Работа насосной станции с гидроаккумулятором: Принцип работы насосной станции: устройство и составляющие

Устройство и принцип работы насосной станции

— —

Насосная станция — это оборудование, предназначенное для обеспечения водоснабжения и для повышения давления в трубопроводной системе.

Для того, чтобы не ошибиться в выборе оборудования этого типа хозяину необходимо знать принцип работы и устройство насосной станции.

Повысительная насосная станция для частного дома в этом случае является очень хорошим вариантом, ведь она позволяет осуществить автоматическую подкачку и подачу воды в любую необходимую Вам точку дома, а так же она способна обеспечить необходимое давление в водопроводе при любых условиях, даже при выключенном насосе.

Содержание статьи

• Устройство насосной станции
• Принцип работы
• Гидроаккумулятор
• Автоматика
• Характеристики

Насосная станция для воды абсолютна автономна и не требует вмешательства и постоянного контроля. Для её работоспособности необходимо только подключение к электрической сети.

В этой статье будет рассмотрено устройство насосной станции и входящих в её комплектацию гидроаккумулятора и управляющих реле, а так же принцип работы оборудования.

Насосная станция повышения давления предназначена для автоматизированного обеспечения водой частного дома или коттеджа. Она может подавать воду из любого источника, скважины, колодца или другого резервуара. Её основное достоинство – это постоянное давление в трубопроводе, что позволяет подключать и пользоваться любой техникой.

Каждая станция состоит из:
  поверхностного насоса;
  гидроаккумулятора;
  манометра;
  блок управления;
  арматуры.

Система насосной станции – это комплекс оборудования работающего сообща, основным узлом в котором является циркуляционный агрегат.

Насос.

В зависимости от того, какое назначение имеет каждая конкретная насосная станция, она комплектуется своим типом насоса.

Большинство насосных станций укомплектованы поверхностными центробежными насоса с эжектором или без него.

Эжектор в насосной станции для водоснабжения – это специальный конструктивный блок, который обеспечивает подъем воды из скважины или колодца. Принцип работы эжектора в насосной станции основан на создании внутри корпуса зоны разрежения (вакуума), куда всасывается вода.

Наличие эжектора обеспечивает подъем воды с небольшой глубины – до 10 метров.

Бытовые насосные станции обладают хорошим напором и высокой производительностью.

Мы собрали все типы насосных станций в отдельной статье.

Гидроаккумулятор.

Предназначен для поддержания необходимого давления в водопроводной системе дома. Современные станции обеспечивают давление до 2 бар, а этого вполне хватит для работы любой техники, например, стиральной или посудомоечной машины.

Манометр.

Этот измерительный прибор необходим для визуального контроля за текущим давлением в трубопроводной системе.

Блок управления.

В его задачу входит автоматический контроль давления в системе, а также включение скважинного насоса при низком давлении в гидроаккумуляторе и отключение при достижении заданного уровня давления. Регулировку заданных параметров системы выполняет реле давления.

Арматура.

В эту категорию входят все узлы, необходимые для подключения насосной станции к трубопроводной системе – вентили, краны и патрубки.

Все составляющие насосной станции Вы можете купить отдельно, но практичнее приобретать оборудование в сборе. Сборная конструкция продумана производителем до мелочей и проверена на стенде, поэтому Вам остается только подключить станцию к трубопроводу и электропитанию.

Принцип работы насосной станции

Работа насосной станции состоит в следующем:

1. скважинный насос закачивает воду в гидробак (гидроаккумулятор и создает необходимое давление в системе водоснабжения).

2. При открытии крана потребителя – например, крана в мойке (или душа, или подключения стиральной машины), включается поверхностный насос для обеспечения необходимого напора. При этом количество воды в системе уменьшается, а её давление падает.

3. Уровень воды в гидробаке падает до минимально допустимого значения, которое контролирует реле давления.

4. Как только давление в гидробаке достигает минимально допустимого значения, блок управления станции запускает скважинный насос и заполняет бак новой водой из скважины.

5. Как только уровень воды в баке и давление в гидроаккумуляторе достигают максимально допустимого значения блок автоматики станции отключает питание насоса в скважине.

6. Насосная станция готова к работе.

Управление насосной станцией производится в автоматическом режиме. Вы просто устанавливаете необходимое давление на соответствующем реле, подключаете насос к баку гидроаккумулятора (в случае если они продаются отдельно друг от друга) и забываете об этом узле до срока технической проверки.

Частота включения насоса в скважине напрямую зависит от объема бака гидроаккумулятора. Чем больше бак, тем реже необходимо включать оборудование.
В зависимости от конкретной модели бывают гидроаккумуляторы на 14, 20 и 50 литров.

Гидроаккумулятор насосной станции

Гидроаккумулятор насосной станции представляет собой ёмкость цилиндрической формы, разделенную на две части эластичной мембраной.

Насосная станция с гидроаккумулятором на заводе изготовителе заполнена газом, при этом создается определенное давление.

При включении насоса в незаполненную газом ёмкость гидроаккумулятора поступает вода. Эта ёмкость постепенно заполняется, эластичная мембрана, разделяющая эти две ёмкости, растягивается, при этом газ во второй ёмкости сжимается ещё больше.

Так в гидроаккумуляторе создается давление, величина которого контролируется автоматикой. Когда давление в насосной станции достигнет порогового значения (от 2 до 4 атм.) автоматика дает команду на отключение насоса и прекращение заполнения гидроаккумулятора водой.

Давление стабильно, насос не работает. Так продолжается пока не откроют кран или не включат какой либо прибор-потребитель воды. Тогда вода начинает уходить и давление в гидроаккумуляторе насосной станции постепенно падает.

При достижении нижнего порога, срабатывает автоматика, и на насос поступает команда на включение. Насос снова наполняет гидроаккумулятор водой, выравнивая давления до положенного.

Заполнение гидроаккумулятора насосной станции водой осуществляет скважинный насос, а его работу контролирует блок автоматики.

Реле давления насосной станции

Блок управления насосной станцией предназначен для своевременного включения и выключения насосной станции.

Для выполнения этих функции в комплектацию блок а управления входит манометр для определения текущего давления и реле управления насосом.

Устройство реле управления включает две пружины. Большая пружина настроена таким образом, чтобы замкнуть цепь электропитания при минимальном уровне давления в гидробаке.

Малая пружина в противовес большой размыкает цепь электропитания при достижении максимального давления.

Реле давления на заводе настраивается таким образом, чтобы включать насос при достижении давления в 1,4 бара и выключать на отметке установленной производителем (и указанной в документации к оборудованию).

Основная проблема, с которой можно столкнуться при эксплуатации насосной станции – сухой ход. Сухой ход – это работа оборудования незаполненного водой. В этом случае не происходит смазывания трущихся частей и оборудование выходит из строя.

Современные модели насосных станций снабжаются защитными устройствами, имеющими вид датчиков. Такие датчики могут отключать оборудование при перегреве и в случае сухого хода – когда в водопроводной магистрали нет воды. Убедитесь в наличие такой функции у приобретаемой Вами модели.

Насосная станция – основные характеристики

В зависимости от того где Вы хотите использовать оборудование зависят характеристики, которые должна выдавать насосная станция водоснабжения: напор, мощность, производительность, глубина забора воды.

Обобщив все предыдущие советы представляем Вам поэтапный план подбора насосной станции для дачи или загородного дома.

1 Необходимо определить источник водоснабжения – скважина или колодец. Если насосная станция должна обеспечить всасывание с глубины до 8 метров, то подойдет станция с поверхностным насосом, если глубина от 10 метров и более, то необходимо использовать погружной насос.

2 Необходимо определиться с техническими параметрами насоса. Выбирайте насос наиболее подходящий Вам по расходу (производительности) и напору(высоте подъема воды) для обеспечения хорошего давления и напора воды в доме. К этим показателям рекомендуется прибавить от 10 до 20% мощности, затрачиваемой на гидравлические потери в различной арматуре и фильтрах.

