Гидроаккумулятор Советский патент 1993 года по МПК F15B1/04 

00

ю

ч

Изобретение относится к машиностроению, а именно - к аккумуляторам энергии жидкости, и может быть использовано для сглаживания колебаний давления в гидросистемах высокого и сверхвысокого давления, например, в установках для резания материалов высокоскоростной струей жидкости.

Цель изобретения - повышение безопасности эксплуатации оборудования и расширение его технологических возможностей.

В предлагаемом гидроаккумуляторе в . качестве аккумулирующей среды использована любая жидкость, обладающая большей сжимаемостью по сравнению с рабочей. Вместе с тем, выполнение непроницаемого сосуда в виде трубки, длиной по установленной зависимости

D

i

dS

Ht

полностью исключает утечки разделительной и аккумулирующей жидкостей в гидросистему при отсутствии давления в ней без применения запорных устройств и попадание рабочей жидкости из трубки в полость гидроаккумулятора при достижении в системе максимального рабочего давления. Использование же в качестве разделителя жидкости устраняет гистерезис и инерционность работы аккумулятора, что повышает качество его работы.

На фиг.1 представлен гидроаккумулятор, общий вид в разрезе; на фиг.2 - расчетная схема гидроаккумулятора.

Тидроаккумулятор (см. фиг.1) содержит корпус 1 с каналами 2 и 3 для подвода соответственно рабочей и аккумулирующей жидкостей, в полости которого размещены непроницаемый сосуд 4 в виде трубки, верхний конец которой герметично соединен с каналом 2, а нижний - погружен в слой разделительной жидкости 5, образуя при этом две полости 6 и 7, одна из которых- полость б - заполнена разделительной жидкостью, а другая - полость 7 - заполнена аккумулирующей жидкостью.

Работает аккумулятор следующим образом.

Перед началом работы канал 3 для подвода аккумулирующей среды герметично закрывается пробкой 8, затем давление в гидросистеме начинают повышать до требуемого значения. При этом рабочая жидкость по каналу 2 поступает а полость 6, вытесняя из нее в полость 7 разделительную жидкость. В результате этого происходит .сжатие аккумулирующей жидкости и, следовательно, накапливание аккумулятором энергии.

При снижении давления в гидросистеме

аккумулирующая жидкость начинает расширяться, вытесняя из полости 7 в полость 6 разделительную жидкость 5, которая в свою очередь вытесняет рабочую жидкость из полости 6 в гидросистему, компенсируя при

этом в ней падения давления.

Если давление Р в системе изменяется на некоторую величину dP, то это приводит к изменению объема рабочей жидкости в трубке 4 на величину dVp, определяемую

выражением

dVp- |d02dh,

(1)

где dh - изменение высоты слоя .разделительной жидкости 5 в трубке 4 при изменении давления dP (см. фиг.2), а также к изменению высоты dH слоя разделительной жидкости 5 в полости 7 гидроаккумулятора

и, как следствие этого, к изменению объема аккумулирующей жидкости на dVa:

dV8 (D2-di2)dH чили

dVa j9VaodP,

п ,,.2ч

(2) (3)

где Vao i()(Ho-H)

- объем аккумулирующей жидкости в полости 7 при атмосферном давлении (Р - 0).

Приравняв правые части выражений (2) и (3), можно найти:

()dP(4)

Если в качестве разделителя использована малосжимаемая жидкость, например, жидко-металлический сплав, то можно при- нять dVp dVa. Следовательно, из выражений (1) и (2) получим

d02dh (D2-di2)dh(Б)

или с учетом формулы (4)

do2 dh - - ДО - dt2) (Ho-H) dP (6) Из выражения (6) следует, что

dh- -0lLlE(H0-H)dP (7)

d5

После интегрирования равенства (7) по давлению в пределах от 0 до максимального

значения рабочего давления PI, перемещение в трубке 4 поверхности раздела двух фаз: рабочая жидкость - разделитель или, другими словами, минимальную высоту слоя разделительной- жидкости в трубке, при которой при повышении давления в системе от 0 до максимума вся разделитель- ная жидкость не будет вытеснена из трубки 4 в полость 7 и не произойдет попадание рабочей жидкости в полость 7:

hmin-ff 0d(Ho-H2)Pi.

d2o

(8)

где На - высота слоя разделительной жидкости в полости 7 при отсутствии давления в гидросистеме;

