Способ накопления энергии в гидродинамическом аккумуляторе Советский патент 1992 года по МПК F15B1/53 

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в горном деле, например при бурении скважин с гидравлическими забойными двигателями.

Известен способ накопления энергии, при котором после перекрытия трубопровода в гидросистеме суммируется несколько импульсов давления в жидкости, заключенной в трубопроводе. Недостатком такого способа является то, что для достижения высокого уровня накапливаемой энергии (А) необходимо поддержать высокую скорость потока жидкости и периодически полностью перекрывать трубопровод, который может разрушаться при больших гидроуда- рэх, хотя средневременная величина накопленной энергии в трубопроводе значительно меньше получаемой в конце цикла гидроудара. Кроме того, отбирать мощность из такой системы для совершения полезной работы экономически не выгодно, поэтому такой способ накопления энергии в машиностроении практически не применяется.

Известны также способы накопления энергии в гидродинамическом аккумуляторе (авт.св. № 1191622. кл. F 15 В 1/053; № 1208175, кл. Е 21 В 21/00; № 1469215, кл. F 15 В 1 /053). Однако их эффективная реализация невозможна без длительных экспериментальных исследований в связи с тем, что при накоплении энергии в гидродинамическом аккумуляторе возможно достаточно большое число сочетаний одновременно или раздельно управляемых параметров.

Наиболее близким к изобретению является способ накопления энергии в грузовом гидроаккумуляторе при создании усилия G, направленного на корпус гидроаккумулятора, и периодической подаче жидкости в его гидравлическую камеру.

Недостаток такого способа заключается в том, что энергия в этом случае накапливается периодически при значительном разрыве во времени от начала накопления энергии до момента окончания передачи мощности N от аккумулятора. При этом средние величины А и N за один цикл работы аккумулятора малы. В результате эффективность работы аккумулятора и коэффициент использования (Ки) необходимого энергетического оборудования остаются на низком уровне. Повышение Ки при таком способе накопления энергии связано с увеличением усилия G, площади поперечного сечения F плунжера аккумулятора или высоты Н поднятия груза, но при этом раз- .меры аккумулятора и мощность для его привода увеличиваются. Замена усилия G усилием от пружин усложняет конструкцию

гидроаккумулятора и ведет к снижению надежности о работе всей установки, предназначенной для накопления энергии и передачи мощности от аккумулятора. Чем

больше высота Н, тем больше время опускания груза и время передачи N от аккумулятора, в связи с чем темп роста N ниже темпа прироста А. Кроме того, значительные потери энергии обусловлены силами трения в

гидроаккумуляторе, в связи с чем резко снижается его КПД, особенно при малогабаритном исполнении, поэтому такие гидроаккумуляторы не применяются в технике.

Отмеченные недостатки ограничивают область применения известного способа, чему способствует и ограниченное количество параметров, с помощью которых формируют давление в гидроаккумуляторе Р

согласно соотношению

P-f.

Целью изобретения является расширение области применения гидродинамического аккумулятора и повышение эффективности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что в способе накопления энергии в гидродинамическом аккумуляторе, включающем создание осевого усилия на элемент его плунжерной пары, формирование статического давления в аккумуляторе путем подачи жидкости в гидрокамеру и слив жидкости из аккумулятора, непрерывно

прокачивают жидкость через магистраль нагнетания и гидрокамеру аккумулятора и формируют гидроимпульсное давление созданием вибратором осевых, например гармонических, колебаний плунжерной пары

гидроаккумулятора при одновременном или раздельном изменении амплитуды, частоты и фазы осевых колебаний, причем формируют гидроимпульсное давление согласно соотношению

PR 0,5 р С VB -- - cos (a) t -f- tp) ,

где PR - величина гидроимпульсного давления в гидроаккумуляторе;

р - плотность жидкости;

с - скорость распространения малых возмущений в жидкости;

VB - максимальная величина скорости осевого перемещения плунжера аккумулятора при вибрации;. Vn - скорость потока при входе жидкости в аккумулятор;

а)- частота вибраций плунжера аккумулятора;

(f) фаза вибраций плунжера аккумулятора;

г - время.

На чертеже показан гидродинамический аккумулятор, разрез, для накопления энергии по предлагаемому способу.

Аккумулятор имеет корпус 1, в котором соосно размещен полый плунжер 2, гидрокамеру 3, расположенную между плунжером 2 и корпусом 1, направляющую траверсу 4. вибратор 5 осевых вибраций плунжера 2, магистраль 6 нагнетания жидкости с суженинием 7, например с вентилем, линию 9 слива жидкости, дроссельное устройство 8, ограничитель 10 осевых перемещений корпуса 1 относительно плунжера 2. уплотнения 11,. амортизирующую прокладку 12. пружину 13 для подвески магистрали 6.