3 Выбор гидроаккумулятора осуществляется по его объему. Объем рассчитывается на основании того, сколько Вам необходимо воды при отсутствии электричества. На семью из 3-4 человек рекомендуется брать гидроаккумулятор объемом 50 литров, а для одного человека вполне достаточно и 24 литров. От объема гидроаккумулятора зависит ресурс насоса, чем реже включается насос, тем больше он проработает без ремонта.

Вместе со статьей «Устройство и принцип работы насосной станции» читают:

Об устройстве и использовании автоматической станции водоснабжения

Автоматические системы для снабжения водой частного дома удобны тем, что вам не придётся таскать воду в вёдрах, их несложно устанавливать и монтировать, вы это можете сделать самостоятельно. За счёт большого выбора по части опций и конфигураций вы сможете легко подобрать оптимальный вариант именно для вашего частного дома. В этой статье мы подробно разберём все особенности, разновидности и нюансы подобных систем.

Для снабжения водой небольшого частного дома может хватить и одного насоса. Однако, если ваш дом или загородный коттедж имеет два этажа и большое количество жильцов, вы сами постепенно придёте к тому, что вам обязательно потребуется насосная станция. Чтобы вы не ошиблись с выбором оборудования такого сложного типа, рекомендуем вам прочесть данную статью.

Конструкция станции водоснабжения

Для снабжения водой частного дома лучше всего подходят станции, состоящие из гидробака, а также электрического насоса и блока с автоматикой. Основное отличие от поверхностных насосов заключается в том обстоятельстве, что станции для водоснабжения обладают управляющий системой, зависящей от величины давления.

Перечислим следующие функционирующие компоненты станции:

1. Поверхностный насос.
2. Гидроаккумулятор, оснащённый встроенной “грушей” из резины.
3. Реле давления.
4. Арматура для соединения.
5. Манометр.

Чтобы производить забор воды, к станции следует подсоединить трубу для всасывания, оснащённую обратным клапаном и сеточным фильтром. К выходу установки следует подсоединить магистраль для транспортировки жидкости на точки водоразбора. Когда станция уже оборудована клапаном плюс встроенным фильтром, то, в свою очередь, шланг, всасывающий воду, становится необязателен.

Конструкция автоматической насосной станции

Мембранный гидробак вместе с центробежным насосом может поддерживать уровень давления, равный 1,5 атмосферы, непосредственно в водопроводе вашего загородного дома. Для нормальной и стабильной работы вашей бытовой техники этого должно вполне хватить. Тем не менее, максимального давления, на которое рассчитана подавляющая часть гидроаккумуляторов – 4,5 атмосфер, должно с лихвой хватить на солидный двухэтажный коттедж.

Обычная автоматическая станция имеет не особо большие габариты, а самым крупным её компонентом является бак, аккумулирующий воду. Не требует бетонированной площадки. Тем не менее, так как станция во время работы производит много шума, для её работы следует отвести отдельное помещение. Установку традиционно производят на первом этаже коттеджа или в его подвале.

Более дорогостоящим вариантом для установки автоматической станции является кессон, в который можно полностью поместить всё оборудование. Менее дорогой вариант – это специальный павильон для защиты станции от атмосферного воздействия.

Блок управления: конструкция и особенности

Автоматика станции служит для того, чтобы постоянно следить за уровнем давления внутри системы водоснабжения, плюс для включения и отключения гидронасоса в зависимости от ситуации. С этой целью в управляющий блок станции были добавлены реле вместе с манометром. Манометр используется для контроля давления, а реле – чтобы управлять насосом.

Если использование вашей станции предполагает кратковременное отключение воды, следует выбирать блок управления с контроллером потока. Он защищает двигатель станции от перегрева, если на точках водозабора нет воды. В таких станциях основная задача блока не следить за максимальным давлением, а снижать поток.

Как работает насос с гидроаккумулятором

Выбирайте ёмкость мембранного бака в соответствии с объёмом потребления воды. Для двух человек вполне хватит ёмкости до 40 литров, а большой семье – от 100 л и выше. Для сезонного дачного водоснабжения вполне сгодится бак объёмом 15 л. Из-за частого подкачивания воды мембрана бака быстро приходит в износ.

Насос с гидроаккумулятором

Следовательно, баки с большим объёмом могут изнашиваться медленнее, так как вода подкачивается реже. Однако, не стоит забывать, что и стоить такой бак будет дороже. Чтобы точно подобрать гидробак, следует учитывать расчёты от производителя по давлению, включению и отключению станции, действительного расхода воды непосредственно в точках водозабора, включённых сразу и одновременно.

Объём резерва для жидкости в гидробаке равен примерно трети от общей величины. Всё оставшееся пространство необходимо для сжатого воздуха, поддерживающего водонапор в трубах водоснабжения.

Если гидроаккумулятор встроен в систему снабжения воды чтобы снизить риск возникновения гидроударов, бак следует выбрать поменьше. В подобной ситуации важную роль будет играть не ёмкость, а мембраны, наполненные воздухом для погашения силы и последствий от гидроудара.

Автоматическая станция водоснабжения имеет два цикла работы:

1. В первую очередь, происходит закачка воды из точки водозабора, чтобы создать в нём избыток воздушного давления.
2. При открытии крана бак опустошается, после чего наступает момнт момент запуска оборудования с помощью автоматики.

Гидроаккумулятор станции сконструирован из корпуса, сделанного из металла, и мембраны, обладающей герметичностью. Она делит внутреннее пространство аккумулятора на две части. В первой части расположен воздух, во вторую часть происходит подкачка воды.

Когда гидроаккумулятор оказывается заполнен, происходит выключение насоса посредством реле. В тот момент открытия крана на кухне воздух действует на мембрану аккумулятора, после чего происходит перетекание воды в систему водоснабжения.

После опустошения бака напор воды уменьшается, затем насос включается, и работа станции возвращается к первому циклу. Если бак пуст, происходит прижимание мембраны к патрубку, после чего осуществляется её распрямление под силой водяного давления, в момент включении насоса.

Часть воздуха сжимается под воздействием мембраны и увеличивается давление внутри него. Через подобное взаимодействие между жидкостью и газом, через барьер и осуществляется работа бака у насосной станции.

Критерии выбора насосного оборудования

Насосные станции, комплектация которых осуществляется непосредственно на заводе, поставляются уже с поверхностным гидравлическим насосом с эжектором, внутренним или внешним. Кроме того, гидроаккумуляторы могут быть использованы и с погружнымии насосами, в этом случае они будут называться “насосной системой”.

При использовании насосной станции, баки с мембранами могут обладать меньшим объёмом, нежели чем у гидробакамов в системах с погружными насосами. Такой подход объясняется тем, что у погружных насосов меньше включений и отключений происходит в течение часа, нежели, чем у поверхностных насосов.

Насосные станции с внутренним эжектором

Поверхностные насосы с внутренним эжектором обладают ощутимыми пределами по части глубины забора воды – не более 7-8 метров. Это компенсируется напором воды, которую они выдают в итоге – от 40 до 60 метров (примерно 4-6 бар).

Если вы используете насос с внутренним эжектором, не нужно переживать о воздушных пробках. Прокачка воздуха осуществляется без негативных эффектов для поверхностных насосов. После прокачки происходит процесс нагнетания в систему снабжения водой, набираемой из скважин.

Насосные станции с внутренним эжектором

Однако, у станций, у которых эжектор внутренний, имеются также и свои недостатки. Основной недостаток – они производят много шума. Для водоснабжения частного дома лучше устанавливать такие станции в подсобке, предварительно сделав там хорошую звукоизоляцию.

Насосы с внешним эжектором

При использовании насоса с внешним эжектором, вы можете осуществлять забор воды на глубине в 50 метров. Несмотря на экономность использования данного насоса, с КПД у них не всё гладко – он составляет максимум 40%. С другой стороны, в отличие от насосов с внутренним эжектором, они почти не производят шума во время работы.

Станция с выносным эжектором

Выбор места под станцию водоснабжения

Данный выбор во многом зависит от параметров гидронасоса. Через каждые десять метров его прохождения через горизонтальную трубу понижается его всасывающие характеристики. Например, для выкачивании воды с глубины более 10 метров могут подойти только определённые модели насосовю

Автоматическую станцию для водоснабжения следует устанавливать в таких местах:

• в кессоне, рядом со скважиной;
• в отдельном павильоне для насосов;
• в подвале.

