Giáo trình truyền động tự động khí nén phần 1 pts phạm văn khảo (2)

Trang 2

PTS PHAM VĂN KHẢO

TRUYỀN ĐỘNG-TỰ ĐỘNG

KHÍ NÉN

lJ

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình "Truyền động - tự động khắ nén" này là một tài liệu mang tắnh hệ thống chuyên ngành nhằm giúp cho các đối tượng học tập, th" hiểu, nghiên cứu về truyền động và tự động khắ nén có thể tiế, p cận một cách thuận lợi hơn lĩnh vực chuyên môn này

Nội dung của giáo trình bao gồm các vấn đề cơ bản của lý thuyết truyền động - tự động khắ nén, trong đó có các phần động học và nhiệt-

động lực học của các thiết bị và hệ truyền động - tự động khắ nén, các

phương pháp tắnh toán, khảo sát, thiết kế, thử nghiệm và cả plần tổng hợp hệ điều khiển chúng `

Đây là một tài liệu chuyên ngành được biên soạn lần đầu, tác giả bày tỏ sự-cảm ơn chân thành của mình tới TS Ngô Sỹ Lộc - ngời đã đọc và góp ý chắnh cho bản thảo, cùng tập thể Bộ môn "Máy và tự động thủy

khắ' Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã góp nhiều ý kiến quý báu để

tài liệu này được hoàn chỉnh hơn và sóm ra mắt bạn đọc

Sách được sử dụng làm tài liệu học tập chắnh thức cho sinh viên các Chuyên ngành "Máy và tự động thủy khắ", "Kỹ thuật hàng không" cũng nhắ cho một số ngành khác như chế tạo máy, máy năng lượng, máy tự động, robot công nghiệp, cơ khắ hóa - tự động hóa đồng bộ các quả trình sản xuất và công nghệ

Mặc dù cịn có thể có các khiếm khuyết, song tác giả tin rằng tài liệu

này sẽ giúp ắch được cho bạn đọc về mọi đối tượng học tập, nghiên cứu, làm việc trong lĩnh vực truyền động - tự động khắ nén

Trang 5

NHẬP MÔN

Các hệ thống truyền động khắ nén hiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật, như trong chế tạo máy, luyện kim, giao thông hàng hái và hàng không, ngành in, các ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, đầu khắ Chúng thường được sử dụng dưới dạng các hệ truyền động kẹp giữ, vận chuyển, nâng hạ, phanh hãm, các cơ cấu tự động hóa, thiết bị đo kiểm Các hệ khắ nén được sử dụng rộng rãi như vậy bởi có nhiều ưu điểm mà các loại hệ truyền động khác

khơng có được, đó là:

- Kết cấu, sử dụng và điều khiển đơn giản; - Độ tin cậy làm việc cao;

- Độ an toàn làm việc cao trong các môi trường dễ cháy, nổ; có thể làm việc cà trong các môi trường khấc nghiệt (phóng xạ, hóa chất )

Về tác động nhanh và khả năng làm việc với điều khiển từ xa, các hệ truyền động khắ nén không thể so sánh với các hệ thống điện - điện tử, nhưng có thể xếp chúng trên các hệ truyền động thủy lực và hồn tồn có thể thỏa mãn với đa số các yêu cầu của nhiều hệ thống tự động hóa cơng nghiệp ,

Tuy nhiên, các hệ truyền động khắ nén thường có kắch thước lớn hơn so với các hệ thủy lực có cùng công suất Tắnh nén được của, không khắ khá lớn, ảnh hưởng đáng kể tới chất lượng làm việc của hệ thống Do vận tốc cửa các cơ cấu chấp hành khắ nén lớn hơn nên dé xảy ra va đập ở cuối các hành trình Việc điều khiển theo

quy luật vận tốc cho trước và dừng ở các vị trắ trung gian cũng

khó thực hiện được chắnh xác như đối với các hệ thống thủy lực Khi làm việc, các hệ thống khắ nén cũng gây ồn hơn so với các hệ thống thủy lực

Trang 6

Mặc dù cịn có những hạn chế như vậy, các hệ truyền động khắ

nền vẫn được sử dụng rất thành công trong tất cả các trường hợp

khi mà những nhược điểm trên không phải là quyết định, hoặc được hạn chế từng phần hoặc toàn bộ

Khuynh hướng sử dụng kết hợp các hệ thống điện - điện tử và khắ nén cho phép mở rộng một cách đáng kể lĩnh vực ứng dụng các hệ truyền động khắ nén, đặc biệt là trong.lĩnh vực tự động hóa các quá trình sản xuất và cơng nghệ khác nhau

Chắnh việc ứng dụng thành công và rộng rãi các hệ thống khắ nến trong các ngành kỹ thuật đã thúc đẩy việc xây dựng và phát triển mạnh mẽ các phương pháp khảo sát, nghiên cứu và tắnh toán ' thiết kế các hệ thống này Lý thuyết "Truyền động - tự động khắ nén" đặt mục tiêu xây dựng các phương pháp luận trong việc khảo sát, nghiên cứu các quá trình động học và nhiệt - động lực học các hệ truyền động - tự động khắ nén; xây dựng các phương pháp tắnh toán, thiết kế, các phương pháp thực nghiệm khảo sát và nghiên cứu ứng dụng chúng trong thực tế

Trên cơ sở đớ, lý thuyết "TRUYỀN ĐỘNG - TỰ ĐỘNG KHÍ NEN" thường được phân định thành các phần cơ bản sau:

1 Tổng hợp cấu trúc các hệ truyền động khắ nén, 9 Động học và động lực học hệ thống;

3 Phân tắch cấu trúc và tổng hợp hệ thống điều khiển

Thông thường, việc tắnh toán thiết kế một hệ truyền động khắ nén được bát đầu bằng việc chọn lựa sơ đồ nhằm đáp ứng được các yêu cầu làm việc được đặt ra, vắ dụ điều kiện làm việc, trình tự làm việc của các cơ cấu chấp hành Đay chắnh là bài toán tổng hợp cấu trúc hệ truyền động khắ nén nhằm chọn lựa được sơ đồ Ộhợp lý, tối ưu

Trang 7

số hình học và kắch thước của các cơ cấu khắ nén như đường kắnh, chiều dài ống dẫn, kắch thước pittông, xylảnh của cơ cấu chấp hành Sau đó, tiến hành tắnh toán các thông' số động học, động lực học và tác động nhanh của hệ truyền động khắ nén Đó chắnh là những nội dung của bài toán tổng hợp và phân tắch động học và động lực học hệ thống

Sau khi đã có các kết quả khảo sát động hoc và động lực học hệ thống, tiến hành phân tắch cấu trúc hệ truyền động nhằm mục đắch đơn giản hóa kết cấu và giải bài toán tổng hợp hệ điều khiển của hệ truyền động khắ nén Những điểm vừa nêu nằm trong nội dung thứ ba của lý thuyết "Truyền động - tự động khắ nén" mà ta đã liệt kê ở trên :

