Đồ án Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG -------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT MÁY NÉN KH Í PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN Sinh viên thực hiện :  Hồ Mạnh Cường   Lớp :  05C4B   Giáo viên hướng dẫn :  TS. Phạm Thị Kim Loan   Giáo viên duyệt :  KS. Phan Thành Long   Đà Nẵng – 2010 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ---((--- KHOA : CƠ KHÍ GIAO THÔNG BỘ MÔN : THỦY KHÍ - MÁY THỦY KHÍ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : HỒ MẠNH CƯỜNG Lớp : 05C4B Khóa: 2005-2010 Ngành : Cơ Khí Động Lực. Giáo viên hướng dẫn : TS. PHẠM THỊ KIM LOAN 1.Tên đề tài: KHẢO SÁT MÁY NÉN KHÍ PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN. 2.Các số liệu ban đầu: Các số liệu lấy từ mô hình máy nén piston FUSHENG TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén. 3.Nội dung các phần thuyết minh: - Mục đích - ý nghĩa của đề tài. - Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. - Khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén. - Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. + Các quá trình cơ bản của máy nén. + Lưu lượng của máy nén TA80. + Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80. + Tỷ số nén cho phép. + Tính toán làm mát. + Tính lực tác dụng lên piston và xylanh. - Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80. - Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh. 4. Các bản vẽ. Bản vẽ 1: Đồ thị các quá trình làm việc của máy nén khí (A3) Bản vẽ 2: Van tiết lưu. (A3) Bản vẽ 3: Van điều chỉnh áp suất (A3) Bản vẽ 4: Van an toàn. (A3) Bản vẽ 5: Piston. (A3) Bản vẽ 6: Thanh truyền. (A3) 5. Cán bộ hướng dẫn : TS. PHẠM THỊ KIM LOAN 6. Ngày giao nhiệm vụ : ....../......./2010 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : ....../......./2010 Thông qua bộ môn Ngày .… tháng..... năm 2010 Ngày .… tháng..... năm 2010 Tổ trưởng bộ môn Cán bộ hướng dẫn TS. PHẠM THỊ KIM LOAN TS. PHẠM THỊ KIM LOAN Kết quả đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn. Ngày .… tháng .… năm 2010 Ngày …. tháng …. năm 2010 Chủ tịch hội đồng MỤC LỤC Lời nói đầu 4 1. Mục đích ý nghĩa của đề tài. 5 1.1. Mục đích, ý nghĩa. 5 1.2. Khả năng ứng dụng. 5 2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. 8 2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén. 8 2.2. Tổng quan về máy nén khí. 9 2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. 9 2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén. 10 2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp. 18 2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén. 18 2.2.5. Các thiết bị xử lý. 20 2.2.6. Các thiết bị phân phối . 26 2.2.7. Các thiết bị trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. 29 3. Khảo sát máy nén khí piston T80 tại phòng thí nghiệm máy nén. 32 3.1. Giới thiệu chung. 32 3.1.1. Phạm vi sử dụng của máy nén khí piston FUSHENG TA80. 32 3.1.2. Nguyên lý làm việc của máy nén khí piston FUSHENG TA80. 33 3.1.3. Thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. 35 3.2. Các chi tiết thuộc máy nén TA80. 35 3.2.1. Thân máy. 35 3.2.2. Trục khuỷu. 36 3.2.3. Thanh truyền. 36 3.2.4. Xylanh. 37 3.2.5. Van nạp và van xả (van khí). 38 3.2.6. Hệ thống làm mát. 38 3.2.7. Hệ thống bôi trơn. 39 3.2.8. Hệ thống điều chỉnh lưu lượng. 39 3.2.9. Hệ thống điều chỉnh áp suất . 40 4. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén TA80. 40 4.1. Các quá trình cơ bản của máy nén TA80. 40 4.1.1. Quá trình lý thuyết. 40 4.1.2. Quá trình thực. 42 4.2. Lưu lượng của máy nén TA80. 44 4.3. Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80. 