Если вы выбрали наружный стационарный насос, проложите от кессона напорную трубу до коттеджа. Причём, труба должна пролегать ниже мёрзлого грунта. Это действительно имеет смысл, если трубопровод используется круглый год, Если вам нужно проложить трубы только на летний период, глубины в 40-60 см будет вполне достаточно, либо прокладку можно осуществить и вовсе на поверхности.

Если вы собрались производить монтаж станции на цокольном этаже или вообще в подвале, можете не беспокоиться о том, что в зимние холода насос может замёрзнуть. Требуется проложить трубу ниже линии замерзания грунта, и проблема будет решена.

Бурение скважины можно производить и прямо дома, для уменьшения протяжённости трубопровода. Вопрос состоит только о возможности такого шага в различных частных домах и коттеджах.

Если вы хотите установить станцию в специальную отдельную пристройку, учитывайте, что это подходит только для тёплых сезонов. В противном случае, в эту пристройку придётся проводить отдельную отопительную систему, а лучше сразу устанавливать оборудование в отапливаемом доме.

Оценка давления гидроаккумулятора

Чтобы сантехника в вашем частном доме работала как следует, напор воды должен быть не менее 1,4-2,6 атмосфер. Для того, чтобы продлить срок службы мембраны в гидроаккумуляторе, установите в нём давление примерно на 0,2 или 0,3 атмосфер выше, чем в водопроводе.

По стандарту водопровод, устанавливаемые в частном доме должен иметь уровень давления в 1,5 атмосферы. Это значение и следует иметь в виду, если вы настраиваете для работы гидробак. Если у вас более габаритное жильё, увеличьте давление таким образом, чтобы вода смогла дойти до самых дальних кранов в доме, по сравнению с главным стояком.

Для этого следует производить довольно замысловатые расчёты по части гидравлики, прикидывать какое у вас количество и виды устройств сантехники. Однако мы можем представить для вас и более упрощённую и лёгкую формулу:

(H+6)/10,

где H является высотой от насоса до точки разбора воды на самой большой высоте. Если получившиеся показатели превысят реальные значения у сантехники и других бытовых приборов, при таком давлении они сломаются. Вам придётся подобрать какую-либо иную схему для разведения труб водопровода.

Какие могут возникнуть неполадки у станции водоснабжения?

Если насос практически сразу выключается после включения, вам следует тут же проверить, какова величина давления воздуха в аккумуляторе. Если мембрана аккумулятора не имеет повреждений, достаточно будет подкачать насос. Иначе, вам придётся обращаться за помощью в сервисный центр.

Если на ниппеле воздушного клапана появились капли воды, тут же отсоединяйте аккумулятор от системы водопровода, так это является непосредственным признаком того, что мембрана повреждена. А менять для исправности всей системы её придётся, так или иначе.

Если насос вообще не хочет включаться, проверьте регулирование реле давления. Иногда оно может быть настроено на слишком высокую величину. Также воздух может проникнуть в сам шланг для всасывания воды, после чего срабатывает защита от сухого хода.

Плюсы насосной установки, оснащённой гидробаком

Насос – это практически необходимый компонент для системы водоснабжения, служащий для транспортировки воды в ваш коттедж из колодца либо скважины. Затем, непосредственно в самом доме, раздача воды осуществляется через бак, либо гидроаккумулятор. Или опять же, с помощью самого насоса.

При использовании для транспортировки и раздачи воды по дому только одного насоса, вы рискуете остаться без воды совсем, если на данный момент будет отсутствовать электроэнергия. Кроме того, в данной ситуации будет постоянно происходить включение и выключение насоса, что приведёт к резкому уменьшению срока его эксплуатации.

Насосная станция с гидробаком

Чтобы уменьшить нагрузку на насос, а также сделать свой дом более безопасным в случае аварии в электросетях, добавьте в свою систему, снабжающую водой ваш загородный коттедж, ещё один накопитель. Первый вариант – это водонапорный бак с самотёком или гидроаккумулятор, поддерживающий водяной напор в сети. Другое название гидроаккумулятора – гидробак.

Вариант с гидробаком — наиболее комфортный и распространённый. В такой системе поддерживается сила напора в трубах, при этом, включение насоса происходит только тогда, когда следует заполнить водой ёмкость. Вода подаётся с использованием сжатого воздуха.

Автоматические насосные станции Unipump

Насосная станция Unipump

Unipump является достаточно известной маркой по производству насосных автоматических станций. У компании имеется ряд довольно перспективных линеек, таких как AUTOJET L и AUTO JS.

В основе моделей данных линеек мы имеем дело с станцией, в основе который лежит поверхностный насос, центробежный, оснащённый встроенным эжектором, а также гидроаккумулятором, ёмкость которого, в зависимости от модели, может составлять 5, 24 и 50 л. Подача воды производится из колодцев и скважин, давления поддерживается встроенной автоматикой станции.

Автоматические насосные станции Grundfos

Насосная станция Grundfos

Grundfos – ещё один знаменитый мировой бренд, производящий автоматические насосные станции. Модели насосов данного бренда MQ и JPBooster используются в целях подачи воды и увеличения давления в загородных частных коттеджах.

Про вторую линейку насосов следует отметить, что они устойчивы к образованию коррозии и имеет хорошую тепловую защиту, встроенную в сам насос. Для обеспечения водой частные дома небольшой площади – это самый лучший вариант.

Используются в частных домах и фермах. Насосы издают мало шума, не требовательны к техническому обслуживанию, легко монтируются и используются.

Автоматические насосные станции Wilo

Насосная станция Wilo

Станции от компании Wilo просто созданы для использования на садовых участках. Ёмкость мембранного бака может составлять до 50 л, что способствует снижению постоянного включения и выключения насоса и интенсивности гидроударов. Данные насосы сделаны из высококачественной нержавеющей стали и имеют устойчивость к образованию коррозии.

Итог

По итогу, можно сказать, что только один недостаток есть у подобных систем – зависимость от электроэнергии. Бак, в котором аккумулируется вода, имеет максимальный объём в 50 литров, что довольно немного, поэтому включение и отключение насоса случается значительно чаще, чем следовало бы.

В случае отсутствия электричества запасы воды могут быстро иссякнуть. Хорошим решением в данной ситуации будет автономный генератор.

Аккумуляторы | Power & Motion

Скачать эту статью в формате .PDF

Аккумуляторы обычно устанавливаются в гидравлических системах для накопления энергии и сглаживания пульсаций. Как правило, в гидравлической системе с аккумулятором можно использовать насос меньшего размера, поскольку аккумулятор накапливает энергию насоса в периоды низкой нагрузки. Эта энергия доступна для мгновенного использования и высвобождается по запросу со скоростью, во много раз превышающей ту, которую может обеспечить только насос.

Рис. 1. Поперечный разрез типичных аккумуляторов баллонного и поршневого типа. Нажмите на картинку для увеличения.

Аккумуляторы также могут действовать как поглотители перенапряжения или пульсации, подобно тому, как воздушный купол используется в пульсирующих поршневых или роторных насосах. Аккумуляторы амортизируют гидравлический удар, уменьшая удары, вызванные быстрой работой или внезапным запуском и остановкой силовых цилиндров в гидравлическом контуре.

Существует четыре основных типа аккумуляторов: грузоподъемный поршневой, диафрагменный (или баллонный), пружинный и гидропневматический поршневой. Тип с грузом был использован первым, но он намного больше и тяжелее по своей вместимости, чем современные поршневые и баллонные типы. Как утяжеленные, так и пружинные сегодня встречаются нечасто. Гидропневматические аккумуляторы, рис. 1, наиболее часто используются в промышленности.

Функции

Аккумулятор энергии — Гидропневматические аккумуляторы содержат газ в сочетании с гидравлической жидкостью. Жидкость обладает небольшими динамическими свойствами накопления мощности; типичные гидравлические жидкости могут быть уменьшены в объеме только примерно на 1,7% при давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм. (Однако эта относительная несжимаемость делает их идеальными для передачи мощности, обеспечивая быструю реакцию на потребность в мощности.) Поэтому, когда высвобождается только 2% от общего содержащегося объема, давление оставшегося масла в системе падает до нуля.

