انواع اکومولاتور هیدرولیک
آکومولاتور چیست؟
«آکومولاتورها» (Accumulators) به طور معمول در سیستم‌های هیدرولیکی برای ذخیره انرژی و کاهش ارتعاش سیستم نصب می‌شوند. یک سیستم هیدرولیکی در صورت استفاده از آکومولاتور میتواند از پمپ کوچک‌تری استفاده کند چرا که آکومولاتور انرژی پمپ را در مدت زمان عدم استفاده (کاهش بار)، ذخیره میکند. این انرژی ذخیره شده را می‌توان به سرعت مورد استفاده قرار داد. در حقیقت، زمانی که به این انرژی نیاز باشد، با سرعت بیشتری نسبت به بکارگیری پمپ به تنهایی، می‌توان از آن بهره گرفت. در این مطلب به طور اجمالی مروری بر انواع آکومولاتر و طرز کار آنها خواهیم داشت.
در حالت کلی سه نوع اصلی از اکومولاتورها وجود دارند که عبارتند از:
1. ذخیره کننده وزنی یا گرانشی:
نمودار تصویری بالا که از اکومولاتور ها با تغییرات وزن، نشان داده شده است. همانطور که می بینید اکومولاتور، یک استوانه عمودی با وزن زیاد است. هنگامی که سیال هیدرولیک به داخل آن پمپ می شود، وزن آن بالا می رود. وزن نیرویی به پیستون وارد می کند که باعث ایجاد فشار در سمت سیال پیستون می شود. مزیت این نوع اکومولاتور نسبت به انواع دیگر این است که فشار ثابتی را بر سیال در سراسر دامنه حرکتی خود اعمال می کند.
2. اکومولاتور فنری:
اکومولاتور فنری انرژی را به شکل یک فنر فشرده ذخیره می کند. سپس یک سیال هیدرولیک به داخل اکومولاتور پمپ می شود که باعث می شود پیستون به سمت بالا حرکت کند و فنر را فشرده کند همانطور که در شکل نشان داده شده است.
سپس فنر فشرده نیرویی به پیستون وارد می کند که بر سیال هیدرولیک فشار وارد می کند.
این نوع اکومولاتور تنها حجم کمی از روغن را در فشار نسبتا پایین تحویل می دهد. علاوه بر این، فشار اعمال شده بر روی روغن مانند اکومولاتور با وزن مرده ثابت نیست. با فشرده شدن فنرها، فشار اکومولاتور به اوج خود می رسد و با نزدیک شدن فنرها به طول آزاد خود، فشار آکومولاتور به حداقل می رسد.
3. آکومولاتور گازدار :
اکومولاتور گازدار به طور گسترده در صنایع استفاده می شود. در این مدل از انواع اکومولاتور نیرو با استفاده از هوای فشرده به روغن اعمال می شود. نمودار شماتیک یک اکومولاتور گازی در شکل نشان داده شده است. یک اکومولاتور گازدار می تواند بسیار بزرگ باشد و اغلب با آب یا سیالات مبتنی بر آب بالا که از هوا به عنوان شارژ گاز استفاده می کنند استفاده می شود. کاربرد معمولی در توربین های آبی برای جذب نوسانات فشار ناشی از بسته شدن شیر و در پمپ های رم برای صاف کردن جریان تحویل است.
در حالت کلی دو نوع آکومولاتور گازدار وجود دارد :
- اکومولاتور از نوع غیر جداکننده: در اینجا نفت و گاز از هم جدا نمی شوند. از این رو، آنها همیشه به صورت عمودی قرار می گیرند.
