Acumulatoare hidraulice

ACUMULATOARE HIDRAULICE

1. ROLUL ACUMULATOARELOR HIDRAULICE

In 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 foloseste ca 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 furnizeaza presiuni 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 FUNCTIONARE

2.1. Clasificare

Criteriul 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-gaz

au 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 greutate

Aceste 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 pentru prevenirea reculului.

Acumulatorul incarcat cu arc

Acest 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.

a. b. C.

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-gaz

sunt de doua tipuri principale: cu piston si cu element elastic din cauciuc.

Acumulatoarele cu piston ﴾fig. 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 membrana ﴾fig. 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 dm³ si 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) - sectiune

Corpul, 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 elastice in 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. Un disc vulcanizat plasat 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 balon ﴾fig. 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 fabrica pentru 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.

a. b. C.

Fig. 4. Prezentarea comparativa a diverselor tipuri de acumulatoare cu element de separatie

Legenda:

1 - ventil de umplere

2 - camera cu azot

3 - corp acumulator

4 - piston

' - membrana

balon

5 - etansare

6 - inel ghidare

7 - inel etansare

8 - taler

9 - supapa

10 - racord ulei

In 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 descarca prin 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 TEHNICE

Lichidul de lucru din instalatiile in care sunt amplasate acumulatoarele hidraulice este de cele mai multe ori uleiul hidraulic; parametrii principali ai acestui fluid sunt:

Parametrii principali ai acumulatorului:

p_max [ bar] - presiunea maxima admisibila a lichidului si gazului;

V_o [cm³] - capacitatea totala a acumulatorului.

3.1. Presiuni

La 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:

p₀ = 0,9 p₁ Presiunea p₀ trebuie sa fie mai mica decat p₁, astfel incat la acumulator complet golit balonul sa nu loveasca permanent (uzura) supapa de ulei.

p₂ ≤ 3 p₁ Presiunea p₂ nu 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 p₁ si p₂ . Prin inegalitatea (2) se micsoreaza gradul de utilizare a capacitatii maxime a acumulatorului.

3.2. Volume de ulei

Presiunilor p₀, p₁ si p₂ le corespund volumele de gaz V₀, V₁ si V₂, unde V₀ este totodata si volumul nominal al acumulatorului (vezi figura nr. 7).

Volumul util este diferenta:

Fig. 7. Variatia volumelor de ulei intr-un acumulator

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 practice ﴾fig.7﴿:

1) p_o = 0.9 p₁ sau p₁ = 1.1 p_o ﴾acumulatorul nu trebuie descarcat complet﴿;

2) p₂ 3 p₁ sau p₂ 3.3 p_o ﴾nu trebuie suprasolicitata elasticitatea balonului de cauciuc﴿;

3) p₂ 0.8 p_max;

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. EXEMPLE DE UTILIZARE A ACUMULATOARELOR

4.1. Compensarea debitelor variabile

La instalatiile hidraulice complexe sunt necesare ciclic debite mari pentru scurta durata, ceea ce ar insemna instalarea unor pompe mari, cu rezervoare de ulei mari si motoare electrice de antrenare corespunzatoare.

Introducerea acumulatoarelor hidraulice ca surse secundare de energie are ca efect rationalizarea puterii hidraulice instalate, in sensul folosirii unor pompe si rezervoare de ulei relativ mici.

In exemplul din figura nr. 8 se constata ca pompa furnizeaza un debit mediu, varful de debit fiind preluat de catre un acumulator. In fazele cu necesar mic de debit, se incarca acumulatorul.

