Файл: Общие сведения о применении газов в технике.pptx

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:

• Простота конструкции и эксплуатации.
• Быстрота действия – 0,6 – 1,5 с.
• Непрерывность действия зажимнного усилия.
• Возможность регулирования силы зажима.

Недостатки:

• Недостаточная плавность перемещения рабочих элементов
• Небольшое давление сжатого воздуха в полостях пневмоцилиндра
• Относительно большие размеры при увеличении усилия зажима

---

В реальных условиях неизбежно происходит некоторый теплообмен между воздухом и деталями системы и имеет место так называемое политропное изменение состояния воздуха. Весь диапазон реальных процессов описывается уравнениями этого состояния

pVn = const

где 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 газа

Слагаемые 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 вид

Сумму статического и динамического давлений называют полным давлением P0. Таким образом, получим

Уравнение 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 виде

Qм1 = Qм2 или υ1V1S1 = υ2V2S2

Второе 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 стенке

Скорость 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 равно

Как 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 формулой

подкритический режим, при котором

надкритический режим, при котором

Существует две зоны (области) течения:

Окончательно скорость и максимальный массовый расход в подкритической зоне, с учетом сжатия струи определятся по формулам

• Что относят к газовым системам?
• Напишите группы газовых систем.
• Что такое пневматический привод?
• Напишите основное назначение пневмопривода.
• Для чего нужен компрессор в пневмоприводе?
• Через что поступает воздух в пневмосистему?
• Что такое политропный процесс?
• Что такое p/p0.
• Какие области течения бывают?

Контрольные вопросы

Самостоятельная работа

Вариант 1

Изобразите как выглядит теплообменник на схемах пневмопривода.

Вариант 2

Изобразите как выглядит влагоотделитель на схемах пневмопривода.

---

Домашнее задание

Ознакомиться с разделом пневмопривода

стр. 119-125

---