Đồ án tốt nghiệp : Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

Chia sẻ: ádajd Akshdj | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

525
lượt xem 157
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nước ta là một nước đang phát triển, cùng với sự phát triển nền kinh tế thị trường đang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, ngành công nghiệp đang thay đổi một cách nhanh chóng và là một trong những ngành chủ đạo trong mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp hoá hiện đại hoá trong tương lai. Công nghệ khí nén được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim; hoá chất; cơ khí; xây dựng; giao thông vận tải v.v. Để đáp ứng khí nén cho tất cả các...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp : Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT MÁY NÉN KH Í PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN Đà Nẵng – 2010 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.Tên đề tài: KHẢO SÁT MÁY NÉN KHÍ PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN. 2.Các số liệu ban đầu: Các số liệu lấy từ mô hình máy nén piston FUSHENG TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén. 3.Nội dung các phần thuyết minh: - Mục đích - ý nghĩa của đề tài.
- Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. - Khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén. - Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. + Các quá trình cơ bản của máy nén. + Lưu lượng của máy nén TA80. + Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80. + Tỷ số nén cho phép. + Tính toán làm mát. + Tính lực tác dụng lên piston và xylanh. - Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80. - Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh. 4. Các bản vẽ. Bản vẽ 1: Đồ thị các quá trình làm việc của máy nén khí (A3) Bản vẽ 2: Van tiết lưu. (A3) Bản vẽ 3: Van điều chỉnh áp suất (A3) Bản vẽ 4: Van an toàn. (A3) Bản vẽ 5: Piston. (A3) Bản vẽ 6: Thanh truyền. (A3)
MỤC LỤC Lời nói đầu ................................................................................................................ 6 1. Mục đích ý nghĩa của đề tài................................................................................. 7 1.1. Mục đích, ý nghĩa. .......................................................................................... 7 1.2. Khả năng ứng dụng. ....................................................................................... 7 2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. ............................................. 10 2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén. ........................................................ 11 2.2. Tổng quan về máy nén khí. .......................................................................... 11 2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. ....................... 11 2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén. .......................................................................... 12 2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp. . Error! Bookmark not defined. 2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén. .. Error! Bookmark not defined. 2.2.5. Các thiết bị xử lý. ........................................ Error! Bookmark not defined. 2.2.6. Các thiết bị phân phối . ............................... Error! Bookmark not defined. 2.2.7. Các thiết bị trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. Error! Bookmark not defined. 3. Khảo sát máy nén khí piston T80 tại phòng thí nghiệm máy nén.Error! Bookmark not defined. 3.1. Giới thiệu chung. .............................................. Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Phạm vi sử dụng của máy nén khí piston FUSHENG TA80.Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Nguyên lý làm việc của máy nén khí piston FUSHENG TA80.Error! Bookmark not defined. 3.1.3. Thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. ... Error! Bookmark not defined. 3.2. Các chi tiết thuộc máy nén TA80. .................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Thân máy. .................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Trục khuỷu. .................................................. Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Thanh truyền. .............................................. Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Xylanh. ........................................................ Error! Bookmark not defined. 3.2.5. Van nạp và van xả (van khí). ....................... Error! Bookmark not defined. 3.2.6. Hệ thống làm mát. ....................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.7. Hệ thống bôi trơn. ....................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.8. Hệ thống điều chỉnh lưu lượng. .................. Error! Bookmark not defined. 3.2.9. Hệ thống điều chỉnh áp suất . ..................... Error! Bookmark not defined. 4. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén TA80.Error! Bookmark not defined. 4.1. Các quá trình cơ bản của máy nén TA80. ...... Error! Bookmark not defined. 4.1.1. Quá trình lý thuyết. ..................................... Error! Bookmark not defined. 4.1.2. Quá trình thực. ............................................ Error! Bookmark not defined. 4.2. Lưu lượng của máy nén TA80. ........................ Error! Bookmark not defined. 4.3. Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80.Error! Bookmark not defined. 4.4. Tỷ số nén cho phép. .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.5. Tính toán làm mát cho máy nén piston TA80. Error! Bookmark not defined. 4.5.1. Lưu lượng của không khí làm mát. ............. Error! Bookmark not defined. 4.5.2. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị làm mát. Error! Bookmark not defined. 4.6. Tính lực tác dụng lên piston và xylanh: .......... Error! Bookmark not defined. 5. Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80.Error! Bookmark not defined. 5.1. Cách lắp đặt....................................................... Error! Bookmark not defined. 5.1.1. Công tác chuẩn bị trước khi lắp đặt. .......... Error! Bookmark not defined. 5.1.2. Lắp đặt thân máy. ........................................ Error! Bookmark not defined. 5.1.3. Lắp đặt động cơ........................................... Error! Bookmark not defined. 5.1.4. Lắp đặt thanh truyền vào piston . ............. Error! Bookmark not defined. 5.1.5. Lắp đặt thanh truyền vào trục khuỷu. ......... Error! Bookmark not defined.
