Гідроакумулятор

Гідравлічним акумулятором називається пристрій для накопичення (акумулювання) в працюючій гідросистемі енергії стиснутої рідини з наступним поверненням її (при певних режимах роботи) у гідросистему. Оскільки рідина знаходиться під тиском, з гідроакумуляторами поводяться як з напірними резервуарами, і вони повинні бути розраховані на використання в умовах максимального робочого надлишкового тиску, з урахуванням типових умов приймання країни, де вони експлуатуватимуться.

Типи гідроакумуляторів

Типи гідроакумуляторів

  • За способом накопичення енергії гідроакумулятори поділяються на два типи:
  1. гідроакумулятори з механічним накопичувачем;
  2. гідроакумулятори з пневматичним накопичувачем.
  • Гідроакумулятори з механічним накопичувачем розділяють на:
  1. вантажний гідроакумулятор;
  2. пружинний гідроакумулятор.
  • Гідроакумулятори з пневматичним накопичувачем поділяються на:
  1. балонний;
  2. поршневий;
  3. мембранний.

Вантажний гідроакумулятор

Вантажний гідроакумулятор являє собою вертикально встановлений плунжерний циліндр, плунжер якого зв'язаний з масивним вантажем, що створює направлену вниз масову силу G. При зарядці акумулятора плунжер з вантажем силою тиску робочої рідини піднімається на деякий рівень і виконана рідиною робота по підйому перетворюється в потенційну енергію піднятої маси. Якщо в гідросистемі з таким акумулятором виникає потреба в короткочасному і значному збільшенні витрати робочої рідини, акумулятор розряджається: під дією масової сили вантажу і з циліндра витісняється в гідросистему об'єм робочої рідини при стабільному тискові.

Пружинний гідроакумулятор

В пружинному гідроакумуляторі робоча рідина підведена в поршневу камеру циліндра, поршень якого навантажений зусиллям попередньо стиснутої пружини. Під дією тиску рідини поршень додатково деформує пружину. Кожному його положенню відповідає певний рівень тиску робочої рідини. Зарядка і розрядка такого акумулятора можлива тільки при змінах тиску у гідросистемі. При збільшенні тиску зростає об'єм поршневої камери і вона наповнюється додатковою кількістю рідини, яка буде повернена назад в гідросистему при зниженні тиску до попереднього рівня.

Гідропневматичний акумулятор (газовий)

Гідропневматичні акумулятори за принципом дії аналогічні до пружинних, тільки роль пружини у них виконує газ. Рідина і газове середовище можуть бути розділені поршнем чи діафрагмою або мати безпосередній контакт. В останньому випадку конструкція акумулятора є найпростішою і найтехнологічнішою, але при його роботі має місце швидке зниження акумулюючої здатності через втрати газу, який виноситься рідиною, розчиняючись в ній. Це також може викликати появу в гідросистемі газових пробок, які призводять до нарівномірності руху гідродвигунів, вібрацій при їх роботі, тощо. Названі недоліки усунені в конструкціях з розділювачами.Зважаючи на низку недоліків гідроакумулятори з механічним накопиченням енергії не отримали широкого поширення і мають обмежене застосування.

При малій зміні тиску в рідинної порожнини гідроакумулятора газ стискається незначно. У цьому випадку для підтримки тиску у вузькому діапазоні змінюваний обсяг гідроакумулятора може виявитися недостатнім для робочого процесу. Для того, щоб зміна об'єму в меншій мірі впливало на зміну тиску, газову порожнину гідроакумулятора збільшують за допомогою підключення до неї додаткового ресивера. У цьому випадку об'єм газової порожнини складається з об'єму ресивера і змінного об'єму гідроакумулятора. Економічно доцільно застосовувати гідроакумулятори в системах з епізодичними піками споживаної витрати, які значно перевищують середні витрати рідини в гідросистемі. Встановлена потужність гідроприводу при цьому може бути зменшена e півтора-два рази, а споживання енергії такою системою можна знизити більш, ніж на 50%. Різні за конструкції (поршневі, балонні, мембранні, сильфонні) і призначенням пневмогідроаккумулятори дозволяють отримати рішення для багатьох завдань, таких як:

  1. Акумулювання гідравлічної енергії;
  2. Живлення системи в позаштатних і аварійних ситуаціях;
  3. Урівноваження сил і навантажень;
  4. Компенсація витоків;
  5. Компенсація обсягів робочої рідини;
  6. Демпфування пульсації поршневих насосів;
  7. Демпфування пульсацій в напірних і всмоктуючих магістралях;
  8. Демпфування пульсації при роботі паливних насосів високого тиску дизельних двигунів; д
  9. Гасіння гідроударів;
  10. Амортизаційна підвіска мобільної техніки та ін.

Переваги і недоліки

Кожному типу гідроакумуляторів властиві свої переваги і недоліки.

