Главная  Промышленность 

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Коэффициент пропорциональности R называется удельной газовой постоянной идеального газа массой 1 кг, совершающего работу 1 Дж при повышении температуры на 1 К. Его значение зависит только от свойств газа. Для сухого воздуха i? = 287 Дж/(кг-К).

Реальный газ отличается от идеального в основном наличием сил внутреннего трения. Чем выше плотность реального газа, тем более он отличается от идеального. Динамический коэффициент вязкости т]д. Па-с, который определяется силами внутреннего трения, связан с кинематическим коэффициентом вязкости Vk, mVc, следующей зависимостью:

Vk = Т1д/р.

Вязкость воздуха зависит от температуры следующим образом:

где тдJ - динамический коэффициент вязкости при температуре 273 К (О °С). 1.2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Термодинамическим процессом называют последовательное изменение параметров газа при переходе его из одного состояния в другое.

При описании термодинамических процессов используют такие величины, как теплоемкость, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия.

Теплоемкость (Дж/К) есть количество теплоты, необходимое для нагревания тела на 1 °С. Удельная теплоемкость - теплоемкость единицы массы или объема вещества. Теплоемкость зависит от характера процесса. Различают удельную теплоемкость при постоянном давлении (Ср) и при постоянном объеме (cj), при этом Ср= с„+ R Дж/(кг-К).

Отношение теплое.мкостей представляет собой показатель степени адиабатического процесса

k = Ср/с.

Теплоемкость зависит также от те.мпературы, однако в пневмоприводах колебания температуры относительно невелики и теплоемкость приближенно можно считать величиной постоянной.

Внутренняя энергия U представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий молекул (атомов, ионов,электронов). В термодинамических расчетах используют не абсолютное значение внутренней энергии, а изменение этого значения в различных процессах. Внутреннюю энергию единицы массы вещества и называют удельной внутренней энергией. Внутренняя энергия идеального газа состоит только из кинетической энергии его молекул и зависитоттемпературы dU = cdT. В системе СИ единицей измерения внутренней энергии является джоуль (Дж).

Энтальпией I системы называют термодинамическую функцию, равную сумме внутреиией энергии и произведения давления иа объем газа

1= U+ pV

или для единицы массы газа

i = и + pv.

Энтальпию измеряют в джоулях.

ЭнтропияS системы есть функция ее состояния. Изменение энтропии является признаком обмена энергией системы с окружающей средой в форме теплоты

dS = dQr/T,

где - теплота.

Энтропию измеряют в джоулях на градус Кельвина.

Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим процессам и формулируется следующим образом: подведенная к системе теплота Q (или отведенная от нее)

и О 01 о.

со И

я о; « S S

- о.

a

1 I

X +- <D С

D- О

§.11



расходуется на изменение внутренней энергии U системы и на совершение работы L

dQ = dU+ dL

или в удельных величинах dq = du + dl Дж/кг, где dl = pdv; I - внешняя работа газа. Из уравнения первого закона термодинамики как частные случаи могут быть получены уравнения всех основных элементарных процессов, характеристика которых приведена в табл; 1.3. Эти процессы протекают при постоянном значении теплоемкости, причем наиболее общим случаем является политро-пнческнй процесс, характеризуемый гюстоянным показателем политропы

П = (Ср - с)/(с„ - с).

В уравнении адиабаты pv = const показатель адиабаты для воздуха /!г « 1,4. В уравнении политропы pv" = const показатель политропы п для различных процессов может принимать любые числовые значения, но в каждом конкретном процессе является постоянной величиной.

В большинство приведенных зависимостей входят величины, отнесенные к единице массы газа, при этом предполагается, что в ходе процесса масса не меняется. Это необходимо иметь в виду, так как в пневматических системах имеют место процессы с переменной массой воздуха и при их рассмотрении необходимо ее учитывать так же, как и энергию, которая подводится (отводится) с поступающим (вытекающим) воздухом.

1.3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГАЗОВ

Уравнение неразрывности потока: при установившемся движении газа массовый расход одинаков во всех сечениях канала

G = pwf = const,

где W - скорость течения газа; f - площадь поперечного сечения канала.

Уравнение Бернулли: для любых сечений потока при установившемся движении сохраняется сумма напоров - скоростного wl2, пьезометрического р/р, статического и потерянного на трение Лр, т. е.

2 + р,

тр>

где Zi и Za высота центра тяжести поперечного сечения потока в сечениях 1 и 2. Ввиду малой плотности воздуха статический напор обычно не учитывается.

Если пренебречь теплообменом газа с окружающей средой, трением между стенками канала и газом и внутри газа, то получим адиабатическое движение, в котором отсутствуют внешний теплообмен и внутреннее тепловыделение. В это.м случае энтропия не меняется и движение называют изоэнтропическим.

Истечение газа из неограниченного объема. При изоэнтропическом движении газа при условии истечения из неограниченного объема (начальная скорость равна нулю) массовый расход воздуха определяют по формуле, которой часто пользуются при расчетах пневмосистем.

Где Pi и p2 - давление газа в неограниченном объеме и в некотором сечении короткого канала, куда истекает газ; fx - коэффициент расхода.

Коэффициент расхода представляет собой отношение действительного расхода воздуха к теоретическо.му. Он учитывает изменение расхода вследствие принятых допущений, и обычно определяется экспериментально.