5.1.6. Lắp đặt ống nối trung gian và xylanh. ........ Error! Bookmark not defined. 5.1.7. Giá trị sai số cơ cấu khi lắp đặt (mm). ....... Error! Bookmark not defined. 5.1.8. Chú ý khi lắp đặt thiết bị thuộc máy nén khí và đường ống.Error! Bookmark not defined. 5.2. Vận hành máy nén TA80. ................................. Error! Bookmark not defined. 5.2.1. Vận hành không tải. .................................... Error! Bookmark not defined. 5.2.2. Thổi sạch máy nén khí, máy phụ trợ và hệ thống đường ống dẫn khí.Error! Bookmark not defined. 5.2.3.Chạy thử có tải . ........................................... Error! Bookmark not defined. 5.2.4. Dừng máy nén khí. ...................................... Error! Bookmark not defined. 5.2.5. Duy tu máy nén khí khi vận hành. .............. Error! Bookmark not defined. 5.3. Tháo và lắp máy nén khí. ................................. Error! Bookmark not defined. 5.3.1. Những điều cần biết khi tháo. ..................... Error! Bookmark not defined. 5.3.2. Trình tự tháo. .............................................. Error! Bookmark not defined. 5.3.3. Những chú ý khi lắp ghép............................ Error! Bookmark not defined. 5.4. Sửa chữa các chi tiết chủ yếu của máy nén khí.Error! Bookmark not defined. 5.4.1. Sửa chữa khối xylanh. ................................. Error! Bookmark not defined. 5.4.2. Sửa chữa piston. .......................................... Error! Bookmark not defined. 5.4.3. Thay xécmăng.............................................. Error! Bookmark not defined. 5.4.4. Sửa chữa thanh truyền. ............................... Error! Bookmark not defined. 5.4.5. Sửa chữa trục khuỷu.................................... Error! Bookmark not defined. 6. Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh.Error! Bookmark not defined. 6.1. Các bề mặt làm việc bị đốt nóng....................... Error! Bookmark not defined. 6.2. Yêu cầu an toàn khi sử dụng máy nén............. Error! Bookmark not defined. Tài liệu tham khảo ...................................................... Error! Bookmark not defined.
Lời nói đầu Nước ta là một nước đang phát triển, cùng với sự phát triển nền kinh tế thị trường đang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, ngành công nghiệp đang thay đổi một cách nhanh chóng và là một trong những ngành chủ đạo trong mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp hoá hiện đại hoá trong tương lai. Công nghệ khí nén được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim; hoá chất; cơ khí; xây dựng; giao thông vận tải v.v. Để đáp ứng khí nén cho tất cả các ngành kinh tế thì ngành chế tạo máy nén khí ra đời và phát triển rất nhanh. Do đó khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén chính là đề tài mà em chọn làm đồ án tốt nghiệp đại học.
