Teoiric Dhearbhú an Chruacháin Bhréige

3.3.1 An Ról a Imíonn an Cruachán Bhréige Ard-Bhreise

In theoiric, tá cruachán bréige athrú-bhreise de dhíth ar gach brisir carraige uiscechoil — go háirithe cruachán bréige ard-bhreise mór.

Tá trí phurpas ag an cruachán bréige ard-bhreise, a shuiteáiltear ag ionchur an chórais d’fhoireann brisir carraige uiscechoil:

(1) Chun an t-ionsáin agus an tomhas ola a úsáidtear sa chóras a chothromú. Nuair a bhíonn an t-éadach as an bpump níos mó ná an tomhas ola a úsáidtear sa chóras, glactar leis an gcuas ola ardfhreastail an t-éadach breise agus feidhmíonn sé mar ghléas stórála ola. Nuair a bhíonn an t-éadach as an bpump níos lú ná an tomhas ola a úsáidtear sa chóras, scaoileann sé ola chun an dearbhú a líonadh, agus feidhmíonn sé mar ghléas scaoileanna ola. Imíonn an cuas ola ardfhreastail mar ghléas chun an t-éadach breise agus an dearbhú a chothromú sa chóras, agus is comhpháirt thábhachtach é do oibriú staible an chórais.

(2) Chun leathnú brú an chórais a ghlanadh agus beaga spíceanna brú a laghdú, ag cosaint na mbóndán agus na gcomhpháirtí hidrálacha agus ag méadú a saol úsáide.

(3) I ndéanamh córas tiontaithe hidrálach a úsáideann teoiric athraitheach dhíomhaoin, cabhraíonn sé le heochair an fhorcé cothromaithe a bhaint amach. Ar an gcoinníoll go ndéantar an cuas ola a dhearadh go ceart, féadfar an fhorce cothromaithe cruinn a fháil, ag cinntiú go mbaintear an ghiománaics agus an dinimic a éilítear amach ón gcóras.

Ós rud é go bhfuil an t-accumhail bhrú airde tábhachtach sa chóras briseáin chloiche hidrálach — agus go háirithe ós rud é go bhfuil a oibríocht speisialta chun a chinntiú go mbaintear na heagairdhe agus na dinnimicí riachtanacha leis an gcóras — is an-tábhachtach teoiric dhearbhaithe agus modh dearadh an t-accumhail bhrú airde a bhunú.

3.3.2 Volumaíochta Éifeachtach an Accumhail

Is iarrtháir thábhachtach feidhmiúcháin an accumhail í an volumaíochta éifeachtach, agus is bunús freisin do ríomhanna dearadh an accumhail í. Nuair a oibríonn briseán cloiche hidrálach i staid shuímh, is é an toirt uisce is mó a stóráiltear agus a scaoileann an accumhail i gceann de na cícleanna sin a thugtar ar an volumaíochta éifeachtach, a shainítear mar Δ. V .

Tá an volumaíochta éifeachtach Δ V gaolmhar leis na gnéithe eagartha. Nuair a bheidh sruth an phuimpe sábháilte agus nuair a bheidh struchtúr an bhriseáin chloiche hidrálach agus a eagarthacht sábháilte, tá fuinneamh an thimpáil O _H , an minicíocht f _H , agus an volumaíochta éifeachtach Δ V tá siad uile riachtanach buaite. Mar sin, nuair a dheanann tú dearadh ar an gcuasach, tá an tomhas iomlán éifeachtach díshlánaithe eolra cheana féin. Conas a ríomhtar Δ V beidh sé curtha in iúl i gceannraí níos déanaí.

3.3.3 Ríomh an Tomaí Iomlán Éifeachtach (Tomaí Láir) Vₐ an Chuasaigh

Is é bunús ríomh an t-umhlachta iomlán éifeachtach an chuasaigh V _a is a thiomhaisteacht iomlán éifeachtach díshlánaithe Δ V . Nuair a bheidh Δ V ag obair laistigh den chuasach, cuirfidh sé leathnú ar bhrú na hoile i gcóras, agus caithfear an fórsa coibhneasta F _g a choinneáil. Mar sin, caithfear an modh ríomhdearadh chuasaigh a shatisfánaíonn na riachtanais thuas a studaí. Taispeántar diagram brú (fórsa)–tomaí an chuasaigh le linn oibriú i mBild 3-2.

Cé go bhfuil freastal oibre bhriseadh carraige hidriliúil níos ísle, is éasca an próiseas cumascadh agus leathnaithe an t-ainmní (nítrigine) laistigh de, agus níl an t-am le haghaidh malartaithe teasa leis an timpeallacht; mar sin, is féidir é a sheiceáil mar phróiseas adiabatach. Ón eacuáid stáit ghás:

p ₁V ^k ₁ = p ₂V ^k ₂ = p _a V ^k _a                                                              (3.12)

cén p _a — brú luchtaithe, i.e. an bhrú ar an ngas sealadóireachta;

       V _a — toirt luchtaithe, i.e. an toirt cruacháin nuair a bhíonn an pistún ag an bpointe tionchair (go ginearálta an toirt oibre is mó V _amax );

       p ₂— an bhrú oibre is airde;

       V ₂— an toirt a chuireann le p ₂go ginearálta an toirt oibre is lú V _2min );

       p ₁— an bhrú oibre is lú;

       V ₁— an toirt a chuireann le p ₁, V ₁ < V _a .

