Гидроаккумулятор — это резервуар для хранения давления , в котором несжимаемая гидравлическая жидкость удерживается под давлением, которое прикладывается внешним источником механической энергии . Внешним источником может быть двигатель, пружина , поднятый груз или сжатый газ . [примечание 1] Аккумулятор позволяет гидравлической системе справляться с экстремальными нагрузками с помощью менее мощного насоса, быстрее реагировать на временную нагрузку и сглаживать пульсации. Это тип устройства для хранения энергии .
Аккумуляторы сжатого газа, также называемые гидропневматическими аккумуляторами, являются наиболее распространенным типом.
.jpg/1280px-Grimsby_Dock_Tower_(aerial_view).jpg)
Первые аккумуляторы для гидравлических доковых машин Уильяма Армстронга представляли собой простые поднятые водонапорные башни . Вода закачивалась в бак наверху этих башен паровыми насосами. Когда доковым машинам требовалась гидравлическая энергия, гидростатический напор высоты воды над землей обеспечивал необходимое давление.
Эти простые аккумуляторы были чрезвычайно высокими. Например, башня дока Гримсби , построенная в 1852 году, имеет высоту 309 футов (94 м). Из-за своего размера они были дорогими, и поэтому были построены менее чем за десятилетие. Примерно в то же время Джон Фаулер работал над строительством паромного причала в соседней Новой Голландии , но не мог использовать подобную гидравлическую мощность, поскольку плохие условия грунта не позволяли построить высокую башню аккумулятора. К тому времени, когда Гримсби был открыт, он уже устарел, поскольку Армстронг разработал более сложный, но гораздо меньший, утяжеленный аккумулятор для использования в Новой Голландии. [1] В 1892 году функция первоначальной башни Гримсби была заменена, по совету Фаулера, меньшим утяжеленным аккумулятором на соседнем доке, хотя башня и по сей день остается известной достопримечательностью.
Другие сохранившиеся башни включают одну, примыкающую к East Float в Биркенхеде , Англия, и другую, расположенную в доке Брэмли-Мур, Ливерпуль, Англия. Последняя башня должна быть отремонтирована в рамках планов по предлагаемому развитию района, связанного со строительством нового футбольного стадиона для ФК Эвертон
Аккумулятор поднятого веса состоит из вертикального цилиндра, содержащего жидкость, соединенного с гидравлической линией. Цилиндр закрыт поршнем, на котором размещен ряд грузов, которые оказывают направленное вниз усилие на поршень и тем самым нагнетают давление на жидкость в цилиндре. В отличие от сжатого газа и пружинных аккумуляторов, этот тип обеспечивает почти постоянное давление, независимо от объема жидкости в цилиндре, пока он не опустеет. (Давление будет несколько снижаться по мере опорожнения цилиндра из-за снижения веса оставшейся жидкости.)
