Cambiar el tamaño del acumulador para el movimiento arbitrario

Se pueden usar varias tecnologías diferentes para almacenar energía en acumuladores: pistones pesados, vejigas (o diafragmas), resortes y sistemas hidroneumáticos de uso común. El acumulador usa esta energía para mantener la presión del sistema relativamente constante o para aplicar presión a los actuadores de bajo ciclo de trabajo. En un artículo anterior, mencioné que el acumulador hidroneumático debe precargarse a aproximadamente el 90% de la presión del sistema, generalmente con nitrógeno. Esto asegura que el acumulador contenga principalmente nitrógeno y suficiente aceite para evitar que el acumulador se vacíe por completo. Si bien calcular la presión de precarga es un desafío, determinar qué tan grande debe ser el acumulador es un desafío.

Para calcular el tamaño correcto de un acumulador, los ingenieros deben saber cuánto ha cambiado el volumen de petróleo o gas durante la operación. El aceite se extrae simultáneamente mediante el flujo a través de la servoválvula y se agrega mediante la bomba. No se requiere un acumulador si la bomba puede suministrar inmediatamente la cantidad de aceite utilizada.

Desafortunadamente, la bomba de presión compensada no responde lo suficientemente rápido a los cambios de presión, por lo que el aceite sale del acumulador cada vez que se inicia el movimiento. Cuando sale aceite del acumulador, la cantidad de aceite disminuye y la cantidad de gas aumenta, reduciendo la presión hasta que la bomba alcanza la demanda.

El flujo de la bomba se puede estimar calculando el flujo total requerido para cada ciclo y dividiéndolo por el tiempo. Pero esto supone que la bomba proporciona un flujo constante para un perfil de movimiento constante. Esto es posible cuando se usa una bomba dosificadora cuya velocidad es controlada por un controlador de movimiento;El controlador puede calcular el caudal medio de un ciclo. El flujo de una bomba compensada por presión varía de acuerdo con la presión y no proporciona un flujo completo hasta que la presión cae lo suficiente como para impulsar completamente el plato cíclico.

Los problemas surgen cuando la presión debe caer más del 10% antes de que la bomba pueda proporcionar un flujo promedio al ciclo. Por lo tanto, es mejor utilizar una bomba de presión compensada con una banda de presión estrecha. Por lo general, las bandas de presión no se pueden cambiar porque están determinadas por la constante de resorte de los resortes en el compensador de presión. Por lo tanto, solo puede ser cambiado por el fabricante.

Calcular la demanda instantánea requiere conocer el perfil de movimiento en función del tiempo. Esto incluye las tasas de aceleración y desaceleración, la velocidad máxima e incluso el tiempo de permanencia (si corresponde) al final de la extensión y retracción. Los tiempos de permanencia son importantes porque permiten que la bomba alcance la demanda de petróleo. En general, los tiempos de permanencia más largos permiten a los ingenieros usar bombas más pequeñas.

El flujo requerido se estima multiplicando la velocidad de estiramiento por el área del diámetro interior del cilindro;Cuando el cilindro se retrae, el flujo requerido es el resultado de la velocidad de retracción multiplicada por el área del lado del vástago.

La cantidad total de aceite utilizado es fácil de calcular; la parte complicada es calcular la curva de movimiento en función del tiempo. Los cálculos se pueden realizar con hojas de cálculo, pero pueden ser complicados debido a la gran cantidad de filas y fórmulas en cada fila que son propensas a errores a medida que cambia el archivo de configuración.

Sin embargo, los controladores de movimiento son excelentes para generar curvas de movimiento. Luego, el ingeniero puede multiplicar el área correcta y agregar el cambio en el flujo de aceite y calcular el cambio en el flujo de aceite durante el ciclo. El controlador de movimiento también puede simular el flujo de la bomba y trazar todos los datos.

Lo que es más importante, cuánto aceite necesita agregar el ingeniero, cuánto quitar y la cantidad total a ejecutar. Luego pueden determinar las cantidades máximas y mínimas de aceite y la diferencia entre ellas. Multiplique este volumen por 12,8 para obtener el volumen mínimo del acumulador;Se debe agregar un poco más para estar seguro, por lo que multiplicar la diferencia en el volumen de aceite por 13,8 a 15 le dará un tamaño de acumulador en el que siempre hay un poco de aceite.

Los programas de simulación pueden simplificar el dimensionamiento de las baterías, pero requieren tiempo para escribirse o son caros de comprar.

A continuación se muestra un diagrama de un programa simulado:

El gráfico es una curva de movimiento que se mueve 300 mm en un segundo y luego permanece durante 0,1 segundo.antes de retroceder.

El segundo gráfico muestra el flujo de aceite a lo largo del tiempo. Tenga en cuenta que debido al área de superficie más grande en el lado de la tapa del pistón en relación con el lado de la varilla, el flujo es mayor cuando se extiende.

El tercer gráfico muestra el cambio en el aceite neto a lo largo del tiempo. Tenga en cuenta que cuando la varilla está extendida, el volumen de aceite cae más que cuando está retraída. La cantidad de aceite aumenta durante el tiempo de permanencia y cuando se mueve lentamente.

El cuarto gráfico muestra el cambio de presión a lo largo del tiempo. La presión del sistema es de 10 MPa (100 bar). La caída de presión está limitada al 10%.

El gráfico final muestra la cantidad de aceite en un acumulador de tamaño conocido. Los cambios son los mismos que en la tercera gráfica, pero se conoce el volumen real, no solo el cambio. El acumulador calculado debe ser de 3,74 litros, pero es dudoso encontrar el tamaño exacto, por lo que se utilizará un acumulador de 5 litros. Esto dará como resultado una caída de presión de poco menos del 10% y más aceite en el acumulador durante las bajas. Además, incluso con un caudal máximo de 53 litros por minuto, el tamaño mínimo de la bomba es de solo 25,50 litros por minuto. Los acumuladores pueden ahorrar dinero al reducir la necesidad de bombas más grandes.

Para dimensionar el acumulador para un servosistema hidráulico, tiene sentido usar un controlador de movimiento para ayudar a calcular el tamaño del acumulador. Finalmente, no importa qué método se use para calcular el acumulador, existe la posibilidad de que el tamaño exacto del acumulador no esté disponible, por lo que se debe usar el siguiente tamaño más grande.

Peter Nachtwey es Sistema informático delta .

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