С другой стороны, газ, являющийся партнером гидравлической жидкости в аккумуляторе, может быть сжат до небольших объемов при высоком давлении. Потенциальная энергия хранится в сжатом газе и высвобождается по требованию. Такую энергию можно сравнить с энергией поднятого копра, готового передать свою огромную энергию свае. В аккумуляторе поршневого типа энергия сжатого газа оказывает давление на поршень, разделяющий газ и гидравлическую жидкость. Поршень, в свою очередь, выталкивает жидкость из цилиндра в систему и туда, где будет выполняться полезная работа.

Поглощение пульсаций — Насосы, конечно же, генерируют необходимую мощность для использования или накопления в гидравлической системе. Многие насосы обеспечивают эту мощность пульсирующим потоком. Поршневой насос, обычно используемый из-за его способности работать с высоким давлением, может создавать пульсации, вредные для системы высокого давления. Аккумулятор, правильно расположенный в системе, существенно смягчит эти колебания давления.

Амортизация ударов — Во многих гидравлических системах ведомый элемент гидравлической системы внезапно останавливается, создавая волну давления, которая проходит обратно через систему. Эта ударная волна может развивать пиковое давление, в несколько раз превышающее нормальное рабочее давление. Это может вызвать неприятный шум или даже отказ системы. Газовая подушка аккумулятора, правильно расположенная в системе, минимизирует этот удар.

Примером этого применения является поглощение ударов, вызванных внезапной остановкой погрузочного ковша гидравлического фронтального погрузчика. Без гидроаккумулятора ковш весом более 2 тонн может полностью оторвать от земли задние колеса погрузчика. Сильный удар по раме и мосту трактора, а также износ оператора можно преодолеть путем добавления в гидравлическую систему соответствующего гидроаккумулятора.

Дополнительный насос — Аккумулятор, способный накапливать энергию, может дополнять гидравлический насос при подаче энергии в систему. Насос запасает потенциальную энергию в аккумуляторе в периоды простоя рабочего цикла. Аккумулятор передает эту резервную мощность обратно в систему, когда цикл требует аварийной или пиковой мощности. Это позволяет системе использовать насос гораздо меньшего размера, что приводит к экономии затрат и энергии.

Поддержание давления — Изменения давления происходят в гидравлической системе, когда жидкость подвергается повышению или понижению температуры. Также может быть падение давления из-за утечки гидравлической жидкости. Аккумулятор компенсирует такие изменения давления, подавая или получая небольшое количество гидравлической жидкости. Если основной источник питания выйдет из строя или будет остановлен, аккумулятор будет действовать как вспомогательный источник питания, поддерживая давление в системе.

Дозирование жидкости — Аккумулятор может использоваться для дозирования небольших объемов жидкостей, таких как консистентные смазки и масла, по команде.

Эксплуатация

При правильном размере и предварительной зарядке аккумуляторы обычно циклически переключаются между стадиями (d) и (f), рис. 2. Поршень не соприкасается с какой-либо крышкой в ​​поршневом аккумуляторе, а камера не соприкасается с тарелкой и не сжимается. так что он становится деструктивно сложенным в верхней части своего тела.

Производители указывают рекомендуемое давление предварительной зарядки для своих аккумуляторов. В приложениях для накопления энергии баллонный аккумулятор обычно предварительно заряжен до 80% минимального давления в гидравлической системе, а поршневой аккумулятор — до 100 фунтов на квадратный дюйм ниже минимального давления в системе. Предварительное давление определяет, сколько жидкости останется в аккумуляторе при минимальном давлении в системе.

Рис. 2. Шесть стадий работы аккумуляторов: этап (а), аккумулятор пуст – нет заряда газа; стадия (б) — аккумулятор предварительно заправлен сухим азотом; стадия (c), давление в системе превышает давление предварительного наддува, и гидравлическая жидкость поступает в аккумулятор; этап (d), пики давления в системе, максимальное количество жидкости попало в аккумулятор, и открывается система сброса давления; этап (e), давление в системе падает, давление предварительной заправки вытесняет жидкость из аккумулятора в систему; и стадия (f), давление в системе достигает минимума, необходимого для совершения работы.

Правильная предварительная зарядка подразумевает точное заполнение газовой стороны аккумулятора сухим инертным газом, таким как азот, при отсутствии гидравлической жидкости на жидкостной стороне. Затем зарядка аккумулятора начинается, когда гидравлическая жидкость поступает на сторону жидкости, и происходит только при давлении, превышающем давление предварительной зарядки. Во время зарядки газ сжимается для накопления энергии.

Правильное давление предварительной зарядки является наиболее важным фактором продления срока службы аккумулятора. Тщательность, с которой должна выполняться и поддерживаться предварительная зарядка, является важным фактором при выборе типа аккумулятора для приложения, при прочих равных условиях. Если пользователь небрежно относится к настройкам давления газа и предохранительного клапана или регулирует давление в системе без соответствующей регулировки давления предварительной зарядки, срок службы может сократиться, даже если был выбран правильный тип аккумулятора. Если был выбран неправильный аккумулятор, преждевременный выход из строя почти неизбежен.

Монтажное положение

Оптимальное монтажное положение для любого гидроаккумулятора — вертикальное, гидравлическим портом вниз. Поршневые модели могут быть горизонтальными, если жидкость содержится в чистоте. Когда твердые загрязнения присутствуют или ожидаются в значительном количестве, горизонтальная установка может привести к неравномерному или ускоренному износу уплотнения. Максимальный срок службы может быть достигнут в горизонтальном положении с несколькими поршневыми уплотнениями для балансировки параллельной поверхности поршня.

Рис. 3. Аккумулятор, установленный горизонтально, может привести к неравномерному износу камеры и улавливанию жидкости от гидравлического клапана.

Баллонный аккумулятор также может быть установлен горизонтально, рис. 3, но неравномерный износ баллона, поскольку он трется о корпус во время плавания в жидкости, может сократить срок службы. Степень повреждения зависит от чистоты жидкости, частоты циклов и степени сжатия (определяемой как максимальное давление в системе/минимальное давление в системе). В экстремальных случаях жидкость может задерживаться в стороне от гидравлического конца, что снижает производительность или может удлинить камеру, что приведет к преждевременному закрытию тарелки.

Размеры и мощность

Доступные размеры и емкости также влияют на выбор типа аккумулятора. Поршневые аккумуляторы определенной емкости часто поставляются с различными диаметрами и длинами, таблица 1. Кроме того, конструкции поршней могут быть изготовлены с нестандартной длиной за небольшую надбавку к цене или без нее. Аккумуляторы для баллонов предлагаются только одного размера на емкость, при этом доступно меньшее количество емкостей.

Высокая производительность поршневого аккумулятора может сделать его лучшей альтернативой в ограниченном пространстве. В таблице 1 приведены выходные параметры поршневых и баллонных аккумуляторов емкостью 10 галлонов, работающих в изотермическом режиме в качестве вспомогательных источников энергии в диапазоне минимальных давлений в системе. Различия в предварительном давлении в столбцах 3 и 4 (определяемом 80% минимального давления в системе для моделей с баллоном, на 100 фунтов на квадратный дюйм ниже минимального для поршневых моделей) приводят к существенной разнице в выходных данных в столбцах 5 и 6.

Чтобы предотвратить чрезмерную деформацию баллона и повышение температуры баллона, также обратите внимание в Таблице 1, что гидроаккумуляторы баллона должны иметь коэффициент сжатия более 3:1.

Составные компоненты

Рис. 4. Поршневые аккумуляторы в сочетании с газовыми баллонами.

Несмотря на то, что конструкции с диафрагмой не доступны вместимостью более 40 галлонов, поршневые конструкции в настоящее время поставляются вместимостью до 200 галлонов в одной емкости. Экономичность и доступное место для установки побудили инженеров рассмотреть возможность установки нескольких компонентов. Два из них могут охватывать большинство высокопроизводительных приложений.

