1. Метод отбора

При выборе энергетического аккумулятора необходимо учитывать множество параметров, наиболее важными из которых являются следующие:

1) Минимальное давление P1 и максимальное давление P2 – рабочее давление.

В целях безопасности значение P2 должно быть ниже или равно максимальному рабочему давлению, указанному для выбранного аккумулятора.

2) Объем жидкости, который может быть сохранен или использован, ΔV.

Для точного определения размера аккумулятора, помимо максимального и минимального давлений, необходимы и эти данные.

3) Методы и области применения

Важно определить, находится ли используемый газ в изотермическом или адиабатическом состоянии.

Например, если сжатие (или расширение) происходит медленно (приблизительно 3 минуты), газ поддерживает приблизительно постоянную температуру; это изотермическое состояние. (Примеры: стабильность давления, компенсация объема, противовесы, линии смазки). В других случаях (накопление энергии, гашение пульсаций, гашение ударных волн и т. д.), из-за высокой скорости передачи, теплообмен пренебрежимо мал; следовательно, это адиабатическое состояние. Когда время сжатия или расширения составляет менее 3 минут, это адиабатическое состояние будет существовать как предвестник.

4) Рабочая температура

Рабочая температура определяет выбор материала капсулы и стального корпуса, а также влияет на начальное давление нагрузки и объем аккумулятора.

5) Виды жидкостей

Это определит выбор материалов.

6) Требует большой скорости потока.

Объем Vo и характеристики разъема связаны со скоростью реакции.

7) Место использования

Важно понимать, где будет использоваться устройство хранения энергии, чтобы гарантировать соответствие конструкции требованиям местных параметров проектирования и испытаний.

На основании вышеизложенной информации можно выбрать подходящее устройство хранения энергии для достижения требуемой конкретной цели.

2. Давление до инфляции

Выбор правильного давления предварительной зарядки имеет основополагающее значение для достижения оптимальной эффективности и максимального срока службы аккумулятора и его компонентов. Теоретически, максимальное накопление (или высвобождение) жидкости может быть достигнуто, когда давление предварительной зарядки Po максимально близко к минимальному рабочему давлению.

В практических применениях следует предусмотреть запас прочности. Для предотвращения закрытия клапана во время работы это значение (если не указано иное) составляет:

Предельные значения Po: Po = 0,9P1, Po min ≥ 0,25 × P2, Po max ≤ 0,9P1

Специальные значения используются для:

Ø Поршневого аккумулятора Po=0,95-0,97 P1

Или Po = P1 - (от 2 до 5 бар)

Ø Амортизация пульсаций и снижение вибрации Po=0,6-0,75 Пм или Po=0,8П1

Где: Pm = среднее рабочее давление

Ø Жидкий буфер

Po=0,6-0,9Pm

Где: Pm = Среднее рабочее давление в состоянии свободного потока

Ø Аккумулятор + вспомогательный газовый баллон

Po=0.95-0.97P1

Значение Po соответствует максимальной рабочей температуре, требуемой пользователем.

Аккумулятор обычно тестируется или предварительно заряжается при температуре, отличной от рабочей температуры T2. Таким образом, значение Po при температуре тестирования Tc становится следующим:

Poc=После 

Если Tc = 20℃, то: Po(20℃) = Po

Примечание: Предварительное давление в аккумуляторе достигается непосредственно на заводе при температуре 20°C. В качестве заряжающего газа используется азот.

3. Принцип расчета

Сжатие и расширение газа внутри аккумулятора основаны на законе состояния Бойля-Мариота для идеального газа:

Po×Von=P1×V1n= P2×V2n

Диаграмма PV на рисунке 12 иллюстрирует зависимость «давление-объем» аккумулятора.

На рисунке: Объем предварительно заправленного азота (литры) при Vo = давлении Po

Это максимальный объем газа, который может вместить аккумулятор, и он равен или немного меньше его номинальной емкости.

