28

Московский государственный технический университет

им. Н.Э. Баумана

РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Методические указания по выполнению домашнего

задания по курсу «Пневматические системы и их элементы»

Москва 2012

ВВЕДЕНИЕ

Неотъемлемой частью большинства современных сложных технических систем наземного применения и летательных аппаратов является одна или несколько пневматических систем. Чаще всего пневматические системы являются составной частью более общей пневмомеханической или пневмогидравлической системы. Примером таких систем может служить система наддува топливных баков. В летательных аппаратах пневмосистемы, прежде всего, применяются в системах ориентации и стабилизации, кондиционирования и пожаротушения. В наземных комплексах пневмосистемы применяются практически во всех областях техники, например, системы искусственного дыхания в медицине, прецизионные системы подготовки газовых смесей в лазерной технологии, а также системы воздухоснабжения машиностроительных, горнодобывающих и горнообогатительных предприятий. Диапазон применения пневмосистем крайне широк, а их рабочие характеристики оказывают существенное влияние на работоспособность, энергоемкость и надежность комплексов, в состав которых они входят. Поэтому современный инженер, специализирующийся в области разработки и эксплуатации пневматических систем, должен владеть основами расчета процессов, протекающих в них.

1. Пневматические системы

Из всего многообразия вариантов пневматических систем рассмотрим в качестве примера газореактивную систему ориентации космического аппарата и систему воздухоснабжения горно-металлургического комбината.

Газореактивная система ориентации космического аппарата предназначена для управления угловым положением космического аппарата на участках свободного полета, то есть придания его осям определенного положения относительно заданных направлений. Принцип действия системы основан на создании управляющих усилий при истечении газа из сопел реактивных микродвигателей, то есть превращения энергии сжатого газа в кинетическую энергию потока газа.

В качестве второго примера использования пневматических систем в народном хозяйстве рассмотрим систему воздухоснабжения предприятий, входящих в НПО Джезказганцветмет. В объединение входят: горнорудные предприятия, обогатительные фабрики, металлургический комплекс, литейно-механический завод и ряд вспомогательных предприятий. Объединение обслуживает единая кольцевая система воздухоснабжения, к которой подключены 8 компрессорных станций, включающих 41 компрессор общей производительностью 8900 нм /мин, с сетью воздухопроводов в 30 км, с трубопроводами сечением до 720 мм. Сжатый воздух - важнейший элемент комплекса энергоснабжения, на выработку которого расходуется до 40% общего потребления объединением электроэнергии.

Несмотря на существенную разницу в исполнении и реализации пневмосистем, рассмотренных выше, в них протекают одни и те же процессы, которые описываются общими законами механики, термо- и газодинамики.

Данное пособие должно оказать помощь студентам в разработке первых упрощенных математических моделей и алгоритмов расчета на ЭВМ термо- и газодинамических процессов, протекающих в пневмосистемах.

2. Общие указания к выполнению домашнего задания

Целью задания является расчет процессов наполнения и опорожнения емкостей условной пневматической системы. Четыре варианта расчетных схем пневматических систем (в дальнейшем ПС) приведены на рис.1 и представляют набор емкостей постоянного объема, соединенных между собой. Расчет расхода газа через соединительные трубопроводы сводится к расчету расхода в условных сопротивлениях по формуле Сен-Венана и Ванцеля. При расчете процессов в приведенных вариантах ПС необходимо составить математическую модель, которая представляет систему нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка, описывающих изменения давления и температуры газа в емкостях, и уравнения расхода в условных сопротивлениях. Математическая модель также включает в себя начальные условия, описывающие состояние системы в начальный момент времени, и конечные условия, представляющие условия окончания счета. Во всех вариантах домашнего задания условием окончания счета является выравнивание давления во всех объемах системы до уровня, когда минимальное из давлений не будет отличаться от максимального более, чем на 5%. Кроме четырех вариантов расчетных схем в таблице 1 приведены варианты задания исходных данных. В соответствии с заданным вариантом расчетной схемы ПС и номером задания студент выбирает исходные данные из таблицы 1.