Khí nén thủy lực

Chia sẻ: Bùi Minh Hoàng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

174
lượt xem 40
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 5 chương, tài liệu "Khí nén thủy lực" giới thiệu đến các bạn những nội dung về cơ sở lý thuyết khí nén thủy lực, cung cấp và xữ lý, các phần tử trong hệ thống, một số ứng dụng,... Với các bạn đang học về Kỹ thuật cơ khí thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khí nén thủy lực

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bài 1: Cơ sở lý thuyết về khí nén: 1. Khái niệm: Khí nén là không khí được nén với một áp suất cao. 2. Những đặc trưng của khí nén Số lượng: Khắp mọi nơi trong không khí Vận chuyển: Theo các đường ống Lưu trữ : ở các bồn, bình Nhiệt độ: Khí nén ít thay đổi về nhiệt độ Chỗ cháy nổ: Không có nguy cơ cháy, nếu sử dụng ở 6 bar Sạch sẽ: không có nguy cơ gây ô nhiễm Trang thiết bị : Rẻ tiền Vật tốc: Lớn cho phép 12 m/s hoặc 5m/s Tính điều chỉnh: Đều chỉnh một cách vố cấp Quá tải: Không xẩy ra quá tải (Nhận tải cho đến khi dừng hoàn toàn) 3. Các đặc tính của khí nén Tính chất vật lý của khí nén: Không khí không màu, không vị và không thể nhìn thấy được Các thành phần của không khí: 78% nito 21% Oxy 4. Đơn vị đo 4.1. Áp suất Áp suất khí quyển là áp suất không khí tại mực nước biển.
Đơn vị đo áp suất không khí tại mực nước biển là 760mmHg = 1.013bar. Áp suất tương đối là áp suất chất khí so với áp suất khí quyển (p = 0). Ví dụ: Áp kế chỉ giá trị 150psi và áp suất khí quyển p = 0psi, ta nói áp suất tương đối là p = 150psi. Áp suất tuyệt đối là áp suất chất khí có kể đến áp suất khí quyển (p = 14.5psi). Áp suất tuyệt đối = áp suất tương đối + áp suất khí quyển. Ví dụ: Áp kế chỉ giá trị 150psi và áp suất khí quyển là 14.5psi, ta nói áp suất tuyệt đối là p = 150 + 14.5 = 164.5psi 4.2. Lực (N) Là lực tác động lên đối trọng có khối lượng 1kg với gia tốc 1m/s2. 1N = 1kg. m/s2 4.3. Công suất (w) Trong thời gian 1s sinh ra năng lượng 1J 1 mã lực HP = 745,7w
Bảng 1: Bảng ký hiệu
Bảng 2: Bảng chuyển đổi giửa các đơn vị đo áp suất 5. Phương trình trạng thái nhiệt động học 5.1. Định luật BoyleMariotle: Nhiệt độ khí nén không thay đổi (T hắng số), Áp suất tuyệt đối của khí nén tỷ lệ nghịch với thể tích khí nén. P x V = C P1 x V1 = P2 x V2 P: Áp suất tuyệt đối(Bar, Kpa) V: Thể tích khí nén(m3) C: Hằng số Nhiệt độ khí nén không thay đổi (T hắng số), Áp suất tuyệt đối của khí nén tỷ lệ nghịch với thể tích khí nén. V1: (m3) Thể tích khí nén tại điểm P1
V2: (m3) Thể tích khí nén tại điểm P2 P1: Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V1 P2: Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V2 5.2. Định luật GayLussac: Thể tích khí nén không thay đổi (V hắng số),nhiệt độ tuyệt đối của khối khí nén thay đổi tỷ lệ thuận với áp suất khí nén. 5.3. Định luật Charles: Áp suất khí nén không thay đổi (P=hắng số),nhiệt độ tuyệt đối của khối khí nén thay đổi tỷ lệ thuận với thể tích khí nén. 5.4. Định luật tổng quát Đối với khối lượng của khí nén đã cho khi cả 3 đại lượng nhiệt độ, áp suất và thể tích thay đổi.
