Glavni odnosi potrebni za opisivanje rada pneumatskih uređaja su odnosi koji opisuju zakone kretanja zraka. Pretpostavlja se da je vazduh idealna tečnost, tj. fluid u kojem se čestice kreću jedna u odnosu na drugu bez trenja. Pretpostavimo da je kretanje stabilno, a svojstva tečnosti u datom preseku ostaju konstantna, tj. pritisak i temperatura se ne menjaju. Označiti sa c , str , g , ? , z , odnosno brzina fluida, pritisak, gravitaciono ubrzanje, gustina fluida i visina iznad referentne ravni. Bernulijeva jednadžba u diferencijalnom obliku, koja izražava zakon održanja energije, piše se kao:

Integracija ove jednačine daje izraz za zakon kretanja fluida:

Vrijednost H -- konstanta integracije, predstavlja ukupan pritisak koji razvija fluid koji se kreće. Jednaka je zbiru brzih, piezometrijskih i geometrijskih glava. S obzirom na nisku gustinu zraka, vrijednost z obično se zanemaruju. Zbog toga.

Za idealnu tekućinu, rezerva energije u svakom dijelu protoka ostaje nepromijenjena. Za stvarne fluide sa trenjem, rezerva energije se smanjuje od sekcije do sekcije u smjeru strujanja. Jednačina za realnu tekućinu između dva proizvoljna strujna presjeka ima oblik:

Obično hidraulički gubici H 12 uzimaju se proporcionalno promjeni kinetičke energije, tj.

gde je vrednost ? naziva se koeficijent hidrauličnih gubitaka; od -- prosječna brzina u dijelu protoka.

U slučaju istjecanja zraka iz rezervoara dovoljno velikih dimenzija (slika 2), brzina zraka ispred rupe se može zanemariti i tada se

Slika 2

Vrijednost se naziva faktor brzine.

U kanalima pneumatskih otpora brzina strujanja vazduha je relativno velika, pa se stoga, sa dovoljnim stepenom tačnosti, može pretpostaviti da nema razmene toplote između vazduha koji struji i zidova kanala, te se stoga odliv odvija prema prema adijabatskom zakonu. Stoga se može napisati:

gdje k je adijabatski indeks; ? , ? 1 - gustina vazduha u raznim delovima.

Maseni protok vazduha

gdje F --područje sekcije A-A; ? 2 --gustina vazduha u delu A-A.

U izrazu dobijenom za gustinu vazduha u poprečnom preseku rupe sa površinom F uzima se gustina u medijumu gde dolazi do oticanja.

Zapravo, gustina vazduha u ovoj sekciji je drugačija. Izjednačavanje gustine vazduha u mlazu sa gustinom vazduha okruženje javlja se u dijelu B-B, koji se nalazi na određenoj udaljenosti od rupe. Istovremeno, površina poprečnog presjeka B-B manje oblast rupe F . Omjer sabijenog presjeka i izračunatog naziva se omjer kompresije mlaza. Proizvod faktora kompresije i faktora brzine naziva se brzina protoka ? . Dakle, za pojašnjenje u formuli za određivanje protoka G m umjesto ? slijedi sliku 3

U praksi je potrebno izračunati protok zraka ne za rupu s tankim zidovima, već za razne vrste prigušni otpori sa složenijom konfiguracijom.U ovim slučajevima se brzina protoka određuje eksperimentalno, a radi se o faktoru korekcije koji uzima u obzir geometriju prigušnice.

Brzina protoka (slika 3) ima maksimalnu vrijednost pri

Adijabatski eksponent k za vazduh je 1,4, dakle, ? kr = 0,528.

Trenutak jednakosti ?=? kr odgovara u kanalu otpora prigušivanju brzini protoka zraka jednakoj brzini zvuka. Eksperimentalno je pokazano da ako se pritisak dodatno smanji R 2 , zatim potrošnju G m neće porasti, ali će ostati konstantan. Stoga, u slučaju subkritičnog toka ( ?? ? kr ), koristite formulu

iu slučaju superkritičnog strujanja ( ? < ? kr ) -- formula

Za izračunavanje protoka zraka često se koristi jednostavnija formula

gdje, R i - pritisak u šupljini do ulaza; R i -1 - pritisak u šupljini iza ulaza; G kr -- brzina protoka kritične mase, određena formulom

gdje je d prečnik ulaza.

Maksimalna greška u ovom određivanju protoka je 3,4%.

U konstruktivnim proračunima i montaži stambenih ventilacionih sistema potrebno je osigurati ugodan nivo buke za boravak ljudi. Povećana pozadinska buka negativno utječe na psihu i zdravlje. Istovremeno, efikasan rad ovog sistema mora odgovarati navedenim parametrima u pogledu zapremine i frekvencije cirkulacije vazduha i ne mora biti energetski zahtevan.

U većini slučajeva, traženi rezultat u smanjenju nivoa buke pri radu sa sistemima dovodne i izduvne ventilacije postiže se odgovarajućim odabirom parametara i karakteristika ključnih elemenata u fazi razvoja.

U proračunima kanala i spojnih elemenata kanala važno je graditi potrebnu količinu zraka koji će se voziti bez dodatne margine. Prekoračenje optimalne vrijednosti količine zraka za cirkulaciju će povećati brzinu strujanja u elementima zračnog kanala i rast aerodinamičkih gubitaka. Da bi se oni nadoknadili, bit će potrebno povećati površinu poprečnog presjeka kanala kanala, a to će dovesti do nepoželjnih troškova materijala i kompliciranja instalacije.

