Лабораторная работа № 4 экспериментальное исследование потерь энергонасыщенности при циркуляции сжатого воздуха в элементах пневмомагистрали

Цель работы — экспериментально-аналитическая оценка потерь энергонасыщенности сжатого воздуха в зависимости от параметров, состояния трубопровода и его материала.

Необходимая литература, оборудование, инструмент, приборы: справочники, каталоги и справочные пособия; эксперименталь­ная установка, включающая в себя компрессорную станцию; эле­менты пневмомагистрали из разных материалов; сменные насад­ки; измерительные приборы.

Порядок выполнения работы:

сформулировать цели и задачи экспериментального исследова­ния;

разработать принципиальную схему экспериментальной уста­новки;

разработать методику проведения экспериментов;

оформить результаты экспериментов в виде таблиц;

сделать выводы по результатам проведенных эксперименталь­ных исследований;

оформить отчет.

Факторы, влияющие на потери энергонасыщенности сжатого

воздуха при его циркуляции. Атмосферный воздух в зависимости от конструкции компрессора, через который он проходит, сжимается (в среднем в соотношении 1:10) и при включенных потребителях циркулирует по пневмомагистрали. На пути циркуляции воздух преодолевает ряд препятствий (воздухопроводы, гибкие шланги, резьбовые и быстросъемные соединения, воздушные фильтры), которые тормозят его движение, поскольку сужают проходное сечение трубопровода. Все это ведет к потерям энергонасыщенности сжатого воздуха и падению давления на трение в пневмомагистрали.

Традиционно пневмоинструмент и окрасочная аппаратура про­изводственных участков автосервисных предприятий снабжаются сжатым воздухом (особенно на большие расстояния) с помощью металлических трубопроводов: в основном из оцинкованной или коррозионно-стойкой стали, алюминиевых профилей, медных сплавов, часто из пластика. Длинные гибкие шланги для этих целей обычно не применяются из-за их быстрого износа и возможности возникновения утечки.

Идеальным материалом для пневмомагистрали снабжения сжатым воздухом пневмоинструмента является полимер рислан, из которого изготовляют трубы, уголки и соединительную арматуру разного диаметра. Рислан обладает невысокой теплопроводностью и прекрасными механическими свойствами (гарантия на пневмомагистрали из этого материала — 50 лет), но довольно дорог.

Из отечественных материалов можно использовать поливинилхлорид. Трубы из этого пластика технологичны в обработке, обладают достаточной механической прочностью, к ним подобраны все современные разветвители и ответвители. При этом стоимость комплектующих примерно на 20 % выше, чем для трубопровода из оцинкованной стали.

Сопротивление потоку воздуха в пневмомагистрали в большой степени зависит от рабочего диаметра трубопровода. Диаметр должен быть больше, чем размер выходного штуцера компрессора или ресивера. Исходя из этого минимальные потери давления и энергии в пневмомагистрали будут при наибольшем внутреннем диаметре трубопровода и наименьшей его протяженности. Кроме того, радиус изгибов пневмомагистрали должен быть максимально возможным, маршрут трубопровода от компрессора до потребителей должен быть несложным, с минимальным числом изгибов, пересечений, врезок или соединений.

Рекомендации по выбору трубопроводов приведены в табл. 1.5. Важной характеристикой пневмомагистрали является ее техническое состояние, которое оценивается потерями воздуха на участках соединения трубопровода и в отверстиях, образовавшихся в результате коррозии металла. График на рис. 1.8 показывает, что зависимость потерь воздуха в трубопроводе от диаметра отверстия, через которое происходит утечка, носит нелинейный характер.

Р ис. 1.8. График зависимости потерь g воздуха в трубопроводе от диаметра d_отв отверстия, через которое происходит утечка при давлении воздуха в пневмосети 0,7 МПа

Принципиальная схема экспериментальной установки. В экспе­риментальной части лабораторной работы поставлены две задачи: определение потерь давления сжатого воздуха в зависимости от материала трубопровода и его протяженности и от состава обо­рудования компрессорной станции;

определение зависимости потерь воздуха из трубопровода от диаметра отверстия, через которое происходит утечка.