Nét đặc trưng của lý thuyết "Truyền động - tự động khắ nén" là việc ứng dụng cáo định luật của nhiệt động học kỹ thuật của khối khắ thay đổi vào việc phân tắch động học và động lực học hệ thống khắ nén, bởi vì mọi quá trình làm việc của chúng diễn ra đều gắn liền với quá trình "nạp" hoặc "xả" khắ Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể sử dụng chúng để mô tả đầy đủ các quá trình diễn ra trong các hệ truyền động khắ nén, bởi lẽ, các đại lượng nhiệt - động học và động lực học ở đây đều biến thiên theo thời gian Ngoài ra, khi nghiên cứu sự làm việc của các hệ truyền động khắ nén chuyển động (pittông, con trượt điều khiển van ) còn đòi hỏi phải sử dụng cả các kiến thức lý thuyết về cơ học chất rắn

Việc tổng hợp hệ thống truyền động khắ nén và các hệ thống điều khiển của chúng được tiến hành dựa trên cơ sở ứng dụng lý thuyết đại số logic Các chỉ tiêu được đặt ra để nhằm tối giản hớa và tối ưu hóa các sơ đồ hệ thống truyền động và điều khiển được

$%ác định cho từng trường hợp cụ thể

Lý thuyết "Truyền động - tự động khắ nén" được xây dựng và phát triển chưa lâu Bởi thế, nó cịn đang được tiếp tục bổ sung và hoàn

Trang 9

Chương ỳ

Động học và nhiệt động

học các hệ truyền

động khi nén

1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA KHƠNG KHÍ NÉN NHƯ LÀ MỘT

CHẤT LỎNG CÔNG TÁC

Trong các hệ thống khắ nén, chất lỏng công tác là không khắ được nén dưới một áp suất nhất định Khi tắnh toán các hệ thống khắ nén kỹ thuật, các đại lượng thường được quan tâm nhất là áp suất p, khối lượng riêng ụ (hoặc trọng lượng riêng Ữ), nhiệt độ T , và độ nhớt ( hoặc ?)

Khái niệm về hệ số nhớt động học của không khắ cũng tương tự như khái niệm về hệ số nhớt động học của chất lỏng nói chung Hệ 'số nhớt động học của không khắ phụ thuộc vào nhiệt độ và tăng

không nhiều khi nhiệt độ tăng Vắ dụ:

w ở Ởể16ồ0 = 1,67 10Ợ N.s/m2

v ở+90ồ0 = 1,8 10ỢN.sim? ở +6đồC = 2,06 10ỢN.s/mẺ

Trong đa số các tắnh tốn, khơng khắ thường được coi là chất khắ lý tưởng (một chất khắ lý tưởng là chất khắ khơng có lực liên kết giữa các phân tử khắ với nhau và các phân tử khắ được coi là

Trang 10

các chất điểm có thể tắch vơ cùng nhỏ) Trong trường hợp đó, quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ, khối lượng riêng (p, T và ụ) được biểu diễn bằng phương trình trạng thái khắ sau:

=> = RT hay p.v = RT Pp

V 1 m

V =Ở- Ậ =Ở Sl ,

m p v V

V, m - thể tắch khối khắ và khối lượng của nó;

p - khối lượng riêng của không khắ, ụ ~ 1,22 kg/m?;

v - thể tắch riêng, m/kg ;

Pp - áp suất tuyệt đối của khắ, N/m? hoặc Pa; T - nhiét dé tuyét déi cia khi, ồK;

R - hằng số khắ (R = 288 J/kgồK = 29,27 kG.m/kgồK)

Như vậy, với mỗi trạng thái khắ, các thông số của nó đều tuân theo phương trình trạng thái Tuy nhiên, khắ có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, có thể bị nén, dãn nở, nóng lên, nguội đi, Sự thay đổi tuần tự các thông số khắ khi nó chuyển

từ một trạng thái này sang một trạng thái khác được gọi là quá

trình nhiệt động Để mơ tả q trình nhiệt động, ngồi phương trình trạng thái khắ còn cần đến các phương trình đặc tả sự thay đổi của các tham số khắ trong toàn bộ quá trình

Trang 11

trung bình, sai số có thể sẽ không quá 1 - 2%

Trong các tắnh toán cũng thường sử dụng khái niệm nhiệt dung khối riêng hoặc nhiệt dung trọng lượng riêng với đơn vị tương ứng là J/kg.ồK và J/kG.ồK

Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần phải cấp (hoặc lấy bớt đi) cho 1 kg (kG) khi để làm thay đổi nhiệt độ của nó l độ trong một quá trình nhiệt động xác định:

ỞỞ q-Đ

ở đây :

Ạ - nhiệt dung riêng;

dq - lượng nhiệt cấp cho khắ để tạo ra sự thay đổi nhiệt độ của nó một lượng là đT

Sau đây, ta lần lượt nghiên cứu các quá trình nhiệt động xảy ra đối với một khối khắ thay đổi và biến đổi trong quá trình làm việc của các hệ thống khắ nén

1.2 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG VOI

KHỐI KHÍ KHƠNG ĐỔI

1.2.1 Quá trình đẳng tắch

Khi khối khắ có thể tắch khơng đổi, cơng ngồi bằng 0 và tất cả nhiệt cấp cho nơ dq, chỉ làm thay đổi nội năng du của khối khắ:

dq, = du

Từ khái niệm về nhiệt dung của quá trình nhiệt động (xem

Trang 12

ae

dq, = C,dT = du, (1-1a)

Phương trỉnh biểu diễn quá trình đẳng tắch cũng cơ thể thu được từ phương trình trạng thái của khắ viết cho hai trạng thái với nhiệt độ T; và T; như sau:

PỊY RT, ĐạY RT, m ĐC (1-1b) Pp Tp 1.2.2 Quá trình đẳng áp

Trong trường hợp này áp suất khắ không đổi, khắ thực hiện một cơng ngồi:

dl, = pFdx = pdv

Nếu dé y téi phuong trinh trang thai pdv = RdT, thay vao trén ta có:

: dl, = RdT, (1-2)

Cơng của 1 kg khi thye hién duge khi thé tắch của nó thay đổi

một lượng hữu hạn có thể xác định được từ phương trình tắch phân

sau:

V

|, = f pdv = plv, - v,) = R(T,- T)

vị

Từ phương trình này có thể rút ra biểu thức cho hàng số khắ R:

1

R=Ở2_, T; - Tụ (1-3)

Trang 13

Ngồi việc thực hiện cơng ngoài, một phần nhiệt được cấp cho khối khắ trong quá trình đẳng áp sẽ làm tăng chắnh ngay nội năng của khối khắ đơ Phương trình biểu diễn quá trình nhiệt động có thể thu được từ phương trình trạng thái khắ:

py, = RT, va pv, = RT), tii dé cớ:

