Akkumulatorberegninger
Hvorfor er akkumulatorberegning viktig?
Når du skal velge riktig akkumulator til hydraulikkanlegget ditt, må du ta hensyn til konstruksjonen og virkemåten til anlegget. For å sikre optimal ytelse og dimensjonering av akkumulatorer er det viktig med ulike beregninger.
Slike beregninger handler om trykk, volum, energi og strømning og er viktige for riktig dimensjonering og valg av akkumulator.
Trykkberegninger
Det er viktig å velge riktig type akkumulator ut fra hvilket trykk hydraulikkanlegget skal jobbe under. Du må forholde deg til både maksimalt arbeidstrykk og precharge-trykket til akkumulatoren.
Maksimalt arbeidstrykk
For å beregne det maksimale arbeidstrykket for akkumulatoren må vi vurdere sikkerhetsmarginer og krava til trykk i det hydrauliske systemet. Det hjelper oss å velge en akkumulator med stor nok trykkapasitet til å opprettholde påliteligheten og sikkerheten til systemet.
For å opprettholde sikkerheten er det vanlig å bruke en sikkerhetsfaktor når vi beregner det maksimale arbeidstrykket. Det tar hensyn til uforutsette belastninger og forhold som kan oppstå i systemet. En typisk sikkerhetsfaktor kan være 1,5 til 2 ganger det nominelle maksimale trykket.
Formel for maksimalt arbeidstrykk
For å beregne det maksimale arbeidstrykket bruker du denne enkle formelen:
Her er "nominelt maksimalt arbeidstrykk" verdien fra spesifikasjonene til produsenten. "Sikkerhetsfaktor" er den valgte sikkerhetsfaktoren.
Eksempel:
nominelt arbeidstrykk: 120 bar
sikkerhetsfaktor: 1,8
Når du skal bygge dette hydraulikkanlegget, må du altså dimensjonere det til å tåle 216 bar, selv om anlegget jobber med 120 bar.
Precharge-trykk
Precharge-trykket er det initiale trykket akkumulatoren har fått før systemet er i drift, altså forhandstrykket som er tilsatt gass-sida til akkumulatoren. Dette trykket er viktig for å opprettholde riktig funksjon og respons i systemet. Beregning av precharge-trykket tar hensyn til faktorer som ønska lagra energi og krava til trykk i systemet.
For å beregne precharge-trykket må du først forstå krava og spesifikasjonene systemet har. Det vil si det nødvendige arbeidstrykket, hydraulisk væske som blir brukt og eventuelle nødvendige sikkerhetsfaktorer.
Precharge-trykket er vanligvis en prosentandel av det maksimale arbeidstrykket i systemet. Vanlige precharge-verdier ligger rundt 80–90 % av maksimalt arbeidstrykk. Det kan likevel variere alt etter applikasjonen og de retningslinjene produsenten har.
Formel for precharge-trykk
Bruk følgende formel for å beregne precharge-trykket:
Her er "ønska precharge som desimal" den prosentandelen av maksimalt arbeidstrykk du har valgt. Som eksempel er 80 % det samme som 0,8.
Eksempel:
maksimalt arbeidstrykk: 216 bar
precharge-faktor: 0,85 (85 %)
Her må altså gassen i akkumulatoren ha et forhandstrykk på 183,6 bar.
Juster precharge-trykket i akkumulatoren ved å tilføre eller frigjøre nitrogen etter behov. Det kan du gjøre ved hjelp av en nitrogenfylleventil på akkumulatoren.
Volumberegninger
Du må også vurdere dimensjonering av hydraulikkanlegget og behov for akkumulator opp mot volumet anlegget skal jobbe med, altså hvor stort hydraulikkanlegget er. Det sier også hvor mye hydraulikkolje anlegget skal jobbe med.
Nødvendig volum
Å beregne nødvendig volum hjelper oss å velge riktig størrelse på akkumulatoren for å oppfylle krava systemet har. Det inkluderer vurdering av faktorer som ønska energilagring, trykkendringer og akseptable toleranser.
Arbeidsvolumet er mengda hydraulisk væske vi skal lagre i akkumulatoren for å dekke behova til systemet. Beregn det volumet basert på applikasjonen. Eksempel: Hvis systemet skal kunne utføre ei spesifikk oppgave som krever ei bestemt mengde energi, må du beregne det tilsvarende arbeidsvolumet.
Bestem prosentandelen av det totale volumet vi skal bruke som precharge-trykk (forhandsladning). Det er vanligvis rundt 80–90 % (desimal: 0,8–0,9) av det totale volumet, alt etter sikkerhetsfaktorer og anbefalingene fra produsenten.
Formel for å beregne det totale volumet av akkumulatoren
Her er "arbeidsvolum" mengda hydraulisk væske som er nødvendig for å utføre ønska arbeid, og "precharge-prosent som desimal" er valgt prosentandel omregna til desimaltall (eksempel: 80 % = 0,8).
