轧机液压压下系统蓄能器的选型计算

除鳞系统蓄能器选型王昌荣　杨德正　田磊　张铁罕（重庆水泵厂有限责任公司国家企业技术中心　重庆４０００３３）摘　要　根据蓄能器的工作原理，蓄能器在除鳞系统中的作用，介绍了除鳞系统中蓄能器的选型计算。

蓄能器作为补水功能使用时，还需要将选择的蓄能器容积与生产线的轧制时序表和轧制周期内的水量消耗表进行复核计算，确认压力波动范围是否满足设计要求。

关键词　轧钢　除鳞系统　蓄能器Ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２２ Ｚ１ ０３９ＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤｅｓｃａｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍＥｎｅｒｇｙＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒＷａｎｇＣｈａｎｇｒｏｎｇ　ＹａｎｇＤｅｚｈｅｎｇ　ＴｉａｎＬｅｉ　ＺｈａｎｇＴｉｅｈａｎ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＰｕｍｐＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．， ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３３）ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅｄｅｓｃａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅｄｅｓｃａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｗｈｅｎｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｓｕｓｅｄａｓａｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｉｔｉｓａｌｓｏｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｒｅｃｈｅｃｋａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｖｏｌｕｍｅｗｉｔｈｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅｔａｂｌｅａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｔａｂｌｅｉｎｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｃｙｃｌｅｔｏｃｏｎｆｉｒｍｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｒａｎｇｅｍｅｅｔｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｄｅｓｃａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ　Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ１　前言在冶金行业很多热轧生产线经常会使用到除鳞系统，在除鳞系统中，蓄能器的选型关系到系统运行的安全可靠，蓄能器容积选大了造成成本浪费，蓄能器容积选小了满足不了系统的压力波动范围，造成系统运行不稳定，除鳞效果差等。