Em xin cảm ơn nhà trường cùng khoa Cơ Khí Giao Thông đã tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình học tập của em, em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo của cô giáo Phạm Thị Kim Loan và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Cơ Khí Giao Thông trong quá trình làm đồ án tốt nghiêp. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, ngoài việc vận dụng kiến thức đã học ở nhà trường, kiến thức trong quá trình thực tập tốt nghiệp và các tài liệu liên quan chắc chắn trong đồ án còn nhiều thiếu sót em mong được sự góp ý và giúp đỡ thêm của quý thầy cô. Đà Nẵng, ngày…..tháng….năm 2010 Sinh viên thực hiện Hồ Mạnh Cường 1. Mục đích ý nghĩa của đề tài. 1.1. Mục đích, ý nghĩa. Khảo sát máy nén khí nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm lại các thông số của máy nén, tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của máy, cách vận hành lắp đặt, bảo quản và xử lý sự cố của máy nén. Ngoài ra còn tiếp cận với các ứng dụng và công nghệ sử dụng khí nén. Hiện nay đất nước đang phát triển mạnh mẽ, đang từng bước chuyển mình và tương lai sẽ trở thành một nước công nghiệp phát triển. Do vậy ngành công nghiệp là ngành chủ đạo cho một nước phát triển. Để phục vụ cho phát triển công nghiệp thì các
ngành phụ trợ cũng phát triển không ngừng. Sản xuất máy nén khí là một trong số các ngành phụ trợ đó. Máy nén khí được dùng rất phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp, trong những ngành công nghiệp nhẹ cũng như công nghiệp nặng. Máy nén khí đang khảo sát là máy nén FUSHENG TA80, là loại máy nén khí kiểu piston được đặt tại phòng thí nghiệm máy nén. Khảo sát máy nén giúp cho em là một sinh viên ngành động lực biết nhìn nhận đánh giá và củng cố lại những kiến thức đã học. Tạo cho em một cách nhìn tổng quát về một vấn đề liên quan trực tiếp đến kiến thức mà mình được trang bị. 1.2. Khả năng ứng dụng. Không khí nén là một dạng năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim, hoá chất, cơ khí xây dựng, giao thông vận tải, nông nghiệp… Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong lĩnh vực điều khiển như trong các thiết bị phun sơn, các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa và nhất là sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, lắp ráp các chi tiết máy bằng đai ốc. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra các thiết bị của lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hoá chất. Trong các lĩnh vực mà con người không trực tiếp điều khiển do không an toàn thì người ta có thể bố trí bằng hệ thống điều khiển bằng khí nén để thay thế con người.
Hình 1-1 Máy gắp sản phẩm bằng khí nén Hình 1-2 Hệ thống nâng bảo dưỡng xe Trong hệ thống truyền động, hệ thống khí nén sử dụng trong: a, Các thiết bị máy va đập, các thiết bị máy móc sử dụng trong lĩnh vực khai thác như: khai thác đá, khai thác than. Trong các công trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm… b, Hệ thống khí nén có thể được phân loại tùy theo cách truyền động.
+Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ đồ gá kẹp, thiết bị đóng gói. Trong các loại máy gia công gỗ, hệ thống phanh hãm của ô tô…. +Truyền động quay: Truyền động quay sử dụng năng lượng bằng khí nén ít được sử dụng vì tốn kém hơn rất nhiều so với các dạng năng lượng khác nếu cùng công suất. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng công suất thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Tuy nhiên động cơ quay bằng năng lượng khí nén lại có thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất. Ngày nay ứng dụng của khí nén rất rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau, ta có sơ đồ ứng dụng hệ thống khí sau : 3 2 1 VI 4 I IV VII II VIII 5 III 6 IX 4 6 7 X V Hình 1-3 Sơ đồ ứng dụng hệ thống khí I- Máy nén khí piston; II- Máy nén khí trục vít;III- Máy nén khí ly tâm IV- Máy sấy khô không khí (dạng trao đổi nhiệt); V- Máy sấy khô không khí (dạng dùng tác nhân hấp thụ); VI- Ứng dụng trong các ngành: kiến trúc; vệ sinh; công nghiệp; gia công thép; gia công công trình; ép áp lực. VII- Ứng dụng trong các ngành: thiết bị hơi; CN dân dụng; điều kiển; VIII- Ứng dụng trong các ngành: sơn tĩnh điện; công nghiệp chính xác; dụng cụ chính xác; điện, lắp ráp
2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. 2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén. Phòng thí nghiệm máy nén thuộc khoa Cơ Khí Giao Thông, Trường ĐHBK Đà Nẵng, được xây dựng vào năm 2008 với sự đầu tư của công ty FUSHENG. Phòng thí nghiệm máy nén nằm trong khu vực xưởng cơ khí và các phòng thí nghiệm khác của khoa Cơ Khí Giao Thông. Với sự đầu tư khá chu đáo của công ty FUSHENG, hiện nay tại phòng thí nghiệm máy nén có giàn trang thiết bị với đầy đủ các trang thiết bị cơ bản phục vụ cho đào tạo, nghiên cứu… Các trang thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm : -Máy nén khí piston. -Máy nén khí trục vít. -Hệ thống thí nghiệm truyền động thuỷ lực. -Các mô hình thiết bị cắt bổ chi tiết bên trong máy... Mục đích chính của phòng thí nghiệm : nhằm giúp sinh viên nắm vững phương pháp, hiểu rõ thêm về lý thuyết, hướng dẫn cho sinh viên sử dụng các thiết bị mô phỏng, nâng cao kiến thức, đồng thời giúp sinh viên tiếp cận sát hơn với thực tế . 2.2. Tổng quan về máy nén khí.
