உயர்-அழுத்த சேமிப்புத் தொகுதி வடிவமைப்புக் கோட்பாடு

3.3.1 உயர் அழுத்த சேமிப்பகத்தின் பங்கு

கோட்பாட்டில், ஒவ்வொரு ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரும் மாறும் அழுத்த சேமிப்பகத்தைத் தேவைப்படுகிறது — குறிப்பாக, ஒரு பெரிய உயர் அழுத்த சேமிப்பகம்.

ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் அமைப்பு உள்ளீட்டில் நிறுவப்பட்டுள்ள உயர் அழுத்த சேமிப்பகம் மூன்று நோக்கங்களை நிறைவேற்றுகிறது:

(1) அமைப்பின் வழங்கல் மற்றும் எண்ணெய் நுகர்வின் மிகை மற்றும் குறைவைச் சமன் செய்வதற்கு. பம்பின் வெளியேற்றம் அமைப்பின் எண்ணெய் நுகர்வை விட அதிகமாக இருந்தால், உயர் அழுத்த சேமிப்புத் தொட்டி (அக்கியூமியூலேட்டர்) மிகை வெளியேற்றத்தை உறிஞ்சி, எண்ணெயைச் சேமிக்கும் சாதனமாகச் செயல்படுகிறது. பம்பின் வெளியேற்றம் அமைப்பின் எண்ணெய் நுகர்வை விடக் குறைவாக இருந்தால், அது எண்ணெயை வெளியேற்றி குறைவை நிரப்புகிறது, அதாவது எண்ணெய் வெளியேற்றும் சாதனமாகச் செயல்படுகிறது. உயர் அழுத்த சேமிப்புத் தொட்டி அமைப்பில் ஓட்ட மிகை/குறைவைச் சமன் செய்யும் பங்கு வகிக்கிறது, மேலும் அமைப்பின் நிலையான இயக்கத்திற்கு ஒரு முக்கிய பாகமாகும்.

(2) அமைப்பின் அழுத்த ஏற்ற இறக்கங்களை உறிஞ்சி, சிறிய அழுத்த உச்சத்தைக் குறைப்பது; இது குழாய்கள் மற்றும் ஹைட்ராலிக் பாகங்களைப் பாதுகாக்கிறது, அவற்றின் பயன்பாட்டு ஆயுளை அதிகரிக்கிறது.

(3) வரையறுக்கப்படாத மாறிகளின் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தி ஹைட்ராலிக் தாக்க வடிவமைப்பில், இது சமான விசையை நிறைவேற்றுவதில் உதவுகிறது. சேமிப்புத் தொட்டி சரியாக வடிவமைக்கப்பட்டிருந்தால், துல்லியமான சமான விசை பெறப்படும், இதனால் அமைப்பு தேவையான இயக்கவியல் (கைனமேட்டிக்ஸ்) மற்றும் விசையியல் (டைனமிக்ஸ்) தன்மைகளை அடைகிறது.

உயர் அழுத்த சேமிப்புத் தொட்டி (ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் அமைப்பில்) முக்கிய பங்கு வகிப்பதாலும், குறிப்பாக அமைப்பு தேவையான இயக்கவியல் மற்றும் இயக்க விதிகளை நிறைவேற்றுவதை உறுதிப்படுத்தும் சிறப்புச் செயல்பாட்டின் காரணமாகவும், சரியான உயர் அழுத்த சேமிப்புத் தொட்டி வடிவமைப்புக் கோட்பாடு மற்றும் முறையை உருவாக்குவது மிகவும் முக்கியமாகும்.

3.3.2 சேமிப்புத் தொட்டியின் செயல்திறன் கொள்ளளவு

சேமிப்புத் தொட்டியின் செயல்திறன் கொள்ளளவு என்பது அதன் முக்கியமான செயல்திறன் அளவுகோலாகும்; மேலும் இது சேமிப்புத் தொட்டியின் வடிவமைப்புக் கணக்கீடுகளுக்கான அடிப்படையுமாகும். ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் நிலையான நிலையில் இயங்கும்போது, ஒரு சுழற்சியில் சேமிப்புத் தொட்டி சேமித்து வெளியேற்றும் அதிகபட்ச எண்ணெய் கொள்ளளவு அதன் செயல்திறன் கொள்ளளவு எனப்படும்; இது Δ எனக் குறிக்கப்படும். V .