Ví dụ: Một bình chứa có thể tích 0.5m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 7bar nhiệt độ là 400c. Sau khi giảm nhiệt độ xuống còn 200c. Tính áp suất sau cùng. Ta có: V1 = V2 = 0.5m3 T1 = 40 + 273 = 3130k P1 = 7 + 1 = 8bar T2 = 20 + 273 = 2930k P2 = ? bar Bài tập áp dụng: Bài 1: Một bình chứa có thể tích 2,5 m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 10 bar nhiệt độ là 600c. Sau khi giảm thể tích xuống còn 1,5 m3 .và nhiệt độ còn 400c. Tính áp suất sau cùng. Bài 2:Một bình chứa có thể tích 1,5 m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 10 bar nhiệt độ là 600c. Sau khi giảm áp suất xuống còn 7,5 bar . Và thể tích tăng lên 2 m3 .Tính nhiệt độ sau cùng. Bài 3: Một bình chứa có thể tích 1,5 m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 10 bar nhiệt độ là 600c. Sau khi giảm áp suất xuống còn 7,5 bar và tăng nhiệt độ lên 800c . Tính thể tích sau cùng.
Bài 2: Cơ sở lý thuyết về thủy lực 1. Khái niệm: Thủy lực có nghĩa là nước môn học nghiên cứu những tính chất và ứng dụng của chất lỏng để truyền dẫn năng lượng và điều khiển các hoạt động của máy công tác. Ta đi nghiên cứu hai lĩnh vực của chất lỏng: + Thủy tĩnh học + Thủy động học 2. Các định luật của chất lỏng 3. Áp suất thủy tỉnh Trong chÊt láng, ¸p suÊt (do träng lưîng vµ ngo¹i lùc) t¸c dông lªn mçi phÇn tö chÊt láng kh«ng phô thuéc vµo h×nh d¹ng thïng chøa. • ρ- khèi lưîng riªng cña chÊt láng; • h- chiÒu cao cña cét nưíc; • g- gia tèc träng trưêng; • pS- ¸p suÊt do lùc träng trưêng; • pL- ¸p suÊt khÝ quyÓn; • pF- ¸p suÊt cña t¶i träng ngoµi; • A, A1, A2- diÖn tÝch bÒ mÆt tiÕp xóc; . F- t¶i träng ngoµi.
2. Phương trình dòng chảy liên tục • Lưu lưîng (Q) ch¶y trong ®ưêng èng tõ vÞ trÝ (1) ®Õn vÞ trÝ (2) lµ kh«ng ®æi (const). Lưu lưîng Q cña chÊt láng qua mÆt c¾t A cña èng b»ng nhau trong toµn èng (®iÒu kiÖn liªn tôc). • Ta cã phư¬ng tr×nh dßng ch¶y như sau: Q = A.v = h»ng sè (const) • Víi v lµ vËn tèc ch¶y trung b×nh qua mÆt c¾t A • NÕu tiÕt diÖn ch¶y lµ h×nh trßn, ta cã: Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 Trong đó: • Q1[m3/s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lÇn lưît lµ lưu lưîng dßng ch¶y, vËn tèc dßng ch¶y, tiÕt diÖn dßng ch¶y vµ ®ưêng kÝnh èng t¹i vÞ trÝ 1; • Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lÇn lưît lµ lưu lưîng dßng ch¶y, vËn tèc dßng ch¶y, tiÕt diÖn dßng ch¶y vµ ®ưêng kÝnh èng t¹i vÞ trÝ 2. 4. Phương trình Bernulli Tổng năng lượng dòng chảy thủy lực sẽ được bảo toàn nếu không có sự thoát năng lượng ra ngoài , hoặc năng lượng từ bên ngoài tác động vào hệ Tổng năng lượng bào gồm: +Thế năng (sức ép của trọng lực) phụ thuộc vào chiều cao của cột chất lỏng và áp suất thủy tĩnh
+Động năng (năng lượng do chuyển động) phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy • Có một dòng chảy như hình vẽ: 5. Công thủy lực Công bằng tích của lực với quãng đường đi , như vậy công thủy lực tác động lên pistons nhân với độ dài hành trình dịch chuyển. W = F.S = p.A.S = p.V Trong đó • W: công (j) p: áp suất • F: lực (N), P: Công suất (W) . Q: lưu lượng • S: độ dài • V: thể tích (m3)
6. Tæn thÊt thÓ tÝch 6.1. Tổn thất thể tích Là do dÇu thñy lùc ch¶y qua c¸c khe hë trong c¸c phÇn tö cña hÖ thèng g©y nªn. NÕu ¸p suÊt cµng lín, vËn tèc cµng nhá vµ ®é nhít cµng nhá th× tæn thÊt thÓ tÝch cµng lín. Tæn thÊt thÓ tÝch ®¸ng kÓ nhÊt lµ ë c¸c c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng lưîng (b¬m dÇu, ®éng c¬ dÇu, xilanh truyÒn lùc) §èi víi b¬m dÇu: tæn thÊt thÓ tÝch ®ưîc thÓ hiÖn b»ng hiÖu suÊt sau: • ηtb = Q/Q0 • Q- Lưu lưîng thùc tÕ cña b¬m dÇu; • Q0- Lưu lưîng danh nghÜa cña b¬m.