Konfiguracija i unutrašnje dimenzije kompleksa ventilacionih kanala određuju se na osnovu toga da je ukupni otpor svih delova i elemenata mreže jednak pritisku koji stvara ventilator.

Odnos između karakteristika ventilacionih sistema i nivoa buke

Empirijske formule za izračunavanje razine buke ventilacijske mreže uključuju protok zraka, poprečne dimenzije kanala, bezdimenzionalne vrijednosti koje karakteriziraju kvalitetu zvučne izolacije prostorije, kao i vrijednosti otpora za ravne i zakrivljene dijelove cijevi.

Smanjenje aerodinamičkih gubitaka zračnog kanala, proširenje područja protoka i ugradnja ventilatora s manjim protokom zraka uštedjet će energiju. Energija koju ventilator troši direktno zavisi od količine protoka vazduha i pritiska. To je, pak, direktno proporcionalno brzini zraka u kanalu.

Povećanjem brzine zraka možete smanjiti promjer kanala i uštedjeti na kupovini komponenti i instalaciji. Povećanje brzine postiže se ugradnjom visokotlačnih ventilatora. Imajući iste performanse kao niskotlačne, trošiće više električne energije i njihov rad će biti skuplji.

Sljedeći dozvoljeni parametri ventilacionog sistema posebno utiču na nivo buke:

1. Potrošnja vazduha. Pravilnom konfiguracijom i dimenzioniranjem sistema kanala, nivoi buke se mogu smanjiti smanjenjem protoka.
2. Površina presjeka kanala. Njegovo povećanje daje slabiju buku na izlazu iz ventilacionih otvora.
3. Koeficijent aerodinamičkog otpora. Određeno je savršenstvom oblika prijelaznih dijelova cjevovoda. Upotreba aerodinamičnih i glatkih slavina, difuzora i prigušnica može pomoći u postizanju niske radne buke.
4. Svi gore navedeni faktori mogu se uzeti u obzir u zavisnosti od konkretne situacije i zadataka koje postavlja projektant. Pažljivim i kritičkim pristupom odabiru svih parametara, moći će se pronaći uravnoteženo rješenje za dizajn buduće ventilacije.

Povratak na indeks

Shema rasporeda i plan za polaganje ventilacionih kanala ventilacionog sistema

Prilikom uređenja i postavljanja dovodno-ispušnog kompleksa moraju se poštovati sljedeći uslovi:

1. Kako se udaljavate od ventilacijske komore ili ventilatora, jačina zvučnih vibracija u zračnim kanalima se gasi. Stoga ga je svrsishodnije smjestiti dalje od najtiših prostorija.
2. Poželjno je da mjenjače za gas treba postaviti što je dalje moguće od predmetne prostorije. Nakon njega ne škodi stavljanje krajnjih prigušivača ili fleksibilnih umetaka od zvučno izoliranih materijala.
3. Za ventilacione kanale radni protok vazduha je prihvaćen u dozvoljenim granicama u zavisnosti od klase, kubičnog kapaciteta prostorije i zahteva za bezbednu pozadinu buke.
4. U svim dijelovima ventilacijske mreže, broj hidrauličnih gubitaka je minimiziran, jer je buka koju proizvodi impeler ventilatora veća što je veći otpor na putu zračnih masa.
5. Prigušivači su neophodni za sisteme visokih performansi. Predviđena mjesta za prigušivače zvuka moraju se uzeti u obzir u fazi projektiranja.
6. Preporučuje se paralelno podešavanje parametara aerodinamike, tišine i podešavanje rada ventilacionog sistema kako bi se postigla prihvatljiva jačina buke uz održavanje potrebnih brzina protoka medija.

Povratak na indeks

Karakteristike odabira ventilatora

Prilikom odabira ventilatora morate se voditi sljedećim zahtjevima:

1. Uređaj mora imati minimalni specifični nivo zvučne snage i uzak spektar zvučnih talasa koji odgovara radnim uslovima.
2. Snaga ventilatora se bira u skladu sa ukupnim gubicima tokom kretanja vazduha kroz mrežne kanale.
3. Nije preporučljivo koristiti impeler sa manje od 12 lopatica Takve konfiguracije često stvaraju dodatne tonove aerodinamičke buke kada zrak prolazi kroz impeler. Pojačanje buke određuje se posebnim ventilatorskim uređajem, odstupanjem zračnih masa pri ulasku u impeler i daljnjom interakcijom strujanja sa unutrašnjom površinom zračnih kanala.
4. U mrežama gdje je protok reguliran, posebno se uzima u obzir utjecaj promjena aerodinamičkih karakteristika na zapreminu ventilatora. Smanjenje brzine protoka promjenom ugla lopatica može značajno povećati generiranu buku.
5. Osim toga, volumen rada jedinice može se dodatno podesiti snižavanjem broja okretaja radnog kola u regulacionom opsegu pri konstantnoj snazi.
6. Bolje je spojiti spojeve ventilatora i spojene dijelove kanala kroz fleksibilne umetke koji prigušuju vibracije koje tijelo jedinice prenosi na druge dijelove.

Povratak na indeks

U projektovanju tihih ventilacionih sistema, pored odabira uređaja sa zadovoljavajućim karakteristikama buke, potrebno je odabrati i povoljna mesta za njihovu ugradnju.

U zgradi koja se razvija, ventilatori se nalaze u posebno određenim zvučno izoliranim prostorijama - u ventilacijskim komorama. Kamere se postavljaju odvojeno od prostorija sa povećanim zahtjevima za tišinom i ugodnim nivoom buke. Opremljeni su daleko od liftovskih okna, stepeništa, vrata i prozorskih otvora.

