พื้นฐานพลศาสตร์ของก๊าซส่งผลต่อประสิทธิภาพระบบนิวเมติกอย่างไร

พลศาสตร์ของก๊าซ คือการศึกษาว่าความดัน ความหนาแน่น อุณหภูมิ และความเร็วของก๊าซเปลี่ยนแปลงอย่างไรขณะที่ก๊าซเคลื่อนที่หรืออยู่ในปริมาตรที่เปลี่ยนแปลง ในเครื่องจักรนิวเมติก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ควบคุมความเร็วกระบอกลม แรงที่ใช้ได้จริง เวลาหน่วงการตอบสนอง ปริมาณการใช้ลม เสียงระบาย และความสามารถในการทำซ้ำ การตั้งแรงดันที่เรกูเลเตอร์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถคาดการณ์สิ่งเหล่านี้ได้

คำถามเชิงปฏิบัติไม่ใช่ว่าอากาศอัดตัวได้หรือไม่ เพราะอากาศอัดตัวได้ คำถามที่มีประโยชน์กว่าคือการอัดตัวมีผลตรงไหนในวงจรของคุณ และการวัดแบบใดจะเปิดเผยกระบวนการที่เป็นข้อจำกัด สำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ให้เริ่มจากความดันสัมบูรณ์ อุณหภูมิ อัตราการไหลเชิงมวล ค่าการนำการไหลที่มีผล ปริมาตรท่อและห้อง และกราฟความดันที่แอคชูเอเตอร์

ประเด็นสำคัญ

สำหรับอากาศที่มีอัตราส่วนความจุความร้อนใกล้ 1.4 การไหลผ่านหัวฉีดในอุดมคติจะถึงสภาวะวิกฤตเมื่อความดันสถิตด้านปลายทางมีค่าประมาณ 0.528 ของความดันหยุดนิ่งด้านต้นทาง (NASA Glenn)

ความดันเป็นตัวสร้างแรง ขณะที่อัตราการไหลเชิงมวลและปริมาตรของระบบเป็นตัวกำหนดว่าความดันในห้องที่ใช้งานจะก่อตัวได้เร็วเพียงใด

วัดความดันขณะทำงานที่แอคชูเอเตอร์ก่อนเพิ่มแรงดันโรงงานหรือเปลี่ยนกระบอกลม

คุณสมบัติของก๊าซเปลี่ยนเป็นสมรรถนะของเครื่องจักรได้อย่างไร

มาตรฐานหลักด้านการไหลของก๊าซของ NIST ใช้ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ และสมการสถานะที่วัดได้เพื่อหามวลสะสม ปริมาณทั้ง 4 อย่างเดียวกันนี้เป็นแผนที่ทางวิศวกรรมที่มีประโยชน์สำหรับเครื่องจักรนิวเมติก กล่าวคือความดันกับอุณหภูมิกำหนดความหนาแน่น ปริมาตรเป็นที่เก็บมวล และการเปลี่ยนแปลงของมวลสร้างการตอบสนองของความดันที่ขับแอคชูเอเตอร์ (NIST)

สำหรับอากาศแห้งที่ถือเป็นก๊าซอุดมคติ:

m = \frac{pV}{RT}

ในที่นี้ $m$ คือมวลอากาศเป็นกิโลกรัม $p$ คือความดันสัมบูรณ์เป็นปาสกาล $V$ คือปริมาตรภายในเป็นลูกบาศก์เมตร $R$ คือค่าคงที่จำเพาะของก๊าซสำหรับอากาศเป็นจูลต่อกิโลกรัม-เคลวิน และ $T$ คืออุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นเคลวิน ใช้สมการนี้เป็นความสัมพันธ์ของสภาวะ ไม่ใช่แบบจำลองการเคลื่อนที่ของกระบอกลมที่สมบูรณ์

ความสัมพันธ์นี้อธิบายสิ่งที่พบในหน้างานได้หลายอย่าง การเพิ่มปริมาตรห้องทำให้ต้องใช้มวลอากาศมากขึ้นเพื่อให้ได้ความดันเท่าเดิม อากาศที่อุ่นกว่าจะมีความหนาแน่นต่ำกว่าที่ความดันสัมบูรณ์เท่ากัน เกจความดันอาจแสดงค่าคงที่ที่ยอมรับได้ แต่ในระหว่างการเคลื่อนที่ วาล์ว ข้อต่อ หรือท่อที่ยาวอาจขัดขวางไม่ให้มวลอากาศไหลเข้าได้เร็วพอ

ดังนั้นแรงกับความเร็วจึงเกิดจากคนละส่วนของกระบวนการเดียวกัน ความดันในห้องที่กระทำบนพื้นที่ลูกสูบสร้างแรงเชิงทฤษฎี การไหลเข้าไปในห้องที่กำลังเปลี่ยนปริมาตรเป็นตัวกำหนดว่าจะรักษาความดันไว้ได้เร็วเพียงใดขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ ส่วนความดันด้านระบายจะหักลบกับความแตกต่างความดันที่ใช้ประโยชน์ได้ และอาจทำให้การเคลื่อนที่ช้าลงแม้เกจด้านจ่ายจะแสดงค่าปกติ