• NÕu lưu lưîng ch¶y qua ®éng c¬ dÇu lµ Q0® vµ lưu lưîng thùc tÕ Q® = q®.η® th× hiÖu suÊt cña ®«ng c¬ dÇu lµ: • ηt® = Q0®/Q® • NÕu nh− kh«ng kÓ ®Õn lưîng dÇu dß ë c¸c mèi nèi, ë c¸c van th× tæn thÊt trong hÖ thèng dÇu Ðp cã b¬m dÇu vµ ®éng c¬ dÇu lµ: ηt = ηtb. ηt® 6.2. Tổn thất về cơ khí • Tæn thÊt c¬ khÝ lµ do ma s¸t gi÷a c¸c chi tiÕt cã chuyÓn ®éng tư¬ng ®èi ë trong b¬m dÇu vµ ®éng c¬ dÇu g©y nªn • Tæn thÊt c¬ khÝ cña b¬m ®ưîc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt c¬ khÝ: ηcb = N0/N • N0- C«ng suÊt cÇn thiÕt ®Ó quay b¬m (c«ng suÊt danh nghÜa), tøc lµ c«ng suÊt cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o lưu lưîng Q vµ ¸p suÊt p cña dÇu, do ®ã: 6.3. Tổn thất áp suất Tæn thÊt ¸p suÊt lµ sù gi¶m ¸p suÊt do lùc c¶n trªn ®ưêng chuyÓn ®éng cña dÇu tõ b¬m ®Õn c¬ cÊu chÊp hµnh (®éng c¬ ®Çu, xilanh truyÒn lùc). Tæn thÊt nµy phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau: +/ ChiÒu dµi èng dÉn +/ §é nh½n thµnh èng +/ §é lín tiÕt diÖn èng dÉn +/ Tèc ®é ch¶y +/ Sù thay ®æi tiÕt diÖn +/ Sù thay ®æi hưíng chuyÓn ®éng +/ Träng lưîng riªng, ®é nhít NÕu p0 lµ ¸p suÊt cña hÖ thèng, p1 lµ ¸p suÊt ra, th× tæn thÊt ®ưîc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt: P là trị số tổn thất AP
7. Độ nhớt và yêu cầu độ nhớt đối với dầu thủy lực 7.1. §é nhít : §é nhít lµ mét trong nh÷ng tÝnh chÊt quan träng nhÊt cña chÊt láng. §é nhít x¸c ®Þnh ma s¸t trong b¶n th©n chÊt láng vµ thÓ hiÖn kh¶ n¨ng chèng biÕn d¹ng trưît hoÆc biÕn d¹ng c¾t cña chÊt láng. Cã hai lo¹i ®é nhít: a. Độ nhớt động lực §é nhít ®éng lùc η lµ lùc ma s¸t tÝnh b»ng 1N t¸c ®éng trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt 1m2 cña hai líp ph¼ng song song