ACUMULATOARE HIDRAULICE
1. ROLUL ACUMULATOARELOR HIDRAULICEIn principal, acumulatoarele
hidraulice sunt echipamentele care au rolul de a inmagazina energia
hidraulica si in caz de necesitate de a o pune din nou la
dispozitia sistemului hidraulic.In timp ce la actionarile
pneumatice, mediul utilizat, aerul, poate fi intrebuintat direct la
inmagazinarea energiei datorita compresibilitatii sale, in
actionarile hidraulice aceasta posibilitate nu exista,
compresibilitatea lichidului de lucru fiind foarte mica.La
inmagazinarea energiei intr-un sistem hidraulic, se folosesteca
mediu compresibil un gaz inert azotul. Pentru a evita amestecarea
gazului cu lichidul de lucru (formare de spuma), cele doua medii se
separa printr-un element elastic (membrana, balon sau piston
liber). Acumulatoarele hidraulice ofera mai multe posibilitati de
aplicare in instalatiile de actionare si anume:-acumularea de
energie in instalatii cu functionare intermitenta pentru
economisirea energiei furnizate de pompe;-rezerva de energie pentru
cazuri de avarie (ca, de exemplu, la caderea unei
pompe);-compensarea pierderilor de ulei prin
neetanseitati;-amortizarea vibratiilor si a socurilor la oscilatii
periodice;-reducerea varfurilor de presiune la procesele de
cuplare;-compensarea volumelor in cazul modificarilor de
temperatura (de exemplu la un sistem complet inchis);-recuperarea
energiei de franare-amortizare la autovehicule
De ce este utilizat azotul?Gazul utilizat in acumulatoarele
incarcate cu gaz este in general azotul (N2). De fapt, comprimarea
aerului atmosferic ar usura sarcina personalului de intretinere si
a instalatorilor, care ar putea incarca usor acumulatorul cu un
compresor care furnizeazapresiuni ridicate, ar putea umple
acumulatorul in urma unor scurgeri de gaz in timp si ar putea
modifica usor parametrii de incarcare.Cu toate acestea, azotul este
utilizat pentru proprietatile sale de gaz inert: de exemplu, este
un gaz neinflamabil care nu cauzeaza coroziune; in plus, este
relativ ieftin si este disponibil in cilindri presurizati furnizati
de firme specializate, care lucreaza la standarde de securitate
ridicate. Combinatia aer ulei la presiuni si temperaturi ridicate
poate duce la combustia spontana (efectul Diesel); in aceste
circumstante, explozia, care poate apare de supapa de pre-incarcare
(care este cea mai delicata componenta) ar arunca supapa sau alte
fragmente in mediul inconjurator. In plus azotul reduce
imbatranirea elementelor elastice (garnituri si baloane de
acumulator).Aerul comprimat poate fi utilizat in locul azotului in
sistemele pe apa sau la o presiune sub 15 bar. Este important de
subliniat ca utilizarea oxigenului sau a altor gaze non inerte este
absolut interzisa, chiar si la presiuni reduse sau in caz de
urgenta.2. CLASIFICARE. CONSTRUCTIE SI FUNCTIONARE2.1.
ClasificareCriteriul primar de clasificare este cel care le
diferentiaza in acumulatoare fara si cu separarea mediului lichid
de mediul gazos.2.1.1 Acumulatoarele cu contact direct lichid-gazau
avantajul de a lucra practic fara inertie si fara uzura.
