intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng - CĐ Giao thông Vận tải

Chia sẻ: Bautroimaudo Bautroimaudo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

17
lượt xem
3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén; Hệ thống truyền động bằng khí nén; Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực; Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng - CĐ Giao thông Vận tải

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CĐ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH ----------------------- BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ỨNG DỤNG BIÊN SOẠN: NGÔ THỊ KIM UYỂN TRẦN THỊ TRÀ MI LƯU HÀNH NỘI BỘ- NĂM 2017
  2. GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC a. Vị trí, tính chất môn học Môn học được thực hiện sau khi học xong các môn học, mô-đun sau: Ngoại ngữ; Cơ kỹ thuật; Vật liệu cơ khí; Vẽ kỹ thuật Thực hành nguội cơ bản; Thực hành hàn cơ bản; Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật; Điện kỹ thuật, điện tử cơ bản ... Môn học này được bố trí giảng dạy ở học kỳ 4 của khóa học và có thể bố trí dạy song song với các môn học, mô-đun sau: thực tập nghề và mô-đun tự chọn. b. Mục tiêu của môn học: Kiến thức chuyên môn Môn học này cung cấp những kiến thức cơ bản nhất để phục vụ cho các môn chuyên ngành. Học xong môn học này học viên có khả năng: - Trình bày đầy đủ các khái niệm, yêu cầu, nhiệm vụ và các quy luật truyền dẫn năng lượng của truyền động khí nén và thủy lực - Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống truyền động bằng khí nén và thủy lực - Trình bày được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại máy nén khí và bơm thủy lực - Nhận dạng được cấu tạo các loại truyền động bằng khí nén và thủy lực trên ô tô Kỹ năng nghề - Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc; - Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thông tin; - Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin. Thái độ lao động - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc. - Thái độ biết lắng nghe, ham học hỏi, hứng thú với công nghệ. - Thái độ cầu tiến, biết tuân thủ nội quy, quy chế của trường, lớp Các kỹ năng cần thiết khác Bình tĩnh, tự tin biết kết hợp và làm việc theo nhóm. Nội dung môn học.
  3. Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực
  4. LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển thủy lực sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở nhiều lĩnh vực như phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, máy bay, tàu thủy, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm, … đặc biệt trong ngành ô tô ngày này được sử dụng rất nhiều và chiếm vị trí khá quan trọng. Những thiết bị thủy lực làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và đặt dễ dàng ở những nơi chật hẹp so với thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện. Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên hệ cao đẳng chuyên ngành Ôtô có được những kiến thức tốt để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điều khiển bằng thủy lực trong thực tế. Giáo trình được biên soạn với nội dung chính sau: Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên Cao đẳng ngành Công nghệ Ô tô và cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh TCCN, CĐN cũng như kỹ thuật viên đang làm việc ở các hãng sửa chữa và garage ô tô. Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy tại Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM đã đóng góp ý kiến và kinh nghiệm để hoàn thiện giáo trình này. Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc không tránh khỏi khiếm khuyết. Nhóm tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bản sau giáo trình được hoàn chỉnh hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM – Số 8 – Nguyễn Ảnh Thủ - P. Trung Mỹ Tây – Q12 – TpHCM. Nhóm tác giả