víi dßng ch¶y cña chÊt láng, c¸ch nhau 1m vµ cã vËn tèc 1m/s. §é nhít ®éng lùc η ®ưîc tÝnh b»ng [Pa.s]. Ngoµi ra, ngưêi ta cßn dïng ®¬n vÞ poaz¬ (Poiseuille), viÕt t¾t lµ P. 1P = 0,1N.s/m2 = 0,010193kG.s/m2 1P = 100cP (centipoiseuilles) Trong tÝnh to¸n kü thuËt thưêng sè quy trßn: 1P = 0,0102kG.s/m2 b. Độ nhớt động §é nhít ®éng lµ tû sè gi÷a hÖ sè nhít ®éng lùc η víi khèi lưîng riªng ρ cña chÊt láng: §¬n vÞ ®é nhít ®éng lµ [m2/s]. Ngoµi ra, ngưêi ta cßn dïng ®¬n vÞ stèc ( Stoke), viÕt t¾t lµ St hoÆc centistokes, viÕt t¾t lµ cSt. 1St = 1cm2/s = 10-4m2/s 1cSt = 10-2St = 1mm2/s. 7.2. Yêu cầu đối với dầu thủy lực Nh÷ng chØ tiªu c¬ b¶n ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lưîng chÊt láng lµm viÖc lµ ®é nhít, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt, ®é æn ®Þnh tÝnh chÊt ho¸ häc vµ tÝnh chÊt vËt lý, tÝnh
chèng rØ, tÝnh ¨n mßn c¸c chi tiÕt cao su, kh¶ n¨ng b«i tr¬n, tÝnh sñi bät, nhiÖt ®é b¾t l÷a, nhiÖt ®é ®«ng ®Æc ChÊt láng lµm viÖc ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: +/ Cã kh¶ n¨ng b«i tr¬n tèt trong kho¶ng thay ®æi lín nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt; +/ §é nhít Ýt phô thuéc vµo nhiÖt ®é; +/ Cã tÝnh trung hoµ (tÝnh tr¬) víi c¸c bÒ mÆt kim lo¹i, h¹n chÕ ®ưîc kh¶ n¨ng x©m nhËp cña khÝ, nhưng dÔ dµng t¸ch khÝ ra; +/ Ph¶i cã ®é nhít thÝch øng víi ®iÒu kiÖn ch¾n khÝt vµ khe hë cña c¸c chi tiÕt di trưît, nh»m ®¶m b¶o ®é rß dÇu bÐ nhÊt, còng như tæn thÊt ma s¸t Ýt nhÊt; +/ DÇu ph¶i Ýt sñi bät, Ýt bèc h¬i khi lµm viÖc, Ýt hoµ tan trong nưíc vµ kh«ng khÝ, dÉn nhiÖt tèt, cã m«®un ®µn håi, hÖ sè në nhiÖt vµ khèi lưîng riªng nhá. Trong nh÷ng yªu cÇu trªn, dÇu kho¸ng chÊt tho¶ m·n ®ưîc ®Çy ®ñ nhÊt.
CHƯƠNG II: CUNG CẤP VÀ XỮ LÝ Bài 1: Cung cấp và xũ lý khí nén 1. Máy nén khí 1.1. Máy nén khí kiểu Piston a. Nguyên lý làm việc: Khi pistông đi xuống van nạp mở ra hút không khí từ bên ngoài vào, lúc này van xả đóng. Khi pis tông đi lên van nạp đóng lại , khí tiếp tục được nén đến một áp suất nhật định, thì van xả mở ra và khí nén đưa vào bình chứa, áp suất khí nén kiểu pis tông đơn khoảng 4 bar b. Ưu và nhược điểm: + Ưu điểm: • Cứng vững • Hiệu suất cao • Bảo quản đơn giản + Nhược điểm • Tạo tiếng ồn • Giá thành bảo quản cao
• Tạo ra khí nén theo xung và thường có dầu 1.2. Máy nén khí kiểu cánh gạt a. Nguyên lý làm việc: • Không khí được nén vào buồng hút, nhờ rôto và stator đặt lệch nhau nên khi rô to quay thì không khí sẽ vào buồng nén, sau đó khí nén sẽ vào buồng đẩy. b. Ưu , khuyết điểm: + Ưu điểm • Không cồng kềnh • Làm việc êm • Sửa chữa dẽ dàng • Lưu lượng là hằng số, khí không bị xung đột. + Nhược điểm • Hiệu suất nhiệt độ kém hơn máy nén khí kiểu pis tông • Khí nén thông thường bị nhiễm dầu. 1.3. Máy nén khí kiểu trục vít
a. Máy nén khí kiểu trục vít: Hai roto của trục đặt song song ( trục 1 có 4 rãnh, trục 2 có 6 rãnh). Hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích, thể tích khoảng trống giữa các rãnh sẽ thay đổi khi trục vít quay được một vòng . Sẽ tạo ra quá trình hút ( thể tích khoảng trống tăng lên) quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. b. Ưu và nhược điểm: + Ưu điểm • Không khí sạch và không bị xung • Rất tin cậy tuội thọ cao 15.000 – 40.000 giờ. • Không sinh ra giao động • Tỷ số nén bị hạn chế bởi tầng + Nhược điểm • Giá thanh cao • Gấy ra tiếng ồn 1.4. Máy nén khí kiểu rút
a. Nguyên lý làm việc: Máy loại này gồm có 2 hoặc 3 cánh (Pistong có dạng hình số 8) các pistong được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy, trong quá trình quay không tiếp xúc nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuốc vào khe hở giữa 2 pis tông , khe hở giữa phần quay và thân máy . b. Ưu nhược điểm • Khí nén tạo ra ít xung và không bị nhiễm dầu • Ít tạo ra giao động • Độ mòn giữa các răng và xi lanh 2. Bộ lọc 2.1. Van lọc Van lọc có 3 phần tử: Van lọc Van điều chỉnh áp suất Van tra dầu Van lọc có nhiệm vụ tách các phần tử chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí
nén( lỗ có thế 30 – 70μm hoặc 0,01 μm 2.2. Van điều chỉnh áp suất Nhiệm vụ của van áp suất ổn định áp suất điều chỉnh mặc dù đầu ra và đầu vào lưu lượng bất thường. 2.3. Van tra dầu Van tra dầu: Nhằm cung cấp và bôi trơn cho thiết bị trong hệ thống điều khiển khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòm và gỉ sét. 3. Thiết bị xữ lý khí nén 3.1. Yêu cầu về khí nén
Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí khác nhau, trong khí nén chứa rất nhiều bùi, độ ẩm … Trong quá trình nén t0 khí nén tăng lên có thể gây nên ô xy hóa một số phần tử kể trên. Chính vì vậy khí nén sử dụng trong công nghiệp phải qua xử lý, tùy thuộc vào phương pháp xử lý và phạm vi ứng dụng của từng thiết bị. 3.2. Các phương pháp xữ lý khí nén a. Sử dụng bình ngưng tụ làm lạnh băng không khí. Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được đẩy vào bình ngưng tụ, tại đây áp suất khí sẽ được làm lạnh, phần lớn hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưng tụ và tách ra. • Hệ thống dẫn nước làm lạnh • Nước làm lạnh được dẫn vào • Khí nén sau khi được làm lạnh • Tách nước sau khi đã làm lạnh • Nước làm lạnh đi ra • Khí nén được dẫn vào từ máy nén khí. b. Thiết bị xấy khô bằng chất làm lạnh Khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phân trao đổi nhiệt khí (1) >bộ phận trao đổi nhiệt khí chất làm lạnh (2) tại đây dòng khí nén sẽ được đổi chiều trong những ống dấn nằm trong các thiết bị này( T0 hóa sương ở đấy là 20c hơi nước sẽ bị kết tủa tại (3) Dầu, nước và chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén s4 được đi ra ngoài qua (4) > dòng khí đã được làm sạch vẫn còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1) tới T0 từ 6 – 80c trước khi đưa vào sử dụng.
Bài 2: Cung cấp và xữ lý dầu 1. Bể dầu 1.1. Nhi ệm vụ: • Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín • Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc • Lắng đọng các căn giơ, bẩn trong quá trình làm việc