Закон Бойля-Мариотта

Для газа данной массы при неизменной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная.

рV=const, при Т=const, m=const

Процесс ,происходящий при постоянной температуре называется изотермическим.

Рис.1

Рисунок 1

Рассмотрим газ, находящийся в некотором замкнутом объеме (Рис.1) , т.е. параметры которого (температура, давление, плотность) одинаковы по всему объему и неизменны. Такая система называется равновесной. Если медленно уменьшать объем системы, поддерживая при этом постоянной ее температуру, можно увидеть, что давление газа в системе растет, причем если обозначить первоначальные значения давления и объема как P₁ и V₁, промежуточные как P₂ и V₂, а конечные как P₃ и V₃, то можно сделать вывод, что произведение давления и объема газа есть постоянная величина для любой точки процесса. То есть P₁V₁ = P₂ и V₂ = P₃V₃ = const при T=const. Это соотношение носит название закона Бойля-Мариотта.

Реальный процесс сжатия газа, например, в компрессоре, не является изотермическим — уменьшение объема и увеличение давления сопровождается ростом температуры. Однако, если сжатый газ охладить до температуры, которую он имел до сжатия, можно будет увидеть, что для начальных и конечных значений объема и давления закона Бойля-Мариотта соблюдается.

Воздушная волна

При открытии крана с одного конца магистрали, заряженной сжатым воздухом, возникает его струйное движение, которое называется воздушной волной.

Падение давления начинается с нарушения равновесия воздуха, находящегося у отверстия, а затем волна с определенной скоростью распространяется вдоль магистрали. Если кран остается открытым, то в каждом месте, где волна прошла, с определенным темпом возникает и продолжается местное падение давления.

Скорость воздушной волны определяется как частное от деления длины магистрали на число секунд от момента открытия выпускного крана до момента начала падения давления в конце магистрали.

Скорость воздушной волны не зависит ни от размера отверстия выпускного крана, т. е. от быстроты выпуска воздуха, ни от диаметра трубы, ни от ее длины, ни от величины снижения давления, ни от направления движения воздуха (разрядка или зарядка). При замерах или при записи самопишущим прибором отсчет производится по моментам открытия крана и начала падения давления, чем длиннее магистраль, тем больше будет и секунд отсчета. При опытных замерах в разных точках магистрали длиной 1152 м скорость ее была постоянной и равнялась 327 м/сек. Установлено, что с увеличением «вредных сопротивлений» - наличием отростков, поворотов и разветвлений, подключением объемов, скорость воздушной волны снижается.

4. Темпы падения давления

Каждый воздухораспределитель начинает действовать не тогда, когда его достигнет воздушная волна, то есть начнется течение воздуха, а когда в месте его подключения создается темп падения давления, достаточный для приведения его в действие.

Темпом падения давления в данной точке называется величина этого падения в единицу времени - ат/сек или ат/мин.

Утечки воздуха из магистралей не являются неизбежным злом, однако, несмотря на повседневную борьбу с ними, периодически появляются. Для нормальной работы тормозов необходимо, чтобы темп падения давления в тормозной магистрали от утечек не превышал 0,1—0,2 ат/мин при отключенных воздухораспределителях и не выходил бы из пределов 0,03—0,06 ат /мин при проверке общей плотности тормозной магистрали с включенными воздухораспределителями. Темпы падения давления в разных местах магистрали различны, и чем дальше от начала магистрали (от крана машиниста), тем темпы падения давления медленнее. Еще больше чем на скорость воздушной волны, действуют на темпы, замедляя их, побочные объемы, отростки и разветвления трубопроводов.

5. Тормозная волна

Наименьший темп падения давления при разрядке магистрали (или темп повышения давления при ее зарядке) будет в самой удаленной от крана точке, отсюда вытекает понятие тормозной волны. Тормозной волной называется последовательное распространение вдоль поезда действия тормозных воздухораспределителей (сработка их на тормоз или на отпуск), что то же самое, последовательное распределение в магистрали темпов падения давления, достаточных для приведения воздухораспределителей в действие.

Очевидно, что тормозная волна следует вслед за воздушной и со скоростью, значительно меньшей скорости воздушной волны.

Скорость тормозной волны равна длине магистрали, деленной на время, протекающее от момента поворота ручки крана до момента начала действия тормоза, наиболее удаленного от крана.

Увеличение скорости тормозной волны важный вопрос совершенствования тормозной техники. Один из радикальных способов его решения — электрическое управление воздухораспределителями, т. е. переход на электропневматические тормоза.

Темпы падения давления и скорость тормозной волны зависят: от сечения выпускного отверстия крана. Например, экстренное торможение, т. е. торможение с высоким темпом разрядки (порядка 1-2 ат/сек) увеличивает скорость тормозной волны.

от уменьшения сопротивления магистрали за счет улучшения ее конструкции (устройства концевых кранов, междувагонных соединений, увеличение диаметра магистрали) от длины поезда.

Равномерная тормозная волна при высокой скорости обеспечивает плавность торможения, быстрое наполнение сжатым воздухом тормозных цилиндров, то есть в конечном счете определяет эффективность тормоза на составе.