- آکومولاتور نوع جداکننده: در اینجا نفت و گاز توسط یک عنصر از هم جدا می شوند. بر اساس نوع عنصری که برای جداسازی نفت و گاز استفاده می شود به صورت زیر طبقه بندی می شوند:
(الف) آکومولاتور نوع پیستونی:
نمودار تصویری یک اکومولاتور از نوع پیستونی در شکل نشان داده شده است. این اکومولاتور از یک سیلندر با پیستون آزادانه شناور با مهر و موم مناسب تشکیل شده است. عملیات آن با شارژ محفظه گاز با گاز (نیتروژن) تحت فشار از پیش تعیین شده آغاز می شود. این باعث می شود پیستون لغزنده آزاد به سمت پایین حرکت کند. هنگامی که اکومولاتور از قبل شارژ شد، یک سیال هیدرولیک را می توان به درگاه سیال هیدرولیک پمپ کرد. هنگامی که سیال وارد اکومولاتور می شود، باعث می شود پیستون به سمت بالا بلغزد و در نتیجه گاز را فشرده می کند که فشار آن را افزایش می دهد و سپس این فشار از طریق پیستون به سیال هیدرولیک وارد می شود. از آنجایی که پیستون آزاد میشود، فشار روی گاز و سیال هیدرولیک همیشه برابر است.
(ب) اکومولاتور دیافراگمی :
در این نوع از اکومولاتورهای دیافراگمی سیال هیدرولیک و گاز نیتروژن توسط یک دیافراگم لاستیکی مصنوعی از هم جدا می شوند. نمودار شماتیک اکومولاتور دیافراگمی در شکل نشان داده شده است. مزیت اکومولاتور دیافراگمی نسبت به اکومولاتور پیستونی این است که سطح لغزشی ندارد که نیاز به روانکاری داشته باشد و بنابراین می تواند با سیالاتی که کیفیت روانکاری ضعیفی دارند استفاده شود. به دلیل عدم وجود اجزای نزدیک به آلودگی، حساسیت کمتری به آلودگی دارد.
ج) تجمع کننده کیسه ای (مثانه ای) :
عملکرد اکومولاتور کیسه ای (مثانه ای) همانند دو انباشتگر دیگر است. نمودار تصویری آکومولاتور مثانه ای یا کیسه ای در شکل نشان داده شده است. در اینجا گاز و مایع هیدرولیک توسط یک کیسه ی لاستیک مصنوعی از هم جدا می شوند. در این نوع از اکومولاتورها کیسه با نیتروژن پر می شود تا زمانی که فشار پیش از شارژ طراحی شده به دست آید. سپس سیال هیدرولیک به داخل آکومولاتور پمپ می شود و در نتیجه گاز فشرده می شود و فشار در انباشته افزایش می یابد. پوشش پورت قطعه فلزی کوچکی است که از کیسه در برابر آسیب در هنگام انبساط و تماس با پورت مایع محافظت می کند.
به طور کلی دمپ تغییرات فشار و نگه داری فشار سیستم در حالت یکنواخت برعهده آکومولاتور است. از مجموعه وظایف آکومولاتور درسیستم هیدرولیکی می توان به موارد مهم زیر اشاره کرد.
- به عنوان منبع قدرت
از کاربردهای مهم آکومولاتور تامین جریان زیاد سیال درمدت زمان کوتاه است. برای دستیابی به این هدف از پمپی با خروجی کم برای شارژ آکومولاتور در زمان طولانی استفاده می شود. هرگاه سیستم به جریان بالا نیاز داشته باشد، سیال ذخیره شده درآکومولاتور به مدار فرستاده می شود.
- خنثی کننده ضربات پمپ
اکثر پمپ های هیدرولیک خروجی ثابتی نسبت به زمان ندارند و این نوسانات منجر به ایجاد ضربه در سیستم می شود. در اکثر موارد این ضربانات اهمیت چندانی ندارد و در اثر برخورد با جداره لوله ها خنثی می شود اما اگر به خروجی ثابتی در مدار نیاز داشته باشیم می توان با کمک آکومولاتور آن را کنترل کرد. لازم به تاکید است که یک آکومولاتور کوچک تا حد بسیار زیادی ضربانات را کاهش می دهد اما قادر به حذف کامل آنها نیست.
- جبران کننده نشتی
وجود نشتی حتی به مقدار بسیار جزئی در سیستم های هیدرولیک منجر به افت فشار در سیستم می شود؛ به این ترتیب استفاده از آکومولاتور در سیستم می تواند از پیشامد این مشکل جلوگیری کند.
یک نوع تقسیم بندی برای انواع آکومولاتورها برحسب نحوه ی کار کردن آنها است. انواع آکومولاتور عبارت است از: وزنه ای، فنری، گازی، پیستونی، دیافراگمی و کیسه ای. لازم است به این نکته اشاره کنیم که از بین انواع آکومولاتورهای یاد شده، آکومولاتورهای کیسه ای یا تیوپی در دسته ی آکومولاتورهای پرکاربرد در سیستم های هیدرولیک به شمار می روند. دلیل کاربرد چشمگیر این آکومولاتورها در این نکته است که تیوپ یا کیسه بخش اساسی آکومولاتور است و مزیت در این است که در صورت پارگی یا آسیب دیدن این تیوپ می توان آن را تعویض کرد. در ادامه به توضیح مختصری از انواع آکومولاتورهای نام برده می پردازیم.
کاربرد آکومولاتور در سیستم هیدرولیک
آکومولاتور معمولا در سیستم های هیدرولیک نصب می شوند تا انرژی و پالس ها را خنثی کنند. به طور معمول، یک سیستم هیدرولیکی با یک آکومولاتور میتواند از یک پمپ کوچکتر استفاده کند چرا که آکومولاتور باعث ذخیره انرژی از پمپ در دورههای کم مصرف میشود.
نحوه کارکرد آکومولاتور در یک سیستم هیدرولیکی
در عمل، پمپ هیدرولیک باعث افزایش فشار سیستم می شود و مایع را برای ورود به آکومولاتور ذخیره می کند. هنگامی که اقدامات پایین دست مانند حرکت محرک ایجاد تقاضای سیستم، فشار هیدرولیک کاهش می یابد و آکومولاتور ذخیره سیال تحت فشار را به مدار آزاد می کند.
وظایف آکوموتور در سیستم هیدرولیک
از آکوموتور‌های هیدرولیک به عنوان منبع انرژی (قدرت)، خنثی‌کننده ضربات پمپ و سیستم و جبران ساز نشتی در سیستم استفاده میشود. دقت داشته باشید که آکومولاتورها نمی‌توانند جریانی پیوسته و با فشاری ثابت به سیستم هیدرولیک ارسال کنند. علت این امر افت فشار سیال هیدرولیک در زمان خروج از آکومولاتور است. در بین همه آکومولاتورها آکومولاتور هیداک در صنعت ایران بیشترین کاربرد را دارد
راهنمای بکارگیری آکومولاتورها
در برخی موارد می‌توان از هر نوع آکومولاتوری استفاده و نتایج قابل قبولی کسب کرد اما مواردی وجود دارند که یک نوع نسبت به بقیه، عملکرد بهتری دارد. به طور مثال، مقدار فشار شارژ در آکومولاتورهای حبابی و دیافراگمی از جمله عواملی هستند که باید در استفاده، مد نظر قرار بگیرند.
زمانی که بخواهیم فشارهای زیاد خروجی پمپ پیستونی را کاهش دهیم، آکومولاتورهای حبابی و دیافراگمی بسیار مناسب هستند. آکومولاتور پیستونی نمی‌تواند پاسخ سریعی داشته باشد و یک رفت و برگشت پیستون صدمات زیادی به آب‌بندی‌ها و محفظه پیستون وارد میکند. شرکت‌های معتبر سازنده آکومولاتورها، عوامل مهم در هنگام انتخاب یک آکومولاتور را برای سه دسته حبابی، دیافراگمی و پیستونی ذکر کرده‌اند که در زیر به آنها اشاره می‌کنیم.
