氣壓傳動(dòng)及控制

關(guān)于氣壓傳動(dòng)及控制壓力的單位：法定單位：Pa常用單位KPa,MPa,bar,Kgf/cm2

1KPa=1000Pa1MPa=1*106Pa1bar=1*105Pa1Kgf/cm2=0.981*105Pa一個(gè)大氣壓=1.013*105Pa（可以感性地體會(huì)到一個(gè)大氣壓的壓力氣體的壓力第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天壓力可用絕對(duì)壓力，表壓力和真空度來表示絕對(duì)壓力：相對(duì)于絕對(duì)真空的壓力。真空度：低于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱膲毫χ?。氣體的壓力表壓力：高出當(dāng)?shù)卮髿鈮旱膲毫χ担▔毫Ρ盹@示的壓力）。第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天表壓力絕對(duì)壓力真空度絕對(duì)壓力當(dāng)?shù)卮髿鈮篜=Pa絕對(duì)真空P=0在公式的計(jì)算中一般用絕對(duì)壓力，有些經(jīng)驗(yàn)公式也用表壓力和真空度。（千萬不要搞錯(cuò)）。在工程實(shí)際中常用表壓力和真空度。氣體的壓力第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天華氏溫度℉，用tF表示氣體的溫度溫度的單位熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）用K表示攝氏溫度℃,用t表示,t=T-273.15第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天理想氣體狀態(tài)方程：

p——絕對(duì)壓力（Pa）；v——比容（m3/kg）；R——?dú)怏w常數(shù)（J/Kg·K）；T——絕對(duì)溫度（K）氣體的狀態(tài)及狀態(tài)方程氣體的狀態(tài)參數(shù)有哪些？壓力、溫度、密度氣態(tài)狀態(tài)發(fā)生變化，實(shí)際上就是氣體的狀態(tài)參數(shù)發(fā)生改變。氣體狀態(tài)的變化符合氣態(tài)狀態(tài)方程。第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天氣體的狀態(tài)及狀態(tài)方程氣體發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)不可能只有一個(gè)狀態(tài)參數(shù)變化，而其他兩個(gè)參數(shù)不變。通過狀態(tài)方程可以知道：知道了兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)就可以知道另外一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天氣體狀態(tài)變化過程氣體作為氣動(dòng)系統(tǒng)的工作介質(zhì)，在能量傳遞過程中其狀態(tài)是要發(fā)生變化的。這里所說的狀態(tài)變化是指壓力p、比容v、溫度T三狀態(tài)參數(shù)變化。

將氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2可以有附加限制條件地簡(jiǎn)化為的四種過程：等壓過程、等容過程、等溫過程、絕熱過程。把不附加條件限制，往往更接近實(shí)際的變化過程稱為多變過程。第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等壓過程p—v曲線變化過程符合：氣體狀態(tài)變化過程–等壓過程氣體在保持壓力p不變的條件下，從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，溫度由T1變化到T2，比容由v1變化到v2稱為等壓變化過程。第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等容過程p—v曲線變化過程符合：氣體狀態(tài)變化過程–等容過程氣體在容積保持不變的條件下，由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，其溫度由T1變化到T2，壓力由p1變化到p2稱為等容變化過程第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等溫過程p—v曲線變化過程符合：p1v1＝p2v2＝RT＝常數(shù)氣體狀態(tài)變化過程–等溫過程氣體在保持溫度不變的條件下，由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，其壓力由p1變化到p2，比容由v1變化到v2的過程稱為等溫變化過程第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天絕熱過程p—v曲線變化過程符合：k——絕熱指數(shù)，對(duì)不同氣體有不同值，空氣為1.4氣體狀態(tài)變化過程–絕熱過程氣體在狀態(tài)變化過程中，與外界無熱量交換，稱這種變化過程為絕熱過程第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天變化過程符合：n為多變指數(shù)，它是一個(gè)0至+∞的數(shù)氣體狀態(tài)變化過程–多變過程不加任何附加條件的氣體狀態(tài)變化過程稱為多變過程，前面介紹的四種變化過程均為多變過程的特例。