จำนวน Mach มีประโยชน์เมื่อพิจารณาข้อจำกัดเฉพาะจุด แต่ไม่ใช่ค่าหลักที่ใช้กำหนดสมรรถนะของเครื่องจักรทั้งระบบ:

M = \frac{V_{\mathrm{gas}}}{a}

ในที่นี้ $M$ คือจำนวน Mach $V_{\mathrm{gas}}$ คือความเร็วเฉพาะที่ของก๊าซ และ $a$ คือความเร็วเสียงเฉพาะที่ NASA นิยามความเร็วเสียงของก๊าซอุดมคติไว้ดังนี้:

a = \sqrt{\gamma RT}

ในสมการนี้ $\gamma$ คืออัตราส่วนความร้อนจำเพาะ $R$ คือค่าคงที่จำเพาะของก๊าซ และ $T$ คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ ความเร็วเฉพาะที่ภายในช่องทางวาล์วขนาดเล็กอาจถึงสภาวะเสียง ขณะที่การไหลในท่อที่เชื่อมต่อยังต่ำกว่าความเร็วเสียง ความแตกต่างนี้ช่วยป้องกันข้อผิดพลาดที่พบบ่อย คือการกำหนดจำนวน Mach ค่าเดียวให้กับวงจรนิวเมติกทั้งวงจร

จากประสบการณ์ของเรา ขอบเขตระบบที่มีประโยชน์ที่สุดมักไม่ใช่ “กระบอกลม” เพียงอย่างเดียว ให้ลากขอบเขตจากทางเข้าของเครื่องจักร ผ่านวาล์วและท่อ ไปยังห้องหนึ่งของกระบอกลม จากนั้นถือว่าห้องฝั่งตรงข้ามและทางระบายเป็นเส้นทางการไหลอีกเส้นทางหนึ่ง วิธีนี้ทำให้เห็นว่าการเติมลมด้านจ่าย แรงดันย้อนกลับด้านระบาย หรือโหลดทางกลเป็นตัวควบคุมการเคลื่อนที่

ข้อมูลการไหลของอุปกรณ์อธิบายข้อจำกัด ส่วนกราฟความดันในห้องและตำแหน่งที่ซิงโครไนซ์กันจะแสดงพฤติกรรมของระบบขณะเคลื่อนที่

ต้องประเมินความดันและการไหลร่วมกันอย่างไร

ISO 6358-1 กำหนดวิธีในสภาวะคงตัวสำหรับบ่งลักษณะอุปกรณ์นิวเมติกที่มีทางไหลภายในแบบคงที่หรือเปลี่ยนแปลงได้ แต่ไม่รวมอุปกรณ์ที่มีการแลกเปลี่ยนพลังงาน เช่น กระบอกลมและแอคคิวมูเลเตอร์ ขอบเขตที่ 1 นี้มีความสำคัญ เพราะค่าการนำการไหลจากแค็ตตาล็อกของวาล์วช่วยวิเคราะห์ระบบได้ แต่ไม่สามารถทำนายกระบอกลมขณะเคลื่อนที่ได้ด้วยตัวมันเอง (ISO)

ความดันคือศักย์พลังงานต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ไม่ใช่หลักฐานว่ามีการไหลเพียงพอ เมื่อเครื่องจักรหยุดทำงาน ความดันอาจเท่ากันได้ตลอดท่อที่มีขนาดเล็กเกินไป แต่เมื่อวาล์วเปิด ความต้องการจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและข้อจำกัดจะปรากฏเป็นความแตกต่างความดัน เกจที่เรกูเลเตอร์เพียงตัวเดียวอาจพลาดเหตุการณ์นี้เพราะอยู่ไกลจากต้นทางเกินไป ตอบสนองช้าเกินไป หรือเป็นทั้งสองกรณี

การไหลต้องมีสภาวะอ้างอิงที่ระบุไว้อย่างชัดเจนด้วย ลิตรต่อนาทีมาตรฐานและ SCFM อธิบายอัตราการไหลเทียบเท่าที่สภาวะอ้างอิงที่กำหนด ส่วนอัตราการไหลเชิงปริมาตรจริงภายในท่อที่มีแรงดันจะเล็กกว่า เพราะก๊าซมีความหนาแน่นมากกว่า อย่านำค่า “L/min” ที่ไม่ระบุฐานจากแค็ตตาล็อกหนึ่งไปเทียบกับค่าการไหลมาตรฐานจากอีกแค็ตตาล็อกหนึ่ง

ในห่วงโซ่อุปกรณ์ พอร์ตที่เล็กที่สุดไม่ได้เป็นคอขวดเพียงจุดเดียวโดยอัตโนมัติ ค่าการนำการไหลที่มีผลกระจายอยู่ทั่วฟิลเตอร์ เรกูเลเตอร์ ช่องทางในวาล์ว แมนิโฟลด์ ข้อต่อ ท่อ อุปกรณ์ควบคุมแบบ meter-out วาล์วระบายเร็ว และไซเลนเซอร์ ISO 6358-3 ให้แนวทางประมาณคุณลักษณะการไหลในสภาวะคงตัวโดยรวมของระบบที่ประกอบจากอุปกรณ์และท่อ รวมทั้งช่วงต่ำกว่าความเร็วเสียงและช่วงการไหลวิกฤต (ISO)