Ventilatori postavljeni na otvorenim nivoima montiraju se dalje od reflektujućih površina, od uglova, do mesta gde je zagarantovan neznatan prodor buke u stambene i radne prostorije, kao i na objekte koji okružuju objekat izvana.

Izvodi vazdušnih kanala u otvoreni prostor treba da budu usmereni tako da buka ne bude usmerena prema stambenim zgradama i rekreacionim zonama. Ispravan smjer zvuka iz rada ventilacije efikasno pomaže u smanjenju smetnji buke ventilacijskih kompleksa objekata.

Pravilnim pozicioniranjem i usmjeravanjem otvora za ventilaciju postići ćete smanjenje buke u dozvoljenim granicama bez dodatnih troškova.

ESSAY

Igraju pneumatski uređaji važnu ulogu u mehanizaciji proizvodnje. U posljednje vrijeme se također široko koriste u rješavanju problema automatizacije.

Pneumatski uređaji u sistemima automatizacije obavljaju sljedeće funkcije:

Dobijanje informacija o stanju sistema pomoću ulaznih elemenata (senzora);

Obrada informacija uz pomoć logičko-računarskih elemenata (procesora);

Upravljanje izvršnim uređajima uz pomoć razvodnih elemenata (pojačala);

Obavljanje korisnih poslova uz pomoć aktuatora (motora).

KOMPRESOR, PNEUMATSKI CILINDAR, DISTRIBUTOR, SILA, BRZINA, PRITISAK, PROTOK, NOMOGRAM.

UVOD

Trenutno se sve češće za automatizaciju proizvodnih procesa i pojedinačnih operacija koristi nova grana tehnologije - mehatronika, koja uključuje kombinaciju mehaničkih, hidrauličnih, pneumatskih, elektronskih elemenata. U posljednje vrijeme pneumatska automatizacija je postala široko rasprostranjena zbog niza značajnih prednosti pneumatskih sistema: jednostavnog upravljanja aktuatorima, relativno velike brzine kretanja rada itd. tehnologije, uključujući robotske i automatizovane komplekse mašinogradnje, svemirske, vazduhoplovne, hemijske, prehrambene, nuklearne i drugih industrija. Kombinujući dobro poznate prednosti električne komunikacije i upravljanja sa brzinom i relativnom lakoćom snažnih hidrauličnih i pneumatskih pogona, ovi sistemi zamenjuju čisto mehaničke i električne sisteme upravljanja i nadzora.

Tehnološki napredak u oblasti stvaranja materijala, metoda projektovanja i proizvodnje doprinosi poboljšanju kvaliteta i povećanju raznovrsnosti pneumatskih uređaja, što je poslužilo kao osnova za proširenje njihovog opsega kao alata za automatizaciju.

Za provedbu pravolinijskog kretanja često se koriste pneumatski cilindri, jer. odlikuju ih niska cijena, lakoća ugradnje, jednostavnost i snaga dizajna, kao i širok raspon osnovnih parametara.

PNEUMATSKI AKTUATORI

Pneumatski aktuatori su dizajnirani da pretvaraju energiju komprimiranog zraka u mehaničko linearno kretanje ili rotaciju. Koriste se za pokretanje radnih tijela mašina, za obavljanje raznih osnovnih i pomoćnih operacija. Linearno pomeranje obezbeđuju pneumatski cilindri, rotaciono - aktuatori koji imaju lopaticu ili zupčanik sa letvicom kao radno telo,

U pneumatskim cilindrima jednostrukog djelovanja tlak komprimiranog zraka djeluje na klip samo u jednom smjeru, u suprotnom smjeru klip sa šipkom se kreće pod djelovanjem opruge ili spoljne sile. Pneumatski cilindri s povratom opruge služe za izvođenje malih pokreta i sa malim razvijenim silama, budući da ugrađena opruga, sabijajući, značajno smanjuje silu koju razvija klip.

U pneumatskim cilindrima dvostrukog djelovanja, kretanje klipa sa šipkom pod djelovanjem komprimiranog zraka događa se u smjeru naprijed i nazad.

Rotacioni zračni motori mogu biti klipni i krilni,

Pored navedenih tipova, u industriji se koriste i pneumatski uređaji posebne namjene. To uključuje cilindre bez šipke, cilindre za pozicioniranje, pneumokolice, cilindre sa šupljim vretenom, sa kočnicom i pneumatske hvataljke.

U procesu ugradnje, podešavanja i rada pneumatskih aktuatora potrebno je predvidjeti niz projektnih mjera sigurnosti.

Preporučuju se sigurnosni štitnici kako bi se smanjio rizik od ozljeda osoblja.

Pri velikim brzinama kretanja radnog elementa uređaja ili u slučaju velikih inercijskih opterećenja, vlastiti amortizer zračnog motora možda neće biti dovoljan da ublaži udar. Kako bi se smanjila brzina radnog tijela prije uključivanja vlastitog amortizera, preporučuje se korištenje kola usporavanja ili ugradnja vanjskih amortizera koji slabe udar. IN poslednji slučaj konstrukcija mora biti dovoljno čvrsta.

Kako bi se izbjegle ozljede osoblja, oštećenje opreme i proizvodnih objekata, potrebno je predvidjeti projektne mjere za osiguranje sigurnosti u slučaju pada tlaka. Takve mjere su posebno potrebne u sistemima sa visećim teretima i u mehanizmima za podizanje i transport.

