TMMS04 Mechatronics (HT2013) 09 Pneumatics. Introduction to Pneumatics. Magnus Sethson Friday, October 18, 13, (W)

Relevanta dokument
Pneumatiska systemlösningar

Pneumatiska systemlösningar

KTH MMK JH TENTAMEN I HYDRAULIK OCH PNEUMATIK allmän kurs kl

TMT Maskinvaruhus AB Södra Skeppsbron GÄVLE 126 : 1

Magic Grippers System för att enkelt bygga robotgrippers / grippers. -- Kort presentation -- Beställ komplett katalog

Sammanfattning hydraulik

7!34% 7!34% !34% 52-53,/

Bernoullis ekvation Rörelsemängdsekvationen Energiekvation applikationer Rörströmning Friktionskoefficient, Moody s diagram Pumpsystem.

Höghastighetsturbiner för småskalig kraftvärme

Företagsnamn: Grundfos Skapad av: Magnus Johansson Tel: +46(0) Datum:

Why Steam Engine again??

DVU-HP. Integrerat reversibelt värmepumpsystem

PRODUKTBLAD. A Företagets namn Cylinda SIB 5262 KV RF

Country report: Sweden

Industrial valves 4 5

PRODUKTBLAD. A Företagets namn Cylinda S 6364 KVE RF

Rev No. Magnetic gripper 3

Energiomvandling av biobränsle/torv/avfall i småskaliga anläggningar g med hjälp av höghastighetsgeneratorer

CompactAIR Center Ventilation - Filtrering - Uppvärmning CompactAIR Center Ventilation - Filtration - Heating

Aseptiska och hygieniska slangventiler serie VMCE

Gradientbaserad Optimering,

Termodynamik FL4. 1:a HS ENERGIBALANS VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM

PTG 2015 övning 1. Problem 1

Överhettad ånga, Table A-6 (2.5 MPa): T [ C] v [m 3 /kg] ? Linjär interpolation:

AquaTeq Sweden AB Radarvägen 12 SE KALMAR. PHONE: +46 (0) INTERNET:

INKOPPLINGSANVISNING ELTRYCKSLÅS WIRING DIAGRAM SOLENOID LOCK

SYSTEMdirect working unit, Series SDW

350W ATX12V 2.2 Power Supply for HP and Compaq PC

PRESTANDADEKLARATION. DoP: 0146 för fischer Betongskruv ULTRACUT FBS II (Metallankare för användning i betong (kraftig typ)) SV

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

kurs-assistent C. Haikarainen

P1. I en cylinder med lättrörlig(friktionsfri) men tätslutande kolv finns(torr) luft vid trycket 105 kpa, temperaturen 300 K och volymen 1.40 m 3.


SVENSK STANDARD SS-EN ISO

WAVES4POWER Fosnavåg 24 oktober 2016

Vågkraft. Verification of Numerical Field Model for Permanent Magnet Two Pole Motor. Centrum för förnybar elenergiomvandling

RADIATION TEST REPORT. GAMMA: 30.45k, 59.05k, 118.8k/TM1019 Condition D

Kommunikation och Automation

Pneumatic valves VUWS/valve manifold VTUS

HERU 50 LP EC HERU 50 LP EC

Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen

EXAMENSARBETE. Pressure and Flow Control of a Pulverized Coal Injection Vessel WOLFGANG BIRK CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET

GH 130, GH 200, GH230, GH 300, hydrauliska sprutningssystem

SOLAR LIGHT SOLUTION. Giving you the advantages of sunshine. Ningbo Green Light Energy Technology Co., Ltd.

PFC and EMI filtering

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 6. strömningslära, miniräknare.

Massöverföring och separationsteknik

Energieffektivisering av framtida klimatsystem för personbilar. Filip NielseN, 2017

The Arctic boundary layer

Pneumatic valves VUWS/valve manifold VTUS, NPT

Parking garage, Gamletull. MDM-piles, pre-installation testing RÄTT FRÅN GRUNDEN!

VENTILATIONSSYSTEM - Värme, kyla och el-användning till fläktar

Termodynamik (repetition mm)

Application Note SW

EMERSON. Marine Fuel Measurement Solutions. Emerson Overview. Agenda Marin: Fuel Control - Efficiency. Michael Jägbeck

Hydrauliska kolvackumulatorer

FLUID SOLUTIONS 700ZDT & 700NDT. NAMUR Solenoid Valve 3/2 5/2 INSTALLATION, OPERATION & MAINTENANCE MANUAL. JWB USA, Inc. TUNING FLUID SOLUTIONS

Reservdelskatalog Parts Catalogue SM 50 - LC154FS /0 - Season 2016

Pneumatic valves VUWS/valve manifold VTUS

FORTA M315. Installation. 218 mm.

