Пневмогидроаккумулятор мембранный

01. Методы выбора ПГА

Для выбора ПГА требуется учитывать многие параметры гидравлической системы. Наиболее важные из них:

• Рабочие давления — минимальное Р₁ и максимальное Р₂.
  Величина Р₂ должна быть меньше, либо равна максимально разрешенному давлению для ПГА по причинам безопасности.
• Объем рабочей жидкости, который хотим хранить или использовать.
• Особенности конкретного применения.
  Важно установить при каких условиях работает газ  — изотермических или адиабатических.
  Если сжатие или расширение газа медленное (более 3 минут), то можно считать, что температура газа примерно постоянна, т.е. изотермические условия. Примеры такого применения: стабилизация давления, компенсация объема, уравновешивание мех. системы, смазывающие системы.
  В случае быстрого сжатия газа или расширения (меньше 3 минут) — процесс адиабатический. Примеры применения: компенсация пульсаций, гидроударов, отдача накопленной энергии и т.п.
• Рабочая температура. Она влияет на выбор мембраны, стальной оболочки, давление предварительной зарядки и соответственно на объем ПГА в целом.
• Тип рабочей жидкости — также определяет выбор материалов ПГА.
• Требуемый максимальный расход рабочей жидкости. Скорость реакции ПГА зависит от его объема и от размера подключения.
• Расположение в конкретной гидравлической системе. Чтобы вписаться в требования этой системы.

Определив вышесказанное, можно выбрать нужный пневмогидроаккумулятор.

02. Давление газа предварительной зарядки

Для максимальной эффективной и долговременной эксплуатации ПГА и его компонентов очень важен корректный выбор давления предварительной зарядки газа.

В теории, максимальный объем хранения или отдачи рабочей жидкости достигается когда давление предварительной закачки газа Р₀ совпадает с минимальным рабочим давлением Р₁.
На практике, по причинам безопасности оставляется разница между вышеупомянутыми давлениями. Как правило, если не обозначено другое, принимается формула Р₀=0,9Р₁.

Общие пределы давления предварительной зарядки газом лежат в диапазоне 0,25P₂≤P₀≤P₁

Существуют отдельные формулы расчета Р₀ для специфических применений:

• ПГА для гидроцилиндров — Р₀=0,95~0,97Р₁ или Р₀=Р₁-(2~5)
• ПГА для сглаживания пульсаций и гидроударов — Р₀=0,8Р₁ или Р₀=0,6~0,75Р_ср, где Р_ср — среднее рабочее давление
• ПГА в сочетании с дополнительными газовыми емкостями — Р₀=0,95~0,97Р₁

Величина давления предварительной заправки газом действительна для максимальной рабочей температуры Т₂ необходимой в эксплуатации. Зарядка же или проверка давления газа ПГА происходит при другой температуре Т_з, поэтому необходимое давление при зарядке газом Р_0з при температуре Т_з рассчитывается по формуле: Р_0з=Р₀(Т_з+273)/(Т₂+273)

03. Принципы расчета ПГА

Сжатие и расширение газа в ПГА происходит согласно закону Бойля-Мариотта:
P₀×V₀ⁿ=P₁×V₁ⁿ=P₂×V₂ⁿ,
где n — показатель политропы.
Для изотермического процесса n=1, для адиабатического — n=1,4.
Для более точных расчетов при определении величины n необходимо использовать график зависимости показателя политропы от времени.
В расчетах давление выражено в абсолютных барах, а температура в градусах Кельвина.