  5. CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 1.1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÍ NÉN Bên cạnh các chất lỏng thủy lực như nước và dầu, khí nén cũng là một trong những môi chất mang năng lượng và tín hiệu quan trọng nhất trong kỹ thuật thủy khí. Trong các hệ thống truyền động khí nén môi chất là không khí nén – một chất “lỏng” chịu nén. Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường. Khí nén đã được ứng dụng từ rất lâu, cách đây trên 2000 năm, người ta đã biết tạo ra khí nén, lưu trữ khí nén và sử dụng làm môi chất mang năng lượng. Vào quãng thế kỷ thứ 3 và thứ nhất trước công nguyên ở Alexandrie các nhà cơ khí Ktesibios và Heron đã phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt động bằng khí nén. Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước thăng trầm. Một mặt do trình độ kỹ thuật công nghệ các thời kỳ trước chưa tương xứng, mặt khác còn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền năng lượng khác như động cơ nhiệt, truyền động điện… mà mãi đến những năm gần đây kỹ thuật khí n n mới lại có được vai trò xứng đáng của nó trong sản xuất. Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí n n bắt đầu cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của các quá trình sản xuất, nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật tính hiện đại. Ngày nay khí nén đã tham gia vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy, xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rô bot, khai khoáng… 1.1.1 KHÁI NIỆM 1.1.1.1 Khái niệm về hệ thống truyền động khí nén Là hệ thống truyền động lấy không khí từ môi trường ngoài, nén lại truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường. 1.1.1.2 Sản xuất khí nén Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí này phải được sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy đủ với một áp suất nhất định thích hợp cho năng lượng hệ thống. a. Máy nén khí Máy nén khí là máy có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một áp suất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn. b. Các loại máy nén khí công suất nhỏ thường sử dụng Máy nén khí được phân loại theo áp suất hoặc theo nguyên lý hoạt động. Đối với nguyên lý hoạt động ta có:
  6. - Máy nén theo nguyên lý thể tích: máy nén pít tông, máy nén khí kiểu trục vít, máy nén cánh gạt. - Máy nén tuốc bin là được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi sử dụng lưu lượng dưới mức 600m3/ph. Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng. c. Ứng dụng máy nén khí trong công nghệ Chế tạo – Bão dưỡng ô tô − Điều khiển hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén trên ô tô, điều khiển hệ thống đóng (mở) cửa tự động bằng khí nén trên xe buýt, điều khiển hệ thống treo dẫn động bằng khí nén trên ô tô, … − Máy nén khí được sử dụng trong các trang thiết bị bão dưỡng sữa chữa ô tô: súng bắn hơi, súng vặn vít, tuốc nơ vít, máy khoan, máy bơm hơi, máy nâng hạ, cần cẩu… Hình 1.1: Máy nén khí trên ô tô ❖ Máy nén kiểu piston Máy nén piston (hình 1.2) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng suất đến 500m3/ph. Máy nén 1 piston có thể nén khí khoảng 6bar và ngoại lệ có thể đến 10bar; máy nén kiểu piston hai cấp có thể nén đến 15bar; 3-4 cấp lên đến 250bar.
  7. Hình 1.2. Máy nén khí kiểu piston Máy nén khí kiểu piston trên ô tô (hình 1.3) có cấu tạo tương tự như máy nén khí Fusheng, Puma hay Palada…được dùng trong công nghiệp, bao gồm: 1. Mặt bích, 2. Vỏ máy nén, 3. Van hút, van áp suất, 4. Piston, 5. Đĩa cam, 6. Mặt bích chặn, 7. Đầu trục truyền động, 8. Đĩa bị động, 9. Buly, 10. Bulông xả môi chất Hình 1.3: Máy nén khí kiểu piston trong ô tô ❖ Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích không gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay. Do các rôto được chế tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy. Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 rô to: rô to chính 2 và rôto phụ 1, (hình 1.4). Số đầu mối ren trên rô to xác định thể tích làm việc của máy, có nghĩa là thể tích không khí cuốn vào trong một vòng quay. Số đầu mối ren càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ. Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau sẽ cho hiệu suất cao hơn.
  8. Hình 1.4. Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít Hình 1.5. Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít ❖ Máy nén kiểu cánh gạt (Rotary compressors) Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 1.6: không khí sẽ được vào buồng hút. Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì không khí vào buồng nén. Sau đó khí nén sẽ đi ra buồng đẩy. Hình 1.6. Máy nén khí kiểu cánh gạt
  9. 1.1.1.3 Phân phối khí nén a. Phân phối khí nén Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, đảm bảo áp suất p và lưu lượng Q và chất lượng khí nén cho các thiết bị làm việc, ví dụ như van, động cơ khí, xy lanh khí… Hình 1.7. Hệ thống, thiết bị phân phối khí nén Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, chú ý đối với hệ thống ống dẫn khí có thể là mạng đường ống được lắp ráp cố định (trong toàn nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy mô tả ở hình 1.7. Đối với hệ thống phân phối khí nén ngoài tiêu chuẩn chọn máy nén khí hợp lí, tiêu chuẩn chọn đúng các thông số của hệ thống ống dẫn (đường kính ống, vật liệu ống); cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phân phối cũng đóng vai trò quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí nén. ❖ Bình nhận và trích khí nén Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén của máynén khí chuyển đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước trước khi chuyển đến nơi tiêu thụ. Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng vàphương pháp sử dụng khí nén. Bình trích chứa khí nén có thể đặt nằm ngang, nằm đứng. Đường ống ra của khí nén bao giờ cũng nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa (hình 1.8).
  10. Hình 1.8. Các loại bình trích chứa khí nén ❖ Đường ống Đường ống dẫn khí nén có đường kính trong vài milimet trở lên. Chúng được làm bằng các vật liệu cao su, nhựa hoặc kim loại. Thông số cơ bản kích thước ống (đường kính bên trong) phụ thuộc vào: vận tốc dòng chảy cho phép, tổn thất áp suất cho phép, áp suất làm việc, chiều dài ống, lưu lượng, hệ số cản trở dòng chảy và các phụ kiện nối ống. b. Các yếu tố cơ bản - Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy (Q = v F). Vận tốc dòng chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống càng lớn. - Vận tốc dòng chảy: vận tốc dòng chảy của khí nén trong ống dẫn nên chọn từ 6÷10m/s. Vận tốc của dòng chảy khi qua các chỗ lượn cua của ống hoặc nối ống, van, những nơi có tiết diện nhỏ lại sẽ tăng lên, hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi các thiết bị hay máy móc đang vận hành. - Tổn thất áp suất: tốt nhất không vượt quá 0.1bar. Thực tế sai số cho phép đến 5% áp suất làm việc. Như vậy tổn thất áp suất là 0.3bar là chấp nhận được với áp suất làm việc là 6 bar. - Hệ số cản dòng chảy: khi lưu lượng khí đi qua các chỗ nối khớp, van, khúc cong sẽ gây ra hiện tượng cản dòng chảy. Bảng 1, biểu thị các hệ số cản tương đương chiều dài ống dẫn l’ của các phụ kiện nối.
  11. Bảng 1. Giá trị hệ số cản  tương đương chiều dài ống dẫn l 1.1.1.4 Xử lý khí nén Hình 1.9. Bộ lọc khí
  12. Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở các mức độ khác nhau. Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của không khí hút vào, những cặn bả của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong quá trình nén nhiệt độ của khí nén tăng lên, có thể gây ra ô xy hóa một số phần tử của hệ thống. Do đó việc xử lý khí nén cần phải thực hiện bắt buộc. Khí nén không được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử khí nén. Đặc biệt sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển đòi hỏi chất lượng khí nén rất cao. Mức độ xử lý khí nén tùy thuộc vào từng phương pháp xử lý. Trong thực tế người ta thường dùng bộ lọc để xử lý khí nén (hình 1.9). Van lọc khí (hình 1.10) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước chứa trong nó. Khí nén sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với những phân tử nước được để lại nằm ở đáy của bầu lọc. Tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn phần tử lọc. Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ 20µm – 50µm. Hình 1.10. Van lọc khí nén Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất điều chỉnh, mặc dù có sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đầu vào. Áp suất ở đầu vào luôn luôn là lớn hơn áp suất ở đầu ra (hình 1.11).
