ASPlight Accumulator Simulation Program - HYDAC

ASPlight Accumulator Simulation Program 5.0 HYDAC Technology GmbH Postfach 1251 D-66273 Sulzbach /Saar Industriegebiet D-66280 Sulzbach/Saar Tel.: 06897/509-01 Fax: 06897/509-464 (Speichertechnik) eMail: [email protected]

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BEDIENUNGSANLEITUNG

ASPlight Accumulator Simulation Program 5.0

1. Programmbeschreibung 2

2. Systemvoraussetzungen 2

3. Programminstallation 2

4. Programmstart 2

4.1. Lokale Anwendung 2

4.2. Webanwendung 3

5. Bedienungshinweise 3

5.1. Programmoberfläche 3

5.2. Betriebsgas 4

5.3. Einheiten 5

5.4. Austauschrichtung 6

5.5. Austauschgeschwindigkeit 7

5.6. Berechnungsparameter 8

5.7. Zahlentastatur/Nummernblock 10

5.8. Informations- und Ergebnisfelder 11

5.9. Kopfleiste 12

6. Berechnungsverlauf 13

7. Beispiele 14

Erstelldatum ASPlight Accumulator Simulation Program 5.0

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1. Programmbeschreibung

ASPlight ermöglicht es Ihnen durch Eingabe weniger Speicherparameter Drücke, Volumen, Temperatur sowie Druck- und Volumenverhältnis eines Hydro-Speichers zu berechnen.

Die Berechnung ähnelt der eines Taschenrechners.

Grundkenntnisse zum Betriebsverhalten von Hydro-Speichern werden hierbei vorausgesetzt.

2. Systemvoraussetzungen

- Microsoft® Windows® XP, Windows® Vista, Windows® 7

- Microsoft® .NET Framework 3.5 oder höher (weitere Informationen hierzu unter http://www.microsoft.com/downloads)

- Bildschirmauflösung: 800 x 600 Pixel oder höher

3. Programminstallation

Laden Sie ASPlight von der HYDAC-Homepage (www.hydac.com / Downloads / Software / Speichertechnik) herunter.

Öffnen Sie nun die Datei „ASPlight.zip“ und führen Sie die darin befindliche Anwendung (Dateiformat/-endung: *.msi) aus.

Folgen Sie den Anweisungen des Installationsbildschirms.

Eine Verknüpfung zu ASPlight wird automatisch auf Ihrem Desktop erstellt.

Symbol der Desktop-Verknüpfung:

4. Programmstart

4.1. Lokale Anwendung

- Doppelklick auf die Desktop-Verknüpfung: bzw. über Start / Programme / HYDAC International / ASP light.

- Das Programm öffnet in einem separatem Fenster.


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4.2. Webanwendung

Das ASPlight kann auch ohne lokale Installation als Web-Anwendung auf der HYDAC Homepage ausgeführt werden. In den Produktseiten der Hydro-Speicher steht Ihnen die Anwendung überall dort zur Verfügung, wo das ASPlight -Symbol hinterlegt ist.

Durch Anklicken öffnet sich die Web-Anwendung in einem separatem Fenster.

5. Bedienungshinweise

5.1. Programmoberfläche

Die Programmoberfläche des ASPlight ist, wie in nachfolgender Übersicht zu sehen, in verschiedene Felder aufgeteilt und besteht aus: Auswahlfeldern, Bedien- und Eingabefeldern sowie aus Ergebnis- und Informationsfeldern. Diese werden auf den nachfolgenden Seiten genauer beschrieben.

Da es sich hier um eine light-Anwendung für die sogenannte „Speicherauslegung zwischendurch“ handelt, werden alle Berechnungen in diesem Fenster ausgeführt.

Ergebnisschalt-fläche (hier zur Berechnung von V0)

Austausch-richtung

Austausch-geschwindigkeit

Betriebsgas

Einheiten

Version

Eingabemöglichkeit der Speicherparameter:

Druck, Volumen, Temperatur

Zahlentastatur/Nummernblock

Hilfe

Informationsfelder Informationsfeld und Ergebnisfeld

Schließen


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5.2. Betriebsgas

Das Auswahlfeld „Betriebsgas“ lässt, neben der üblicherweise voreingestellten Gasart Stickstoff (N2), auch die Auswahlfeldern Helium (He) und Druckluft (Air) zu. Hier können Sie die gewünschte Gasart einstellen.

Auswahlfeld „Betriebsgas“


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5.3. Einheiten

Auswahlfeld „Einheiten“

Die physikalischen Einheiten für Temperatur, Druck und Volumen können wie folgt ausgewählt werden:

- Temperatur in Grad Celsius (°C), Fahrenheit (°F) oder Kelvin (K).

