Pneumaatika

1 MPa = 10 bar
1 atm = 1,013 bar = 760 mmHg (Torr)
1 bar = 14,5 PSI

Absoluutne niiskus ehk absoluutniiskus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab veeauru tihedust. Seda mõõdetakse tavaliselt grammides kuupmeetri kohta (gaasides). Absoluutne niiskus on ühes kuupmeetris leiduva vee(auru) mass grammides (g/m³). Maksimaalne võimalik absoluutne niiskus sõltub temperatuurist: mida külmem on veeaur, seda vähem mahub seda kuupmeetrisse.

Pneumaatika eelised

• Kättesaadavus
• Transporditavus
• Suruõhu akumuleerimise võimalus
• Pneumoajamite konstruktsiooni ja hoolduse lihtsus
• Kõrged töökiirused
• Reguleeritavus
• Tundetus välistingimuste mõjule
• Seadmete töökindlus ja pikk eluiga
• Tule- ning plahvatusohutus
• Ökoloogiline puhtus
• Tundetus ülekoormusele

Pneumaatika puudused

• Suruõhu ettevalmistamise vajadus
• Suruõhk on kallis energiakandia - suured energiakaod
• Raske saavutada stabiilseid liikumiskiiruseid ning täituri peatumist vaheasendites
• Suhteliselt madal saavutatav jõud
• Suur müra
• Pneumosignaali suhteliselt madal liikumiskiirus

Pascal’i seadus

$$ p=\frac{F}{A} $$ Vedelikule või gaasile mõjuv jõud jaotub ühtlaselt kogu vedeliku/gaasi ulatuses.

Adiabaatiline protsess
Jääval temperatuuril
$$ p\cdot V^n= const $$
Jääval rõhul
$$ T\cdot V^{n-1}=const $$
Jääval ruumalal
$$ \frac{T}{p^{\frac{n-1}{n}}} = const $$
n - adiabaatiline koefitsient, õhu korral 1,4

Voolu pidevuse võrrand
Pidevuse võrrand - voolamisel muutuva ristlõikega torus vooluhulk jääb samaks igas ristlõikes. $$ Q_1 = S_1 \cdot v_1 = S_2 \cdot v_2= Q_2 = const $$
Siit on näha, et toru kitsamas kohas voolukiirus kasvab $$ v_2=v_1\frac{S_1}{S_2} $$

Vedeliku erienergia (Bernoulli valem)
$$ gz_1 + \frac{p_1}{\rho} + \frac{v_1^2}{2}=gz_2 + \frac{p_2}{\rho} + \frac{v_2^2}{2} $$ gz - asendi erienergia
p / \( \rho \) - rõhu erienergia
\( \frac{v^2}{2} \) - kineetiline energia

Bernoulli valem reaalse gaasi jaoks
$$ gz_1 + \frac{p_1}{\rho} + \alpha_1 \frac{v_1^2}{2}=gz_2 + \frac{p_2}{\rho} + \alpha_2 \frac{v_2^2}{2} + g \sum{h_{1-2}} $$ \( \alpha \) - koefitsient, mis arvestab voolukiiruste jaotust ristlõkes (>1)
\( g \sum{h_{1-2}} \) - summaarne energiakadu

Sonic and subsonic flow

Veeauru sisaldus õhu mahus
Maksimaalne veeauru sisaldus (g) teatud õhu mahus ei sõltu rõhust ning sõltub AINULT temperatuurist.

Kompressorite tüübid

Kolbkompressorite eelised:

• Asendamatu kõrgete rõhkude saavutamisel (kuni 100MPa/1000bar)
• Konstruktsiooni lihtsus

Kolbkompressorite puudused:

• Määrimiseks kasutatakse õli, mis suures hulgas satub ka suruõhku
• Hüppeline väljundvool, mahuti vajadus
• Tugev müra ja vibratsioon

Membraankompressor

• kolbkompressori erivariant
• 3-10 bar
• õlivaba

Tiivikkompressor

Eelised

• kompaktsus
• sujuv ja müratu töö
• ühtlane väljundvool

Puudused

• sisaldab õli
• madal saavutatav rõhk (10 bar)

Kruvikompressor

Eelised

• müratu töö
  
• ühtlane väljundvool
  
• head tootlikuse reguleerimisvõimalused

Puudused

• sisaldab õli
• keeruline konstruktsioon
• rõhk üle 15bar raske saavutada

Nurkrataskompressor

• max rõhk 1 bar

Aksiaalkompressor

Radiaalkompressor

Võrdlus graafik

Kompressori tootlikkuse reguleerimine

1. Väljastatava õhuvoolu piiramine
2. Kompressorisse juhitava õhuvoolu sulgemisega või avamisega
3. Kompressori sisselaskeklapi lukustamisega avatud asendisse
4. Kompressori ajami pöörlemissageduse muutmisega
5. Kompressori ajami käivitamise ja seiskamisega

Suruõhusaamise osa

Vahetult enne tarbijat paikneb õhu ettevalmistusplokk

• õhufilter
• rõhuregulaator
• õliti

Õhufilter eemaldab tahked osakesed ja kondensaadi.