3.蓄能器的计算. 状态参数的定义P0=预充压力P1=最低工作压力P2=最高工作压力V0=有效气体容量V1=在P1时的气体容量V2=在P2时的气体容量t0=预充气体温度t min=最低工作温度t max=最高工作温度①皮囊内预先充有氮气,油阀是关闭的,以防止皮囊脱离;②达到最低工作压力时皮囊和单向阀之间应保留少量油液约为蓄能器公称容量的10%,以便皮囊不在每次膨胀过程中撞击阀,因为这样会引起皮囊损坏;③蓄能器处于最高工作压力;最低工作压力和最高工作压力时的容量变化量相当于有效的油液量;△V=V1-V23.2.预充压力的选择贺德克公司的皮囊式蓄能器允许容量利用率为实际气体容量的75%;因此预充氮气压力和最高工作压力间的比例限于1：4,另外预充压力不得超过最低系统压力的90%;遵照这种规定可保证较长的皮囊使用寿命;其它压缩比可采用特别的措施达到;为了充分地利用蓄能器的容量,建议使用下列数值：蓄能：P0,tmax=×P1吸收冲击：P0,tmax=÷×P m P m=在自由通流时的平均工作压力吸收脉动：P0,tmax=×P m P m=平均工作压力或P0,tmax=×P1在多种工作压力时3.2.1 预充压力的极限值P0≤×P1允许的压缩比为P2：P0≤4：1此外,贺德克公司低压蓄能器还需注意：SB35型：P0max=20 barSB35H型：P0max=10 bar3.2.2 对温度影响的考虑：为了即使在相当高的工作温度下仍保持所推荐的预充压力,冷态蓄能器的充气和检验P0charge须作如下选择：P 0,to = P 0,tmax ×273＋　t 273＋　t m ax 0 t 0=预充气体温度℃t max =最高工作温度℃为了在计算蓄能器时考虑温度影响,在t min 最低工作温度时的P 0须做如下选择：P 0,tmin = P 0,tmax ×273＋　t 273＋　t m ax m in 3.3 蓄能器计算公式一个蓄能器内的压缩和膨胀过程应遵循气体状态多变的规律;理想的气体为：P 0×V 0n = P 1×V 1n = P 2×V 2n ,其中要考虑多变指数“n ”对气体特性随时间的影响;缓慢的膨胀和压缩过程的状态变化接近于等温,多变指数可为n=1,而快速的膨胀和压缩过程发生绝热的状态变化,多变指数n=k=适合于双原子气体的氮气;对于200bar 以上的压力,实际气体特性与理想的气体特性有着明显的差别,因而减小了有效容量△V ,在这种情况下要进行修正,修正时要考虑改变K 值,采用下列公式可对各种不同的用途所需的气体容量V 0进行计算,式中约10bar 以下的压力始终用作绝对压力;计算公式： 多变：n n P P P P V V /120/1100⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆= 等温： n=120100P P P P V V -∆= 绝热 n=k=714.010714.0100P P P P VV ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=考虑到实际气体特性的修正因数2在等温状态变化时：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=理想实际00V V Ci 等温或⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆=理想实际00V V Ci 等温 在绝热状态变化时：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=理想实际00V V a C 绝热或⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆=理想实际00V V a C 绝热 验证补偿氮气的蓄能器的有效容量：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆200P P 1V 'V 总'V ∆75.0≈×V 0蓄能器⑴估计蓄能器规格和选择预充压力可按照第和3.2.1节的要求进行;在考虑其它条件时要进行精确计算,可以向我们提出咨询,我们公司拥有相关的计算程序;⑵修正因数可根据压缩比P 2/P 1和等温与绝热状态变化的最大工作压力参数直接取自下图;氮气瓶的并联当最低和最高工作压力间的压差较小时,蓄能器内存有的氮气量只有少量可被压缩;有用于蓄能的那部分容量相当小;计算所谓并联型蓄能器原则上与单只蓄能器完全一样,其中V 0表示蓄能器和氮气瓶的总容量;补偿氮气型皮囊式蓄能器只许75%充有油液,以免皮囊产生大的收缩,预充压力可选择高于最低工作压力的倍,这样卸荷至最低压力P 1时,蓄能器内保留约10%容量的剩余油量△V R ;计算重复进行,每经过一步计算必须检查,在等温充气时,从预充压力到工作压力的有效蓄能器容量是否足以吸收油量;计算实例一台注塑机内应在每秒内需有5升油供使用;最高工作压力为200bar,最低工作压力不得低于100 bar,充气时间为8秒,给出的工作温度为25~45℃; 已知：最高工作压力P2=201 bar 最低工作压力P1=101bar有效容量△V=5L 最高工作温度t max =45℃ 最低工作温度t min =25℃求：1. 在考虑到实际的气体特性的情况下所需的气体容量;2. 在20℃时的预充压力P 03. 蓄能器型号解：因这是一种快速过程,所以气体的状态变化可视为绝热的变 化;1. 确定所需的气体容量：a 在t max 时的预充压力：P 0,tmax =×P 1 =×101≈91 barb 在t min 时的预充压力：P 0,tmin = P 0,tmax ×273＋　t 273＋　t m ax m in = 91bar ×273＋　45273＋　25bar 3.85≈ c 理想的气体容量：714.02min t ,0714.01min t ,00P P P P V V ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆＝理想 531.142013.851013.855714.0714.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=d 图3.3.2中的修正因素P 2/P 1 →Ca=e 实际气体容量：V 0实际= Ca ×V 0理想= ×14.53L=16.85L2. 确定在20℃时的预充压力P 0 273t 273t P P max 0t ,0C 20,0max ++⨯=︒ 273452732091++⨯=bar 绝对）(8.83bar ≈3. 选取型号SB330-20A1/112A-330A P 0.20℃= 83bar。

蓄能器的选型及计算蓄能器在系统中的应用、选型、计算高压蓄能器在高压EH 油系统中是如何发挥作用的 ?什么时候发挥作用 ? 高压蓄能器主要是平衡管路油压波动。

具体分析一个特殊例子：当系统的多数油动机快速开启时（比如汽轮机开始冲转，2个中压调节门同时开启，或者2900 转时的阀切换，6 个高调门同时开启），系统油压必然快速下降，此时油泵来不及做出反映，蓄能器在设计上位置不仅靠近油动机并且能比油泵更加迅速的向系统补充油液，避免系统油压下降到9.7MPA 时造成保护动作而停机。

