Hydraulisk ackumulator - Hydraulic accumulator
En hydraulisk ackumulator är en behållare för trycklagring där en okomprimerbar hydraulvätska hålls under tryck som appliceras av en extern mekanisk energikälla . Den externa källan kan vara en motor, en fjäder , en ökad vikt eller en komprimerad gas . En ackumulator gör det möjligt för ett hydraulsystem att klara extrema behov med en mindre kraftfull pump, för att reagera snabbare på ett tillfälligt behov och för att utjämna pulser. Det är en typ av energilagringsenhet .
Komprimerade gasackumulatorer, även kallade hydropneumatiska ackumulatorer, är den absolut vanligaste typen.
Typer av ackumulatorer
Torn
.jpg)
De första ackumulatorerna för William Armstrongs hydrauliska bryggmaskiner var enkla upphöjda vattentorn . Vatten pumpades till en tank på toppen av dessa torn med ångpumpar. När dockningsmaskiner krävde hydraulisk kraft gav det hydrostatiska huvudet på vattenhöjden över marken nödvändigt tryck.
Dessa enkla ackumulatorer var extremt långa. Till exempel är Grimsby Dock Tower , byggt 1852, 94 m (309 fot) högt. På grund av sin storlek var de kostsamma och konstruerades i mindre än ett decennium. Omkring samma tid arbetade John Fowler med byggandet av färjekajen vid närliggande New Holland men kunde inte använda liknande hydraulisk kraft eftersom de dåliga markförhållandena inte tillät att man byggde ett högt ackumulatortorn. När Grimsby öppnades var det redan föråldrat eftersom Armstrong hade utvecklat den mer komplexa, men mycket mindre, viktade ackumulator för användning i New Holland. År 1892 ersattes den ursprungliga Grimsby-tornets funktion, på Fowlers råd, av en mindre viktad ackumulator på en angränsande brygga, även om tornet fortfarande är ett välkänt landmärke.
Andra överlevande torn inkluderar ett intill East Float i Birkenhead , England och ett annat beläget vid Bramley-Moore Dock, Liverpool, England. Det senare tornet ska renoveras som en del av planerna för den föreslagna utvecklingen av området i samband med byggandet av en ny fotbollsarena för Everton FC
Höjd vikt
En ackumulator med förhöjd vikt består av en vertikal cylinder som innehåller vätska ansluten till hydraulledningen. Cylindern stängs av en kolv på vilken en serie vikter är placerade som utövar en nedåtriktad kraft på kolven och därigenom trycksätter vätskan i cylindern. Till skillnad från komprimerad gas och fjäderackumulatorer ger denna typ ett nästan konstant tryck, oavsett vätskevolymen i cylindern, tills den är tom. (Trycket kommer att minska något när cylindern töms på grund av vikten på kvarvarande vätska.)
Ett fungerande exempel på denna typ av ackumulator finns i hydraulmotorhuset, Bristol Harbour . Den ursprungliga ackumulatorn från 1887 är på plats i tornet, en extern ackumulator lades till 1954 och detta system användes fram till 2010 för att driva Cumberland Basin (Bristol) låsportar. Vattnet pumpas från hamnen till en huvudtank och matas sedan med tyngdkraften till pumparna. Arbetstrycket är 750 psi (5,2 MPa eller 52 bar ) som användes för att driva kranar, broar och lås i Bristol Harbour .
Den ursprungliga driftsmekanismen i Tower Bridge , London , använde också denna typ av ackumulator. Även om de inte längre används kan två av de sex ackumulatorerna fortfarande ses på plats i broens museum.
Regent's Canal Dock, nu kallad Limehouse Basin, har resterna av en hydraulisk ackumulator, från 1869, ett fragment av den äldsta kvarvarande anläggningen i världen, den andra vid bryggan, som installerades senare än den vid Poplar Dock , ursprungligen listad felaktigt som en signallåda för London och Blackwall Railway , när den identifierades korrekt, återställdes den som en turistattraktion av den nu nedlagda London Docklands Development Corporation . Det ägs nu av Canal & River Trust och är öppet för stora grupper på ansökan till Dockmaster's Office vid bassängen och på båda eftermiddagarna i London Open House Weekend , som hålls den tredje helgen i september varje år.
London hade ett omfattande offentligt hydrauliskt kraftverk från mitten av 1800-talet som slutligen slutade på 1970-talet med fem hydrauliska kraftverk, som drivs av London Hydraulic Power Company . Järnvägs varor yards och bryggor ofta hade sina egna separata system.
Luftfylld ackumulator
En enkel form av ackumulator är en sluten volym fylld med luft. Ett vertikalt rörsnitt, ofta förstorad diameter, kan vara tillräckligt och fyller sig med luft, fastnat när rörledningen fylls.
Sådana ackumulatorer har vanligtvis inte tillräcklig kapacitet för att vara användbara för att lagra betydande effekt eftersom de inte kan förladdas med högtrycksgas, men de kan fungera som en buffert för att absorbera fluktuationer i tryck. De används för att jämna ut leveransen från kolvpumpar. En annan användning är som en stötdämpare för att dämpa ut vattenhammer , denna applikation är en integrerad del av de flesta rampumpar . Förlust av luft kommer att leda till förlust av effektivitet, om luft kommer att gå förlorat över tid måste designen innehålla något sätt att förnya den.
Komprimerad gas (eller gasladdad) sluten ackumulator
En komprimerad gasackumulator består av en cylinder med två kamrar som är åtskilda av ett elastiskt membran, en helt sluten blåsan eller en flytande kolv. En kammare innehåller vätskan och är ansluten till hydraulledningen. Den andra kammaren innehåller en inert gas (vanligtvis kväve ), vanligtvis under tryck, som ger kompressionskraften på hydraulvätskan. Inert gas används eftersom syre och olja kan bilda en explosiv blandning när de kombineras under högt tryck. När volymen på den komprimerade gasen ändras förändras gasens tryck (och trycket på vätskan) omvänt.
