- •2,5 До 30 мм (левая и верхняя шкалы) и от 32 до 300 мм (правая и нижняя шкалы) для рабочего давления 10,7 и 5 бар.
- •2. Требуемое усилие
- •3. Коэффициент нагрузки
- •4. Регулирование скорости
- •Расход сжатого воздуха и его потребление
- •Внутренний диаметр трубы (мм) • Внутренний диаметр трубы (мм) • Длина трубы (мм) • манометрическое давление в мПа)
- •Контрольные вопросы:
Расход сжатого воздуха и его потребление
На практике различают два вида потребления воздуха в пневматическом цилиндре или в пневматической системе.
Первый вид потребления воздуха представляет собой среднее потребление сжатого воздуха в час, т.е. величину, используемую для расчета затрат энергии как части стоимости затрат на изготовление продукции, а также для оценки необходимой мощности компрессора и расчета магистрали сжатого воздуха.
Второй вид потребления воздуха представляет собой величину пикового потребления в пневмоцилиндре, которая необходима для правильного определения размерных параметров управляющего распределителя и соединительных трубопроводов или же пикового потребления в системе в целом, чтобы можно было подобрать блок подготовки воздуха и подводящие воздуховоды с необходимыми размерами.
Потребление воздуха в цилиндре определяется следующим выражением:
Площадь поршня • Длина хода • количество одинарных ходов в минуту • степень сжатия воздуха в цилиндре (абсолютное давление сжатого воздуха /атмосферное давление)
П ояснение: Если поршень смещен к самой крышке цилиндра (рис. 3а), объем цилиндра равен нулю. Если мы потянем шток на себя, пока поршень не упрется в крышку на противоположном конце, цилиндр заполнится воздухом с атмосферным давлением, равным 101325 Па абсолютного давления (рис. 3b). Как только в цилиндр будет подано давление от источника, к атмосферному давлению 101325 Па добавится манометрическое давление.
Учитывая это, теоретическое потребление воздуха в цилиндре составляет на ход поршня при прямом ходе величину, указанную на рис. 16, а при обратном ходе
При мы получаем для прямого хода:
или
где р – манометрическое давление, a n – количество одинарных ходов.
При обратном ходе D2 меняется на (D2 – d3). Потребление воздуха в трубопроводах между распределителем и цилиндром составляет величину, определяемую выражением:
Внутренний диаметр трубы (мм) • Внутренний диаметр трубы (мм) • Длина трубы (мм) • манометрическое давление в мПа)
В таблице 3 приведены значения для теоретического потребления сжатого воздуха на 100 мм хода при различных диаметрах цилиндров и рабочих давлениях:
Пример 1: Требуется определить стоимость энергетических затрат в час для пневматического цилиндра двустороннего действия диаметром 80 мм с рабочим ходом 400 мм совершающего 12 двойных ходов в минуту при рабочем давлении 6 бар. Из таблицы 3 видно, что цилиндр диаметром 80 мм потребляет 3,5 литра (приблизительно) сжатого воздуха на 100 мм хода. Следовательно:
Q/100 мм хода • 400 мм хода • количество ходов в минуту - ход вперед и назад = 3,5 • 4 - 24 = 336 л/мин. В параграфе «Тепловой и общий КПД» (раздел 4) находим расход электроэнергии равным 1 кВт на 0,12-0,15 м3/мин при рабочем давлении 7 бар. Следовательно, для производства 1 м3н/мин требуется затратить около 8 кВт электроэнергии.
Предположим, что один кВт•ч (киловатт-час) стоит 5 центов. В этом случае затраты на обеспечение объемного расхода величиной: / м3н/мин составят 5 центов • 8кВт/кВт-ч = 40 центов/час.
В нашем примере: 0,336 м3н/мин/1 м3н/мин . 40 цент/час = 13,4 центов в час.
Если по этой схеме рассчитать затраты для всех цилиндров, входящих в состав машины, и суммировать их, мы получим потребление сжатого воздуха, выраженное через стоимость энергетических затрат.
Необходимо отметить, что цифры потребления в приведенной выше таблице не учитывают:
– «мертвый объем» в конечной фазе хода в обоих направлениях (если есть), и «мертвый объем» в соединительных трубах
– потери энергии при ее передаче (см. об этом ниже).
