Teorija tad-Disinn tal-Akkumulatur ta’ Pressjoni Għolja

3.3.1 Ir-Ruolo tal-Akkumulatur ta’ Għoli Pressjoni

Fit-teorija, kull frattur ħaġar idrauliku għandu bżonn akkumulatur b’pressjoni varjabbli — u b’mod partikolari akkumulatur ta’ għoli pressjoni kbir.

L-akkumulatur ta’ għoli pressjoni, installat fil-mexxej tas-sistema ta’ frattur ħaġar idrauliku, iservi għal tliet skupi:

(1) Biex jiġi bbilanċjat il-bilanċ u d-defiċit tal-provvista tas-sistema u l-konsum taż-żejt. Meta d-disċarġ tal-pompa jkun ikbar mill-konsum taż-żejt tas-sistema, l-akkumulatur ta' pressjoni għolja jassorbi d-disċarġ żejjed u jaġixxi bħala apparat ta' ħżin taż-żejt. Meta l-iskarġjar tal-pompa jkun inqas mill-konsum taż-żejt tas-sistema, dan jisħet iż-żejt biex tissupplimenta d-defiċit, u jaġixxi bħala apparat ta' skarġjar taż-żejt. L-akkumulatur ta' pressjoni għolja għandu r-rwol ta' bilanċ tal-bilanċ tal-fluss żejjed u d-defiċit fis-sistema, u huwa komponent importanti għall-operat stabbli tas-sistema.

(2) Biex jassorbu l-varjazzjonijiet tal-pressjoni tas-sistema u jnaqqsu l-pixxini żgħar tal-pressjoni, jipproteġu l-pajpijiet u l-komponenti idrawliċi u jtawlu l-ħajja tas-servizz tagħhom.

(3) Fit-tfassil ta' mekkaniżmi ta' impatt idrawliku bl-użu tat-teorija tal-varjabbli astratti, din tgħin biex tiġi realizzata l-forza ekwivalenti. Sakemm l-akkumulatur ikun iddisinjat b'mod korrett, il-forza ekwivalenti preċiża tista' tinkiseb, li tiżgura li s-sistema tikseb il-kinematika u d-dinamika meħtieġa.

Minħabba l-biżaħ importanti tal-akumulatur ta’ għoli pressjoni fis-sistema tal-brikker idrawliku tal-blat — u b’mod speċifiku l-funzjoni speċjali tagħmel biex issaħħa li s-sistema tikseb il-kinematika u d-dinamika meħtieġa — huwa ħażin ħafna li jinstab it-teorija u l-metodu ċċorriżzi għall-progettazzjoni tal-akumulatur ta’ għoli pressjoni.

3.3.2 Il-Volum Effettiv ta’ Disħan tal-Akumulatur

Il-volum effettiv ta’ disħan huwa parametru importanti tal-performanza tal-akumulatur u wkoll il-bażi għall-kalkuli tal-progettazzjoni tal-akumulatur. Meta l-brikker idrawliku tal-blat jaħdem fi stat stazjonarju, il-massimu volum ta’ ojl li l-akumulatur jistoka u jidħol f’darba waħda jissejjaħ il-volum effettiv ta’ disħan, li jinkora b’Δ V .

Il-volum effettiv ta’ disħan Δ V huwa relatat mal-karatteristiċi kinematiki. Meta l-fluss tal-pump ikun fiss u l-brikker idrawliku tal-blat u l-kinematika tiegħu jkunu fissi, l-enerġija tal-impaqt W _H , il-frekwenza f _H , u l-volum effettiv ta’ disħan Δ V humma kollha meħtieġa li jkunu fissi. Għalkemm il-volum effettiv ta’ ħarġa huwa diżajn tat-akkumulatur, dan il-volum huwa diżajn ġà magħruf. Kif ikun possibbli li jinkiseb Δ V se jinħadem fil-kapitoli li jmiss.

3.3.3 Il-Kalkulazzjoni tal-Volum Effettiv (Volum ta’ Ħarġa) Vₐ tat-akkumulatur

Il-bażi għall-kalkulazzjoni tal-volum effettiv tat-akkumulatur V _a huwa l-volum effettiv reali ta’ ħarġa Δ V . Meta Δ V jaġixxi fit-taħt tat-akkumulatur, b’hekk jikkawża b’mode naturali li jinbidel il-prezzjoni tal-ojl fis-sistema, u l-forza ekwivalenti F _g trid tintużżla. Għalhekk, il-metodu ta’ kalkulazzjoni tat-akkumulatur li jissodisfa l-biżijiet sussegwenti trid tintużżla. Id-dijagramma tal-prezzjoni (forza)–volum tat-akkumulatur matul l-użu tinsab ifigura 3-2.