Fig. 8. Preluarea debitului suplimentar de catre acumulator

Calcularea debitului mediu (instalat) al pompei si descarcarea acumulatorului se efectueaza prin metode grafice sau cu ajutorul relatiilor:

pentru cilindri : (l/min)

= debitul mediu la faza "i" a ciclului

unde : = suma volumelor tuturor consumatorilor in timpul fazei de lucru "i" (in dm³).

t_i = durata fazei de lucru "i" in (sec) pentru motoare rotative:

debitul instalat al pompei:

Daca acumulatorul este incarcat si urmatoarea descarcare are loc dupa un timp mai indelungat, atunci se impune descarcarea pompei la tanc prin supapa de siguranta cu ventil electric de cuplare-decuplare sau reducerea debitului pompei (pompa reglabila cu regulator de presiune).

Daca un acumulator este instalat intr-un circuit care necesita debite diferite pe faze, se poate utiliza o pompa cu un debit mai mic. De exemplu, daca acumulatorul trimite o cantitate de fluid catre actuator, pompa nu va mai trebui sa furnizeze acea cantitate de fluid. Prin urmare, puterea de antrenare necesara (p x Q) este mai mica decat produsul presiunii cu debitul maxim necesar. Nivelul presiunii, care este diferit pentru fiecare actuator, nu trebuie sa induca in eroare; in masura in care timpul de stocare permite, acumulatorul trimite in circuit fluidul stocat la presiunea stabilita prin reglarea supapei de siguranta, care este egala cu presiunea maxima ceruta de elementul care necesita cea mai mare forta in raport cu diametrul sau.

Considerand ca un ciclu de lucru este impartit in 3 faze (Figura 9), si fiecare ciclu de lucru solicita aceeasi presiune maxima.

Fig. 9. Ciclu de lucru cu 3 faze care solicita debite diferite

Pe durata fiecarui ciclu, actuatoarele lucreaza numai pe durata fazelor fiecaruia. Pe fazele I si II, cilindrii necesita un debit care este mai mic decat debitul pe care pompa il poate furniza, iar fluidul suplimentar este impins catre acumulator; intre prima si a doua faza, actuatoarele sunt la capat de cursa (debit egal cu zero chiar si la presiune maxima) si intregul debit al pompei este durijat catre acumulator. Motorul hidraulic care lucreaza in a treia faza necesita o anumita cantitate de ulei furnizat de pompa la debitul maxim si pe de alta parte de acumulatorul care anterior a stocat fluid, pentru a dezvolta o anumita viteza. Chiar si pe perioadele de timp mort dintre cicluri (zona "e"), intregul debit al pompei este trimis catre acumulator.

Chiar daca se constata o reducere considerabila a cilindreei, este clar ca debitul pompei este intotdeauna mai mare decat debitul maxim solicitat de actuatoarele care nu solicita ajutorul acumulatorului; aceasta este esential daca nu este posibil sa se stocheze suficient fluid pe durata timpilor morti.

4.2. Mentinerea constanta a unei presiuni si compensarea pierderilor prin neetanseitati

Daca trebuie mentinuta o presiune constanta pe un anumit circuit hidraulic, pe o durata de timp mai mare, atunci, prin introducerea unui acumulator cu membrana (figura 10), pompa poate fi utilizata in alte scopuri sau poate debita liber la tanc.

Camera umpluta cu azot a acumulatorului mentine constanta presiunea hidraulica si completeaza pierderile prin neetanseitati.

Fig. 10. Utilizarea unui acumulator pentru mentinerea constanta a presiunii in circuit

4.3. Uniformizarea unui debit pulsatoriu

Pentru uniformizare se monteaza un acumulator cu membrana pe circuitul de refulare al pompei, intercalat intre pompa si actuator.

Fig. 11. Schema de principiu pentru uniformizarea debitului cu acumulator

Acumulatorul este eficient numai daca uleiul refulat de pompa este transmis direct la acumulator (figura 12), sau altfel spus, sa fie montat cat mai aproape de pompa.

Fig. 12. Amortizarea pulsatiilor cu acumulator

4.4. Elemente de amortizare

Acumulatoarele hidraulice sunt curent folosite ca elemente de amortizare la autovehicule.

