Гідроакумулятор - це судина, що працює під тиском, який дозволяє накопичувати гідравлічну енергію і повертати її в систему в потрібний момент.
За способом накопичення енергії гідравлічні акумулятори поділяються на два типи:
- гідроакумулятори з механічним накопичувачем;
- гідроакумулятори з пневматичним накопичувачем.
Гідроакумулятори з механічним накопичувачем по конструкції поділяються на дві основні групи:
У вантажних гідроакумулятори накопичення енергії гідравлічної рідини і її повернення в систему відбувається за рахунок потенційної енергії знаходиться на певній висоті вантажу.
У пружинних гідроакумулятори накопичення енергії гідравлічної рідини і її повернення в систему відбувається за рахунок механічної енергії стислої пружини.
У пневмогідравлічних акумуляторах (пневмогідроаккумуляторах) накопичення енергії гідравлічної рідини і її повернення в систему відбувається за рахунок енергії стисненого газу.
У пневмогідроаккумуляторах як сжимаемой середовища використовується газ азот.
Кожному типу гідроакумуляторів властиві свої переваги і недоліки.
- постійний тиск акумулятора;
- великий робочий об'єм;
- відносна простота конструкції;
- тиск залежить від характеристики і лінійної деформації пружини;
- невеликий робочий об'єм;
- висока енергоємність при малих розмірах;
- різні виконання по конструкції і призначенню;
- тиск акумулятора змінюється відповідно до політропний процес стиснення і розширення газу.
Зважаючи на ряд недоліків гідроакумулятори з механічним накопиченням енергії не набули широкого поширення і мають обмежене застосування. Найбільш широке застосування на практиці в усьому світі отримали пневмогидравлические акумулятори. Процес стиснення і розширення газу в пневмогідроаккумуляторе є політропний процес. Для моделі ідеального газу справедлива залежність: P0V0n = P1 * V1n = P2 * V2n. Причому, інтервал часу, за який відбувається процес, враховує показник політропи "n". Повільно протікають процеси розширення і стиснення газу близькі до ізотермічного з показником політропи n
1. Швидкому розширенню і стиску газу близький Адіабатний процес, тому показник політропи приймається n
1,4. При тиску вище 200 бар поведінку реального газу відрізняється від поведінки моделі ідеального газу і, якщо його не враховувати, то при розрахунках виходить занижене значення обсягу гідроакумулятора. В цьому випадку необхідно ввести коригуючий коефіцієнт, що враховує цю невідповідність. При практичному застосуванні залежність тиску від об'єму газу може бути знижена за рахунок збільшення газової порожнини шляхом приєднання додаткового обсягу.
При малій зміні тиску в рідинної порожнини гідроакумулятора газ стискається незначно. В цьому випадку для підтримки тиску в вузькому діапазоні змінюваний обсяг гідроакумулятора може виявитися недостатнім для робочого процесу. Для того, щоб зміна обсягу в меншій мірі впливало на зміну тиску, газову порожнину гідроакумулятора збільшують за допомогою підключення до неї додаткового ресивера. У цьому випадку обсяг газової порожнини складається з обсягу ресивера і змінюваного обсягу гідроакумулятора. Економічно доцільно застосовувати гідроакумулятори в системах з епізодичними піками споживаного витрати, які значно перевищують середній витрата рідини в гідросистемі. Встановлена потужність гідроприводу при цьому може бути зменшена в півтора-два рази, а споживання енергії такою системою можна знизити більш, ніж на 50%. Різні по конструкції (поршневі, балонні, мембранні, сильфонні) і призначенням пневмогідроаккумулятори дозволяють отримати рішення для багатьох завдань, таких як:
- акумулювання гідравлічної енергії;
- живлення системи в позаштатних і аварійних ситуаціях;
- урівноваження сил і навантажень;
- компенсація обсягів робочої рідини;
- демпфірування пульсації поршневих насосів;
- демпфірування пульсацій в напірних і всмоктувальних магістралях;
- демпфірування пульсації при роботі паливних насосів високого тиску дизельних двигунів;
- амортизаційна підвіска мобільної техніки та ін.
