NTNU Institutt for Termisk Energi og Vannkraft Definèr begrepet konduktans, C, for en ventil, og beregn C for en 5/2 ventil som brukes til å styre sylinderen i a). Velg diameter

NTNU Institutt for Termisk Energi og Vannkraft

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAG 64182 PNEUMATIKK FREDAG 5. DESEMBER 1997

Oppgave 1 ( 15% ) a) Velg sylinder for et nettrykk på 6.3 bar. Kraften sylinderen må gi i minusretning er F=3500 N. Bruk belastningsgrad B = 0.80. Nødvendig stangdiameter er d = 32 mm. Svar:

BFF

FFB

Nv

tt

v= ⇒ = = =350008

4375.

( ) , pFA

AFp

NNcm

cmt t= ⇒ = =⋅

=4375

6 3 1069 44

2

2

,,

( )A D d DA

d c= − ⇒ =⋅

+ =⋅

+ =π

π44 4 69 44

3 143 2 9 931 2 2 2,

,, , m ,

Vi velger sylinder D=100 mm b) Bestem luftforbruket for sylinderen. Stempelet går en gang fram og tilbake pr.sek. Slaglengde s = 200 mm. Vi vil ha én ventil for å kjøre sylinderen fram og tilbake. Svar:

Q A spp

A spp

dms

a a= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ =− +0 0

3

1 1 69 44 20 7 3 78 5 20 7 3 1 21 6, , , , ,

L:\Undervisning2002\sio4052\TidligereEkamensopg\97des5.doc Side 1 av 12

d) Definèr begrepet konduktans, C, for en ventil, og beregn C for en 5/2 ventil som brukes til å styre sylinderen i a). Velg diameter på ledningen, når ventilen skal stå L = 2 m fra sylinderen. Diagram er gitt i Vedlegg 1. Svar: Gjennomstrømningskapasiteten, konduktansen, definerer vi slik:

Konduktansen CQ Nl s

barNl s bar

a= ⋅maks /

,( /

7 3)

- C Nl s bar= = ⋅21 599

7 32 95

,,

, ( / ) , Vi velger en 5/2 ventil med port dim. G=¼”

- Vi velger diameter på ledningen d = 8 mm. e) Foreslå en løsning som reduserer luftforbruket. Hint: Plusslaget trenger nesten ikke kraft. Svar Endre effektventilens forbindelser som vist, og plusslagets trykktluft forsynes gjennom en trykkreduksjonsventil.


Oppgave 2 ( 20 % ) a) Trykkluftkvalitet klassifiseres i ISO 8573. Denne standarden er i hovedsak rettet mot anleggets tekniske levetid. Forklar kort etter hvilke kriterier trykkluftkvaliteten klassifiseres. Svar Trykkluftkvaliteten betegnes som partikkelklasse/fuktighetsklasse/oljeklasse. For eksempel er anbefalt klasse ved håndtering av næringsmiddler er 2/2/1. Dette tilsvarer 1mg/m3 = partikler med størrelse 1 µm fuktighet som tilsvarer et duggpunkt på -20 oC

0.01 mg/m3 olje b) Beregn Mach-tallet for en luftstrøm med en hastighet på v=420 m/s og en statisk temperatur på T= 20 oC. Konstanten κ = 1.4 for luft. Svar:

MvRTa =

ℵ=

⋅ ⋅=

4201 4 287 293

1 22,

,

c) I pneumatiske systemer har vi ofte en innsnevring (ventil) som etterfølges av et rør eller en slange. Figuren under viser en slik oppstilling med en dyse og et rør, og trykkvariasjonen med forskjellige utløpstrykk. I oppstillingen er det forutsatt isentropisk strømning i dysen, og strømningen i røret er adiabatisk strømning med friksjon. For hvilken verdi av trykkforholdet mellom reservoartrykket foran dysen og utløpstrykket vil massestrømmen ikke øke mer?. Svar Trykkforholdet put/pr = 0.528.


d) Skissèr en trykkforhold-massestrømskarakteristikk som beskriver systemet i c) i prinsipp. Vis med pil på grafen i hvilken retning økt lengde på røret vil påvirke kurven. Svar Så figur over, b = 0,528 , pil viser resultat av økende lengde på rør.

e) Forklar (ikke beregn) hvordan mellomtrykket pi kan finnes fra uttrykket nedenfor for kompresjonsarbeidet når minimum kompresjonsarbeid ønskes.