46 4.4. Tỷ số nén cho phép. 50 4.5. Tính toán làm mát cho máy nén piston TA80. 51 4.5.1. Lưu lượng của không khí làm mát. 52 4.5.2. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị làm mát. 53 4.6. Tính lực tác dụng lên piston và xylanh: 54 5. Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80. 58 5.1. Cách lắp đặt. 58 5.1.1. Công tác chuẩn bị trước khi lắp đặt. 58 5.1.2. Lắp đặt thân máy. 59 5.1.3. Lắp đặt động cơ. 59 5.1.4. Lắp đặt thanh truyền vào piston . 60 5.1.5. Lắp đặt thanh truyền vào trục khuỷu. 60 5.1.6. Lắp đặt ống nối trung gian và xylanh. 60 5.1.7. Giá trị sai số cơ cấu khi lắp đặt (mm). 61 5.1.8. Chú ý khi lắp đặt thiết bị thuộc máy nén khí và đường ống. 61 5.2. Vận hành máy nén TA80. 61 5.2.1. Vận hành không tải. 61 5.2.2. Thổi sạch máy nén khí, máy phụ trợ và hệ thống đường ống dẫn khí. 62 5.2.3.Chạy thử có tải . 63 5.2.4. Dừng máy nén khí. 64 5.2.5. Duy tu máy nén khí khi vận hành. 65 5.3. Tháo và lắp máy nén khí. 65 5.3.1. Những điều cần biết khi tháo. 65 5.3.2. Trình tự tháo. 66 5.3.3. Những chú ý khi lắp ghép. 66 5.4. Sửa chữa các chi tiết chủ yếu của máy nén khí. 67 5.4.1. Sửa chữa khối xylanh. 67 5.4.2. Sửa chữa piston. 67 5.4.3. Thay xécmăng. 68 5.4.4. Sửa chữa thanh truyền. 69 5.4.5. Sửa chữa trục khuỷu. 69 6. Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh. 69 6.1. Các bề mặt làm việc bị đốt nóng. 70 6.2. Yêu cầu an toàn khi sử dụng máy nén. 71 Tài liệu tham khảo 73 Lời nói đầu Nước ta là một nước đang phát triển, cùng với sự phát triển nền kinh tế thị trường đang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, ngành công nghiệp đang thay đổi một cách nhanh chóng và là một trong những ngành chủ đạo trong mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp hoá hiện đại hoá trong tương lai. Công nghệ khí nén được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim; hoá chất; cơ khí; xây dựng; giao thông vận tải v.v. Để đáp ứng khí nén cho tất cả các ngành kinh tế thì ngành chế tạo máy nén khí ra đời và phát triển rất nhanh. Do đó khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén chính là đề tài mà em chọn làm đồ án tốt nghiệp đại học. Em xin cảm ơn nhà trường cùng khoa Cơ Khí Giao Thông đã tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình học tập của em, em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo của cô giáo Phạm Thị Kim Loan và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Cơ Khí Giao Thông trong quá trình làm đồ án tốt nghiêp. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, ngoài việc vận dụng kiến thức đã học ở nhà trường, kiến thức trong quá trình thực tập tốt nghiệp và các tài liệu liên quan chắc chắn trong đồ án còn nhiều thiếu sót em mong được sự góp ý và giúp đỡ thêm của quý thầy cô. Đà Nẵng, ngày…..tháng….năm 2010 Sinh viên thực hiện Hồ Mạnh Cường 1. Mục đích ý nghĩa của đề tài. 1.1. Mục đích, ý nghĩa. Khảo sát máy nén khí nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm lại các thông số của máy nén, tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của máy, cách vận hành lắp đặt, bảo quản và xử lý sự cố của máy nén. Ngoài ra còn tiếp cận với các ứng dụng và công nghệ sử dụng khí nén. Hiện nay đất nước đang phát triển mạnh mẽ, đang từng bước chuyển mình và tương lai sẽ trở thành một nước công nghiệp phát triển. Do vậy ngành công nghiệp là ngành chủ đạo cho một nước phát triển. Để phục vụ cho phát triển công nghiệp thì các ngành phụ trợ cũng phát triển không ngừng. Sản xuất máy nén khí là một trong số các ngành phụ trợ đó. Máy nén khí được dùng rất phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp, trong