செயல்திறன் கொள்ளளவு Δ V இயக்கவியல் பண்புகளுடன் தொடர்புடையது. பம்பின் ஓட்டம் நிலையானதாகவும், ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் அமைப்பும் இயக்கவியலும் நிலையானதாகவும் இருக்கும்போது, தாக்க ஆற்றல் W _உ , அதிர்வெண் f _உ , மற்றும் செயல்திறன் கொள்ளளவு Δ V அனைத்தும் கட்டாயமாக நிலையானவை அல்ல. எனவே, சேமிப்புத் தொட்டியை (அக்குமுலேட்டர்) வடிவமைக்கும்போது, அதன் செயல்திறன் கொண்ட வெளியேற்ற கனஅளவு ஏற்கனவே தெரிந்திருக்கும். Δ-ஐ எவ்வாறு கணக்கிடுவது என்பது V பின்னர் வரும் அத்தியாயங்களில் விளக்கப்படும்.

3.3.3 சேமிப்புத் தொட்டியின் செயல்திறன் கனஅளவு (சார்ஜ் கனஅளவு) Vₐ-ஐக் கணக்கிடுதல்

சேமிப்புத் தொட்டியின் செயல்திறன் கனஅளவைக் கணக்கிடுவதற்கான அடிப்படை V _a அதன் உண்மையான செயல்திறன் கொண்ட வெளியேற்ற கனஅளவு Δ V ஆகும். Δ V சேமிப்புத் தொட்டிக்குள் செயல்படும்போது, அது கட்டாயமாக அமைப்பின் எண்ணெய் அழுத்தத்தை மாற்றும், மேலும் சமான விசை F _g பராமரிக்கப்பட வேண்டும். எனவே, மேற்கூறிய தேவைகளை நிறைவு செய்யும் சேமிப்புத் தொட்டி வடிவமைப்பு கணக்கீட்டு முறையை ஆராய வேண்டும். சேமிப்புத் தொட்டியின் இயக்கத்தின் போது அழுத்தம் (விசை)–கனஅளவு வரைபடம் படம் 3-2-ல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பானின் இயக்க அதிர்வெண் மிக அதிகமாக இல்லை எனினும், அதனுள் நைட்ரஜன் சுருங்குதல் மற்றும் விரிதல் செயல்முறை மிக விரைவாக நிகழ்கிறது; அதற்கு சுற்றுப்புறங்களுடன் வெப்பத்தை பரிமாறிக் கொள்ள போதுமான நேரம் இல்லை; எனவே அதை ஒரு வெப்ப இழப்பில்லா செயல்முறை (அடியாபேட்டிக் ப்ராசஸ்) எனக் கருதலாம். வாயு நிலை சமன்பாட்டிலிருந்து:

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

இங்கே: p _a — சார்ஜ் அழுத்தம், அதாவது மூடப்பட்ட வாயுவின் அழுத்தம்;

       V _a — சார்ஜ் கனஅளவு, அதாவது பிஸ்டன் தாக்கப்புள்ளியில் இருக்கும்போது சேமிப்புத் தொட்டியின் கனஅளவு (பொதுவாக அதிகபட்ச செயல்பாட்டுக் கனஅளவு) V _amax );

       p ₂— அதிகபட்ச செயல்பாட்டு அழுத்தம்;

       V ₂— குறிப்பிட்ட கனஅளவுக்கு ஏற்றதாக p ₂(பொதுவாக குறைந்தபட்ச செயல்பாட்டுக் கனஅளவு V _2min );

       p ₁— குறைந்தபட்ச செயல்பாட்டு அழுத்தம்;

       V ₁— குறிப்பிட்ட கனஅளவுக்கு ஏற்றதாக p ₁, V ₁ < V _a .

