≥ 0 (или p изб/γ ≤ ≥ 0). Отрицательное избыточное давление называют вакуумом, или вакуумметрическим давлением, т.е.

где h вак— вакуумметрическая высота.

Из приведенных выше формул следует:

т. е. вакуумметрическая высота возрастает с уменьшением абсолютного давления и достигает максимума, когда p абс = 0 (отрицательным абсолютное давление быть не может): h вак max = p 0/γ.

Пусть закрытый сверху цилиндр большого диаметра опущен в воду (рис. 2.5) и из него полностью удален воздух, так что на свободной поверхности п0 — п0 внутри цилиндра абсолютное давление p абс = 0.

Рис. 2.5. К понятию о вакууме и вакуумметрической высоте

В пределах плоскости Q — Q (например, в точке N 1,) абсолютное давление равно атмосферному. Поэтому во всех точках жидкости, находящейся в цилиндре выше плоскости Q — Q, абсолютное давление будет меньше атмосферного. Следовательно, в этом пространстве имеется вакуум.

Определим вакуумметрическое давление в точке N2, находящейся на высоте h N2над плоскостью Q — Q. Высота столба воды в цилиндре H 0 = p 0 /γ; отсюда можно записать p 0 = γH 0. Абсолютное давление в точке N2 тогда составит

Как видно на рис. 2.5, h = H 0 – h N2, т. е. h вак = h N2.

Таким образом, вакуумметрическая высота точки равна высоте расположения данной точки над плоскостью, где давление равно атмосферному (на внешней свободной поверхности). Очевидно, что в точке N1 hвак = 0, а в точке, где рабс = 0, hвак = H0.

Как читать таблицы водяного пара

Если вы едете по неизвестной местности, вам понадобится карта или навигатор, если вы летите на самолете, вам не обойтись без расписания полётов. Так и таблицы водяного пара необходимы всем пользователям в индустрии пара. В этой статье мы познакомимся с таблицами пара, рассмотрим их виды и немного поговорим о присутствующих в них элементах.

Таблицы насыщенного водяного пара

Таблицы насыщенного водяного пара — необходимый инструмент для любого инженера, работающего с паром. Обычно их используют для определения зависимости температуры насыщенного пара от парового давления или, наоборот, давления от температуры насыщенного пара. Кроме этих параметров, таблицы обычно включают и другие показатели, такие как удельная энтальпия (h) и удельный объём (v).

Данные таблиц насыщенного водяного пара всегда отображают информацию о конкретной точке насыщения известной как точка кипения. Это точка, в которой вода (жидкость) и пар (газ) могут сосуществовать при одинаковых температуре и давлении. Так как H2O может быть и в жидком, и в газообразном состоянии, нам будут необходимы две подборки данных: данные о насыщенной воде (жидкости), которые обычно обозначаются подстрочной буквой f, и данные о насыщенном паре (газе), которые обозначают подстрочной буквой g.

Пример таблицы насыщенного пара

• P = Давление пара/воды
• T = Точка насыщения пара/воды (точка кипения)
• vf = Удельный объём насыщенной воды (жидкости)
• vg = Удельный объём насыщенного пара (газа)
• hf = Удельная энтальпия насыщенной воды (энергия, необходимая для подогрева воды от 0 °C до точки кипения)
• hfg = Скрытое тепло испарения (энергия, необходимая для трансформации насыщенной воды в насыщенный пар)
• hg = Удельная энтальпия насыщенного пара (энергия, необходимая для получения пара из воды с температурой 0 °C)

При нагреве обычно используется скрытое тепло испарения (Hfg). Как видно из таблицы, это скрытое тепло испарения будет выше при более низком давлении. По мере увеличения парового давления скрытое тепло постепенно снижается и достигает 0 при суперкритическом давлении, например, 22.06 МПа.

На основе давления и температуры

Так как давление и температура насыщенного пара напрямую связаны друг с другом, таблицы пара обычно доступны в двух форматах: на основе давления и температуры. В обоих содержится одинаковая информация, но классифицирована она по-разному.

Таблица насыщенного водяного пара, основанная на давлении

Таблицы насыщенного пара также используют два различных вида давления: абсолютное и манометрическое (избыточное).

• Абсолютное давление — это нулевая точка по отношению к абсолютному вакууму.
• Манометрическое давление — это нулевая точка по отношению к атмосферному давлению (101.3 кПа).

Таблица насыщенного пара с абсолютным давлением

Избыточное давление было придумано для простоты измерения давления по отношению к тому, которое мы обычно испытываем.

В таблицах пара, составленных на основе манометрического давления, атмосферное давление определяется как 0, а в таблицах с абсолютным давлением — 101.3 кПа. А для того чтобы отличать избыточное давление от абсолютного в конце добавляют “изб.”, например, кПа изб. или фт/кв. дюйм изб..

Перевести показатели избыточного давления в показатели абсолютного

Важное замечание:  Проблемы могут возникнуть в том случае, если перепутать абсолютное и манометрическое давление, именно поэтому надо быть особенно внимательными с единицами давления, указанными в таблице.

Сводная таблица

• Нулевая точка отсчёта при атмосферном давлении*
• Нулевое давление = Атмосферное давление

Абсолютное давление

• Нулевая точка отсчёта при атмосферном давлении
• Нулевое давление = Абсолютный вакуум

*Атмосферное давление — 101.3 кПа

Таблицы перенасыщенного пара

Информацию о перенасыщенном паре нельзя получить из обычных таблиц насыщенного пара, для этого существуют специальные таблицы перенасыщенного пара. Происходит это потому, что температура перенасыщенного пара в отличии от температуры насыщенного может существенно меняться при одном и том же давлении.

В действительности, количество возможных комбинаций температуры и давления настолько велико, что даже теоретически не представляется возможным собрать их в одной таблице. В результате для перегретого пара используется общая сводная таблица данных о температуре и давлении.

Пример таблицы перенасыщенного пара

В приведенной выше таблице есть данные об удельном объёме (Vg), удельной энтальпии (Hg) и удельном тепле (Sg) при типичных значениях давления и температуры.