những ngành công nghiệp nhẹ cũng như công nghiệp nặng. Máy nén khí đang khảo sát là máy nén FUSHENG TA80, là loại máy nén khí kiểu piston được đặt tại phòng thí nghiệm máy nén. Khảo sát máy nén giúp cho em là một sinh viên ngành động lực biết nhìn nhận đánh giá và củng cố lại những kiến thức đã học. Tạo cho em một cách nhìn tổng quát về một vấn đề liên quan trực tiếp đến kiến thức mà mình được trang bị. 1.2. Khả năng ứng dụng. Không khí nén là một dạng năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim, hoá chất, cơ khí xây dựng, giao thông vận tải, nông nghiệp… Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong lĩnh vực điều khiển như trong các thiết bị phun sơn, các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa và nhất là sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, lắp ráp các chi tiết máy bằng đai ốc. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra các thiết bị của lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hoá chất. Trong các lĩnh vực mà con người không trực tiếp điều khiển do không an toàn thì người ta có thể bố trí bằng hệ thống điều khiển bằng khí nén để thay thế con người. Hình 1-1 Máy gắp sản phẩm bằng khí nén Hình 1-2 Hệ thống nâng bảo dưỡng xe Trong hệ thống truyền động, hệ thống khí nén sử dụng trong: a, Các thiết bị máy va đập, các thiết bị máy móc sử dụng trong lĩnh vực khai thác như: khai thác đá, khai thác than. Trong các công trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm… b, Hệ thống khí nén có thể được phân loại tùy theo cách truyền động. +Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ đồ gá kẹp, thiết bị đóng gói. Trong các loại máy gia công gỗ, hệ thống phanh hãm của ô tô…. +Truyền động quay: Truyền động quay sử dụng năng lượng bằng khí nén ít được sử dụng vì tốn kém hơn rất nhiều so với các dạng năng lượng khác nếu cùng công suất. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng công suất thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Tuy nhiên động cơ quay bằng năng lượng khí nén lại có thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất. Ngày nay ứng dụng của khí nén rất rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau, ta có sơ đồ ứng dụng hệ thống khí sau :
Hình 1-3 Sơ đồ ứng dụng hệ thống khí 2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. 2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén. Phòng thí nghiệm máy nén thuộc khoa Cơ Khí Giao Thông, Trường ĐHBK Đà Nẵng, được xây dựng vào năm 2008 với sự đầu tư của công ty FUSHENG. Phòng thí nghiệm máy nén nằm trong khu vực xưởng cơ khí và các phòng thí nghiệm khác của khoa Cơ Khí Giao Thông. Với sự đầu tư khá chu đáo của công ty FUSHENG, hiện nay tại phòng thí nghiệm máy nén có giàn trang thiết bị với đầy đủ các trang thiết bị cơ bản phục vụ cho đào tạo, nghiên cứu… Các trang thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm : -Máy nén khí piston. -Máy nén khí trục vít. -Hệ thống thí nghiệm truyền động thuỷ lực. -Các mô hình thiết bị cắt bổ chi tiết bên trong máy... Mục đích chính của phòng thí nghiệm : nhằm giúp sinh viên nắm vững phương pháp, hiểu rõ thêm về lý thuyết, hướng dẫn cho sinh viên sử dụng các thiết bị mô phỏng, nâng cao kiến thức, đồng thời giúp sinh viên tiếp cận sát hơn với thực tế . 