Ako se pneumatskim pogonom upravlja tropoložajnim pneumatskim razdjelnicima, kod kojih su u neutralnom položaju svi izlazi povezani sa izduvnim gasom, ili nastavi s radom nakon što se smanji pritisak u pneumatskom sistemu, dolazi do oštrog trzanja radnog tijela od mjesto i tada je moguće njegovo kretanje pretjerano velikom brzinom. To je zbog činjenice da je u jednoj šupljini cilindra podnesena visokog pritiska, dok u drugoj šupljini nema pritiska, a nema ni suprotnosti kretanju klipa, što se obično dešava kada se vazduh potiskuje iz šupljine pneumatskog cilindra. U tim slučajevima potrebno je predvidjeti mjere protiv naglih trzaja - na primjer, korištenjem uređaja za nesmetano dovod zraka.

Sve vrste opterećenja na klipnjaču moraju se primjenjivati ​​samo u aksijalnom smjeru. Neizbježna bočna opterećenja primijenjena na kraj šipke ne smiju prelaziti vrijednosti dopuštene za svaki tip pneumatskog cilindra. Nije preporučljivo koristiti pneumatski cilindar kao amortizer.

Ako pneumatski cilindar ima zračnu klapnu, može raditi samo ako šipka dostigne krajnji položaj. Stoga, ako je dužina hoda klipa određena nekim vanjskim graničnicima, potrebno je osigurati da se prigušenje zaista događa.

Ako cilindar za vazduh treba da radi sa potpuno otvorenim ventilom vazdušne zaklopke, mora se izabrati tip gumenog cilindra. Ne preporučuje se rukovanje aktuatorom sa potpuno uvrnutim vijkom za podešavanje klapne jer to može oštetiti brtvu cilindra.

Prije zatezanja navojne veze na kraju vretena, ona se mora dovesti u potpuno udubljeni položaj. Prilikom zatezanja, drška ne bi trebalo da se okreće.

Prilikom servisiranja opreme potrebno je prije svega osigurati da usljed nestanka struje transportirani predmeti ili jedinice opreme koji se nalaze u podignutom ili nestabilnom položaju ne padnu. Tek tada se električna i pneumatska struja može isključiti, pazeći da je pritisak u sistemu potpuno rasterećen.

1. Svojstva zraka

Radni fluid za aktuatore elektropneumatske automatike je komprimovani vazduh, koji je mešavina azota i kiseonika (volumenski oko 78% i 21%, respektivno) i drugih gasova sadržanih u malim količinama (argon, ugljen-dioksid itd.), kao i vodena para.

Glavni i najčešći parametri komprimovanog vazduha su temperatura, pritisak i specifična zapremina (ili gustina).

Pritisak je sila koja djeluje duž normale na površinu tijela i odnosi se na jediničnu površinu ove površine.

Zemljina atmosfera na svojoj površini razvija pritisak od jedne fizičke atmosfere. Pritisak izmjeren iznad atmosferskog naziva se manometar ili manometar i naznačen je u tehničkim specifikacijama pneumatskih uređaja.

Ukupni pritisak jednak je zbroju manometarskog i atmosferskog pritiska:

Ukupni pritisak gasa je proporcionalan njegovoj apsolutnoj temperaturi T i koncentracija molekulan , koji se može definirati kao omjer;

gdje N - broj molekula u posudi; V je zapremina posude.

Pritisak R gas je jednak:

.

Faktor proporcionalnosti je Boltzmannova konstanta, jednaka:

.

Najpoznatiji volumen V kontejnera i mase m vazduha koji se u njemu nalazi. Pod pretpostavkom da je vazduh idealan gas (nema međumolekularne interakcije), pritisak R unutar posude može se odrediti Clapeyron formulom:

,

gdje R - univerzalna plinska konstanta (za zrakR \u003d 287 J / kg K), što je jednako vanjskom radu koji pri konstantnom pritisku obavlja jedan kilogram zraka kada se zagrije za 1 stepen; T -temperatura u stepenima Kelvina (apsolutna temperatura).

Nulta temperatura Celzijusa u fizici

.

Ako je koncentracija plina u posudi nula, tada je i ukupni tlak u takvoj posudi jednak nuli. Možemo pretpostaviti da na površini Zemlje posuda ima neku potencijalnu energiju, budući da je sav zrak koji ga okružuje pod atmosferskim pritiskom i, ušavši u posudu, može obavljati rad.

Ovako rade mnogi vakuumski uređaji, na primjer, vakumski pogoni, vakuumske usisne čašice itd. Za ove uređaje se kaže da rade pod vakuumom.

Posuda će također imati potencijalnu energiju ako je tlak plina u njoj veći od atmosferskog tlaka (tj.str I >0). Ovde i gas može da radi, ali već kada napusti posudu u atmosferu, tj. aktivirati pumpne uređaje.

Budući da većina industrijskih elektropneumoautomatskih uređaja radi na ubrizgavanje, a tlak u cjevovodu je mnogo veći od atmosferskog, pogodno je koristiti višak tlaka pri proračunu sila. U termodinamičkim proračunima koristi se puni pritisak.

SI jedinica za pritisak je paskal (Pa). Pascal je jednak pritisku uzrokovanom silom od 1N (Newton), ravnomjerno raspoređenom po površini koja je normalna na nju s površinom od ​​1 m 2 (I Pa = 1 N / m 2).

Odnosi između jedinica za pritisak su prikazani u tabeli 2.