Għalkemm il-frekwenza ta’ użu ta’ breaker idrauliku għall-blat ma tkunx ħafna b’sħiħ, il-proċess ta’ kompressjoni u eżpanżjoni tan-nitroġenu ġewwa huwa wkoll ħafna ħażin, b’ħin inaċċessibbli biex is-seħħ ittajjar mas-silġ; għalhekk jista’ jitqies bħala proċess adijabatiku. Mis-seħħ tal-istat tal-gass:

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

fejn: p _a — pressjoni tal-biża, jiżda l-pressjoni tal-gass imsemmar;

       V _a — volum tal-biża, jiżda l-volum tal-akkumulatur meta l-pistun ikun fil-punt tal-baħar (ġeneralment il-volum massimu ta’ ħidma V _amax );

       p ₂— pressjoni massima ta’ ħidma;

       V ₂— volum li jkun korrispondenti għal p ₂(ġeneralment il-volum minimu ta’ ħidma V _2min );

       p ₁— pressjoni minimu ta’ ħidma;

       V ₁— volum li jkun korrispondenti għal p ₁, V ₁ < V _a .

Fil-Ma’luma (3.12), k = 1.4 huwa l-esponent adijabatiku. Ġurament:

δ V = V ₁ − V ₂                                                                      (3.13)

Mis-Suġġestjoni (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)

Bis-sostituzzjoni fis-Suġġestjoni (3.13) niksbu:

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

Fis-Suġġestjoni (3.16), ejja nassumu p _a / p ₁ = a = 0,8 sa 1; u r-rapport tal-prezzjoni tax-xaħal tal-gass γ = p ₂ / p ₁, b’mod tipiku γ = 1,2 sa 1,45, għażel bbażat fuq il-karatteristiċi ta’ operazzjoni tal-brikker idrauliku tal-blat. Meta a = 1, il-pressjoni minimu ta’ operazzjoni tal-pistun hija ugwali għall-pressjoni tal-ħażna ( p _a = p ₁); f’dan l-istat V ₁ = V _a . Biex tibeddil li l-membrana tal-akkumulatur toqgħod bil-bażi fir-raba’ minimu ta’ pressjoni tal-brikker idrauliku tal-blat — li jikkurri ħsara fit-tul ta’ ħajja — a għandu jiġi rreġolat għalkollox iżda inqas minn 1.

Hemm żewġ kunsiderazzjonijiet għall-għażla ta’ γ : meta γ hija kbira, għalkemm l-akkumulatur jaħdem fi stat adjabatiku, it-temperatura tirrizza ħafna, li tista’ tikkawża deteriorament preċipituż tal-membrana tal-akkumulatur jew anke tisreqha; imma l-ikbar ta’ γ tista’ tnaqqis b’effiċjenza l-volum effettiv V _a tal-akkumulatur, li huwa ħafna benefiċju biex innaqqis l-ogħla strutturali tal-akkumulatur. Il-progettist irid jieħu b’attenzzjoni l-benefiċji u l-kontravantaġġi u jiddetermina bbażat fuq il-kundizzjonijiet ta’ applikazzjoni; għalhekk:

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

Mis-Suġġestjoni (3.17), il-volum effettiv tal-akkumulatur jista' jinstab:

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

Is-Suġġestjoni (3.18) turi li, mis-volume effettiv tad-diskarġa Δ V , il-volume korrispondenti tat-tħaddim jista' jinstab biex jiżda li l-kinematika iddisinjata u Δ V jiġu miżda. V huwa l-olja li l-akkumulatur jisuppli għall-pistun mat-tul tal-bidu tal-ġewwa, biex jikseb il-falt tas-suppli tal-pump.

Għall-kalkolu tad-disinn tal-volum effettiv ta’ ħruġ Δ V , jekk jogħbok irreferi għas-Silta 7.5. Biex tissodisfa r-rekwiżiti tad-disinn ottimali, għal differenti obbiettivi tad-disinn, il-kalkolu tal-volum effettiv ta’ ħruġ Δ V jitbaddel b’hekk kif is-selezzjoni tagħmel α _u (ara s-Silta 7.2.5 u 7.27a).

3.3.4 Kalkulazzjoni tal-Pressjoni Minima ta’ Fuqja p₁ u tal-Pressjoni ta’ Ħarġa pₐ

F’dan il-punt, għalkemm V _a wara li ġie misjub u jista’ jintuża biex iddisinja l-parametri strutturali tal-akkumulatur, il-kompitu tat-tkalkul tad-disinn tal-akkumulatur għadu ma ġie x’iskonkludat. Il-problema it-tajjeb hija kif kontrolla l-pressjoni tal-olja biex jiżda li l-forza ekwivalenti tintlaqa’; u biss bil-luż tal-forza ekwivalenti jista’ jiżda li l-kinematika ddizzenjata tintlaqa’, li f’dan il-każ jikseb Δ V . B’oħra kelma, hemm relazzjoni korrispondenti bejn Δ V u F _g .