In figura 13 se prezinta sistemul hidropneumatic de amortizare cu reglaj de nivel al sasiului (sistem CITROEN); figura 14 prezinta un alt exemplu de amplasare a acumulatoarelor in sistemul de amortizare al autovehiculelor.

Fig. 13. Utilizarea acumulatoarelor hidraulice in sistemul de suspensie CITROEN

Fig. 14. Aplicatie de utilizare la suspensie

In aceste situatii, acumulatoarele inlocuiesc arcurile elicoidale sau cu foi din sistemele de suspensie ale vehiculelor auto-propulsate sau ale camioanelor. Circuitul, fara pompa, consta dintr-un cilindru a carui camera de volum mare este conectata la acumulator. Droselul permite reglarea amortizarii (fig. 14).

4.5. Amortizor de socuri

In cazul socurilor de presiune care iau nastere la inchiderea brusca a unui organ de distributie sau la incheierea cursei pistonului unui cilindru hidraulic, se poate limita cresterea presiunii la o valoare p_L, prin utilizarea unui acumulator care trebuie sa aiba capacitatea nominala V₀ (cm³) si trebuie sa fie umplut cu azot la presiunea p₀(bar).

4. Alte aplicatii

a)     Rezerva de energie pentru cazuri de avarie

La caderea unei statii de alimentare, se poate utiliza energia de presiune din acumulator pentru a se incheia, de exemplu, un ciclu de lucru.

Fig. 15. Circuit de securitate in caz de avarie (reset de urgenta)

In figura 15 este prezentata o metoda simpla care poate fi adoptata pentru a rezolva aceasta problema: acumulatorul poate aduce actuatorii in pozitia initiala chiar si daca nu mai pot fi alimentate cu tensiune electrica pompa si distriubuitoarele

b) Compensarea volumelor

Variatiile de volum dintr-un circuit hidraulic inchis, datorate variatiilor de presiune si temperatura, pot fi compensate cu ajutorul acumulatoarelor.

c) Recuperarea energiei de franare

Fig. 1 Schema instalatiei de recuperare a energiei de franare

In figura de mai sus, acumulatorul hidraulic este utilizat pentru stocarea energiei captate la franarea unui vehicul cu propulsie realizata in mod normal cu motor termic.

La franare, unitatea hidraulica UH lucreaza ca pompa si incarca acumulatorul SA; in faza de demarare, energia stocata in acumulator este transmisa catre trenul de rulare, dupa ce este transformata in energie mecanica prin intermediul UH, care in acest caz lucreaza ca motor hidraulic.

5. MARCAREA ACUMULATOARELOR HIDRAULICE

Pe 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 de regim 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 LIVRARE

La 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.

7. ACCESORII, INSTALARE, INTRETINERE

Companiile 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.

7.1. Deflectorul anti-pulsatie

Cand acumulatorul este utilizat ca amortizor de pulsatii, este indicat a se introduce un deflector conic prevazut cu o serie de gauri in fitting-ul in forma de T care face conexiunea lichidului. (Figura 17).

Fig. 17. Deflector anti-pulsatie

7.2. Supapa de siguranta pentru gaz

Presiunile care sunt mai mari decat presiunea de lucru maxima p₂ pot distruge acumulatorul si pot cauza pericole serioase. Supapa de siguranta sau supapa de presiune reglata la presiunea p₂ permite scurgerea azotului aflat la presiuni mai mari decat cele normale de lucru, in special in caz de temperaturi excesive.

Principiul de operare al supapei de siguranta este bazat pe forta unui arc care actioneaza pe un scaun conic (Fig. 18); cand apare o presiune mai mare decat p₂, gazul este eliberat prin zona de purjare. In aceasta supapa, portul de conexiune cu gazul trebuie sa fie in contact cu azotul din acumulator. Acumulatoarele prevazute cu arc necesita un dispozitiv de conectare in scopul conectarii acestei valve cu supapa de umplere.