Svar Derivere uttrykket for kompressorarbeidet med hensyn til mellomtrykket pi. Sette den deriverte lik null.

dWdpi

= 0


Oppgave 3 ( 40% )

Figur 1. viser hovedkomponentene for en automatisk flaske-fyllingsmaskin. Konstruer en automatisk pneumatisk styrekrets slik at flaskene fylles og slippes kontinuerlig. Du skal velge ekstra komponenter hvis det er nødvendig. Anta at samlebåndene går hele tiden, slik at de ikke inngår i konstruksjonen. a) Tegn et funksjonsdiagram for maskinen. b) Tegn et kretsskjema for den pneumatiske kretsen


99

S31S30S21S20S11S10

S31S20S11S30S21

S10

MATERIAL

D4D3D2D1START

Y3Y2Y1

C3C2C1


Oppgave 4. (25% ) a) Hvis man setter inn en trykktransducer (trykkmåler) inn i sylinderen på en

stempelkompressor, og logger trykket, så vil pV-diagrammet ha noen topper som vist. Forklar kort hvorfor.

Svar Trykktap gjennom ventilene som åpner og lukker for lufta inn til sylinderkammeret. b) Skissèr et pV-diagram hvor man finner igjen kompressor-arbeidet


c) Isoterm kompresjon gir minst kompressor-arbeid. Vis i et pV-diagram hvordan denne prosessen tilnærmes for en stempelkompressor med to sylindre. (Prinsippskisse med kort forklaring)


d) Ventilene i topplokket på en stempelkompressor må ha en klaring ned til stempelets øvre dødpunkt. I hvilken virkningsgrad kommer denne klaringen inn, og i hvilken virkning gir økt klaring. Begrunn kort svarene. Svar : Klaringen kommer inn i ηv volumetrisk virkningsgrad. Klaringen representerer et dødvolum. Dødvolumet er med på kompresjonen uten at vi klarer å utnytte denne luften. Økt klaring gir et større dødvolum, og minker leveringsmengdeen. e) Nevn noen metoder for å regulere leveringen fra en kompressor (fortrengningsmaskin). Svar : Svar (side 44, Pichot, 1986) Gjennomstrømning i kompressorer kan reguleres ved

Resirkulere den komprimerte gassen til sugesiden (etter kjøling hvis kompresjonsforholdet og resirkulert volum er nok til å risikere en temperaturøkning). Denne metoden representerer et tap av kompresjons-energi like stort som for den resirkulerte gassen.

•

• •

•

•

•

Start og stopp, hvis startingen er myk og rask Endre volumetrisk virkningsgrad med variable klaringslommer og synkronisert blokkering av sugeventilene. Denne metoden virker bare med stempelkompressorer. Endre den effektive klaringen med forsinket lukking av sugeventilene, eller ved å isolere en av flere sylindre (for stempelkompressorer) Variere rotasjonshastighet (variabel hastighet på motor, variator system, momentomformer) Endre fortrengningsvolum med hull midtveis i sylinder for stempelkompressor, og i huset for skrue og vingekompressorer.


f) Nevn flere kompressortyper, og sorter, enten i figur eller tabell etter karakteristiske trekk og ytelsesdata. Bruk gjerne kun stikkord.



Vedlegg 1.

L:\Undervisning2002\sio4052\TidligereEkamensopg\97des5.doc Side 12 av 12 L:\Undervisning2002\sio4052\TidligereEkamensopg\97des5.doc Side 12 av 12

Documents

NTNU Institutt for Termisk Energi og Vannkraft Definèr begrepet konduktans, C, for en ventil, og beregn C for en 5/2 ventil som brukes til å styre sylinderen i a). Velg diameter