Dezavantajul este antrenarea gazului in masa lichidului, ceea ce
limiteaza foare mult uilizarea lor. In actionarile hidraulice nu
sunt utilizate decat in cazuri exceptionale.Acumulatorul incarcat
prin greutateAceste acumulatoare se incarca si se descarca la
presiune constanta (Figura 1.a). Pistonul echipat cu garnituri care
culiseaza in interiorul unui cilindru doar mentine fluidul, in timp
ce presiunea de lucru rezulta din masa greutatilor si a pistonului,
minus frecarea data de garnituri. Ca in orice cilindru, presiunea
de iesire depinde de raportul forta / suprafata si este afectata de
rezistenta garniturilor. Forta de incarcare trebuie sa fie cel
putin egala cu forta de descarcare intrucat daca presiunea nominala
din circuit (presiunea la care este reglata supapa) este mai mica
decat presiunea necesara pentru a ridica greutati, pistonul
acumulatorului ramane in partea inferioara, la portul de intrare a
uleiului.Acumulatoarele incarcate prin greutate sunt utilizate in
hidraulica in situatia in care descarcarea trebuie sa se faca la
presiune constanta. Altfel, utilizarea lor nu este recomandata
datorita dimensiunilor mari, greutatii mari, raspunsului incet al
greutatii (aceasta cauzeaza socuri bruste pe durata incarcarii),
necesitatea de a fi aranjat in pozitie verticala si masuri
pentruprevenirea reculului.Acumulatorul incarcat cu arcAcest tip de
acumulator este asemanator cu cel incarcat cu o greutate, dar
aceasta este inlocuita in acest caz cu un arc spiral (Figura 1.b).
Acest tip de acumulator este unul cu presiune variabila, intrucat
arcul nu furnizeaza o energie constanta pe durata intregii sale
curse, datorita legilor elasticitatii. Acumulatoarele incarcate cu
arc sunt utilizate pentru compensarea schimbarilor de volum la
presiune la o presiune aproape constanta si sunt de mici
dimensiuni; utilizarea de astfel de acumulatoare, care sa ofere
presiuni si debite mari ar cere dimensiuni corespunzatoare pentru
partile in care se gasesc arcurile, ceea ce conduce la preturi
ridicate.
Fig.1.Diverse tipuri de acumulatoare cu contact direct lichid
gaz
Acumulatoarele incarcate cu azot (cu contact direct)Principiul
de functionare a acestor acumulatoare este urmatorul: fluidul
refulat de pompa comprima gazul, dar in acest caz el este tot
timpul la o presiune exacta (Figura 1.c). Exista versiuni cu o
unitate sau cu baterii de acumulatoare formate din elemente de
acumulare conectate la cilindri presurizati continand gaz inert sub
presiune (in general azot). Bateriile permit stocarea unor volume
mari, de pana la 4000 litri, dar lipsa diafragmei de separare
creste riscul amestecului dintre fluidul din instalatie si gazul
inert. Aceste acumulatoare nu sunt foarte utilizate in instalatiile
hidraulice desi asigura o presiune constanta la descarcare.Sunt
utilizate in unele aplicatii de mari dimensiuni unde fluidul de
lucru este apa.
2.1.2 Acumulatoarele cu element de separare lichid-gazsunt de
doua tipuri principale: cu piston si cu element elastic din
cauciuc.Acumulatoarele cu pistonfig. 4.a: lichidul si gazul sunt
separate de un piston liber care se deplaseaza intr-un cilindru si
etanseaza prin mansete. Sunt robuste,pot functiona cu presiuni
inalte 320 bar, dar au inertii, frecari viteza maxima de deplasare
a pisonului nu poate depasi 2 m/s si uzuri mai mari decat cele cu
element elastic din cauciuc.Totodata, nu este prevazut cu tija iar
pistonul este concav in partea dinspre gaz, in scopul stocarii unei
cantitati cat mai mari de azot.Raportul maxim dintre presiunea
gazului fata de presiunea de lucru maxima a lichidului este de
1:10. Presiunea de umplere cu azot este cu 5 bar mai mica decat
presiunea minima de lucru a uleiului.Aceste acumulatoare se
recomanda a se utiliza in cazul volumelor mari de ulei tranzitat
evacuat.Comparativ cu acumulatoarele cu balon sau cu membrana,
acumulatoarele cu piston ofera cateva avantaje: pistonul permite
utilizarea intregului volum interior; in alte tipuri de
acumulatoare, balonul sau membrana pot fi deteriorate si fluidul
hidraulic poate usor sa se amestece cu hidrogen; riscul este foarte
limitat in acumulatoarele cu piston (pistonul are de regula 3
etansari dinamice pentru a sigura o buna etansare). In plus,
acumulatoarele cu piston pot fi utilizate cu orice fluid hidraulic
(cu conditia compatibilitatii garniturilor) iar intretinerea lor
este simpla. Cu toate acestea, acumulatoarele cu piston au si
dezavantaje: timpul lor de reactie este limitat de frecarea
garniturilor si de inertia pistonului.Acumulatoarele cu
membranafig. 4.b: lichidul si gazul sunt separate de o membrana din
cauciuc fixata de recipientul metalic in partea centrala, iar in
partea dinspre ulei membrana contine un taler care impiedica uzarea
acesteia prin patrunderea in orificiul de intrare a uleiului.