- Druck in bar, psi oder Mega Pascal (MPa).

- Volumen in Liter (L) oder Gallonen (Gal (US)).

Durch Anklicken der jeweiligen Schaltfläche wird die gewünschte Einheit aktiviert. Der Wert, der ein- bzw. ausgegeben wird, erfolgt nun in dieser eingestellten Einheit.

Folgende Übersicht zeigt den Zusammenhang zwischen physikalischer Einheit und Berechnungsparameter.

Physikalische Einheiten

Berechnungsparameter

Temperatur [°C, °F, K]

Tmax Tmin T0

p0Tmin Druck [bar, psi, MPa]

p2 p1 p0 p0Tmax

Volumen [L, Gal (US)]

ΔV V0


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5.4. Austauschrichtung

Auswahlfeld „Austauschrichtung“

Hydropneumatische Speicher werden im Allgemeinem zur Energiespeicherung eingesetzt.

Der Speicher soll zu einer bestimmten Zeit eine gewisse Menge Energie/Flüssigkeit zur Verfügung stellen. Das heißt er wird entladen = discharge.

Umgekehrt wählen Sie laden = charge, wenn der Speicher in seiner Anwendung gefüllt werden soll.

Beide Austauschrichtungen, sowohl Laden als auch Entladen, können schnell oder langsam erfolgen, siehe hierzu Abschnitt 5.5. Austauschgeschwindigkeit.


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5.5. Austauschgeschwindigkeit

Auswahlfeld „Austauschgeschwindigkeit

Austauschgeschwindigkeit im p-V-Diagramm

In der Thermodynamik existieren unterschiedliche Zustandsänderungen für Gase. Das ASPlight beschränkt sich auf die beiden Extremwerte zur Berechnung:

- adiabate (= isentrope) Zustandsänderung = kein Wärmeaustausch Bei dieser Auswahl legt das Programm sehr schnelle Speicherlade- bzw. -entladevorgänge zugrunde. Ein Austausch von Wärme mit der Umgebung findet hierbei nicht statt. Diese Auswahl führt zu großen Speichervolumina bzw. zu kleinen ΔV-Werten.

- isotherme Zustandsänderung = vollständiger Wärmeaustausch Bei dieser Auswahl legt das Programm sehr langsame Speicherlade- bzw. -entladenvorgänge zugrunde. Ein Austausch von Wärme mit der Umgebung findet hierbei vollständig statt. Im Ergebnis werden vergleichsweise kleinere Speichervolumina bzw. große ΔV-Werte ausgegeben.


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5.6. Berechnungsparameter

Bedien- bzw. Eingabefelder „Berechnungsparameter“

Der markierte Bereich besteht aus den Berechnungsparametern (p2, p1, p0, ΔV, V0), sowie den Eingabeparametern (T0, Tmin und Tmax).

Die Berechnungsparameter sind Ein- und Ausgabewerte, die zur Berechnung eines Hydro-Speichers benötigt werden. Sie können als mathematische Gleichung verstanden werden, die nach der gesuchten Größe umgestellt wird.

Ein Wert kann erst dann berechnet werden, wenn alle anderen Berechnungsparameter eingegeben wurden.

Achtung

Der Wert p0 wird in Abhängigkeit von T0, Tmax, sowie von p1 vorgeschlagen. Soll ein Eingabewert für p0 vorgegeben werden, d.h. vom Anwender erzwungen werden, ist er nach der Temperatureingabe und auch nach Eingabe von p1 manuell abzuändern.

Berechnungsparameter

Eingabeparameter


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Nachfolgende Übersicht zeigt die Ein- und Ausgabemöglichkeiten der Parameter:

Eingabeparameter Eingabemöglichkeit

Abkürzung Beschreibung Eingabewert Ausgabewert (Berechnung möglich)

p2 max. Betriebsüberdruck x x

p1 min. Betriebsüberdruck x x

p0 Vorfülldruck x

ΔV Entnahmevolumen x x

V0 effektives Gasvolumen x x

T0 Gasfülltemperatur x

Tmin min. Betriebstemperatur x

Tmax max. Betriebstemperatur x

p0Tmin Vorfülldruck bei Tmin x

p0Tmax Vorfülldruck bei Tmax x

p2 : p0 Druckverhältnis x

V0 : V2 Volumenverhältnis x

Soll der Wert für p0 vorgegeben, d.h. erzwungen, werden, ist dieser nach Temperatureingabe und nach Eingabe von p1 manuell abzuändern.