  13. Hình 1.11. Van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên màng kín. Phía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu tác dụng của lực lò xo sinh ra do vít điều chỉnh. Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu thụ gây cho màng kín dịch chuyển chống lại lực căn của lò xo vì vậy hạn chế dòng khí đi qua miệng van cho tới lúc có thể đóng sát. Khi khí nén được tiêu thụ, áp suất đầu ra giảm, kết quả là đĩa van được mở bở lực căn lò xo lực. Để ngăn chặn đĩa van dao động chập chờn phải dùng đến lò xo cản gắn trên đĩa van. Van tra dầu: được sử dụng đảm bảo cung cấp bôi trơn cho các thiết bị trong hệ thống điều khiền khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ (hình 1.12). Hình 1.12. Van dầu
  14. 1.1.2 YÊU CẦU 1.1.2.1 Ưu điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén − Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: (3 – 8)bar. − Khả năng quá tải lớn của động cơ khí − Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật − Tuổi thọ lớn − Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và bảo đảm môi trường sạch vệ sinh. − Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. − Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao. 1.1.2.2 Nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén − Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử − Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. − Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh. − Lực truyền tải trọng thấp. − Dòng khí nén thoát ra ở đường ống dẫn gây tiếng ồn 1.1.2.3 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén Hệ thống truyền động khí nén gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng lượng khí nén, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều chỉnh môi chất, ngoài ra còn có các bộ phận để chuẩn bị khí nén, lưu giữ và phân phối khí nén… Các bộ phận chuyển đổi năng lượng khí nén gồm: các máy nén khí (biến năng lượng cơ học thành áp năng tích lũy trong khí nén), các động cơ và xi lanh khí nén (biến năng lượng tích lũy trong khí nén thành năng lượng cơ học ở dạng chuyển động quay, chuyển động thẳng hoặc chuyển động lắc). Chính vì vậy hệ thống truyền động khí nén cần đảm bảo các yêu cầu: - Kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa - Tuổi thọ và độ kín khít giữa các bộ phận lắp ghép phải đảm bảo
  15. - Có độ an toàn cao, giá thành rẻ 1.1.3 Các thông số của khí nén 1.1.3.1. Thành phần hóa học của không khí Khi hệ thống khí nén hoạt động, máy nén khí sẽ hút không khí ngoài khí quyển và đẩy vào hệ thống. Như vậy môi chất mang năng lượng trong hệ thống chính là không khí. Thành phần hóa học của không khí khô có thể tham khảo trên bảng 2. Bảng 2. Thành phần hoá học của không khí N2 O2 Ar CO2 H2 Ne.10-3 He.10-3 Kr.10-3 X.10-6 Thể tích 78,08 20,45 0,93 0,03 0,01 1,8 0,5 0,1 9 (%) Khối lượng 75,51 23,01 0,04 1,286 0,001 1,2 0,07 0,3 40 (%) Ngoài các thành phần hóa học trên của không khí khô, sạch còn có thêm bụi bẩn, hơi nước và một số tạp chất khác tùy thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu và tiểu khí hậu của vùng sản xuất. Các thành phần này là các tác nhân chính gây ra hao mòn, han rỉ trong hệ thống, vì vậy cần có các biện pháp hoặc thiết bị để loại bỏ hoặc giới hạn hàm lượng đến mức cho phép. 1.1.3.2 Lực F Đơn vị của lực F là Newton [N]. 