Umplerea cu gaz se face prin orificiul superior. Aceste
acumulatoare au o functionare practic lipsita de inertie. La partea
de incarcare cu azot exista un ventil de inchidere, care permite
controlul presiunii gazului,precum si alimentarea cu azot.In plus,
corpul lor trebuie impartit in doua parti in scopul introducerii
membranei.La acest tip de acumulatoare, presiunea de umplere cu
azot fata de presiunea de lucru maxima a lichidului este in
raportul 1:10.Volumul acestor dispozitive variaza intre 0,1 si 10
dm3si ele pot fi utilizate la presiuni de pana la 350 bar, ca de
exemplu la absorbirea socurilor, amortizarea pulsatiilor sau la
circuite pentru comenzi.
. a)b)Fig. 2.Acumulatoare cu membrana: a) vedere generala; b)
sectiuneCorpul,care este divizat in doua sectiuni, prezinta
aceleasi proprietati ca si al acumulatoarelor cu balon. In general
este fabricat din otel carbon, otel inoidabil sau chiar PVC, daca
presiunile nu depasesc 10 bar.Cele doua sectiuni sunt imbinate prin
filet.Diafragmele elasticein forma de U se termina cu o bordura
intre cei 2 umeri ai partilor componente: cand se strang, ele
asigura etansare si o stabilitate foarte buna a
separatorului.Materialele membranei sunt corelate cu lichidul si
pot fi: cauciuc nitrilic, neopren, cauciuc natural, etc. Undisc
vulcanizatplasat pe fundul membranei previne extruziunea sa; aceste
elemente deseori nu sunt prevazute cu supapa anti extruziune.
Stocarea azotului si descarcarea sunt asigurate de o supapa de
pre-incarcare, care este fixata la partea superioara a corpului, ca
la acumulatorul cu balon, dar nu atinge membrana. Incarcarea si
descarcarea se desfasoara cum s-a prezentat mai sus (p0 V0, p1 V1,
p2 V2).Acumulatoarele cu balonfig. 3.a si 4.c: lichidul si gazul
sunt separate printr-un element elastic din cauciuc in forma de
balon, fixat in interiorul recipientului cu ajuorul corpului
ventilului pentru umplere cu gaz, piesa care este vulcanizata pe
balon.
Balonul poate fi introdus sau scos din recipient prin orificiul
supapei de ulei. Supapa de ulei are rolul sa inchida orificiul de
alimentare cu ulei, pentru a nu permite balonului umplut cu gaz sa
iasa prin acest orificiu. Aceste acumulatoare au o functionare
caracterizata prin etanseitate absoluta, reactie foarte rapida si
lipsa inertiei. O bucsa de amortizare protejeaza supapa contra
socurilor, la deschideri rapide
Fig. 3.a.Principiul de functionare al acumulatorului cu
balon
Aceste acumulatoare se fabricapentru capacitati de pana la 50 l
si uneori mai mult si presiuni pana la 320 bar.Raportul maxim de
compresie la acest tip de acumulator este 1 : 3,33. In cazuri
speciale, se poate ajunge la un raport 1: 8. In figura 4
acumulatorul reprezentat nu este umplut cu azot.In figura nr. 3.a
se arata modul de functionare al acumulatorului cu balon, care se
caracterizeaza prin etanseitate absoluta, reactie foarte rapida si
lipsa inertiilor.In figura 3.b se arata o sectiune printr-un
acumulator cu balon pentru presiune inalta (max. 350 bar)
Fig. 3.b.Sectiune printr-un acumulator cu balon de inalta
presiune (pana la 350 bar)In figura 4 sunt prezentate comparativ
componentele acumulatoarelor cu element de separare.
