Akumulator hydrauliczny
Akumulator hydrauliczny jest zbiornikiem ciśnieniowym , w którym nieściśliwy płyn hydrauliczny jest utrzymywany pod ciśnieniem wywieranym przez zewnętrzne źródło energii mechanicznej . Zewnętrznym źródłem może być silnik, sprężyna , podniesiony ciężarek lub sprężony gaz . Akumulator umożliwia systemowi hydraulicznemu radzenie sobie z ekstremalnymi wymaganiami przy użyciu pompy o mniejszej mocy, szybsze reagowanie na chwilowe zapotrzebowanie i łagodzenie pulsacji. Jest to rodzaj magazynowania energii urządzenie.
Akumulatory sprężonego gazu, zwane także hydro-pneumatycznymi, są zdecydowanie najbardziej powszechnym typem.
Rodzaje akumulatorów
Wieże
.jpg)
Pierwszymi akumulatorami do hydraulicznych maszyn dokowych Williama Armstronga były proste podniesione wieże ciśnień . Woda była pompowana do zbiornika na szczycie tych wież za pomocą pomp parowych. Gdy maszyny dokowe wymagały mocy hydraulicznej, ciśnienie hydrostatyczne na wysokości wody nad ziemią zapewniało niezbędne ciśnienie. ;")
Te proste akumulatory były niezwykle wysokie. Na przykład wieża Grimsby Dock Tower , zbudowana w 1852 roku, ma 94 m wysokości. Ze względu na swój rozmiar były kosztowne, dlatego budowano je przez mniej niż dekadę. Mniej więcej w tym samym czasie John Fowler pracował przy budowie nabrzeża promowego w pobliskiej New Holland ale nie mógł użyć podobnej mocy hydraulicznej, ponieważ złe warunki gruntowe nie pozwoliły na zbudowanie wysokiej wieży akumulatorowej. Do czasu otwarcia Grimsby było już przestarzałe, ponieważ Armstrong opracował bardziej złożony, ale znacznie mniejszy, ważony akumulator do użytku w New Holland. W 1892 r. Pierwotna funkcja wieży Grimsby została zastąpiona, za radą Fowlera, mniejszym akumulatorem w sąsiednim doku, chociaż wieża pozostaje do dziś znanym punktem orientacyjnym.
Inne zachowane wieże to jedna sąsiadująca z East Float w Birkenhead w Anglii, a druga znajduje się w Bramley-Moore Dock w Liverpoolu w Anglii. Ta ostatnia wieża ma zostać wyremontowana w ramach planów zagospodarowania terenu związanego z budową nowego stadionu piłkarskiego dla Everton FC
Podniesiona waga
Podniesiony akumulator obciążników składa się z pionowego cylindra zawierającego płyn, podłączonego do przewodu hydraulicznego. Cylinder jest zamykany przez tłok, na którym umieszcza się szereg obciążników, które wywierają siłę skierowaną w dół na tłok, a tym samym zwiększają ciśnienie płynu w cylindrze. W przeciwieństwie do akumulatorów sprężonego gazu i sprężynowych, ten typ zapewnia prawie stałe ciśnienie, niezależnie od objętości płynu w butli, aż do jej opróżnienia. (Ciśnienie nieco spadnie, gdy butla zostanie opróżniona z powodu spadku masy pozostałego płynu.)
Działający przykład tego typu akumulatora można znaleźć w maszynowni hydraulicznej w Bristol Harbor . W wieży znajduje się oryginalny akumulator z 1887 r., w 1954 r. Dodano akumulator zewnętrzny, który był używany do 2010 r. Do zasilania wrót śluzy Cumberland Basin (Bristol) . Woda jest pompowana z portu do zbiornika wyrównawczego, a następnie dostarczana grawitacyjnie do pomp. Ciśnienie robocze wynosi 750 psi (5,2 MPa lub 52 bary ), które było używane do zasilania dźwigów, mostów i śluz portu w Bristolu . [ potrzebny cytat ]
Oryginalny mechanizm operacyjny Tower Bridge w Londynie również wykorzystywał ten typ akumulatora. Chociaż nie są już używane, dwa z sześciu akumulatorów można nadal oglądać na miejscu w muzeum mostu. [ oryginalne badania? ]
Regent's Canal Dock, obecnie nazywany Limehouse Basin , zawiera pozostałości akumulatora hydraulicznego z 1869 r., Fragment najstarszego zachowanego takiego obiektu na świecie, drugi w doku, który został zainstalowany później niż w Poplar Dock , pierwotnie wymieniony błędnie jako sygnalizator dla kolei London and Blackwall , po prawidłowym zidentyfikowaniu został przywrócony jako atrakcja turystyczna przez nieistniejącą już London Docklands Development Corporation . [ wymagane wyjaśnienie ] Teraz jest własnością Canal & River Trust jest otwarty dla dużych grup po złożeniu wniosku w Dockmaster's Office w basenie oraz w oba popołudnia London Open House Weekend , które odbywają się w trzeci weekend września każdego roku.