I mBhfoirmle (3.12), k = 1.4 is an t-ionsú adiabatach. Soiléir go maith:

δ V = V ₁ − V ₂                                                                      (3.13)

Ó Bhfoirmle (3.12):

V ₁ = V _a (p _a / p ₁)^{1/ k}                                                                 (3.14)

V ₂ = V ₁ (p ₁ / p ₂)^{1/ k}                                                                 (3.15)

Tugann an iontráil i bhfórmhleachta (3.13):

δ V = V _a (p _a / p ₁)^{1/ k} [1 − 1 / ( p ₂ / p ₁)^{1/ k} ] (3.16)

I bhfórmhleachta (3.16), lig: p _a / p ₁ = a = 0.8 go 1; agus cothrom na brúcháin gás, γ = p ₂ / p ₁, de ghnáth γ = 1.2 go 1.45, a roghnaítear bunaithe ar chuid na gceachtaí oibre a bhaineann leis an mbreaker carraige uisce. a = 1, is é an brú oibre íosmharca an piste an brú luchtaithe ( p _a = p ₁); sa staid seo V ₁ = V _a chun an chumraíochta a sheachaint go dtiocfadh an leathánach cruachta i dteagmháil leis an mbunús ag an bpriontáil oibre is lú don bhriseoir carraige hidriliúil — rud a laghdaíodh an t-am úsáide — a ba cheart é a shocrú ar níos lú ná 1.

Tá dhá ghealltan ann maidir le roghnú γ : nuair a γ is mór, mar oibríonn an cumraíochta i staid adiabatach, agus éiríonn an teocht go tapa, rud a fhéadfadh an leathánach cruachta a mhothú go luath nó fiú a dhó a dhó. γ ach is féidir an leathánach cruachta a mhéadú chun an tomhas éifeachtach V _a an cumraíochta a laghdú, rud atá an-leithscéalach chun an méid struchtúrtha den cumraíochta a laghdú. Ní mór don dearthóir na treisi agus na laigheanna a mheas agus a chinneadh bunaithe ar chúinsí an úsáide; mar sin:

δ V = V _a a ^{1/ k} (1 − 1 / γ ^{1/ k} ) (3.17)

Ón gcuid (3.17), is féidir an tomhas éifeachtach an cumraíochta a aimsiú:

V _a = Δ Vγ ^{1/ k} \/ [ a ^{1/ k} (γ ^{1/ k} − 1)] (3.18)

Taispeánann an chothromóid (3.18) go bhfuil féadacht ann, ón tomhas éifeachtach aschuir Δ, an tomhas cuirte a aimsiú chun cinntiú go mbaintear an cineamaitic deartha agus Δ. V tá sé ar fáil. I bpraitis, is é an tomhas éifeachtach aschuir Δ an oil a sholáthraíonn an cumascán don phistún le linn an ghluaisteáin chumhachtach, chun an soláthar neamhshuíocháin an phuimpe a lánú. V don ríomh dearadh ar an tomhas éifeachtach aschuir Δ V , is é an t-oil a sholáthraíonn an cumascán don pistún le linn an ghluaisteáin chumhachtach, chun an soláthar neamhshuíocháin an phuimpe a lánú.

Don ríomh dearadh ar an tomhas éifeachtach aschuir Δ V , tagaigí le haghaidh tuilleadh eolais chuig Rann 7.5. Chun na riachtanais dearadh oiriúnach a shásamh, do réimsí dearadh éagsúla, déantar ríomh an tomhas éifeachtach aschuir Δ V athraithe leis an roghnaithe α _u (féach Rann 7.2.5 agus 7.27a).

3.3.4 Ríomh an Bhrú Bhunúsach Oibre p₁ agus an Bhrú Láirge pₐ

Ag an bpointe seo, cé go bhfuil V _a aimsíodh agus is féidir é a úsáid chun na paraiméadair struchtúrtha an acumhlaidh a dhearadh, níl an tasc ríomha dearadh an acumhlaidh críochnaithe fós. Is é an cheist is tábhachtaí ná conas an brú ola a rialú chun a chinntiú go mbaintear an fórsa coibhneasta amach; agus ní féidir an dearadh cineamaitice a chinntiú ach amháin trí an fórsa coibhneasta a bhaint amach, rud a chinntíonn Δ V . In eile words, tá gaol comhfhreagrach idir Δ V agus F _g .