ดังนั้นจึงได้ลำดับการเลือกที่ดีกว่า:

กำหนดโหลดของแอคชูเอเตอร์ ระยะชักเป้าหมาย เวลาชักที่ยอมรับได้ และความดันปลายทางที่ต้องการ
ประมาณการไหลที่ต้องใช้ในห้องตลอดการเคลื่อนที่ โดยรวมปริมาตรท่อและปริมาตรช่องว่าง
ตรวจสอบทางจ่ายและทางระบายแยกจากกัน
เปรียบเทียบข้อมูลอุปกรณ์ที่ความดันสัมบูรณ์ด้านต้นทางและปลายทางตามที่คาดไว้
ยืนยันผลด้วยการวัดความดันขณะทำงานที่เครื่องจักร

หากยังไม่แน่ใจเรื่องการสูญเสียในท่อ ให้ใช้ เครื่องคำนวณแรงดันตกของลมอัด เป็นการคัดกรองเบื้องต้น เครื่องมือนี้ไม่สามารถแทนข้อมูลค่าการนำการไหลของวาล์วหรือกราฟความดันได้ แต่ช่วยชี้ได้ว่าควรตรวจสอบความยาวท่อและเส้นผ่านศูนย์กลางภายในก่อนเพิ่มค่าตั้งของเรกูเลเตอร์หรือไม่

การไหลวิกฤตจำกัดสมรรถนะนิวเมติกเมื่อใด

ความสัมพันธ์ของก๊าซอุดมคติจาก NASA ระบุว่าสภาวะอัตราการไหลเชิงมวลสูงสุดเกิดที่ Mach 1 ในคอคอดที่ควบคุมการไหล สำหรับอากาศที่ประมาณด้วย $\gamma=1.4$ อัตราส่วนความดันสัมบูรณ์ของความดันสถิตด้านปลายทางต่อความดันหยุดนิ่งด้านต้นทางวิกฤตมีค่าประมาณ 0.528 เมื่ออัตราส่วนต่ำกว่านี้ การลดความดันปลายทางลงอีกจะไม่เพิ่มอัตราการไหลเชิงมวลในคอคอดอุดมคติ (NASA Glenn)

อัตราส่วนวิกฤตในอุดมคติคือ:

r_{\mathrm{crit}} = \left(\frac{2}{\gamma + 1}\right)^{\frac{\gamma}{\gamma - 1}}

ในที่นี้ $r_{\mathrm{crit}}$ คืออัตราส่วนวิกฤตของความดันสถิตด้านปลายทางต่อความดันหยุดนิ่งด้านต้นทาง โดยทั้งสองค่าต้องอยู่บนสเกลสัมบูรณ์ ส่วน $\gamma$ คืออัตราส่วนความจุความร้อนของก๊าซ ความสัมพันธ์นี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานก๊าซอุดมคติและข้อจำกัดแบบไอเซนโทรปิก สำหรับวาล์วจริง ค่าการนำการไหลและข้อมูลอัตราส่วนวิกฤตที่ผ่านการทดสอบจะใช้อธิบายได้เหมาะสมกว่าเมื่อมีข้อมูล

การไหลวิกฤต คือสภาวะที่คอคอดซึ่งควบคุมการไหลมีอัตราการไหลเชิงมวลสูงสุดสำหรับสภาวะด้านต้นทางและพื้นที่ที่มีผลในขณะนั้น เป็นปรากฏการณ์เฉพาะจุด การไหลวิกฤตอาจเกิดที่ช่องเปิดของสปูล บ่าวาล์ว ข้อต่อ ตัวควบคุมความเร็ว ไซเลนเซอร์ หรือช่องทางของวาล์วระบายเร็ว ท่อที่อยู่ถัดจากจุดนั้นทันทีไม่จำเป็นต้องอยู่ในสภาวะเสียงตลอดเวลา

การไหลวิกฤตไม่ได้ทำให้อัตราการไหลเชิงมวลไม่ขึ้นกับทุกสิ่งด้านปลายทางไปตลอด ความดันในห้องที่เปลี่ยนแปลงอาจทำให้จุดทำงานออกจากช่วงการไหลวิกฤตในระหว่างระยะชักเดียวกัน

สภาวะด้านต้นทางยังมีความสำคัญ อัตราการไหลเชิงมวลวิกฤตเปลี่ยนตามพื้นที่คอคอดที่มีผล ความดันหยุดนิ่งด้านต้นทาง อุณหภูมิหยุดนิ่งด้านต้นทาง ค่าคงที่ของก๊าซ และอัตราส่วนความจุความร้อน นี่คือเหตุผลที่วงจรสองวงจรซึ่งมีอัตราส่วนความดันระบุเท่ากันอาจให้อัตราการไหลเชิงมวลต่างกัน