- کاربرد (ذخیره انرژی، کاهش ضربات)
- بیشینه و کمینه فشار سیستم
- حجم سیال مورد نیاز سیستم
- دبی جریان
- نسبت فشار (فشار شارژ / بیشینه فشار)
- فضای نصب و محل قرار گیری
فشار در آکومولاتورها
همانطور که پیش‌تر ذکر شد، زمانی که فشار سیستم افزایش پیدا کند، آکومولاتور شارژ میشود که در نتیجه آن، سیال به درون آکومولاتور وارد و سبب تراکم گاز نیتروژن خواهد شد. همچنین با کاهش فشار، این دستگاه دشارژ میشود که این کار به انبساط گاز نیتروژن و خروج سیال از آکومولاتور کمک میکند.
به طور معمول، آکومولاتورهای گازی را تا ۹۰ درصد حداقل فشار کاری سیستم شارژ می‌کنند. این کار سبب میشود تا پیستون یا حباب، تمامی سیال را در هر چرخه تخلیه نکند. اگر تمامی سیال تخلیه شود سبب گیر افتادن بالن در سوپاپ و تغییر شکل پیستون خواهد شد. در برخی موارد، این مقدارِ ۹۰ درصد ممکن است میزان کمی باشد چراکه حداقل فشار سیستم در چنین شرایطی پایین است.
زمانی که کمینه فشار سیستم، پایین باشد بهتر است از آکومولاتورهای پیستونی استفاده کرد چراکه پیستون بدون وارد کردن آسیب میتواند درون محفظه حرکت داشته باشد.
زمانیکه فشار شارژ، کمتر از ۲۵ درصد بیشینه فشار سیستم باشد نباید از آکومولاتورهای حبابی استفاده کرد. در حقیقت، طراحی و ساختار فیزیکی آکومولاتورهای حبابی و دیافراگمی به گونه‌ای است که بهره‌گیری از آنها با بیشترین نسبت فشار را ناممکن می‌سازد.
نکات ایمنی در خصوص آکومولاتورها
در ادامه، برخی نکات ایمنی مهم را در خصوص بکارگیری و نصب آکومولاتورها بیان می‌کنیم.
- در زمان اتمام کار دستگاه حتما اقداماتی برای تخلیه آکومولاتورها انجام شود. هیچ‌گاه با مدار هیدرولیکی کار نکنید که آکومولاتور آن تخلیه نشده باشد چراکه انرژی ذخیره شده در آکومولاتورها میتواند به دستگاه صدمه وارد کند.
- اطمینان حاصل کنید که جریان آکومولاتور در دبی مشخصی در طول کار و پایان آن محدود شده باشد تا از آسیب به دستگاه یا لوله‌ها جلوگیری شود. به عبارت دیگر، آکومولاتورها به میزان بیشینه مسیر خروجی می‌توانند سیال را تخلیه کنند که چنین جریانی، مدت زمان کوتاهی انجام میشود و آسیبی ناگهانی ایجاد میکند.
- همواره به کمک شیر یک‌طرفه، پمپ را از آکومولاتور جدا کنید تا سیال به درون پمپ، برگشت نداشته باشد. بدون شیر یک‌طرفه، جریان برگشتی آکومولاتور، جهت حرکت پمپ را تغییر می‌دهد یا حتی سرعت آن‌را زیاد میکند و سبب آسیب به دستگاه خواهد شد.
- فشار آکومولاتور را به هنگام نصب و در هفته اول نصب، هر روز کنترل کنید. اگر افت فشار محسوسی در هفته اول مشاهده نشد، فشار را در دفعات بعد به صورت هفتگی اندازه‌گیری کنید. در ادامه نیز اگر مشکلی وجود نداشت، هر ۳-۶ ماه این فشار را بررسی کنید. هر زمان که فشار شارژ آکومولاتور به کمتر از میزان نامی خود برسد، حجم سیال و به دنبال آن، سرعت هر چرخه کاهش پیدا میکند.