Таблица 3 – Теоретическое потребление сжатого воздуха в цилиндрах двустороннего действия диаметром от 20 до 100 мм, в литрах на 100 мм хода.
Диаметр поршня, мм |
Рабочее давление в барах |
||||
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
20 |
0,124 |
0,155 |
0,186 |
0,217 |
0,248 |
25 |
0,194 |
0,243 |
0,291 |
0,340 |
0,388 |
32 |
0,319 |
0,398 |
0,477 |
0,557 |
0,636 |
40 |
0,498 |
0,622 |
0,746 |
0,870 |
0,993 |
50 |
0,777 |
0,971 |
1,165 |
1,359 |
1,553 |
63 |
1,235 |
1,542 |
1,850 |
2,158 |
2,465 |
80 |
1,993 |
2,487 |
2,983 |
3,479 |
3,975 |
100 |
3,111 |
3,886 |
4,661 |
5,436 |
6,211 |
Для определения размеров распределителя отдельно взятого цилиндра нам необходима другая цифра: пиковый расход. Он наблюдается при максимальной скорости поршня. Общая сумма пиковых расходов для всех одновременно движущихся цилиндров составляет расход, на основании которого должны определяться параметры блока подготовки воздуха.
Таблица 4 – Степень сжатия изотермическое / адиабатическое.
Р, абс |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
сж. изотермическое |
0,987 |
1,987 |
2,974 |
3,961 |
4,948 |
5,935 |
6,923 |
7.908 |
8,895 |
9,882 |
сж. адиабатическое |
0,991 |
1,633 |
2,178 |
2,673 |
3,133 |
3,576 |
3,983 |
4,38 |
4,794 |
5,136 |
коэффициент |
1 |
1,216 |
1,365 |
1,482 |
1,579 |
1,66 |
1,738 |
1,80 |
1,873 |
1,924 |
Нельзя не учитывать также тепловые потери. В разделе, где рассматривались свойства газов, мы обсуждали «адиабатический» процесс, суть которого заключается в том, что в нем не хватает времени на теплообмен. В данном случае закон Бойля «pV – const» перестает действовать и вступает в силу равенство «pVk = const». Показатель степени k (каппа) для воздуха равен 1,4. Таблица 4 представляет собой уже таблицу степени сжатия, дополненную двумя строками: в одной указана степень сжатия для условия pVk=const, а в другой – коэффициент, характеризующий отношение «изотермическое сжатие/адиабатическое сжатие».
Не вдаваясь в сложные подробности, скажем, что для учета явлений, имеющих место при данном процессе, теоретический объемный расход следует умножить на коэффициент 1,4, представляющий собой эмпирический коэффициент, полученный в результате большого количества практических испытаний. Это число меньше чем теоретическое, однако и процесс, как правило, не является на 100% адиабатическим.
В таблице 5 приведены цифры из таблицы 3, но с учетом данного поправочного коэффициента.
Пример 2: Цилиндр с диаметром 63 мм и ходом поршня 500 мм работает при давлении 6 бар. Каков фактический расход воздуха при 15 циклах в минуту?
По таблице 5 находим 3,021 л /мин на 100 мм хода. Эту величину необходимо умножить на 150, так как 100 мм хода необходимо увеличить в 5 раз, а также учесть 30 циклов в минуту: 150 мин • 3,021 литра = 453,15 л мин.
Таблица 5 – Потребление сжатого воздуха в цилиндрах двустороннего действия.
Диаметр поршня, мм |
Рабочее давление в барах |
||||
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
20 |
0,174 |
0,217 |
0,260 |
0,304 |
0,347 |
25 |
0.272 |
0.340 |
0.408 |
0.476 |
0,543 |
32 |
0,446 |
0,557 |
0,668 |
0,779 |
0,890 |
40 |
0,697 |
0,870 |
1,044 |
1,218 |
1,391 |
50 |
1,088 |
1,360 |
1,631 |
1,903 |
2,174 |
63 |
1,729 |
2,159 |
2,590 |
3,021 |
3,451 |
80 |
2,790 |
3,482 |
4,176 |
4,870 |
5,565 |
100 |
4,355 |
5,440 |
6,525 |
7,611 |
8,696 |