Fig. 4.Prezentarea comparativa a diverselor tipuri de
acumulatoare cu element de separatieLegenda:1 ventil de umplere ; 2
camera cu azot; 3 corp acumulator ; 4 piston 4 membrana ; 4 balon ;
5 etansare ;6-inel ghidare ; 7-inel etansare; 8-taler; 9-supapa;
10-racord uleiIn acumulatoarele care lucreaza la presiune redusa,
supapa anti-extruziune este inlocuita cu o simpla placa perforata
(Figura 5)
Fig. 5.Sectiune printr-un acumulator de presiune joasa (max. 70
bar)2.2. Scheme de instalare hidraulica (fig. 6)2.2.1. Acumulatorul
- generator de debite (fig. a)Acumulatorul poz. 1, este incarcat la
fazele pasive de pompa poz. 2, prin aparatele poz. 3, 4 si 5, dupa
care, la fazele active, el se descarcaprin aparatele poz. 5 si 6 si
trimite debite sporite (momentan mari) in cilindrul de actionare
poz. 7.2.2.2. Acumulatorul - economizor de energie (fig.
b)Acumulatorul poz. 1 mentine o presiune aproximativ constanta in
cilindrul poz. 2, deschizand totodata supapa de presiune poz. 3,
care descarca liber la rezervor debitul pompei poz. 4; cand
presiunea din acumulator scade sub valoarea de reglaj a supapei,
aceasta se inchide, iar pompa se recupleaza la acumulator pe care-l
incarca, dupa care pompa este descarcata prin supapa.
2.2.3. Acumulatorul - furnizor al energiei de demarare (fig.
c)Acumulatorul poz. 1, este incarcat de pompa manuala poz. 2 sau de
electropompa poz. 3, dupa care actioneaza hidromotorul poz. 4 de
actionare a demarorului poz. 5 la comutarea distribuitorului
poz.2.2.4. Acumulatorul - amortizor al pulsatiilor debitului pompei
(fig. d)Acumulatorul poz. 1, se conecteaza in imediata vecinatate a
pompei; droselul poz. 2, transforma pulsatiile de debit in pulsatii
de presiune care activeaza acumulatorul.2.2.5.
Acumulatorul-amortizor al socurilor hidraulice (fig. e)Acumulatorul
poz. 1, se conecteaza ca in figura, pe conducta A B si limiteaza
cresterea presiunii la un nivel admisibil la anularea comenzii
distribuitorului; asemanator actioneaza acumulatorul la aparitia
socurilor mecanice datorate loviturilor la cap de cursa a
mecanismelor actionate, care in instalatia hidraulica se transforma
in socuri hidraulice (fig. f)
Fig.Scheme de actionare cu acumulatoare
3. PARAMETRI CARACTERISTICI; CONDITII TEHNICELichidul de lucru
din instalatiile in care sunt amplasate acumulatoarele hidraulice
este de cele mai multe ori uleiul hidraulic; parametrii principali
ai acestui fluid sunt:- viscozitatea cinematica- temperatura
minima- temperatura maximaTminTmax(1,2 70)10-6m2/ s- 200C+ 800C
- Gazul de umplere
N2Azot
3.1. PresiuniLa calculul pentru alegerea acumulatoarelor sunt
definite urmatoarele presiuni (exprimate in bar -absolut):p0=
presiunea de pre-umplere cu azot (in momentul in care azotul ocupa
intregul volum);p1= presiunea gazului la inchiderea descarcarii
acumulatorului (presiunea hidraulica minima utilizabila);p2=
presiunea gazului la inceputul descarcarii acumulatorului
(presiunea hidraulica maxima utilizabila).Intre presiunile definite
mai sus exista urmatoarele relatii:1)p0= 0,9p1Presiunea p0trebuie
sa fie mai mica decat p1, astfel incat la acumulator complet golit
balonul sa nu loveasca permanent (uzura) supapa de ulei.2)p2
3p1Presiunea p2nu trebuie sa fie mai mare decat de trei ori
presiunea p1, deoarece s-ar suprasolicita elasticitatea balonului
de cauciuc, iar o variatie mare a compresibilitatii conduce la o
incalzire importanta a gazului. Pe de alta parte, durata de viata a
balonului este cu atat mai mare cu cat este mai mica diferenta
dintre p1si p2. Prin inegalitatea (2) se micsoreaza gradul de
utilizare a capacitatii maxime a acumulatorului.3.2. Volume de
uleiPresiunilor p0, p1si p2le corespund volumele de gaz V0, V1si
V2, unde V0este totodata si volumul nominal al acumulatorului (vezi
figura nr. 7).Volumul utileste diferenta:
Conditii tehnice:-pentru a asigura o durata mare de viata a
camerei de cauciuc trebuie limitat gradul de deformare a acesteia,
ceea ce a dus la urmatoarele recomandari practicefig.7:1)po=0.9
p1sau p1= 1.1 poacumulatorul nu trebuie descarcat complet;2)p23
p1sau p23.3 ponu trebuie suprasolicitata elasticitatea balonului de
cauciuc;3)p20.8 pmax;-acumulatoarele trebuie fixate bine in general
cu bride in asa fel incat sa nu fie smulse de fortele de impuls
datorate descarcarilor rapide de lichid;-in cazul in care pompa la
care se cupleaza acumulatorul este reglata la presiuni superioare
celor admise in acumulator, acesta trebuie protejat cu o supapa de
siguranta proprie;Inainte de prima punere in functiune, trebuie
eliminat aerul dintre camera de cauciuc si orificiul de alimentare
cu lichid, prin orificiul special de dezaerare.
4. MARCAREA ACUMULATOARELOR HIDRAULICEPe placuta de tip a
acumulatorului sunt inscriptionate :- simbolul precis al tipului
respectiv;- presiunea maxima admisibila de regim;- nr. comenzii;-
nr. recipientului.Pe recipientul metalic al acumulatorului sunt
inscriptionate:- volumul recipientului fara elementele
incorporate;- anul constructiei;- continutul;- presiunea de regim;-
presiunea de incercare;- poansonul sarjei;- poansonul de control al
fabricantului.Conform prescriptiilor de prevenire a accidentelor la
recipientele sub presiune intocmite de catre ISCIR, toate
acumulatoarele de presiune la care produsul(p = presiunea maxima
deregim in bar mai mare de 0,5 bar si V = volumul recipientului in
litri) trebuie supuse unei probe de receptie. Daca s-a efectuat
proba si aceasta corespunde, organul ISCIR aplica la extremitatea
de sus a recipientului o stampila vizibila, cu mentionarea datei
incercarii. Acumulatoarele cu balon de cauciuc sunt ISCIR-izate
chiar de catre producator si verificarea este mentionata in actele
acumulatorului care insotesc livrarea.CONTROLUL DE LIVRARELa
receptionarea unui acumulator de presiune trebuie sa se
controleze:- Daca acumulatorul nu a fost avariat in timpul
transportului (controlul trebuie sa se faca in special la robinetul
de gaz si la racordul hidraulic).- Daca datele de pe placuta de tip
corespund cu datele din comanda.- Daca capacul de protectie al
robinetului de gaz este bine inchis.- Daca racordul hidraulic de la
capatul de jos al recipientului este inchis cu un dop din material
plastic. Acest dop trebuie indepartat numai cu putin timp inainte
de racordarea acumulatorului la sistemul hidraulic.5. ACCESORII,
INSTALARE, INTRETINERECompaniile producatoare sunt obligate sa
echipeze acumulatoarele cu accesorii specifice, nu numai din cauza
standardelor de securitate, dar si din cauza complexitatii unor
sisteme. Prin urmare, operatiunea de pre-incarcare (care este
esentiala dupa o anumita perioada de lucru) este obligatorie in
intretinerea sistemelor hidraulice. 6. MONTAJ6.1. Locul de
montarePentru a se evita pierderi mai importante de presiune in
conducte, acumulatorul trebuie instalat atunci cand este vorba de
acumulari de energie, pe cat posibil mai aproape de
consumator.Pentru a se obtine o amortizare optima, montarea trebuie
sa se faca direct la generatorul de presiune (pompa) si sa se aiba
in vedere ca, conducta de legatura sa fie rectilinie pe cat
posibil.Pentru montarea dispozitivului de umplere si de incercare,
in partea superioara a acumulatorului de presiune trebuie sa ramana
un spatiu liber de minimum 150 mm si 150 mm inaltime. 6.2. Pozitia
de montajAcumulatorul poate fi montat atat vertical cu robinetul de
gaz orientat in sus cat si orizontal. Atunci cand este vorba de
acumulare de energie este recomandabila indeosebi montarea
verticala, iar atunci cand este vorba de amortizare-montarea
orizontala.Montarea cu robinetul de gaz orientat in jos nu este
permisa.Placuta de tip si marcajul de pe recipient trebuie sa fie
oricand accesibile si sa poata fi citite.Surubul de evacuare a
aerului de la racordarea hidraulica a acumulatorului trebuie sa
poata fi actionat fara dificultate.