Ní mór a léiriú go nuair a V _a is luach sábháilte, p ₁, p ₂, agus p _a d’fhéadfadh go leor comhcheangail a bheith ann, ag réalú go leor fórsaí coibhneasta, go leor dinimicí, agus go leor cineamaitice — i.e. go leor luachanna Δ V . Is é an tasc atá le déanamh anois, ag tabhairt luach sábháilte V _a , chun an comhcheangal a aimsiú p ₁, p ₂, agus p _a a bheidh in ann an fórsa cothromaitheach riachtanach a bhaint amach F _g agus Δ V . Mar gheall ar an bhfáth go n-athraíonn p _a le hathrú, O _H , f _H , athraíonn Δ V , p ₁, agus p ₂go léir mar aon leis. In aice leis sin, caithfidh brú luchtaithe a bheith ann p _a a chinntíonn go mbainfear an brú cothromaitheach amach p _g . Ar ndóigh, is é an bonn le haimsíocht p _a is p ₁agus p ₂, i.e. an brú cothromaitheach p _g .Nuair a thuigtear na caidreamh idir na paraméadair seo, is féidir an modh le fáil amach ón bpriontáil chomhionann a studaí. p ₁, p ₂, agus p _a ón bpriontáil chomhionann p _g is féidir a studaí.

Fig. 3-2 a mhíniú ar an p –V diagram an taisceáin bhrúdaigh airde le linn oibriú. Bunaithe ar an diagram seo, agus ag comhcheangal le prionsabal an fhóirce comhionann — is é an obair a dhéanann an fhorce athraitheach mar an gcuid céanna leis an obair a dhéanann an fhorce chomhionann — tá againn:

p _g δ V = ∫ _V₂ ^V₁ p d V                                                                  (3.19)

I mBhfoirmle (3.19):

p = C / V ^k

Iontráilte sa bhfoirmle (3.19) agus uillinntear:

p _g δ V = C ∫_V₂ ^V₁ d V / V ^k = 1 / (1 − k ) ( p ₁V ^k ₁V ^1−k ₁ − p ₂V ^k ₂V ^1−k ₂) (3.20)

Mar sin:

p _g δ V = 1 / (1 − k ) ( p ₁V ₁ − p ₂V ₂) (3.21)

Díchuimsigh V ₁agus V ₂trí ionadú agus trí ionadú na hEgn. (3.17):

p _g = p ₁\/ ( k − 1) · ( γ − γ ^{1/ k} ) ⁄ ( γ ^{1/ k} − 1) (3.22)

Tar éis atharrach:

p ₁ = p _g (k − 1) ( γ ^{1/ k} − 1) ⁄ ( γ − γ ^{1/ k} ) (3.23)

I mBhfoirmle (3.23), p _g is é an brú cothromach a chuirtear ar dhroimchraobh an phistin a ghlacann leis an mbrú. Ag breathnú ar chaillteáin an bhrú i gcóras, ba cheart é a shonrú mar bhrú rátaithe an chórais p _g = p _H / K . An p ₁agus p ₂a fhágtar amach ar an bhealach seo beidh níos cosúla leis na luachanna fíor. Mar sin:

p ₁= ( p _H / K )(k − 1)( γ ^{1/ k} − 1) ⁄ ( γ − γ ^{1/ k} ) (3.24)

p ₂ = γp ₁                                                                             (3.25)

p _a = ap ₁                                                                             (3.26)

I mBhfoirmle (3.24), is é an comhéifeacht an ábhartha a úsáidtear chun caillteáin an bhrú i gcóras a chur san áireamh K = 1.1 go dtí 1.2.

Nuair a oibríonn an cruachán brú airde an bhriseadóra craiceann uisce ag na paraiméadair seo, cinntítear gur éirigh leis an mbunphrionsabal fórsa ionchur cothrom, gur réalaithe ar an gcinéamaitic deartha, agus gur soláthar an t-éineargi ionchur agus an minicíocht ionchur atá de dhíth. Ar an dóigh seo, simplítear fadhb ríomha casta agus líneáiltear fadhb neamhlianeach.

Bunaithe ar an suim thuas, taispeánann an gléas tiontaithe uisce (an drill chraiceann uisce agus an bhriseadóir chraiceann uisce) — córas neamhlianeach — mar chóras lianeach. ó thaobh teoiriciúil de, is féidir leis an bpistún gluaiseacht thar an stroke S de réir aon phatrúin ar bith, chomh fada agus is féidir é a rialú agus go mbaintear an luas uasta riachtanach ag an bpointe ionchur v _f — is féidir gach ceann de na heile sin a dhéanamh. Caithfidh patrún athraithe fórsa a bheith ann do gach patrún gluaiseanna an pistóin; tá an dá cheann seo gaolmhar mar chúis agus éifeacht. Is é sin, cibé patrún gluaiseanna atá ag an pistóin, caithfidh patrún athraithe fórsa a bheith curtha air — is í an fórsa an chúis, agus is í an gluaiseacht an éifeacht.

Ar ndóigh, tar éis patrúin is fearr a dhearadh don ghluaiseacht, is féidir an patrún athraithe fórsa a bhaineann leis sin a aimsiú freisin, agus mar sin tá dhá ábhar teoiriciúil le plé i dtionscnaimh ar bhriseadh carraige hidreaclóideach: an cineamaitic agus an dinimic ar bhriseadh carraige hidreaclóideach.