2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. * Ưu điểm: − Không khí nén có tính đàn hồi, trong suốt, không độc hại, khó bén lửa, không bị lắng đọng, và không khí có vô tận trong thiên nhiên. − 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 đảm bảo môi trường sạch vệ sinh. − 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. − Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí cho nên có thể trích chứa khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. − Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống ít. − Chi phí thấp để thiêt lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp các hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn. − Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo. * Nhược điểm: − 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. − Hệ thống truyền động bằng khí nén có lực truyền tải trọng thấp.
− Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn cho nên không thực hiện nhưng chuyển động thẳng hoặc quay đều. − Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn, làm ảnh hưởng dến sức khỏe con người. − Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ hoặc điện, điện tử. 2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén. 2.2.2.1. Thành phần hoá học của khí nén. Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển được hút vào và nén trong máy nén khí. Sau đó khí nén từ máy nén khí được đưa vào hệ thống khí nén. Không khí là loại khí hỗn hợp bao gồm những thành phần chính sau: Bảng 2-1 Các thông số thống kê Loại khí N2 O2 Ar CO2 H2 Thể tích % 78,08 20,95 0,93 0,03 0,01 Khối lượng% 75,51 23,01 1,286 0,04 0,001 Ngoài những thành phần trên, trong không khí còn có hơi nước, bụi…chính những thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén sự ăn mòn, sự gỉ, phải cần có biện pháp hay thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn mức thấp nhất những thành phần trong hệ thống. 2.2.2.2. Độ ẩm không khí. Khí quyển là hỗn hợp của không khí và hơi nước. Theo định luật Dalton, áp suất toàn phần của khí hỗn hợp là tổng của các áp suất riêng phần. Khi nước được dẫn vào một không gian kín có chứa không khí, nước sẽ bốc hơi cho đến chừng nào hơi nước đạt ′ được áp suất bão hoà Pw , áp suất P của khí hỗn hợp không gian kín đó, theo Dalton l à : ′ P=Pkk+ Pw (2.1) Trong đó :
P áp suất toàn phần (khí hỗn hợp: hơi nước và không khí ) Pkk áp suất riêng phần (áp suất của không khí khô) ′ áp suất riêng phần (áp suất của hơi nước bão hoà) Pw ′ ′ Lượng nước bốc hơi cần thiết ( X w )để đạt được áp suất bảo hoà ( Pw ) chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và lượng không khí, chứ không phụ thuộc váo áp suất của không khí. Lượng hơi nước chứa nhiều nhất (tính bằng g) trong 1 kg không khí gọi là lượng ẩm bảo hoà X ′ [g/kg]. Độ ẩm tương đối không khí được biểu thị dưới dạng % của tỷ số lượng ẩm tuyệt đối và lượng ẩm bảo hoà. X ϕ= ⋅ 100% Độ ẩm tương đối (2.2) X′ Trong bảng 2-1 cho ta biết được lượng hơi nước chứa nhiều nhất (lượng ẩm bảo hoà) trong 1kg không khí ở những nhiệt độ khác nhau. Điểm hoá sương là điểm mà tại đó lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo hoà. Nhiệt độ hoá sương là nhiệt độ cần thiết để lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo hoà. Khi nhiệt độ làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ điểm hoá sương, thì quá trình ngưng tụ sẽ được thực hiện. Áp suất điểm hoá sương là áp suất tại điểm hoá sương. Bảng 2-2 Bảng các thông số chọn. Nhiệt -10 0 5 10 20 30 50 70 90 100 o độ [ c] Lượng 1,62 3,82 5,47 7,7 14,88 27,55 87,52 152,7 409,1 409, ẩm bảo 21 hoà [g/kg]