Vị T,

Ở =ỞỞ, (1-4)

v2 T;

Phương trình này cho thấy, trong quá trình đẳng áp, khi thể tắch riêng của khắ tăng, nhiệt độ của nó cũng sẽ tăng theo (T, > T,)

Để xác lập mối tương quan giữa các tham số khắ trong quá trình đẳng áp, ta sử dụng định luật bảo toàn năng lượng (định luật 1 của nhiệt động học):

đq = du +ải (1-5)

va phuong trinh nhiét dung cho qua trinh xét: c, = 2% hay Phạm ORY Sdp dq, = C,.dT = tgổi:

Trén co sé cia (1-1a) va (1-2), phương trình bảo tồn nang lượng có thể viết đưới dang sau:

; C,dT = (C, + R) dT,

từ đó ta có: Cc, =C,+R (1-6)

V6i khéng khi cd nhiét d6 trén dudi 20ồC gid tri cua C,, cy

tương ứng sẽ bằng 0,72.10Ợ và 1,01.10 J/kgồK

Tỷ số 2 = k có trị số không đổi và được gọi là số mũ đoạn

v

nhiệt Với không khắ, k = 1,41:

Tt hai phương trỉnh trên ta có thể thu được các biểu thức tắnh

Trang 14

Ốp va C, theo R và k như sau:

Cc Po k- 1? Yk dỖ kR Cc R oo (1-7)

1.2.3 Quá trình đẳng nhiệt

Nếu đồng thời với việc cấp nhiệt cho khối khắ trong xylanh ta lại tạo khả năng cho nó dan nd, sao cho nhiệt độ của tồn khối khắ khơng thay đổi trong suốt quá trình, nội năng khắ du = 0 Trong một quá trình như vậy, tất cả lượng nhiệt được cấp sẽ được dùng để sinh công thắng lực cản bên ngoài và quá trình nhiệt động này

được gọi là quá trình đẳng nhiệt

Phương trình bảo tồn năng lượng trong trường hợp này sé cd dạng:

dq+ = dÌ = pdvy,

cịn mối tương quan giữa các thông số khi trong suốt cả quá trình có dạng:

pv = const

, RT

Nếu thay giá trị p = tit (1- 1b) vao phuong trinh tắnh công, ta ed: 1= / bảy, vị và ta có: V = RT lên Ở = RTIn , (1-8) vị V Vị

1.2.4 Quá trình đoạn nhiệt

Một quá trình nhiệt động, trong đó diễn ra sự thay đổi trạng thái khắ khơng có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài được gọi là quá

Trang 15

trình đoạn nhiệt Trong thực tế không thể nào đâm bảo có sự cách nhiệt hồn tồn để có được quá trình đoạn nhiệt Tuy nhiên, trong các trường hợp khi quá trình điễn ra đủ nhanh, ta có thể bỏ qua - sự trao đổi nhiệt và coi quá trình được xét là quá trỉnh đoạn nhiệt:

Thay giá trị dq = 0 vào phương trình (1-5) ta có:

dl = -du, (1-9)

6 đây cơng đÌ được thực hiện do ed su thay đổi nội năng của khắ, khi khắ dân nở, nhiệt độ của nó sẽ giảm xuống Thay các giá tri dl = pdv, du = C dT vào (1-9) và từ (1-1) ta có giá trị của dT:

1 1 ,

aT =F d(pv) = (pdv + vdp), (1+10) Viết lại phương trÌnh (1-9) dưới dạng sau:

c,

pdv + (pdv + vdp) = 0 hay : (C, + R) pdv + C,.v.dp = 0,

Chia cả hai số hạng của phương trình cuối cho p.v Cw theo (1-6)

ta được:

dv dp

kỞ+Ở =0 (1-11)

v p

Tắch phân phương trình này ta thu được phương trình của quá trình đoạn nhiệt:

pv* = const (1-12) Khi xem xét đồng thời phương trình (1-12) với phương trình (1-1), có thể thu được mối quan hệ giữa các tham số khắ trong hai trạng thái của nó:

T Vị T kel

Fre kt a yee, PLE, aia)

P2 VỊ T; v2 T, P2

Trang 16

k - số mũ đoạn nhiệt

Công riêng của khắ trong quá trình đãn nở đoạn nhiệt Ìị sẽ

bằng: ;

dl, = - du = -CdT

Ty Cc,

=f CAT = C(T, - T3) =Ở (pạvi - Pạv;) Tạ - R

Để đặc tả các quá trình vừa được xét ở trên, ta đưa vào hệ số y bang tỷ số giữa công phải cấp cho khắ và công cần sản ra để thắng lực eản bên ngoài: Ẽ

ụ Ộ4 (1-14)

dl

Với các quá trình khác nhau, giá trị của tương ứng bang: - quá trình đẳng nhiệt: ý = 1

- quá trình đẳng tắch: = + quá trình đoạn nhiệt: = 0

Ề kR

qua trinh dang 4p: dl = RdT, dq, = C,aT, Cc, =ỞỞ

a ta có Cp * 3,õ (với không khắ)

và ta có: yp = =ỞỞ = 3,5 (véi n, i)

ầ R k-1 5

Cần lưu ý rằng, các giá trị trên của / vẫn chưa bao ham tất cả các giá trị mà có thể có từ 0 đến + Ủ Ngoài ra, ý là một đại lượng cũng có thể biến đổi

1.2.5 Quá trình đa biến

Trang 17

trình nhiệt động như vậy được gọi là quá trình đa biển Dấa biện cơ bản của quá trình này là có ự = const, nghĩa là trong suốt quá trình, lượng nhiệt cấp cho khắ được phân bố đều cho việc thay đổi nội năng khắ và thực biện cơng ngồi theo một tỷ lệ không đổi

Sử dụng khái niệm về nhiệt dung của q trÌình đa biến, ta có:

dq C =a hay dq = CdT, di = dq - du = (C - C,) dT, dq Cc TT" 6-6,Ỗ c=c.~., g~ 1 (-18)

Như vậy, đối với quá trình đa biến, nếu giả định C, và không đổi thì nhiệt dưng C cũng sẽ là một đại lượng khơng đổi

Phương trình biểu diễn quá trình đa biến có thể xây dựng trên cơ sở định luật I nhiệt động học (xem (1-đ)):

dq = CaT, du = C,aT, dl = pay,

CdT = C\dT + pdv

Su dung phuong trinh (1-10), ta cd:

Ở tật + vdp) = = (pdv + vdp) + pdv Tiếp tục biến đối ta có:

(C, + R- C) p.dv + (C, - C) v.dp = 0

Trên cơ sở của (1-6), phương trình trên viết lại như sau:

