اصول پایه پنوماتیک

فشار :

در اصول پایه پنوماتیک ، فشار به عنوان نسبت بین نیرو و سطحی که بر آن اثر می کند تعریف می شود.

واحد اندازه گیری سیستم بین المللی:

PA : پاسکال   /     N : نیوتن    /     m² : مترمربع     /     

 

pa یک واحد بسیار کوچک است.

بنابر این بجای آن از بار استفاده میکنیم :

 

(برای جداول تبدیل فشار از بار به واحدهای دیگر، بخش 3 را ببینید)

 

فشار اتمسفر:

فشاری است که هوا در جو به سطح زمین وارد می کند.در دمای 20 درجه سانتی‌گراد، با رطوبت 65 درصد،

فشار اتمسفر در سطح دریا برابر است با 1.013 بار و بر اساس تغییر ارتفاع این عدد متغیر میباشد.

برای استفاده در فرمول و بدون در نظر گرفتن ارتفاع به عدد 1 گرد میشود .

فشار نسبی: مقدار فشاری است که توسط ابزار در مدارهای پنوماتیک اندازه گیری می شود.

فشار مطلق: مجموع فشار اتمسفر و نسبی است (معمولاً برای محاسبه مصرف هوای سیلندر استفاده می شود).

 

خلاء:

فضایی بدون فشار گاز یا فشار بسیار کم است. ما در مورد خلاء زمانی صحبت می کنیم که فشار کمتر از مقدار باشد.

فشار اتمسفر، و در مورد خلاء مطلق زمانی که فشار مطلق و اتمسفر برابر با صفر است.

واحد اندازه گیری: نشان داده شده به عنوان فشار منفی محاسبه شده در: bar، Pa، Torr، mmHg، درصد خلاء.

زمینه کاربرد: – حداکثر 20 درصد خلاء برای اهداف تهویه، خنک کننده و تمیز کردن

– بین 20٪ تا 99٪ “خلاء صنعتی” برای جابجایی، بلند کردن و اتوماسیون

– بالاتر از 99٪ “خلاء فرآیند” برای آزمایشگاه ها، تولید ریزتراشه، پوشش رسوب مولکولی …

بویل – قانون ماریوت

هنگامی که یک سیال الاستیک تحت فشار قرار می گیرد و در دمای ثابت نگه داشته می شود، حاصلضرب فشار و حجم ثابت است.

 

اصول پایه پنوماتیک و قانون GAY-LUSSAC :

– در فشار ثابت :

حجم یک مقدار معین گاز نسبت مستقیم با دما* است.

 

در حجم ثابت : 

فشار یک مقدار معین گاز

با دما نسبت مستقیم دارد*

( * دمای مطلق بر حسب کلوین: 0ºC=273K )

 

با توجه به موارد فوق، مشخص می شود که برای پر کردن محفظه سیلندر (در دمای ثابت) به تعداد زیادی لیتری که محفظه می تواند داشته باشد، ضرب در فشار نیاز داریم.

اگر در طول فرآیند پر کردن، تغییر دما رخ دهد، نتیجه به‌دست‌آمده V·P) تغییر نمی‌کند.)

به طور قابل ملاحظه. به عنوان مثال اگر بین دمای هوای خط و دمای 20 درجه سانتیگراد تفاوت در نظر بگیریم، دمای هوا در سیلندر؛ اعمال قانون گی – لوساک منجر به موارد زیر می شود:

با فرض حجم محفظه سیلندر 100 I

• دمای خط هوا 30 درجه سانتی گراد در فشار 6 بار

دمای هوا در محفظه سیلندر 10 درجه سانتی گراد (نهایی)

 

به همین ترتیب فشار:

همانطور که از این نتایج می بینیم، این تفاوت در هر دو مورد تنها 6.6٪ است.

برای محاسبه مصرف هوای سیلندر بر حسب لیتر در دقیقه لطفاً به بخش 8 مراجعه کنید.

 

ویژگی های جریان ( اصول پنوماتیک پایه ) :

( پنوماتیک پایه )

هر سیلندر به منظور تولید نیروهای خاص و عملکرد با سرعت مورد نیاز، به جریان هوای خاصی از شیر کنترل نیاز دارد.

