蓄能器在水下造粒机液压锁紧系统中的应用.pdf

第 4 2 卷增 刊 1 2 0 1 3 年 8月 石油化工设备 PETR0一 CHEMI CAL EQUI P MENT Vo 1 ．4 2 Su ppl e me n t 1 Aug ．2 01 3 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 3 增刊 1 - 0 0 7 4 0 4 蓄能器在水下造粒 机液压锁 紧 系统 中的应用 孙冰 ，李 宁 ，高 翔 1 ． 中国石油 兰州石化公 司 乙烯厂 ，甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 ； 2 ． 兰州理工大学 技术工程学院 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要 介 绍 了 UP 一 8 5 0 N 型水 下造粒机 液压 锁 紧 系统存 在 的 问题 ， 分析 了在 该 系统 中增加 蓄 能 器的 作 用 ， 给 出了增 加蓄 能器后 的 工艺流程 ， 分析 计算 了所 需蓄 能 器尺 寸的 理论 值 ， 探 讨 了该 系统 的改 造 升级及 蓄 能器 的选型 。 关键 词 蓄能器； 水下造粒机；液压锁紧系统；应用 中图分 类号 T Q O 5 1 ． 9 3 文 献标 志码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 7 4 6 6 ． 2 0 1 3 ． s 1 ． 0 2 1 De s i g n a n d Ca l c u l a t i o n s o f Ac c u m u l a t o r f o r Hy d r a u l i c Lo c ki n g S y s t e m o f UP- 8 5 0 N u n d e r wa t e r Pe l l e t i z e r S UN Bi ng ， LI Ni ng ， GAO Xi a n g 1 ． La nz ho u Pe t r o c he m i c a l Co mpa ny，CNPC，La n z ho u 7 3 0 06 0，Chi na； 2．Co l l e g e o f Te c hn ol o g y a nd Eng i ne e r i n g，La n z h ou Uni v e r s i t y of Te c h n o l o g y ，La n z h o u 7 3 0 0 5 0，Ch i n a Ab s t r a c t Th e e x i s t i n g p r o b l e ms o f t h e UP 一 8 5 0 N t y p e t h e u n d e r wa t e r p e l l e t i z e r h y d r a u l i c l o c ki ng s ys t e m wa s s t u d i e d，a nd t o i n c r e a s e t he r o l e o f t h e a c c u m u l a t o r i n t h e s ys t e m wa s a n al y z e d， a n d t he p r oc e s s f l o w was o b t a i n e d a f t e r t he a c c u m ul a t o r a dd e d ． Aga i n，a n a l ys i s a n d c a l c u l a t i o n we r e ma de f o r t h e t h e o r e t i c a l v a l u e o f t he a c c umul a t o r s i z e r e qu i r e d，wh i c h p r o v i de s o me t h e o r e t i c a l s up po r t f o r t h e up gr a d i n g a nd a c c umul a t o r s s e l e c t i o