1 N = 1 kg.m/s2 1.1.3.3 Áp suất p Đơn vị của áp suất theo hệ đo lường SI là [ Pa ]. Ngoài ra còn đơn vị bar, psi 1 Pa = 1 N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2 1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at 1bar = 14,5 psi Áp suất có thể tính theo cột áp lưu chất: P = w h Trong đó: w - trọng lượng riêng lưu chất h - chiều cao cột áp 1.1.3.4 Lưu lượng Q Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy. Đơn vị thường dùng là [ l/min ] Q = v.A Trong đó: Q : lưu lượng của dòng chảy
  16. A : tiết diện của dòng chảy v : vận tốc trung bình của dòng chảy 1.1.3.5 Công Đơn vị của công là Joule [ J ]. 1 J = 1Nm = 1 m2kg/s2 Công được phân loại: công kỹ thuật l ' , công dãn nở l và công lưu động l '' 1.1.3.6 Công suất H Đơn vị công suất là Watt [ W ] 1 W = 1 Nm/s = 1 m2kg/s3  l  Q  pbar   min  Công suất được tính theo công thức: H = , KW  600 1.2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG KHÍ NÉN 1.2.1 Các phương trình tính toán dòng chảy khí nén 1.2.1.1 Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí Bảng 1.2. Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí Stt Đại lượng vật lý K.hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú Khối lượng riêng  n 1,293 kg/m3 T=273 0K, Pa=760 1 Hằng số khí R 287 J/kg.0K 2 331,2 Tốc độ âm thanh 344 m/s Ở nhiệt độ 00C 3 Ở nhiệt độ 200C Nhiệt lượng riêng cp 1,004 kJ/kg.0K Áp suất hằng số 4 cv 0,717 kJ/kg.0K Thể tích hằng số Số mũ đoạn nhiệt k 1,4 5 Độ nhớt động lực  17,17.10-6 Pa.s Ở trạng thái tiêu chuẩn 6 Độ nhớt động  13,28.10-6 m2/s Ở trạng thái tiêu chuẩn 7
  17. 1.2.1.2 Các phương trình tính toán ❖ Phương trình trạng thái nhiệt động học Giả thiết khí nén trong hệ thống gần như là khí lý tưởng. Phương trình trạng thái nhiệt tổng quát của khí nén: pv = RT hay pV= GRT Trong đó: p: Áp suất tuyệt đối [bar]. V : Thể tích của khí nén [m3]. V v= : Thể tích riêng của khí nén [m3/kg]. G G: Khối lượng [kg]. R : Hằng số khí. [J/kg.0K]. T : Nhiệt độ Kelvin [0K]. p R p p Khi v=const (quá trình đẳng tích) : = = const  1 = 2 T v T1 T2 v R v v Khi p=const (quá trình đẳng áp) : = = const  1 = 2 T p T1 T2 Khi T=const (quá trình đẳng nhiệt) : pv = RT = const  p1v1 = p2 v2 Khi p, v, T đều thay đổi: + Quá trình đoạn nhiệt: Nhiệt dung riêng c là nhiệt dung cần thiết để nung nóng khối lượng không khí 1kg lên 10K. Nhiệt dung riêng khi thể tích không thay đổi ký hiệu là cv, khi áp suất không thay đổi ký hiệu cp. Hệ số mũ đoạn nhiệt k: cp   R =k  c v = cv → k −1 c p − c v = R  c p = kcv Trạng thái đoạn nhiệt là trạng thái mà trong quá trình nén hay giãn nở không có nhiệt được đưa vào hay lấy đi, có phương trình sau: pv k = const Từ phương trình biểu diễn của quá trình đoạn nhiệt pv k = const , ta có: k k p v   T  k −1 p1v1k = p2 v2k  1 =  2  =  2  p2  v1   T1  Diện tích mặt phẳng 1, 2, 5, 6 trong hình 1.11 tương ứng công giãn nở cho khối lượng khí 1kg và có giá trị:
