к уроку 20. Общие сведения о применении газов в технике
 Скачать 199.54 Kb.
|
|
Назначение пневмопривода и его принцип работы Общие сведения о применении газов в технике Любой объект, в котором используется газообразное вещество, можно отнести к газовым системам. Поскольку наиболее доступным газом является воздух, состоящий из смеси множества газов, то его широкое применение для выполнения различных процессов обусловлено самой природой. В переводе с греческого pneumatikos - воздушный, чем и объясняется этимологическое происхождение названия пневматические системы. В технической литературе часто используется более краткий термин - пневматика. По наличию и причине движения газа все системы можно разделить на три группы: К первой группе отнесем системы с естественной конвекцией (циркуляцией) газа (чаще всего воздуха), где движение и его направление обусловлено градиентами температуры и плотности природного характера, например, атмосферная оболочка планеты, вентиляционные системы помещений, горных выработок, газоходов и т.п. Ко второй группе отнесем системы с замкнутыми камерами, не сообщающимися с атмосферой, в которых может изменяться состояние газа вследствие изменения температуры, объема камеры, наддува или отсасывания газа. К ним относятся различные аккумулирующие емкости (пневмобаллоны), пневматические тормозные устройства (пневмобуферы), всевозможные эластичные надувные устройства, пневмогидравлические системы топливных баков летательных аппаратов и многие другие. К третьей группе следует отнести такие системы, где используется энергия предварительно сжатого газа для выполнения различных работ. В таких системах газ перемещается по магистралям с относительно большой скоростью и обладает значительным запасом энергии. Они могут быть циркуляционными (замкнутыми) и бесциркуляционными. В циркуляционных системах отработавший газ возвращается по магистралям к нагнетателю для повторного использования (как в гидроприводе).В бесциркуляционных системах газ может быть использован потребителем как химический реагент (например, в сварочном производстве, в химической промышленности) или как источник пневматической энергии. В последнем случае в качестве энергоносителя обычно служит воздух.Выделяют три основных направления применения сжатого воздуха.К первому направлению относятся технологические процессы, где воздух выполняет непосредственно операции обдувки, осушки, распыления, охлаждения, вентиляции, очистки и т.п. Очень широкое распространение получили системы пневмотранспортирования по трубопроводам, особенно в легкой, пищевой, горнодобывающей отраслях промышленности.Второе направление - использование сжатого воздуха в пневматических системах управления (ПСУ) для автоматического управления технологическими процессами (системы пневмоавтоматики).Третьим направлением применения пневмоэнергии, наиболее масштабным по мощности, является пневматический привод, который в научном плане является одним из разделов обшей механики машин.Пневматический привод (пневмопривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха. Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель. Основное назначение пневмопривода — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).Пневмопривод Рисунок 7.1 Типовая схема пневмопривода: 1 — воздухозаборник; 2 — фильтр; 3 — компрессор; 4 — теплообменник (холодильник); 5 — влагоотделитель; 6 — воздухосборник (ресивер); 7 — предохранительный клапан; 8- дроссель; 9 — маслораспылитель; 10 — редукционный клапан; 11 — дроссель; 12 — распределитель; 13-пневмомотор; М — манометр. Преимущества и недостатки пневмопривода Преимущества:
Недостатки: pVn = constгде n - показатель политропы, изменяющийся в пределах от n = 1 (изотермический процесс) до n = 1,4 (адиабатический процесс).Политропным называется термодинамический процесс, при котором теплоемкость тела остаётся постоянной.Течение воздуха В основу расчетов течения воздуха положено известное уравнение Бернулли движения идеального газаСлагаемые уравнения выражаются в единицах давления, поэтому их часто называют "давлениями": z - весовое давление; p - статическое давление;- скоростное или динамическое давление.На практике часто весовым давлением пренебрегают и уравнение Бернулли принимает следующий видСумму статического и динамического давлений называют полным давлением P0. Таким образом, получимУравнение Бернулли для идеального газа При расчете газовых систем необходимо иметь в виду два принципиальных отличия от расчета гидросистем.Первое отличие заключается в том, что определяется не объемный расход воздуха, а массовый. Это позволяет унифицировать и сравнивать параметры различных элементов пневмосистем по стандартному воздуху (ρ = 1,25 кг/ м3, υ = 14,9 м2/с при p = 101,3 кПа и t = 20°C). В этом случае уравнение расходов записывается в видеQм1 = Qм2 или υ1V1S1 = υ2V2S2Второе отличие заключается в том, что при сверхзвуковых скоростях течения воздуха изменяется характер зависимости расхода от перепада давлений на сопротивлении. В связи с этим существуют понятия подкритического и надкритического режимов течения воздуха. Смысл этих терминов поясняется ниже.Рисунок 20.2 Истечение газа из отверстия в тонкой стенкеСкорость истечения газа можно определять по формуле Массовый расход газа, вытекающего через отверстие, определяем по формуле где ω0 - площадь сечения отверстия. Отношение p/p0 называется степенью расширения газа. Анализ формулы (20.6) показывает, что выражение, стоящее под корнем в квадратных скобках, обращается в ноль при p/p0 = 1 и p/ p0 = 0. Это означает, что при некотором значении отношения давлений массовый расход достигает максимума Qmax. График зависимости массового расхода газа от отношения давлений p/p0 показан на рисунке 20.3. Рисунок 20.3 Зависимость массового расхода газа от отношения давлений Отношение давлений p/p0, при котором массовый расход достигает максимального значения, называется критическим. Можно показать, что критическое отношение давлений равноКак видно из графика, показанного на рисунке 20.3, при уменьшении p/p0 по сравнению с критическим расход должен уменьшаться (пунктирная линия) и при p/p0 = 0 значение расхода должно быть равно нулю (Qm = 0). Однако в действительности это не происходит. В действительности при заданных параметрах p0, ρ0 и T0 расход и скорость истечения будут расти с уменьшением давления вне резервуара p до тех пор, пока это давление меньше критического. При достижении давлением p критического значения расход становится максимальным, а скорость истечения достигает критического значения, равного местной скорости звука. Критическая скорость определяется известной формулойподкритический режим, при которомнадкритический режим, при которомСуществует две зоны (области) течения: Окончательно скорость и максимальный массовый расход в подкритической зоне, с учетом сжатия струи определятся по формулам
Контрольные вопросы Самостоятельная работаВариант 1Изобразите как выглядит теплообменник на схемах пневмопривода.Вариант 2Изобразите как выглядит влагоотделитель на схемах пневмопривода.Домашнее задание Ознакомиться с разделом пневмоприводастр. 119-125 |