蓄能器的重要性在高压EH 油系统中举足轻重。

流体实际上是不可压缩的，不能储存能量，因而液压蓄能器利用气体（氮气）可压缩性来储存流体。

蓄能器实质上是一个储存压力流体的腔室，靠气体的可压缩性将不可压缩的流体能量得以储存，以备做有用功。

上述的流体与液压回路相联结，当系统压力升高，流体压缩气体而进入蓄能器；当系统压力降低，压缩气体膨胀，并迫使流体流回液压回路。

蓄能器的典型应用：流体储存，紧急能源，吸收脉动，涌流控制，噪声衰减，车辆减震，容积补偿，压力补偿，渗漏补偿，热胀吸收，力学平衡，增加流量。

储蓄液压能：（1 ）对于间歇负荷，能减少液压泵的传动功率当液压缸需要较多油量时，蓄能器与液压泵同时供油；当液压缸不工作时，液压泵给蓄能器充油，达到一定压力后液压泵停止运转。

（ 2 ）在瞬间提供大量压力油。

（ 3 ）紧急操作：在液压装置发生故障和停电时，作为应急的动力源。

（4 ）保持系统压力：补充液压系统的漏油，或用于液压泵长时期停止运转而要保持恒压的设备上。

（ 5 ）驱动二次回路：机械在由于调整检修等原因而使主回路停止时，可以使用蓄能器的液压能来驱动二次回路。

（ 6 ）稳定压力：在闭锁回路中，由于油温升高而使液体膨胀，产生高压可使用蓄能器吸收，对容积变化而使油量减少时，也能起补偿作用。

缓和冲击及消除脉动：（1）吸收液压泵的压力脉动（2）缓和冲击：如缓和阀在迅速关闭和变换方向时所引起的水锤现象。

蓄能器选型计算1、蓄能器压力计算：工作压力：蓄能器的公称压力不低于蓄能器接入的系统的最大工作压力P2。

充气压力：作为辅助动力0.25P2＜P0＜0.9P1；作为减小脉动P0=(0.6~0.75)Pm或P0=0.8P1；作为吸收震动P0=0.6~0.9Pm；其中P0—充气压力；P1—最小工作压力；P2—最大工作压力；Pm—平均工作压力；2、蓄能器容积计算：蓄能器内部气体的压缩和膨胀是根据Boyle-Mariotte关于理想气体中的状态变化定律进行的。

当蓄能器用于保压时，气体体积变化缓慢（t＞1min），与外界热交换得以充分进行，可认为是等温变化过程，这时取n=1；当蓄能器作辅助或应急动力源时，气体体积变化很快（t＜1min），热交换不充分，这时可视为绝热过程，这时取n=1.4。

注：n为时间的函数，如需精确计算，n应根据具体气体变化时间确定。

2.1）蓄能器作为动力源时：当蓄能器作动力源时，蓄能器储存和释放的压力油容量和皮囊中气体体积的变化量相等，根据上述气体方程可求得蓄能器的容积，即：等温计算，n=1，其中V0—所需蓄能器容积；V—蓄能器的工作容积；2.2）蓄能器用作容积补偿时：把蓄能器作为管道容积补偿是在等温状态下进行计算的，蓄能器容积受管道容积，温差，流体及管道膨胀系数的影响。

其中VT—管道容积；θ2—最大温度；θ1—最小温度；β—流体体积膨胀系数；α—管道线性膨胀系数；2.3）蓄能器用作吸收冲击时：流量快速增大或减小引起的压力快速增大，即水锤现象，其最大超压受管路长度，液体流量、密度及关闭阀门时间的影响。

其中Q—管路内流量；L—管路总长度；γ—液体的比重；v—液体流速；△P—容许的超压；t—减速时间；。

3.蓄能器得计算３、1、状态参数得定义P0=预充压力P１=最低工作压力P2=最高工作压力V０=有效气体容量V１=在P１时得气体容量V2＝在P2时得气体容量ｔ0＝预充气体温度t mｉｎ=最低工作温度tｍax=最高工作温度①皮囊内预先充有氮气,油阀就是关闭得,以防止皮囊脱离。

②达到最低工作压力时皮囊与单向阀之间应保留少量油液（约为蓄能器公称容量得10％)，以便皮囊不在每次膨胀过程中撞击阀，因为这样会引起皮囊损坏。

③蓄能器处于最高工作压力。

最低工作压力与最高工作压力时得容量变化量相当于有效得油液量。

△V＝V1-V23.2.预充压力得选择贺德克公司得皮囊式蓄能器允许容量利用率为实际气体容量得75%。

因此预充氮气压力与最高工作压力间得比例限于１：４,另外预充压力不得超过最低系统压力得９0%.遵照这种规定可保证较长得皮囊使用寿命。

其它压缩比可采用特别得措施达到。

为了充分地利用蓄能器得容量，建议使用下列数值：蓄能：Ｐ0,tmax=0、9×Ｐ1吸收冲击：P0，tｍax=0、６÷0、9×P m（P m=在自由通流时得平均工作压力）吸收脉动：Ｐ0,tmaｘ=0、６×Ｐｍ（P m＝平均工作压力）或P0＝０、8×P1（在多种工作压力时），tmax３.２.1 预充压力得极限值P0≤０、9×P1允许得压缩比为P2:P0≤４：1此外，贺德克公司低压蓄能器还需注意：ＳB35型：P0maｘ=20 baｒSＢ３5Ｈ型:P０ｍaｘ=１0 bar3。

2.2 对温度影响得考虑:为了即使在相当高得工作温度下仍保持所推荐得预充压力，冷态蓄能器得充气与检验Ｐ0须作如下选择：ｃｈａｒgeP0，to= P0,tmaｘ×t0=预充气体温度（℃）t max=最高工作温度（℃)为了在计算蓄能器时考虑温度影响,在ｔmin最低工作温度时得P0须做如下选择：P0，tmｉｎ= P0，tｍａx×3.3蓄能器计算公式一个蓄能器内得压缩与膨胀过程应遵循气体状态多变得规律。

供弹动力系统蓄能器参数分析与选择续彦芳;苏铁熊;顾亮先;崔俊杰【摘要】蓄能器作为液压供弹动力系统的关键元件,其工作过程动态特性的稳定性是供弹及时、可靠的保证.基于蓄能器的工作原理,建立了动态数学模型.利用AMESim平台建立了包括蓄能器在内的供弹液压动力系统模型,分析了蓄能器参数对供弹系统动态特性的影响.结果表明:在相同流量累积下,选用较大容积的蓄能器,预充气压力高一些对减小系统压力和速度波动是有利的.并给出了在规定系统压力下蓄能器参数的计算方法和选择建议.【期刊名称】《火炮发射与控制学报》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P78-81,90)【关键词】储能技术;液压供弹动力系统;蓄能器;动态特性;AMEsim仿真【作者】续彦芳;苏铁熊;顾亮先;崔俊杰【作者单位】中北大学机电工程学院,山西太原 030051;中北大学机电工程学院,山西太原 030051;西北机电工程研究所,陕西咸阳 712099;中北大学机电工程学院,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TJ302在某炮大容量、可快速更换弹种的供弹系统的研制中，为解决利用小功率电机泵组，实现瞬时大功率多负载需求之间的矛盾，有效降低能源消耗的目的，采用定量泵加蓄能器和溢流阀相结合的液压动力系统[1]。

但将蓄能器作为独立研究对象，按照经验进行选取设计参数，其选用结果与动力系统的匹配性很难得到理想的结果。

本文利用AMESim软件建立了包括蓄能器在内的供弹液压动力系统数学模型，详细分析了蓄能器容积和充气压力等参数对系统压力波动及供弹速度的影响，并给出了在规定系统压力下蓄能器参数的计算方法和选择建议。

1 供弹液压动力系统中蓄能器作用1.1 供弹液压动力系统供弹液压动力系统如图1所示。

由单泵驱动3个并联液压马达，按一定的顺序协同动作，实现供弹过程中供弹系统机械部件的转动、定位、推弹和更换弹种等动作。

马达4驱动大容量储弹仓快速启动、制动、定位；马达6和马达(6)驱动拨弹轮快速供弹，根据自动机射频的节奏需求，在堵转工况下自适应工作。

液压系统元件的计算与选用液压系统中液压元件的计算是指计算元件在工作中承受的压力和通过的流量，以便选择元件的规格、型号，此外，还要计算电动机或原动机的功率和油箱的容量。

选择液压元件时，提醒大家应尽量选用标准元件。

1、动力元件的选择依据液压系统的最高工作压力和最大流量选择液压泵，注意要留有一定的储备。

一般泵的额定压力应比计算的最高工作压力高25%～60%，以避免动态峰值压力对泵的破坏；考虑到元件和系统的泄漏，泵的额定流量应比计算的最大流量大10%～30%。

液压泵选定后，就可计算液压泵所需的功率，根据功率和液压泵所需转速选择原动机。

①确定液压泵的最高工作压力pp 液压泵的最大工作压力pp可按下式计算pp≥p1max+∑△p式中 p1max——液压执行元件最高工作压力；∑△p——液压泵出口到执行元件入口之间所有沿程压力损失和局部压力损失之和。

∑△p较为准确的计算需要管路和元件布局确定好之后才能进行，初步计算可根据经验数据选取。

对于管路简单，管内流速不大时，取∑△p=0.2-0.5MPa；对于管路复杂，管内流速较大或有调速元件时，取∑△p=0. 5～1.5MPa。

②确定液压泵的最大供油量qp 液压泵的最大供油量可按下式计算qp=K×(∑q)max式中K——系统的泄漏修正系数，一般取K=1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值；(∑q)max——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，对于工作中始终需要溢流的系统，尚需加上溢流阀的最小溢流量，溢流阀的最小溢流量可以取其额定流量的10%。

③选择液压泵的规格和类型根据以上计算，参考液压元件手册或产品样本即可确定液压泵的规格和类型。

选择的液压泵的额定流量要大于或等于前面计算所得到的液压泵的最大供油量，并尽可能接近计算值。

所选液压泵的额定压力应大于或等于计算所得到的最高工作压力。

如果系统中有一定的压力储备，则所选液压泵的额定压力要高出计算所得到的最高工作压力25%～60%。

蓄能器的选型、使⽤维修说明⼀、液压蓄能器选型步骤1 明确蓄能器的主要功能以上3个主要功能的选择，⽆论选择的是哪⼀项，蓄能器在实现该项功能的同时，也可能对另2项功能有⼀定程度的作⽤。

2 依据主要功能对⼝计算蓄能器的容积和⼯作压⼒2．1 作辅助动⼒源V—所需蓄能器的容积（m3）p 0—充⽓压⼒Pa，按0.9p1＞p＞0.25 p2充⽓Vx—蓄能器的⼯作容积（m3）p1—系统最低压⼒（Pa）p2—系统最⾼压⼒（Pa）n—指数；等温时取n=1；绝热时取n=1.4 2．2吸收泵的脉动A—缸的有效⾯积（m2）L—柱塞⾏程（m）k—与泵的类型有关的系数：泵的类型系数k单缸单作⽤ 0.60单缸双作⽤ 0.25双缸单作⽤ 0.25双缸双作⽤ 0.15三缸单作⽤ 0.13三缸双作⽤ 0.06p—充⽓压⼒，按系统⼯作压⼒的60%充⽓2．3吸收冲击m—管路中液体的总质量（kg）υ—管中流速（m/s）—充⽓压⼒（Pa），按系统⼯作压⼒的90%充⽓p注：1.充⽓压⼒按应⽤场合选⽤。

2.蓄能器⼯作循环在3min以上时，按等温条件计算，其余均按绝热条件计算。

⼆、蓄能器故障的分析与排除1 蓄能器常见故障的排除以NXQ型⽪囊式蓄能器为例说明蓄能器的故障现象及排除⽅法，其他类型的蓄能器可参考进⾏。

1．1 ⽪囊式蓄能器压⼒下降严重，经常需要补⽓⽪囊式蓄能器，⽪囊的充⽓阀为单向阀的形式，靠密封锥⾯密封（见图1-8）。

当蓄能器在⼯作过程中受到振动时，有可能使阀芯松动，使密封锥⾯1不密合，导致漏⽓。

阀芯锥⾯上拉有沟糟，或者锥⾯上粘有污物，均可能导致漏⽓。

此时可在充⽓阀的密封盖4内垫⼊厚3mm左右的硬橡胶垫圈5，以及采取修磨密封锥⾯使之密合等措施，另外，如果出现阀芯上端螺母3松脱，或者弹簧2折断或漏装的情况，有可能使⽪囊内氮⽓顷刻泄完。

1.2 ⽪囊使⽤寿命短其影响因素有⽪囊质量，使⽤的⼯作介质与⽪囊材质的相容性；或者有污物混⼊；选⽤的蓄能器公称容量不合适（油⼝流速不能超过7m/s）；油温太⾼或过低；作储能⽤时，往复频率是否超过1次/10s，超过则寿命开始下降，若超过1次/3s，则寿命急剧下降；安装是否良好，配管设计是否合理等。