2.2. Tổng quan về máy nén khí. 2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. * Ưu điểm: − Không khí nén có tính đàn hồi, trong suốt, không độc hại, khó bén lửa, không bị lắng đọng, và không khí có vô tận trong thiên nhiên. − 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 đảm bảo môi trường sạch vệ sinh. − 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, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao. − Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí cho nên có thể trích chứa khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. − Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống ít. − Chi phí thấp để thiêt lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp các hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn. − Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo. * Nhược điểm: − 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. − Hệ thống truyền động bằng khí nén có lực truyền tải trọng thấp. − Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn cho nên không thực hiện nhưng chuyển động thẳng hoặc quay đều. − Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn, làm ảnh hưởng dến sức khỏe con người. − Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ hoặc điện, điện tử. 2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén. 2.2.2.1. Thành phần hoá học của khí nén. Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển được hút vào và nén trong máy nén khí. Sau đó khí nén từ máy nén khí được đưa vào hệ thống khí nén. Không khí là loại khí hỗn hợp bao gồm những thành phần chính sau: Bảng 2-1 Các thông số thống kê Loại khí  N2  O2  Ar  CO2  H2   Thể tích %  78,08  20,95  0,93  0,03  0,01   Khối lượng%  75,51  23,01  1,286  0,04  0,001   Ngoài những thành phần trên, trong không khí còn có hơi nước, bụi…chính những thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén sự ăn mòn, sự gỉ, phải cần có biện pháp hay thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn mức thấp nhất những thành phần trong hệ thống. 2.2.2.2. Độ ẩm không khí. Khí quyển là hỗn hợp của không khí và hơi nước. Theo định luật Dalton, áp suất toàn phần của khí hỗn hợp là tổng của các áp suất riêng phần. Khi nước được dẫn vào một không gian kín có chứa không khí, nước sẽ bốc hơi cho đến chừng nào hơi nước đạt được áp suất bão hoà
, áp suất P của khí hỗn hợp không gian kín đó, theo Dalton l à : P=Pkk+
(2.1) Trong đó : P áp suất toàn phần (khí hỗn hợp: hơi nước và không khí ) Pkk áp suất riêng phần (áp suất của không khí khô)
áp suất riêng phần (áp suất của hơi nước bão hoà) Lượng nước bốc hơi cần thiết (
)để đạt được áp suất bảo hoà (
) chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và lượng không khí, chứ không phụ thuộc váo áp suất của không khí. Lượng hơi nước chứa nhiều nhất (tính bằng g) trong 1 kg không khí gọi là lượng ẩm bảo hoà
[g/kg]. Độ ẩm tương đối không khí được biểu thị dưới dạng % của tỷ số lượng ẩm tuyệt đối và lượng ẩm bảo hoà. Độ ẩm tương đối
(2.2) Trong bảng 2-1 cho ta biết được lượng hơi nước chứa nhiều nhất (lượng ẩm bảo hoà) trong 1kg không khí ở những nhiệt độ khác nhau. Điểm hoá sương là điểm mà tại đó lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo hoà. Nhiệt độ hoá sương là nhiệt độ cần thiết để lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo hoà. Khi nhiệt độ làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ điểm hoá sương, thì quá trình ngưng tụ sẽ được thực hiện. Áp suất điểm hoá sương là áp suất tại điểm hoá sương. Bảng 2-2 Bảng các thông số chọn. Nhiệt độ [
c]  -10  0  5  10  20  30  50  70  90  100   Lượng ẩm bảo hoà [g/kg]  1,62  3,82  5,47  7,7  14,88  27,55  87,52  152,7  409,1  409,21   2.2.2.3. Phương trình trạng thái: Chúng ta đã biết trạng thái tĩnh của chất khí được đặc trưng bởi áp suất, trọng lượng riêng (hay khối lượng riêng) và nhiệt độ - gọi là các thông số trạng thái. Sự thay đổi trọng lượng riêng của chất khí lý tưởng khi áp suất hay nhiệt độ thay đổi được biểu diễn bởi phương trình trạng thái Klaperôn- Menđêleep:
(2.3) Trong đó:
- trọng lượng riêng của chất khí ;
- khối lượng riêng; g- gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 p- áp suất ; T- nhiệt độ tuyệt đối; R- hằng số chất khí Như vậy, trọng lượng riêng là hàm số của áp suất và nhiệt độ. Tuỳ theo tính chất chuyển động của dòng khí ta sẽ được các mối liên hệ khác nhau đơn giản hơn giữa các thông số của chúng, nghĩa là mối liên hệ đó phụ thuộc vào các quá trình chuyển động. Trong kỹ thuật thường gặp các quá trình sau đây: - Quá trình đẳng áp: áp suất không đổi (p= const) - Quá trình đẳng nhiệt : T= const. Lúc đó phương trình trạng thái có dạng:
cosnt = C hay p = C
. - Quá trình đoạn nhiệt: chất khí trong quá trình chuyển động không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh. Ta có biểu thức:
const =C, hay p=C
, (2.4) Trong đó: k =
- chỉ số đoạn nhiệt, đối với không khí k= 1,4. CP - nhiệt dung đẳng áp. CV - nhiệt dung đẳng tích. Từ các phương trình trên suy ra các biểu thức sau đây cho hai mặt cắt của dòng chảy:
(2.5a)

(2.5b) - Quá trình đa biến: Sự liên hệ giữa áp suất và trọng lượng riêng có dạng:
const =C hay p= C
Trong đó: n - chỉ số của quá trình. n = 1: quá trình đẳng nhiệt. n = k: quá trình đoạn nhiệt. 2.2.2.4. Phương trình dòng chảy. +Phương trình liên tục Phương trình liên tục cho chất khí viết dưới dạng tổng quát :
=0 Phương trình liên tục của chất khí chuyển động một chiều (theo trục x chẳng hạn) sẽ có dạng:
Từ đó ta suy ra phương trình liên tục cho dòng nguyên tố chất khí chuyển động dừng (như trong ống), gọi là phương trình lưu lượng trọng lượng: lưu lượng trọng lượng trong mọi mặt cắt dọc theo ống dòng không đổi: G=
=const (2.6) Hay là
Trong đó : G- lưu lượng trọng lượng. Q- lưu lượng thể tích.
- trọng lượng riêng của chất khí. v- vận tốc của chất khí.
- tiết diện của mặt cắt
Hình 2-1. Dòng chảy liên tục +Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng chuyển động dùng cho hai mặt cắt có dạng:
, (2.7) Hay là
const Vì chất khí có trọng lượng riêng nhỏ nên trong các phương trình Bernulli thường bỏ qua đại lượng z. 2.2.2.5. Lưu lượng khí nén qua khe hở. Để tính toán các thiết bị điều khiển bằng khí nén một cách dễ dàng, ta giả thiết như sau : - Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra chậm, như vậy thời gian trao đổi nhiệt được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đẳng nhiệt. - Quá trình thực hiện trong hệ thống xẩy ra nhanh, như vậy thời gian trao đổi nhiệt không được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đoạn nhiệt. Lưu lượng khối lượng khí
qua khe hở được tính như sau:
[kg/s] (2.8) hoặc
[m3/s] (2.9) Trong đó :
: hệ số lưu lượng.
: hệ số giãn nở.
: Diện tích mặt cắt của khe hở .
=
[m2] ;
= (p1-p2) Áp suất trước và sau khe hở [N/m2].
: Khối lượng riêng của không khí [kg/m3]. Hệ số lưu lượng
phụ thuộc vào dạng hình học của khe hở như bướm tiết diện vòi phun hay ống mao dẫn (hệ số co rút
) và hệ số vận tốc
:
(2.10) 2.2.2.6. Tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. Tính toán chính xác tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén là một vấn đề rất phức tạp. Ta chỉ xét tổn thất áp suất của hệ bao gồm: - Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (
) - Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (
) - Tổn thất áp suất trong các loại van (
) a. Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (
) Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng được tính như sau :
=
[N/m2] (2.11) Trong đó:
[m] : Chiều dài ống dẫn .