嚴(yán)格地講等溫和絕熱過程是不存在的，只是在工程實(shí)際中為計(jì)算方便而假設(shè)的變化過程。第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天氣體狀態(tài)變化過程前四種過程是多變過程的特例，表現(xiàn)在指數(shù)n不同：n＝0時(shí)，p＝常數(shù)（等壓過程）n＝∞時(shí)，v＝常數(shù)（等容過程）n＝1時(shí)，T＝常數(shù)（等溫過程）n＝k時(shí)，pvk＝常數(shù)（絕熱過程）在氣動(dòng)系統(tǒng)中，氣體的變化是一個(gè)多變過程，n一般在1-1.4之間發(fā)生變化。在計(jì)算中，常假設(shè)經(jīng)過節(jié)流口的流動(dòng)為絕熱過程，在管路和氣缸中的流動(dòng)為等溫過程。第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和基準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)指溫度為20℃、相對(duì)濕度為65%、壓力為0.1MPa時(shí)空氣的狀態(tài)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，空氣的密度ρ=1.185kg/m3。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單位后面可標(biāo)注(ANR)，如標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣流量是30m3/h，可寫成30m3/h(ANR)?；鶞?zhǔn)狀態(tài)指溫度為20℃、壓力為1.013*105Pa的干空氣的狀態(tài)?；鶞?zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度1.293kg/m3。第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天什么叫濕空氣：自然界中的空氣基本上都是濕空氣，這是因?yàn)樵诘厍蛏?，江河湖海中的水不斷地蒸發(fā)到空氣中，空氣中或多或少都含有水蒸氣，把這種含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣。濕空氣第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天濕空氣和氣動(dòng)系統(tǒng)有什么關(guān)系？在氣動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)空氣壓縮機(jī)將濕空氣壓縮成壓縮空氣時(shí)，其相對(duì)濕度會(huì)增大很多，壓縮空氣冷卻時(shí)/后，會(huì)有大量的水滴凝結(jié)出來。假如系統(tǒng)中的空氣含有液態(tài)的水滴，會(huì)使氣動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命有很大的影響。因濕度大的空氣會(huì)使氣動(dòng)元件腐蝕生銹，潤(rùn)滑劑稀釋變質(zhì)等。為保證氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作，在壓縮機(jī)出口處要安裝冷卻器，使壓縮空氣中的水蒸氣凝結(jié)析出，在貯氣罐出口處安裝空氣干燥器，進(jìn)一步消除空氣中的水分。濕空氣第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天注意：在氣罐下面要安裝排水器，定期排水。很多人在使用時(shí)不注意，導(dǎo)致氣罐內(nèi)積存了大量的水。即使在系統(tǒng)中加了干燥器，但是如果系統(tǒng)中氣缸和管路匹配不好的話，也會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)行過程中出現(xiàn)水滴，并逐漸積累，這也就是常說的結(jié)露現(xiàn)象。濕空氣第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天用什么來衡量濕空氣中含有多少水分？絕對(duì)濕度：每立方米的濕空氣中，含有水蒸氣的質(zhì)量稱為濕空氣的絕對(duì)濕度。用χ表示。（不形象）相對(duì)濕度：在同一溫度下，濕空氣中水蒸氣分壓ps和飽和水蒸氣分壓pb的比值稱為相對(duì)濕度，用φ表示。（形象）濕空氣第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天一般空氣的相對(duì)濕度在0～100%之間，100%時(shí)達(dá)到飽和狀態(tài)。濕空氣大多是處于未飽和狀態(tài)，相對(duì)濕度很清楚地表明了濕空氣繼續(xù)吸收水分的能力和離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)近。氣動(dòng)系統(tǒng)中元件使用的工作介質(zhì)的相對(duì)濕度不得大于95%，當(dāng)然希望越小越好。