2.2.2.3. Phương trình trạng thái: Chúng ta đã biết trạng thái tĩnh của chất khí được đặc trưng bởi áp suất, trọng lượng riêng (hay khối lượng riêng) và nhiệt độ - gọi là các thông số trạng thái. Sự thay đổi trọng lượng riêng của chất khí lý tưởng khi áp suất hay nhiệt độ thay đổi được biểu diễn bởi phương trình trạng thái Klaperôn- Menđêleep: p γ = ρ .g = (2.3) RT Trong đó: γ - trọng lượng riêng của chất khí ; ρ - khối lượng riêng; g- gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 p- áp suất ; T- nhiệt độ tuyệt đối; R- hằng số chất khí Như vậy, trọng lượng riêng là hàm số của áp suất và nhiệt độ. Tuỳ theo tính chất chuyển động của dòng khí ta sẽ được các mối liên hệ khác nhau đơn giản hơn giữa các thông số của chúng, nghĩa là mối liên hệ đó phụ thuộc vào các quá trình chuyển động. Trong kỹ thuật thường gặp các quá trình sau đây: - Quá trình đẳng áp: áp suất không đổi (p= const) - Quá trình đẳng nhiệt : T= const. Lúc đó phương trình trạng thái có dạng: p = RT = cosnt = C hay p = C γ . γ - Quá trình đoạn nhiệt: chất khí trong quá trình chuyển động không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh. Ta có biểu thức: p = const =C, hay p=C γ k , (2.4) γ k CP Trong đó: k = - chỉ số đoạn nhiệt, đối với không khí k= 1,4. CV CP - nhiệt dung đẳng áp.
CV - nhiệt dung đẳng tích. Từ các phương trình trên suy ra các biểu thức sau đây cho hai mặt cắt của dòng chảy: 1 1 ρ 1 ⎛ p1 ⎞ k ⎛ T1 ⎞ k −1 =⎜ ⎟ =⎜ ⎟ (2.5a) ρ 2 ⎜ p2 ⎟ ⎜T ⎟ ⎝ ⎠ ⎝2 ⎠ k k k p1 ⎛ γ 1 ⎛ρ ⎞ ⎞ ⎛T ⎞ k −1 =⎜ ⎟ =⎜ 1 ⎟ =⎜ 1 ⎟ (2.5b) p2 ⎜ γ 2 ⎟ ⎜ρ ⎟ ⎜T ⎟ ⎝ ⎠ ⎝2 ⎠ ⎝2 ⎠ - Quá trình đa biến: Sự liên hệ giữa áp suất và trọng lượng riêng có dạng: p = const =C hay p= C γ n γn Trong đó: n - chỉ số của quá trình. n = 1: quá trình đẳng nhiệt. n = k: quá trình đoạn nhiệt. 2.2.2.4. Phương trình dòng chảy. +Phương trình liên tục Phương trình liên tục cho chất khí viết dưới dạng tổng quát : ∂ρ → + div ( ρu ) =0 ∂t Phương trình liên tục của chất khí chuyển động một chiều (theo trục x chẳng hạn) sẽ có dạng: ∂ρ ∂ρ ∂u + ρ x + ux =0 ∂t ∂x ∂x Từ đó ta suy ra phương trình liên tục cho dòng nguyên tố chất khí chuyển động dừng (như trong ống), gọi là phương trình lưu lượng trọng lượng: lưu lượng trọng lượng trong mọi mặt cắt dọc theo ống dòng không đổi: G= γQ = γvω =const (2.6) γ 1v1ω1 = γ 2v2ω2 Hay là
Trong đó : G- lưu lượng trọng lượng. Q- lưu lượng thể tích. γ - trọng lượng riêng của chất khí. v- vận tốc của chất khí. ω - tiết diện của mặt cắt 1 2 d1 d2 v1 v2 2 1 Hình 2-1. Dòng chảy liên tục +Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng chuyển động dùng cho hai mặt cắt có dạng: v2 v2 p p n n Z1 + ⋅ 1 + 1 = Z2 + ⋅ 2+ 2, (2.7) n − 1 γ 1 2g n − 1 γ 2 2g 2 pv n Z+ ⋅ + = const Hay là n −1 γ 2g Vì chất khí có trọng lượng riêng nhỏ nên trong các phương trình Bernulli thường bỏ qua đại lượng z. 2.2.2.5. Lưu lượng khí nén qua khe hở. Để tính toán các thiết bị điều khiển bằng khí nén một cách dễ dàng, ta giả thiết như sau : - Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra chậm, như vậy thời gian trao đổi nhiệt được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đẳng nhiệt.