Londyn posiadał rozbudowany publiczny system zasilania hydraulicznego od połowy XIX wieku, ostatecznie zamknięty w latach 70. XX wieku z 5 elektrowniami hydraulicznymi, obsługiwanymi przez London Hydraulic Power Company . Stocznie towarowe i doki kolejowe często miały swój własny, odrębny system. [ potrzebne źródło ]
Akumulator wypełniony powietrzem
Prostą formą akumulatora jest zamknięta objętość wypełniona powietrzem. Pionowy odcinek rury, często o powiększonej średnicy, może wystarczyć i napełnia się powietrzem uwięzionym podczas napełniania rurociągu.
Takie akumulatory zazwyczaj nie mają wystarczającej pojemności, aby były przydatne do przechowywania znacznej energii, ponieważ nie można ich wstępnie naładować gazem pod wysokim ciśnieniem, ale mogą działać jako bufor absorbujący wahania ciśnienia. Służą do wygładzania dopływu z pomp tłokowych. Innym zastosowaniem jest amortyzator do tłumienia uderzenia hydraulicznego , to zastosowanie jest integralną częścią większości pomp nurnikowych . Utrata powietrza spowoduje utratę skuteczności, jeśli powietrze zostanie utracone w czasie, projekt musi uwzględniać sposób jego odnowienia.
Zamknięty akumulator sprężonego gazu (lub naładowany gazem).
Akumulator sprężonego gazu składa się z cylindra z dwiema komorami oddzielonymi elastyczną membraną, całkowicie zamkniętego pęcherza lub pływającego tłoka. Jedna komora zawiera płyn i jest podłączona do przewodu hydraulicznego. Druga komora zawiera gaz obojętny (zwykle azot ), zwykle pod ciśnieniem, który wywiera siłę ściskającą na płyn hydrauliczny. Używany jest gaz obojętny, ponieważ tlen i olej mogą tworzyć wybuchową po połączeniu pod wysokim ciśnieniem. Gdy zmienia się objętość sprężonego gazu, ciśnienie gazu (i ciśnienie płynu) zmienia się odwrotnie.
W przypadku niskociśnieniowego systemu wodnego woda zwykle wypełnia gumowy pęcherz w zbiorniku (na zdjęciu), zapobiegając kontaktowi ze zbiornikiem, który w przeciwnym razie musiałby być odporny na korozję. Jednostki przeznaczone do zastosowań wysokociśnieniowych, takich jak hydraulika systemy są zwykle wstępnie naładowane do bardzo wysokiego ciśnienia (zbliżającego się do ciśnienia roboczego systemu) i są zaprojektowane tak, aby zapobiegać uszkodzeniu pęcherza lub membrany przez to ciśnienie wewnętrzne, gdy ciśnienie w systemie jest niskie. W przypadku typów pęcherzy wymaga to na ogół napełnienia pęcherza gazem, tak aby przy zerowym ciśnieniu w układzie pęcherz był w pełni rozprężony, a nie zmiażdżony przez ładunek gazu. Aby zapobiec wypchnięciu pęcherza z urządzenia, gdy ciśnienie w układzie jest niskie, do pęcherza jest zwykle przymocowana płytka zapobiegająca wyciskaniu, która dociska i uszczelnia wejście, lub sprężynowa płytka na wejściu, która zamyka się, gdy pęcherz na niego naciska.
Istnieje możliwość zwiększenia objętości gazu w akumulatorze poprzez podłączenie butli gazowej do strony gazowej akumulatora. Przy tej samej zmianie ciśnienia w układzie spowoduje to wykorzystanie większej części objętości akumulatora. Jeśli ciśnienie nie zmienia się w bardzo szerokim zakresie, może to być opłacalny sposób na zmniejszenie rozmiaru potrzebnego akumulatora. Jeśli akumulator nie jest typu tłokowego, należy uważać, aby pęcherz lub membrana nie zostały uszkodzone w jakiejkolwiek spodziewanej sytuacji nadciśnienia, wiele akumulatorów pęcherzowych nie toleruje zgniecenia pęcherza pod ciśnieniem.