. При k = 1,4

При определенном отношении давлений, называемом критическим, расход

( Р2\ /2 достигает максимального значения j = VT+l

(для воздуха) {-) « 0,528. \ Pi / *

Процесс истечения газа при отношении давлении, большем чем критическое, называют подкритическим и расход определяют по приведенной выше формуле. Если отношение давлений меньше критического, то процесс называют надкритическим и расход определяют по формуле 1

Для воздуха

=0,0404n/pi/V7,

{k+\)RT,

где G - в кг/с, f - в м, Pi - в Па, - в К.

Различают два вида течения: ламинарное (слои потока движутся равномерно, не смешиваясь) и турбулентное (частицы движутся в поперечном направлении, приводя к перемешиванию потока). Переход от одного вида течения к другому наступает при определенных условиях, характеризуемых числом Рейнольдса Re = 2300

Re =

4Л[,шр

где W - средняя по сечению канала скорость течения; г, - гидравлический радиус, т. е. отношение площади поперечного сечения канала к его периметру. Для каналов круглого сечения Re = шрй/т1д, где d - диаметр канала.

При Re < 2300 имеет место ла.минарныи вид течения, прн Re> 2300 - турбулентный.

Числовые значения основных параметров воздуха приведены в табл. 1.4. и 1.5.

Таблица 1-4

Числовые значения основных параметров воздуха

Параметр

Условия

Числовые значения

Плотность р. кг/м" Удельный вес у, Н/м» Удельный объем v, м/кг

р = 1,013-105 Па

(760 мм рт. ст.). / = 20 °С

1,207 11,82 0,83

Газовая постоянная К,Дж/(кг.К)

Сухой воздух

Влажный воздух, относительная влажность 80 %

287 289

Коэффициент динамической вязкости Т1д Н-с/м»

/ = 20 °С

18,4-10-=

Теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг-К)

При температуре 0-100 °С теплоемкость практически постоянна

1.01-10»

Теплоемкость прн постоянном объеме. Дж/(кг-К)

0,72.10



Плотность р воздуха при различных давлении и температуре

Таблица 1.5

Давле-

Плотность воздуха, кг/м, прн температуре, С

. 10», Па

0,98

1,25

1,21

1,17

1,13

1,09

1,06

1,03

1,00

0,97

0,94

0,92

1,96

2,51

2,42

2,33

2,26

2,19

2,12

2,05

1,99

1,94

1,88

1,83

2,94

3,76

3,62

3,50

3,38

3,27

3,18

3,08

2,99

2,91

2,83

2,75

3,43

4,39

4,23

4,08

3,95

3,83

3,71

3,60

3,49

3,39

3,30

3,21

3,92

5,01

4,83

4.67

4,51

4,37

4,24

4,11

3,99

3,88

3,77

3,67

4,41

5,64

5,44

5,?5

5,07

4,92

4,77

4,62

4,49

4,36

4,24

4,13

4,90

6,26

6,04

5,84

5,64

5,46

5,30

5,14

4,99

4,85

4,71

4,59

5,39

6,89

6.64

6,42

6,20

6,01

5,82

5,65

5,49

5,33

5,18

5,04

5,88

7,52

7,25

7,00

6,77

6,56

6,35

0,16

5,98

5,81

5,65

5,50

6,37

8,14

7,85

7,59

7,33

7,10

6,88

6,68

6,48

6,30

6,13

5,96

6,86

8,77

8,46

8,17

7,90

7,65

7,51

7,19

6,98

6,78

6,60

6,42

7,35

9,40

9,06

8,75

8,46

8,20

7,94

7,70

7,48

7,28

7,07

6,88

7,85

10,02

9,66

9,34

9,02

8,74

8,47

8,22

7,98

7,75

7,54

Т,34

8,33

10,55

10,27

9,92

9,60

9,29

9,00

8,73

8,48

8,24

8,00

7,80

8,83

11,28

10,88

10,51

10,46

9,84

9,53

9,25

8,98

8,72

8,48

8,25

9,32

11,90

11,48

11,09

10,72

10,38

10,06

9,76

9,47

9,21

8,95

8,71

9,81

12,53

12,09

11,67

11,29

10,93

10,59

10,27

9,97

9,69

9,47

9,17

1.4. СТРУКТУРА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ

В соответствии с ГОСТ 17752-72 пневматическая система - это техническая система, состоящая нз устройств, находящихся в непосредственном контакте с рабочим газом (воздухом).

Энергию сжатого воздуха промышленных пневматических систем используют для приведения в движение механизмов и машин, автоматического управления технологическими процессами, пескоструйной очистки, перемешивания растворов, распыления красок, транспортирования сыпучих материалов, дутья в доменные печи и т. п. Наибольшее применение энергия сжатого воздуха получила в пневмоприводах.

Классификация промышленных пневмоприводов по различным признакам приведена на рис. 1.1. В компрессорном пневмоприводе сжатый воздух подается

Пневмопривод

По источнику рабочей среды

характеру движения выходного звена

По возможности регулирования

По циркуляции рабочей среды

i а:

о ж л

S d: о в

D. (У

Si el

а «

О ? О.О.

т о.

Рис. 1.1. Классификация пневмоприводов 14


винэиийэоэ

iqSoaoduopAdi


HifSinraAirj

RdlЧИ•Иф

HifaiHifnuDsdoifoEW


aHinoiAdHirAjad

SHtaoiBifaEduBH

NdOlOWOKHSHIJ

Hii*3iejH9tt -оиазнп SHHiOdoaou

HdtfHHifHnowaoHU

a a И 2

§1

3i4H«Ha»3d3U

snHdBHOHHeiD



0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33