För lågtrycksvattensystem använder vattnet vanligtvis en gummiblås i tanken (bilden), vilket förhindrar kontakt med tanken som annars skulle behöva vara korrosionsbeständig. Enheter som är konstruerade för högtrycksapplikationer såsom hydrauliska system är vanligtvis förladdade till ett mycket högt tryck (närmar sig systemets driftstryck) och är utformade för att förhindra att urinblåsan eller membranet skadas av detta inre tryck när systemtrycket är lågt. För urinblåsartyper kräver detta i allmänhet att urinblåsan fylls med gasen så att när systemtrycket är noll utvidgas urinblåsan helt i stället för att krossas av gasladdningen. För att förhindra att urinblåsan tvingas ut ur anordningen när systemtrycket är lågt finns antingen en antiextruderingsplatta fäst vid urinblåsan som trycker mot och förseglar ingången, eller en fjäderbelastad platta vid ingången som stänger när urinblåsan pressar mot den.
Det är möjligt att öka ackumulatorns gasvolym genom att koppla en gasflaska till ackumulatorns gassida. För samma svängning i systemtrycket kommer detta att resultera i att en större del av ackumulatorvolymen används. Om trycket inte varierar inom ett mycket stort område kan detta vara ett kostnadseffektivt sätt att minska storleken på den ackumulator som behövs. Om ackumulatorn inte är av kolvtyp måste man se till att urinblåsan eller membranet inte skadas i någon förväntad övertryckssituation, men många ackumulatorer av urinblåsan kan inte tolerera att blåsan krossas under tryck.
En komprimerad gasackumulator uppfanns av Jean Mercier för användning i propellrar med variabel stigning .
Fjädertyp
En ackumulator av fjädertyp liknar den gasladdade ackumulatorn ovan, förutom att en tung fjäder (eller fjädrar) används för att åstadkomma kompressionskraften. Enligt Hookes lag är storleken på den kraft som utövas av en fjäder linjärt proportionell mot dess längdförändring. När fjädern komprimeras ökas därför kraften som den utövar på vätskan linjärt.
Metallbälg typ
Metallbälgans ackumulatorer fungerar på samma sätt som den komprimerade gastypen, förutom att det elastiska membranet eller den flytande kolven ersätts av en hermetiskt tillsluten svetsad metallbälg . Vätska kan vara inre eller yttre i förhållande till bälgen. Fördelarna med metallbälgstypen inkluderar exceptionellt låg fjäderhastighet, vilket gör att gasladdningen kan göra allt arbete med liten tryckförändring från full till tom, ett långt slag som möjliggör effektiv användning av höljesvolymen och bälgen kan byggas att vara motståndskraftig mot betydande övertryck som skulle krossa en separator av urinblåsan. Den svetsade ackumulatorn av metallbälgar ger en exceptionellt hög ackumulatorprestanda och kan produceras med ett brett spektrum av legeringar vilket resulterar i ett brett spektrum av vätskekompatibilitet. Andra fördelar med denna typ är att den inte möter problem med högtrycksdrift, kan vara byggd för att vara motståndskraftig mot mycket höga eller låga temperaturer eller vissa aggressiva kemikalier och kan vara betydligt längre i vissa situationer. Metallbälgar tenderar att vara betydligt dyrare än andra vanliga typer att producera.
En ackumulator fungerar
I moderna, ofta mobila, hydrauliska system är den föredragna artikeln en gasladdad ackumulator, men enkla system kan vara fjäderbelastade. Det kan finnas mer än en ackumulator i ett system. Den exakta typen och placeringen av var och en kan vara en kompromiss på grund av dess effekter och tillverkningskostnader.
En ackumulator placeras nära pumpen med en backventil som förhindrar flöde tillbaka till pumpen. När det gäller pumpar av kolvtyp är denna ackumulator placerad på en idealisk plats för att absorbera energipulsationer från flerkolvspumpen . Det hjälper också till att skydda systemet från flytande hammare . Detta skyddar systemkomponenter, särskilt rörledningar, från båda potentiellt destruktiva krafter.
En ytterligare fördel är den extra energi som kan lagras medan pumpen är föremål för låg efterfrågan. Designern kan använda en pump med mindre kapacitet. De stora utflykterna av systemkomponenter, såsom landningsställ på ett stort flygplan, som kräver en avsevärd volym vätska kan också dra nytta av en eller flera ackumulatorer. Dessa placeras ofta nära efterfrågan för att övervinna begränsningar och drag från långa rörledningskörningar. Utflödet av energi från en urladdningsackumulator är mycket större under en kort tid än till och med stora pumpar skulle kunna generera.
En ackumulator kan bibehålla trycket i ett system under perioder då det är små läckor utan att pumpen ständigt slås på och av. När temperaturförändringar orsakar tryckutflykt hjälper ackumulatorn till att absorbera dem. Dess storlek hjälper till att absorbera vätska som annars kan vara låst i ett litet fast system utan utrymme för expansion på grund av ventilarrangemang.
Gasförladdningen i en ackumulator är inställd så att separationsblåsan, membranet eller kolven inte når eller träffar någon av ändarna på manövercylindern. Konstruktionsförladdningen säkerställer normalt att de rörliga delarna inte gör foul i ändarna eller blockerar vätskekanaler. Dåligt underhåll av förladdningen kan förstöra en driftsackumulator. En korrekt utformad och underhållen ackumulator ska fungera problemfri i flera år.