7. PUNEREA IN FUNCTIUNEInainte ca un acumulator de presiune sa
fie legat la sistemul hidraulic aflat sub presiune, trebuie sa se
procedeze inca o data la controlul presiunii prealabile de
umplere.7.1. Presiunea prealabila de umplere P0.Presiunea
prealabila de umplere P0trebuie sa fie egala sau mai mare decat din
presiunea max. de lucru, ori egala, respectiv mai mica decat 9/10
din presiunea minima de lucru; ea are valoarea inscrisa de
proiectant in schema de principiu a instalatiei hidraulice in care
se utilizeaza acumulatorul. 8. INTRETINEREAAcumulatoarele
pneumo-hidraulice cu balon de cauciuc nu necesita in mod practic
nici o intretinere.Se recomanda totusi ca in prima saptamana de la
punerea in functiune sa se controleze, cel putin o data, presiunea
prealabila de umplere P0, pentru a se putea constata imediat
pierderile de azot mai importante. Apoi, in primele doua luni de
functionare si ulterior, presiunea prealabila de umplere trebuie
controlata aproximativ la 10 20 zile, iar dupa aceea la fiecare 3
luni.Pentru controlul de mai sus nu trebuie sa se foloseasca de
fiecare data dispozitivul de umplere si incarcare, deoarece, in
cazul unor presiuni prealabile de umplere si al unui volum mic al
acumulatorului, chiar si cea mai mica pierdere de presiune,
inevitabila la racordarea dispozitivului, are un efect negativ. In
afara de aceasta, din motive de garantie, in anumite cazuri nu
trebuie sa se desfaca sigiliul la robinetele de gaz sigilate.Pentru
control trebuie sa se foloseasca metoda urmatoare:La locul prevazut
pe blocul de siguranta si inchidere, trebuie sa se lege un
manometru. Dupa aceea trebuie sa se separe acumulatorul de sistemul
hidraulic, prin inchiderea blocului de siguranta si
inchidere.Pentru compensarea temperaturii, acumulatorul trebuie
golit incet pe partea cu ulei, prin robinetul de evacuare.In timpul
acestor operatii trebuie observat in permanenta manometrul. Acesta
va indica o cadere de presiune lenta si uniforma. Abia la golirea
completa a acumulatorului, pe partea hidraulica presiunea scade
brusc, balonul de cauciuc inchizand supapa hidraulica.
9. CONTROLUL PERIODIC ISCIRControalele interioare periodice
trebuie sa se faca la fiecare 8 ani. Ele trebuie combinate pe cat
posibil cu controalele ce se fac in instalatia
hidraulica.Inspectarea interioara trebuie completata sau inlocuita
printr-o incercare la presiune cu apa atunci cand numai inspectarea
interiorului nu este suficienta pentru a se aprecia starea de
functionare sigura a recipientului.
BIBLIOGRAFIE1. ***Rexroth Hydraulik Trainer, Lohr am Main,
19782.Marin, V. s.a.,Sisteme hidraulice de actionare si reglare
automata.Probleme practice. Proiectare, executie,
exploatare,Editura Tehnica, Bucuresti, 19813.Drumea, P.
s.a.,Echipamente hidraulice, editata de Institutul de Cercetari
pentru Hidraulica si Pneumatica, 19974.***Hydraulics in Industrial
and Mobile Applications editata de ASSOFLUID, editura Grafiche
Parole Nuove s.r.l., Brugherio (Milano), Italia, sept. 20075.
***Catalog Bosch Rexroth,www.boschrexroth.com*** Catalog
PONAR-WADOWICE,www.ponar-silesia.pl
