Школа Мастеров от компании Волшебник

Сколько гелия в баллоне?

Гелий хранится в стальных баллонах, в сжатом состоянии, и его так просто не посчитать, как считают, например, кирпичи или бензин. Количество сжатого гелия в баллоне рассчитывают на основании давления гелия в баллоне и температуры баллона.

Для определения количества гелия в баллоне чаще всего пользуются приблизительным (очевидным) методом, при котором считается что в баллоне 40 л хранится 6 куб.м. (6000 л) гелия.

Для более точного определения гелия в баллоне используют расчётную таблицу (табличный метод), при котором считается что в баллоне 40 л хранится 5,5 куб.м. (5500 л) гелия.

Давление гелия

Давление сжатого газа измеряют манометром, присоединённым к баллону. Разные манометры показывают значение давления, выраженное в различных единицах измерения. Давление может быть получено: в физических атмосферах, в технических атмосферах (в барах), в Паскалях, а так же в PSI (американская единица давления).

Физические атмосферы

Обозначение: атм.

Соответствует давлению в 760 мм. рт. столба при 0 град. Цельсия

1 атм. = 1,033233 ат (техническая атмосфера, бар) = 101 325 Па (паскаль)

Физические атмосферы используются для указания давления в метеорологии.

манометры для гелия

Технические атмосферы, бар

Обозначение: ат. или бар

Соответствует давлению 1 кгс/кв.см.: килограмм-сила на квадратный сантиметр

1 ат. = 98 066,5 Па (Паскаль)

Технические атмосферы используются для расчётов и измерений давления в технических устройствах, работающих под давлением.

Манометры в редукторах CONWIN (на рисунке слева) градуированы в бар (красная шкала).

Паскали

Обозначение: Па

Соответствует давлению 1 H/м2 : Ньютон на квадратный метр

1 Па = 10,197·10−6 атм = 9,8692·10−6 ат

Измерение давления в Паскалях соответствует системе измерений СИ, принятой и в России тоже. Давление в Паскалях широко используется наряду с давлением в барах (в технических атмосферах).

Манометры в отечественных редукторах градуированы (на рисунке справа) в МПа,  Мегапаскаль = 10 6 Па

PSI

Обозначение: psi, или lb.p.sq.in., или lbs

Соответствует давлению: фунт-сила на квадратный дюйм

1 psi = 6894,75 Па

Давление, выраженное в дюймовых значениях используется для считывания показаний приборов в странах англосаксонского содружества.

Манометры в редукторах CONWIN (на рисунке слева) градуированы в PSI (синяя шкала).

Температура баллона

Температуру газа, сжатого в баллоне, принимают равной температуре поверхности баллона. Температуру баллона измеряют контактным термометром. Бесконтактные измерители температуры (пирометры) в этом случае не подходят из-за большой погрешности измерения.

Если сжатый газ поступает в баллон (заправка баллона гелием), то температура баллона возрастает. Если сжатый газ покидает баллон (расход гелия из баллона), то температура баллона понижается. Так же, температура баллона зависит от температуры окружающего воздуха.

Нормальной температурой баллона считается +20 град. Цельсия.

Давление в полном баллоне

В полностью заправленном баллоне (ГОСТ 949-73), газ сжат до давления в 150 ат. (технических атмосфер, 150 кгс/кв.см.), при температуре поверхности баллона +20 град. Цельсия. На полном баллоне, манометр CONWIN покажет давление в 150 бар, а отечественный манометр покажет давление 14,7 МПа.

Если баллон имеет другую температуру, то полностью заправленные баллоны будут иметь другое значение давление.

 

В таблице показано давление в полном баллоне в зависимости от температуры баллона. 

Определение количества газа в баллоне

Очевидный метод (ориентировочный)

Внутренний геометрический объем большого баллона (гидравлический объем) равен 40 литрам. При давлении в 150 ат., получаем, что это 150 раз по 40 литров, что составляет 6000 литров, или 6 куб.м.

Маленький баллон имеет внутренний объем в 10 литров. Полный гелием малый баллон, это 150 раз по 10 литров, что составляет 1500 литров, или 1,5 куб.м..

Такой способ прост для объяснения и лёгок для понимания. Таким способом можно быстро оценить запас гелия в баллоне, например, если давление в 100 атмосфер, то это 100 раз по 40 литров, т.е. 4000 литров газа в баллоне. Мы просто умножаем значения давления в атмосферах на внутренний объём и получаем количество литров газа, запасённого в баллоне.

Очевидный способ оценки дает около 10% погрешности. Дело в том, что гелий не может бесконечно сжиматься, и по мере роста давления растет и ошибка.

Когда гелий стоил не дорого, этим вполне можно было пренебрегать, ради ясности понимания и простоты вычислений. Но в последнее время гелий дорожает, поэтому пришло время осваивать более точные способы определения газа в баллоне.

Табличный метод (более точный)

Способ 40 л * 150 ат = 6000 л, работает только для идеальных газов. т. е. таких газов, где расстояние между молекулами газа много больше размеров самих молекул. Когда давление гелия не большое, то гелий вполне похож на идеальный газ. Однако, при большом давлении, возрастает плотность сжатого гелия, и расстояния между молекулами гелия уменьшаются настолько, что молекулы начинают отталкиваться друг от друга, вот тогда гелий перестаёт быть идеальным газом.

Сжатый гелий - совсем уже не идеальный газ. Если в баллон 40 л накачать гелия на 150 атмосфер (14,7 МПа), то в баллоне поместится всего 5,5 куб.м. сжатого гелия (а не 6,0 куб.м. ). Если в баллон 10 л накачать гелия на 150 атмосфер (14,7 МПа), то в баллоне поместится всего 1,37 куб.м. (а не 1,5 куб.м. ) сжатого гелия.

Для определения количества гелия в неполных баллонах можно пользоваться специальными таблицами:

 

Давление в баллонах в зависимости от объёма гелия

(при температуре баллонов +20 град. Цельсия)

Если температура баллона отличается от +20 град. Цельсия , то нужно пользоваться другими таблицами или газовыми калькуляторами.

Автор: Лещанов Сергей Иванович


Комментарии: 0