Курс «Трубопроводная арматура». Модуль «Пневмоприводы и приборы управления пневмоприводами»

Соотношение: между основными величинами показано ниже

Для жидкостей, из-за их не сжимаемости, объемный расход Q является однозначной характеристикой потока.

В случае воздуха, плотность которого существенно зависит от давления, более определенной характеристикой потока является массовый расход G_m, определяемый как отношение массы воздуха, прошедшей через данное сечение в единицу времени.

Массовый расход

(7)

Соотношение между объемным и массовым расходами:

(8)

где:

Q- объемный расход;

– плотность;

W – скорость потока в сечении;

S – площадь поперечного сечения потока.

Нормальный объемный расход

Для обозначения расходных характеристик в технике используется понятие нормального расхода.

Данный расход Q_n измеряется при избыточном давлении на входе устройства 6 бар и 5 бар на его выходе.

Объём проходящего через пневмоэлемент воздуха рассчитывается при нормальных условиях

(при температуре +20°С и абсолютном давлении 1,013 бар, соответствующем 760 мм ртутного столба).

Единицами измерения данного расхода являются Нл/мин (нормальные литры в минуту, для определения массового расхода по нормальному расходу, плотность воздуха берется

при атмосферном давлении).

Рис. 3. Схема измерения нормального объемного расхода воздуха

Расход воздуха при различных режимах истечения воздуха

Расход воздуха при подкритическом режиме истечения воздуха (режим при котором отношение давления в полости наполнения к давлению в ресивере (полости истечения) больше 0,5288).

(9)

где:

f _Э – эффективная площадь проходного сечения пневмомагистрали, м²,

P_о – давление в полости, из которой идет истечение воздуха, Па,

P₁ – давление в полости наполнения воздухом, Па,

k – показатель адиабаты для воздуха,

– относительное давление, величина, характеризующая отношение давления в полостях истечения и наполнения.

R – универсальная газовая постоянная (287 Дж/(кг*К)),

Т – температура воздуха в магистрали, К.

Расход воздуха при надкритическом режиме истечения воздуха (режим, при котором отношение давления в полости наполнения к давлению в ресивере менее 0,5288).

(10)

Для определения эффективной площади можно использовать данные, приведенные в монографии проф. Е. В. Герц «Расчет пневматических приводов», М.: Изд-во «Машиностроение», 1975 г.

Эффективная площадь проходного сечения определяется по следующей формуле:

(11)

где:

f – площадь трубопровода, м²

µ – коэффициент расхода трубопровода.

Коэффициент расхода определяется опытным путем и зависит от величины .

(12)

где:

_пр – приведенная длина (для пластиковых трубопроводов 0,01).

l _тр – длина трубопровода, м

d_т – диаметр трубопровода, м.

Давление истечения определяется по следующей схеме, рис. 4.

Рис. 4. Схема определения давления истечения

P_о – давление в полости, из которой идет истечение воздуха, Па.

P ₁ – давление в полости наполнения воздухом, Па.

На основе схемы определяются расходно-перепадные характеристики диафрагмы при различных режимах истечения воздуха.

Рис. 5. Расходно-перепадная характеристика диафрагмы при различных режимах истечения воздуха

Плотность газа

Плотность – отношение массы тела к занимаемому им объему.

(13)

Плотность воздуха зависит от температуры и давления. При нормальном (атмосферном) давлении Р= 101325 Па

Заменив отношение массы к объему на плотность в формуле (1), получим уравнение, связывающее плотность с давлением и температурой газа.

(14)

Величина, обратная плотности, называется удельным объемом

(15)

Иногда также пользуются удельным весом , под которым понимают отношение веса тела G к занимаемому им объему V.

(16)

(17)

Вязкость газа

Вязкость жидкости и газа характеризует силы внутреннего трения при движении потока воздуха или жидкости и оценивается коэффициентами динамической и кинематической вязкости.

Динамическая вязкость – характеризует внутреннее трение в жидкости или газе.

Если перемещать пластинку площадью S в вязкой жидкости, то на нее будет действовать сила внутреннего трения (рис. 6):

Рис. 6. Схема определения динамической вязкости

(18)

где:

F_тр сила трения пластинки о соседний слой жидкости (газа);

S – площадь пластинки, м²

– градиент скорости в сек ^-1

µ – коэффициент динамической вязкости [Па · c].

Динамическая вязкость воды при температуре 20⁰С равна 1МПа с, вязкость воздуха равна 0,01821 МПа.

Вязкость жидкостей резко падает при повышении температуры, а вязкость воздуха и газов возрастает.

Кинематической вязкостью жидкости или газа называется соотношение динамической вязкости к плотности.

(19)

В качестве единицы кинематической вязкости применялся также стокс (ст) и сантистокс (сст) по соотношению:

Для измерения вязкости жидкости используют вискозиметры, например вискозиметр Энглера, который представляет собой цилиндрический сосуд, имеющий диаметр 106 мм (рис. 7). В днище сосуда выполнено отверстие диаметром 2,8 мм. Вязкость в градусах Энглера равна отношению

времени истечения 200 см³ исследуемой жидкости к времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20⁰С.

Рис. 7. Схема определения вязкости по Энглеру