Giáo trình Công nghệ khí nén - Thuỷ lực ứng dụng - Nghề: Công nghệ ô tô
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH
Môn học: Công nghệ khí nén - thuỷ lực
ứng dụng
NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số:...)
Hà Nội - 2012
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Mã tài liệu: MH 13.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã giúp
cho có sự thay đổi vượt bậc trong cuộc sống của con người. Bên cạnh sự phát triển của
các ngành như: Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tự động hóa..thì ngành kỹ thuật thủy khí
ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vị trí quan trọng trong một số lĩnh vực của
cuộc sống, đặc biệt trong ngành chế tạo máy và kỹ thuật ôtô, các máy công trình thì
truyền động thủy lực khí nén đang có một vai trò đáng kể do có mật độ công suất cao,
kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao và đặc biệt là việc bố trí các phần tử tự do và linh động
theo không gian và van điều khiển, có chi phí công suất nhỏ là những ưu điểm nổi bật
của công nghệ truyền động khí nén thủy lực. Với những ưu điểm như vậy, nên ở nước
ta hiện nay đã có rất nhiều máy móc sử dụng truyền đồng thủy lực khí nén tuy nhiên
số lượng những thợ giỏi về lĩnh vực này lại khá khiêm tốn. Nhằm giúp cho sinh viên
có thể nắm được một số kiến thức cơ bản về truyền động thủy lực khí nén, tiếp cận dần
với công việc sửa chữa các thiết bị có liên quan trong thực tế.
Nội dung của giáo trình biên soạn được dựa trên sự kế thừa nhiều tài liệu của
các trường đại học và cao đẳng, kết hợp với yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo cho
sinh viên các trường dạy nghề trong cả nước. Để giúp cho người học có thể nắm được
những kiến thức cơ bản của môn học thủy lực khí nén, nhóm biên soạn đã sắp xếp môn
học theo từng chương theo thứ tự:
Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén
Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén
Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực
Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực
Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình Tổng cục Dạy nghề,
sắp xếp logic và cô đọng. . Do đó người đọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung
trong chương trình.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất
mong nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để lần xuất bản sau giáo trình được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…..tháng…. năm 2012
Nhóm biên soạn
3
MỤC LỤC
ĐỀ MỤC
TRANG
Lời giới thiệu
2
5
Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động
bằng khí nén
Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén
36
52
Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động
bằng thủy lực
Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy
lực
79
92
Tài liệu tham khảo
4
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG
Mã số của môn học: MH 13
Thời gian của môn học: 45 giờ
Vị trí, tính chất của môn học:
- Vị trí:
(Lý thuyết: 45 giờ; Kiểm tra: 0 giờ)
Môn học được bố trí giảng dạy song song với các môn học/mô đun sau: MH 14,
MH 15, MH 16, MĐ 17, MĐ 18.
- Tính chất:
Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc.
Mục tiêu của môn học:
+ Trình bày được đầy đủ các khái niệm, yêu cầu và các định luật truyền dẫn
năng lượng của hệ thống truyền động khí nén và thủy lực.
+ Giải thích đầy đủ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động
bằng khí nén và thủy lực.
+ Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động bằng
khí nén và thủy lực.
+ Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén.
+ Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ.
5
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT VÀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ
NÉN
Mã số của chương 1: MH 13 - 01
Mục tiêu:
- Phát biểu đúng các khái niệm, yêu cầu và các thông số của truyền động bằng
khí nén.
- Giải thích được các quy luật truyền dẫn của khí nén.
- Phát biểu đúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền động bằng
khí nén.
- Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền
động bằng khí nén.
- Nhận dạng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động
bằng khí nén.
- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén.
1.1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÍ NÉN
Bên cạnh các chất lỏng thủy lực như nước và dầu, khí nén cũng là một trong
những môi chất mang năng lượng và tín hiệu quan trọng nhất trong kỹ thuật thủy khí.
Trong các hệ thống truyền động khí nén môi chất là không khí nén – một chất
“lỏng” chịu nén. Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm
hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường.
Khí nén đã được ứng dụng từ rất lâu, cách đây trên 2000 năm, người ta đã biết
tạo ra khí nén, lưu trữ khí nén và sử dụng làm môi chất mang năng lượng. Vào quãng
thế kỷ thứ 3 và thứ nhất trước công nguyên ở Alexandrie các nhà cơ khí Ktesibios và
Heron đã phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt động bằng khí nén.
Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước thăng
trầm. Một mặt do trình độ kỹ thuật công nghệ các thời kỳ trước chưa tương xứng, mặt
khác còn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền năng lượng khác như động
cơ nhiệt, truyền động điện… mà mãi đến những năm gần đây kỹ thuật khí nén mới lại
có được vai trò xứng đáng của nó trong sản xuất. Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí nén
bắt đầu cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của các
quá trình sản xuất, nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật tính hiện
đại. Ngày nay khí nén đã tham gia vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy,
xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rô bot, khai khoáng.
1.1.1 Khái niệm
6
1.1.1.1 Khái niệm
Là hệ thống truyền động lấy không khí từ môi trường ngoài, nén lại truyền dẫn
làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường.
1.1.1.2 Sản xuất khí nén
Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn
khí này phải được sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy đủ với một áp suất
nhất định thích hợp cho năng lượng hệ thống.
a. Máy nén khí
Máy nén khí là máy có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một áp
suất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn.
b. Các loại máy nén khí công suất nhỏ thường sử dụng
Máy nén khí được phân loại theo áp suất hoặc theo nguyên lý hoạt động. Đối
với nguyên lý hoạt động ta có:
- Máy nén theo nguyên lý thể tích: máy nén pít tông, máy nén khí kiểu trục vít,
máy nén cánh gạt.
- Máy nén tuốc bin là được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi sử
3
dụng lưu lượng dưới mức 600 m /phút. Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho
ứng dụng điều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng.
* Máy nén kiểu piston
- Máy nén pít tông (hình 1.1) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng
3
suất đến 500 m /phút. Máy nén 1 pít tông có thể nén khí khoảng 6 bar và ngoại lệ có
thể đến 10 bar; máy nén kiểu pít tông hai cấp có thể nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến
250 bar.
7
Hình 1.1. Máy nén khí kiểu piston
* Máy nén khí kiểu trục vít
Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích không gian
giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay. Do các rô to được chế
tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy.
Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 roto: roto chính 2 và rô to phụ 1, (hình
1.3). Số đầu mối ren trên rô to xác định thể tích làm việc của máy, có nghĩa là thể tích
không khí cuốn vào trong một vòng quay. Số đầu mối ren càng lớn thể tích làm việc
càng nhỏ. Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau sẽ cho hiệu suất cao hơn.
Hình 1.2. Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít
Hình 1.3. Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít
8
* Máy nén kiểu cánh quạt (Rotary compressors)
Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 1.2: không khí
sẽ được vào buồng hút. Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rôto quay chiều sang
phải, thì không khí vào buồng nén. Sau đó khí nén sẽ đi ra buồng đẩy.
Hình 1.4. Máy nén khí kiểu cánh gạt
1.1.1.3 Phân phối khí nén
a. Phân phối khí nén
Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ nơi sản xuất
đến nơi tiêu thụ, đảm bảo áp suất p và lưu lượng Q và chất lượng khí nén cho các thiết
bị làm việc, ví dụ như van, động cơ khí, xy lanh khí…
Hình 1.5. Hệ thống, thiết bị phân phối khí nén
Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, chú ý
đối với hệ thống ống dẫn khí có thể là mạng đường ống được lắp ráp cố định (trong
toàn nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy mô tả ở
9
hình 1.3. Đối với hệ thống phân phối khí nén ngoài tiêu chuẩn chọn máy nén khí hợp
lí, tiêu chuẩn chọn đúng các thông số của hệ thống ống dẫn ( đường kính ống, vật liệu
ống); cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phẫn phối cũng đóng vai trò
quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển
khí nén.
* Bình nhận và trích khí nén
Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén của máy nén khí
chuyển đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước trước khi chuyển đến nơi tiêu thụ.
Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí, công
suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng vàphương pháp sử dụng khí nén.
Bình trích chứa khí nén có thể đặt nằm ngang, nằm đứng. Đường ống ra của khí
nén bao giờ cũng nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa (hình 1.6).
Hình 1.6. Các loại bình trích chứa khí nén
* Đường ống
Đường ống dẫn khí nén có đường kính trong vài milimet trở lên. Chúng được
làm bằng các vật liệu cao su, nhựa hoặc kim loại.