بنابراین لازم است قوانینی که جریان را از طریق یک دریچه تنظیم می کنند، بدانیم و درک کنیم. و بنابراین رابطه بین فشار، افت فشار و سرعت جریان ، تنها با انجام این کار می توان تعیین کرد که آیا یک شیر قادر است میزان جریان مورد نیاز سیلندر را در یک فشار ورودی معین و با افت فشار معقول تامین کند یا خیر.

برای انجام این تجزیه و تحلیل ها باید با داده های عملکردی دقیق در اختیار داشت و شناخت سوپاپ به تنهایی کافی نیست.

اندازه پورت

این داده ها بسته به روش های مختلف قابل اجرا، استانداردها و روش های مختلف اندازه گیری تجربی به روش های مختلفی ارائه می شوند. ارقام عمدتاً ضرایبی هستند که باید در معادلات خاصی استفاده شوند که با آن می‌توانیم میزان جریان شیر را تخمین بزنیم.

برای درک مفهوم این معادلات لازم است جریان داخل یک شیر پنوماتیک بررسی شود.

به عنوان مثال، اجازه دهید شرایط زیر را در نظر بگیریم: یک شیر با فشار مطلق P1 و با یک تنظیم کننده جریان متصل به پایین دست.

شرایط شروع – تنظیم کننده جریان بسته است :

– بدون سرعت جریان (Q=0)

– فشار بالادست و پایین دست یکسان است (P2=P1)

شرایط متوسط ​​- تنظیم کننده جریان باز ( اصول پایه پنوماتیک ) :

با باز کردن تدریجی تنظیم کننده جریان، فشار P2 کاهش می یابد و سرعت جریان تا یک نقطه بحرانی افزایش می یابد که در آن نرخ جریان ثابت می شود حتی اگر تنظیم کننده جریان بیشتر باز شود.

این نقطه بحرانی با شرایط صوتی جریان مطابقت دارد.

وضعیت نهایی – تنظیم کننده جریان کاملاً باز است :

– حداکثر سرعت جریان (ثابت از نقطه بحرانی)

– فشار پایین P2=0

در یک P1 متغیر، منحنی‌ها همان شکل را حفظ می‌کنند و بسته به اینکه P1 افزایش یا کاهش یافته است، فقط به یک ناحیه نرخ جریان بالاتر یا پایین‌تر تغییر می‌کنند.

ناحیه مد نظر در کاربردهای شیر پنوماتیک مربوط به صوت میباشد.

درست قبل از رسیدن به نقطه جریان بحرانی این ناحیه به روش‌های مختلفی حساب می‌شود که میانگین الگوی جریان موثر را ممکن می‌سازد.

توصیف ساده جریان را با استفاده از ضرایب تجربی ممکن میکند .

ضرایب شیر “C”  و “B” :

توصیه CETOP RP50P  برگرفته از استاندارد( ISO 6358) نرخ جریان را در تابع دو ضریب تجربی بیان می کند:

– رسانایی C

– نسبت فشار مطلق b.

رسانایی  C=Q*P1  نسبت بین حداکثر سرعت جریان *Q و فشار ورودی مطلق P1 در شرایط جریان صوتی در دمای 20 درجه سانتیگراد است.

نسبت مطلق  B=P*2/P1  نسبت بین فشار مطلق خروجی P2 و فشار مطلق ورودی P1

که جریان صوتی می شود.

 

عبارتی که نشاندهنده یک تقریب بیضوی از رابطه بین فشار و جریان را نشان می دهد به شرح زیر است:

QN : میزان جریان بر حسب DM3/S در شرایط عادی است:  1,013 بار و 20 درجه سانتیگراد.

C : رسانایی دریچه است.

P1 : فشار مطلق ورودی است.

r : نسبت بین فشار پایین و بالا P2/P1 است.

b : نسبت مطلق فشار است.

Kt : یک عامل اصلاحی است که دمای ورودی مطلق T1 را در نظر می گیرد.

