16MPa调速器的蓄能器接力器和油泵参数选择论文稿1.docx
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16MPa调速器的蓄能器接力器和油泵参数选择论文稿1
16MPa调速器的蓄能器、接力器和油泵参数选择
李 晃
(天津电气传动设计研究所,天津300180)
摘要:
在分析和试验的基础上,本文提出16MPa调速器的蓄能器、接力器和油泵的参数选择方法,供行业参考。
关健词:
调速器;电液随动装置;参数选择;皮囊式蓄能器;接力器;油泵
Ⅰ前言
我国中小型PLC电液调速器的电液随动装置除传统结构产品外,还有16MPa的高油压系统结构,广泛采用液压行业的标准产品,如电磁换向阀、液动阀和插装阀等,简化了产品结构,减小了产品尺寸,由于皮囊式蓄能器的运用,不需高压气系统,高压油与压缩空气分离还使油的使用期限延长,这种高油压系统结构技术无疑是中小型微机调速器的发展方向。
然而,在行业中有的产品由于蓄能器、接力器和油泵参数设计不合理,产品的安全和工作性能不但没提高,却提高了产品成本和价格。
本文曾广泛征求制造厂意见,在修改过程中还得到一些制造厂试验数据的支持,作者希望本文有助于规范行业16MPa调速器产品的蓄能器、接力器和油泵的参数,并对降低产品成本有所帮助。
Ⅱ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(pomax~pomin)取名义工作油压的±5%,即16MPa~14.4MPa。
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。
Ⅲ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×10-6 (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3~4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)1/1.3-1}
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VRair:
VRair=Vair+Vu
=Vu/{(pomin/pR)1/1.3-1}+Vu
=Vu[1/{(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=VRair/0.9
=4.44A[1/{(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/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)1/1.3-1}+1](A/Kpomin)
=kA/pomin
式中:
k=4.44[1/[{(1/K)1/1.3-1}+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
Ⅳ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×10-6 (m3)
式中:
A—接力器工作容量(N·m)
VSc =30000/10×10-6
=3×10-3 (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=2VSc+VSo
=9.5 (l)
∴pR=30000/0.00285×10—6
=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)1/1.3-1}
=9.5/{(14.4/10.5)1/1.3-1}
=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=Vair+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=VRair/0.9
=1.11VRair
=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50l。
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×10-6 (m3)
式中:
A—接力器工作容量(N·m)
VSc=30000/10×10-6
=3×10-3 (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×10-6
=10.5(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=2VSc+2VSo
=13.3 (l)
Vair=Vu/{(pomin/pR)1/1.3-1}
=13.3/{(14.4/10.5)1/1.3-1}
=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=Vair+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=VRair/0.9
=1.11VRair
=68.6 (l)
取蓄能器容积为2×40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=0.9pR×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=pomin×Vair1.3/(Vair+VSc+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×Vair1.3/(Vair+VSc+2VSo)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×VT1.3/ (VT+VSc)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
=10.85-10.5
=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)1/1.3-VT-VSc
=66.9-62.4-2.85
=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(16~14.4MPa)、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3个导叶接力器行程。