சமன்பாடு (3.12)இல், k = 1.4 என்பது வெப்ப இழப்பில்லா அடுக்குக்குறியீடு. தெளிவாக:

δ V = V ₁ − V ₂                                                                      (3.13)

சமன்பாடு (3.12) இலிருந்து:

V ₁ = V _a (p _a / p ₁)^1/K                                                                 (3.14)

V ₂ = V ₁ (p ₁ / p ₂)^1/K                                                                 (3.15)

சமன்பாடு (3.13) இல் பிரதியிடுவது கீழ்க்கண்டவாறு தருகிறது:

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

சமன்பாடு (3.16) இல், p _a / p ₁ = a = 0.8 முதல் 1 வரை; மற்றும் வாயு செயல்பாட்டு அழுத்த விகிதம் γ = p ₂ / p ₁, பொதுவாக γ = 1.2 முதல் 1.45 வரை, இது ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பானின் செயல்பாட்டு பண்புகளை அடிப்படையாகக் கொண்டு தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. போது a = 1, பிஸ்டனின் குறைந்தபட்ச இயக்க அழுத்தம் சார்ஜ் அழுத்தத்திற்கு சமமாகும் ( p _a = p ₁); இந்த நிலையில் V ₁ = V _a . ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் குறைந்தபட்ச இயக்க அழுத்தத்தில் அக்கியூமுலேட்டர் மெம்பிரேன் அடிப்பகுதியைத் தொடுவதைத் தடுப்பதற்காக — இது சேவை ஆயுளைக் குறைத்துவிடும் — a 1-ஐ விடக் குறைவாக அமைக்கப்பட வேண்டும்.

இதனைத் தேர்வு செய்வதற்கான இரண்டு கருத்துகள் உள்ளன: γ : போது γ பெரியதாக இருக்கும்போது, ஏனெனில் அக்கியூமுலேட்டர் அடியாபேட்டிக் (அதாவது, வெப்ப இழப்பின்றி) நிலையில் இயங்கும், வெப்பநிலை கடுமையாக உயர்கிறது, இது அக்கியூமுலேட்டர் மெம்பிரேனின் முன்கால மோசமாக்கலை அல்லது கூட அதனை எரித்துவிடலாம்; ஆனால் γ ஐ அதிகரிப்பது அக்கியூமுலேட்டரின் பயனுள்ள கனஅளவை திறம்படக் குறைக்கும் V _a இது அக்கியூமுலேட்டரின் கட்டமைப்பு அளவைக் குறைப்பதற்கு மிகவும் நன்றாக உதவும். வடிவமைப்பாளர் நன்மை-தீமைகளை ஆய்வு செய்து, பயன்பாட்டு நிலைமைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டு முடிவெடுக்க வேண்டும்; எனவே:

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

சமன்பாடு (3.17) இலிருந்து, சேமிப்பகத்தின் செயல்திறன் கொள்ளளவைக் கண்டறியலாம்:

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

சமன்பாடு (3.18) காட்டுவது, செயல்திறன் வெளியீட்டுக் கொள்ளளவு Δ V ஐ அடிப்படையாகக் கொண்டு, வடிவமைக்கப்பட்ட இயக்கவியல் மற்றும் Δ V ஆகியவற்றை அடைய ஏற்ற மின்னூட்டக் கொள்ளளவைக் கண்டறியலாம் என்பதையே ஆகும். நடைமுறையில், செயல்திறன் வெளியீட்டுக் கொள்ளளவு Δ V என்பது, சக்தி ஓட்டத்தின் போது சேமிப்பகம் பிஸ்டனுக்கு வழங்கும் எண்ணெய் ஆகும்; இது பம்பின் போதுமான விநியோகத்தின் குறைபாட்டை ஈடுகட்டுகிறது.

