Рассчитайте силу, чтобы поднять поршень от заданного давления закрытия

Я пытаюсь рассчитать усилие, необходимое для закрытия клапана на кольцевом противовыбросовом превенторе. Резиновое кольцо (называемое упаковочной единицей) закрывается вокруг трубы, когда снизу прикладывается сила, как показано здесь :

Фактический клапан имеет гидравлическую жидкость, поступающую в камеру, которая проходит вокруг внешней части основного корпуса, который затем поднимает поршень, который прикладывает усилие к блоку уплотнения, как показано здесь :

_{(источник: geologie.vsb.cz )}

В документации к бопу говорится, что гидравлическое давление, необходимое для закрытия или открытия клапана, составляет 3000 фунтов на квадратный дюйм.

Исходя из этого, как рассчитать силу, чтобы закрыть клапан?

Я предполагаю, что вы просто умножаете 3000 на область, на которую действует давление:

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

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

$R_i$ $R_o$ $6894.7$

Но это дает ОГРОМНУЮ силу. Я делаю что-то не так в математике? Или я неправильно истолковываю документацию. Разве давление в 3000 фунтов на квадратный дюйм не означает, что вы должны приложить давление 3000 фунтов на квадратный дюйм к гидравлической жидкости, действующей на внешнее кольцо поршня? Может быть, это означает, что 3000 фунтов на квадратный дюйм необходимы, чтобы раздавить упаковочную единицу, чтобы она закрылась? В этом случае какая информация мне нужна и как рассчитать усилие, необходимое для закрытия клапана?

mechanical-engineering hydraulics Blue7
источник

Давление на большой площади может легко дать огромные усилия. Гидравлический компрессор будет использовать гораздо меньшую площадь для создания необходимого давления с меньшей необходимой силой

трещотка урод

@ratchetfreak, так что компрессор использует меньшую площадь для создания необходимого давления, а поршень использует большую площадь для увеличения силы? Я как-то чувствую, что сохранение энергии не проводится. если площадь pisiton составляет 0.3m ^ 2, а давление составляет 1500 фунтов на квадратный дюйм, это дает силу около 3MN. Мне трудно поверить, что этот насос может обеспечить 3MN. Не могли бы вы объяснить?

Blue7

Ключевым моментом является то, что расстояние, пройденное поршнем компрессора, больше, чем расстояние, пройденное концом поршня нагрузки (помните, что работа - это расстояние * сила)

трещотка урод

@ratchetfreak. Хорошо, теперь это начинает иметь смысл. Конец нагрузочного поршня должен перемещаться только на небольшое количество, чтобы можно было закрыть упаковочный блок. Из моих расчетов сила на поршне будет около 3 мегатонн. Это звучит смешно для меня, но это возможно, потому что поршень нагрузки не движется много (следовательно, меньше работы), но поршень компрессора движется больше?

Blue7

0,3 м ^ 2 звучит как очень большая площадь для поршня BOP. Если вы не используете это на трубе диаметром около 80 см, я бы перепроверил это число.

Карлтон

Таблица 15.3 Рорка, случай 1е имеет формулу на резиновом кольце, просто чтобы проверить свою математику, если хотите.

Чтобы внутренний радиус сжался до 0, нам понадобится сила сжатия, равная:

\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}}

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

Как вы можете видеть, если резина имеет несколько нормальный модуль ( Engineering Toolbox приводит значения порядка 10-100 МПа, я буду использовать 100 МПа ниже) - сила закрытия становится сумасшедшей.

$\cot(Big.Angle)$

Общая сила давления знак равно 40,52 МПа (\frac{объем}{р_{я}})

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

отметка
источник

Рассчитайте силу, чтобы поднять поршень от заданного давления закрытия

Ответы: