16MPa调速器的蓄能器、接力器和油泵参数选择(精)

16MPa调速器的蓄能器、接力器和油泵参数选择李 晃. 参数选择原则 参数选择中按下述原则进行：1.在油泵不工作的条件下, 蓄能器在正常工作油压下限pomin降到最低操作油压pR时至少能提供3个导叶接力器行程的油量。在上述要求的基础上,应适当应适当增大蓄能器容积，延长油泵打油间隔时间，以减少油泵的起停次数。2.每台油泵的每分钟输油量按油泵的市场供应情况选取,可大于GB/9652.1的规定 。3.取蓄能器的预充压力为0.9pR ，且缓慢充压；在此基础上再适当增大蓄能器容积；正常工作油压的变化范围（pomaxpomin）取名义工作油压的5，即16MPa14.4MPa。4.最低操作油压pR的选择，应遵守使所选蓄能器容积小、且接力器的容积不宜过大的原则，从而降低产品成本。. 最低操作油压pR的选择对所需蓄能器容积的影响已知接力器工作容量，那么接力器容积VS ： VS=A / pR 106 （m3）式中：A接力器工作容量（Nm）； pR最低操作油压 (MPa)。蓄能器在正常工作油压下限降到最低操作油压时能提供34个导叶接力器行程的油量进行蓄能器容积选择计算，先设提供的可用油体积Vu=4VS 。所需的在正常工作油压下限时蓄能器氮气体积Vair： Vair= Vu /（pomin / pR）1/1.31式中：pomin正常工作油压下限 (MPa) 。事故低油压紧急停机后达最低操作油压时的氮气体积VRair： VRair= VairVu=Vu /（pomin / pR）1/1.31Vu=Vu1/（pomin / pR）1/1.311设蓄能器预充压力为0.9pR，此时蓄能器氮气体积即所需蓄能器容积Vo：Vo = VRair /0.9=4.44A1 / （pomin / pR）1/1.31+1(1/pR)从上式可知，已知接力器工作容量和正常工作油压下限，所需蓄能器容积是最低操作油压的函数。设K= pR / pomin ，那么蓄能器氮气体积即所需蓄能器容积Vo：Vo=4.44 1 /（1 /K）1/1.31+1( A/Kpomin)=kA/ pomin式中：k=4.441 / （1 /K）1/1.31+1(1/K) 。从上述表达式可得出的系数k与系数K的函数关系图，如左图所示。计算及图示表明，所需蓄能器容积大小和系数k随所取最低操作油压(即系数K)降低而下降，当所选最低操作油压约低于0.5倍正常工作油压下限时，所需蓄能器容积反而增大。从左图可知，当K值在0.70.5间下降时k值变化率小得多，也就是蓄能器容积减小缓慢，而接力器的容积却增大较快。如前言所述，最低操作油压pR的选择，不仅应遵守使所选蓄能器容积小、且接力器的容积不宜过大的原则，从而降低产品成本。按上述要求选取K=0.695，即最低操作油压为10Mpa 。 系数k与系数K的函数关系图. 计算示例下面以30000Nm调速器为例：正常工作油压上下限（pomax和pomin）为16Mpa和14.4MPa。上述分析和计算表明，蓄能器容积大小随所取最低操作油压降低而下降，当所选最低操作油压约低于0.5倍正常工作油压下限时，所需蓄能器容积反而增大。最低操作油压pR的选择，不仅应遵守使所选蓄能器容积小、且接力器的容积不宜过大的原则，从而降低产品成本。为此，按上述要求选取最低操作油压为10Mpa 。接力器关闭腔容积VSc： VSc=A / pR 106 （m3）式中：A接力器工作容量（Nm）VSc=30000 / 10 106 =3103 （m3） =3 （l）假设：a.接力器关闭腔容积VSc为2.85（l）；b.接力器开启腔容积VSo为3.8（l）。