Zur grafischen Darstellung siehe p-V-Diagramm eines Speicherzyklus. Hier sind alle Parameter der Speicherberechnung enthalten.

Austauschrichtung im p-V-Diagramm


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5.7. Zahlentastatur/Nummernblock

Bedienfeld „Zahlentastatur/Nummernblock“

Der Nummernblock ist wie der eines Taschenrechners aufgebaut. Alternativ zur Eingabe der Berechnungsparameter über die Tastatur, können diese auch mit Hilfe der Maus/Touchpad ausgewählt werden.

Die Ergebnisschaltfläche wechselt ihre Beschriftung je nach aktiviertem Berechnungsparameter (z.B. p2 =, p1 =, ΔV =, V0 =). Sie entspricht der „Gleichtaste“ eines Taschenrechners.

Bedienfeld „Ergebnisschaltfläche“

* D.h. alle anderen Parameter wurden eingegeben.

Zahlentastatur/Nummernblock

Ergebnisschaltfläche

Ergebnisschaltfläche, hier mit der Beschriftung „V0“, da Berechnungsparameter „V0“ zur Berechnung aktiviert wurde *

Ergebnisfeld mit „V0“ bei Tmin und Tmax

aktivierter Berechnungsparameter, hier „V0“


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5.8. Informations- und Ergebnisfelder

Nach Drücken der Ergebnisschaltfläche werden, sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite, die nachfolgenden Informations- und Ergebnisfelder angezeigt.

Informations- und Ergebnisfelder

Ergebnisfeld

Die Auswahl, welcher Berechnungsparameter im Ergebnisfeld bei Tmin und Tmax angezeigt wird, kann durch Anklicken im Berechnungsparameterbereich festgelegt werden (hier V0Tmin und V0Tmax).

Informationsfelder

Neben dem eigentlichem Ergebnisfeld bietet ASPlight wichtige Informationen, die auf eine Speicherart (Blasen-, Kolben- oder Membranspeicher) schließen lassen.

p2 : p0 = Druckverhältnis maximal, hier p2 : p0 = 2,5 : 1

V0 : V2 = Volumenverhältnis wird nur angezeigt, wenn der kritische Zustand erreicht ist. Der kritische Zustand ist bei V0 : V2 > 4 : 1 bzw. V0 : V2 > 10 : 1. Im oben genanntem Beispiel empfiehlt sich z.B. der Kolbenspeicher, je nach Anwendung können auch Membranspeicher eingesetzt werden. Dies ist mit HYDAC abzustimmen.

p0Tmin = Hydro-Speicher müssen vor Inbetriebnahme mit einem Vorfülldruck und beaufschlagt werden (p0 bei T0).Diese Werte geben die Höhe des Vorfülldrucks p0Tmax bei minimaler bzw. maximaler Umgebungstemperatur an, hier: p0Tmin = 79,68 bar, d.h. der Vorfülldruck des Hydro-Speicher erreicht bei einer Umgebungstemperatur von 10 °C den Wert 79,68 bar p0Tmax = 89,92 bar, d.h. der Vorfülldruck des Hydro-Speicher erreicht bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C den Wert 89,92 bar. Der Vorfülldruck verändert sich durch Betriebstemperaturveränderung.

Informationsfeld: Volumenverhältnis Achtung, wird nur angezeigt wenn der kritische Zustand erreicht ist.

Informationsfeld

Druckverhältnis

Vorfülldruck bei Tmin und Tmax

Ergebnisfeld je nach Berechnungs-parameterauswahl verändert sich hier die Beschriftung.


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5.9. Kopfleiste

Kopfleiste des ASPlight-Programms

= Version des ASPlight-Programms

= Programm beenden

= hinter dieser Schaltfläche finden Sie diese Bedienungsanleitung als pdf-Dokument


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6. Berechnungsverlauf

Die Berechnung von ASPlight ähnelt der eines Taschenrechners.

Im folgendem wird der Ablauf einer Berechnung dargestellt:

1. Gasart auswählen

2. Einheiten einstellen (Voreinstellung wird übernommen)

3. Austauschgeschwindigkeit festlegen

4. Austauschrichtung festlegen

5. Bekannte Berechnungsparameter eingeben

(p0 wird in Abhängigkeit von T und p1 vom Programm vorgeschlagen)

6. Gesuchten Berechnungsparameter aktivieren (hier V0)

7. Ergebnisschaltfläche betätigen (Beschriftung kann je nach Berechnungsparameterauswahl abweichen)

8. Ergebnis- und Informationsfelder ablesen und bewerten

Ergebnisanzeige des effektiven Gasvolumens eines Hydro-Speichers


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7. Beispiele

Beispielaufgabe 1 und Rechnung

Ein Verbraucher benötigt innerhalb sehr kurzer Zeit 2,5 Liter Hydraulikflüssigkeit. Der minimale Druck soll 180 bar nicht unterschreiten. Die eingesetzte Pumpe lädt den Speicher auf maximal 350 bar. Der Speicher wird bei 20°C vorgefüllt.