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Transporters samhällsekonomiska nytta och kostnader - Kan detta mätas i monetära medel? Magnus Swahn

12.6 Heat equation, Wave equation

(/3% (/3% 64-66!##%33/2)%3 67

Bergu pneumatiska transportsystem Pneumatiska transportsystem

Kopplingsdelar Clutch components

Slangupprullare Hose reels

Dimensionering av kulsektorventiler och sätesventiler för kontinuerlig reglering

WAVES4POWER Ludvika

Solenoid valves VUVS/valve manifold VTUS, NPT

SKF smörjsystem. SKF/ToolsMomentum Vindkraftsdag Janne Westerlund, SKF Lubrication Competence Centre

Energy and Quality oriented modeling and control of REFiners

Termodynamik FL1. Energi SYSTEM. Grundläggande begrepp. Energi. Energi kan lagras. Energi kan omvandlas från en form till en annan.

Processteknikens. 4 frågor/questions, max totalpoäng/total score = = 30

Datorlaboration 1. Enkla hydraulsystem

Beacon BluFi Bluzone. Givarna har mycket hög känslighet och kan mäta mycket små förändringar.

Förbättrad överhettartemperaturreglering med framkoppling från fysikaliska processmodeller. Martin Råberg

Termodynamik Föreläsning 2 Värme, Arbete, och 1:a Huvudsatsen

Dubbelklaff backventil. Hus i gjutjärn : PN 16 Hus i segjärn : PN 25 DN 50 till 600 mm (2 till 24") Ytbehandling. Användningsområden.

HERU 90 LP EC HERU 90 LP EC

Robust och energieffektiv styrning av tågtrafik

Accepterad monteringsanvisning 2016:1. Metris (RSK: ) Metris S (RSK: ) Metris (RSK: )

HYDRAULIK Rörströmning IV

Pneumatic valves VUWS/valve manifold VTUS

HYDRAULIK Rörströmning IV

Accepterad monteringsanvisning 2016:1. Talis S (RSK: ) Talis S (RSK: ) 1 (12)

Accepterad monteringsanvisning 2016:1

Produkt. MASTER PL-C 2 stift. Energibesparande kompaktlysrör Kompakt ljuskälla av lysrörstyp Består av 4 smala, parallella lysrör

Effektivare lågtryckskompressor - med flera användningsområden

Bruksanvisning Konvektorelement 99106

a) Vi kan betrakta luften som ideal gas, så vi kan använda allmänna gaslagen: PV = mrt

Säkrare batterisystem och elektrifierade fordon

IR3000, IR4500, IR6000

Termodynamik FL5. Konserveringslag för materie. Massflöde (Mass Flow Rate) MASSABALANS och ENERGIBALANS I ÖPPNA SYSTEM. Massflöde:

MCP-16RC, Air Purification

Flödesmätare, Översikt

Centrisk vridspjällventil med gummifoder. Wafer hus och full-lug hus DN 40 till 300 mm (1 1/2 till 12 ) M.W.P. 10 bar. Ytbehandling.

Höj kompetensen på din arbetsplats - ta hjälp av en seniorforskare

Lignin i pulverpannor

Transkript:

TMMS04 Mechatronics (HT2013) 09 Pneumatics Introduction to Pneumatics Magnus Sethson 1 1

Pneumatic Example Applications 2

Pneumatics Moving things with air 3 3

Popular Pneumatic Systems Hesa Fredrik 4 4

Some History 5 5

The Pneumatic Tunnel under Broadway, NY 6 6

Vehicle Pneumatic Systems 7 7

Air for Drilling 8 8

Pneumatics in Health Care 9 9

Source: Pneumatic Hand Tools 10 10

Compressed Gas, Production, Distribution and Consumers 11 11

Rodless Pneumatic Cylinder (FESTO) Blue Pipe connectors Pneumatic Valve Systems (SMC) Pneumatic Treatment System (Rexroth) The modular Worlds of Pneumatic Components 12 12

13 13

14 14

Thermal Processes (Quasi-Equilibrium Processes) 15 15

Thermal Processes p V n = C n = 0 : isobaric n = 1 : isothermal n = 1 : isochoric n = : adiabatic Brownian Motion 16 16

Compressors 17 17

Compressor 18 18

Multi-Stage Compressor 19 19

Screw Compressor 20 20

Thermal System Efficiency η e/c = W t,full-pres expan / W t,isentropic comp T 3 = T 1 n = 1,01 (isothermal compression) n = 1,4 n = 1,25 21 21

Total System Efficiency El-motor efficiency: η em = 0,92, Mechanical system efficiency: η m,s = 0,80, Volumetric eff. single-stage piston comp: η v,c 22 22