Рабочий пример этого типа аккумулятора можно найти в гидравлическом машинном отделении гавани Бристоля . [2] Оригинальный аккумулятор 1887 года находится в своей башне, внешний аккумулятор был добавлен в 1954 году, и эта система использовалась до 2010 года для питания шлюзовых ворот Камберлендского бассейна (Бристоль) . Вода перекачивается из гавани в напорный резервуар, а затем самотеком подается в насосы. Рабочее давление составляет 750 фунтов на квадратный дюйм (5,2 МПа или 52 бар ), что использовалось для питания кранов, мостов и шлюзов гавани Бристоля . [ требуется цитата ]
Оригинальный рабочий механизм моста Тауэр в Лондоне также использовал этот тип аккумулятора. Хотя он больше не используется, два из шести аккумуляторов все еще можно увидеть на месте в музее моста. [3]
В доке канала Риджентс, который теперь называется Лаймхаус-Бейсин, сохранились остатки гидравлического аккумулятора, датируемого 1869 годом, фрагмент старейшего сохранившегося подобного сооружения в мире, второго в доке, который был установлен позже, чем в доке Поплар , изначально ошибочно указанный как сигнальная будка для железной дороги Лондона и Блэкуолла , после правильной идентификации он был восстановлен в качестве туристической достопримечательности ныне несуществующей Лондонской корпорацией развития доков . [ необходимо разъяснение ] В настоящее время он принадлежит Canal & River Trust и открыт для больших групп по заявлению в офисе начальника дока в бассейне и в оба дня Дня открытых дверей в Лондоне , который проводится в третьи выходные сентября каждого года. [4]
В Лондоне была обширная общественная гидравлическая система электроснабжения с середины девятнадцатого века, которая окончательно закрылась в 1970-х годах с 5 гидравлическими электростанциями, эксплуатируемыми London Hydraulic Power Company . Железнодорожные грузовые дворы и доки часто имели свою собственную отдельную систему. [ необходима цитата ]
Простая форма аккумулятора — это закрытый объем, заполненный воздухом. Вертикальный участок трубы, часто увеличенного диаметра, может быть достаточным и заполняется воздухом, удерживаемым по мере заполнения трубопровода.
Такие аккумуляторы обычно не обладают достаточной емкостью, чтобы быть полезными для хранения значительной мощности, поскольку они не могут быть предварительно заряжены газом высокого давления, но они могут действовать как буфер для поглощения колебаний давления. Они используются для сглаживания подачи от поршневых насосов. Другое применение — в качестве амортизатора для гашения гидравлического удара ; это приложение является неотъемлемой частью большинства поршневых насосов . Потеря воздуха приведет к потере эффективности. Если воздух теряется с течением времени, конструкция должна включать какой-то способ пополнения аккумулятора.
Аккумулятор сжатого газа состоит из цилиндра с двумя камерами, которые разделены эластичной диафрагмой, полностью закрытым баллоном или плавающим поршнем. Одна камера содержит жидкость и соединена с гидравлической линией. Другая камера содержит инертный газ (обычно азот ), обычно под давлением, который обеспечивает сжимающее усилие на гидравлическую жидкость. Инертный газ используется, потому что кислород и масло могут образовывать взрывоопасную смесь при соединении под высоким давлением. При изменении объема сжатого газа давление газа (и давление на жидкость) изменяется обратно пропорционально.
Для систем с низким давлением воды вода обычно заполняет резиновый баллон внутри бака (на фото), предотвращая контакт с баком, который в противном случае должен был бы быть устойчивым к коррозии. Устройства, предназначенные для приложений с высоким давлением, таких как гидравлические системы, обычно предварительно заряжаются до очень высокого давления (приближающегося к рабочему давлению системы) и предназначены для предотвращения повреждения баллона или мембраны этим внутренним давлением, когда давление в системе низкое. Для типов баллонов это обычно требует, чтобы баллон был заполнен газом, так что когда давление в системе равно нулю, баллон полностью расширяется, а не раздавливается газовым зарядом. Чтобы предотвратить выталкивание баллона из устройства, когда давление в системе низкое, обычно либо к баллону прикреплена антиэкструзионная пластина, которая прижимается и герметизирует вход, либо подпружиненная пластина на входе, которая закрывается, когда баллон прижимается к нему.
Можно увеличить объем газа в аккумуляторе, подсоединив газовый баллон к газовой стороне аккумулятора. При том же колебании давления в системе это приведет к использованию большей части объема аккумулятора. Если давление не меняется в очень широком диапазоне, это может быть экономически эффективным способом уменьшения размера необходимого аккумулятора. Если аккумулятор не поршневого типа, необходимо позаботиться о том, чтобы баллон или мембрана не были повреждены в любой ожидаемой ситуации избыточного давления, многие аккумуляторы баллонного типа не выдерживают сдавливания баллона под давлением.
Аккумулятор сжатого газа был изобретен Жаном Мерсье [5] для использования в винтах изменяемого шага .