所以，蓄能器应提供的可用油体积Vu：Vu=2VScVSo =9.5 （l） pR=30000 / 0.00285 106 =10.53 （MPa）为提供的最小可用油体积Vu，所需的在正常工作油压下限时蓄能器氮气体积Vair： Vair= Vu /（pomin / pR）1/1.31=9.5 / （14.4 / 10.5）1/1.31=34.5 （l） 事故低油压紧急停机后达最低操作油压时的氮气体积VRair： VRair = VairVu=44.0 （l） 蓄能器预充压力为0.9pR时，蓄能器氮气体积即所需蓄能器容积Vo： Vo= VRair /0.9 =1.11 VRair =48.9 （l）上述计算表明，如按在油泵不工作的条件下, 蓄能器在正常工作油压下限pomin降到最低操作油压pR时能提供3个导叶接力器行程的油量进行计算，得出所需蓄能器容积较小，可取50 l。下面按在油泵不工作的条件下, 蓄能器在正常工作油压下限pomin降到最低操作油压pR时能提供4个导叶接力器行程的油量重新进行蓄能器容积选择计算。1. 接力器关闭腔容积VSc的选择VSc=A / pR 106 （m3）式中：A接力器工作容量（Nm）VSc=30000 / 10 106 =3103 （m3） =3 （l）假设：a.接力器关闭腔容积VSc为2.85（l）；b.接力器开启腔容积VSo为3.8（l）。得出；pR =A /VSc 10610.5（MPa）2. 蓄能器容积选择下面按在油泵不工作的条件下, 蓄能器在正常工作油压下限pomin降到最低操作油压pR时至少能提供4个导叶接力器行程的油量进行计算。Vu=2VSc2VSo =13.3 （l）Vair= Vu /（pomin / pR）1/1.31=13.3/ （14.4 / 10.5）1/1.31=48.4 （l）事故低油压紧急停机后达最低操作油压时的氮气体积VRair： VRair= VairVu=61.7 （l） 蓄能器预充压力为0.9pR时，蓄能器氮气体积即所需蓄能器容积Vo： Vo= VRair /0.9 =1.11 VRair =68.6 （l）取蓄能器容积为240升3. 事故低油压pT的计算：取蓄能器的预充压力为0.9pR ，即9.5Mpa 。蓄能器缓慢充压后，油泵打油至调速器正常工作油压下限时的蓄能器氮气体积Vair：Vair=0.9 pR 80 / pomin =52.5 （l）注：用小流量油泵打油能使打油过程中氮气能进行较充分的热交换，不致打油后压力随温度下降而明显降低，且在正常工作油压的变化范围内蓄能器氮气体积变化较大，即可供油量较多，停泵间隔时间增长，因有较充分的热交换，计算才可采用等温过程方程。.在油泵不工作的条件下,从正常工作油压下限开始，接力器走两个行程后的油压pT1：pT1= pominVair1.3 /（VairVScVSo）1.3 =14.4 （52.5 /59.15）1.3 =12.33 （MPa）在油泵不工作的条件下,从正常工作油压下限开始，接力器走三个行程后的油压pT2：pT2= pominVair1.3 /（VairVSc2VSo）1.3 =14.4 （52.5 /62.95）1.3 =11.37 （l）设事故低油压pT为11.5MPa，稍大于pT2 ，适当增大事故低油压紧急停机后的余量。达到事故低油压pT整定值时的蓄能器氮气体积VT ：VT= Vair（ pomin / pT）1/1.3 =62.4 （l）4.事故低油压紧急停机后压力余量估算事故低油压紧急停机后的压力值为：pR1=pT VT 1.3 / （VTVSc）1.3 =11.5 （62.4 /65.25）1.3 =10.85 （MPa） 事故低油压紧急停机后的压力余量p： p= pR1pR=10.8510.5=0.35 （MPa） 或从事故低油压pT至最低操作油压pR所能提供的可用油体积余量V：V=VT（pT / pR ）1/1.3VTVSc=66.962.42.85=1.65 （l）上述计算表明，接力器关闭腔容积VSc为2.85升，小于3.0升，最低操作油压pR值为10.5MPa，为确保可用油量达4个导叶接力器行程，事故低油压pT值选为11.5MPa。