  18. p1v1  T2  l= 1 −  k − 1  T1  pv  v  k −1  l = 1 1 1 −  1   k − 1   v2     k −1  p1v1   p 2  k  l= 1−   k − 1   p1     Công kỹ thuật l ' là công cần thiết để nén lượng không khí (Ví dụ trong máy nén khí) hoặc là công thực hiện khi áp suất khí giãn nở. Diện tích mặt phẳng 1, 2, 3, 4 ở trong hình 1.11 là công thực hiện để nén hay công thực hiện khí áp suất khí giãn nở cho 1 kg không khí, có giá trị: k   v  k −1  l = ' p1v1 1 −  1   k −1   v 2    k −1  k   p2  k  l = ' p1v1 1 −   k −1   p1     Trong thực tế không thể thực hiện được quá trình đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt. Quá trình xảy ra thường nằm trong khoảng giữa quá trình đẳng nhiệt và quá trình đoạn nhiệt gọi là quá trình đa biến và có phương trình: pv n = const n k n p v  p  v   T  n−1 p1v1k = p2 v2k  1 =  2  p1v1n = p2 v2n  1 =  2  =  2  p2  v1  p2  v1   T1  Quá trình đẳng áp : n=0 Quá trình đoạn nhiệt : n=k Quá trình đẳng nhiệt : n=1 Quá trình đẳng tích : n= Hình 1.13. Biểu đồ đoạn nhiệt
  19. ❖ Phương trình dòng chảy: - Phương trình dòng chảy liên tục: Lưu lượng khí nén chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là không đổi (hình 1.11), ta có phương trình dòng chảy như sau: Q1 = Q 2 hay v1S1 = v2S2 = const Trong đó: Q1, Q2 [m3]: Lưu lượng dòng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2. v1 [m/s]: Vận tốc dòng chảy tại vị trí 1. v2 [m/s]: Vận tốc dòng chảy tại vị trí 2. S1 [m2]: Tiết diện chảy tại vị trí 1. S2 [m2]: Tiết diện chảy tại vị trí 2. p u2 - Phương trình Becnully: Z + + = const  2g p1 u12 p u2  Z1 + + = Z2 + 2 + 2  2g  2g Hình 1.14 1.2.2 Các định luật cơ bản của dòng chất khí 1.2.2.1 Lưu lượng lưu chất Hệ thống khí nén và thủy lực đều liên quan với dòng lưu chất đi qua ống. Lưu lượng thường có 3 định nghĩa:
  20. - Lưu lượng thể tích: được dùng để đo thể tích lưu chất đi qua một điểm trong một đơn vị thời gian. Nếu chất lỏng là chất khí có thể nén được, nhiệt độ và áp suất phải được định rõ hoặc lưu lượng được tiêu chuẩn hóa với nhiệt độ và áp suất chuẩn. Lưu lượng thể tích là số đo thông dụng trong điều khiển quá trình. - Lưu lượng khối: đo khối lượng lưu chất đi qua một điểm trong một đơn vị thời gian. - Lưu tốc (tốc độ lưu động): đo tốc độ thẳng qua một điểm đo. Lưu tốc là đại lượng rất quan trọng khi thiết kế hệ thống thủy lực và khí nén. Trên hình 1.15 minh họa các dạng lưu động của lưu chất, với vận tốc lưu động đủ thấp, dòng chảy êm và thẳng với vận tốc thấp ở vách và cao nhất tại tâm ống, trạng thái này được gọi là chảy tầng. Hình 1.15. Mô phỏng dòng chảy môi chất Khi vận tốc dòng khí tăng lên, các cuộn xoáy bắt đầu hình thành cho đến khi vận tốc đủ lớn sẽ xuất hiện các dòng chảy rối hoàn toàn, lúc này vận tốc lưu động gần như đồng nhất qua mặt cắt ống, trạng thái này gọi là chảy rối. 1.2.2.2 Định luật chất khí a. Khi nhiệt độ không khí trong quá trình nén không đổi (T = const), thì: pv = const  p1v1 = p2 v2 (Định luật Boy Mariotte) Trong đó: p1 , p2 là áp suất tuyệt đối Thể tích khí nén v1 [m3] ở áp suất p1 Thể tích khí nén v2 [m3] ở áp suất p2
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2