Пружинный аккумулятор по принципу действия похож на газовый аккумулятор, описанный выше, за исключением того, что для обеспечения сжимающей силы используется тяжелая пружина (или пружины). Согласно закону Гука, величина силы, оказываемой пружиной, линейно пропорциональна изменению ее длины. Поэтому по мере сжатия пружины сила, оказываемая ею на жидкость, линейно увеличивается.
Металлические сильфонные аккумуляторы функционируют аналогично газовым аккумуляторам, за исключением того, что эластичная диафрагма или плавающий поршень заменяются герметично сварными металлическими сильфонами . Жидкость может быть внутренней или внешней по отношению к сильфонам. Преимущества металлического сильфонного типа включают в себя исключительно низкую жесткость пружины, что позволяет газовому заряду выполнять всю работу с небольшим изменением давления от полного до пустого, длинный ход, который позволяет эффективно использовать объем корпуса, и сильфоны могут быть изготовлены так, чтобы быть устойчивыми к избыточному давлению, которое раздавило бы сепаратор типа баллона. Сварной металлический сильфонный аккумулятор обеспечивает исключительно высокий уровень производительности аккумулятора и может быть изготовлен из широкого спектра сплавов, что обеспечивает широкий диапазон совместимости с жидкостями. Другие преимущества этого типа заключаются в том, что он не сталкивается с проблемами при работе под высоким давлением, может быть изготовлен так, чтобы быть устойчивым к очень высоким или низким температурам или определенным агрессивным химикатам, и может быть более долговечным в некоторых ситуациях. Металлические сильфоны, как правило, намного дороже в производстве, чем другие распространенные типы.
В современных, часто мобильных, гидравлических системах предпочтительным элементом является газовый аккумулятор, но простые системы могут быть подпружиненными. В системе может быть более одного аккумулятора. Точный тип и размещение каждого из них может быть компромиссом [ необходимо уточнение ] из-за его эффектов и стоимости производства.
Аккумулятор размещается рядом с насосом с обратным клапаном, предотвращающим обратный поток к насосу. В случае насосов поршневого типа этот аккумулятор размещается в идеальном месте для поглощения пульсаций энергии от многопоршневого насоса . [ требуется цитата ] Он также помогает защитить систему от гидравлического удара . Это защищает компоненты системы, в частности трубопроводы, от обеих потенциально разрушительных сил.
Дополнительным преимуществом является дополнительная энергия, которая может быть сохранена, пока насос находится в состоянии низкого спроса. Проектировщик может использовать насос меньшей мощности. Большие отклонения компонентов системы, таких как шасси большого самолета, которые требуют значительного объема жидкости, также могут выиграть от одного или нескольких аккумуляторов. Их часто размещают близко к спросу, чтобы помочь преодолеть ограничения и сопротивление от длинных трубопроводов. Отток энергии из разряжающегося аккумулятора намного больше, в течение короткого времени, чем могут генерировать даже большие насосы.
Аккумулятор может поддерживать давление в системе в течение периодов, когда есть небольшие утечки, без постоянного включения и выключения насоса. Когда изменения температуры вызывают отклонения давления, аккумулятор помогает их поглощать. Его размер помогает поглощать жидкость, которая в противном случае могла бы быть заперта в небольшой фиксированной системе без возможности расширения из-за расположения клапанов.
Предварительная загрузка газа в аккумуляторе устанавливается таким образом, чтобы разделительный баллон, диафрагма или поршень не достигали и не ударяли ни один из концов рабочего цилиндра. Предварительная загрузка конструкции обычно гарантирует, что движущиеся части не засорят концы или не заблокируют проходы для жидкости. Ненадлежащее обслуживание предварительной зарядки может разрушить рабочий аккумулятор. Правильно спроектированный и обслуживаемый аккумулятор должен работать безотказно в течение многих лет. [ необходима цитата ]