Tabela 2 Odnos između jedinica za pritisak

Jedinice	kgf / cm 2	Bar	Pa	p si	mmHg.
1 kgf / cm 2		0,98	9,81 10 -4	14,22	735,6
1 bar	1,02		10 5	14,5	750,3
1 Pa	1.02 10 -5	10 -5		1,45 10 -4	7,5 10 -3
1 r si (lbf/kvadratni inč)	0,07	0.07	6,9 10 -3		51,71
1 mmHg	1,36 10 -4	133,3 10 -3	133,3	19,34 10 -3
1 mm w.c.	10 -4	9,81 10 -5	9,81	1,42 10 -3	7,36 10 -2

2. Osnovni termodinamički zakoni

U mnogim slučajevima, jednačine stanja idealnih gasova u pneumatskoj automatizaciji mogu se koristiti sa dovoljnom tačnošću za stvarne gasove.

Boylea 1662. u Engleskoj, a zatim nezavisno od njega od strane Mariottea 1676. u Francuskoj, ustanovljeno je da ako plin zauzima neku početnu zapreminuV 0 i imao pritisak p o ,onda nakon kompresije do volumenaV 1 njegov pritisak str 1 , pod uslovom da se temperatura gasa ne menja (izotermni proces), porasti na vrednost pri kojoj će proizvod početne zapremine i pritiska biti jednak proizvodu konačne zapremine i pritiska (slika 1, a);

.

Francuski naučnik J. Charles je 1787. godine otkrio da ako plin zauzima konstantan volumen (izohorni proces), tada će se s povećanjem ili smanjenjem početne temperature plina unutar konstantne zapremine, početni tlak, odnosno povećati ili smanjiti u proporcionalno promjeni temperature (slika 1,b):

,

gdje

.

Pri konstantnom pritisku (izobarični proces), zagrijavanje ili hlađenje početne zapremine gasa dovodi do povećanja ili smanjenja zapremine proporcionalno promeni temperature u stepenima Kelvina:

.

To je ustanovio J. Gay-Lussac 1802. godine.

U adijabatskom procesu nema razmjene toplote između sistema i okoline. Približno, proces u netermički izolovanom sistemu može se smatrati adijabatskim ako se izvodi tako brzo da razmena toplote između sistema i okoline praktično nema vremena da dođe. Adijabatski proces je opisan jednadžbom

gdje k - adijabatski indeks jednak omjeru toplinskog kapaciteta plina pri konstantnom pritisku R na toplotni kapacitet gasa pri konstantnoj zapremini V .

Izotermni, izobarični, izohorni i adijabatski procesi su posebni slučajevi politropskog procesa (od grčkog mnogostrukosti). Ovaj proces je opisan jednadžbom

gdje n - politropni indeks: atn = k - politropni proces; atn =0 -

izobarni proces; atn =1-izotermna; atn =±?-izohorni.

3. Protok komprimovanog vazduha kroz otvor

1

Glavni odnosi potrebni za opisivanje rada pneumatskih uređaja su odnosi koji opisuju zakone kretanja zraka. Pretpostavlja se da je vazduh idealna tečnost, tj. fluid u kojem se čestice kreću jedna u odnosu na drugu bez trenja. Pretpostavimo da je kretanje stabilno, a svojstva tečnosti u datom preseku ostaju konstantna, tj. pritisak i temperatura se ne menjaju. Označiti sac , str , g , ? , z , odnosno brzina fluida, pritisak, gravitaciono ubrzanje, gustina fluida i visina iznad referentne ravni. Bernulijeva jednadžba u diferencijalnom obliku, koja izražava zakon održanja energije, piše se kao:

.

Integracija ove jednačine daje izraz za zakon kretanja fluida:

.

Vrijednost H je konstanta integracije, je total

pritisak koji razvija fluid koji se kreće. Jednaka je zbiru brzih, piezometrijskih i geometrijskih glava. S obzirom na nisku gustinu zraka, vrijednostz obično se zanemaruju. Zbog toga.

.

Za idealnu tekućinu, rezerva energije u svakom dijelu protoka ostaje nepromijenjena. Za stvarne fluide sa trenjem, rezerva energije se smanjuje od sekcije do sekcije u smjeru strujanja. Jednačina za realnu tekućinu između dva proizvoljna strujna presjeka ima oblik:

.

Obično hidraulički gubici H 12 uzimaju se proporcionalno promjeni kinetičke energije, tj.

,

gde je vrednost ? naziva se koeficijent hidrauličnih gubitaka; od - prosječna brzina u protočnom dijelu.

U slučaju istjecanja zraka iz rezervoara dovoljno velikih dimenzija (slika 2), brzina zraka ispred rupe se može zanemariti i tada se

.

Slika 2

Vrijednost se naziva faktor brzine.

U kanalima pneumatskih otpora brzina strujanja vazduha je relativno velika, pa se stoga, sa dovoljnim stepenom tačnosti, može pretpostaviti da nema razmene toplote između vazduha koji struji i zidova kanala, te se stoga odliv odvija prema prema adijabatskom zakonu. Stoga se može napisati:F - površina poprečnog presjeka A-A; ? 2 - gustina vazduha u delu A-A.

.

U izrazu dobijenom za gustinu vazduha u poprečnom preseku rupe sa površinomF uzima se gustina u medijumu gde dolazi do oticanja.

Zapravo, gustina vazduha u ovoj sekciji je drugačija. Usklađivanje gustine vazduha u mlazu sa gustinom ambijentalnog vazduha se dešava u sekciji B-B, koja se nalazi na određenoj udaljenosti od rupe. U ovom slučaju, površina poprečnog presjeka B-B je manja od površine rupeF . Omjer sabijenog presjeka i izračunatog naziva se omjer kompresije mlaza. Proizvod omjera kompresije i koeficijenta brzine naziva se koeficijenttrošak ? . Dakle, za pojašnjenje u formuli za određivanje protokaGm umjesto ? slijedi sliku 3

enter ? .

