蓄能用的蓄能器的计算

蓄能用的蓄能器有多种用途，包括：作辅助动力源、补偿泄漏保持恒压，作应急动力源、改善频率特性和作液压空气弹簧等。其计算见下表1

表1

项目

计 算 公 式

说     明

泵

的

流

量

Q_m

设置蓄能器的液压系统，其泵的流量是根据系统在一个工作循环周期中的平均流量Q_m来选取的

流量-时间关系

即          

 —— 在一个工作周期中各液压机构耗油量之

总和，L

K —— 泄漏系数，一般取K＝1.2

T —— 机组工作周期，s

液压泵既可以选一台，也可以选数台，但其总流量∑Q_p应等于一个工作循环内的平均流量Q_m

蓄

能

器

有

效

容

积

V_W

蓄

能

器

有

效

供

液

容

积

根据各液压机构的工作情况制定出耗油量与时间关系的工作周期表，比较出最大耗油量的区间

(1) 对于作为辅助动力源的蓄能器，可按下式粗算

对于液压缸V_i＝A_il_i×10³

(2) 对于应急动力源的蓄能器，其有效工作容积，要根据各执行元件动作一次所需耗油量之和来确定。

(3) 蓄能用蓄能器有效工作容积V_W

在绝热情况下可以用下面蓄能器有效容积(n＝1.4)图，用图解法求出V_W

例  已知p₂＝7MPa，p₁＝4MPa，p₀＝3MPa，V₀＝10L，求蓄能器的有效工作容积V_W(绝热情况下)

从下图中过p₂＝7MPa的垂直线与p₀＝3MPa的曲线的交点作水平线向左与V₀＝10L的垂直线相交，得V₂＝5L；过p₁＝4MPa的垂直线与p₀＝3MPa的曲线的交点作水平线向左与V₀＝10L的垂直线相交，得V₁＝7.5L，所以有效工作容积为

V_W＝V₁-V₂＝7.5-5＝2.5L

 —— 最大耗油量处，各执行元件耗油量总和，L

A_i —— 液压缸工作腔有效面积，m²

l_i —— 液压缸的行程，m

K —— 系统泄漏系数，一般取K＝1.2

∑Q_p —— 泵站总供油量，L/min

t —— 泵的工作时间，s

V'_i —— 应急操作时，各执行元件耗油量，L

上图横坐标上从0起往左共6条线，第1线为2.5，第2条线为5，第3条线为10，其次分别为20、40、60；其右侧是气囊式蓄能器压力与容积的关系图

上图有关代号均与下栏公式中有关代号相同

蓄

能

器

的

总

容

积

V₀

蓄能器的总容积V₀，即充气容积(对活塞式蓄能器而言，是指气腔容积与液腔容积之和)。根据波义耳定津：

p₀V₀ⁿ＝p₁V₁ⁿ＝p₂V₂ⁿ＝C

蓄能器工作在绝热过程(t＜1min)时，n＝1.4，其总容积

p₀ —— 充气压力，MPa

p₁ —— 最低工作压力，MPa

p₂ —— 最高工作压力，MPa

以上压力均为绝对压力，相应的气体容积分别为V₀、V₁、V₂，L

n —— 指数，绝热过程n＝1.4(对氮气或空气)，则

V_W —— 有效工作容积，L，V_W＝V₁-V₂

蓄

能

器

充

气

压

力

p₀

(1) 蓄能用

1) 使蓄能器总容积V₀最小，单位容积储存能量最大的条件下，绝热过程时

p₀＝0.471p₂

2) 使蓄能器重量最小时

p₀＝(0.65~0.75)p₂

3) 在保护胶囊，延长其使用寿命的条件下

折合形气囊 p₀≈(0.8~0.85)p₁

波纹形气囊 p₀≈(0.6~0.65)p₁

隔膜式 p₀≥0.25p₂，p₁≥0.3p₂

活塞式 p₀≈(0.8~0.9)p₁

(2) 作吸收液压冲击用 p₀＝p₁

(3) 作清除脉动降低噪声用 p₀＝p₁

或          

蓄能器的充气压力p₀，根据应用条件的不同，选用不同计算公式进行计算

代号含义同前

作液体补充装置或作热膨胀补偿用时，同样取

p₀＝p₁

蓄

能

器

最

低

工

作

压

力

p₁

和

最

高

工

作

压

力

p₂

作为辅助动力源来说，蓄能器的最低工作压力p₁应满足

p₁＝(p_Ⅰ)_max+(∑△p)_max

从延长皮囊式蓄能器的使用寿命考虑

p₂≤3p₁

作为辅助动力源的蓄能器，为使其在输出有效工作容积过程中液压机构的压力相对稳定些，一般推荐

p₁＝(0.6~0.85)p₂

但对要求压力相对稳定性较高的系统，则要求p₁和p₂之差尽量在1MPa左右

(p_Ⅰ)_max —— 最远液压机构的最大工作压力，MPa

(∑△p)_max —— 蓄能器到最远液压机构的压力损失之和，MPa

p₂越低于极限压力3p₁，皮囊寿命越长，提高p₂虽然可以增加蓄能器有效排油量，但势必使泵站的工作压力提高，相应功率消耗也提高了，因此p₂应小于系统所选泵的额定压力