Установка на рис. 4 состоит из нескольких газовых баллонов, обслуживающих один поршневой аккумулятор через газовый коллектор. Аккумуляторная часть должна быть такого размера, чтобы поршень не ударял по крышкам во время цикла. Одним из недостатков этой конструкции является то, что выход из строя одного уплотнения может привести к осушению газовой системы. Поскольку газовые баллоны часто дешевле, чем аккумуляторы, одним из преимуществ такой установки может быть более низкая стоимость.

Рис. 5. Несколько аккумуляторов могут быть объединены в коллекторы для обеспечения больших потоков в системе.

Некоторые гидроаккумуляторы поршневой или баллонной конструкции могут быть установлены на гидравлическом коллекторе, рис. 5. При использовании поршневых аккумуляторов поршень с наименьшим трением будет двигаться первым и иногда может опускаться на гидравлическую крышку. В медленных или редко используемых системах это несущественно.

Установки газовых баллонов

Рис. 6. Небольшой аккумулятор может выполнять эту работу, если он удаленно подключен к вспомогательному газовому баллону.

Удаленное хранилище газа обеспечивает гибкость в больших и малых системах, рис. 6. Концепция газового баллона обычно описывается простой формулой: размер аккумулятора минус требуемый выход жидкости равняется размеру газового баллона. Например, приложение, требующее аккумулятора на 30 галлонов, может потребовать только от 8 до 10 галлонов выходной жидкости. Таким образом, это приложение может быть удовлетворено аккумулятором на 10 галлонов и газовым баллоном на 20 галлонов.

Аккумулятор, используемый с удаленным хранилищем газа, обычно имеет порт того же размера на газовом конце, что и на гидравлическом конце, чтобы обеспечить беспрепятственный поток газа в газовый баллон и из него. Газовый баллон имеет аналогичный порт на одном конце и клапан для заправки газа на другом. Эти аккумуляторы, состоящие из двух частей, могут быть сконфигурированы или изогнуты под любым углом, чтобы соответствовать доступному пространству.

Концепция газового баллона подходит как для баллонных, так и для поршневых аккумуляторов. Обратите внимание, что для баллонных аккумуляторов требуется специальное устройство, называемое 9.0178 переходный барьер на газовом конце для предотвращения выдавливания баллона в трубопровод газового баллона.

Опять же, размер поршневого аккумулятора должен быть таким, чтобы поршень не опустился на дно в конце цикла. Конструкции баллонов должны иметь такие размеры, чтобы предотвратить наполнение более чем на 85% или опорожнение более чем на 85%. Скорость потока между барьером переноса мочевого пузыря и его газовым баллоном будет ограничена горловиной трубки барьера переноса. Из-за этих недостатков бутылочные/баллонные аккумуляторы следует зарезервировать для специальных применений.

Скорость потока и время отклика

В таблице 2 приведены максимальные скорости потока для репрезентативных размеров и типов аккумуляторов. Более крупные стандартные конструкции мочевого пузыря ограничены 220 галлонами в минуту, хотя скорость может быть увеличена до 600 галлонов в минуту с использованием дорогостоящего порта с высокой пропускной способностью. Тарелка контролирует скорость потока; чрезмерный поток приводит к преждевременному закрытию тарелки. Несколько аккумуляторов, установленных на общем коллекторе, необходимы для достижения расхода более 600 галлонов в минуту.

Допустимые значения расхода для поршневых аккумуляторов обычно превышают значения для баллонных аккумуляторов. Поток ограничивается скоростью поршня, которая не должна превышать 10 футов/сек во избежание повреждения уплотнения поршня. В условиях высоких скоростей высокие температуры контакта с уплотнением и быстрая декомпрессия азота, проникшего в материал уплотнения, могут вызвать вздутие, трещины и ямки в резине.

Баллонные аккумуляторы быстрее реагируют на изменения давления в системе, чем поршневые, по двум причинам:

1. Резиновые баллоны не должны преодолевать статическое трение, которое должно преодолевать уплотнение поршня, и 2. Масса поршня преодолевает его. не надо разгонять и тормозить.
Однако на практике разница в отклике может быть не такой большой, как принято считать, и, вероятно, незначительной в большинстве приложений.

Амортизация

Рис. 7. Тестовая схема для создания и измерения ударных волн в системе.

Испытания, проведенные в Университете Висконсина в Мэдисоне, показывают, что для контроля шока не обязательно требуется аккумулятор мочевого пузыря. При номинальном расходе системы 30 галлонов в минуту в испытательном контуре (рис. 7) направленный регулирующий клапан с внутренним управлением, расположенный на расстоянии 118 футов от насоса, закрывается, создавая удар. При движении ударной волны от клапана обратно по гидравлическим линиям, поворотам и различным ограничениям некоторая часть ее энергии расходуется на ускорение массы жидкости в линиях.

Рис. 8. График показывает результаты испытаний ударной волной.

С 1¼ дюйма. трубки, настройка предохранительного клапана на 2750 фунтов на квадратный дюйм и отсутствие аккумулятора в контуре, осциллограмма A , рис. 8, показывает скачок давления на 385 фунтов на квадратный дюйм выше настройки предохранительного клапана. Добавление поршневого аккумулятора на 1 галлон к клапану снижает переходный процесс до 100 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с настройкой предохранительного клапана, кривая B . Замена баллонного аккумулятора емкостью 1 галлон снижает переходный процесс до 78 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с настройкой предохранительного клапана, кривая 9. 0178 C , всего на 22 фунта на кв. дюйм лучше, чем защита поршневого типа.

Рис. 9. Результаты второго испытания с использованием трубок меньшего диаметра.

Второй аналогичный тест с 5/8-дюйм. трубки и настройка предохранительного клапана на 2650 фунтов на кв. дюйм приводит к скачку давления на 2011 фунтов на кв. дюйм по сравнению с настройкой предохранительного клапана без аккумулятора, кривая A , рис. 9. Поршневой аккумулятор демпфирует переходный процесс до 107 фунтов на кв. дюйм по сравнению с настройкой предохранительного клапана, кривая B , в то время как баллонный аккумулятор демпфирует переходный процесс до 87 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с настройкой предохранительного клапана, кривая С . Разница между типами аккумуляторов в гашении удара снова была незначительной.

Сервооборудование

Еще одно распространенное заблуждение гласит, что для всех сервоприложений требуется баллонный аккумулятор. Опыт показывает, что лишь небольшому проценту сервоприводов требуется время отклика 25 мс или меньше, т. е. область, в которой разница в отклике между поршневыми и баллонными аккумуляторами становится существенной. Баллонные аккумуляторы следует использовать для приложений, требующих ответа менее 25 мс, и любой тип, когда отклик 25 мс или более является адекватным.

Настройка и техническое обслуживание: предварительная зарядка

На только что отремонтированных баллонных аккумуляторах внутренний диаметр кожуха следует смазать системной жидкостью перед предварительной зарядкой. Эта жидкость действует как подушка, смазывает и защищает мочевой пузырь, когда он раскручивается и разворачивается. Когда начинается предварительная зарядка, начальное давление азота 50 фунтов на квадратный дюйм следует вводить медленно.

Рис. 10. Звездообразный разрыв на конце камеры (а) может указывать на потерю эластичности материала камеры из-за охрупчивания от холодного газообразного азота во время предварительной зарядки. Если мочевой пузырь вдавлен под тарелку (b), мочевой пузырь может выдержать С-образный разрез от тарелки.

Несоблюдение этих мер предосторожности может привести к немедленному отказу мочевого пузыря. Азот под высоким давлением, быстро расширяющийся и, следовательно, холодный, мог направиться по всей длине складчатого пузыря и сконцентрироваться на дне. Охлажденная хрупкая резина, быстро расширяющаяся, может разорваться в виде звезды, рис. 10(а). Баллон также мог оказаться под тарельчатым клапаном, в результате чего на дне баллона образовался С-образный разрез, рис. 10(b).

Жидкостная сторона поршневых аккумуляторов должна быть пустой во время предварительной зарядки, чтобы объем газовой стороны был максимальным. Незначительные повреждения, если таковые имеются, могут иметь место во время предварительной зарядки.