n． Ke y wor ds a c c u m ul a t o r； u nd e r wa t e r p e l l e t i z e r； h yd r a ul i c l o c ki ng s ys t e m ； a p pl i c a t i o n 兰 州 石 化 公 司 3 O万 t ／ a全 密 度 聚 乙 烯 装 置 UP 一 8 5 0 N型水下造粒机 以下简称造粒机 是 2 0 0 6 年从 日本神户制钢公司全套 引进 ， 该机主要 由变频 电机、 传动箱 、 水室、 刀盘、 基座 、 液压系统等组成 图 1 ， 其主要作用是将熔 融态 的聚乙烯树脂从模板 的 造 粒带 上切 下 ， 并 随 冷却 水 一 起进 入粒 子 干燥 系统 进 行干燥 。 UP 一 8 5 0 N型水下造粒机 的液压系统作为造粒 机的主要组成部分有着不可替代 的作用 ， 笔者结合 目前造粒机液压锁紧系统超压、 泄漏等问题 ， 提出了 增加蓄能器的改造方案， 并进行了相关的设计计算 ， 分 析 了增加 蓄 能器后 可能带 来 的不利影 响 。 1 造粒机及 其液压锁 紧系统简介 在正常工作期 间， 造粒机刀盘及水室需与模板 紧密贴合形成密闭空腔 ， 防止水室漏水 ， 系统设计采 用两套 液压 系统将 其 与 模 板 紧 密连 接 ， 一 套 作 用 于 造粒机 刀轴 进刀 系统 ， 一 套作 用于造 粒 机水室 。 造 粒 机 水室 的 液 压 锁 紧 系统 主要 由 4台液 压 锁 紧缸 图 2 l_ 1 ] 、 液压 助 力 器 升 压 比 1 ． 8 7 、 电磁 阀 、 压 力 调 节 器 、 单 向 阀 、 气 压 一 液 压 转 换 器 、 放 空 阀、 压力表 及压 力开 关 等组 成 ， 其 工作 流 程 图见 图 3 c 。 当造 粒 机停 机 时 ， 水 室 的液 压 锁 紧系 统停 止 工 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 2 作者简介 孙冰 1 9 8 3 一 ， 男 ， 山东泰安人 ， 助理工程师 ， 学士 ， 主要从事化工设备的管理等工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 增刊 1 孙冰 ， 等 蓄能器在水下造粒机液压锁 紧系统 中的应用 7 5 作 ， 液压 油压 力 为 0 MP a 。造粒 机 正常 工作 时 ， 来 自 于液 压油 泵 的液 压 油通 过 电磁 阀 、 单 向 阀进 入 液 压 助力器中， 液压助力器通过活塞 的运动将来 自于气 压一 液压转换器的硅油进行升压 ， 并最终通过气源的 压力调节器使系统硅油压力升至 2 4 2 5 MP a ， 并保 持 稳定 。 水搴 传动箱 变频电机 模板 基座 图 1 水下造粒机组 T 1 ． 锁 紧棒2 ． 液压 缸3 ． 活塞4 ． 复位弹簧 图 2 液压锁紧缸 1 ． 液压助力器2 ． 单 向阀 3 ． 电磁 阀 4 ． 单 向阀 5 ． 压 力调节器6 ． 气压一 液压转换器 7 ． 排气 阀 8 ． 压力表9 ． 排气 阀1 O ． 锁紧棒 图 3液压锁 紧系统流程 图 2造粒 机的应 用现状 由水室液压锁紧系统流程图 图 3 可知， 液压 系 统一 旦开 始工 作 ， 其 通 过单 向 阀 向系 统 提供 的液 压 油流量 及 通过单 向阀 向系统提 供 的硅 油 流量是 可 增不可减的， 即在液压元件无泄漏的情况下 ， 系统 的 液压油压力只能升高不能降低， 除非造粒机组停止 运行 ， 而水室液压锁紧系统中的最终执行机构 4台 锁紧缸 工况非常复杂 ， 其 紧邻造粒机高温元件 模 板 的最高工作温度可达 2 6 0℃， 高温环境可能直接 导致硅油热膨胀 ， 虽然硅油的热膨胀系数很小 ， 但对 于要求非常精密 的锁紧系统 ， 微小 的膨胀量可能引 起 很 大 的压 力 波动 。 另外 ， 由于 造粒 机 在 不 同 的工 况 下 引起 的 地基 振动不 同， 地基振动不 同使其 引起锁紧缸的受拉伸 量 不 同 ， 导 致在某 些 时 刻 一定 量 的液 压 油 的容 纳 空 间减小 ， 液压油压力上升 。