T1 : دمای مطلق است (T1 دما بر حسب درجه سانتیگراد است).

تعیین تجربی ضریب سوپاپ C&b با هوای فشرده طبق روش‌های استاندارد و طبق طرح زیر انجام می‌شود.

مدار تست CETOP :

A : ژنراتور هوای فشرده

B : تنظیم کننده فشار برای تنظیم فشار بالا P1.

C : خاموش کردن شیر.

D : سنسور دما برای بررسی دمای بالا T1 در یک ناحیه با سرعت کم قرار دارد.

E : لوله ای که فشار بالا را اندازه گیری می کند.

F : شیر تست شده

G : لوله ای که فشار پایین را اندازه گیری می کند.

H : تنظیم کننده جریان برای تنظیم فشار پایین P2

L : جریان سنج

M1 , M2 : تجهیزات اندازه گیری فشار برای فشار بالا و پایین.

MDP : تجهیزات اندازه گیری افت فشار با فرض P1-P2<1

 

لوله های E & G که برای اندازه گیری فشار بالا و پایین شیر استفاده می کند، باید مطابق با مشخصات استاندارد اندازه گیری شوند و بسته به اندازه پورت شیر تغییر اندازه داشته باشند. موقعیت اتصالی که در آن اندازه گیری ها انجام می شود به قطر داخلی لوله بستگی دارد.

رسانایی C با معادله زیر تعیین می‌شود و نرخ جریان بحرانی *Q را از طریق شیر اندازه‌گیری می‌کند، جایی که فشار بالا P1 ثابت و بیشتر از 3 بار است.

نسبت مطلق فشار b را می توان با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد:

 

با در نظر گرفتن یک فشار ثابت معین P1، لازم است اندازه گیری میزان جریان ‘Q مربوط به افت فشار

DP=P1-P2=1 bar انجام شود.

از معادله 3 برای محاسبه نسبت مطلق استفاده می‌شود، زیرا تشخیص تجربی فشار دقیق P*2 که در آن جریان صوتی می‌شود، دشوار است.

مقادیر رسانایی C و نسبت مطلق b به طور تجربی محاسبه می شوند و میانگین نتایج به دست آمده هستند.

معادله [1] برای محاسبه جریان در شرایط زیر صوت P2>B.P1  زمانی که مقادیر C ; b و شرایط کار شیر P1-P2-T1 مشخص است.

در شرایط صوتی، P2<B معادله را می توان ساده کرد و حداکثر سرعت جریان را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

ضریب هیدرولیک KV :

ضریب هیدرولیک با استفاده از معادله اینگونه است :

محاسبه سرعت جریان سیال از طریق شیر 

در جاییکه: Q نرخ جریان سیال بر حسب l/min است

Dp افت فشار داخل شیر است که بر حسب بار محاسبه می شود (P1-P1)

e چگالی سیال است که بر حسب کیلوگرم بر دسی متر مکعب محاسبه می شود

Kv ضریب هیدرولیک محاسبه شده در :

با استفاده از این واحدهای اندازه گیری، ضریب میزان جریان Kv نشان دهنده میزان جریان (بر حسب لیتر) آب در سراسر شیر با افت فشار 1 بار است.

این اندازه‌گیری ها با استفاده از مدار استاندارد شده زیر انجام می‌شود که درگاه‌های اتصال بر اساس اندازه سوراخ داخلی لوله روی آن قرار می‌گیرند (VDE/VDI 2173) .

 

در ادامه مبحث اصول پنوماتیک پایه به مدار هیدرولیک میپردازیم :

مدار هیدرولیک :

در برخی موارد سرعت جریان بر حسب m³/h اندازه گیری می شود که با Kv اندازه گیری شده مطابقت دارد .

برای به دست آوردن Kv بیان شده در  :

کافی است مقدار Kv بیان شده در این فرمول ضرب کنیم :

 

با ضریب .16,66 :

ضریب kv برای بیان میزان جریان سیالات کاملاً مناسب است اما فقط در مورد هوای فشرده مقادیر تقریبی می دهد و تجربیات به دست آمده در محیط های هیدرولیک را می توان در زمینه پنوماتیک استنباط کرد و با در نظر گرفتن تفاوت در چگالی و با این فرض که جریان هوا افت فشار و کاهش جریان مشابه آب را ایجاد می کند.