แล้วควรนำเรื่องนี้ไปใช้จริงอย่างไร หากกราฟความดันในห้องเพิ่มขึ้นช้าในขณะที่มีความแตกต่างความดันสูงคร่อมอุปกรณ์หนึ่ง ให้ตรวจสอบค่าการนำการไหลและข้อมูลอัตราส่วนความดันของอุปกรณ์นั้น เครื่องคำนวณการไหลผ่านรูเปิดของอากาศ ช่วยแสดงขอบเขตอัตราส่วนความดันของช่องเปิดอย่างง่ายได้ แต่สำหรับชุดวาล์วจริงให้ใช้ข้อมูลจากผู้ผลิต

หากต้องการศึกษารายละเอียดของอัตราส่วนวิกฤตและลำดับการแก้ปัญหาเพิ่มเติม โปรดดู สาเหตุของการไหลวิกฤตในระบบนิวเมติก ส่วนบทความแยกเรื่อง ความนำโซนิกและอัตราส่วนความดันวิกฤต อธิบายว่าพารามิเตอร์อุปกรณ์ตามแนวทาง ISO แตกต่างจากขนาดพอร์ตที่ระบุอย่างไร

จากประสบการณ์ของเรา ข้อจำกัดอาจมีขนาดเหมาะสมสำหรับการไหลในสภาวะคงตัว แต่ยังทำให้ระยะชักยอมรับไม่ได้ ค่าการนำการไหลในสภาวะคงตัวตอบว่ามวลจะไหลผ่านได้เท่าใดภายใต้เงื่อนไขความดันที่กำหนด ส่วนงานที่มีการเคลื่อนที่จะเพิ่มปริมาตรห้องที่เปลี่ยนแปลง โหลดที่มีผลต่อความดัน จังหวะวาล์ว ความดันด้านระบาย แรงเสียดทาน และการถ่ายเทความร้อน ต้องตอบคำถามทั้งสองด้าน

ปริมาตรและการถ่ายเทความร้อนเปลี่ยนการตอบสนองขณะทำงานอย่างไร

NIST ใช้มาตรฐานแรงดัน-ปริมาตร-อุณหภูมิ-เวลาและอัตราการเพิ่มความดันเพื่อหาอัตราการไหลเชิงมวลของก๊าซ รวมถึงภาชนะเก็บที่มีขนาดเพียง 0.3 L และ 2.5 L ในระบบอัตราการไหลต่ำ วิธีนี้ชี้ให้เห็นกฎทั่วไปว่าไม่สามารถตีความการเพิ่มความดันในปริมาตรที่รู้ค่าได้อย่างแม่นยำหากไม่มีเวลาและอุณหภูมิก๊าซ (NIST)

ในเครื่องจักรนิวเมติก ปริมาตรที่ควบคุมมีมากกว่าปริมาตรการกระจัดของกระบอกลมตามพิกัด ให้รวมเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของท่อ ช่องว่างในข้อต่อ ช่องทางจากวาล์วถึงพอร์ต ระยะเคลียร์รันซ์ปลายชัก ร่องคุชชั่น แมนิโฟลด์ และถังสำรองใด ๆ ที่เชื่อมต่ออยู่ระหว่างเหตุการณ์นั้น ท่อเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และยาวอาจลดแรงดันตกจากความเสียดทาน แต่เพิ่มปริมาตรมากพอที่จะทำให้การสร้างความดันล่าช้า ขนาดใหญ่กว่าไม่ได้แปลว่าเร็วกว่าเสมอไป

กระบวนการนี้เป็นทรานเชียนต์ เมื่ออากาศเข้าไปในห้อง มวลจะเพิ่มขึ้น ลูกสูบเปลี่ยนปริมาตร อุณหภูมิก๊าซอาจสูงขึ้นจากการอัด และความร้อนจะถ่ายเทไปยังผนังโลหะ ระหว่างการระบาย การขยายตัวอย่างรวดเร็วและการระบายลดความดันอาจทำให้ก๊าซและอุปกรณ์ใกล้เคียงเย็นลง ดังนั้นสมการแบบอุณหภูมิคงที่หรือไอเซนโทรปิกอย่างง่ายจึงเป็นแบบจำลองขอบเขต ไม่ใช่การทำนายอุณหภูมิทั่วไปสำหรับทุกกรณี

ห้องกระบอกลมที่เชื่อมต่อกับวาล์วเป็นปริมาตรควบคุมแบบเปิดขณะที่มีการไหล การใช้ความสัมพันธ์ของมวลในระบบปิดตลอดระยะชักที่ขับเคลื่อนด้วยลมจะละเลยอากาศที่ไหลเข้าและไหลออก หากต้องการค่าประมาณทางอุณหพลศาสตร์ ให้ระบุขอบเขต ช่วงเวลา สถานะวาล์ว สมมติฐานการรั่ว และสมมติฐานการถ่ายเทความร้อน มิฉะนั้นให้ใช้กราฟความดันและตำแหน่งที่วัดได้ร่วมกับแบบจำลองอัตราการไหลเชิงมวล

หากปัญหาคือความยืดหยุ่นของแกนขณะหยุด การเคลื่อนที่แบบ stick-slip หรือการกำหนดตำแหน่งแบบวงปิด ไม่ใช่ความสามารถในการไหลของวงจร โปรดดู ผลของการอัดตัวของอากาศต่อการควบคุมกระบอกลม บทความนั้นกล่าวถึงความแข็งเชิงนิวเมติกและข้อจำกัดของคอนโทรลเลอร์ แทนการทำซ้ำการคำนวณทางจ่ายที่ใช้ในบทความนี้

การควบแน่นและการเกิดน้ำแข็งก็ต้องกำหนดขอบเขตอย่างระมัดระวังเช่นกัน อุณหภูมิที่ลดลงเฉพาะจุดอาจทำให้อากาศต่ำกว่าจุดน้ำค้าง โดยเฉพาะเมื่อกำจัดความชื้นได้ไม่เพียงพอ แต่ผลลัพธ์ขึ้นกับความชื้นขาเข้า ความดัน อัตราการขยายตัว อุณหภูมิโลหะ รอบการทำงาน และการถ่ายเทความร้อนโดยรอบ จึงไม่มี “อุณหภูมิที่ลดลงต่อวาล์ว” แบบสากลที่อธิบายได้อย่างมีหลักฐาน

เครื่องมือลมอัดเครื่องคำนวณเวลาเติมอากาศในห้องประมาณว่าความดัน อุณหภูมิ อัตราการจ่ายลม และปริมาตรที่เชื่อมต่อมีผลต่อเวลาเติมของห้องหรือฟิกซ์เจอร์นิวเมติกอย่างไร ก่อนใช้แบบจำลองไดนามิกโดยละเอียดเวลาเติม = ปริมาตร x อัตราส่วนแรงดัน / อัตราการไหลปริมาตรห้องแรงดันเป้าหมายอัตราการไหลลมอิสระที่มีประสิทธิภาพการเติมเปิดเครื่องคำนวณ

ควรตรวจสอบข้อจำกัดใดก่อน

คู่มือระบบลมอัดของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ แนะนำให้การสูญเสียรวมจากทางออกของถังรับลมถึงจุดใช้งานต่ำกว่า 10% ของแรงดันจ่ายจากคอมเพรสเซอร์อย่างมากในระบบที่ออกแบบอย่างเหมาะสม และระบุว่าสายยาง ท่อ ข้อต่อถอดเร็ว ฟิลเตอร์ เรกูเลเตอร์ และชุดเติมน้ำมันเป็นจุดที่มักเกิดแรงดันตกบริเวณใช้งาน (U.S. DOE)

ให้เริ่มจากอาการ ไม่ใช่เริ่มจากคอมเพรสเซอร์ หากกระบอกลมตัวหนึ่งช้าในขณะที่อุปกรณ์ข้างเคียงทำงานคงที่ ให้ตรวจสอบแขนงใกล้เครื่อง ทางเข้าเครื่องจักร วาล์ว อุปกรณ์ควบคุมแบบ meter-out ท่อ ข้อต่อ อะแดปเตอร์พอร์ต และไซเลนเซอร์ระบาย หากหลายเครื่องมีอาการแรงดันตกพร้อมกัน ให้ไล่ย้อนขึ้นไปยังเฮดเดอร์ เครื่องทำลมแห้ง ชุดฟิลเตอร์ ถังรับลม หรือระบบควบคุมคอมเพรสเซอร์

ข้อจำกัดด้านจ่ายและด้านระบายจะสร้างกราฟต่างกัน:

สิ่งที่สังเกตระหว่างการเคลื่อนที่	การตีความเชิงพลศาสตร์ของก๊าซที่เป็นไปได้	สิ่งที่ควรตรวจสอบก่อน
ความดันทางเข้าเครื่องจักรทรุดลง	แขนงด้านต้นทางหรือแหล่งจ่ายโรงงานรองรับอัตราการไหลเชิงมวลสูงสุดไม่ได้	ความดันเฮดเดอร์ เส้นผ่านศูนย์กลางแขนง ความดันต่างคร่อมฟิลเตอร์ และถังเก็บใกล้เครื่อง
ทางเข้าคงที่ แต่ห้องจ่ายเติมช้า	ข้อจำกัดอยู่ระหว่างเซนเซอร์ทางเข้าและห้อง	เรกูเลเตอร์ ค่าการนำการไหลของวาล์ว ข้อต่อ เส้นผ่านศูนย์กลางภายในและความยาวท่อ
ห้องจ่ายถึงความดันแล้ว แต่การเคลื่อนที่ยังช้า	โหลด แรงเสียดทาน คุชชั่น หรือแรงดันย้อนกลับด้านระบายอาจเป็นปัจจัยหลัก	ความดันห้องฝั่งตรงข้าม แนวศูนย์ อุปกรณ์ควบคุมความเร็ว และไซเลนเซอร์
ความเร็วเปลี่ยนมากตามอัตรารอบ	อาจเกี่ยวข้องกับความร้อน ถังเก็บใกล้เครื่องที่พร่อง การคืนแรงดันของเรกูเลเตอร์ หรือการเติมซ้ำ	อุณหภูมิ ความดันถังรับลม รอบการทำงาน และการตอบสนองของเรกูเลเตอร์
ความดันแกว่งอย่างชัดเจนหลังการสับวาล์ว	อาจมีคลื่นทรานเชียนต์หรือเหตุการณ์จากวาล์ว	กราฟความดันความเร็วสูง ความยาวท่อ จังหวะวาล์ว และสภาวะปลายทาง

ป้ายพอร์ตอาจทำให้เข้าใจผิด วาล์วที่จำหน่ายพร้อมข้อต่อเกลียวขนาดใหญ่อาจยังมีช่องทางภายในที่เล็กกว่า และข้องอหรือไซเลนเซอร์ขนาดเล็กอาจเป็นตัวกำหนดทางระบาย เปรียบเทียบคุณลักษณะการไหลที่ผ่านการทดสอบ ไม่ใช่ดูเฉพาะขนาดเกลียว

การจัดวางท่อเปลี่ยนทั้งความต้านทานและปริมาตรสะสม เดินท่อให้ตรง หลีกเลี่ยงการขดที่ไม่จำเป็น เคารพรัศมีดัด และเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางภายในให้รองรับเหตุการณ์สูงสุด รายการตรวจสอบการเดินท่อโดยละเอียดอยู่ใน วิธีเดินท่อนิวเมติกในเครื่องจักรอัตโนมัติ ส่วนการเลือกอุปกรณ์วัดให้ใช้ คู่มือวิศวกรสำหรับการกำหนดขนาดวาล์วควบคุมการไหลนิวเมติก

ขั้นตอนการวัดที่ใช้งานได้จริง

ชื่อ PVTt ของ NIST หมายถึงปริมาณที่วัด 4 อย่าง ได้แก่ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ และเวลา การวิเคราะห์เครื่องจักรควรเพิ่มคำสั่งวาล์ว ตำแหน่งแอคชูเอเตอร์ และความดันในห้องทั้งสอง การซิงโครไนซ์สัญญาณเหล่านี้ช่วยแยกการขาดแคลนลมจ่าย ข้อจำกัดด้านระบาย การหลุดจากแรงเสียดทาน โหลด การเปลี่ยนแปลงทางความร้อน และจังหวะควบคุมได้ดีกว่าเกจคงที่เพียงตัวเดียว (NIST)

ใช้สภาวะการทำงานที่ทำซ้ำได้ บันทึกอุณหภูมิลมจ่าย อุณหภูมิโดยรอบ ความดันทางเข้าเครื่องจักร อัตรารอบ น้ำหนักบรรทุก ค่าตั้งเรกูเลเตอร์ คำสั่งวาล์ว ตำแหน่งแอคชูเอเตอร์ และความดันในห้อง หากทำได้ ให้วัดความดันทันทีทั้งด้านต้นทางและปลายทางของข้อจำกัดที่สงสัย ความแตกต่างความดันที่ปรากฏเฉพาะขณะมีการไหลเป็นหลักฐานที่มีค่า

ทำตามลำดับนี้:

ตรวจสอบหน่วยและสภาวะอ้างอิง แปลงความดันเกจเป็นความดันสัมบูรณ์ก่อนใช้สมการก๊าซหรืออัตราส่วนความดัน ความแตกต่างนี้อธิบายไว้ใน ผลของความดันสัมบูรณ์ต่อสมรรถนะนิวเมติก
บันทึกกราฟฐาน เก็บข้อมูลหลายรอบที่อุ่นและเสถียร แทนการบันทึกเพียงระยะชักที่สะดวกครั้งเดียว
ระบุตำแหน่งการสูญเสียความดัน เลื่อนขอบเขตของเซนเซอร์ทีละจุดจากทางเข้าเครื่องจักรไปยังกระบอกลม
แยกทางยืดและทางหด กระบอกลมสองทางใช้พื้นที่ลูกสูบต่างกัน และอาจมีข้อจำกัดด้านจ่ายกับระบายต่างกัน
เปลี่ยนตัวแปรเดียว ทดลองใช้ท่อใหญ่ขึ้น ไซเลนเซอร์ที่สะอาด วาล์วอีกแบบ อัตรารอบต่ำลง หรือถังรับลมชั่วคราวใกล้เครื่อง โดยไม่รวมการปรับหลายอย่างเข้าด้วยกัน
ทำซ้ำภายใต้โหลดสูงสุด ยืนยันทั้งสมรรถนะและพิกัดความดันของอุปกรณ์

หากรูปคลื่นมีสไปก์เร็วแทนที่จะเป็นความแตกต่างความดันต่อเนื่อง ให้ใช้เซนเซอร์และอัตราการเก็บข้อมูลที่เร็วพอสำหรับเหตุการณ์นั้น แล้วตรวจสอบจังหวะวาล์ว การสะท้อน และการหยุดการไหลอย่างฉับพลัน คู่มือวิเคราะห์ค้อนลม กล่าวถึงคลื่นทรานเชียนต์เหล่านั้นแยกจากแรงดันตกในสภาวะคงตัว

การวัดที่ชี้ขาดมักเป็นความแตกต่างความดันคร่อมอุปกรณ์ในช่วงสั้น ๆ ที่ความเร็วหายไป อัตราการไหลเฉลี่ยและความดันคงที่อาจดูยอมรับได้ทั้งคู่ เพราะไม่แสดงเหตุการณ์สูงสุด ให้จัดแนวคำสั่ง ตำแหน่ง และกราฟความดันบนแกนเวลาเดียวกันก่อนเปลี่ยนฮาร์ดแวร์

ลำดับการวัดที่ควบคุมได้เปลี่ยนข้อกังวลกว้าง ๆ เรื่อง “พลศาสตร์ของก๊าซ” ให้เป็นปัญหาด้านข้อจำกัด ปริมาตร ความร้อน โหลด หรือจังหวะที่ทดสอบได้

ควรใช้พลศาสตร์ของก๊าซระหว่างการออกแบบอย่างไร

ISO 6358 แยกการทดสอบอุปกรณ์ออกจากการคำนวณระบบไว้ในมาตรฐานที่เผยแพร่ 3 ส่วน โดยส่วนที่ 1 ไม่รวมกระบอกลมและแอคคิวมูเลเตอร์จากวิธีทดสอบอุปกรณ์ในสภาวะคงตัว ผลต่อการออกแบบจึงชัดเจน คือใช้ข้อมูลค่าการนำการไหลของอุปกรณ์กับเส้นทางลม แล้วประเมินปริมาตรที่เปลี่ยนแปลง โหลด ความดันในห้อง และจังหวะในระดับเครื่องจักร (ISO)

ใช้รายการตรวจสอบนี้ก่อนปล่อยวงจรนิวเมติก:

กำหนดแรงขั้นต่ำจากความดันในห้องที่ต่ำสุดซึ่งยอมรับได้ ไม่ใช่ดูเฉพาะค่าตั้งเรกูเลเตอร์
ระบุเวลาชักเป้าหมายและรอบการทำงานทั้งสองทิศทาง
ใช้ความดันสัมบูรณ์และอุณหภูมิในสมการก๊าซ
ระบุว่าค่าการไหลเป็นแบบมาตรฐาน แบบปกติ แบบ free-air แบบมวล หรือแบบปริมาตรจริง
ขอข้อมูลค่าการนำการไหลที่ผ่านการทดสอบหรือข้อมูลการไหลเทียบเท่าสำหรับวาล์ว เรกูเลเตอร์ ข้อต่อ อุปกรณ์ควบคุม และไซเลนเซอร์
รวมปริมาตรท่อและช่องว่างเข้ากับปริมาตรห้องที่ถูกขับเคลื่อน
ตรวจสอบอัตราส่วนความดันด้านจ่ายและด้านระบายตลอดระยะชัก
ทบทวนการไหลวิกฤตเฉพาะจุดที่ข้อจำกัด โดยไม่ถือว่าเป็นสภาวะ Mach ของวงจรทั้งวงจร
รวมอุณหภูมิโดยรอบ การควบคุมความชื้น และสภาวะอุ่นเครื่องที่คาดไว้
จัดจุดทดสอบความดันใกล้ทางเข้าเครื่องจักรและแอคชูเอเตอร์
ยืนยันว่าวงจรสุดท้ายทำงานได้ที่ลมจ่ายต่ำสุด โหลดสูงสุด และอัตรารอบสูงสุด

อย่าใช้แรงดันโรงงานที่สูงขึ้นเพื่อซ่อนข้อจำกัดเฉพาะจุด วิธีนี้อาจทำให้แอคชูเอเตอร์ตัวหนึ่งกลับมาทำงานได้ แต่เพิ่มการรั่ว ความต้องการลมที่ไม่ได้ควบคุม และความเค้นในส่วนอื่น คู่มือของ DOE แนะนำให้ลดแรงดันตกและใช้การเก็บลมเชิงกลยุทธ์ก่อนเพิ่มความสามารถของคอมเพรสเซอร์หรือเพิ่มแรงดันระบบ (U.S. DOE)

พลศาสตร์ของก๊าซจะจัดการได้ง่ายขึ้นเมื่อประกาศขอบเขตของแต่ละแบบจำลองให้ชัดเจน ใช้ความสัมพันธ์ของก๊าซอุดมคติสำหรับการเปลี่ยนสภาวะ ใช้ค่าการนำการไหลตามแนวทาง ISO สำหรับการไหลของอุปกรณ์ที่ผ่านการทดสอบ ใช้การวิเคราะห์อัตราส่วนความดันสำหรับการไหลวิกฤตเฉพาะจุด และใช้การวัดที่ซิงโครไนซ์สำหรับเครื่องจักรที่กำลังเคลื่อนที่ การผสมผสานนี้น่าเชื่อถือกว่าการกำหนดระบอบ Mach ให้กับวงจรทั้งระบบ