Но - На Hi - высота слоя аккумулирующей жидкости в полости гидрозккумулято- ра при отсутствии давления в гидросистеме. Следует учитывать, что минимальная длина трубки 4 должна быть больше hmin, т.к. в противном случае будет возможен выход рабочей жидкости из трубки в полость 7, вмейте с тем, длина трубки 4 должна быть меньше длины Но полости гидроаккумулятора, чтобы обеспечивалось свободное перетекание разделительной жидкости из трубки 4 в полость 7. Тогда можно записать соотношение, из которого следует определять требуемую длину трубки:

ft

tf-d2,

dl

HiPi

В соответствии с описанием технического решения в Киевском технологическом институте легкой промышленности разработан и изготовлен гидроаккумулятор с объ- емом полости 2,1 л. Внутренний диаметр полости D 50 мм, длина полости Но 1085 мм, высота слоя аккумулирующей жидкости в полости гидроаккумулятора при отсутствии давления в гидросистеме Hi 1080мм. Гид- роаккумулятор рассчитан на максимальное рабочее давление Pi 400 МПа. В качестве аккумулирующей жидкости использован метиловый спирт (коэффициент сжимаемости /$ 8,55 «10 ), в качестве разделителя - жидкометаллический сплав при следующем соотношении компонентов (мас.%): галлий - 88, олово - 12. Наружный и внутренний диаметры трубки выбраны соответственно di - 27 мм, do 25 мм. Длина трубки определена при помощи соотношения (9):

ш. х

0.0252 х 1.08-400 К 1,085

5 0

5

0 5 о

5

0

или

1, 1,085м.

С учетом полученных результатов расчетов конструктивно длина трубки равна I 1,083 мм, что соответствует заявленным требованиям. Следует отметить, что в случае применения трубки с меньшим диаметром для обеспечения работоспособности гидроаккумулятора ее длина должна превышать длину полости гидроаккумулятора, что нерационально с конструктивной точки зрения. В то же время, увеличение диаметра трубки приводит к повышению требуемого объема полости гидроаккумулятора, вследствие чего возрастают его размеры и масса,

При работе такого предлагаемого гидроаккумулятора в гидросистеме установки для разрезания материалов высокоскоростной струей жидкости при рабочем давлении жидкости - воды - 400 МПа и ее расходе - 15,5 см3/с в случае прекращения подачи воды в систему в течение 0,3 с падение давления в ней не превышало 4 МПа или 1 % от рабочего давления. В случае жг применения в качестве аккумулирующей среды самой рабочей жидкости - воды - как, например, в описанном выше ресивере, объем полости аккумулятора, способный обеспечить такую же стабильность рабочего давления, должен быть не менее 2,7 л или в 1,3 раза больше.

Использование предлагаемого гидроаккумулятора позволяет существенно повысить безопасность его эксплуатации при высоких и сверхвысоких давлениях, так как в нем отсутствуют полости, заполненные газом, благодаря чему существенно снижается опасность травмирования обслуживающего персонала и повреждения обо- рудования в случае разрыва корпуса аккумулятора. Вместе в тем, в предлагаемом гидроаккумуляторе начальное давление (давление зарядки) равно атмосферному, в связи с чем устраняется необходимость применения специальных запирающих устройств, препятствующих выходу разделительной и аккумулирующей жидкостей при снижении давления в гидросистеме. Кроме того, предлагаемый гидроаккумулятор может работать в широком диапазоне рабочих давлений без дополнительной перезарядки, что существенно расширяет его технологические возможности.

Формула изобретения

Гидроаккумулятор, содержащий корпус с каналами для подвода аккумулирующей среды и рабочей жидкости, внутри которого размещены непроницаемый сосуд, образующий одну из полостей, и разделитель в

виде жидкости, не растворяющей в себе аккумулирующую среду и рабочую жидкость, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности в эксплуатации оборудования и расширения его технологических возможностей, в качестве аккумулирующей среды использована жидкость, более сжимаемая по сравнению с рабочей жидкостью, непроницаемый сосуд выполнен в виде трубки, верхний конец которой герметично соединен с каналом для подвода рабочей жидкости, а нижний погружен в разделитель, tipn этом длина трубки I, длина полости гидроаккумулятора Но и высота слоя аккумулирующей жидкости в полости

гидроаккумулятора при отсутствии давления в гидросистеме Hi связаны между собой соотношением

D PIHKKHO.

do

где D - диаметр полости гидроаккумулятора;«

di - наружный диаметр трубки; do - внутренний диаметр трубки; /J- коэффициент сжимаемости аккумулирующей жидкости;

Pi - максимальное рабочее давление в гидросистеме.

Использование: относится к машиностроению. Цель: повышение безопасности эксплуатации оборудования и расширение его технологических возможностей. Сущность изобретения: гидроаккумулятор содержит корпус 1, внутри которого размещены непроницаемый сосуд 4 в трубки, образующий полость 7, заполненную аккумулирующей средой, и разделитель в виде жидкости, не растворяющей в себе аккумулирующую среду и рабочую жидкость. В качестве аккумулирующей среды при этом использована жидкость, более сжимаемая по сравнению с рабочей жидкостью. Длина трубки 4 выбирается в зависимости от размеров элементов гидроаккумулятора и свойств аккумулирующей жидкости. 2 ил.

Редактор Л.Народная

Составитель С.Беляев Техред М.Моргентал

гР + Р

Корректор Н.Кешеля