U praksi je potrebno izračunati protok vazduha ne za rupu sa tankim zidovima, već za različite tipove otpora prigušivanja sa složenijom konfiguracijom.U tim slučajevima koeficijent protoka se određuje eksperimentalno, a on je korekcijski faktor koji uzima u obzir geometriju leptira za gas.

Brzina protoka (slika 3) ima maksimalnu vrijednost pri

.

Adijabatski eksponentk za vazduh je 1,4, dakle, ? kr = 0,528.

Trenutak jednakosti ?=? kr odgovara u kanalu otpora prigušivanju brzini protoka zraka jednakoj brzini zvuka. Eksperimentalno je pokazano da ako se pritisak dodatno smanji p 2 , zatim potrošnjuGm -pritisak u šupljini do dovodnog otvora; R i -1 -pritisak u šupljini iza ulaza;G kr - kritična vrijednost protoka mase, određena formulom

,

gdje d - ulazni prečnik.

Maksimalna greška u ovom određivanju protoka je 3,4%.

Bibliografija

1. Elektroneumatika u proizvodnim procesima: Tutorial; uredio E.V. Pashkov. – 2. izdanje, prerađeno i prošireno. - Sevastopolj: Izdavačka kuća SevNTU, 2003. -496s., ilustr.

2. Proračun pneumatskih aktuatora: referentni vodič. E.V. Hertz, G.V. Kreinin. - Moskva: "Inženjering", 1975. -274 str.

Šum od nehomogenosti toka (Hz) je diskretan, a spektar obično ima nekoliko komponenti (harmonika):

f=m(nz/60), (16)

gdje je m broj komponente (m = 1, 2, 3, ...); n je brzina rotacije, o/min; z je broj lopatica kotača.

Borba protiv buke zbog heterogenosti strujanja vodi se u pravcu poboljšanja aerodinamičkih karakteristika mašina.

U spektru buke turbomašina, na primjer, ventilatora, može se razlikovati nekoliko područja (slika 44, a):

Rice. 44. Spektri buke izvora aerodinamičkog porijekla:

fen; b - motor motocikla; c - gasnoturbinska elektrana; 1, 2 - izduvna i usisna buka; 3 - strukturna buka; 4 - buka pri pokretanju motora

1) frekvencijski opseg mehaničke buke (I), višekratnik obrtaja u minuti;

2) oblast buke od nehomogenosti strujanja (II sa f1, f2, f itd.);

3) oblast vrtložne buke (III).

Nivo zvučne snage buke ventilatora (dB) zavisi od ukupnog pritiska H (kgf/m2) i performansi ventilatora Q (m3/s), kao i od kriterijuma buke m koji karakteriše nivo buke ovog tipa ventilatora (t = 35-7-50 dB):

LP = τ + 25lgH+10lgQ.

Kod motora sa unutrašnjim sagorevanjem glavni izvori buke su buka izduvnog i usisnog sistema, kao i buka koju emituje kućište motora.

Izduvni gasovi motora stvaraju najviše buke, čiji intenzitet i spektar zavise od broja emisija u sekundi, trajanja izduvnih gasova, od dizajna izduvnog sistema i od snage motora. Usisna buka i buka koja se prenosi strukturom su nižeg intenziteta od buke izduvnih gasova (slika 44, b).

Spektri buke motora sadrže značajan broj diskretnih komponenti, višekratnik frekvencije f, jednak broju izduvnih gasova u sekundi. Na primjer, za dvotaktni motor fi = in \ 60, za četverotaktni motor fi \u003d in (2 * 60) (i je broj cilindara; n je brzina rotacije radilice, o/min) .

Kompresore, duvaljke, pneumatski motori i druge slične mašine karakteriše intenzivna aerodinamička buka.

Izvori buke kompresorskih jedinica su usisni i odvodni (za ispuštanje vazduha) vazdušni kanali, kućišta kompresora i zidovi vazdušnih kanala koji prolaze kroz prostorije.

U zavisnosti od dizajna kompresora, spektar njegove buke ima različit karakter. Dakle, buka klipnih kompresora je niskofrekventne prirode, zbog broja kompresija u sekundi. Buka turbo punjača je, naprotiv, visokofrekventna, što je povezano sa prirodom generisane buke (vorteks buka i buka od heterogenosti toka).

Trenutno se široko koriste gasne turbinske elektrane (GTU). Po svojoj prirodi buka u gasnim turbinama se deli na buku aerodinamičkog (gasnodinamičkog) i mehaničkog porekla, a najveća vrijednost imaju aerodinamičku buku koju emituje GTU usisni trakt. Glavni izvor ove buke je kompresor, tokom kojeg ukupni nivoi buke dostižu 135-145 dB. U spektru usisne buke (slika 44, c) dominiraju visokofrekventne diskretne komponente. Osnovna frekvencija prvog od njih određena je formulom (16).

Aerodinamička buka u izvoru gasne turbine može se smanjiti: povećanjem razmaka između nizova lopatica; izbor optimalnog omjera broja vodilica i lopatica rotora; poboljšanje protočnog dijela kompresora i turbina itd.

Buka mehaničkog porijekla (vibracije sistema rotora, ležajeva, zupčanika itd.), koja preovlađuje u strojarnici, može se smanjiti provođenjem gore navedenih mjera za mehaničku buku.

