Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 052193 из НИЯУ МИФИ

Пневматические устройства давно играют важную роль в механизации производства. В последнее время они также широко используются при решении задач автоматизации.

Пневматические устройства в системах автоматики выполняют следующие функции:

получение информации о состоянии системы с помощью входных элементов (датчиков);

обработка информации с помощью логико-вычислительных элементов (процессоров);

управление исполнительными устройствами с помощью распределительных элементов (усилителей мощности);

совершение полезной работы с помощью исполнительных устройств (двигателей).

Отличительные особенности и преимущества систем пневмоавтоматики представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Особенности и преимущества систем пневмоавтоматики

Доступность воздуха Воздух имеется практически везде в неограниченном количестве. Транспортабельность воздуха Воздух может легко транспортироваться по трубам на большие расстояния. Способность к аккумулированию Сжатый воздух может накапливаться в резервуарах и использоваться по мере необходимости, а резервуары могут легко транспортироваться. Нечувствительность

к температуре Сжатый воздух относительно нечувствителен к колебаниям температуры. Это гарантирует надежную работу пневмосистем даже в экстремальных условиях. Взрывобезопасность Сжатый воздух практически взрыво- и пожаробезопасен, что не требует дорогостоящей защиты. Экологическая чистота Сжатый воздух без специально распыленного в нем масла не загрязняет окружающую среду. Простота конструкции Пневмоэлементы просты в производстве и поэтому недороги. Высокая скорость Сжатый воздух перемещается с большей скоростью. Это позволяет получить высокую скорость движения поршня и малое время переключения. Нечувствительность

к перегрузкам Пневматические инструменты и исполнительные устройства не боятся перегрузки и поэтому могут нагружаться вплоть до полной остановки.

Для того чтобы точно определить области применения пневмосистем, необходимо также знать и их недостатки, которые представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Недостатки систем пневмоавтоматики

Подготовка сжатого воздуха Сжатый воздух должен быть хорошо подготовлен. Иначе возникает опасность быстрого износа пневмоустройств из-за наличия в нем твердых включений и конденсата воды.

Сжимаемость воздуха Сжатый воздух не позволяет получить равномерную и постоянную скорость поршня. Ограничения по усилию Сжатый воздух является экономически выгодным только до определенных давлений. При обычно применяемом производственном давлении 600...700 кПа (6...7 бар) и в зависимости от хода и скорости поршня эта граница лежит в области 40000...50000 H. Уровень шума Сброс воздуха в атмосферу сопровождается сильным шумом. Эта проблема решена в настоящее время благодаря применению звукопоглощающих материалов и глушителей шума.

Для управления состоянием и рабочими процессами машин и установок необходимы системы со сложными логическими связями, которые обеспечиваются благодаря взаимодействию датчиков, процессоров, исполнительных устройств и рабочих механизмов с пневматическими или частично пневматическими устройствами.

Пневматические средства автоматики включают следующие группы изделий:

исполнительные устройства,

датчики и входные устройства,

логико-вычислительные элементы (процессоры),

вспомогательные устройства,

модули системы управления.

Исполнение команды Исполнительные устройства:

пневмоцилиндры;

пневмомоторы;

оптические индикаторы.

Выдача сигнала Усилители мощности:

распределители.

Обработка сигнала Логико-вычислительные устройства:

распределители;

обратные клапаны;

клапаны давления;

таймеры, тактовые цепочки.

Получение сигнала Информационные устройства:

распределители с кнопкой;

клапаны с роликовым рычагом;

бесконтактные выключатели;

струйные выключатели.

Энергоснабжение Устройства энергоснабжения:

компрессор;

пневмоаккумуляторы;

регуляторы давления;

устройства подготовки воздуха.

Физические свойства и характеристики воздуха.

Воздух является смесью газов и имеет следующий состав: около 78 % объема составляет азот, около 21 % объема - кислород. Также воздух содержит небольшое количество двуокиси углерода, аргона, водорода, неона, гелия, криптона и ксенона.

Для воздуха характерна незначительная сила сцепления между молекулами, поэтому в нормальных условиях ею можно пренебречь. Как и все газы, воздух не имеет собственной формы и полностью занимает предоставленный объем.

Основные параметры: объём V, температура T, давление p. Также важным параметром является относительная влажность воздуха.