在造粒机正常工作 的过 程 中， 水室与模板 的结合面清理不彻底同样会发生 上述情况。 根 据造 粒 机 实 际运 行 工 况 ， 锁 紧 系统 液压 油 的 压力 最 高时 可达 4 0 MP a ， 远 远 高 于 正 常工 作 压 力 2 4 2 5 MP a 范 围 。液压 系统 长 时 间处 于 高 压 状 态下， 不仅对液压锁 紧系统密封件产生极大的破坏， 而且直接影响挤压造粒机的稳定运行。 针对上述情况， 通过与 日本神户制钢公 司技术 人员交流沟通并参考其它类型造粒机 的设计， 提 出 了在 水室 液压 锁紧 系统 中增加 单独 的 蓄能器缓 解 上 述因素引起的液压油压力上升的改造方案。 3改造方案分析 蓄能器作为液压系统中储存压力流体的容器 ， 在液压系统中发挥着重要 的作用 ， 针对造粒机液压 锁紧 系统 ， 增加 蓄能器 后 主要有 以下 优点 [ 2 ] 。 1 吸 收造 粒机 液 压 锁 紧 系 统 因外 因引 起 的 能 量波 动 ， 从 而稳定 系 统压力 ， 保 护液压 元件 。 2 当液压锁紧系统因轻微渗油造成系统压力 降低时， 蓄能器能较长 时间补充压力流体 ， 稳定压 力 ， 为停机检修争取足够的时间。 3 当液压油泵或电磁阀故障时 ， 能在一段时间 内维持锁紧压力 ， 避免紧急停机 ， 为停机检修争取充 分 的时 间 。 增加蓄能器后的不足之处有 1 增加液压元件 ， 带来一定量的维护工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 3 年第 4 2卷 2 造粒 机停 止 运 行 时 ， 增 加 泄 压 时 间 ， 延长 小 车退 出时 间 。 根据 目前工 艺流 程 ， 结 合安装 要求 ， 并根 据液压 锁 紧系统 的实 际工 况 ， 现 对所 需 蓄 能 器进 行 详 细 的 设计计算 ， 以便为今后 的选型及 系统的改造提供一 定 的参考 。 4 液压锁 紧 系统工 艺流 程 改进及 蓄 能器 的 设计计算 4 ． 1 液压锁紧系统工艺流程改进 根据前述液压锁紧系统增加蓄能器的改造方案 和液压传动 的相关要求 ， 对原系统的工艺流程进行 改进 。 为不影响 目前液压元件的工作 ， 以对原有系统 尽量 少改动 的原 则 ， 改 进设 计 时 液 压 系统 中应 避免 不必要的接头 ， 增加蓄能器可尽量利用现有管路接 头 ， 如将原压力表接 口短节改为三通短节 ， 提供蓄能 器 的接 口。蓄能器 和三通 接 口之间通 过液 压软 管连 接 图 4中虚线部分 E 4 , 5 ] 。 T 1 ． 液 压 助 力 器2 ． 单 向 阀 1 3 ． 电 磁 阀4 ． 单 向 阀 2 5 ． 排气 阀 6 ． 压力表7 ． 气压一 液压转 换器8 ． 压力调节器 9 ． 蓄能器1 o ． 截止阀 1 1 ． 排气阀 1 2 ． 锁紧棒 图 4 增加蓄能器 的液压锁紧系统流程图 4 ． 2蓄能器设计计算 4 ． 2 ． 1 蓄能器工况 为获得蓄能器体积的最佳利用效果和较长的使 用寿命 ， 按 4台锁紧缸全行程计算 ， 即锁紧缸柱塞行 程为 8 mm图 2 ， 最高工作压力 2 5 MP a ， 最高工作 温度 为 2 6 0℃ ， 工作 压差 为 1 MP a 。 根据现场实际工况及蓄能器 的设计标准 ， 为防 止蓄 能器 隔离 元件在 阀 门范 围内 因连 续运 行而对 阀 门造成损害， 蓄能器的预充压力应在最高工作压力 的 0 ． 7至 0 ． 9倍以内 在最 高工作温度下 E 6 , 7 ] 。且 根据液压锁紧系统 的工作 过程 ， 蓄能器的充压过程 为随环 境温度 变化 的缓 慢 充压 过 程 ， 即充 压过 程 为 等温过 程 ， 而 由于液压 系统 的压力 波动 ， 压 力 的释放 为快 速放压 过程 ， 即绝 热过程 。 4 ． 2 ． 2 蓄能 器的设计计算__5 ] 以皮 囊式 蓄 能器 图 5 为 例进 行 计 算 ， 定 义皮 囊式蓄能器相关参 数如下l 2 ] P 。为气 体预充压力， P 为最小工作压力， P z为最大工作压力， P a ； Vo 为 气体 有 效 体 积 ， V 是 压 力 为 P 时 的气 体 体 积 ， V。 