Prilikom rotacionog kretanja tijela, kao što su propeleri aviona, javlja se tzv. rotacijski šum. Nastaje zbog činjenice da tijelo periodično stvara pulsacije pritiska u svakoj tački medija, koje se doživljavaju kao buka.

Glavna frekvencija buke rotacije propelera sa z lopaticama, nppi brzine rotacije n (rpm), određena je formulom (16). Frekvencije preostalih harmonika su višekratnici ove osnovne frekvencije, tj. f2 = 22; f3 = 3f1 itd.

Zvučna snaga rotacione buke takođe zavisi od obodne brzine.

U raznim turbomašinama (ventilatori, kompresori, itd.), rotacijski šum je mnogo nižeg intenziteta od vrtložne buke i buke od nehomogenosti, pa se stoga može zanemariti.

Jedan od najmoćnijih izvora buke je slobodni mlaz (vidi sliku 43, c). Buka mlaza nastaje kao rezultat turbulentnog miješanja čestica zraka ili plina velike brzine istjecanja s česticama okolnog zraka čija je brzina manja. Ove buke su dominantne tokom rada mlaznih motora, kada se komprimovani vazduh ili para ispuštaju u atmosferu.

Snaga zvuka mlaza (W) zavisi uglavnom od izlazne brzine vc, ali i od prečnika otvora (mlaznice) Dc i gustine vazduha ili gasova p:

gdje je k koeficijent sličnosti.

Smanjenje buke mlaza na izvoru je veoma teško. Smanjenjem gradijenta brzine u mlazu, što se radi, posebno, kod bajpasnih motora aviona, postiže se smanjenje buke od 5 dB.

Ugradnja različitih mlaznica na izlaz mlaznice, čije se djelovanje temelji na transformaciji spektra buke (prijenos spektra u visokofrekventno područje, pa čak i na ultrazvuk), smanjuje buku za 8-12 dB. Treba napomenuti da takve mlaznice mogu smanjiti performanse mlaza zbog visokog otpora.

U tokovima koji se kreću nadzvučnom brzinom, aerodinamička buka nastaje zbog pojave udarnih valova (udarnih valova). Kada se tijelo kreće nadzvučnom brzinom, na primjer, tokom leta nadzvučne letjelice javlja se fenomen zvučnog buma ili pucanja. Kada plin struji u atmosferu nadzvučnom brzinom, javljaju se udarne oscilacije sa pojavom oštrog diskretnog šuma.

U većini slučajeva mjere za ublažavanje aerodinamičke buke na izvoru se pokažu nedovoljnim, pa se dodatno, a često i glavno smanjenje buke postiže zvučnom izolacijom izvora i ugradnjom prigušivača.

Kod pumpi izvor buke je kavitacija tekućine koja se javlja blizu površine lopatica pri velikim perifernim brzinama i nedovoljnom usisnom pritisku.

Mjere za suzbijanje kavitacione buke su poboljšanje hidrodinamičkih karakteristika pumpi i izbor optimalnih načina njihovog rada.

elektromagnetni šum. U električnim mašinama i opremi se javljaju šumovi elektromagnetnog porekla. Razlog za ove buke je uglavnom interakcija feromagnetnih masa pod uticajem magnetnih polja koja variraju u vremenu i prostoru, kao i ponderomotorne sile uzrokovane interakcijom magnetnih polja stvorenih strujama.

Smanjenje elektromagnetne buke provodi se promjenama u dizajnu električnih strojeva, na primjer, izradom zakošenih žljebova na armaturi rotora. Kod transformatora je potrebno primijeniti gušće presovanje paketa, koristiti prigušne materijale.

U toku rada električnih mašina javlja se i aerodinamička buka (kao rezultat rotacije rotora u gasovitom mediju i kretanja vazdušnih tokova unutar mašine) i mehanička buka usled vibracija mašine usled neravnoteže rotora, kao i od kontakta ležajeva i četkica. Dobro preklapanje četkica može smanjiti buku za 8-10 dB.

Promjena smjera emisije buke. U velikom broju slučajeva vrijednost indeksa usmjerenosti (RI) dostiže 10-15 dB, što se mora uzeti u obzir pri projektovanju instalacija sa usmjerenim zračenjem, shodno tome usmjeravajući ove instalacije u odnosu na radna mjesta. Na primjer, odvod komprimiranog zraka, otvor usisnog šahta ventilacijske ili kompresorske instalacije treba postaviti tako da je maksimalna emitirana buka usmjerena u suprotnom smjeru od radnog mjesta ili od stambene zgrade.

Racionalno planiranje preduzeća i radionica, akustična obrada prostorija. Kao što se vidi iz izraza (12), buka na radnom mestu se može smanjiti povećanjem površine S, što se može postići povećanjem udaljenosti od izvora buke do izračunate tačke.

Istjecanje tekućine kroz rupu može se dogoditi pri konstantnom i promjenljivom pritisku. Ako se otjecanje tekućine kroz otvor dogodi u atmosferi ili drugom plinovitom mediju, tada se takva rupa naziva nepoplavljeno. Ako odliv ide ispod nivoa, a ne u atmosferu - poplavljena.

Kada mlaz teče u atmosferu iz male rupe u tankom zidu, oblik mlaza se mijenja duž njegove dužine, tzv. mlazna inverzija . Ova pojava je uglavnom uzrokovana djelovanjem sila površinskog napona na izlivene krivolinijske struje i različitim uvjetima kompresije duž perimetra rupe. Inverzija je najizraženija kada teče iz nekružnih rupa.

