16MPa调速器的蓄能器接力器和油泵参数选择

1、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 16MP

2、a14.4MPa。 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( N m)； 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=4V S 。 所需的在正常工作油压下限时蓄能器氮气体积V air： Vair= V u / ( pomin / pR) 1/

3、1.3 1 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V Rair： V Rair = VairVu =V u / ( pomin / pR) 1/1.3 1 V u =V u1/ ( pomin / pR) 1/1.3 1 1 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 = V Rair /0.9 =4.44A1 / ( pomin / pR) 1/1.3 1 +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 / pom

4、in ，那么蓄能器氮气体积即所需蓄能器容积V o： Vo=4.44 1 /(1/K)1/1.31+1( A/K pomin) =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 0.7 0.5 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

5、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 30000N m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

6、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（ N m） VSc =30000 / 10 106 =3 103 （ 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=2V Sc V So =9.5 （ l） pR=30000 / 0.00285 10 6 =10.53 （ MPa） 为提供的最小可用油体积 V u，所

7、需的在正常工作油压下限时蓄能器氮气体积V air： Vair= Vu /（pomin / pR） 1/1.3 1 =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V Rair： VRair = V air Vu =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= V Rair /0.9 =1.11 V Rair =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

8、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（ N m） V Sc=30000 / 10 10 6 =3 103 （ 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 /V Sc 106 10.5（MPa） 2

9、. 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=2V Sc 2VSo =13.3 （ l） Vair= V u / （ pomin / pR） 1/1.3 1 =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V Rair： V Rair= V air Vu =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= V Rair /0.9 =1.11 V Ra

10、ir =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

11、的油压pT1： pT1= pomin V air1.3 /（ V air V Sc VSo） 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= pomin V air1.3 /（ V air V Sc 2V So） 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 V T ： VT= V a

12、ir（ 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 V T 1.3 / （V T V Sc） 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= pR1 pR =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= V T（ 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V

13、 Sc 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

14、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。 1. 系列产品设计应采用相同的正常工作油压的变化范围pomax pomin（ 16 MPa 14.4MPa）、事故低油压 p（T 11.5MPa）、最低操作油压 p（R 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V o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

15、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= V Rair /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（ N m） 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

16、Vu=2V Sc 2V So 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） V air=0.9 pR V o / pomin =0.625 V o （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=V airVSc 2VSo （l） 7.35 14.

17、7 28.7 37.9 61 93.3 pT2= pomin Vair1.3 / 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= V air（ 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 V T 1.3 / （V TVSc）1.3 10.9 10.9 11.0

18、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 0.5 6. 每台油泵的公称排量 （ml/r ） 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 4.0 5 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