Слишком высокое давление предварительной зарядки или снижение минимального давления в системе без соответствующего снижения давления предварительной зарядки может привести к проблемам в работе или повреждению аккумуляторов. При чрезмерном предварительном давлении поршневой аккумулятор будет циклически переключаться между стадиями (e) и (b), рис. 2, и поршень окажется слишком близко к гидравлической торцевой крышке. Поршень может опуститься при минимальном давлении в системе, что приведет к снижению производительности и, в конечном итоге, к повреждению поршня и его уплотнения. Часто можно услышать опускание поршня; звук служит предупреждением о надвигающихся проблемах.

Слишком высокий предварительный заряд в баллонном аккумуляторе может привести баллон в сборку тарелки при переключении между стадиями (e) и (b), рис. 2. Это может привести к усталостному разрушению узла пружины и тарелки или защемлению и разрежьте мочевой пузырь, если мешок застрянет под тарелкой, когда ее принудительно закроют. Слишком высокое давление предварительной зарядки является наиболее распространенной причиной отказа мочевого пузыря.

Слишком низкое давление предварительной зарядки или повышение давления в системе без компенсирующего увеличения давления предварительной зарядки также может вызвать проблемы в работе с возможным повреждением аккумулятора. Без предварительного заряда поршневого аккумулятора поршень, скорее всего, войдет в крышку газового наконечника и, вероятно, останется там. Одиночный контакт вряд ли приведет к повреждению.

Для баллонных аккумуляторов слишком низкая предварительная зарядка или ее отсутствие могут иметь серьезные последствия. Мочевой пузырь может вдавиться в верхнюю часть оболочки, а затем может выдавиться в газовый клапан и проколоться. Одного такого цикла достаточно, чтобы разрушить мочевой пузырь. Поэтому поршневые аккумуляторы более устойчивы к неправильной предварительной зарядке.

Загрузите эту статью в формате .PDF

ГЛАВА 16: Аккумуляторы | Мощность и движение

Гидропневматические аккумуляторы

Гидроаккумуляторы

Аккумуляторы позволяют хранить полезные объемы практически несжимаемой гидравлической жидкости под давлением. Символы и упрощенные виды в разрезе на рис. 16-1 показывают несколько типов аккумуляторов, используемых в промышленности. Они не являются полными представлениями, но иллюстрируют общие принципы работы.

5-галлонный контейнер, полностью заполненный гидравлическим маслом при давлении 2000 фунтов на квадратный дюйм, выпустит только несколько кубических дюймов жидкости, прежде чем давление упадет до 0 фунтов на квадратный дюйм. Если бы один и тот же контейнер был заполнен наполовину маслом, а наполовину газообразным азотом, он мог бы слить более 1 1/2 галлона жидкости, в то время как давление упало бы всего на 1000 фунтов на квадратный дюйм. В этом большое преимущество гидропневматических аккумуляторов.

Типы аккумуляторов

Без сепаратора : Некоторые оригинальные аккумуляторы представляли собой емкости высокого давления со смотровым стеклом, показывающим уровень жидкости. Они были примерно наполовину заполнены маслом и наполовину газообразным азотом, и между ними не было разделительного барьера. Перед остановкой насоса запорный клапан на выпускном отверстии аккумулятора был закрыт, чтобы предотвратить утечку жидкости и газа. Этот тип аккумулятора сегодня не используется в новых схемах, но многие из них все еще находятся в эксплуатации.

Газонаполненная камера : Многие аккумуляторы теперь используют резиновую камеру для разделения газа и жидкости. Тарельчатый клапан в выпускном отверстии предотвращает выдавливание баллона, когда насос выключен. Первоначальная конструкция представляла собой ремонт днища, показанный слева на рис. 16-1. Он по-прежнему предлагается большинством производителей. Верхний вид ремонта справа теперь доступен и делает замену мочевого пузыря простой и быстрой.

Газонаполненный поршень : Газонаполненный поршневой аккумулятор имеет свободно плавающий поршень с уплотнениями для разделения жидкости и газа. Он работает и работает аналогично мочевому пузырю, но имеет некоторые преимущества в определенных приложениях. Поршневой газонаполненный аккумулятор может стоить в два раза дороже баллонного аккумулятора такого же размера.

Подпружиненный поршень : Подпружиненный поршневой аккумулятор идентичен газонаполненному, за исключением того, что пружина прижимает поршень к жидкости. Его главное преимущество в том, что нет утечки газа. Основным недостатком является то, что эта конструкция не подходит для высокого давления и большого объема.

Вес с нагрузкой : Все газонаполненные аккумуляторы теряют давление при сбросе жидкости. Это связано с тем, что газообразный азот был сжат поступающей жидкостью из насоса, и газ должен расширяться, чтобы вытолкнуть жидкость. Гидроаккумулятор на рис. 16-1 не теряет давление до тех пор, пока плунжер не достигнет нижнего предела. Таким образом, 100% жидкости используется при полном давлении в системе. Основным недостатком нагруженных аккумуляторов является их физический размер. Они занимают много места и очень тяжелые, если требуется большой объем. Они хорошо работают в центральных гидравлических системах, потому что обычно для них есть место в зоне силового агрегата. Однако центральные гидравлические системы теряют популярность, поэтому только на некоторых объектах используются гидроаккумуляторы. (Прокатные станы — это одно из приложений, где место для размещения больших предметов не является проблемой. ) Обратите внимание, что для заполнения этих монстров часто требуется длительное время ожидания.

Мембранные аккумуляторы : Существуют также мембранные аккумуляторы с упругой или металлической диафрагмой. Они используются там, где хранимый объем невелик.

Рис. 16-1. Виды поперечного сечения и символы для гидроаккумуляторов

Для чего используются аккумуляторы?

Для увеличения подачи насоса: Чаще всего гидроаккумуляторы используются для увеличения подачи насоса. В некоторых контурах требуется большой объем потока в течение короткого времени, а затем в течение длительного периода используется небольшое количество жидкости или вообще не используется. Вообще говоря, когда половина или более машинного цикла не использует подачу насоса, приложение является вероятным кандидатом на схему аккумулятора.

Схема на рис. 16-2 использует несколько аккумуляторов для пополнения потока насоса, поскольку время задержки составляет 45 секунд из 57,5-секундного времени цикла. Насос постоянного объема этого контура на 22 галлона в минуту работает под давлением в течение большей части цикла, чтобы заполнить цилиндр и аккумуляторы. Без аккумуляторов для этой схемы потребовался бы насос производительностью 100 галлонов в минуту, приводимый в движение двигателем мощностью 125 л.с. Первая стоимость меньшего насоса и мотора плюс аккумуляторы очень близка к стоимости более крупного насоса и мотора. Однако экономия энергии в течение срока службы машины делает изображенную схему гораздо более экономичной.

Рис. 16-2. Аккумуляторный контур, дополняющий подачу насоса

Одним из недостатков использования аккумуляторов для пополнения насоса является то, что контур должен работать при более высоком давлении, чем необходимо для выполнения работы. В схеме на рис. 16-2 для выполнения работы необходимо давление не менее 2000 фунтов на кв. дюйм. Это означает, что аккумуляторы должны быть заполнены до более высокого давления, чтобы они могли подавать дополнительную жидкость, не опускаясь ниже минимального давления. В этом контуре используется максимальное давление 3000 фунтов на квадратный дюйм, чтобы хранить достаточное количество жидкости для цикла цилиндра за отведенное время и при этом иметь достаточную силу для выполнения работы. Регулирование потока в контуре необходимо, чтобы цилиндр не вращался слишком быстро. Аккумулятор выбрасывает жидкость с любой скоростью, с которой линии могут работать, при любом падении давления, когда канал потока открыт.

В контуре на рис. 16-2 используется насос фиксированного объема и клапан разгрузки и сброса аккумулятора. Клапан нагнетает поток насоса в аккумуляторы, когда давление падает примерно на 15% ниже максимального установленного давления. При установленном давлении разгрузочный клапан открывается, и весь поток насоса перетекает в резервуар при перепаде давления от 25 до 50 фунтов на квадратный дюйм. Пока насос работает в обход, обратный клапан предотвращает разгрузку аккумуляторов в резервуар. Клапан сброса (представляющий собой запорный клапан с высоким передаточным числом) удерживается закрытым за счет давления холостого хода насоса до тех пор, пока насос не отключится.

