คำนวณแรงยกของลูกสูบจากแรงดันปิดที่กำหนด

ฉันพยายามที่จะคำนวณแรงที่ต้องใช้ในการปิดวาล์วบน preventer การระเบิดออกเป็นรูปวงแหวน แหวนยาง (เรียกว่าหน่วยบรรจุ) ปิดรอบท่อเมื่อแรงถูกนำมาใช้จากใต้ดังแสดงที่นี่ :

วาล์วจริงมีน้ำมันไฮดรอลิคไหลเข้ามาในห้องซึ่งไหลไปรอบ ๆ ด้านนอกของตัวหลักซึ่งจะยกลูกสูบที่ใช้แรงกับหน่วยบรรจุดังที่แสดงไว้ที่นี่ :

_{(ที่มา: geologie.vsb.cz )}

ในเอกสารสำหรับ bop กล่าวว่าแรงดันไฮดรอลิกที่จำเป็นในการปิดหรือเปิดวาล์วคือ 3000 PSI

จากนี้ฉันจะคำนวณแรงที่จะปิดวาล์วได้อย่างไร

ฉันสมมติว่าคุณคูณ 3000 ด้วยพื้นที่ที่ความดันทำงาน:

3000 * 6894.7 * (π R_{o}^{2} - π R_{i}^{2})

$3000*6894.7*(\pi R_o^2 - \pi R_i^2)$

$R_i$ $R_o$ $6894.7$

แต่นี่ให้แรงมหาศาล ฉันทำสิ่งผิดปกติในวิชาคณิตศาสตร์หรือไม่? หรือฉันกำลังตีความเอกสารผิด แรงดันปิด 3000 PSI ไม่ได้หมายความว่าคุณต้องใช้แรงดัน 3000 PSI กับน้ำมันไฮดรอลิกที่ทำหน้าที่วงแหวนรอบนอกของลูกสูบหรือไม่? อาจหมายความว่าจำเป็นต้องใช้ 3000 PSI ในการบีบหน่วยบรรจุเพื่อปิด ในกรณีนี้ฉันต้องการข้อมูลอะไรบ้างและฉันจะคำนวณแรงที่ต้องใช้ในการปิดวาล์วได้อย่างไร

mechanical-engineering hydraulics

— Blue7
แหล่งที่มา

แรงดันเหนือพื้นที่ขนาดใหญ่สามารถให้แรงมหาศาลได้อย่างง่ายดายคอมเพรสเซอร์ไฮดรอลิกจะใช้พื้นที่ขนาดเล็กกว่ามากในการสร้างแรงดันที่ต้องการด้วยแรงที่ต้องการน้อยกว่า

— วงล้อประหลาด

@ ratchetfreak ดังนั้นคอมเพรสเซอร์ใช้พื้นที่ขนาดเล็กเพื่อสร้างแรงดันที่ต้องการและลูกสูบใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อเพิ่มแรง ฉันรู้สึกว่าการอนุรักษ์พลังงานไม่ได้ถูกจัดขึ้น หากพื้นที่ของ pisiton คือ 0.3m ^ 2 และความดันคือ 1500 PSI สิ่งนี้จะให้แรงประมาณ 3 ล้านNN ฉันพบว่ามันยากที่จะเชื่อว่าปั๊มนี้สามารถให้ 3MN คุณช่วยอธิบายได้ไหม

— Blue7

กุญแจสำคัญคือระยะทางที่เดินทางโดยลูกสูบคอมเพรสเซอร์มีขนาดใหญ่กว่าระยะทางที่เดินทางโดยปลายลูกสูบโหลด (โปรดจำไว้ว่างานคือระยะทาง * บังคับ)

— ratchet freak

@ratchetfreak โอเคนี่เริ่มเข้าท่าแล้วตอนนี้ ปลายลูกสูบรับน้ำหนักเพียงแค่เคลื่อนย้ายในปริมาณเล็กน้อยเพื่อให้สามารถปิดหน่วยบรรจุได้ จากการคำนวณของฉันแรงของลูกสูบจะอยู่ที่ประมาณ 3 เมกะนิวตัน ฟังดูไร้สาระสำหรับฉัน แต่เป็นไปได้เพราะลูกสูบโหลดไม่เคลื่อนที่มาก (มีงานเล็กลง) แต่ลูกสูบคอมเพรสเซอร์เคลื่อนที่มากขึ้นหรือไม่

— Blue7

0.3 m ^ 2 ดูเหมือนพื้นที่ขนาดใหญ่มากสำหรับลูกสูบ BOP ถ้าคุณไม่ใช้สิ่งนี้กับท่อขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 80 ซม. ฉันจะตรวจสอบหมายเลขนี้อีกครั้ง

— Carlton

Roark's Table 15.3, Case 1e มีสูตรบนวงแหวนยางเพียงเพื่อตรวจสอบคณิตศาสตร์ของคุณหากคุณต้องการ

เพื่อให้รัศมีภายในอัดเป็น 0 เราต้องการแรงอัดเท่ากับ:

\frac{Total Closing Force}{Volume of Rubber Ring} = \frac{3 E}{R_{o} (\frac{R_{i} (1 - ν)}{R_{o}} + \frac{2 R_{o} (2 + ν)}{R_{o} + R_{i}})}

$\frac{\text{Total Closing Force}}{\text{Volume of Rubber Ring}} = \frac{3E}{R_o(\frac{R_i(1-\nu)}{R_o} + \frac{2R_o(2+\nu)}{R_o+R_i})}$

$R_o \to 2R_i$ $\nu = 0.5$

Total Closing Force = (Volume of Rubber Ring) . \frac{18 E}{23 R_{i}}

$\text{Total Closing Force} = (\text{Volume of Rubber Ring}) . \frac{18E}{23 R_i}$

อย่างที่คุณเห็นถ้ายางมีโมดูลัสค่อนข้างปกติ ( กล่องเครื่องมือวิศวกรรมอ้างอิงค่าตามลำดับ 10 - 100MPa ฉันจะใช้ 100 MPa ด้านล่าง) - แรงปิดจะสูงมาก

$\cot(Big.Angle)$

Total Pressurizing Force = 40.52 MPa (\frac{Volume}{R_{i}})

$\text{Total Pressurizing Force} = 40.52\ \text{MPa}\ (\frac{\text{Volume}}{R_i})$

— เครื่องหมาย
แหล่งที่มา