在实际工程设计中，因只能选用标准尺寸的液压缸，或因选用液压缸速度比稍大，接力器实际容积可能大于或小于下面建议表中计算值，为确保系列产品蓄能器在正常工作油压下限pomin降到最低操作油压pR(11.5MPa)时至少能提供3个导叶接力器行程的油量，以满足标准的要求，设计时采用相同的正常工作油压的变化范围（1614.4MPa）、事故低油压pT（11.5MPa）、最低操作油压pR（10.0MPa），蓄能器的预充压力（9.0MPa）、下面初步计算时先用油量按4个导叶接力器行程计入，确保可用油量达个导叶接力器行程。 . 建 议 ：1. 系列产品设计应采用相同的正常工作油压的变化范围pomaxpomin（16 MPa14.4MPa）、事故低油压pT（11.5MPa）、最低操作油压pR（10MPa）蓄能器的预充压力（9.0MPa）,以便于按装、调试、使用和编制说明书，杜绝安全隐患。2. 计算可按在油泵不工作的条件下, 蓄能器在正常工作油压下限降到最低操作油压时能提供4个导叶接力器行程的油量进行蓄能器容积Vo初选，确保系列产品蓄能器在正常工作油压下限降到规定的最低操作油压时至少能提供3个导叶接力器行程的油量。蓄能器容积Vo初选直接按下式进行计算： Vo= VRair /0.9=1.11 Vu1 /（pomin / pR）1/1.311 3.接力器按速度比1.33设计。 按上式计算所得，选取蓄能器容积。4.建议的蓄能器容量计算如下：接力器工作容量（Nm） 3000 6000 10000 18000 30000 50000接力器关闭腔容积VSc （l） 0.3 0.6 1.0 1.8 3.0 5.0接力器开启腔容积VSo （l） 0.4 0.8 1.33 2.4 4.0 6.65最低操作油压pR =10MPa 可用油体积Vu=2VSc2VSo 1.4 2.8 4.66 8.4 14 23蓄能器容积初选Vo（）Vo .5 4 Vu 6.4 12.7 21.1 38.1 63.6 104.4选取的蓄能器容量Vo（l） 10 20 40 225 240 340 5. 事故低油压紧急停机后压力余量计算：(1) 正常工作油压下限时的蓄能器氮气体积Vair（l）Vair=0.9 pR Vo / pomin =0.625 Vo （l） 6.25 12.5 25.0 31.3 50 75 （2）接力器三个行程后的油压（MPa）VT2=VairVSc2VSo （l） 7.35 14.7 28.7 37.9 61 93.3pT2= pominVair1.3 / VT2 1.3 11.66 11.66 12.1 11.2 11.1 10.8（3）事故低油压整定值pT （MPa） 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5（4）事故低油压pT整定值时的蓄能器氮气体积VT （l）VT= Vair（ pomin / pT）1/1.3 7.4 14.9 29.7 37.2 59.4 89.8（5）事故低油压紧急停机后的压力值pR1 （MPa）pR1=pT VT 1.3 / （VTVSc）1.3 10.9 10.9 11.0 10.8 10.8 10.5（6）事故低油压紧急停机后的压力余量p （MPa） 0.9 0.9 1.0 0.8 0.8 0.56. 每台油泵的公称排量 （ml/r） 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 4.0 油泵转速 1450 （r/min） 实际工程设计中注意事项在实际工程设计中，设计接力器时，先按活塞杆的强度和刚度及结构的要求选取活塞杆直径，再按1.33的速度比选取接力器缸直径，因选用规定的接力器行程和相近的标准尺寸的液压缸，其接力器关闭腔容积可能稍大于或小于上述计算值；并用接力器小腔（关闭腔）核算最低操作油压，如大于10 MPa ，要按规定的事故低油压(11.5MPa)核算事故低油压紧急停机后的压力余量p ，即事故低油压紧急停机后的