Оптимальные рекомендуемые диаметры трубопроводов

Характеристики компрессора		Диаметры трубопроводов, мм, при разной минимальной протяженности, м
Мощность, кВт	Подача воздуха, л/мин	Менее 20	20... 50	50... 150	150... 250
1,5...2,0	170... 250	20	—	—	—
2,2...4,0	340... 570	20	20	25	—
4,0...7,5	570... 1 100	20	25	32	32
7,5... 11,0	1 100... 1 750	25	25	32	50
11,0... 15,0	1750... 2 400	25	32	50	50

Экспериментальная установка (рис. 1.9), используемая в ла­бораторной работе, должна обеспечить решение поставленных задач. В реальных условиях проведения экспериментальных исследо­ваний схема такой установки может изменяться в зависимости от отсутствия того или иного оборудования.

Методика проведения экспериментов. Экспериментальную ус­тановку монтируют согласно схеме (см. рис. 1.9). Трубопроводы разной длины (10; 20 и 30 мм) собираются с помощью соедини­тельных муфт. В качестве материалов для трубопроводов использу­ется оцинкованная сталь, алюминиевые профили (стандартные) и поливинилхлорид.

Предварительно отключив вентилем 5 отводной патрубок для установки сопел 6 и обеспечив компрессором 1 рабочее давление в пневмомагистрали 0,6 МПа, снимают показания манометров 2 и 7 при включенном пневмоинструменте 10. По разнице показаний манометров судят о падении рабочего давления в пневмосети в зависимости от длины и материала трубопровода. Для подсоединения пневмоинструмента используются спиральные полиуретановые шланги 9 и быстрые разъемы 8 с разгрузочным клапаном.

Рис. 1.9. Схема экспериментальной установки:

1 — компрессор; 2 — входной манометр; 3 — соединительные муфты; 4 — сменные трубопроводы из различных материалов и разной длины L; 5 — вентиль; 6 — сменное сопло; 7 — выходной манометр; 8 — быстрый разъем с разгрузочным клапаном; 9 — спиральный полиуретановый шланг; 10 — пневмоинструмент

Используя трубопроводы 4 из разных материалов, соединяе­мые с оборудованием муфтами 3, определяют влияние материала на падение давления из-за трения воздуха в трубопроводе.

Аналогично, устанавливая сопла 6 разного диаметра и включая подачу давления вентилем 5, можно определить влияние диаметра отверстия, через которое происходит утечка воздуха из трубопровода, на величину потерь воздуха от утечки в стыках.

Обработка и оформление результатов экспериментов. Экспери­менты проводятся в два этапа.

Материал и диаметр* элемента пневмомагистрали	Протяженность трубопровода, м	Показания мано­метров (см. рис.1.9)			Падение рабо­чего давления в пневмосета, МПа
		2	7
Стальная оцинкованная труба	10
	20
	30
Алюминиевый профиль	10
	20
	30
Труба из поливинилхлорида	10
	20
	30

Первый этап — определение путем замеров падения рабочего давления воздуха в пневмомагистрали в зависимости от материала и протяженности трубопровода, а также от диаметра его элементов. Результаты замеров заносятся в специальную форму (табл. 1.6). Зависимость падения рабочего давления в пневмомагистрали от диаметра, протяженности и материала трубопровода

* Диаметр всех приведенных элементов пневмомагистрали составляет 20 мм.

Второй этап — определение зависимости расхода G воздуха на выходе из трубопровода за время t от диаметра отверстия, через которое происходит утечка воздуха.

Расход воздуха рассчитывается по формуле G = V_pec(p₁ - p₂)/(tp₀),

где G — расход воздуха, л/мин; V_pec — вместимость ресивера, л; p₁, р₂ — начальное и конечное давление по манометрам, МПа; t — время, мин, за которое давление в пневмомагистрали упало с р₁ до p₂ (время проведения эксперимента); р₀ — атмосферное давление, МПа.

Результаты эксперимента также заносятся в специальную фор­му (табл. 1.7).

Содержание отчета: наименование лабораторной работы;

перечень использованной литературы, материалов, оборудова­ния, инструмента;

описание экспериментальной установки; формулирование целей и задач исследования; методика проведения экспериментов; результаты экспериментов (в виде таблиц); выводы о зависимости потерь энергонасыщенности сжатого воздуха в пневмомагистрали (падения рабочего давления) от ма териала и диаметра элементов трубопровода, его протяженности и от состава оборудования компрессорной станции;

выводы о зависимости потерь воздуха в трубопроводе от диа­метра отверстия, через которое происходит утечка.