Wie groß ist das benötigte Speichergasvolumen, wenn die Anlage zwischen 0 °C und 60 °C arbeiten wird? Bewerten Sie das Ergebnis.

gegeben:

p2 = 350 bar p1 = 180 bar p0 = ca. 90% von p1 bei Tmax T0 = 20 °C Tmin = 0 °C Tmax = 60 °C ΔV = 2,5 L Zeit/Richtung = sehr kurze Zeit (isentrop / adiabat) / Entladevorgang

gesucht:

Speicher Nennvolumen = V0

Ergebnis:

V0 bei Tmin = 19,07 L V0 bei Tmax = 12,90 L

Zusatzinformationen:

p2 : p0 = 2,8 : 1 p0Tmin = 124,85 bar p0Tmax = 161,48 bar

Bewertung:

Aufgrund des Druckverhältnis von 2,8 : 1 können Blasen-, Kolben- und Membranspeicher eingesetzt werden. Da jedoch das Ergebnis V0 zwischen 12,9 und 19,07 Liter liegt, empfiehlt sich ein Blasen- oder Kolbenspeicher. Membranspeicher werden nur bis zu einem Nennvolumen von 4 Liter angeboten.


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Ein 20 Liter (18,2 Liter effektives Gasvolumen) Hydro-Speicher wird innerhalb von 10 Minuten mit 5 Liter Flüssigkeit gefüllt. Der Ausgangsdruck ist 250 bar. Der Speicher wird in einer Fabrik betrieben, in der Temperaturen zwischen 10 °C bis 50 °C herrschen.

Welcher maximale Druck (p2) stellt sich ein, wenn der Speicher bei einer Temperatur von 15 °C mit 150 bar vorgefüllt wurde?

Welchen Speicher-Typ wählen Sie aus?

gegeben:

p1 = 250 bar p0 = 150 bar T0 = 15 °C Tmin = 10 °C Tmax = 50 °C ΔV = 5 L V0 = 18,2 L effektives Volumen (20 L) Zeit/Richtung = 10 Minuten (isotherm angenommen) / Ladevorgang

gesucht:

p2 bei 10°C und bei 50°C

Ergebnis:

p2 bei Tmin = 639,09 bar p2 bei Tmax = 490,64 bar


p2 : p0 = 4,4 : 1 * p0 bei Tmin = 146,50 bar p0 bei Tmax = 174,43 bar

* zu hoch für Blasenspeicher

Bewertung:

Aufgrund des hohen Druckverhältnisses von 4,4 : 1, ist ein Blasenspeicher nicht einsetzbar. Die errechneten Drücke p2 bei Tmin und p2 bei Tmax erfordern den Einsatz eines Kolbenspeichers (SK). Der Membranspeicher scheidet aus der Betrachtung von vorneherein aus, da das in der Aufgabe gestellten Gasvolumen größer 4 Liter ist.


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Ein 10 Liter Kolbenspeicher wird innerhalb von 2 Sekunden entladen. Man entnimmt 1 Liter Hydraulikflüssigkeit. Der Ausgangsdruck ist 1000 bar. Der Vorfülldruck beträgt 100 bar bei 10 °C.

Welcher Druck p1 stellt sich ein, wenn der Speicher bei 0 °C und auch bei 40 °C entladen wird?

gegeben:

p2 = 1000 bar p0 = 100 bar ΔV = 1 L V0 = 10 L effektives Volumen (10 L) T0 = 10 °C Tmin = 0 °C Tmax = 40 °C Zeit/Richtung = 2 Sekunden (adiabat angenommen) / Entladevorgang

gesucht:

p1 bei 0 °C und bei 40 °C

Ergebnis:

p1 bei Tmin = 196,14 bar p1 bei Tmax = 263,21 bar


p2 : p0 = 10,5 : 1 * p0 bei Tmin = 95,55 bar p0 bei Tmax = 113,32 bar

V0 : V2 > 4:1 *

* zu hoch für Blasenspeicher, jedoch i. O. für Kolbenspeicher

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