Jista’ jinnotifikat li meta V _a huwa valur fiss, p ₁, p ₂, u p _a jista' jkollu ħafna kombinazzjonijiet, li jrealizzaw forzi ekwivalenti multipli, dinamiki multipli, u kinematiċi multipli — jiżda b’aktar minn valur wieħed ta’ Δ V il-kompitu li jmiss huwa, minħabba li V _a fiss, li ssib il-kombinazzjoni ta’ p ₁, p ₂, u p _a li tista’ tikseb il-forza ekwivalenti meħtieġa F _g u Δ V minħabba li meta p _a tibdel, W _H , f _H δ V , p ₁, u p ₂jitbaddlu kollha b’mod korrispondenti. B’oħra kelma, trid ikun hemm pressjoni ta’ karġa p _a li jistgħu jiggarantixxu li jinkiseb il-pressjoni ekwivalenti p _g . Naturalment, il-bażi biex jinstab p _a is p ₁u p ₂, jiżda l-pressjoni ekwivalenti p _g . Waqt li l-biżżejjiet bejn dawn il-parametri jisħqu, il-metodu biex issib p ₁, p ₂, u p _a mis-pressjoni ekwivalenti p _g jista' jinżel.

Fig. 3-2 tiddeskrivi l- p –V dijagramma tal-akkumulatur ta' pressjoni għolja waqt it-tħaddim. Abbażi ta' din id-dijagramma, u billi tgħaqqad mal-prinċipju tal-forza ekwivalenti ix-xogħol magħmul mill-forza varjabbli huwa ugwali għax-xogħol magħmul mill-forza ekwivalenti għandna:

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

Fil-Formula (3.19):

p = C / V ^k

Bis-substituzzjoni fil-Formula (3.19) u b’integrazzjoni:

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)

Għall-biżżejjed:

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

Ta' eliminazzjoni V ₁u V ₂bil-substituzzjoni u bil-substituzzjoni tal-Formula (3.17) jingħata:

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

Wara rriżżarraġġar:

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

Fil-Formula (3.23), p _g huwa l-prezzjoni ekwivalenti applikata fuq il-wiċċ tal-pistun li jieħu l-prezzjoni. Ikkunsidrat il-perditi ta’ prezzjoni tas-sistema, għandha tintużza bħala l-prezzjoni nominali tas-sistema p _g = p _H / K . Il- p ₁u p ₂li jintilgħu b’dan il-mod isiru iktar ħajjin mal-valuri attwali. Għalhekk:

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)

Fil-Formula (3.24), il-koefiċjent tar-reżistenza li jieħu b’considerazzjoni l-perditi ta’ pressjoni tas-sistema huwa K = 1.1 sa 1.2.

Meta l-akumulatur ta’ għoli pressjoni ta’ frakkar ħaġar idrauliku jaġixxi bil-parametri dawn, dan jiggwarantix li l-effett ekwivalenti tal-biżaħ tas-silta jinkiseb, li l-kinematika iddisinja tintlaħaq, u li l-enerġija tal-biżaħ u l-frekwenza tal-biżaħ meħtieġa jintbagħtu. B’dan il-mod, il-problema komplikata tal-kalkulu tissemplifikah u l-problema mhux lineari tittrasformah f’problema lineari.

Bbażat fuq is-suġġett ta’ hawn fuq, il-mekkaniżmu idrauliku tal-biżaħ (il-burġ idrauliku u l-frakkar ħaġar idrauliku) — sistema mhux lineari — tittrasformah f’sistema lineari. Minn prospettiva teorika, il-pistun jista’ jibda l-biżaħ b’kull it-tajjeb li jkun possibbli, biss b’soltu li jkun kontrollabbli u li, fil-punt tal-biżaħ, jilħaq il-veloċità massima meħtieġa. S skont kwalunkwe mudell biss, b’soltu li jkun kontrollabbli u li, fil-punt tal-biżaħ, jilħaq il-veloċità massima meħtieġa v _m — kollu dan huwa possibbli. Għal kull mudell ta’ ħruġ tal-pistun, trid ikun hemm mudell korrispondenti ta’ varjazzjoni tas-silta; iżda l-ewli u t-tieni huma relatati bħala s-sabba u l-effett. B’termini oħra, kif jikun il-mudell ta’ ħruġ tal-pistun, trid tintużza mudell korrispondenti ta’ varjazzjoni tas-silta — is-silta hija s-sabba, u l-ħruġ huwa l-effett.

Naturalment, wara li jinkiseb il-mudell ottimali ta’ ħruġ, il-mudell korrispondenti ta’ varjazzjoni tas-silta jista’ wkoll jiġi ssib, għalkemm dan jirraisejja żewġ argomenti teorici għall-biżka dwar il-brikker idrawliku għall-blat: il-kinematika u d-dinamika tal-brikker idrawliku għall-blat.