V1 = Объем газообразного азота при давлении P1 (литры)

V2 = Объем газообразного азота при давлении P2 (литры)

△V = Объем вылитой или накопленной жидкости (литры)

Po = Давление азота до заправки (бар)

P1 = Минимальное рабочее давление (бар)

P2 = Максимальное рабочее давление (бар)

n = политропический индекс

В зависимости от давления кривая изменения объема связана со степенями n, причем степени азота находятся в следующих пределах:

Если сжатие и расширение азота происходят очень медленно, так что весь процесс теплообмена происходит между газом и окружающей средой, это называется изотермическим состоянием.

n = 1,4. Если рабочая скорость настолько высока, что теплообмен не происходит, то состояние является адиабатическим.

Это теоретические состояния, а не фактические.

Однако можно с достаточной степенью достоверности и точностью определить, что при использовании аккумулятора в качестве компенсатора объема, компенсатора утечек или компенсатора смазки и компенсатора давления состояние является изотермическим.

В других областях применения, таких как устройства хранения энергии, демпферы пульсаций, аварийные источники питания, динамические компенсаторы давления, амортизаторы, гидравлические пружины и т. д., необходимо определить, что условия являются адиабатическими.

Для более точных расчетов можно использовать промежуточные значения n, где n является функцией t. Как показано на кривой на рисунке 13, n является функцией времени расширения или сжатия.

Примечание: В расчетах давление выражается в абсолютном давлении «бар», температура — в «Кельвинах».

4. Расчет объема (изотермический)

Когда n = 1, закон Бойля-Мариотта принимает следующий вид:

Po×Vo = P1×V1 = P2×V2  

Следовательно, V1 = Vo × ; V2 = Vo × ;

Разница между объемами V1 (при минимальном рабочем давлении) и V2 (при максимальном рабочем давлении) показывает количество хранимой жидкости.

△V=V1－V2=Vo －Vo

Следовательно, △V = Vo( )

Объем накопителя составит:

In = ＝

Это означает, что при увеличении ΔV значение Po уменьшается, а разница между двумя рабочими давлениями P1 и P2 уменьшается, в результате чего объем аккумулятора увеличивается.

 5. Объемная компенсация (изотермическая)

Использование аккумулятора для компенсации объема является типичным примером расчетов, выполняемых в изотермических условиях.

△V= VT×(T2－T1)×(β－3α)

В формуле:

VT = Объем трубы (литры)

T2 = Максимальная температура (°C)

T1 = Минимальная температура (°C)

β = Коэффициент объемного расширения жидкости (1/℃)

α = Коэффициент линейного расширения трубопровода (1/℃)

P1 = Минимально допустимое рабочее давление (бар)

P2 = Максимально допустимое рабочее давление (бар)

Необходимый объем газа составляет:

В=

6. Компенсация утечек (изотермическая)

Расчет объема аккумулятора:

ΔV=Q1×t

Po = 0,9 × P1

P1 = Минимально допустимое рабочее давление (бар)

P2 = Максимально допустимое рабочее давление (бар)

В =

7. Расчет объема (изоляция)

Начните с основных формул.

Po×Von=P1×V1n= P2×V2n

Аналогично изотермическим расчетам, получаем следующую формулу для вычисления объема в адиабатическом состоянии:

ΔV = Vo = 0,7143

В =

Данная формула действительна в адиабатических условиях как во время фазы расширения, так и во время фазы сжатия.

На объем устройства хранения энергии влияют не только давление, но и рабочая температура.

Влияние температуры

Рабочая температура может значительно меняться во время эксплуатации, и это следует учитывать при расчете объема.

Зависимость между температурой и объемом заключается в следующем:

   VOT=VO ；   

В формуле

T2 = t2 (°C) + 273 = Максимальная рабочая температура (°K)

T1 = t1 (°C) + 273 = Минимальная рабочая температура (°K)

VO = Объем (литры), рассчитанный без учета изменений температуры.

VOT = Фактический объем (литры) с учетом изменений температуры

Поправочный коэффициент высокого напряжения

При высоком давлении промышленный азот, используемый в аккумуляторе, далек от идеального, а формула включает идеальные газы. Поэтому этот факт необходимо учитывать при рабочем давлении P2≥200 бар, как в адиабатическом, так и в изотермическом режимах.

