1. 選擇方法
選擇蓄能器時要涉及到許多參數,最重要的參數如下:
1) 最小壓力P1和***壓力P2-工作壓力。
出于安全的原因,P2值必須低于或等于被選用的蓄能器所規定的***工作壓力。
2) 可儲存或利用的液體容積△V .
為了正確確定蓄能器的尺寸,除了需要***和最小壓力以外還需要該數據。
3) 方法和用途
重要的是確定運行中的氣體是等溫狀態還是絕熱狀態。
例如壓縮(或膨脹)進行得慢(大約3分鐘),從而氣體大約保持恒定的溫度,該狀態為等溫。(例如:壓力穩定、容積補償、配重、潤滑線路)。其它情況(蓄能、脈動緩沖、沖擊緩沖等)由于傳送速度高,熱交換忽略不計,因此該狀態為絕熱當壓縮或膨脹時間小于3分鐘時,該絕熱條件將作為先導而存在。
4) 工作溫度
工作溫度決定著膠囊材料和鋼制殼體材料的選擇,而且也對初始負載壓力有影響,當然對蓄能器容積也有影響。
5) 液體種類
這將決定材料的選擇
6) 所需大流量
體積Vo和接頭的規格與反應速度有關。
7) 使用場所
重要的是要了解蓄能器的最終使用場所在什么地方,以便使設計能夠滿足當地的設計參數和試驗參數的要求。
根據上述內容,就能夠為所要求的專門用途選擇合適的蓄能器。
2.預充氣壓力
正確選擇預充氣壓力是獲得蓄能器及其部件的***效率和***使用壽命的基礎。當預充氣壓力Po盡可能接近最小工作壓力時,在理論上,能夠獲得液體的***儲量(或釋放量)。
在實際應用中應給出安全系數。為了避免在運行中閥門關閉,此值(除非另有規定)為:
Po的極限值為:Po=0.9P1 Po min≥0.25×P2 Po max≤0.9P1
特殊值用于:
? 活塞蓄能器 Po=0.95-0.97 P1
或Po=P1-(2~5 bar)
? 脈動緩沖和減振Po=0.6-0.75 Pm或Po=0.8P1
式中:Pm=平均工作壓力
? 液路緩沖
Po=0.6-0.9Pm
式中: Pm=自由流動狀態平均工作壓力
? 蓄能器+附加氣瓶
Po=0.95-0.97P1
Po值適用于用戶所要求的***工作溫度。
通常對蓄能器的檢驗或預充壓力是在與工作溫度T2不同的溫度下進行的。這樣,Po值在檢驗溫度Tc時成為:
Poc=Po
若Tc=20℃,則:Po(20℃)=Po
注:蓄能器的預充壓力直接由工廠在20℃的溫度下完成。充注的氣體是氮氣。
3.計算原理
蓄能器內部氣體的壓縮和膨脹是根據Boyle-Mariotte關于理想氣體中狀態變化的定律進行的:
Po×Von=P1×V1n= P2×V2n
圖12的PV圖表示了蓄能器的“壓力-容積”的關系。
圖中:Vo=壓力Po時的預充氮氣體積(升)
這是蓄能器能夠儲存的***氣體體積,它與額定容量相等或稍低一些。
V1=壓力P1時的氮氣體積 P1(升)
V2=壓力P2時的氮氣體積 P2(升)
△V=所排放的或所儲存的液體的容積(升)
Po=預充氮氣壓力(巴)
P1=最小工作壓力(巴)
P2=***工作壓力(巴)
n =多變指數
作為壓力函數,容積變化曲線與n的冪有關,氮氣的冪位于下述極限值之間:
n = 1 如果氮氣的壓縮和膨脹發生的很慢,使得整個熱交換過程位于氣體和周圍介質之間,這就是在恒溫下;該狀態為等溫。
n = 1.4 如果運行速度進行的非???,使得熱交換沒有發生;該狀態為絕熱。
這些都是理論狀態而非實際狀態。
然而能夠合理精確的確定,當蓄能器用作容積補償器、泄漏補償或潤滑補償和壓力補償器,該狀態為等溫。
在其他的用途中,例如用作能量儲存器、脈動緩沖器、緊急動力源、動壓力補償器、減振器、液壓彈簧等,應該確定該狀態為絕熱。
如果需要更精確的計算,可以使用n的中間值,n作為t的函數。如圖13的曲線,n是膨脹時間或壓縮時間的函數。
注:在計算中,壓力用***壓力"巴"表示;溫度用"開氏度"表示。
4 容積計算(等溫)
當n = 1,Boyle-Mariotte定律變為:
Po×Vo=P1×V1= P2×V2
所以 V1= Vo×;V2= Vo×
容積V1(最小工作壓力時)和V2(***工作壓力時)之間的差數給出所儲存的液量。
△V=V1-V2=Vo-Vo
所以 △V=Vo()
蓄能器容積將為:
Vo==
這說明當△V增加,Po下降,兩個工作壓力P1和P2之間的差數減小時,蓄能器的容積就增加。
5 容積補償(等溫)
把蓄能器用作容積補償的時候,是在等溫狀態下進行計算的一個典型的例子。
△V= VT×(T2-T1)×(β-3α)
式中:
VT =管道容積(升)
T2 =***溫度(℃)
T1 =最小溫度(℃)
β= 流體的體積膨脹系數(1/℃)
α= 管道線性膨脹系數(1/℃)
P1=最小允許工作壓力(bar)
P2=***允許工作壓力(bar)
必要的氣體容積為:
Vo=
6 泄漏補償(等溫)
蓄能器容積計算:
ΔV=Q1×t
Po=0.9×P1
P1=最小允許工作壓力(bar)
P2=***允許工作壓力(bar)
Vo =
7 容積計算(絕熱)
從基本公式開始
Po×Von=P1×V1n= P2×V2n
如等溫計算的情況一樣,絕熱狀態容積計算時我們得到如下公式:
ΔV = Vo =0.7143
Vo =
此公式在膨脹或壓縮階段的絕熱狀態時都有效。
蓄能器的容積不僅會受到壓力影響,還會受到工作溫度的影響。
溫度的影響
在運行過程中工作溫度會有很大的變化,在計算容積時,這點應注意。
溫度和容積之間的關系是
VOT=VO ;
式中
T2=t2(℃)+273=***工作溫度(°K)
T1=t1(℃)+273=最小工作溫度(°K)
VO=忽略了溫度變化而計算出的容積(升)
VOT=考慮溫度變化后的實際容積(升)
高壓校正系數
在高壓狀況下,蓄能器里使用的工業氮氣與理想的狀態相差甚遠,而公式是涉及理想氣體的,因此,在工作壓力P2≥200bar時,不論是絕熱狀態還是等溫狀態,都必須注意到這一事實。
實際容積VOT值變為:
VOT=VO×Ci× (等溫)
VOT=VO×Ca× (絕熱)
等溫狀態(isothermal condition)
8緊急能量存儲
典型的情況為儲存進行的很慢(等溫)而排放則很快(絕熱)。氣體容積由此式得出:
Vo =
儲存容量由此式得出:
ΔV = Vo
式中:
n =1.4 絕熱系數(快速排放階段)
nc = 1-1.4多變系數(慢速排放階段)
此值是一個時間函數,可從圖13的曲線推導出。
在大多數情況下,可以假設nc = 1,那么,計算就簡化了,而且不影響結果。
9 吸收脈動
典型的計算是在高速儲存和排放的絕熱狀態下。
計算時,要考慮的液量ΔV與泵的型號及泵的工作容積有關。
容積則為:
Vo =
式中:
q=泵的工作容積(升)
=A×C(活塞面積×沖程)=Q/N(流率/沖程)
P=泵的平均工作壓力(bar)
P1=P-X(bar)
P2=P+X(bar)
α=剩余脈動±(%)
K=此為系數,它與活塞的數量及泵的作用方式有關。
泵型號 K
1只活塞,單作用式 0.69
1只活塞,雙作用式 0.29
2只活塞,單作用式 0.29
2只活塞,雙作用式 0.17
3只活塞,單作用式 0.12
3只活塞,雙作用式 0.07
4只活塞,單作用式 0.13
4只活塞,雙作用式 0.07
5只活塞,單作用式 0.07
5只活塞,雙作用式 0.023
6只活塞,單作用式 0.07
7只活塞,雙作用式 0.023
10. 液壓管線吸收沖擊
流體快速增大或減小引起壓力快速增大,稱之為水錘。
超壓的程度用ΔPmax表示,它產生于管道關閉閥門的時候,受管道的長度、流速、流體的密度和閥門關閉時間的影響。由以下公式計算:
ΔPmax(bar) =
在規定的范圍ΔP值下,降低沖擊壓力所需蓄能器的容積,由下式給出:
Vo=
式中:
Vo= 蓄能器的容積 (升)
Q = 管路中的流量 (m3/h)
L = 管路的總長度(m)
γ = 液體的比重(Kg/m3)
V = 流速 (m/s) =1000Q/3.6S
S = 管路的內截面積 (mm2) =0.25×πd2
d = 管路內徑(mm)
ΔP= 允許的超壓(bar)
P1 = 自由流動的工作壓力 (***壓力,bar)
P2 = 允許的***壓力 (***壓力,bar) = P1+ΔP
t = 減速時間(閥門關閉時間) (s)
11. 蓄能器+附加氣瓶(傳送)
如果P1和P2之間的壓力差較小而又需要獲得大量的液體,則合成的容積Vo應大于ΔV。
在這種情況下,增加氣瓶增加氮氣量是很方便的事情。
容積的計算與應用方式有關,應考慮等溫或絕熱狀態,
以及溫度的影響。為了獲得***的效率,預充氣壓力采用較高的值。由以下公式:P0= 0.95-0.97P1
這意味著液體的容積加上溫度造成的容積變化必須低于蓄能器容積的0.75。
氣瓶的容積根據差值確定。
VOB =VOT -VOA
式中:
VOA = 蓄能器的容積
VOB = 附加氣瓶的容積