是压力为 P 时的气体体积 ， △ V为有用体 积， 是最 小压力与最大压力所对应 的体积之差， r f l 。 。 p0 一 图 5反 曩 式 畜 能 器 结 构 不 图 根 据本例 中蓄 能器 的工 况 ， P 一2 4 MP a ， P z 一 2 5 MP a ， P 。 一0 ． 7 2 5 1 7 ． 5 MP a ， 取氮气 的多 变指数 一1 ． 4 。 据 图 2中 的数 据 ， S 一8 mm， D1 1 4 0 mm， D2 7 5 mm， 按最大有用体积计算 △ V 一 4 [ s 丌 一 譬 ] 一 4 X 8 X 3 ． 1 4 丁1 4 0 2 一 T7 5 2 一 3 ． 51 1 1 0一 m。 根据 理想 气 体 的状 态 方 程 及 理 想 气 体 图 图 6 可知 一 AV P 。 2 一 V 0 一 ≠ 一 3 ．5 1 1X 1 0 2 4 1 0 。 。 ＼ ， 1 ． 7 1 0 m。 △V2 z P ⋯o P 2 “ 一 1 ] 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 增刊 1 孙冰 ， 等 蓄能器在水下造粒机液压锁 紧系统中的应 用 7 7 o ． o 7 [ 1．4 一 ] 一 7 ． 0X 1 0 r n 。 由以上计算可知， 所需 蓄能器 的相关理论计算 值 分 别如 下 有 用体 积 为 3 ． 5 1 1 1 0 r n 。 ， 有效 体 积 为 1 ． 7 1 0 IT I 。 ， 最高工作压力与气 体预充压时对 应的体积差为 7 ． 0 1 0 1 T I 。 。上述相关数值均是在 理想气体状态下计算得 出， 为理论计算值 ， 实际蓄能 器体积还需结合不同类型蓄能器 的经验值 以及不同 制造厂的修正系数加 以修正 ， 修 正系数 C 。 和 c 可 从制造商的相关资料 中查得 。 ， 由于修正系数 C i 和 C 涉及制造商技术 保密 ， 不 再做进一 步的详细 说 明 。 5 结语 p 图 6 理想气体 V图 通 过对 UP 一 8 5 0 N 型水 下 造 粒 机 液 压 锁 紧 系统 流 程进 行分 析 ， 结合 该 系统实 际运 行工 况 ， 分析 了影 响系统稳定运行 的相关因素。结合其它类型挤压造 粒 机组 的设 计 ， 提 出通 过 增 加 蓄 能 器 的方 式 进 行 解 决该系统 目前存在的问题 的改进方案 ， 对增加蓄能 器后的流程进行 了详细的分析 ， 计算 出了所需蓄能 器尺寸的理论值 ， 可为该系统的改造升级及蓄能器 的选 型提 供 一定 的理 论支 持 。 参考文献 [ 1 ] Ko b e S t e e l L t d ． ． 3 0 0 0 0 0 MT P A L L D ／ HD P o l y e t h y l e n e Pl a n t P e l l e t i n g Ad d i t i v e F e e d e r s y s t e m LCM40 0 H I ns t r uc t i on s M a nua l For Pe l l e t i z e r 2 0 0 6 r Z ] ． [ 2 ] 王肇霞 ， 卢长志 ， 赵福 生． 蓄能器在 节能 系统 中 的应 用 [ J ] ． 机械工程师 ， 1 9 8 9 3 3 4 3 6 ． W ANG Zha o xi a，LU Cha n g z hi ，ZHA0 Fu s he ng ． Ac c u mu l a t o r i n E n e r g y - s a v i n g S y s t e m [ J ] ．Me c h a n i c a l En g i n e e r s ，1 9 8 9 3 3 4 - 3 6 ． [ 3 ] 鄢吉多． 蓄能器在液压 源 回路 中 的应用 与研究 [ J ] ． 贵 阳金筑大学学报 ， 2 0 0 5 ， 5 7 1 1 1 0 1 1 2 ． YAN J i d u o ．Ac c u mu l a t o r i n Hy d r a u l i c S o u r c 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