Eksempel:
Vi vil bruke disse talla til å beregne det nødvendige totalvolumet til akkumulatoren.
arbeidsvolum = 50 liter
precharge = 85 % (som desimal: 0,85)
Når du skal dimensjonere et hydraulikkanlegg med et arbeidsvolum på 50 liter, må du altså ha en akkumulator på 333,33 liter.
Effektivt volum
Effektivt volum er det faktiske volumet av hydraulisk væske vi kan lagre og frigjøre fra akkumulatoren. Beregning av effektivt volum tar hensyn til parametere som gasskomprimering, flytende trykk og trykkfall.
Effektivt volum viser til den delen av akkumulatorens totale volum som vi faktisk kan bruke til å lagre hydraulisk væske og levere energi til systemet.
Formel for å berege effektivt volum
Bruk formelen for å beregne det effektive volumet:
Her er "totalt volum" det totale volumet av akkumulatoren (inkludert gassrommet og væskevolumet). "Maksimalt arbeidstrykk" er det høyeste trykket systemet vil oppleve. "Precharge-trykk" er trykket i gassrommet i akkumulatoren.
Eksempel:
Vi bruker talla fra forrige regneeksempel.
totalt volum: 333,33 liter (som vi beregna tidligere)
maksimalt arbeidstrykk: 200 bar
precharge-trykk: 170 bar
Ved planlegging og bygging av dette hydraulikkanlegget må du altså bruke et totalt volum på 616,65 liter når du skal velge riktig akkumulator.
Energi- og strømningsberegninger
Energi- og strømningsberegninger er viktig i et hydraulikkanlegg for å sikre at systemet har nok kapasitet til å møte energi- og effektbehova effektivt. Det inkluderer å vurdere både trykk og strømningshastighet for å optimalisere ytelsen og påliteligheten til systemet. Nøyaktige beregninger er avgjørende for å minimere tap og sikre ei effektiv omforming av energi til ønska arbeid.
Eksempler på slike beregninger:
Beregning | Beskrivelse |
|---|---|
| Effektberegninger | Effekt er et mål på hvor raskt arbeid blir utført i systemet. I hydraulikkanlegg blir effekten beregna ved å multiplisere trykk og strømningshastighet. Formelen for effekt (P) er vanligvis slik: Effektberegninger er avgjørende for å forstå hvor mye arbeid systemet utfører og for å sikre at pumpa og motorene har nok kapasitet. |
| Strømningsberegninger (Flowrate) | Beregninger for væskestrøm tar sikte på å bestemme evna akkumulatoren har til å levere hydraulisk væske ved en viss strømningshastighet. Det inkluderer vurdering av parametere som flowrate, nødvendig effekt og ønska respons i systemet. Dette kan inkludere å måle strømningshastigheten gjennom rør, ventiler, aktuatorer og andre komponenter. Strømningsmåling er viktig for å sikre at systemet leverer riktig mengde væske til de ulike aktuatorene og at det ikke er overdreven eller for lita strømning. |
| Energi- og effektivitetsvurdering | Dette betyr vurdering av hvor effektivt hydraulikkanlegget konverterer inngående energi til ønska arbeid. Det inkluderer vurdering av tap i systemet, som viskøse tap, trykktap og termiske tap. Målet er å minimere disse tapa for å forbedre den totale effektiviteten i systemet. |
| Trykkfallberegninger | Trykkfallberegninger hjelper med å bestemme hvor mye trykk som går tapt når væska strømmer gjennom systemet. Det er viktig for å sikre at systemet opprettholder nok trykk til å drive aktuatorer og utføre arbeidet. |
| Sikkerhets- og nødstrømsberegninger | I noen tilfeller må vi gjøre beregninger for å vurdere kapasiteten systemet har til å levere nødvendig trykk og strømningshastighet i nødssituasjoner eller under uvanlige belastningsforhold. |
| Dimensjonering av komponenter | Basert på beregningene må vi dimensjonere komponenter som pumper, ventiler, rør og aktuatorer riktig for å sikre at de kan handtere trykk, strømningshastighet og effektbehovene til systemet. |
| Energilagring | Beregning av lagra energi hjelper oss å vurdere den totale energien akkumulatoren kan lagre og frigjøre. Det er viktig for å sikre nok energikapasitet til å oppfylle forventa driftstid og behova systemet har. |
Dimensjonering og valg av akkumulatorer
Basert på resultatene av de ulike beregningene kan vi dimensjonere og velge riktig akkumulator for det hydrauliske systemet. Det betyr å vurdere ulike typer akkumulatorer som blære-, stempel- og membranakkumulatorer og egenskapene disse har, inkludert trykk- og volumkapasitet.