Тип гідроакумулятора Переваги Недоліки
Вантажний гідроакумулятор
  • постійний тиск гідроакумулятора
  • простота конструкції
  • великий робочий об'єм
  • низька вартість
  • низька енергоємність
  • висока інерційність
  • громіздкість конструкції
  • низький тиск
Пружинний

гідроакумулятор

  • відносна простота конструкції
  • невисока вартість
  • тиск залежить від характеристики і лінійної деформації пружини
  • невеликий робочий об'єм
  • інерційність
Гідропневматичний акумулятор
  • висока енергоємність при малих розмірах
  • різні виконання по конструкції і призначенню
  • тиск акумулятора змінюється в залежності із політропним процесом стиску і розширення газу

Мембранний акумулятор

Мембранний гідроакумулятор

Мембранний гідроакумулятор служить для накопичення робочої рідини з наступною її віддачею в потрібний момент часу. Також, їх широко застосовують для демпфування (згладжування) пульсацій тиску і гідроударів у системі. Як у поршневих і балонних гідроакумуляторів, цей процес відбувається за рахунок стисливого газу. У вигляді роздільника середовищ застосовується каучукова мембрана, яка закріплена на внутрішній стінці корпусу і деформується в процесі стиснення чи розширення азоту. У верхній частині гідроакумулятора встановлений газовий клапан, що перешкоджає виходу азоту з газової порожнини. При відсутності тиску в рідинній порожнині, мембрана повністю притискається до вихідного отвору. Щоб внутрішні краї цього отвору не пошкоджували каучук, в мембрані в цьому місці розміщено тарілчастий клапан. В якості газу у верхній порожнині найчастіше застосовують азот і ніколи - повітря чи кисень. Це обумовлено тим, що знаходяться під тиском повітря і кисень - вибухонебезпечні.

Мембранні гідроакумулятори (або пневмогідроаккумулятори) бувають перезарядними, розбірними і запаяними (даний вид заряджає азотом сам виробник при виготовленні). Крім того, акумулятори можуть бути виготовлені з різних матеріалів - як корпус, так і самі мембрани. Застосування тих чи інших матеріалів зумовлене різними умовами експлуатації (температура, робоче середовище і т.д.). Завдяки своїм компактним розмірам дані акумулятори широко застосовуються в мобільній техніці. Як і вся подібна продукція, мембранний гідроакумулятор потребує сертифікату тієї країни, в якій експлуатується.


Балонний гідроакумулятор

Балонний гідроакумулятор

Балонний гідроакумулятор отримав свою назву завдяки формі роздільника, що відокремлює газ (азот) від рідини: на вигляд він нагадує гумовий балон або витягнуту грушу, що знаходиться в такій же за формою металевої ємності. З одного боку акумулятора гумова груша заправляється азотом, а з іншого боку він приєднується до робочої порожнини, з якої надходить рідина (в промисловості використовується мінеральне та синтетичне масло). У цей час балон з газом стискається, поступаючись об'єм рідини. Коли тиск у системі падає - газ в балоні розширюється, витісняючи масло назад у систему, тим самим заповнюючи брак рідини. Далі насос знову заправляє акумулятор маслом під тиском, змушуючи балон стискатися. Завдяки своїм конструктивним особливостям, балонний гідроакумулятор не так інертний, як поршневий. У порівнянні з мембранними гідроакумулятора, відрізняється великими розмірами. Функції:

  • Харчування гідравлічної системи в аварійних ситуаціях;
  • Акумулювання енергії;
  • Урівноваження сил;
  • Компенсація витоків рідини;
  • Підвіска транспортного засобу;
  • Гасіння гідроударів і пульсацій;
  • Підтримання необхідного тиску в системі при вимкненому насосі.

Поршневий гідроакумулятор

Поршневий гідроакумулятор

Поршневі акумулятори містять рідинну та газову камери і поршень, як газонепроникний роздільчий елемент. Газова камера заздалегідь заповнена азотом. Оскільки рідинна камера сполучена з гідросистемою, при підвищенні тиску акумулятор заповнюється робочою рідиною, а газ стискається. При пониженні тиску стиснений газ розширюється і витісняє накопичену робочу рідину у гідросистему. Поршневий акумулятор може працювати у будь-якому положенні, проте вертикальне розташування (газова порожнина зверху) є переважним, оскільки дозволяє виключити можливість осадження наявних у рідині часток забруднень на поршні та їх попадання в ущільнення. Конструкція поршневого акумулятора показана на рис.7.26. Основні елементи: гільза (7), поршень (2) із системою ущільнень та кришки (3 і 4) з маслопідвідним отвором (5) і зарядним вентилем (6). Гільза виконує дві функції. По-перше, вона сприймає внутрішній тиск і, по-друге, служить як направляюча для поршня, що є роздільником між газовою та рідинною камерами. Внутрішня поверхня гільзи (дзеркало) оброблена з найвищою точністю і якістю. Спеціальна система ущільнень забезпечує мінімальне тертя у спряженні поршня з гільзою. Таким чином, між газом і рідиною досягається рівень перепаду тиску не більше 1 бара.У поршневих акумуляторах можливий контроль положення поршня. Для цього передбачається шток, що виходить назовні, з кулачком, що діє на кінцевий вимикач. З'являється можливість відстежувати положення поршня у будь-якому місці ходу. Зазвичай за допомогою подібної системи здійснюється управління включенням або виключенням насоса.


Використання гідроакумуляторів в побуті та промисловості

Найбільшого поширення в побуті та промисловості знайшли пневмогідроакумулятори (гідробак експанзомат). Вони представляють собою металеву ємність з гумовою мембраною/грушею всередині, що служить для підтримки тиску води в системі водопостачання/опалення. У більшості випадків гідроакумулятори використовуються для систем автономного забезпечення водою заміських будинків, котеджних селищ, невеликих підприємств.

Вибір гідроакумулятора

Вибір гідроакумулятора залежить від обсягу споживання води. Чим більше споживання води, тим більше повинен бути обсяг гідроакумулятора. А тиск в баку має бути приблизно дорівнює або трохи менше тиску води у водопроводі в місці підключення бака. У випадку якщо в будинку немає великого споживання води (немає ванни) і кількість людей не більше 4, можна обмежитися гідроакумулятором об'ємом 25-35л. В інших випадках потрібно встановлювати бак об'ємом не менше 50л. Найважливіший критерій при підборі обсягу бака - кількість включень-виключень насоса. Зазвичай воно регламентується заводом-виробником електродвигуна. В даній таблиці наведено максимальні допустимі кількості часових включень для електродвигунів. Для свердловинного насоса зазвичай рекомендують не більше 20 включень / год, а краще 10-15 включень / год. Потужність двигуна насоса, кВт 0,5-1,5 2-4 5-7,5 9,2-12,5 15-22 Максимальна кількість включень / год 50 40 30 20 15

[math]Vt = 16.5 \ {Qmax\over a} \times \frac{Pmin\ \times Pmax}{Pmax-Pmin}\times\frac{1}{P} [/math]

  • Vt - обсяг гідроакумулятора в літрах.
  • Q max - середня продуктивність насоса, рівна максимальній витраті води (у літрах / хв).
  • а - максимально допустиму кількість запусків насоса на годину (значення, що рекомендується виробником насоса).
  • P max - максимальне абсолютний тиск, на яке налаштоване реле тиску, рівне відносного тиску 1атм.
  • P min - мінімальне абсолютний тиск, на яке налаштоване реле тиску, рівне відносного тиску 1атм, яке не повинно бути нижче, ніж (висота будівлі в метрах) / 10 1атм
  • [math] \frac{1}{P}[/math] - абсолютний тиск газу в гідроакумуляторі, який ніколи не повинен перевищувати P min.

Для оптимальної роботи гідроакумулятора необхідно, щоб P rec <P min. Рекомендується, щоб: [math] \frac{1}{P}\times[/math] 0.5 бар = P min .

Сучасні виробники гідроакумуляторів

Країна Виробник Опис
Австралія Olaer Fawcett Christie мембранні, поршневі, балонні акумулятори
Великобританія Lee Products Ltd.
Німечина Bosch Rexroth гідроакумулятори всіх типів
Hydac гідроакумулятори всіх типів
ORSTA-Hydraulik AG
Франція Eaton Corporation гідроакумулятори високого тиску
Intertechnique
Італія Zilmet

VAREM S.r.l.

мембранні

Література

  • Гiдроприводи та гiдропневмоавтоматика: Пiдручник /В.О.Федорець, М.Н.Педченко, В.Б.Струтинський та iн. За ред. В.О.Федорця. — К:Вища школа,— 1995.- 463 с.
  • Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.

Посилання

http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B0%D0%BA%D0%BA%D1%83%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80&stable=0#.D0.A1.D0.BE.D0.B2.D1.80.D0.B5.D0.BC.D0.B5.D0.BD.D0.BD.D1.8B.D0.B5_.D0.BF.D1.80.D0.BE.D0.B8.D0.B7.D0.B2.D0.BE.D0.B4.D0.B8.D1.82.D0.B5.D0.BB.D0.B8_.D0.B3.D0.B8.D0.B4.D1.80.D0.BE.D0.B0.D0.BA.D0.BA.D1.83.D0.BC.D1.83.D0.BB.D1.8F.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.BE.D0.B2
http://www.hydac.com.ru/article-hydroaccumulators.html
http://www.vod-stih.com/gidrobak.shtml