Crtež - Inverzija mlaza

Razmotrimo otjecanje tekućine kroz rupu u tankom zidu pri konstantnom pritisku. Rupa u tankom zidu je rupa čiji je prečnik najmanje 3 puta veći od debljine zida, tj. d o > 3δ.

Kada tečnost iscuri kroz rupu u tankom zidu na određenoj udaljenosti od zida ( l = d o), mlaz je komprimovan. Slobodna površina mlaza bit će manja od površine rupe. To je zbog činjenice da čestice tekućine na ulazu u rupu imaju brzine u različitim smjerovima.

Mlaz se odvaja od zida na rubu rupe, a zatim se pomalo skuplja. Mlaz poprima cilindrični oblik na udaljenosti jednakoj otprilike jednom promjeru rupe. Kompresija mlaza nastaje zbog potrebe za glatkim prijelazom iz različitih smjerova kretanja tekućine u rezervoaru, uključujući od radijalnog kretanja duž zida, do aksijalnog kretanja mlaza.

ali- u atmosferi; b- ispod nivoa tečnosti

Slika - Protok tečnosti kroz rupu u tankom zidu

Kompresiju mlaza karakterizira kompresijski omjer - omjer površine poprečnog presjeka mlaza u tački najveće kompresije i poprečnog presjeka rupe.

gdje S czh - površina slobodnog dijela mlaza; S- oblast rupe.

Omjer kompresije e određen je empirijski i za okrugle rupe je 0,64.

Zadatak proračuna oticanja tečnosti je određivanje brzine i protoka tokom izlivanja. Brzinu ispuha ćemo odrediti Bernoullijevom jednačinom. U tu svrhu pišemo Bernoullijevu jednačinu za realni fluid za dva živa preseka 1-1 I 2-2 , crtanje ravni poređenja kroz osu rupe:

U sekciji 1-1 geometrijska glava z 1 = H, au dijelu 2-2 z 2 = 0. Posuda je otvorena, izlivanje kroz rupu se javlja u prostor sa atmosferskim pritiskom, pa je p 1 = str 2 = str ali. brzina u poprečnom presjeku posude u odnosu na brzinu u rupi može se zanemariti, tj. uzeti w 1 = 0. brzina u odjeljku 2-2 w 2 = w s.

Odgovarajućim zamjenama i redukcijama dobijamo:

U smislu gubitka glave h n se zovu lokalni otpor a određuju se formulom:

gdje je ζ (zeta) koeficijent lokalnog otpora (za ulaz u cijev bez zaobljenih rubova ζ = 0,5, a sa zaobljenim rubovima ζ = 0,1).

Na ovaj način:

od čega konačno dobijamo:

Vrijednost se naziva koeficijent brzine i označava se sa φ. Koeficijent φ je omjer stvarne brzine istjecanja prema teorijskoj, utvrđen empirijski.

Dakle, brzina istjecanja stvarnog fluida je:

Poznavajući brzinu protoka tečnosti, moguće je odrediti brzinu protoka tečnosti kroz rupu:

Zamjenom vrijednosti za brzinu i omjer kompresije, dobijamo:

gdje je e omjer kompresije mlaza,

S - površina rupe,

φ - koeficijent brzine,

Proizvod faktora kompresije mlaza i faktora brzine naziva se faktor brzine protoka i označava se sa μ. Shodno tome:

I jednačina za protok kroz rupu dobija svoj konačni oblik:

U praksi se često mora suočiti s otjecanjem tekućine ne u atmosferu i ne u plinoviti medij, već u prostor ispunjen ovom tekućinom. Takav slučaj se naziva odliv ispod nivoa ili izliv kroz poplavljenu rupu.

Kada teče ispod nivoa, formule za izračunavanje brzine i protoka ostaju iste, samo H se uzima kao razlika u nivou.

Prilikom strujanja kroz rupu u bočnom zidu, pritisak neće biti isti za sve tačke duž poprečnog presjeka rupe; u tom slučaju se protok fluida može odrediti sumiranjem, tj. integracija elementarnih troškova preko cijelog poprečnog presjeka rupe.

Kada tečnost istječe kroz kratku cilindričnu mlaznicu (mlaznice), dolazi do dodatnog gubitka energije, uglavnom zbog naglog širenja mlaza u mlaznici.

Slika - Istjecanje kroz mlaznice

Stoga je brzina protoka tekućine kroz mlaznicu manja od brzine njenog oticanja kroz rupu u tankom zidu. U isto vrijeme, brzina protoka tekućine koja teče kroz mlaznicu je veća nego kada teče kroz rupu. Budući da se mlaz nakon ulaska u mlaznicu sabija približno na isti način kao kada protiče kroz rupu u tankom zidu, a zatim se mlaz postepeno širi do veličine otvora i napušta mlaznicu punim poprečnim presjekom. Stoga je kompresijski omjer mlaza na izlazu mlaznice e = 1, što dovodi do povećanja vrijednosti koeficijenta protoka μ i, shodno tome, brzine protoka tekućine.

Vanjska cilindrična mlaznica može se znatno poboljšati zaobljenim ulaznim rubom ili konusnim ulazom.

Slika - Protok fluida kroz mlaznice a - konusno proširenje; b - konusni konusni; c - konoidno; g - unutrašnji cilindrični.

Konusne konvergentne i konoidne mlaznice koriste se tamo gdje je potrebno dobiti dobar kompaktan mlaz relativno velike dužine sa malim gubicima energije (u tlačnim crijevima, hidrauličkim monitorima itd.). Konusne konvergentne mlaznice se koriste za povećanje protoka pri malim izlaznim brzinama.