Давление, которое непосредственно воздействует на поверхность земли, называется атмосферным давлением и обозначается pатм. Это давление часто называют базовым. Оно не является постоянным, а изменяется в зависимости от географического места и погодных условий.

Превышение абсолютного давления pабс над атмосферным называют избыточным давлением (ризб), а недостаток абсолютного давления до атмосферного - вакуум метрическим давлением (pвак). Абсолютное давление и избыточное связаны формулой:

р_изб= р_абс- р_атм

Диапазон изменения давления, заключенный между линией абсолютного нуля и линией атмосферного давления, называется диапазоном вакуума, а диапазон, лежащий выше линии атмосферного давления, диапазоном избыточного давления.

Абсолютное давление Рабс складывается из атмосферного и избыточного давления, которое измеряется приборами, т.е.

р_абс= р_атм+ р_изб

В пневматике количество воздуха оценивается в так называемом нормальном состоянии. Нормальным состоянием жидкостей или газов является то состояние, которое они принимают при нормальной температуре и нормальном давлении:

нормальная температура Тн = 273,15 К = 0°С,

нормальное давление рн = 101325 Па = 1,01325 бар.

Уравнение состояния газа

Для постоянной замкнутой массы газа связь между его параметрами (давлением, объемом и температурой) устанавливается следующим уравнением состояния газа (Уравнение Клапейрона?):

(p_1 ? V_1 )/T_1 = (p_2 ? V_2 )/T_2 =...= (p_N ? V_N )/T_N =const

Из этого уравнения как частные случаи можно получить законы изменения параметров газа, если поочередно считать постоянными три параметра газа (р, V или Т):

Температура Т постоянна (T = const) => изотермический процесс

Закон Бойля-Мариотта

"При постоянной температуре объем данной массы газа обратно пропорционален абсолютному давлению", т.е. произведение абсолютного давления газа на его объем является постоянной величиной для данной массы газа.

p_1 ? V_1=p_2 ? V_2= const при T=const

Давление р постоянно (p = const) => изобарический процесс

Закон Гей-Люссака:

"При постоянном давлении объем постоянной массы газа пропорционален его абсолютной температуре".

( V_1 )/T_1 = (V_2 )/T_2 =...= (V_N )/T_N =const

Объем V постоянен (V = const) => изохорический процесс

Закон Шарля

"При постоянном объеме давление постоянной массы газа пропорционально его абсолютной температуре".

(p_1 )/T_1 = p_2/T_2 =...= (p_N )/T_N =const

Влажность сжатого воздуха определяется его относительной влажностью, которая зависит от температуры и погодных условий.

Абсолютная влажность - это масса паров воды, содержащихся в 1 м3 воздуха. Влажность насыщенного пара - наибольшая масса паров воды, которая может содержаться в 1 м3 воздуха при данной температуре.

Относительная влажность, измеряемая в процентах, определяется по формуле:

Относит. влажность = (Абсолютная влажность )/(влажность насыщенного пара) *100%

Так как влажность насыщенного пара зависит от температуры, то относительная влажность изменяется с изменением температуры, даже если абсолютная влажность остается постоянной.

Точкой росы называется температура, при которой относительная влажность становится равной 100%. При понижении температуры ниже точки росы начинается конденсация содержащихся в воздухе паров воды.

Производство и распределение сжатого воздуха.

Подготовка сжатого воздуха

С целью обеспечения надежности работы пневматической системы управления к ней необходимо подвести сжатый воздух высокого качества. При этом оцениваются следующие параметры воздуха:

уровень давления;

влажность воздуха;

степень очистки воздуха.

Если не будут соблюдены перечисленные выше требования к параметрам воздуха, то это может привести к увеличению эксплуатационных расходов из-за роста времени простоя машин и установок, а также увеличению затрат на ремонт и замену вышедших из строя элементов.

Уровень давления сжатого воздуха

Как правило, пневматические устройства промышленного назначения проектируются на максимальное рабочее давление 800... 1000 кПа (8... 10 бар). Однако опыт эксплуатации показал, что из экономических соображений и соображений безопасности целесообразнее использовать давление около 600 кПа (6 бар). Сопротивление течению газа в отдельных элементах (например, дроссели) и в трубопроводах рассчитывается таким образом, чтобы суммарные потери давления в них составляли 10...50 кПа (0,1...0,5 бар). Поэтому для того, чтобы нормальное рабочее давление в пневмосистеме было не ниже 600 кПа (6 бар), давление компрессорной установки должно быть в пределах 650...700 кПа (6,5...7 бар).