Distribution 23 23

Blue Tubing <10bar 24 24

Air Treatment System Oil-free Dry Right temperature No particles Gas monitoring 25 25

Actuators 26 26

Cylinders 27 27

Motors 28 28

Pneumatic Muscle Pneumatic Muscle 29 29

Saefty 30 30

Certification (Sweden) Akrediterat Kontrolorgan Akrediterat Kontrolorgan Akrediterat Kontrolorgan Tryckkärlsdirektivet: PED, 97/23/EC (AFS 1999:4) Tillverkare av tryckbärande anordningar Enkla tryckkärl: AFS 1994:53 (SPVD, 2009/105/EC) Tillverkare av enklare trykbehållare Användning: AFS 2002:1 Brukarens krav på tillsyn och underhåll Rörledningar: AFS 2005:2 Tillverkare av rörledningar Besiktning: AFS 2005:3 Besiktning av trycksatta anordningar 31 31

Orifice & Volumes 32 32

Gas Volumes Pressure Vessels (Energy storage) Cylinders (Linear motion) Dampers (Motion retardation) Accumulators (Pressure ripple cancelation) Emergency Energy Storage (Long term readiness) 33 33

No volumes without orifices! P 1 const m 1 const T 1 const P 2 const Example of pneumatics system with many orifices. US Patent 6709068 34 34

Industrial Pneumatic Valves CETOP Standard Examples: Ref: Bosch Rexroth AG, 5/2 Valve, Series HF02 Ref: SMC Inc. 2/2 Valve, Series VCA 35 35

Orifice Assumptions Mass balance: ṁ = A 1 w 1 1 = A 2 w 2 2 Energy balance: Z 2 1 Vdp= mw 2 2 2 mw 1 2 2 w 1 0 Adiabatic: p 1 v 1 = p 2 v 2 v = V m Ideal Gas: p 1 v 1 = RT 1 P 1 const m 1 const T 1 const P2 const Ref: Peter Beater, Pneumatic Drives, System Design, Modelling and Control, Springer Verlag, 2007 36 36

Subsonic Orifice Flow Function 0.5 ṁ p 1 p 2 0.4 0.3 Ψ 0.2 Max at (0.528,0.484) ṁ = A p2 p 1 p2 = p 1 v u t p 1 r 2 RT 1 1 " p2 p 1 2 p2 p 1 0.1 +1 # 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 p 2 /p 1 Wantzel & St. Venant, 1839 37 37

Critical Orifice Flow Function 0.5 ṁ p 1 p 2 0.4 0.3 ṁ = A p2 p 1 = p2 p 1 8s >< >: r 2 p 1 RT 1 apple 2 p2 1 p 1 p2 p 1 +1 Chocked Flow for p 2 p 1 > 0.528 1 q 1 2 +1 +1 for p 2 p 1 apple 0.528 Ψ 0.2 0.1 Subsonic Flow 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 p 2 /p 1 Perry, 1949 38 38

Approximative Orifice Flow ṁ p 1 p 2 ṁ = p 1 C 0 r T0 T 1 Sanville, 1971 8s >< 1 >: p2 p 1 1 b b 2 for p 2 p 1 >b 1 for p 2 p 1 apple b ISO 6358 www.iso.org, 1989 Reference conditions: Temperature,T 0 = 293.15K Pressure,p 0 = 100kPa Gas constant,r 0 = 288J/(kg K ) Relative humidity = 65% Density, 0 =1.185kg/m 3 Approximation motives: + Non-rounded edge orifice + Unknown inlet velocity conditions + Standardized parameter description + Generality 39 39

Pneumatic Valves Characterized by: b, C, Q n Examples: MO - rate value time time C 24 V 368 1400 13 40 0820056051 24 V 368 1400 13 0820056501 24 V 368 1400 19 30 0820056001 Model VCA (for air) 2 port solenoid valve Class Port size 2 3 4 1/4 (8A) 1/4 ( 8A) 3/8 (10A) 3/8 (10A) 1/2 (15A) 3/4 (20A) Orifice size (mmø) 3 5 4 7 5 7 10 Max. operating pressure differential(mpa) 1.0 0.15 1.0 0.15 1.0 0.3 0.15 Note 1) Weight values are for the grommet type. Flow characteristics C [dm 3 /(s< bar)] b Cv 1.1 2.9 1.9 5.0 3.0 5.4 7.7 0.45 0.21 0.24 0.16 0.35 0.27 0.23 0.29 0.68 0.45 1.2 0.78 1.4 1.9 Max.operating pressure (MPa) 1.0 1.0 1.0 (1) Weight (kg) 0.21 0.30 0.50 Ref: Bosch Rexroth AG, 5/2 Valve, Series HF02 Ref: SMC Inc. 2/2 Valve, Series VCA 40 40