蓄能器

实际有

效工作

容积

V′_W

绝热过程(t＜1min)蓄能器有效工作容积为

式中代号含义同前

注：当气体的压缩或膨胀是在1min以内者，由于来不及和外界进行热交换，故可近似认为是绝热过程。

表2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　蓄能器有效排油量验算

项目

制定方法或验算

蓄

能

器

工

作

制

度

制

定

方

法

按上表1确定的蓄能器实际有效工作容积V '_W，还应该按生产过程的工作循环周期表进行验算。验算前应确定泵蓄能器站的工作制度，即泵和蓄能器如何配合工作的制度，以满足系统的需要

(1) 靠蓄能器内液位变化，由液位控制器(如干簧管继电器等装置)发出电信号给液压泵(一台或几台进行供油或卸荷)

此类蓄能器多半是气液直接接触式的(非隔离式的)，一般容量较大(500~1000L以上，有效工作容积也有几十升以上)，需自行设计

(2) 靠蓄能器内压力变化，由压力控制器(如电接点压力表、压力继电器等控制元件)发出电信号来控制泵组的工作状态(供油或卸荷)

目前液压系统广泛采用气囊式蓄能器。每个蓄能器容量不大，由几个并联使用，以满足大流量的需要，在其总的输出管线上，接通压力控制器

计

算

实

例

已知一泵站由三台叶片泵(二台工作，一台备用)和两个气囊式蓄能器组成，蓄能器参数为：总容积V₀＝2×40＝80L，充气压力p₀＝5.5MPa，最低工作压力p₁＝6MPa，最高工作压力p₂＝7.5MPa

根据p₀V₀ⁿ＝p₁V₁ⁿ＝p₂V₂ⁿ＝C，可求得压力为6MPa、6.5MPa、6.8MPa、7.2MPa、7.5MPa时蓄能器的液体容积及相应的有效工作容积。如

当p₁＝6MPa时，

当p′＝6.5MPa时，

则有效工作容积V'_W为，V'_W＝V-V′＝75.21-71.05＝4.16L

把计算结果标在泵和蓄能器工作制度示意图(如下图)上

泵和蓄能器工作制度示意图

由图可见，蓄能器刚开始充液时，1^#、2^#泵同时向蓄能器供油，随着液位上升，气囊内气体被压缩，油压升高，当油压升到7.2MPa时，电接点压力表(或其他压力控制器)发出电信号，使1^#泵卸荷(2^#泵仍在供油)；压力继续上升，升到7.5MPa时，蓄能器内已蓄油11.02L(有效工作容积)，电接点压力表发出信号，使2^#泵也卸荷，整个泵站停止向蓄能器供油。这时如果液压执行元件工作，则系统完全由蓄能器供油，随着蓄能器内液位下降，气囊内气体膨胀，蓄能器内油液压力下降，当压力降到6.8MPa时，电接点压力表发出信号，使2^#泵供油，压力降到6.5MPa时，1^#泵也供油，两个泵同时工作

该泵站由三个电接点压力表进行压力控制，三个压力表头分配如下

表号

表 简 图

控 制 对 象

控制压力范围

压力差

1

控制1^#泵的工作状态(供油或卸荷)

6.5~7.2MPa

0.7MPa

2

控制2^#泵的工作状态(供油或卸荷)

6.8~7.5MPa

0.7MPa

3

控制系统上、下极限压力，当压力低于5.5MPa或高于8.5MPa时，发出报警信号

5.5~8.5MPa

3MPa

蓄

能

器

有

效

工

作

容

积

验

算

蓄能器有效工作容积的验算，需根据液压系统的工作循环，并结合泵和蓄能器的工作制度示意图进行。由下面公式计算各工序存入蓄能器的液体量W_i

当液压机构工作时W_i＝(∑Q_p-∑nq)t   (L)

当无液压机构工作时W_i＝(∑Q_p)t   (L)

实际验算时，可按下表依各工序顺序逐项计算

液压机构

工作循环

顺序及工

序名称

工作

油缸

数n

单缸耗

油量q

/L·s^-1

工序耗

油量

∑nq

/L·s^-1

工作

时间

t/s

累计

时间

∑t/s

泵供油量

∑Q_p

/L·s^-1

充入蓄能器油量

W_i＝(∑Q_p-∑nq)t/L

蓄能器累

计蓄油量

∑W_i/L

因为工作时间t为：，所以当工序中供油量或需油量变化时，必须按变化阶段分别求出相应时间t_i及其充入蓄能器油量，而不应简单地按整个工序时间代入上式求W_i。

蓄能器有效工作容积的验算结果如不能满足工作需要，应通过调整泵和蓄能器的工作制度或适当调整生产工序等措施加以修正。