Rõhuregulaator hoiab töörõhu konstantsena

Ettevalmistusblokk

Filtrite ja õlitite tingmärgid

Trassifilter

Õliti

Absorptsioonkuivati ja adsorptsioonkuivati

Absorptsioonkuivati - keemiline

Adsorptsioonkuivati - füüsikaline

Jahutuskuivati

Membraankuivati

Maksimaalne rõhulang

Pneumosüsteemi projekteerimisel torustiku läbimõõt tuleks valida selline, et rõhulang kompressori ja lõpptarbija vahel ei ületaks 10% kompressori väljundrõhust.

Suurem rõhulang vähendab tunduvalt süsteemi efektiivsust.

Torustiku läbimõõdu määramisel tulebvõtta ka arvesse, et soovitatav suruõhu kiirus on 6-12 m/s.

Pneumotorustiku paigaldus

Torustiku materjal

• kerge paigaldatavus
• korrosioonikindlus
• majanduslik odavus

Vooliku materjal sõltuvalt kasutusvaldkonnast, arvestatakse järgmist * paindlikkus * kulumiskindlus * keemiline vastupidavus * kuumuskindlus (kuni 200c) * sädemekindlus * puhtus * antistaatilisus

Suruõhumootorite tüübid

• kolbmootorid
• tiivikmootorid
• hammasratasmootorid
• turbiinid

Omadused

• pöördemomendi sujuv reguleerimine
• väikesed mõõtmed
• ei ole tundlikud ülekoormusele
• võimalik kasutada tolmustes ja niisketes tingimustes, lai temperatuurivahemik
• ei ole plahvatusohtlikud
• suur pöörlemissageduste diapasoon
• lihtne hooldus
• lihtne pöörlemissuuna muutmine

Radiaalkolbmootorid

Aksiaalkolbmootorid

Tiivikmootorid

Hammasratasmootorid

Turbiinmootorid

Pneumaatiliste täiturite liigitus

Klapp ja siiber tüüpi suunaventiilid

Klapp tüüpi - kuulklapiga

Klapp tüüpi - plaatklapiga

Klapp tüüpi - tasakaalustatud klapiga

Siiber tüüpi - silindrilise siibriga

Siiber tüüpi - plaat siibriga

Siiber tüüpi - pöördsiibriga

Pneumoseadme ekspluatatsiooni maksumus
keskmine õhukulu täiturites + voolikutes

Keskmine õhukulu voolikutes
$$ Q_{av}^{v}=\frac{\pi \cdot ID^2}{4} \cdot L \cdot \frac{p}{p_{atm}} n \cdot 1,4 $$
kus ID - voolukute siseläbimõõt
n - silindri käikude arv minutis

Silindri diameetri valik
Silindri poolt arendatav jõud
$$ F_{teor}^{+}=p\cdot \frac{\pi\cdot D^2}{4} $$ $$ F_{teor}^{-}=p\cdot \frac{\pi\cdot (D^2-d^2)}{4} $$

Teoreetiline jõud peab olema suurem kui tegelik vajalik jõud, seega tegelikus rakenduses tuleb teoreetiline jõud veel läbi korrutada 0,5-0,7, mis annab tegeliku kasutatava jõu.

Keskmine õhukulu silindris (kompressori suuruse määramiseks ning ekspulatsiooni maksumuse arvutamiseks)
$$ Q_{av}^{sil}=\frac{\pi \cdot D^2}{4} \cdot H \cdot \frac{p+p_{atm}}{p_{atm}} n \cdot 1,4 $$
kus n on käikude arv minutis ja H käigu pikkus

Maksimaalne õhukulu silindris (juhtimiskomponentide dimensioneerimiseks)

$$ Q_{max}^{sil}=\frac{\pi \cdot D^2}{4} \cdot v_{max} \cdot \frac{p+p_{atm}}{p_{atm}} \cdot 1,4 $$
, kus \( v_{max} \) on maksimaalne silindri liikumiskiirus

Viivitusega elemendid
Pneumaatilise sisselülitamise viivitusega

Pneumaatilise väljalülitamise viivitusega
Impulsi tekitamine

Domineeriv jm set funktsioon

Andurid
Herkonid - inertgaasiga täidetud kestas olev kontakt, hermeetiline kontakt
Aktiveerub magnetvälja sattudes.

Elektroonsed magnetandurid

Induktiivandurid

Mahtuvusandurid

Optilised andurid

Ultraheli andurid