04. Расчет объема ПГА

Разница между объемом V₁ при минимальном рабочем давлении P₁ и объемом V₂  при максимальном рабочем давлении P₂ дает нам количество хранимой в ПГА рабочей жидкости _ΔV=V₁-V₂.
При изотермической реакции, т.е. при n=1, 
подставляя данные в формулу закона Бойля-Мариотта, получаем, что объем ПГА V₀ будет равен:
V₀=_ΔV/(P₀/P₁-P₀/P₂)
При адиабатическом процессе, т.е. при n=1.4 или 1/n=0,7143, объем ПГА будет рассчитываться по формуле:
V₀=_ΔV/((P₀/P₁)^0.7143-(P₀/P₂)^0,7143)
Кроме того, если в результате рабочего процесса температура заметно изменяется, то в расчет объема в данном случае нужно вносить температурные поправки: V_0t=V₀×T₂/T₁, где
V_0t — объем, скорректированный на температурные вариации, T₂ — максимальная рабочая температура
T₁ — минимальная рабочая температура.
При высоком давлении Р₂ (более 200 бар) к последней формуле добавляются корректирующие коэффициенты из графиков.

05. Расчет ПГА для компенсации объема

Пример расчета ПГА, который используется для компенсации объема. Полный объем, который надо компенсировать равен: _ΔV=V_т×(Т₂-Т₁)×(β-3α),
где
V_т — объем труб
β — коэффициент объемного расширения жидкости
α — коэффициент линейного расширения труб

Таким образом необходимый объем ПГА равен:
V₀=_ΔV/(P₀/P₁-P₀/P₂)

06. Расчет ПГА для компенсации утечек

Объем утечек определяет необходимый объем ПГА.
_ΔV=Q₁×t
P₀=0.9×P₁

Подставляем _ΔV и P₀ в известную уже формулу:
V₀=_ΔV/(P₀/P₁-P₀/P₂)

07. Расчет ПГА для аварийного запаса энергии

В типичных случаях хранение рабочей жидкости это изотермический процесс n=1, а отдача в аварийной ситуации очень быстрый процесс, т.е. адиабатический n=1.4 (1/n=0.7143).
Поэтому хранимый объем _ΔV запасенной рабочей жидкости в большинстве случаев с достаточной точностью равен:
_ΔV=V₀×(P₀/P₂)-((P₂/P₁)^0.7143-1)

08. Расчет ПГА для сглаживания пульсаций

Сглаживание пульсаций в типичных случаях это адиабатический процесс. Объем жидкости, участвующей в пульсации, зависит от гидронасоса — его типа и объема
_ΔV=K×q, где
q — объем гидронасоса в литрах
K — коэффициент, зависящий от числа поршней/1-стороннего, 2-стороннего действия:
1/1 — К=0.69; 1/2 — К=0.29; 2/1 — К=0.29; 2/2 — К=0.17;
3/1 — К=0.12; 3/2 — К=0.07; 4/1 — К=0.13; 4/2 — К=0.07;
5/1 — К=0.07; 5/2 — К=0.023; 6/1 — К=0.07; 7/2 — К=0.023
Подставляем _ΔV и получаем объем ПГА:
V₀=_ΔV/((P₀/P₁)^0.7143-(P₀/P₂)^0.7143), здесь
Р — среднее рабочее давление, P₁=Р-Х, Р₂=Р+Х.

09. Расчет ПГА для уменьшения гидроударов

Быстрое увеличение давления, вызванное большим ускорением или торможением потока жидкости называется гидроударом. Прирост этого давления зависит от длины и объема трубопроводов, плотности и скорости течения жидкости, скорости закрытия клапана. Поэтому объем ПГА для уменьшения гидроударов с допустимым приростом давления  _ΔP рассчитывается по формуле:
V₀=Q/7.2×((2×γ×L×ν)/(_ΔP×10⁵)-t)/((P₀/P₁)^0.7143-(P₀/P₂)^0.7143), где
V₀ — объем газа ПГА
Q — поток в трубопроводе, куб.метр/час
L — общая длина трубопроводов, метр
γ — плотность жидкости, кг/куб.метр
ν — скорость потока, м/сек
Р₁ — рабочее давление свободного потока, абсолютные бары
Р₂=Р₁+_ΔP — максимально допустимое давление
t — время ускорения/торможения потока жидкости, сек.