Курс «Трубопроводная арматура». Модуль «Пневмоприводы и приборы управления пневмоприводами»
Шрифт:
в атмосферу, т. е. привести в действие устройства, работающие на нагнетание.
Поскольку большинство устройств промышленной пневмоавтоматики работает на нагнетание, а магистральное давление существенно больше атмосферного, при расчете усилий удобно пользоваться избыточным давлением.
В термодинамических расчетах, например в формуле (1), пользуются абсолютным давлением.
Высокое давление: Это давление в пневматических системах, находящееся в пределах 3–10 бар.
Используется для запитки большинства промышленных устройств.
Низкое давление: Используется в различного вида датчиках и некоторых управляющих устройствах.
Низкое
• Давление 0,5 бар и менее;
• Давление от 0,5 бар до 1 бара;
• Давление от 1 до 3 бар.
Расход газа
Расход является вторым важнейшим параметром, характеризующим работу любого пневматического устройства, и определяется как количество вещества, проходящее через данное сечение в единицу времени. Поскольку можно измерять как объем вещества, так и его массу,
существует понятие объемного расхода Q и массового расхода G.
Объемный расход
Схема определения объемного расхода показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема к определению объемного расхода
Объемный расход определяется по формулам
где:
V – объем газа или жидкости, прошедших через данное сечение за определенный промежуток времени;
t – время, в течение которого прошел данный объем газа;
W – скорость потока в сечении (средняя скорость при неравномерном ее распределении по сечению);
S – площадь поперечного сечения потока (см. рис. 2).
Единицы измерения
В системе СИ объемный расход измеряется в м3 /с. Поскольку расход в 1 м3 /с очень велик, в технических характеристиках пневматических аппаратов расход часто указывается в л/мин и в м3/час.
Соотношение: между основными величинами показано ниже
< image l:href="#"/>Для жидкостей, из-за их не сжимаемости, объемный расход Q является однозначной характеристикой потока.
В случае воздуха, плотность которого существенно зависит от давления, более определенной характеристикой потока является массовый расход Gm, определяемый как отношение массы воздуха, прошедшей через данное сечение в единицу времени.
Массовый расход
Соотношение между объемным и массовым расходами:
где:
Q- объемный расход;
– плотность;
W – скорость потока в сечении;
S – площадь поперечного сечения потока.
Нормальный объемный расход
Для
Данный расход Qn измеряется при избыточном давлении на входе устройства 6 бар и 5 бар на его выходе.
Объём проходящего через пневмоэлемент воздуха рассчитывается при нормальных условиях
(при температуре +20°С и абсолютном давлении 1,013 бар, соответствующем 760 мм ртутного столба).
Единицами измерения данного расхода являются Нл/мин (нормальные литры в минуту, для определения массового расхода по нормальному расходу, плотность воздуха берется
при атмосферном давлении).
Рис. 3. Схема измерения нормального объемного расхода воздуха
Расход воздуха при различных режимах истечения воздуха
Расход воздуха при подкритическом режиме истечения воздуха (режим при котором отношение давления в полости наполнения к давлению в ресивере (полости истечения) больше 0,5288).
где:
f Э – эффективная площадь проходного сечения пневмомагистрали, м2,
Pо – давление в полости, из которой идет истечение воздуха, Па,
P1 – давление в полости наполнения воздухом, Па,
k – показатель адиабаты для воздуха,
– относительное давление, величина, характеризующая отношение давления в полостях истечения и наполнения.
R – универсальная газовая постоянная (287 Дж/(кг*К)),
Т – температура воздуха в магистрали, К.
Расход воздуха при надкритическом режиме истечения воздуха (режим, при котором отношение давления в полости наполнения к давлению в ресивере менее 0,5288).
Для определения эффективной площади можно использовать данные, приведенные в монографии проф. Е. В. Герц «Расчет пневматических приводов», М.: Изд-во «Машиностроение», 1975 г.
Эффективная площадь проходного сечения определяется по следующей формуле:
где:
f – площадь трубопровода, м2
µ – коэффициент расхода трубопровода.
Коэффициент расхода определяется опытным путем и зависит от величины .
где:
пр – приведенная длина (для пластиковых трубопроводов 0,01).
l тр – длина трубопровода, м
dт – диаметр трубопровода, м.