Витрата стисненого повітря і його споживання - студопедія
На практиці розрізняють два види витрат повітря в пневматичному циліндрі або в пневматичній системі.
Перший вид витрат повітря являє собою середнє споживання стисненого повітря в годину, тобто величину, яка використовується для розрахунку витрат енергії як частини вартості витрат на виготовлення продукції, а також для оцінки необхідної потужності компресора та розрахунку магістралі стиснутого повітря.
Другий вид витрат повітря являє собою величину пікового споживання в пневмоцилиндре, яка необхідна для правильного визначення розмірних параметрів керуючого розподільника і сполучних трубопроводів або ж пікового споживання в системі в цілому, щоб можна було підібрати блок підготовки повітря і підводять повітроводи до необхідних розмірів.
Споживання повітря в циліндрі визначається наступним виразом:
Площа поршня • Довжина ходу • кількість одинарних ходів в хвилину • ступінь стиснення повітря в циліндрі (абсолютний тиск стисненого повітря / атмосферний тиск)
Пояснення: Якщо поршень зміщений до самої кришці циліндра (рис. 3а), обсяг циліндра дорівнює нулю. Якщо ми потягнемо шток на себе, поки поршень не впреться в кришку на протилежному кінці, циліндр заповниться повітрям з атмосферним тиском, рівним 101325 Па абсолютного тиску (рис. 3b). Як тільки в циліндр буде подано тиск від джерела, до атмосферного тиску 101325 Па додасться манометричний тиск.
З огляду на це, теоретичне споживання повітря в циліндрі становить на хід поршня при прямому ході величину, зазначену на рис. 16, а при зворотному ході
При ми отримуємо для прямого ходу:
де р - манометричний тиск, a n - кількість одинарних ходів.
При зворотному ході D2 змінюється на (D2 - d3). Споживання повітря в трубопроводах між розподільником і циліндром складає величину, яка визначається виразом:
Внутрішній діаметр труби (мм) • Внутрішній діаметр труби (мм) • Довжина труби (мм) • манометричний тиск в МПа)
У таблиці 3 наведені значення для теоретичного споживання стисненого повітря на 100 мм ходу при різних діаметрах циліндрів і робочих тисках:
Приклад 1: Потрібно визначити вартість енергетичних витрат на годину для пневматичного циліндра двосторонньої дії діаметром 80 мм з робочим ходом 400 мм здійснює 12 подвійних ходів в хвилину при робочому тиску 6 бар. З таблиці 3 видно, що циліндр діаметром 80 мм споживає 3,5 літра (приблизно) стисненого повітря на 100 мм ходу. отже:
Q / 100 мм ходу • 400 мм ходу • кількість ходів в хвилину - хід вперед і назад = 3,5 • 4 - 24 = 336 л / хв. У параграфі «Тепловий і загальний ККД» (розділ 4) знаходимо витрату електроенергії рівним 1 кВт на 0,12-0,15 м3 / хв при робочому тиску 7 бар. Отже, для виробництва 1 м3н / хв потрібно затратити близько 8 кВт електроенергії.
Припустимо, що один кВт • год (кіловат-годину) коштує 5 центів. У цьому випадку витрати на забезпечення об'ємної витрати величиною: / м3н / хв складуть 5 центів • 8кВт / кВт-год = 40 центів / год.
У нашому прикладі: 0,336 м3н / хв / 1 м3н / хв. 40 цент / год = 13,4 центів на годину.
Якщо за цією схемою розрахувати витрати для всіх циліндрів, що входять до складу машини, і підсумувати їх, ми отримаємо споживання стисненого повітря, виражене через вартість енергетичних витрат.
Необхідно відзначити, що цифри споживання в наведеній вище таблиці не враховують:
- «мертвий обсяг» в кінцевій фазі ходу в обох напрямках (якщо є), і «мертвий обсяг» в сполучних трубах
- втрати енергії при її передачі (див. Про це нижче).
Таблиця 3 - Теоретичне споживання стисненого повітря в циліндрах двосторонньої дії діаметром від 20 до 100 мм, в літрах на 100 мм ходу.
Діаметр поршня, мм
Робочий тиск в барах
Не можна не враховувати також теплові втрати. У розділі, де розглядалися властивості газів, ми обговорювали «адіабатичний» процес, суть якого полягає в тому, що в ньому не вистачає часу на теплообмін. В даному випадку закон Бойля «pV - const» перестає діяти і вступає в силу рівність «pV k = const». Показник ступеня k (каппа) для повітря дорівнює 1,4. Таблиця 4 представляє собою вже таблицю ступеня стиснення, доповнену двома рядками: в одній вказана ступінь стиснення для умови pV k = const, а в іншій - коефіцієнт, що характеризує відношення «ізотермічне стиснення / адіабатичне стиснення».
Не вдаючись в складні подробиці, скажемо, що для обліку явищ, що мають місце при даному процесі, теоретичний об'ємний витрата слід помножити на коефіцієнт 1,4, який представляє собою емпіричний коефіцієнт, отриманий в результаті великої кількості практичних випробувань. Це число менше ніж теоретичне, однак і процес, як правило, не є на 100% адиабатическим.
У таблиці 5 наведені цифри з таблиці 3, але з урахуванням даного поправочного коефіцієнта.
Приклад 2: Циліндр з діаметром 63 мм і ходом поршня 500 мм працює при тиску 6 бар. Який фактичні витрати повітря при 15 циклах в хвилину?
По таблиці 5 знаходимо 3,021 л / хв на 100 мм ходу. Цю величину необхідно помножити на 150, так як 100 мм ходу необхідно збільшити в 5 разів, а також врахувати 30 циклів на хвилину: 150 хв • 3,021 літра = 453,15 л хв.
Таблиця 5 - Споживання стисненого повітря в циліндрах двосторонньої дії.
Діаметр поршня, мм
Робочий тиск в барах
Методика розрахунку: робочого зусилля (теоретичне зусилля).
Методика розрахунку: робочого зусилля (необхідне зусилля).
Методика розрахунку регулювання швидкості.
Методика розрахунку витрати стисненого повітря і його споживання.