بنابراین می توان مقادیر قابل اعتماد برای هوای فشرده را با استفاده از ضرایب جریان Kv به دست آمده از آزمایشات با آب محاسبه کرد.

 

برای تعریف میزان جریان Qn از طریق یک شیر در فشار ورودی مطلق ثابت p1، بدون توجه به نوسانات فشار مطلق پایین p2، به معادله زیر مراجعه کنید:

که در آن:

Qn : میزان جریان در حجم 1 بر دقیقه  است.

Kv : ضریب هیدرولیک است:

Tn : دمای مرجع مطلق است.

T1 : دمای مطلق ورودی بر حسب درجه K است.

P2 : فشار مطلق پایین بر حسب بار است.

DP : افت فشار p1-p2 بر حسب بار است.

 

برای مقادیر پایین :

p2 : میزان جریان ثابت در نظر گرفته می‌شود که مطابق با نرخ جریان صوتی ( Q*n ) است که با معادله زیر بدست می آید

میزان جریان اسمی :

میزان جریان اسمی حجم جریانی است (در شرایط عادی) که از شیری با فشار بالا p1=6 bar فشار مطلق 7 بار) و افت فشار 1 بار، متناظر با فشار نسبی پایین p2 of 5 bar عبور می‌کند. فشار مطلق 6بار).

به طور معمول میزان جریان اسمی بر حسب 1 در دقیقه بیان می شود .

میتوانیم از یک منحنی جریان که برای فشار بالای 6 بار ترسیم شده باشد نتیجه گیری کنیم .

میزان جریان اسمی می‌تواند برای ارزیابی اولیه عملکرد شیرهای مختلف مفید باشد، اما در واقع تنها در صورتی می‌توان از آن استفاده کرد که شرایط کاری مانند آنچه قبلا ذکر شد باشد.

برای اینکه بتوان خصوصیات شیر را که در ضرایب مختلف بیان می شود مقایسه کرد، می توان از معادلات تبدیل استفاده کرد.

با توجه به ضریب C و b می توان میزان جریان اسمی را با استفاده از رابطه زیر تعیین کرد:

همبستگی بین ضریب هیدرولیک KV و میزان جریان اسمی مربوطه به شرح زیر است:

___________________________________________________________________________________________________

منهنی های میزان جریان :

نمودار هایی که اینجا برای مثال اومده به میزان جریان Q ( NI/min ) کلیه موارد شیر ها و شیر برقی در ارتباط با

فشار ورودی P (حداکثر فشار) از 3-4-5-6 و 7 بار (بصورت نسبی) اشاره میکند.

روی نمودار Q برابر است با مختصات 2 .

P2 (فشار پایین به صورت نسبی) بر روی مختصات برابر X میباشد.

زمانی که فشار های P1 و P2 شناسایی میگردد، یک خط موازی محور مختصات Y از P2 در تقاطع با منحنی P1 انتخابی ترسیم نمایید.

از این نقطه، یک خط موازی محور مختصات X رسم کنید تا به Q در محور مختصات Y برسید و مقدار را بخوانید.

در نمودار های مختلفی، میزان جریان اسمی ( Q ) را نشانم داده اییم و در جدول مقدار آن را نوشتیم که متناسب با فشار ( P1=6 ) و  ( P2= 5  ) و افت فشار در P=1∇  ارائه شده است.

بنا بر انجام محاسبات میزان متوسط ، از فرمول زیر استفاده میشود و بنابر این برابر :  Q=C.P1

نشانگر ( C ) در جداولی که ( Q ) در ( NI/sec ) نشان داده شده میباشد .

نتیجه :

در نتیجه برای مقایسه دو میزان جریان در NI/min نتیجه را در 60 ضرب میکنیم و اطمینان پیدا میکنیم که P1 در حالت مطلق باشد.

(فشار متعدد 1+ )

_______________________________