Имеется также виброграф 14 для измерения осевых вибраций корпуса 1 и плунжера 2 относительно неподвижной траверсы 4, виброграф 15 для измерения осевых вибраций корпуса 1 относительно плунжера 2, манометры 16, 17 для измерения статического давления в аккумуляторе (в магистрали нагнетания жидкости) и под плунжером 2, прибор 18 для измерения и записи в динамике гидроимпульсного давления в гидроаккумуляторе.

Гидродинамический аккумулятор работает следующим образом. Непрерывно про качивают жидкость через магистраль б нагнетания, гидрокамеру 3, полый плунжер 2, дроссельное устройство 9 и линию 8 слива жидкости и устанавливают в аккумуляторе начальный уровень давления жидкости Рц. Затем включают вибратор 5, создают осевые перемещения плунжера 2, воздейству- ют плунжером 2 на поток жидкости в гидрокамере 3 и создают гидроимпульсы давления в потоке прокачиваемой жидкости. Гидроимпульсы давления суммируются на участке от плунжера 2 до сужения 7 и образуют в гидроаккумуляторе гидроимпульсное давление PR, которое накладывается на давление Рн и регистрируется манометром 1 б как статическое, а прибором 18 - в виде виброграмм. В результате повышения давления в гидродинамическом аккумуляторе накапливается определенный уровень энергии и мощности NR.

Предлагаемый способ может быть осуществлен в нескольких вариантах.

Первый вариант. Дано: уровеньNR, конструкция гидроаккумулятора с вибратором и соответственно площадь поперечного сечения канала в плунжере аккумулятора перед дроссельным устройством 9 FK, площадь поперечного сечения Рр плунжера

2 в корпусе 1 аккумулятора, плотность прокачиваемой жидкости р и скорость звука с в жидкости (в магистрали ее нагнетания), частота (оосевых вибраций вибратора, оеличи- на максимального Ртах и начального Рн

давлений в магистрали 6 и аккумуляторе, а также коэффициент k, обусловленный силами трения в плунжерной паре аккумулятора и величиной его КПД.

Определяют уровень гидроимпульсного

давления, который можно обеспечить при заданных Ртах и Рн:

Рп Ртах-Рн,(1)

а также величины подачи жидкости Q в магистраль нагнетания (через аккумулятор) и скорости потока жидкости Vn в магистрали 6 перед аккумулятором из соотношений NR

Q,„,

vn К (3

Устанавливают площадь сечения отвер стия в дроссельном устройстве 9 при FAP - 0,25 FK. Затем рассчитывают скорость осевых вибраций плунжера гидродинэмическо- го аккумулятора согласно соотношению

Q

vn

(2)

0

5

VB

л/2 PR УП .

(4)

GR

(5)

p-c

Определяют величину осевого усилия на корпус гидродинамического аккумулятора:

PR Fp к

где Fp 0,785с1н:

dH- наружный диаметр плунжера (внутри корпуса аккумулятора).

Рассчитывают амплитуду осевых вибраций плунжера аккумулятора по формуле

п

ш

Vn

р-С

(6)

После расчета h осуществляют подачу Q (в расчетном объеме) жидкости через магистраль б нагнетания и через аккумулятор. включают вибратор 5, устанавливают минимально возможный уровень функций cos( ) mln, создают расчетное значение давления PR и обеспечивают заданную величину мощности NR.

Второй вариант. Заданы параметры: NR, Q, FK, Fp. р , с. h, р , k. Рассчитывают величины параметров:

NR . - -. Q . r.n ЈRJLfa.

FK

PR

Q

Vn

GRva V2pR v. p-C

VB

:u if .25Рк.

и фазы осевых колебаний, причем формиру- VB - максимальная величина скорости ют гидроимпульсное давление согласно осевого перемещения плунжера аккумуля- соотноШениютора при вибрации;

PR - 0 5 о С VR Г - cos (a) t + ti 1Vn СК°Р°СТЬ потока ПРИ вх°Аб жидкоп и,э р с VBLVn cos(o t+$p;j, 5 сти в аккумуяятор;

(о- частота вибраций плунжера аккуму- где PR - величина гидроимпульсного давле- лятора; ния в гидроаккумуляторе; р- фаза вибраций плунжера аккумуляр - плотность жидкости;тора;

с - скорость распространения малых 10 t-время, возмущений в жидкости;

Изобретение может быть применено в гидросистемах, например, горных машин. Цель изобретения - расширение области применения и повышение эффективности. Прокачивают жидкость через магистраль 6. гидрокамеру (ГК) 3, полый плунжер (П) 2, дроссельное устройство 9 и линию 8 слива. Устанавливают в аккумуляторе начальный уровень давления жидкости. Включают вибратор 5. создают осевые перемещения П 2 и, воздействуя им на поток жидкости в ГК 3, создают гидроимпульсы давления в потоке прокачиваемой жидкости. Гидроимпульсы давления суммируют на участке от П 2 до сужения 7, образуя в аккумуляторе гидроимпульсное давление, которое суммируется с начальным давлением жидкости. В аккумуляторе накапливают некоторый уровень энергии и мощности. 1 ил.