The Valve & The Volume p 1,T 1 p 3,T 3 V,p v,t v A 12,b 12,C 12 A 23,b 23,C 23 41 41

The Volume First Law of Thermodynamics: Internal Energy: du = Q p V U = mc v T T 1 = T 2 = T 3 = T a V =0 Mass Transport: ṁ = ṁ in ṁ out Energy Transport (Enthalpy): dh = ṁ in c p T in ṁ out c p T out Ideal Gas: pv = mrt p 1,T 1 p 3,T 3 V,p v,t v A 12,b 12,C 12 A 23,b 23,C 23 Ref: Peter Beater, Pneumatic Drives, System Design, Modelling and Control, Springer Verlag, 2007 42 42

Timing Adjustment ṁ p 1 p 2 ṁ = p 1 C 0 r T0 T 1 Sanvill 8s >< 1 >: p2 p 1 1 b b 2 for p 2 p 1 >b 1 for p 2 p 1 apple b Ψ 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Chocked Flow Subsonic Flow 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 p 2 /p 1 43 43

Industrial Valves 44 44

Fyllning av volym Tömning av volym Diagrammen nedan visar p v som funktion av dimensionslös tid τ = A 23 A 12 som parameter. RT A12 t med areaförhållandet V Diagrammen nedan visar p v som funktion av dimensionslös tid τ = A 12 A 23 som parameter. RT A23 t med areaförhållandet V 0,6 A 23 /A 12 = 0,0 0,6 A 12 p 1 T 1 p v A 23 p V 3 T v (a) Nedströmstrycket p 3 =0,1 MPaabsolut. T 3 Tryck pv [MPA absolut] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0 A 12 p 1 T 1 p v A 23 p V 3 T v (a) Nedströmstrycket p 3 =0,1 MPaabsolut. T 3 Tryck pv [MPA absolut] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 A 12 /A 23 = 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 tao [-] 2,0 2,5 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 tao [-] 4,0 5,0 (b) Uppströmstrycket p 1 =0,6 MPa(absolut) (b) Uppströmstrycket p 1 =0,6 MPa(absolut) Tryck pv [MPA absolut] 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 A 23 /A 12 = 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Tryck pv [MPA absolut] 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 A 23 /A 12 = 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Tryck pv [MPA absolut] 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 A 12 /A 23 = 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Tryck pv [MPA absolut] 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 A 12 /A 23 = 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,1 0,4 0,2 0,2 0,1 0,0 0,4 0,2 0,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 tao [-] 2,0 2,5 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 tao [-] 2,0 2,5 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 tao [-] 4,0 5,0 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 tao [-] 4,0 5,0 (c) Uppströmstrycket p 1 =1,1 MPa(absolut) (d) Uppströmstrycket p 1 =2,1 MPa(absolut) (c) Uppströmstrycket p 1 =1,1 MPa(absolut) (d) Uppströmstrycket p 1 =2,1 MPa(absolut) Ref: FluMeS Formelsamling 45

CETOP 46 46

Drawing Symbols Standard Examples 47 47

Diagram Example 48 48

Example 49 49

Diagram Example 50 50

Selecting Cylinder & Valve (Example) 51 51

Products The Bosch/Rexroth Homepage 52 52

Pneumatic Power Ideal gas: p V Normal -effekt: m R T V q N = normalflöde, [m 3 /s] (NTP) p 0 = 1,0 bar och 0 = 1,23 kg/m 3 0 m Gaskonst. R = 287 J/(kg K) P N m1 R T 1 q 1 p1 Konstant temperatur, T 1 = T 0 = 293 K, ger effekten: 1 p m 1 1 m1 R T1 1 P N q N p 0 0 53 53

Pneumatic Cylinder Cushioning C 1, b 1 1 Cyl. A 0 A 1 A 2 Cyl. A a 0 p 1 p 2 v + ) ( ) ( ) ( C 2, b 2 Väg/Tid-diagram v - C 3, b 3 a 1 Antag att de ventilstrypningar som genomströmmas av cylinderns returflöde (utloppsstrypningar) bestämmer max kolvhastighet för båda rörelseriktningarna. Antag att strypningarnas konduktanser är lika: C 1 = C 2 = C 3 = C Vid plus-slaget finns två seriekopplade utloppsstrypningar med konduktanserna C 2 = C 3 = C, vilket ger v max C p A 23 2 a C p a 1/3 2 A2 För minus-slaget gäller en utloppsstrypning med konduktanserna C 1 = C, vilket ger v max C1 p A 1 a C p A 1 a v max v max 54 54

55 55

Select from Series 589 5/2 Valve 56 56

57 57

Magnus Sethson 58 58