=1,2 [kg/m3] Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn .
[kg/m3] Khối lượng riêng của không khí.
=1.013.105 [N/m2] Áp suất trong trạng thái tiêu chuẩn. v [m/s] : Vận tốc của dòng chảy (v =
/
). d [m] : Đường kính ống dẫn.
:Hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re
)
[m2/s] : Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn . b. Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (
) Trong hệ thống ống dẫn, ngoài ống dẫn thẳng còn có ống dẫn có tiết diện thay đổi, dòng khí phân nhánh hoặc hợp thành, hướng dòng thay đổi…Tổn thất áp suất trong những tiết diện đó được tính như sau:
=
(2.12) Trong đó:
Hệ số cản, phụ thuộc vào loại tiết diện ống dẫn, số Reynold c : Tổn thất áp suất trong các loại van (
) Tổn thất áp suất trong các loại van
(trong các loại van đảo chiều ,van áp suất, van tiết lưu…) tính theo:
[N/m2] (2.13) Trong công nghiệp các phần tử khí nén, hệ số cản
là đại lượng đặc trưng cho các van. Thay vì hệ số cản
, một số nhà chế tạo dùng một đại lượng, gọi là hệ số lưu lượng kv, là đại lượng được xác định bằng thực nghiệm. Hệ số lưu lượng kv là lưu lượng chảy của nước chảy của nước [m3/h] qua van ở nhiệt độ T =278-303 [k], với áp suất ban đầu là p1=6.105 (N/m2) và có giá trị:
[m3/h] (2.14) Trong đó : qv [m3/h] : Lưu lượng khí nén .
[kg/m3] : Khối lượng riêng của không khí .
[N/m2] : Tổn thất áp suất qua van. d : Tổn thất áp suất tính theo chiều dài ống tương đương . Do tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng, trong ống dẫn có tiết diện thay đổi hoặc trong các loại van đều phụ thuộc vào hệ số
, cho nên có thể tính tổn thất áp suất thông qua đại lượng chiều dài ống dẫn tương đương .
Hình 2-2.Chiều dài tương đương
Từ đó, chiều dài ống dẫn tương đương :
(2.15) Như vậy tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn là:
(2.16) 2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp. Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã có các loại máy thổi khí dung trong sản xuất đồng và sắt, kể cả máy thổi khí chạy bằng sức nước. Tới thế kỷ 18 máy nén piston xuất hiện và nửa đầu thế kỷ 19 các loại quạt ly tâm, hướng trục cũng đã ra đời cùng với sự xuất hiện của truyền động hơi nước và điện. Những năm gần đây công nghiệp chế tạo máy nén đã đạt được những thành tựu lớn: sản xuất ra những máy nén piston có năng suất hàng 10000 m3/h và áp suất tới hàng nghìn at, những máy nén ly tâm và máy nén trục vít có năng suất và áp suất cao cũng đã ra đời. Khuynh hướng phát triển của máy nén là giảm nhẹ khối lượng; tăng hiệu suất, tăng độ vững chắc khi làm việc, tự động hoá việc điều chỉnh năng suất và đảm bảo an toàn. Máy nén hiện đại có số vòng quay lớn, nối trực tiếp với động cơ. Trục khuỷu của máy thường là roto của động cơ. Máy được trang bị bộ phận điều chỉnh năng suất nhiều cấp hoặc vô cấp, đồng thời được trang bị các bộ phận bảo vệ, đảm bảo dừng máy khi không có dầu, không có nước làm nguội và khi nhiệt độ nén quá cao. 2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén. Nhiệm vụ của máy nén là tăng áp suất cho một chất khí nào đó và cấp đủ lưu lượng cho quá trình công nghệ khác; tạo ra sự tuần hoàn của lưu thể trong chu trình (máy lạnh) hoặc duy trì áp suất chân không (cô chân không, sấy thăng hoa) cho thiết bị khác, trong trường hợp này máy nén gọi là bơm chân không.