Fig. 18. Supapa de presiune pentru acumulator

7.3. Dispozitivul de securitate in partea fluidului hidraulic

Blocul de siguranta si inchidere

Este recomandabila utilizarea unui bloc de siguranta si inchidere specific pentru montajul acumulatoarelor in instalatii hidraulice, care serveste urmatoarele scopuri:

realizeaza siguranta acumulatorului, prin supapa de presiune a blocului reglata si sigilata de catre producator;

permite izolarea acumulatorului (inchiderea), prin robinetul inglobat in bloc;

permite montarea unui manometru care indica presiunea din acumulator;

permite descarcarea acumulatorului (la partea de ulei) la bazin printr-un robinet inglobat;

Schema blocului de siguranta este prezentata in figura 19.

Fig. 19. Blocul de siguranta - schema hidraulica

Teoretic, acumulatorul necesita doar o supapa (robinet) cu 2 cai pentru a fi conectat la circuitul hidraulic: cand aceasta supapa este inchisa, circuitul lucreaza fara acumulator, iar cand este deschisa, fluidul sub presiune este stocat sau curge in circuit. Cand pompa nu lucreaza si supapa este deschisa, fluidul curge la rezervor.

De fapt, in scopul respectarii standardelor de securitate, acumulatorul trebuie sa fie echipat cu o supapa de inchidere, o supapa de rezervor si o supapa de presiune reglata la presiunea maxima p₂. In plus, acumulatorul trebuie echipat cu un capac de protectie sigilat, daca organismele autorizate de reglementare (precum TÜV) stabilesc asta. Supapa de siguranta trebuie sa fie utilizata exclusiv pentru securitatea acumulatorului si este strict interzis ca ea sa fie utilizata ca supapa de siguranta a intregului sistem.

Alte dispozitive pentru controlul directiei si debitului sunt alcatuite din diverse componente, de la robineti simpli cu bila cu 2/3 cai pana la diverse tipuri de supape ( in special cu scaun). Figura 20 arata schemele standard de operare. Blocul (a) este cel mai simplu, actionarea manetei distribuitorului 2/2 pune in circuit sau izoleaza acumulatorul; valva fluture manuala (sau sferica) conecteaza acumulatorul la rezervor si permite demontarea sau efectuarea operatiilor de intretinere. Blocul (b) se compune dintr-o supapa de presiune si un robinet de by-pass cu bila si cu 3 cai: acumulatorul este conectat la iesire; miscarea manetei duce la conectarea acumulatorului la rezervor, iar droselul controleaza viteza sa. Blocul (c) permite controlul de la distanta - acumulatorul este operat cand bobina electromagnetului supapei nu mai este alimentata.

Sistemul (d) este de asemenea echipat cu un drosel cu supapa de sens care permite reglarea debitului doar pe durata curgerii din acumulator.

Fig. 20. Scheme dispozitive de securitate

8. MONTAJ

8.1. Locul de montare

Pentru 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 Φ 150 mm si 150 mm inaltime.

8.2. Pozitia de montaj

Acumulatorul 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.

8.3. Modul de fixare

Acumulatoarele de presiune cu un continut pana la 10 litri si prevazute cu flanse se pot monta vertical fara consola si fara alte reazeme pe conducte de racordare, cu conditia ca aceasta sa fie lipsita de vibratii.

In principiu, toate tipurile de acumulatoare trebuie amplasate in locuri fara trepidatii, folosindu-se in acest scop o consola prevazuta cu inel de sprijin din cauciuc, precum si bride de fixare.

Avand in vedere forma exterioara a acumulatoarelor cu balon sau membrana, acestea necesita montarea cu ajutorul unor inele fixate de perete si stranse de partea cilindrica a acumulatorului; un inel elastic de amortizare este plasat intre suportul pe care se asaza acumulatorul si partea inferioara a acestuia.

Fig. 21. Fixarea unui acumulator

Se va tine cont ca este cu desavarsire interzis sa se sudeze la acumulator un dispozitiv de fixare.