- Quá trình thực hiện trong hệ thống xẩy ra nhanh, như vậy thời gian trao đổi nhiệt không được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đoạn nhiệt. Lưu lượng khối lượng khí q qua khe hở được tính như sau: qm = α ⋅ ε ⋅ ω ⋅ 2 ⋅ ρ ⋅ Δp [kg/s] (2.8) hoặc 2 ⋅ Δp [m3/s] qv = α ⋅ ε ⋅ ω ⋅ (2.9) ρ Trong đó : α : hệ số lưu lượng. ε : hệ số giãn nở. ω : Diện tích mặt cắt của khe hở . π ⋅d2 [m2] ; ω= 4 2 Δp = (p1-p2) Áp suất trước và sau khe hở [N/m ]. ρ : Khối lượng riêng của không khí [kg/m3]. Hệ số lưu lượng α phụ thuộc vào dạng hình học của khe hở như bướm tiết diện vòi phun hay ống mao dẫn (hệ số co rút μ ) và hệ số vận tốc ϕ : α = μ ⋅ϕ (2.10) 2.2.2.6. Tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. Tính toán chính xác tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén là một vấn đề rất phức tạp. Ta chỉ xét tổn thất áp suất của hệ bao gồm: - Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng ( ΔpR ) - Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi ( Δp Ε )
- Tổn thất áp suất trong các loại van ( ΔpV ) a. Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng ( ΔpR ) Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng được tính như sau : l ⋅ ρ ⋅ w2 [N/m2] Δp R = λ ⋅ (2.11) 2⋅d Trong đó: l [m] : Chiều dài ống dẫn . ρ n =1,2 [kg/m3] Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn . pa [kg/m3] Khối lượng riêng của không khí. ρ = ρn ⋅ pn pn =1.013.105 [N/m2] Áp suất trong trạng thái tiêu chuẩn. v [m/s] : Vận tốc của dòng chảy (v = qv / ω ). d [m] : Đường kính ống dẫn. 64 λ= :Hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re 〈 2320 ) Re ν n = 13,28 ⋅ 10 −6 [m2/s] : Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn . b. Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi ( ΔpE ) Trong hệ thống ống dẫn, ngoài ống dẫn thẳng còn có ống dẫn có tiết diện thay đổi, dòng khí phân nhánh hoặc hợp thành, hướng dòng thay đổi…Tổn thất áp suất trong những tiết diện đó được tính như sau: ρ Δp Ε = ξ ⋅ ⋅ w2 (2.12) 2 Trong đó: ξ Hệ số cản, phụ thuộc vào loại tiết diện ống dẫn, số Reynold c : Tổn thất áp suất trong các loại van ( ΔpV )
Tổn thất áp suất trong các loại van ΔpV (trong các loại van đảo chiều ,van áp suất, van tiết lưu…) tính theo: p2 2 Δpv = ξ v ⋅ ⋅ w [N/m ] (2.13) 2