செயல்திறன் கடத்தும் கனஅளவு Δ-ன் வடிவமைப்புக் கணக்கீட்டிற்காக V , பிரிவு 7.5-ஐப் பார்க்கவும். சிறந்த வடிவமைப்புத் தேவைகளை நிறைவேற்ற, வெவ்வேறு வடிவமைப்பு இலக்குகளுக்காக, செயல்திறன் கடத்தும் கனஅளவு Δ-ன் கணக்கீடு V தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட α _u உடன் மாறும் (பிரிவுகள் 7.2.5 மற்றும் 7.27a-ஐப் பார்க்கவும்).

3.3.4 குறைந்தபட்ச இயக்க அழுத்தம் p₁ மற்றும் நிரப்பு அழுத்தம் pₐ-ஐக் கணக்கிடுதல்

இந்த நேரத்தில், இருப்பினும் V _a கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளது மற்றும் சேமிப்புத் தொட்டியின் கட்டமைப்பு அளவுகளை வடிவமைக்க பயன்படுத்தலாம், ஆனால் சேமிப்புத் தொட்டிக்கான வடிவமைப்புக் கணக்கீடு இன்னும் முடிவடையவில்லை. மிக முக்கியமான வினா, சமான விசையை உறுதிப்படுத்த எவ்வாறு எண்ணீர் அழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்துவது என்பதாகும்; மேலும் சமான விசையை அடைவதன் மூலமே வடிவமைக்கப்பட்ட இயக்கவியல் உறுதிப்படுத்தப்படும், அதன் மூலமே Δ V க்கு ஒரு தொடர்புடைய உறவு உள்ளது. V மற்றும் F _g .

குறிப்பிட வேண்டியது என்னவென்றால், V _a ஒரு நிலையான மதிப்பாக இருக்கும்போது, p ₁, p ₂, மற்றும் p _a பல சேர்க்கைகளைக் கொண்டிருக்கலாம், பல சமான விசைகளை, பல இயக்கவியல் தன்மைகளை மற்றும் பல இயக்கவியல் அமைப்புகளை — அதாவது, பல Δ மதிப்புகளை — உருவாக்கும் V கீழ்க்கண்ட பணி என்பது, ஒரு நிலையான V _a ஐக் கொடுத்து, தேவையான சமான விசையையும் p ₁, p ₂, மற்றும் p _a மற்றும் Δ F _g ஐ அடைய வேண்டிய V சேர்க்கையைக் கண்டறிவதாகும். ஏனெனில், p _a மாறும்போது, W _உ , f _உ , Δ V , p ₁, மற்றும் p ₂அனைத்தும் அதற்கேற்ப மாறும். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், சமான அழுத்தத்தை அடைய உறுதிப்படுத்தக்கூடிய ஒரு சார்ஜ் அழுத்தம் p _a இருக்க வேண்டும் p _g நிச்சயமாக, கண்டுபிடிப்பதற்கான அடிப்படை p _a is p ₁மற்றும் p ₂, அதாவது சமான அழுத்தம் p _g இந்த அளவுகளுக்கிடையேயான தொடர்புகள் புரிந்த பின்னர், p ₁, p ₂, மற்றும் p _a சமான அழுத்தத்திலிருந்து p _g கண்டுபிடிப்பதற்கான முறையை ஆராயலாம்.

படம் 3-2, செயல்பாட்டின் போது உயர் அழுத்த சேமிப்பகத்தின் p –V வரைபடத்தை விளக்குகிறது. இந்த வரைபடத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு, சமான விசை கோட்பாட்டுடன் (மாறும் விசையால் செய்யப்படும் வேலை சமான விசையால் செய்யப்படும் வேலைக்கு சமம்) இணைத்து, நாம் பெறுவது:

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

சமன்பாடு (3.19) இல்:

p = C / V ^k

சமன்பாடு (3.19) இல் பிரதியிட்டு, தொகையிடுதல்:

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)

எனவே:

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

நீக்குதல் V ₁மற்றும் V ₂பிரதியிடுதல் மூலமும், சமன்பாடு (3.17) ஐ பிரதியிடுதல் மூலமும் கிடைப்பது:

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

மீண்டும் அமைக்கப்பட்ட பின்:

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

சமன்பாடு (3.23)இல், p _g என்பது பிஸ்டனின் அழுத்தத்தை ஏற்றும் முகப்பிற்கு சமமாக உள்ள அழுத்தமாகும். அமைப்பின் அழுத்த இழப்புகளைக் கருதும்போது, இது அமைப்பின் தரவரையறுக்கப்பட்ட அழுத்தமாக வெளிப்படுத்தப்பட வேண்டும் p _g = p _உ / K . அ p ₁மற்றும் p ₂இவ்வாறு பெறப்படும் மதிப்புகள் உண்மையான மதிப்புகளுக்கு அருகில் இருக்கும். எனவே:

p ₁ = ( p _உ / 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)

சமன்பாடு (3.24)இல், அமைப்பின் அழுத்த இழப்புகளைக் கணக்கில் கொள்ளும் எதிர்ப்பு கெழுவானது K = 1.1 முதல் 1.2 வரை.

ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் உயர் அழுத்த அக்குமுலேட்டர் இந்த அளவுகளில் இயங்கும்போது, சமான விசை இயக்க விளைவு அடையப்படுவதையும், வடிவமைக்கப்பட்ட இயக்கவியல் நிறைவேறுவதையும், தேவையான தாக்க ஆற்றல் மற்றும் தாக்க அதிர்வெண் வழங்கப்படுவதையும் உறுதிப்படுத்துகிறது. இதன் மூலம் ஒரு சிக்கலான கணக்கீட்டுப் பிரச்சினை எளிமைப்படுத்தப்படுகிறது மற்றும் ஒரு சிக்கலான (nonlinear) பிரச்சினை நேரியல் (linear) பிரச்சினையாக மாற்றப்படுகிறது.

மேலே குறிப்பிடப்பட்டவற்றின் அடிப்படையில், ஹைட்ராலிக் தாக்க சாதனம் (ஹைட்ராலிக் ராக் டிரில் மற்றும் ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர்) — ஒரு சிக்கலான (nonlinear) அமைப்பு — நேரியல் (linear) அமைப்பாக மாற்றப்படுகிறது. கோட்பாட்டு ரீதியாக, பிஸ்டன் ஏதேனும் ஒரு வடிவத்தில் நகர முடியும், அது கட்டுப்பாட்டில் இருக்க வேண்டும் மற்றும் தாக்கப் புள்ளியில் தேவையான அதிகபட்ச வேகத்தை அடைய வேண்டும். S எந்த வடிவத்திலும் நகர முடியும், அது கட்டுப்பாட்டில் இருக்க வேண்டும் மற்றும் தாக்கப் புள்ளியில் தேவையான அதிகபட்ச வேகத்தை அடைய வேண்டும் v _m — இது அனைத்தும் சாத்தியமே. ஒவ்வொரு பிஸ்டன் இயக்க வடிவத்திற்கும் அதற்கு ஒத்த விசை மாறுபாடு வடிவம் இருக்க வேண்டும்; இவை இரண்டும் காரணம் மற்றும் விளைவு என்ற தொடர்பில் உள்ளன. வேறு விதமாகக் கூறினால், பிஸ்டன் எவ்வகையான இயக்க வடிவத்தைக் கொண்டிருக்கிறதோ, அதற்கு ஒத்த விசை மாறுபாடு வடிவம் அதன் மீது செலுத்தப்பட வேண்டும் — விசை என்பது காரணம், இயக்கம் என்பது விளைவு.

நிச்சயமாக, சிறந்த இயக்க வடிவத்தை வடிவமைத்த பின்னர், அதற்கு ஒத்த விசை மாறுபாடு வடிவத்தையும் கண்டறிய முடியும்; இது ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் ஆராய்ச்சிக்கு இரண்டு கோட்பாட்டுத் தலைப்புகளை எழுப்புகிறது: ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்கவியல் (கினெமாடிக்ஸ்) மற்றும் இயக்க விசையியல் (டைனமிக்ஸ்).