Thông số cơ bản kích thước ống (đường kính bên trong) phụ thuộc vào: vận tốc
dòng chảy cho phép, tổn thất áp suất cho phép, áp suất làm việc, chiều dài ống, lưu
lượng, hệ số cản trở dòng chảy và các phụ kiện nối ống.
- Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy (Q=v.F). Vận tốc dòng chảy
càng lớn, tổn thất áp suất trong ống càng lớn.
10
- Vận tốc dòng chảy: vận tốc dòng chảy của khí nén trong ống dẫn nên chọn là
từ 6 ÷ 10 m/s. Vận tốc của dòng chảy khi qua các chỗ lượn cua của ống hoặc nối ống,
van, những nơi có tiết diện nhỏ lại sẽ tăng lên, hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhất
thời khi các thiết bị hay máy móc đang vận hành.
- Tổn thất áp suất: tốt nhất không vượt quá 0.1 bar. Thực tế sai số cho phép đến
5% áp suất làm việc. Như vậy tổn thất áp suất là 0.3 bar là chấp nhận được với áp suất
làm việc là 6 bar.
- Hệ số cản dòng chảy: khi lưu lượng khí đi qua các chỗ nối khớp, van, khúc
cong sẽ gây ra hiện tượng cản dòng chảy. Bảng 1, biểu thị các hệ số cản tương đương
chiều dài ống dẫn l’ của các phụ kiện nối.
Bảng 1. Giá trị hệ số cản z tương đương chiều dài ống dẫn l
1.1.1.4 Xử lý khí nén
Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở các
mức độ khác nhau. Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của không khí hút vào, những cặn bả
của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong quá trình nén nhiệt độ của khí
nén tăng lên, có thể gây ra ô xy hóa một số phần tử của hệ thống. Do đó việc xử lý khí
nén cần phải thực hiện bắt buộc. Khí nén không được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng
hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử khí nén. Đặc biệt sử dụng khí nén
trong hệ thống điều khiển đòi hỏi chất lượng khí nén rất cao. Mức độ xử lý khí nén tùy
11
thuộc vào từng phương pháp xử lý. Trong thực tế người ta thường dùng bộ lọc để xử
lý khí nén (hình 1.7).
Hình 1.7. Bộ lọc khí
Van lọc khí (hình 1.8) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước chứa
trong nó. Khí nén sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần
tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với những phân tử nước
được để lại nằm ở đáy của bầu lọc. Tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn
phần tử lọc. Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ 20µm – 50µm.
Hình 1.8. Van lọc khí nén
Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất điều chỉnh,
mặc dù có sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra hoặc sự dao động
của áp suất ở đầu vào. Ap suất ở đầu vào luôn luôn là lớn hơn áp suất ở đầu ra (hình
1.9).
12
Hình 1.9. Van điều chỉnh áp suất
Van điều chỉnh áp được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên màng kín.
Phía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu tác dụng của lực
lò xo sinh ra do vít điều chỉnh. Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu thụ gây cho màng kín
dịch chuyển chống lại lực căn của lò xo vì vậy hạn chế dòng khí đi qua miệng van
cho tới lúc có thể đóng sát.
Khi khí nén được tiêu thụ, áp suất đầu ra giảm, kết quả là đĩa van được mở bở
lực căn lò xo lực. Để ngăn chặn đĩa van dao động chập chờn phải dùng đến lò xo cản
gắn trên đĩa van.
Van tra dầu: được sử dụng đảm bảo cung cấp bôi trơn cho các thiết bị trong hệ
thống điều khiền khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ (hình 1.10).
Hình 1.10. Van dầu
1.1.2 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén
1.1.2.1 Ưu điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén
13
- Tính đồng nhất năng lượng giữa phần I và P ( điều khiển và chấp hành) nên
bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện.
- Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: (3 – 8) bar.
- Khả năng quá tải lớn của động cơ khí
- Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật
- Tuổi thọ lớn
- Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức
năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và bảo đảm
môi trường sạch vệ sinh.
- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và
tổn thất áp suất trên đường dẫn ít.
- Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ,
hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nền truyền động có thể đạt được vận tốc
rất cao.
1.1.2.2 Nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén
- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử
- Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử , chỉ điều khiển theo
chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém.
- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh.
- Lực truyền tải trọng thấp.
- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn
- Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng.