Akumulator sprężonego gazu został wynaleziony przez Jeana Mercier do użytku w śmigłach o zmiennym skoku .
Typ sprężyny
Akumulator sprężynowy działa podobnie do powyższego akumulatora gazowego, z wyjątkiem tego, że do zapewnienia siły ściskającej używana jest ciężka sprężyna (lub sprężyny). Zgodnie z prawem Hooke'a wielkość siły wywieranej przez sprężynę jest liniowo proporcjonalna do zmiany jej długości. Dlatego, gdy sprężyna ściska się, siła, jaką wywiera ona na płyn, zwiększa się liniowo.
Typ mieszków metalowych
Akumulatory z mieszkiem metalowym działają podobnie do sprężonego gazu, z tą różnicą, że elastyczna membrana lub pływający tłok są zastąpione hermetycznie spawanym mieszkiem metalowym . Płyn może znajdować się wewnątrz lub na zewnątrz mieszka. Zalety mieszków metalowych obejmują wyjątkowo niską sztywność sprężyny, dzięki czemu ładunek gazowy wykona całą pracę przy niewielkiej zmianie ciśnienia od pełnego do pustego, długi skok, który umożliwia efektywne wykorzystanie objętości obudowy, a mieszek można zbudować być odporne na nadciśnienie, które zmiażdżyłoby separator pęcherzowy. Spawany metalowy akumulator mieszkowy zapewnia wyjątkowo wysoki poziom wydajności akumulatora i może być produkowany z szerokiego spektrum stopów, co zapewnia szeroki zakres kompatybilności z płynami. Inne zalety tego typu to to, że nie ma problemów z działaniem pod wysokim ciśnieniem, może być zbudowany tak, aby był odporny na bardzo wysokie lub niskie temperatury lub niektóre agresywne chemikalia, aw niektórych sytuacjach może być trwalszy. Mieszki metalowe są zwykle znacznie droższe w produkcji niż inne popularne typy.
Działanie akumulatora
W nowoczesnych, często mobilnych układach hydraulicznych preferowanym elementem jest akumulator gazowy, ale proste układy mogą być sprężynowe. W systemie może być więcej niż jeden akumulator. Dokładny rodzaj i rozmieszczenie każdego z nich może być kompromisem [ wymagane wyjaśnienie ] ze względu na jego efekty i koszty produkcji.
W pobliżu pompy umieszczony jest akumulator z zaworem zwrotnym uniemożliwiającym powrót do pompy. W przypadku pomp tłokowych akumulator ten umieszczony jest w idealnym miejscu do pochłaniania pulsacji energii z pompy wielotłokowej . [ potrzebne źródło ] Pomaga również chronić system przed uderzeniem hydraulicznym . Chroni to komponenty systemu, zwłaszcza rurociągi, przed potencjalnie niszczącymi siłami.
Dodatkową korzyścią jest dodatkowa energia, którą można zmagazynować podczas niskiego zapotrzebowania na pompę. Projektant może zastosować pompę o mniejszej pojemności. Duże skoki elementów systemu, takie jak podwozie dużego samolotu, które wymagają znacznej objętości płynu, mogą również skorzystać z jednego lub więcej akumulatorów. Są one często umieszczane w pobliżu zapotrzebowania, aby pomóc w przezwyciężeniu ograniczeń i przeciąganiu długich odcinków rurociągów. Wypływ energii z rozładowującego się akumulatora jest w krótkim czasie znacznie większy, niż mogłyby wygenerować nawet duże pompy.
Akumulator może utrzymywać ciśnienie w systemie przez okresy, gdy występują niewielkie nieszczelności, bez ciągłego włączania i wyłączania pompy. Gdy zmiany temperatury powodują skoki ciśnienia, akumulator pomaga je absorbować. Jego rozmiar pomaga wchłonąć płyn, który w przeciwnym razie mógłby zostać zamknięty w małym stałym systemie bez miejsca na ekspansję ze względu na układ zaworów.
Wstępne ładowanie gazu w akumulatorze jest ustawione tak, aby pęcherz oddzielający, membrana lub tłok nie dosięgały ani nie uderzały w żaden koniec cylindra roboczego. Projektowe naładowanie wstępne zwykle zapewnia, że ruchome części nie zatykają końcówek ani nie blokują kanałów płynu. Niewłaściwa konserwacja wstępnego ładowania może zniszczyć działający akumulator. Właściwie zaprojektowany i konserwowany akumulator powinien działać bezawaryjnie przez lata. [ potrzebne źródło ]