За конструктивним виконанням пневмогідроаккумулятори ділять на три типи:
Розглянемо кожен з типів більш докладно:
Балонний гідроакумулятор - найпоширеніший тип акумулятора на середня витрата в гідроприводах швидкої дії. Як роздільник середовища використовується гумовий балон. Спочатку балон знаходиться під тиском газу. Рідинна порожнину з'єднана з системою. При збільшенні тиску в системі, балон стискається, вбираючи в акумулятор деяка кількість рідини. При зменшенні тиску стиснений газ витісняє рідина назад в систему. Встановлюються зазвичай вертикально або горизонтально. Порожнина рідини повинна знаходитися знизу. Працювати можуть в діапазоні температури від -50 ° С до + 150 ° С. Каучуковий балон у міру зносу може бути замінений на новий.
Поршневий гідроакумулятор - простота конструкції забезпечує йому порівняно невелику вартість в порівнянні з можливістю працювати на великих обсягах (до 600 літрів). Принцип роботи такий же, як і у балонного, з тією лише різницею, що в якості розділової середовища використовується металевий поршень. Від матеріалу ущільнень в поршні залежить середовище та температура, з якою сумісні гідроакумулятори. У зв'язку зі своїми особливостями, поршневий акумулятор має свої переваги, порівняно з іншими. Ось деякі з них:
- широкий асортимент виробів: від 0.1 до 1200 л номінального обсягу;
- високе співвідношення між тиском зарядки газу і максимальним робочим тиском рідини;
- економічне рішення використання газових резервних балонів для систем з низькою різницею тисків;
- можливі низькі швидкості потоку. Обмеження: максимальна швидкість поршня;
- економія потужності;
- високий рівень ефективності гідравлічної установки;
- відсутність виникнення раптового падіння тиску газу при зносі ущільнень;
- компактність;
- контроль об'єму рідини по всій довжині ходу поршня, наприклад, за допомогою електричного кінцевого вимикача.
Мембранний акумулятор - з огляду на свої невеликі розміри, використовується найчастіше там, потрібно моментальне вивільнення енергії при невеликих розмірах (наприклад, верстати або мобільна техніка). Діапазон місткості робочої рідини варіюється від 0,75 до 4 літрів. Принцип роботи схожий з поршневим акумулятором, тільки як роздільник середовищ застосовується каучукова мембрана. Розрізняють два типи мембранних акумуляторів: зі звареним і розбірним корпусом. У звареної конструкції мембрана запрессована в кільцевої паз всередині корпусу, а спеціальна технологія забезпечує мінімальний нагрів щоб уникнути пошкоджень мембрани при зварюванні. У цьому полягає відмінність від розбірний мембрани, де верхня і нижня частини корпусу з'єднані за допомогою різьблення. Такий пристрій дозволяє замінювати мембрану, не змінюючи корпус. Допустима робоча температура від -10 ° С до + 80 ° С.
У процесі використання гідравлічних систем було розроблено багато додаткових пристроїв для більш зручного використання і обслуговування гідроакумуляторів. Наприклад, запірно-запобіжні блоки, які монтуються між акумулятором і робочої лінією для запобігання його від перевантаження, його відключення і розрядки (застосовують ручне і електричне управління). Безпосередньо, для заправки азотом акумулятора, з'явилися зарядні пристрої. Їх можна поділити на два види по конструктивному і принципового виконання: переливного типу і вакуумної перекачування. Перший вид являє собою перепускний або редукційний клапан з манометром, який підключається до газової порожнини акумулятора і балона з азотом. Заправка відбувається за принципом перетікання з області високого тиску (азотний балон) в область низького (акумулятор). Другий вид є більш складним пристроєм, зазвичай складається з гідравлічної маслостанции, вакуумного насоса і з повністю автоматизованим управлінням. Перекачує азот шляхом вакуумної відкачки з азотного балона і наповнення газової порожнини акумулятора. Перед переливним типом має ту перевагу, що може повністю викачати газ з азотного балона і має можливість працювати з великими тисками. Слід зазначити, що у кожного виробника свої під'єднання до газової порожнини, тому, якщо на підприємстві встановлено відразу кілька різних видів, необхідно мати в наявності різні перехідники. На даний момент, гідроакумулятор встановлений в середньому на двох з трьох гідравлічних систем. Слід пам'ятати, що, так як пневмогідроаккумулятор - це пристрій, що працює під тиском, вона повинна мати сертифікат з безпеки тієї країни, в якій застосовується. Це стосується також і запірно-запобіжних блоків. Адже часто тільки дотримуючись правил безпеки і правильні умови експлуатації можна домогтися продуктивного, безперебійного і довготривалого перебігу робочого процесу.