G-C

ỞtỞỞ p.dv + v.dp = 0

c,-C C.-C

Khi ky hiéu: S =n và chia cả hai số hạng của phương trình

v

Trang 18

cho p.v, ta sẽ được: dv dt nỞ +? =0

v p

hay: n.In(v) + In(p) = const,

từ đó có: p.v" = const (1-18)

- Phương trình (1-16) chắnh là phương trình trạng thái của quá

trình đa biến với n là số mũ đa biến

c,- Cc

Nếu như trong biểu thức n = , ta thay giá trị của C từ (1-15) vào và biến đổi tiếp tục, ta Sẽ CÓ:

n=k-y (el) (1-17)

ỔPhuong trinh (1-17) cho phép tắnh các giá trị của n tương ứng với các quá trình nhiệt động khác nhau:

- với quá trình đẳng tắch: = + ons

k

Ở n= 0; k-1

- véi qua trinh dang nhiét: y = 1; n = 1;

- với quá trình đẳng áp: y=

- với quá trình đoạn nhiệt: ý = 0; n = k

Đối với quá trình đa biến, ta cũng có thể thu được tất cả các quan hệ cơ bản giữa các thông số khắ của hai trạng thái bất kỳ như

sau: c2 Cụ P2 Vị Tạ nol ha, T 1 _ ch yr (1-18) ; Ở = - Y2 Tạ P2

Công của 1 kg khi khi dan né sé la:

1

] EỞỞ (pịVị - pạv2); n- 1

Trang 19

Py i

Néu thay: v, = (Ở )n.v, vo, ta sé co:

Pạ : 7

)11 (1-19)

1.3 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

VỚI KHỐI KHÍ THAY ĐỔI

Trong các hệ truyền đẫn khắ nén, tất cả các quá trình đều diễn ra với sự thay đổi lượng khắ nạp hoặc xả ở các khoang có thể tắch thay đổi hoặc cố định Với một khối khắ cố định, việc thu thêm năng lượng từ ngoài vào sẽ tương ứng với việc tăng áp suất của nó Ngược lại, khi tỏa bớt nhiệt đi, áp suất khắ sẽ giảm Nếu đồng thời vừa thu thêm năng lượng vào nhưng lại xả bớt một phần khắ ra khắ quyển thì áp suất trong thể tắch khắ có thể khơng tăng lên mà giảm đi Tương tự như vậy, có thể làm cho áp suất trong thể

tắch khối khắ cho trườc tăng lên nếu như bổ sung thêm khắ từ các

nguồn bên ngoài vào

Một vắ dụ khác là quá trình đoạn nhiệt khi khơng có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài Với khối khắ không đổi, công ngoại sai được thực hiện nhờ nội năng của khối khắ Nếu cơng đó dương, nhiệt độ khắ sẽ bị giảm đi Nếu như trong quá trình này, khối khắ liên tục được bổ sung ta có thể vẫn thu được công ngoại sai dương mà vẫn tiếp tục làm tăng nhiệt độ của khối khắ Trong trường hợp này, một phần năng lượng khắ bổ sung vào đã được dùng để làm tăng nội năng của chắnh khối khắ /

Từ những vắ dụ trên ta thấy rằng, công thức dùng trong định luật ỳ nhiệt động học kỹ thuật không thắch hợp với trường hợp khối khắ

thay đổi Trong các phương trình đơ cần bổ sựng các thành phần đặc

trưng cho phần thay đổi năng lượng của khắ vào và khắ ra

Trang 20

Ngoài ra, nét đặc trưng của quá trình nhiệt động này là phụ thuộc vào yếu tố thời gian, bởi các quá trình nạp va xả khắ diễn ra theo thời gian Trong trường hợp này, phương trình bảo toàn năng

lượng phải được viết không phải chỉ cho 1 kg khắ (như trong

trường hợp khối khắ không đổi) mà cho toàn bộ lượng khắ có trong thể tắch tại thời điểm xét

Xét sơ đồ trình bày ở hình 1-1, trong khoảng thời gian dt ta đưa thêm một lượng khắ dđ, và một lượng nhiệt dQ vào khối khắ 9 với các tham sốp, v, T, u; lượng khắ xả ra là dớ, Khi đó pittơng chịu lực tải P sẽ thực hiện một công là dA, vượt một quãng đường là dx Năng lượng của 1 kg khắ nạp vào khoang xylanh và xả ra

được ký hiệu tương ứng là N, va N, `

P dx da, dé, TT Tat 4 TC

Hình 1-1 Sở đồ để tắnh xây dựng phương trình bảo tồn năng lượng cho khối khắ biến đổi

Phương trình cân bằng nhiệt trong trường hợp này được viết như sau:

Trang 21

Từ lý thuyết nhiệt động học kỹ thuật ta có thể biểu điễn N, và N, qua entanpi i": `

N, =i, = C,T, r

N, =i, = ,T, v

Cc, - nhiét dung riéng cua khi trong qua trinh dang 4p; T, Ty - nhiệt độ khắ ra và khắ vào

Ta viết lại phương trình (1-20) theo i!

dQ +i d6, = dŨ + dL + ¡ đổ, (1-21)

Với khối khắ thay đổi, công nội biên đl = p.dv khơng có mối liên hệ trực tiếp với công ngoài dL của toàn khối khắ Có thể xảy ra các trường hợp sau: Ẽ

dL = 0 khi di z 0; dL > 0 khi dl < 0

Với khối khắ không đổi thì dL = 6.dl = 6.p.dv, còn đối với khối khắ biến đổi thì ta lại không thể coi chúng bằng nhau được, tức là dL z ử.p.dv: Để lập mối liên hệ giữa chúng với nhau, sử dụng biểu thức tương quan sau:

V=Fx=v9g hay viết chúng dưới dạng vi phan:

6.dv + v.d9 = F.dx

Từ đớ, ta có:

t.dx dé

7 v x (1-22)

Từ (1-22) ta thấy, khối lượng riêng thay đổi không chỉ bởi cớ

chuyển động của pittông mà cịn do có sự thay đổi khối lượng khắ d9, được xác định bằng lượng khắ vào và khắ ra:

d6 = đổ, - đó,

Chia cả hai vế của đẳng thức trên cho ử z 0 và ký hiệu: dv =

Trang 22

do

ta duge: 7 =Ày-Ây

dụ `

Thay giá trị này của 2 vào phương trình (1-22) rồi nhân cả hai vế của nó với p, ta có:

: p.dv =

dx -

- pv, - ÂU), ; (1-23) Sử dụng các kết quả thu được ở phần trước (xem mục 1.1), ta có:

1

du = Ở~Ở d(p.v) k-1 P va do do: p.v = (Ểk- l)u

Thay giá trị p.F.dx = dL vào và viết lại phương trình (1-23) - đưới dạng sau:

dL

p.dv => Ể- 1) u - Ấp, (1-24) Nếu trong phương trình (1-21) ta thay dU=d(u.ử) =u.d6 + 6.du và chia tất cá các số hang cho 0, ta sé cd:

aL,

dq + ily = du + Q - Adu +ỞỞ + id

Thay gid tri của dL/ử từ (1-24) vào phương trình trên, nhóm các số hạng theo A, và 4Ấ, ta được:

Trang 23

`, c

Nếu để ý rằng: Ở = a =k vai, = k.u, phương trình trên có u N

thể viết lại như sau:

Ề dq + (i, - k.u) A, = du + p.dv

Dat dq + (i, - kw), = dqỖ, khi do ta sé co:

dqỖ = du + p.dv (1-25)

Phương trình (1-25) có dạng tương tự với phương trình của định luật bảo toàn năng lượng đối với khối khắ cố định Do vậy, ta có thể viết: :

dqỖ dq + (i, - k.wG,

=ỞỞỞỞỞỞỞ , (1-26) ⁄ ~ p.dv FB Mk D.A,- ap dL

8

Nhân cả hai vế của (1-26) với ra ta được:

dQ - Ở + G,- k.wG, dQ + (i, - k.u)d@, dt: dL~ u(k-1)(@6,-d0) dL wk = 1) (48, - đó) <= - uk- 1 G,- Gp : y= > ao, d6,

ở đây G, = at và G, =a tương ứng là lưu trọng khắ vào và

khắ ra

Xét các trường hợp riêng khi giá trị của ồ bằng hằng số tương ứng với một trong các quá trỉnh nhiệt động đã được nêu và xét ở

phần trước Ẽ

1, Xả khắ từ khoang có thể tắch khơng đổi khi khơng có trao đổi

Trang 24

được kết quả tương tự đối với quá trình xả khắ từ khoang có thể tắch thay đổi, tức là: dU = 0

2 Nạp khắ vào khoang có thể tắch khơng đổi, khơng có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài: đQ = 0, GẤ= 0, dL = 0, G, # 0: Trong trường hợp này ta cd yỖ z# 0 Quá trình đcạn nhiệt ở đây chỉ cớ

thé xay ra khi i, = k.u = ắ, tức là khi nhiệt độ của khắ trong khoang bằng nhiệt độ của khắ nguồn tại từng thời điểm được xét Để đảm bảo được điều này cần phải liên tục bổ sung nhiệt từ ngoài vào cho nguồn khắ nạp (nhiệt độ của khắ nguồn thường được coi là không đổi, còn nhiệt độ khắ trong khoang kắn sẽ tăng gần như tỷ lệ thuận với áp suất khắ trong đó)

Cũng cần lưu ý, khi nói về quá trình đoạn nhiệt ta hiểu không phải là hồn tồn khơng có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài mà là một giả định để có thể viết được phương trình pv* = const, để đặc tả định luật thay đổi các thông số trạng thái của khắ trong quá trình được xét

1.4 ĐỘNG HỌC CỦA ĐỊNG KHƠNG KHÍ NÉN

TRONG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN

Để đưa nguồn khắ tới các cơ cấu chấp hành, các thiết bị biến đổi năng lượng, người ta phải sử dụng các đường ống dẫn khắ Phụ thuộc vào điều kiện làm việc của các bộ phận biến đổi năng lượng người ta phân biệt hai chế độ dòng chảy của khắ trong đường ống dẫn: chế độ chảy dừng và chế độ chảy chưa dừng

_Ở Chế độ chảy dừng của dòng khắ trong đường ống dẫn là chế độ chây trong đó vận tốc trung bình của dịng khắ và áp suất tại mỗi mặt cát là những đại lượng bất biến theo thời gian Còn trong chế độ chảy chưa đừng, cả vận tốc trung bình, cả áp suất tại một mặt cắt bất kỳ là những đại lượng biến thiên theo thời gian

Trang 25

thiết bị khắ nén thực biện các quá trỉnh công nghệ phức tạp khác nhau, trong đó khắ nén chỉ được đưa tới các bộ biến đổi năng lượng

trong những khoảng thời gian nhất định, thậm chắ rất ngắn

Chế độ chảy dừng của dịng khắ có thể gặp khi sấy hoặc làm lạnh khắ, trong các thiết bị đo khắ nén, trong vận chuyển các vật liệu rời bằng đường ống

1.4.1 Những đặc điểm của chế độ chảy dừng

Ngoài tắnh bất biến theo thời gian của vận tốc trung bình và áp suất tại từng mặt cất, chế độ chảy dừng của dòng khắ trong đường ống có một số điểm đặc biệt sau:

1 Đường ống dẫn cớ hình dáng càng phức tap thì tổn that do ma sát theo chiều đài đường ống càng lớn; trong một số trường

hợp, tốn thất này còn phụ thuộc vào áp suất và nó tăng khi áp suất khắ trong đường ống tăng lên (khi cần để thực hiện một quá

trình cơng nghệ nào đó)

Cũng nhứ trong thủy lực, tổn thất trong đường ống dẫn khắ và

hệ thống khắ nén được tắnh theo các công thức tương tự: - tổn thất cục bộ: 2

Vv

` (1-27)

- tổn thất theo chiều dài đường ống:

Lv

Ap, p, =A Ở Ở =A, a2 p ( 1-28 )

v - vận tốc trung bình của dịng khắ

Các giá trị của ặ, và Âycó thể lấy từ các sổ tay tra cứu thủy lực và khắ nén kỹ thuật

Hệ số ma sát Â,, cũng như trong thủy lực phụ thuộc vào chuẩn

Trang 26

hơn giá trị tới hạn một cách đáng kể (Rey >> Rey,y = 2300) va chế độ chảy thường là chảy rối Khi tắnh tốn có thể coi Ây ='const, 'giá trị của nó được xác định bằng thực nghiệm, thông thường

A, = 0,02 + 0,08

Vận tốc trung bình của dịng khắ được sử dụng trong các đường ống dẫn của hệ thống khắ nén thực tế thường dao động từ 10 + 17

m/s ,

Nếu như tắnh đến cả sự thay đổi khối lượng riêng chất khắ theo

chiều dài của đường ống thì ta phải tắnh tổn thất cho từng đoạn

đường ống đủ ngắn, trong đó có thể coi p = const

2 Dac điểm thứ bai của chế độ cháy đừng của dòng khắ là trạng thái khắ cũng biến thiên theo chiều dài của đường ống dẫn Điều này xây ra bởi có sự khuếch tán một phần năng lượng của khối khắ ra môi trường xung quanh và lúc đó cả p, T đều sẽ thay đổi Nét đặc trưng của quá trình nhiệt động là phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: chiều đài ống dẫn, vận tốc dòng khắ, độ chênh áp suất giữa hai đầu của đường ống Đối với dòng khắ chảy chậm (trong đường ống đài có sức cân lớn), quá trình nhiệt động có thể coi là đẳng nhiệt Còn đối với dòng khắ chảy nhanh (trong các đường ống ngắn), quá trình nhiệt động xảy ra gần giống với quá trình đoạn nhiệt

3 Lượng khắ thất thoát do hệ thống bị rò rỉ, đường ống khơng kắn khắt có thể lên tới 5 - 10% tổng lưu lượng khắ tiêu thụ 1.4.2 Đặc điểm của chế độ chảy chưa dừng

Trong chế độ chảy chưa dừng, các quá trình nhiệt động trong

Trang 27

Chắnh chúng là nguyên nhân gây ra độ trễ ban đầu trong quá trình làm việc của các bộ biến đổi năng lượng (các cơ cấu chấp hành khắ nén)

Tác động của các lực đàn hồi thể hiện trực tiếp ngay sau khi đóng,

mở thiết bị phân phối khắ (van | phan phối) và gãy ra dao động Ở- on we lạ trạng thái đừng (chuyển động hoặc lan truyền sóng khắ nén

đứng yên)

Xét sơ đồ ở hình 1-2, giả sử, tại mặt cắt I-] ta đặt một van

phân phối Khi chuyển dịch nó, hệ thống sẽ được nối với nguồn khắ nén hoặc với khắ quyển, tùy thuộc vào quá trình nạp hay xả của khoang làm việc (của bộ biến đổi năng lượng) mà đường ống nối

tới

Ộhi dịch chuyển van phân phối tại mặt cắt I-I, áp suất tại mặt cắt TI-H cách mật cất I-I một khoảng là Ì sẽ khơng thay đổi ngay

lập tức mà phải sau một khoảng thời gian nhất định đủ để cho sóng kắch động - sóng khơng khắ, đi từ mặt cắt ỉ-I đến mặt cắt 1I-H Vận tốc lan truyền sóng khơng khắ này phụ thuộc vào áp suất và khối lượng riêng của không khắ

Để xác định vận tốc sóng khơng khắ, ta có thể sử dụng phương trình đã được biết đến trong vật lý:

a= {a ; dp (1-29)

a - vận tốc sóng khơng khắ,

Từ giá thiết dòng chảy của khắ diễn ra theo quá trình đa biến, với ể = const Lay vi phân phương trình này ta được:

p

Trang 28

dppỢ- mpp"láp - 0

2n

hay: p?.dp - npụ "do =0 Ẽ (1-80)

Sau khi biến đổi, ta có:

Port (1-81)

Pp

Thay giá trị này và biểu thức vận tốc sóng khơng khắ vào, ta thu được kết quả sau:

a=vn.R.T (1-32)

Đối với quá trình đoạn nhiệt ta có:

ay= VKRT~20VT Ẽ ` 1-88)

Với không khiở T = 298ồK (20ồC), a, = 330 + 340 m/s Thời gian lan truyền sóng khơng khắ theo đường ống dẫn có chiều dài Ì sẽ là:

1

tạ=Ở (1-34)

a $

Như vậy, khác với các hệ thủy lực khi thời gian lan truyền sóng

chất lỏng cớ thể bỏ qua do vận tốc truyền sóng khá lớn (a.p¡ 1500 m/s), thai gian truyền sóng khơng khắ trong các hệ khắ nén không thể bỏ qua được, đặc biệt là đối với các đường ống dai (1 >

đ + 10 m) Thời gian truyền sóng khắ nén trong các trường hợp

này có thể tương đương với thời gian đóng, mở của các van phân phối khắ nén

1.4.3 Phương trình chuyển động

Tách một phần tử tia khắ như trên hinh 1-3 và xét các lực tác

Trang 29

w? dp : d(Ở) +Ở + dh,, = 0 (1-35) ẹ 2 p dh,,, - tổn thất do ma sát; Ủ, p và ụ - tương ứng là vận tốc, áp suất và khối lượng riêng trung bình tại mặt cắt được xét

Để thiết lập mối quan hệ giữa các thông số trạng thái khắ và

vận tốc chuyển động

của nó theo đường ống dẫn thì chỉ riêng phương trình (1-35)

chưa đủ, cần phải bổ -

sung thêm các phương trÌnh trạng thái khắ, phương trình liên tục (hay lưu lượng) 'G = p.Ủ.f, và phương trình bảo tồn năng lượng

Hình 1-3 Sở đồ tắnh để lập phương trình chuyển động

cho dòng khắ chuyển động trong đường ống:

dq + dq,,, = du + pv / (1-36)

dan - nhiệt năng sinh ra do ma sat, dq,,, = dh

Từ phương trinh (1-35) ta co:

Ủ2 dp Ủ2

đhụ, = dns = a>) - x" #s)- v.dp

ms

Thay giá trị của dqẤ, vào 1-36 và giải theo dq, ta được:

ụ2

dq = a> } + du + p.dv + v.dp

Nếu để ý rằng du + v.dp + p.dv = du + d(p.v) = di thì phương |

trình bảo tồn năng lượng có thể viết lại như sau:

Trang 30

wo ,

dq = di + a=), (1-37)

Từ phương trình (1-37) ta thấy, đối với khối khắ chuyển động, lượng nhiệt truyền từ ngoài vào sẽ làm tăng nhiệt lượng của khối khắ và tang vận tốc chuyển động cia nd

Khi dq = 0 (khơng có sự trao đổi nhiệt với mơi trường ngồi),

_ quá trình thay đổi trạng thái khắ được biểu điễn theo quá trình

gần giống với quá trình đa biến Trường hợp này ta có thể sử dụng biểu thức nhiệt dung của quá trình đa biến khi dq = 0:

dams

C= TW , hay dq, = = C.dT

c

Từ biểu thức (1-7) với k Ộ= , ta có thể thu được công thức

v Tu

tắnh nhiệt dung C:

c=C, k-n l-n

Thay dq = 0 vào (1-37) và lưu ý rằng đi = C,aT, ta có:

Ủ2 C,aT + dc s) =0, (1-38) 1 ụ2 hay dT=- Ởd(Ở) C, 2

Tiếp tục, thay giá trị của đT' vừa thu được va của Ạ từ phương trình (1-38) vào biểu thức tắnh daa ta cd:

k-n Ủ2

dq,,; Qns = CdT = ỞỞỞ @- Dk G ) d( Ở ) ( 1-39 )

Mặt khác ta lại có: 2 o dq, = dh, = ậ.dằ r )

Trang 31

k-n

i ce)Ỗ k+é

hay ah hệ -

kỹ +1

ỘNếu phân tắch kỹ phương trình (1-40) ta thay, khi ậ > 0 giá trị của n > k; cdn khié > Ủ giá trị của n > 1 Dd thi biểu diễn mối liên hệ giữa hệ số tổng tổn thất ặ và hệ số đa biến n được biểu diễn trên hình 1-4 Đồ thị này được dùng để đánh giá đặc điểm của quá trình nhiệt động xảy ra trong đường ống dẫn khắ 1.4.4 Phương trình vận tốc (1-40) ỘRw PAA NS ] ựYy ề 10 1 12 13 , Hình 1-4 ĐỒ thị quan hệ ặ - n

Để xây dựng phương trình vận tốc của dòng khắ, ta quay trở lại phương trình chuyển động dưới dạng vi phân Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh, có thể sử dụng biểu thức (1-39)

cho đhẤ và viết lại phương trình (1-85), đưới dạng sau: Ủ2 dp k -n 1 Ủ2? : d (Ở +Ở + -Ở d(Ở) = 0 (1-41)

2 Pp n- 1l k 2

2

Ộ)

Bởi a ) = Ủđụ, nên phương trình trên có thể rút gọn:

Trang 32

hay:

n- (k- 1) đ

ỞỞỞỞu.dỦ + Ở= - 0 (1-42)

k(n - 1) p

Tắch phân phương trình (1-42) từ mặt cất có các thông số w,, Po; 0Ấ đến toàn bộ mặt cắt với các thông số Ủ, p, ụ, ta sẽ có:

@Ủ2- Ủ2 oo (n- 1k p dp +Ở Ặ Ở =0 (1-48) 2 (Ểk- Ủng, ụ pji Po

Thay các giá trị ụ = |Ở |" p, vap, = Ở vào trên, ta được:

Po R.T, dp p 2 /Ở =-RTTỞỞ [1- (Ở) 7] Po P n-1 Py TE: TT Dodd: wo =Va, Ẩ+/R.T,[1 - @) J e - tỈ số áp suất: Pp e=Ở Po -

Với Ủ,Ấ = 0 (trường hợp xả khắ từ khoang cớ thể tắch lớn), ta có:

/ 2 Ởể

o= R.T, (1 - 6) * (1-44)

(k - 1)

1.4.5 Phương trình lưu lượng

1

Sử dụng phương trình liên tục và thay giá trị ụ =e vio,

ỘỘo

ta sẽ thu được phương trình lưu lượng:

3k ZZ nit

Gaopf=fp, Veo RT, (e"-e ồ" ) (1-45)

Trang 33

Phương trình (1-45) cho phép xác định được lưu lượng của khắ có tắnh đến các tổn thất do ma sát gây ra Phận tắch nó cho thấy, khi n giảm (tiến đến I), lưu lượng khắ sẽ giảm đi bởi quá trình đẳng nhiệt đồng thời với việc tăng nhiệt độ của khắ do tổn thất ma sat bi tăng lên (bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường ngoài)

' Đối với quá trình đẳng nhiệt, khi giả định rằng không cớ tổn

thất do ma sát, còn nhiệt độ được giữ không đổi nhờ dẫn nhiệt từ

ngồi vào, các phương trình vận tốc và lưu lượng sẽ có dạng sau:

/ 2R.T, In Ở T (1-46) TT ặ.V2p, pyc? In Ở (1-4?) éẠ wo G Ị

Đối với một số thiết bị khắ nén làm việc với giá trị e xấp xỉ bằng

1, ta có thể coi p = const dé tắnh toán được đơn giản hơn Trong những trường hợp đó, phương trình lưu lượng sẽ có dạng:

: , Ap

G= wth oe (1-48)

P -.hệ số lưu lượng;

Áp - độ chênh áp suất

Trong thực tế, việc sử dụng số mũ đa biến "n" để tắnh tổn thất do ma sát rất bất tiện, bởi ngay việc xác định n đã rất khó khăn Vì vậy, khi tắnh lưu lượng theo công thức (1-45) thường coi n = k, còn tổn thất do ma sát được tắnh đến khi xác định hệ số lưu lượng u

Hệ số lưu lượng Ư là tắch số của hệ số vận tốc (có tắnh đến tổn hao do ma sát) và hệ số nén dòng tia khắ Khi xác định giá trị của hệ số Ư bằng thực nghiệm thường phải xét đến cả các yếu tố khác như sự trao đổi nhiệt, vận tốc trước cửa các kênh dẫn Phương trình lưu lượng lúc đó sẽ có đạng

Trang 34

2k whe Kt)

G=zfp,VỞỞỞỞỞ(e*-Ưk HED, &k- DRTỢ es)y (1-49) 1-49

Phân tắch phương trình (1-49) ta thấy, hàm số lưu lượng sẽ có

giá trị cực đại ứng với giá trị xác định của e mà ta gọi là giá trị tới hạn, ký hiệu là su Để xác-định giá trị eẤẤ, tại đó lưu lượng đạt Qực đại, ta lấy đạo hàm bậc nhất theo e của biểu thức đưới căn của

phương trình lưu lượng và cho bằng 0:

-2_- k+t *

deệ ec FX) 2 2k - yy EL ỞỞỞỞỞỞ- =~:cF(1-ỞỞỞe)=0

đe -k

hay: (1- wel enh D5 = 0" 2

Từ đó: cy = (2 yet k+1 (1-50)

Đối với không khắ: k = 1,41, khi đó Et, = 0,528

Lưu lượng khắ khi e = ặụ sẽ bằng: [9 2, ket

Guy = wfipy V ỞỞỞ-Ở_Ở (eg = eg 3 Ể- DRT, (1-51)

Đồ thị biến đổi của lưu

lượng khắ xây dựng theo

biểu thức (1-49) được 4, =

trình bày trên hình 1-5 ⁄

(đường nét đứt) ⁄ E<E, | E>Ey

Khi e = 0,G'= 0, tiếp / đó G sẽ tăng đền đến GỂ i

= Gy khie = e, Sau dé |

G lại giảm đần tới 0 (khi 0 By !ặ e.= 1) Trong thực tế, với,

34

Trang 35

áp suất nguồn không đổi pẤ (trong bình khắ), khi e giảm nhỏ hơn

ặụ, lưu lượng khắ sẽ ngừng thay đổi và đạt giá trị Gụụ Điều này có thể giải thắch như sau: '

Khi xả không khắ từ bình ra ngồi qua một lỗ ngắn với e thay

đổi từ 1 đến eẤ, áp suất tại miệng lỗ sẽ bằng áp suất môi trường bao quanh Còn khi giá trị e bắt đầu nhỏ hợn zẤ, áp suất sẽ không déi va bang py, = eạụ pạ không phụ thuộc vào sự suy giảm của áp : suất môi trường bao quanh Như vậy, công thức (1-49) được coi là phù hợp đối với tất cả các giá trị áp suất của môi trường bao quanh nếu như ta hiểu e là tỷ số giữa áp suất ở miệng loa ra và áp suất khắ trong bình (trong đường nguồn)

Tương ứng với những điều vừa nêu trên, ta phân biệt hai chế

' độ chảy của khắ:

1 Chế dộ chảy trước tới hạn: Lưu lượng khắ phụ thuộc vào áp suất của mơi trường mà khÍ xả vào và giá trị của nó được xác

định bằng biểu thức (1-49)

2 Chế độ chảy sau tới hến: Lưu lượng khắ không đổi và không

phụ thuộc vào áp suất của môi trường ngồi, giá trị của nó được xác định bằng biểu thức (1-õđ1)

Để cho các tắnh toán tiếp theo được thuận tiện ta viết lại biểu thức tắnh lưu lượng dưới dạng sau:

G=pfp, To) (1-52)

oO

ở đây B là hằng số và được tắnh như sau:

2k :

B= Bế = 0,156 (với k = 1,41; R ~ 288 J/kg.ỘK) ụ() - hàm số tỷ số áp suất:

2 ki

ple) = ve ke ẹ

Trang 36

Bin Gy, = ềfp, vr

với Bắn = B./(etp) ~ 0,04; @(etn) ~ 0,2588

Hiệ số lưu lượng # có giá trị luôn nhỏ hơn 1, có tắnh đến sự sai khác của quá trình chây thực so với quá trình đoạn nhiệt do có ma sát và nhiều yếu tố phát sinh nhiệt khác

(1-53)

Giá trị chắnh xác của Ư chỉ có thể xác định được bằng thực nghiệm mặc dù đã có rất nhiều biểu thức để tắnh toán, nhiều tác giả đưa ra các giá trị lý thuyết của nó, dựa trên cơ sở việc đơn giản hóa và tắnh gần đúng phương trình lưu lượng:

lte (1-54)

ee T4e4+4@- Inde, T

Khi e = 1, ta có: = ầ ỞỞỞỞ

1+ 9ặ

Trong phương trình (1-54), e là một đại lượng thay đổi trong quá trình nạp, xả nên Ư cũng sẽ là đại lượng biến đổi Trong các tắnh toán kỹ thuật, người ta thường lấy giá trị Ư không đổi tương ứng với giá trị trung bình của e = 0,ỗ + 1,0 Giá trị trung: bình của ; cũng có thể xác định theo các đồ thị thực nghiệm, phụ thuộc vào hệ số ặ (hình 1-6)

Giá trị của hệ số cân ặ cho các đường ống dẫn thẳng được xác định theo công thức sau:

1 ! 1-55

Ệ =c a,Ỗ (1-55)

Sức cản cục bộ va của các phần tử trong thiết bị khắ nén cũng có thể xác định được bằng cách sử dụng phương pháp chiều dài ống tương đương:

Ia = Ins + la

Trang 37

Đối với các phần tử, thiết bị khắ nén tiêu chuẩn (các van, bộ lọc, bộ ổn áp ) có thể xác định /ƯẤ, theo các tài liệu tra cứu về khắ nén -

Muốn xác định chắnh xác hơn giá trị của người ta phải sử dụng các phương pháp thực nghiệm Dé lam việc đó, cần phải

2 468102 466102 4 igf

Hình 1-6 Đồ thị quan hé gida hé 36 lưu lướng và hệ số cản

Trang 38

Trong các tài liệu tra cứu về thiết bị khắ nén, thường cho các giá trị hiệu áp suất danh định Apaa giữa đầu vào và đầu ra với lưu lượng danh định GẤƯ Dựa trên các số liệu cho có thể xác định được hệ số lưu lượng /

Hệ thống khắ nén có thể bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với

các hệ số lưu lượng /#;, Ư, ỘẤ, và tiết diện lỗ thông tương ứng f,, fy , f, Để xác định hệ số lưu lượng tổng, cần phải nhóm theo các mạch nối tiếp và song song Sau đó, sử dụng công thức tắnh tiết diện hữu ắch tương đương cho từng cập hoặc từng bộ ba một

Ta ký hiệu: fqy = fựu, lạ; = foe fan = fnỢ

f,Ấ - tiết điện hữu ắch tương đương

Người ta phân biệt hai trường hợp để tắnh f,; khi các phần tử khắ nén trong hệ thống được mắc nối tiếp hoặc song song với nhau

4 4, Ở ặ | fi ậ 8 2 % ậ Ộ Ý ậ f, _ ok Sl BM Pe Ke OM po Ay - fat

Hình 1-8 Sở đồ mắc nối tiếp Bas

Trang 39

Tiết diện hữu ắch tương đương của một cặp hai phần tử mắc nối

tiếp sẽ là:

fa Ộa2

frat2 = Ve? at

far + fraz t

Nếu có n phần tử mắc nối tiếp ta có:

(1-57)

frat-fiaa fan Ĩ

fain = (1-58)

2 \2

Vegi fas) + (far + fan)Ợ + -(a(m-1)-ứan}Ợ

Đối với các mạch mắc song song ta có:

- với mạch có 2 phần tử:

far = M165 faa = Hof fanz = far + faz = #afi + Hof, (1-59)

- với mạch có n phần tử:

far = afte flag = Mafes fan = Baby

đam = fan + la; + + fan = ỘgIẾ + Hof + + Myf, (I-60)

Sau đó, áp dụng công thức tắnh hệ số lưu lượng ở trên để xác định #,Ư của toàn bộ hệ thống khắ nén:

GVT

tha = 2 (1-61)

fta.Pg-B.e(e)

Trang 40

Chương ỳlI

Các hệ truyền động khi nén

2.1 GIÓI THIỆU CHUNG

2.1.1 Các khái niệm và định nghĩa cơ bản

He truyén động khắ nén là một hệ truyền động sử dụng khắ nén (không khắ được nén đưới một áp suất nhất định) làm vật trưng chuyển năng lượng Khắ nén được gọi là chất lỏng công tác, khái ' niệm về "chất lỏng công tác" ở đây tương tự như trong các hệ

thống thủy lực

Hiện nay, các hệ thống truyền động khắ nén được sử dụng khá phổ biến trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau để thực hiện các

nhiệm vụ công nghệ từ đơn giản, vắ đự như kẹp, giữ, nâng, hạ

đến rất phức tạp như kiểm tra, đo lưỡng

Khó có thể Hệt kê hết các lĩnh vực ứng dụng của truyền động

khắ nén và mặc dù có một số nhược điểm cổ truyền, như ở phần

đầu ta đã đề cập đến, các hệ truyền động - tự động khắ nén vẫn tiếp tục mở rộng lĩnh vực sử dụng của mình

Điểm cơ bản của các hệ truyền động khắ nén là thiết bị sử dụng

năng lượng khắ nén Tắnh chất vật lý của khắ nén được thể biện ở

đây dưới dạng áp suất khắ tác động lên bề mặt của các phần tử cơ

học động như pittông, con trượt, màng hoặc đưới dạng hiệu ứng khắ động học như trong các phần tử tự động tia khắ nén