Влажность воздуха

При понижении температуры ниже точки росы начинается конденсация содержащихся в воздухе паров воды. Повышенная влажность воздуха уменьшает долговечность пневматической системы вследствие:

коррозии трубопроводов, пневмоаппаратов, цилиндров и других элементов;

вымывания смазки подвижных частей.

Поэтому для ее снижения необходимо устанавливать осушители. При сравнении различных осушительных установок между собой принимается во внимание значение рабочего давления установки и температура точки росы воздуха, т.е. температура, которая достигается в сушилке при рабочем давлении. Температура точки росы осушаемого воздуха должна быть на 2 ... 3 °С ниже температуры охлаждающей среды.

Снижение эксплуатационных расходов, сокращение времени простоя и повышение надежности пневмосистем относительно быстро окупают дополнительные затраты на установку осушителя воздуха.

Степень очистки воздуха

Если не принимать специальных мер, на пути к потребителям воздух может быть загрязнен. Из-за плохого качества воздуха увеличивается число аварий и сокращается срок службы пневматической системы, что проявляется в таких явлениях, как:

быстрый износ уплотнений и подвижных частей пневмоаппаратов и исполнительных устройств;

замасливание клапанов;

загрязнение глушителей шума.

Подготовка сжатого воздуха начинается уже с момента его производства. В состав подсистемы подготовки воздуха входят следующие элементы:

всасывающий фильтр;

воздушный компрессор;

воздушный ресивер;

осушитель воздуха;

воздушный фильтр с влагоотделителем;

редукционный клапан;

маслораспылитель (при необходимости);

дренажные (спускные) отверстия для удаления конденсата.

Воздушный компрессор

Компрессор - машина для повышения давления и перемещения газа.

По принципу действия компрессоры подразделяются на объёмные и лопастные. Под принципом действия здесь понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора.

По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические и др.), по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные, азотные, гилиевые и др.), по непосредственному назначению (пускового воздуха, тормозные и др.).

По конечному давлению различают

Вакуум-компрессоры - машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;

Компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;

Компрессоры среднего давления - от 1,2 до 10МПа;

Компрессоры высокого давления - от 10 до 100 МПа;

Компрессоры сверхвысокого давления - свыше 100 МПа;

По способу отвода теплоты - с водным или воздушным охлаждением;

По типу приводного двигателя - с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины.

Объёмный компрессор - это машина, в которой процесс сжатия происходит в рабочих, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора камерах, периодически изменяющих свой объём. Объёмные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объёма рабочих камер можно разделить на поршневые и роторные компрессоры.

Лопастной компрессор - машина динамического действия, в которой сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным компрессорам относятся радиальные (центробежные), радиально-осевые (диагональные), осевые.

Поршневой компрессор - объёмная машина, у которой всасывание, сжатие и вытеснение газа производятся поршнем, перемещающимся в цилиндре возвратно-поступательно.

ВМТ - верхняя мёртвая точка, НМТ - нижняя мёртвая точка

Винтовой компрессор

Винтовые поверхности роторов и стенок корпуса образуют рабочие камеры. При вращении роторов объём камер увеличивается, когда выступы роторов удаляются от впадин, и происходит процесс всасывания (рис. 1.18, а). Когда объём камер достигает максимума, процесс всасывания заканчивается, и камеры оказываются изолированными стенками корпуса и крышек от всасывающего и нагнетательного патрубков (рис. 1.18, б).

При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряжённый выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые поверхности объединяются в общую полость (рис.1.18, б), объём которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контактирования сопряжённых элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок (рис.1.18, в). Из-за того что частота вращения роторов значительна и одновременно существует несколько камер, винтовой компрессор создаёт равномерный поток газа.

Отсутствие клапанов и неуравновешенных механических сил обеспечивает винтовым компрессорам возможность работать с высокими частотами вращения, т.е. получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.

Показать полностью…
2 Мб, 24 мая 2017 в 2:56 - Россия, Москва, НИЯУ МИФИ, 2017 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении