蓄能器的容积计算
出处:按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第1773页(3600字)
蓄能器的容积是指气腔与液控的容积之和。对于气囊式蓄能器为充气容积。
(1)作储能用时的容积计算
A.有效排油量△V的计算
蓄能器在作储能用时,是与油泵一起供油,因而需要蓄能器排出的有效油量应按下式计算
式中 △V——有效排油量(L);
ΣV——系统中各工作点的耗油量总和(L);
k1——系统泄漏系数,一般可选k1=1.2;
Σqm——泵总供油量(指在一个工作循环内系统所需的平均流量),可按下式计算:
式中 k2——泄漏系数k2≈1.3~1.1;
ΣVi——系统在一个工作周期中各执行机构耗油量总和(L);
qmax、qmin——系统最大、最小流量;
T——机组工作周期时间(s);
t——最大耗油量时泵工作时间(s)。
B.总容积V0的计算
总容积V0可由气体定律计算:
式中 p0V0——蓄能器贮油前的充气压力和气室容积;
p1V1——系统最高工作压力和最高工作压力下的气体体积;
p2V2——蓄能器维持的最低工作压力和最低工作压力下的气体体积;
n——多变指数。
a.蓄能器工作为等温过程
一般用于维持压力,补偿泄漏的蓄能器,其释放能量的速度缓慢,可认为气体在等温条件下工作(n=1),可按下式计算
b.蓄能器工作为绝热状态
当蓄能器用于大量供油时,其释放能量迅速,一般可认为气体在绝热条件下工作,可按下式计算
式中 k——绝热指数,k=1.4。
c.蓄能器工作为多变过程
实际上蓄能器工作过程大多属于多变过程,在贮油时,气体压缩为等温过程,放油时气体膨胀为绝热过程,所以应按下式计算
式中 n——多变指数,一般推荐n=1.25。
(2)用于补偿系统泄漏的蓄能器容积计算
A.有效排油量计算
这种功能的蓄能器主要是保证在一定时间内系统压力恒定,因而有效排油量△V应等于在这一定时间内系统所有元件及管道泄漏量总和Ve,即△V=Ve。
B.总容积V0计算
由于补偿泄漏的工作过程较长,可近似认为是等温过程,可按式(28.2-2)计算
V0=△V/p0(1/p1-1/p2)
(3)用于吸收液压冲击的蓄能器容积V0计算
这种蓄能器的容积计算与管路布置、油液状态、阻尼情况及泄漏大小有关,准确计算比较困难,实际应用常采用下述经验公式
V0=0.004qp2(0.0164L-t)/p2-p1 (28.2-5)
式中 q——阀口关闭前管道的流量;
t——阀口由开到关闭的持续时间;
p1——阀口开、闭前工作压力;
p2——系统允许的最大冲击压力,一般取p2≈1.5p1;
L——产生冲击波的管道长度。
图28.2-1是利用上式在t=0(即瞬间关闭)的条件下绘成,利用此图可迅速求出消除液压冲击时所需的蓄能器容积V0。
图28.2-1 用于消除冲击的蓄能器总容积V0的计算图(t=0)
(4)消除液压泵脉动降低噪声的蓄能器容积V0的计算
这种蓄能器在一个脉动周期内,吸收瞬时流量高于平均流量的部分,而当瞬时流量低于平均流量时,又将其吸收的流量全部排出。在这个过程中蓄能器来不及与外界进行热交换,故可认为是绝热过程,可按式(28.2-3)来计算。
实际应用一般按以下经验公式计算
式中 Vd——泵单缸排量(m3);
p1、p2——蓄能量最低、最高压力;
pm——平均压力,
kb——指数,单缸单作用泵:0.6
单缸双作用泵:0.25
双缸单作用泵:0.25
双缸双作用泵:0.15
三缸单作用泵:0.15
三缸双作用泵:0.06;
k——指数,对于氮气和空气k=1.4。
(5)作紧急动力源的蓄能器容积V0的计算
A.有效排油量△V
这种蓄能器的有效排油量应等于在泵站停止供油后,仍需供应执行元件的压力油的总量。
式中 k4——泄漏系数,可取k4=1.2
ΣVi——泵站停止供油后仍需供给执行机构压力油量的总和。
B.蓄能器总容积V0
这种蓄能器容积计算可根据实际情况,按其作用分别用式(28.2-2)(等温状态)和式(28.2-3)(绝热状态)计算。
(6)用于补偿热膨胀的蓄能器容积V0计算
A.有效排油量△V
这种蓄能器用于吸收当油温升高时,封闭回路液体膨胀而增加的容积;当油温降低时,封闭回路液体收缩而减少的容积,蓄能器需排出油液进行补充。其排油量△V按(28.2-8)式计算。
△V=Vα(t2-t1)(αv-3α) (28.2-8)
式中 Va——封闭回路中油液的总容积;
t1t2——系统的初始温度和最高(或最低)温度(K);
αv——液体的体积膨胀系数(K-1);
α——管子材料的线膨胀系数(K-1)。
B.蓄能器总容积计算
根据蓄能器工作状态按上述式(28.2-2)(等温状态)和式(28.2-3)(绝热状态)计算。