1.1.2.3 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén
Hệ thống truyền động khí nén gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng lượng
khí nén, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều chỉnh môi chất,
ngoài ra còn có các bộ phận để chuẩn bị khí nén, lưu giữ và phân phối khí nén… Các
bộ phận chuyển đổi năng lượng khí nén gồm: các máy nén khí (biến năng lượng cơ
học thành áp năng tích lũy trong khí nén), các động cơ và xi lanh khí nén (biến năng
lượng tích lũy trong khí nén thành năng lượng cơ học ở dạng chuyển động quay,
chuyển động thẳng hoặc chuyển động lắc). Chính vì vậy hệ thống truyền động khí nén
cần đảm bảo các yêu cầu:
- Kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa;
- Tuổi thọ và độ kín khít giữa các bộ phận lắp ghép phải đảm bảo;
14
- Có độ an toàn cao;
- Giá thành rẻ.
1.1.3 Các thông số của khí nén
1.1.3.1 Lực
- Đơn vị của lực là Newton (N). 1 Newton là lực tác động lên đối trọng có khối
2
lượng 1kg với gia tốc 1 m/s .
2
1 N = 1 kg.m/s
1.1.3.2 Áp suất
- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal.
2
- Pascal (Pa) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m với lực tác
động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N).
2
2
2
2
1 Pascal = 1 N/m = 1kg m/s /m = 1kg/ms
Ngoài ra còn dùng đơn vị bar:
5
2
1 bar = 10 Pa = 1Kg/cm =1 at
- Một số nước tư bản còn dùng đơn vị psi ( pound (0.45336 kg) per square inch
2
2
(6.4521 cm ). Kí hiệu lbf/in (psi); 1 bar = 14,5 psi
- Áp suất có thể tính theo cột áp lưu chấT
w trọng lượng riêng lưu chất h chiềucao cột áp
1.1.3.3 Lưu lượng
Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy. Đơn
vị thường dùng là l/min.
Q = v.A Trong đó:
Q lưu lượng của dòng chảy A Tiết diện của dòng chảy
v Vận tốc trung bình của dòng chảy
1.1.3.4 Công
- Đơn vị của công là Joule (J). 1 Joule là công sinh ra dưới tác động của lực 1
N để vật dịch chuyển quãng đường 1 m.
1 J =1Nm
2
2
1 J = 1 m kg/s
15
- Công được tính theo công thức: Wk = F*L
Trong đó:
F lực tác dụng vào vật
L quảng đường vật đi được.
1.1.3.5 Công suất
- Đơn vị công suất là Watt
1 Watt là công suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 joule.
1 W = 1 Nm/s
2
3
1 W = 1 m kg/s
- Công suất được tính theo công thức:
1.1.3.6 Độ nhớt
- Độ nhớt động của một chất là có độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng
3
riêng 1 kg/cm .
- Trong đó:
3
2
η: độ nhớt động lực [Pa.s] : khối lượng riêng [kg/m ] v: độ nhớt động [m /s]
Ngoài ra ta còn sử dụng đơn vị độ nhớt động là Stokes (St) hoặc là centiStokes
(cSt).
Chú ý: độ nhớt động không những có vai trò quan trọng trong hệ thống điều
khiển khí nén mà nó rất quan trọng trong điều khiển thủy lực.
1.2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG KHÍ NÉN
1.2.1 Các phương trình tính toán dòng chảy khí nén
1.2.1.1 Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí
Bảng 1.2. Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí
16
Stt Đại lượng vật lý K.hiệu Giá trị
Đơn vị
kg/m3
J/kg.K
m/s
Ghi chú
n
1
2
3
Khối lượng riêng
Hằng số khí
1,293
287
T=273K, Pa=760
R
Tốc độ âm thanh s
331,2
344
Ở nhiệt độ 00C
Ở nhiệt độ 200C
4
Nhiệt lượng riêng cp
cv
1,004
0,717
1,4
kJ/kg.K Áp suất hằng số
kJ/kg.K Thể tích hằng số
5
6
7
Số mũ đoạn nhiệt K
Độ nhớt động lực
17,17.10-6 Pa.s
13,28.10-6 m2/s
Ở trạng thái tiêu chuẩn
Ở trạng thái tiêu chuẩn
Độ nhớt động
1.2.1.2 Các phương trình tính toán
* Phương trình trạng thái nhiệt động học
Giả thiết khí nén trong hệ thống gần như là khí lý tưởng. Phương trình trạng
thái nhiệt tổng quát của khí nén:
Pabs .V = m.R.T.
Trong đó:
Pabs: Áp suất tuyệt đối [bar].
3
V: Thể tích của khí nén [m ]. m: Khối lượng [kg].
R: Hằng số khí. [J/kg.K].
T: Nhiệt độ Kelvin [K].
P . V
abs
= m. R
T
Hay:
P
1abs. V1
P2abs. V2
=
T1
T2
Khối lượng không khí m được tính theo công thức:
- Khi nhiệt độ T không thay đổi, ta có:
m
P
2abs
r1
⁄ =
m
P
1abs
r2
17
Hay:
P
2abs
r2 = r1.
P
1abs
- Khi áp suất p không thay đổi, ta có:
푟2 = 푟 .
푇
1
1
푇2
- Khi cả ba đại lượng trên đều thay đổi, ta có:
T1. P2abs. r1
r2 =
T2. P
2abs
Thể tích riêng của không khí:
V m3
v =
[ ]
m kg
Suy ra, ta có phương trình trạng thái của khí nén:
p.v
= R, hay p.v = R.T
T
Trong đó; R là hằng số khí.
Nhiệt lượng riêng c là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng khối lượng không khí
0
1 kg lên 1 K. Nhiệt lượng riêng khi thể tích không thay đổi ký hiệu là cv, khi áp suất
không thay đổi ký hiệu cp. tỷ số của cv và cp gọi là số mũ đoạn nhiệt k:
퐶
푝
푘 =
퐶
푣
Hiệu số của Cp và Cv gọi là hằng số khí R:
R = Cp – Cv = Cp. k−1 = Cv.(k-1)
k
Trạng thái đoạn nhiệt là trạng thái mà trong quá trình nén hay giãn nở không có nhiệt
được đưa vào hay lấy đi, có phương trình sau:
p1. vk = p . vk
2 = hằng số
2
1
푘
푘
푝
1
푣
2
푇
1
푘−1
Hay: = (푣 ) = (푇 )
푝
2
1
2
Diện tích mặt phẳng 1, 2, 5, 6 trong hình 1.11 tương ứng lượng nhiệt giãn nở
cho khối lượng khí 1 kg và có giá trị:
18
Công kỹ thuật Wt là công cần thiết để nén lượng không khí (Ví dụ trong máy
nén khí) hoặc là công thực hiện khi áp suất khí giãn nở. Diện tích mặt phẳng 1, 2, 3, 4
ở trong hình 1.11 là công thực hiện để nén hay công thực hiện khí áp suất khí giãn nở
cho 1 kg không khí, có giá trị:
Trong thực tế không thể thực hiện được quá trình đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt.
Quá trình xảy ra thường nằm trong khoảng giữa quá trình đẳng nhiệt và quá trình
đoạn nhiệt gọi là quá trình đa biến và có phương trình:
Quá trình đẳng nhiệt: n = 1
Quá trình đẳng áp: n = 0
Quá trình đoạn nhiệt: n = k
Quá trình đẳng tích: n = .
19
Hình 1.11. Biểu đồ đoạn nhiệt.
* Phương trình dòng chảy:
- Phương trình dòng chảy liên tục:
Lưu lượng khí nén chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là không đổi
(hình 1.11), ta có phương trình dòng chảy như sau:
Qv = Qv Hay: w .A = w .A = hằng số.
1
2
1
1
2
2
Trong đó:
3
Qv , Qv [m ]:
1
2
Lưu lượng dòng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2.
Vận tốc dòng chảy tại vị trí 1.
Vận tốc dòng chảy tại vị trí 2.
Tiết diện chảy tại vị trí 1.
w [m/s]:
1
w [m/s]:
2
2
A [m ]:
1
2
A [m ]:
2
Tiết diện chảy tại vị trí 2.
- Phương trình Becnully:
Phương trình Becnully được viết như sau:
Trong đó:
2
m. w : Động năng
2
Tải về để xem bản đầy đủ
101 trang
26/03/2022
12441
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ khí nén - Thuỷ lực ứng dụng - Nghề: Công nghệ ô tô", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_cong_nghe_khi_nen_thuy_luc_ung_dung_nghe_cong_ngh.pdf