หากต้องการให้ตรวจสอบวงจรทางเทคนิค โปรดส่งหมายเลขรุ่นของวาล์วและแอคชูเอเตอร์ เส้นผ่านศูนย์กลางภายในและความยาวท่อ กราฟความดันด้านจ่ายและในห้อง โหลด ระยะชัก และเวลารอบเป้าหมายผ่าน หน้าติดต่อฝ่ายเทคนิค ข้อมูลเหล่านี้ช่วยระบุขอบเขตการคำนวณที่ถูกต้องก่อนเปลี่ยนฮาร์ดแวร์

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับพลศาสตร์ของก๊าซ: วิศวกรนิวเมติกควรตรวจสอบอะไร

NASA ระบุว่าสภาวะอัตราการไหลเชิงมวลในอุดมคติสูงสุดที่คอคอดควบคุมการไหลเกิดที่ Mach 1 ขณะที่ ISO 6358 แยกการบ่งลักษณะอุปกรณ์ในสภาวะคงตัวออกจากพฤติกรรมของระบบทั้งหมด ขอบเขต 2 ประการนี้ช่วยตอบคำถามที่เกิดซ้ำเกี่ยวกับค่าตั้งความดัน วาล์วที่เกิดการไหลวิกฤต ระดับความสูง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และการตอบสนองช้าของกระบอกลม (NASA Glenn; ISO)

แรงดันเรกูเลเตอร์ที่สูงขึ้นทำให้กระบอกลมเร็วขึ้นเสมอหรือไม่

ไม่ ความดันสัมบูรณ์ด้านต้นทางที่สูงขึ้นอาจเพิ่มอัตราการไหลเชิงมวลและแรงที่มีให้ แต่ความเร็วอาจยังถูกจำกัดด้วยค่าการนำการไหลของวาล์ว ท่อ ข้อต่อ อุปกรณ์ควบคุมแบบ meter-out แรงดันย้อนกลับด้านระบาย โหลด หรือคุชชั่น ให้วัดความดันในห้องกระบอกลมทั้งสองระหว่างการเคลื่อนที่ก่อนเพิ่มแรงดันเรกูเลเตอร์หรือเฮดเดอร์โรงงาน

การไหลวิกฤตทำให้อัตราการไหลนิวเมติกไม่ขึ้นกับความดันปลายทางหรือไม่

เฉพาะภายในช่วงที่กำหนด เมื่ออัตราส่วนความดันสัมบูรณ์ของความดันสถิตด้านปลายทางต่อความดันหยุดนิ่งด้านต้นทางต่ำกว่าค่าวิกฤต การลดความดันปลายทางลงอีกจะไม่เพิ่มอัตราการไหลเชิงมวลในคอคอดอุดมคติ แต่ความดันต้นทาง อุณหภูมิต้นทาง พื้นที่ที่มีผล คุณสมบัติก๊าซ และค่าการนำการไหลที่ผ่านการทดสอบของข้อจำกัดยังเป็นตัวกำหนดการไหลที่มีให้

ระดับความสูงเปลี่ยนอัตราส่วนความดันวิกฤตหรือไม่

ไม่โดยตรง หากเป็นก๊าซอุดมคติชนิดเดิมและมีอัตราส่วนความจุความร้อนเท่าเดิม ระดับความสูงเปลี่ยนความดันบรรยากาศสัมบูรณ์ สภาวะทางเข้าคอมเพรสเซอร์ การแปลงความดันเกจเป็นความดันสัมบูรณ์ และขอบเขตด้านระบาย การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจทำให้อุปกรณ์เข้าสู่หรือออกจากการไหลวิกฤต แม้ตัวอัตราส่วนวิกฤตในอุดมคติจะขึ้นกับคุณสมบัติของก๊าซ $\gamma$ เป็นหลัก

เหตุใดกระบอกลมจึงช้าได้เมื่อความดันคงที่ถูกต้อง

ความดันคงที่อาจกลับคืนขณะที่แอคชูเอเตอร์หยุดนิ่ง ระหว่างการเคลื่อนที่ วาล์ว ท่อ ข้อต่อ ฟิลเตอร์ เรกูเลเตอร์ หรือไซเลนเซอร์ที่มีขนาดเล็กเกินไปอาจสร้างความแตกต่างความดันสูงและจำกัดอัตราการไหลเชิงมวล ใช้กราฟทางเข้าเครื่องจักร ความดันในห้อง คำสั่งวาล์ว และตำแหน่งที่ซิงโครไนซ์กันเพื่อจับช่วงสั้น ๆ ที่ความเร็วหายไป

สมการพลศาสตร์ของก๊าซทำนายเวลาชักกระบอกลมที่แน่นอนได้หรือไม่

ไม่ได้จากสมการเดียว เวลาชักขึ้นกับปริมาตรห้องที่เปลี่ยนแปลง อัตราการไหลเชิงมวลด้านจ่ายและด้านระบาย ความดันในห้องทั้งสอง โหลด แรงเสียดทาน จังหวะวาล์ว คุชชั่น การรั่ว และการถ่ายเทความร้อน ค่าประมาณเวลาเติมช่วยคัดกรองความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรกับการไหลได้ แต่การยอมรับขั้นสุดท้ายต้องใช้แบบจำลองอุปกรณ์หรือการวัดจากวงจรที่ประกอบจริง