濕空氣第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天露點(diǎn)溫度：在一定的空氣壓力下，逐漸降低空氣的溫度，當(dāng)空氣中所含水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，開始凝結(jié)成水滴時(shí)的溫度叫做空氣在該空氣壓力下的露點(diǎn)溫度。工業(yè)生產(chǎn)中常用露點(diǎn)溫度是衡量空氣中所含水分。露點(diǎn)分為大氣壓露點(diǎn)和壓力露點(diǎn)。大氣壓露點(diǎn)是指在大氣壓下的水分凝結(jié)溫度。壓力露點(diǎn)是指在一定壓力下的水分凝結(jié)溫度。壓力不同，空氣的露點(diǎn)也不同。也可以表示空氣干燥器的干燥能力。濕空氣第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天濕空氣–露點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)換表第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天在氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型過程中，流過閥口和管路的流量是一個(gè)很重要的參數(shù)。那么這個(gè)流量是如何計(jì)算的？首先理解氣體等熵通過漸縮噴管時(shí)的流量。借鑒氣體等熵通過漸縮噴管的流量公式給出流過氣動(dòng)元件的流量公式。對(duì)應(yīng)不同的過流能力表示方法，給出相應(yīng)的流量公式。氣體的流量及過流能力第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天注意：流量分為質(zhì)量流量和體積流量，不要搞混。在這里給出的流量公式均為質(zhì)量流量。體積流量和壓力有關(guān)，常用的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。要轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積流量只需要將質(zhì)量流量除以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度即可。氣體的流量及過流能力第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天氣體等熵通過漸縮噴管時(shí)的流量當(dāng)時(shí)（亞音速）：當(dāng)時(shí)（音速）：P1,T1u1=0P2,A2u2氣體的流量及過流能力第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天氣體通等熵通過漸縮噴管的流量曲線0.5281P2/P1qm0音速流亞音速流氣體的流量及過流能力第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天實(shí)際氣體流過氣動(dòng)元件時(shí)，由于其內(nèi)部流道較復(fù)雜，流動(dòng)損失不能忽略。實(shí)際通過元件的質(zhì)量流量小于理論流量，設(shè)流量系數(shù)Cd是實(shí)際流量與理論流量之比，則實(shí)際流量為：當(dāng)時(shí)（亞音速）：當(dāng)時(shí)（音速）：氣體的流量及過流能力第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天在實(shí)際中往往用有效截面積S來表示氣動(dòng)元件的過流能力。假設(shè)有一個(gè)最小截面積為S的收縮噴管，流動(dòng)處于壅塞狀態(tài)時(shí)，其質(zhì)量流量為qm;若被試氣動(dòng)元件于上述噴管處于相同的入口總參數(shù)（壓力，溫度），流動(dòng)也處于壅塞狀態(tài)時(shí)，且流過的質(zhì)量流量也為qm，這時(shí)稱S值就是該元件的等效截面積。用S來計(jì)算氣動(dòng)元件流量的計(jì)算公式為：當(dāng)時(shí)（亞音速）：當(dāng)時(shí)（音速）：氣體的流量及過流能力第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天在氣動(dòng)系統(tǒng)中還常用流通能力Cv來代表氣動(dòng)元件的流通能力。Cv值的定義是：流量系數(shù)Cv是閥全開時(shí)，以60F（約15.6℃）的清水，在閥前后壓差保持為1PSi（約為0.007MPa）流經(jīng)閥的流量值。Cv值為1，表示壓力降為1PSi，通過閥的水的流量為1U.S.gal/min（1U.S.gal/min=3.785l/min）。S和Cv值的關(guān)系為：氣體的流量及過流能力第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天由于氣動(dòng)元件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同于漸縮噴管。這使流動(dòng)的音速和亞音速分界點(diǎn)不是壓力比為0.528的點(diǎn)。為解決這個(gè)問題，流量計(jì)算的新的發(fā)展趨勢(shì)是用聲速流導(dǎo)C和臨界壓力比b來計(jì)算描述氣動(dòng)元件的過流能力，并用這兩個(gè)參數(shù)來計(jì)算經(jīng)過元件的流量當(dāng)時(shí)，管內(nèi)為亞音速流當(dāng)時(shí)，管內(nèi)為