Для поддержания давления. Еще одним распространенным применением аккумуляторов является поддержание давления в контуре, когда насос не загружен. Это особенно полезно при использовании насосов с фиксированным объемом в длительных циклах выдержки. Схема ламинирующего пресса на рис. 16-3 зажимает материал и удерживает его под нагрузкой от одной до пяти минут. Если бы насос протекал через предохранительный клапан под высоким давлением в течение этого промежутка времени, было бы выделено много тепла, что привело бы к потере энергии. С насосом с компенсацией давления потери энергии будут меньше, но система все равно может перегреться за короткое время.

Рис. 16-3. Использование аккумулятора для поддержания давления и/или компенсации утечек

Добавление аккумулятора, регулятора расхода и реле давления к контуру насоса с фиксированным объемом позволяет насосу разгружаться, когда давление равно минимальной настройке реле давления или превышает ее. Если утечка через клапан или уплотнения цилиндра приводит к падению давления примерно на 5 %, реле давления переключает ходовой распределительный клапан, чтобы создать давление на конце крышки цилиндра и восстановить давление до максимального значения. Насос загружается только тогда, когда требуется жидкость. Эта схема будет непрерывно ламинировать детали и не требует теплообменника. Регулятор потока должен быть установлен на пониженную скорость, чтобы аккумулятор не сбрасывался слишком быстро, когда клапан управления направлением смещается для втягивания плиты. Поток для восполнения утечек незначителен и не требует высокой скорости.

Клапан сброса гидроаккумулятора, показанный на рис. 16-3, представляет собой обратный клапан с высоким передаточным числом, который удерживается в закрытом состоянии за счет низкого давления, когда насос не нагружен. Он открывается для сброса накопленной энергии при отключении насоса.

Для поглощения ударов: Быстроходные гидравлические контуры могут создавать скачки давления, вызывающие удары при резком прекращении потока. Аккумуляторы могут быть установлены в таких подверженных ударам контурах, чтобы уменьшить разрушительные скачки давления и расхода до приемлемого уровня или полностью устранить их. (Аккумуляторы могут справляться с другими проблемами, связанными с скачками давления, с некоторыми дополнительными клапанами для особых случаев.)

На рис. 16-4 показан аккумулятор, установленный для устранения скачков давления, вызванных внезапным блокированием потока. Заправка азотом в этой установке должна быть на 5-10 % выше рабочего давления. Это удерживает аккумулятор вне контура, за исключением случаев скачков давления. Аккумулятор баллонного типа работает здесь лучше всего из-за его быстрой реакции на изменения давления. (Будьте осторожны, применяя аккумуляторы к ударным ситуациям. Фактически можно усилить удар, вместо того, чтобы уменьшить или устранить его.)

Рис. 16-4. Использование аккумулятора для устранения ударов, вызванных внезапной остановкой потока

В качестве аварийного источника питания: Некоторым машинам с гидравлическим приводом всегда может потребоваться остановка в открытом положении, чтобы не повредить продукт или оборудование. Когда из-за сбоя питания гидравлический насос отключается, а машина находится в каком-либо положении, кроме открытого, должен быть какой-то способ открыть ее. Резервный насос с приводом от двигателя мог бы заполнить счет, а в некоторых случаях может быть лучшим средством. Другой вариант — использовать аккумуляторы, которые заряжаются перед первым циклом и удерживаются в таком состоянии до тех пор, пока машина не выключится. Накопленная энергия готова к циклу машины в открытое положение в случае сбоя питания.

Схема на рис. 16-5 управляет шиберным затвором на бункере для отходов, который открывается гидравлически для заполнения перегрузочного грузовика. Цепь расположена в отдаленном районе, подверженном перебоям в подаче электроэнергии, поэтому она была разработана для автоматического закрытия ворот в случае отключения электроэнергии.

Рис. 16-5. Использование аккумулятора в качестве аварийного источника питания

На принципиальной схеме показан цилиндр в состоянии покоя с работающим насосом. При запуске установки на соленоиды C и C2 на нормально открытых 2-ходовых распределителях подается питание. Они остаются под напряжением, пока работает насос. Первый поток насоса проходит через обратный клапан и заполняет аккумулятор жидкостью, достаточной для выдвижения цилиндра из любого открытого положения. Когда электричество доступно, ворота можно открывать и закрывать, чтобы сбрасывать отходы в ожидающий грузовик. Если грузовик заполняется и происходит сбой питания, насос останавливается, и все соленоиды обесточиваются. В этот момент аккумулятор подключается к концу крышки цилиндра, а жидкость в конце штока цилиндра имеет свободный путь к баку.

Обратите внимание на ручной слив, подключенный к линии между обратным клапаном и аккумулятором. Этот дренаж должен быть открыт перед работой с контуром. Табличка на машине предупреждает обслуживающий персонал о потенциальной опасности, если аккумулятор не слит. Аварийные источники питания являются единственным аккумуляторным контуром, который в большинстве случаев не может быть автоматически разряжен.

Меры предосторожности при работе с аккумуляторами

• Всегда принимайте меры для слива аккумулятора при выключении. (В конце этого раздела показано несколько способов автоматического слива аккумулятора. Кроме того, всегда есть старый запасной вариант — ручной слив.) Никогда не работайте с контуром с аккумулятором, пока не убедитесь, что давление в нем сброшено.
• Убедитесь, что поток аккумулятора ограничен до разумного уровня во время работы, и отключите его, чтобы избежать повреждения машины или трубопровода. Аккумуляторы будут разряжать жидкость с любой скоростью, которую позволяет путь выходного потока. Такой высокий поток длится недолго, но ущерб, который он причиняет, наносится быстро.
• Всегда изолируйте насос от аккумулятора обратным клапаном, чтобы жидкость не могла обратно течь в насос. Без обратного клапана обратный поток гидроаккумулятора может отбросить насос назад и в некоторых случаях привести к выходу из строя.
• Проверяйте давление предварительной зарядки аккумулятора при установке и не реже одного раза в день в течение первой недели эксплуатации. Если за это время заметной потери давления не наблюдается, сделайте следующую проверку через неделю. Если все в порядке, после этого проводите плановую проверку каждые три-шесть месяцев. Всякий раз, когда предварительное давление в аккумуляторе падает ниже номинального, объем доступной жидкости уменьшается, и, наконец, цикл замедляется.

Один из способов проверить предварительную заправку гидроаккумулятора — выключить насос, позволить гидроаккумулятору слить все масло обратно в бак, а затем соединить элементы зарядного комплекта, рис. 16-6. Сначала снимите крышку газового клапана и установите манометр комплекта заправки, шланг и Т-образную рукоятку в сборе на газовый клапан. Затем поверните тройник, чтобы открыть клапан и считать манометрическое давление. Однако каждый раз, когда выполняется эта операция, есть вероятность, что клапан не сядет на место и начнется утечка газа.

Рис. 16-6. Зарядка аккумулятора или проверка его давления предварительной зарядки с помощью набора для зарядки

Чтобы избежать потенциальной утечки газа, на рис. 16-7 показаны два неинвазивных метода проверки предварительной зарядки. И то и другое быстро, просто и может быть выполнено практически в любое время без длительного перерыва в производстве. Любой из этих способов обеспечивает быструю и достаточно тщательную проверку без вторжения в какую-либо сантехнику. Они не на 100 % точны, но будут в пределах ± 5 % от показаний манометра — практически любой, кто их использует. Метод слева наименее точен, особенно при использовании заполненного глицерином манометра.

Метод «Только запуск насоса» слева показывает скачок давления после запуска насоса, а затем устойчивый подъем до установленного давления. Этот первый скачок представляет собой давление предварительной зарядки, а устойчивый подъем происходит во время сжатия газа в камере или за поршнем. Продолжительность времени между первым скачком давления и достижением давления в системе зависит от объема аккумулятора и производительности насоса.

Рис. 16-7. Две неинвазивные процедуры проверки давления предварительной зарядки аккумулятора

Метод отключения насоса при полном давлении является самым простым и точным, особенно если клапан сброса гидроаккумулятора управляется вручную. Жидкость можно медленно сливать с помощью ручного сброса, поэтому манометр медленно достигает давления предварительной зарядки.