Фактическое значение VOT для объема становится следующим:

VOT = VO × Ci ×  (изотермический)

VOT = VO × Ca ×  (адиабатический)

Изотермические условия

8. Аварийное хранение энергии

Как правило, хранение происходит очень медленно (изотермически), тогда как выброс газа происходит очень быстро (адиабатически). Объем газа определяется по следующей формуле:

В =

Емкость хранилища рассчитывается по следующей формуле:

ΔV = Vo

В формуле:

n = 1,4 Адиабатический коэффициент (стадия быстрого излучения)

nc = 1-1,4 поливариантный коэффициент (стадия медленного излучения)

Это значение представляет собой функцию времени, которую можно получить из кривой на рисунке 13.

В большинстве случаев можно предположить, что nc = 1, что упрощает вычисления, не влияя на результат.

 9 Пульсации поглощения

Типичные расчеты проводятся в адиабатических условиях высокоскоростного хранения и разряда.

При расчете следует учитывать изменение объема жидкости ΔV, зависящее от модели насоса и его рабочего объема.

Объем составляет:

В =

В формуле:

q = Рабочий объем насоса (литры)

=A×C(площадь поршня×ход поршня)=Q/N(расход/ход поршня)

P = Среднее рабочее давление насоса (бар)

P1=PX(bar)

P2 = P + X(bar)

α = Остаточная пульсация ± (%)

K = Это коэффициент, зависящий от количества поршней и способа работы насоса.

       Модель насоса K

Один поршень, одностороннего действия, 0,69    

Один поршень, двойного действия, 0,29   

Два поршня, одностороннего действия, 0,29   

Два поршня, двойного действия, 0,17   

3 поршня, одностороннего действия, 0,12   

3 поршня, двойного действия, 0,07   

Четыре поршня, одностороннего действия, 0,13   

4 поршня, двойного действия, 0,07   

5 поршней, одностороннего действия, 0,07   

5 поршней, двойного действия, 0,023  

Шесть поршней, одностороннего действия, 0,07   

7 поршней, двойного действия, 0,023  

10. Гидравлические трубопроводы поглощают удары.

Резкое увеличение или уменьшение объема жидкости, вызывающее резкое повышение давления, называется гидравлическим ударом.

Степень избыточного давления обозначается как ΔPmax, которое возникает при закрытии клапана в трубопроводе и зависит от длины трубопровода, скорости потока, плотности жидкости и времени закрытия клапана. Оно рассчитывается по следующей формуле:

ΔPmax(бар) =

В заданном диапазоне значений ΔP необходимый объем аккумулятора для снижения ударного давления определяется следующей формулой:

В=

В формуле:

Vo = Объем аккумулятора (литры)

Q = Расход воды в трубопроводе (м³/ч)

L = Общая длина трубопровода (м)

γ = Удельная плотность жидкости (кг/м³)

V = Скорость потока (м/с) = 1000Q / 3,6S

S = Внутренняя площадь поперечного сечения трубы (мм²) = 0,25 × πd²

d = Внутренний диаметр трубы (мм)

ΔP = Допустимое избыточное давление (бар)

P1 = Рабочее давление при свободном потоке (абсолютное давление, бар)

P2 = Максимально допустимое давление (абсолютное давление, бар) = P1 + ΔP

t = время замедления (время закрытия клапана) (с)

11. Аккумулятор + Дополнительный газовый баллон (перекачка)

Если разница давлений между P1 и P2 невелика, но требуется большое количество жидкости, то синтезированный объем Vo должен быть больше, чем ΔV.

В данной ситуации увеличение количества азота в газовом баллоне является очень удобным решением.

Расчет объема зависит от метода нанесения и должен учитывать, являются ли условия изотермическими или адиабатическими.

И влияние температуры. Для достижения максимальной эффективности используется более высокое давление предварительной зарядки. Оно определяется по следующей формуле: P0 = 0,95 - 0,97P1   

Это означает, что объем жидкости плюс изменение объема, вызванное температурой, должно быть меньше 0,75 объема аккумулятора. 

Объем газового баллона определяется исходя из разницы между ними.

VOB =VOT －VOA

В формуле:

VOA = Объем аккумулятора

VOB = Объём дополнительного газового баллона

      Для получения более подробной информации о выборе решений для хранения энергии, пожалуйста, свяжитесь с нами.