При использовании этого метода система должна находиться под давлением, а аккумулятор должен быть заряжен как минимум выше давления предварительной зарядки. При отключении системы открывается либо автоматический, либо ручной дренаж, и давление начинает падать. Поскольку манометр считывает давление масла, а единственная причина, по которой существует давление, — это захваченный газ над ним, давление упадет до точки, а затем внезапно упадет до нуля. Считайте давление, когда манометр внезапно упадет до нуля, чтобы определить предварительную заправку газом.

Этот метод является наиболее точным, но не таким точным, как показания манометра, поэтому используйте его для беглой проверки так часто, как это необходимо, чтобы увидеть, держится ли заряд газа.

Предварительное давление аккумулятора

Обычно газонаполненные аккумуляторы предварительно заряжаются примерно до 85 % минимального рабочего давления системы. Это гарантирует, что камера или поршень не сбрасывают всю жидкость во время каждого цикла. Если вся жидкость откачивается с высокой скоростью, баллоны могут застрять в тарельчатых клапанах, а поршни могут деформироваться, когда металл соприкасается с металлом.

В некоторых приложениях этот показатель 85% может быть низким, поскольку минимальное давление в системе низкое. В таком случае используйте гидроаккумулятор поршневого типа, поскольку поршень может перемещаться по стволу почти на любое расстояние без повреждений. Баллонный аккумулятор не следует использовать, если давление предварительной зарядки составляет менее половины максимального давления. Это позволяет избежать настолько сильного сжатия мочевого пузыря, что трение о самом себе приводит к образованию в нем отверстий.

Применение аккумуляторов

Многие приложения могут использовать аккумуляторы любого типа с одинаковыми удовлетворительными результатами. Однако бывают случаи, когда один конкретный стиль более чувствителен или предлагает более длительный срок службы. Как упоминалось в предыдущем разделе, величина давления предварительной зарядки является одной из причин выбора баллонного или поршневого аккумулятора.

Аккумуляторы с грузом медленно реагируют на повышение давления, поэтому они плохо работают в качестве амортизаторов. Гидроаккумуляторы снижают, но не останавливают скачки давления. Поршневые аккумуляторы не так быстро, как баллонные, реагируют на быстрое повышение давления. Поэтому в таких ситуациях лучшим выбором является аккумулятор баллонного типа.

Некоторые контуры аккумуляторов устанавливаются для гашения скачков высокого давления на выходе из поршневых насосов. Поршневой аккумулятор в этом приложении не может реагировать достаточно быстро, чтобы выполнить работу. Кроме того, короткий ход поршня и уплотнений может вызвать чрезмерный износ отверстия и уплотнений. Баллонный аккумулятор лучше всего работает в этой схеме.

Размеры аккумуляторов

Большинство поставщиков аккумуляторов предлагают в своей литературе информацию о размерах аккумуляторов для любой из вышеперечисленных цепей. Многие предлагают компьютерные программы, которые требуют только ввода системных требований. Затем программа вычисляет размер аккумулятора и выводит номер детали. Одна компания предлагает формулу и программное обеспечение для использования в Интернете.

Клапаны сброса гидроаккумулятора

Во всех вышеперечисленных применениях гидроаккумулятора (кроме случая аварийного энергоснабжения) жидкость гидроаккумулятора сливалась автоматически при отключении. Это очень важно, потому что аккумуляторы хранят энергию, которая может представлять угрозу безопасности и может привести к повреждению машины. Ниже приведены примеры различных типов клапанов и контуров сброса аккумулятора.

На рис. 16-8 показана одна часто используемая схема. Нормально открытый двухходовой гидрораспределитель с соленоидным управлением вставлен в линию насоса между запорным обратным клапаном и аккумулятором. Соленоид подключен так, что на него подается питание при запуске насоса и обесточивается при остановке насоса. Отверстие перед двухходовым клапаном регулирует поток, когда аккумулятор разряжается, чтобы предотвратить повреждение клапана. Эта схема одинаково хорошо работает с насосами с постоянным рабочим объемом или с насосами с компенсацией давления.

Рис. 16-8. Цепь, использующая электромагнитный клапан для сброса аккумулятора

Предостережение: некоторые электромагнитные клапаны, даже если они предназначены для непрерывной работы, сильно нагреваются при длительном включении. Такой перегрев может привести к образованию лаковых отложений и блокировке внутренних частей клапана в закрытом состоянии после отключения насоса. Это означает, что захваченная энергия не разряжается, и аккумулятор может причинить вред любому, кто работает с цепью.

Схема дампа на рис. 16-9только для насосов с компенсацией давления. Упакованный набор клапанов изолирует аккумулятор во время работы насоса и автоматически сбрасывает его при отключении. Комплект состоит из запорного обратного клапана, обратного клапана с пилотным управлением и дроссельной заслонки.

Рис. 16-9. Контур с гидравлическим приводом, который изолирует и опорожняет аккумулятор, питаемый насосом с компенсацией давления

При запуске насоса поток поступает в контур и аккумулятор. Давление на выходе насоса смещает пилотный обратный клапан, блокируя поток в резервуар. Когда аккумулятор заполнен, насос компенсирует отсутствие потока, и контур ожидает нового цикла. Когда давление падает, насос возвращается на ход и компенсирует поток, поступающий в контур. При остановке насоса управляющее давление на обратном клапане, закрывающем пилот, падает, и клапан смещается в открытое положение. Теперь запасённая в аккумуляторе энергия передаётся в бак через отверстие. Эта схема очень надежна, поскольку закрытие и/или открытие клапанов зависит от давления в системе или насосе.

Насос с фиксированным объемом должен быть подключен к резервуару при очень низком давлении, когда его поток не выполняет работу. Общая схема разгрузки насоса фиксированного объема и сброса аккумулятора показана на рис. 16-10. Разгрузочный предохранительный клапан с внутренним управлением и встроенным обратным клапаном направляет весь поток насоса в контур и аккумулятор до тех пор, пока в системе не будет достигнуто заданное давление. Когда регулирующий шар начинает разгружаться, давление в системе давит на разгрузочный поршень и выталкивает его из седла. Это снимает все давление с верхней части тарелки предохранительного клапана. Насос разгружается в бак при давлении от 25 до 100 фунтов на квадратный дюйм, пока давление в системе не упадет примерно на 15%. После этого падения сила пружины толкает разгрузочный поршень назад, и поток насоса снова поступает в контур.

Рис. 16-10. Контур с гидравлическим приводом, который изолирует, разгружает и опорожняет гидроаккумулятор, питаемый насосом с постоянным рабочим объемом.

Клапан сброса гидроаккумулятора блокирует попадание жидкости в бак при работающем насосе и открывается для сброса накопленной энергии, когда насос отключается. Клапан сброса гидроаккумулятора представляет собой обратный клапан с высоким соотношением (до 200:1) пилот-закрытие, который удерживается в закрытом состоянии за счет разгруженного или рабочего давления насоса. При соотношении площадей тарельчатого клапана и управляющего поршня 200:1 давление 25 фунтов на квадратный дюйм в пилотном порте остановится на уровне 5000 фунтов на квадратный дюйм при закрытии тарельчатого клапана. Это удерживает жидкость в контуре гидроаккумулятора до отключения насоса. Затем вся хранящаяся под давлением жидкость быстро и безопасно перетекает в резервуар. (Один поставщик предлагает разгрузочный предохранительный клапан и клапан сброса аккумулятора в одном корпусе. Эта комбинация упрощает трубопровод, обеспечивая тот же эффект.)

Другие области применения аккумуляторов

Аккумуляторы также используются в системах, в которых тепловое расширение может вызвать избыточное давление. Цилиндры с заблокированными отверстиями в зоне с высокой температурой окружающей среды могут работать под высоким давлением, если расширяющейся жидкости некуда идти.

Аккумуляторы также используются в качестве барьера между двумя разными жидкостями. Насос, использующий гидравлическую жидкость, поддерживает давление в контуре, в котором используется вода или другая несовместимая среда.