8.4. Racordarea

Iesirea hidraulica a acumulatorului este prevazuta cu filet interior. In programul standard al intreprinderii producatoare sunt prevazute piese de trecere filetate si piese de trecere cu flansa cu garnitura de etansare interioara (inel O).

Sistemul de conducte al acumulatorului trebuie sa fie perfect etans si lipsit de tensiuni.

Acumulatorul trebuie sa poata fi separat de sistemul hidraulic aflat sub presiune. Se recomanda in acest scop folosirea blocului de siguranta si inchidere livrat de catre producatorul de acumulatoare, in care sunt montate toate elementele necesare.

La insurubarea unei piese de trecere (sau a unei armaturi), in acumulator, trebuie sa se foloseasca o cheie pentru a se tine contra; aceasta cheie se aplica la fetele aplatisate ale corpului supapei de ulei.

8.5. Siguranta sistemului

Conform prescriptiilor ISCIR, trebuie sa se monteze o supapa de siguranta probata in prealabil, a carei presiune de reglare trebuie sa corespunda presiunii maxime admisibile de regim a acumulatorului, si care trebuie astfel dimensionata, incat intregul debit al generatorului de presiune sa poata fi evacuat, fara a se depasi presiunea cu mai mult de 10%.

Se recomanda sa se foloseasca blocul de siguranta si inchidere livrat de catre fabricant la cerere, in care este montata o supapa de suprapresiune reglata prin probare.

Aceasta supapa se gaseste intre organul de inchidere si acumulator, astfel incat se respecta prescriptiile de siguranta si in cazul ca acumulatorul este deconectat de la sistemul hidraulic.

9. PUNEREA IN FUNCTIUNE

Inainte 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.

9.1. Presiunea prealabila de umplere P₀.

Presiunea prealabila de umplere P₀ trebuie sa fie egala sau mai mare decat ¼ 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.

9.2. Realizarea, modificarea si controlul presiunii prealabile de umplere

Realizarea si modificarea presiunii prealabile de umplere se face cu ajutorul unui dispozitiv de umplere si probare de catre fabricant, la cerere. Acest dispozitiv se insurubeaza direct la robinetul de gaz al acumulatorului si, printr-un tub flexibil de legatura ce apartine acestui dispozitiv, se racordeaza la o butelie de azot de tipul celor obtinute in comert. (Figura 22).

ATENTIUNE !

Pentru incarcarea balonului de cauciuc al acumulatorului trebuie sa se foloseasca numai azot, si in nici un caz oxigen, care ar conduce la pericol de explozie.

Daca presiunea de umplere a buteliei de azot este mai mare decat presiunea maxima de regim a acumulatorului hidraulic, trebuie sa se monteze un reductor de presiune (de obicei continut in dispozitivul de umplere).

Fig. 22. Conectarea acumulatorului la butelia de azot

Aerisirea circuitului hidraulic al acumulatorului

Inainte de punerea in functiune, acumulatorul trebuie dezaerat prin surubul de aerisire. Surubul de evacuare a aerului se inchide la aparitia vanei continue de ulei prin orificiu. Dupa aceea se aduce intregul sistem hidraulic la presiunea de regim maxim admisibila si se controleaza etanseitatea imbinarilor.

Inainte de scoaterea de sub presiune a sistemului hidraulic,se recomanda sa se separe acumulatorul sub presiune de restul sistemului, cu ajutorul unui bloc de siguranta si inchidere, respectiv cu ajutorul unui alt organ de inchidere. In acest fel acumulatorul ramane incarcat, ceea ce reprezinta o economie de energie la noua punere in functiune.

In afara de aceasta, procedandu-se asa cum s-a mentionat mai sus, se evita si pericolul de accident, deoarece chiar in cazul unei defectiuni la elementele de alimentare ale unui sistem hidraulic, acumulatorul dispune inca de suficienta energie pentru a permite desfasurarea anumitor miscari.

10. INTRETINEREA

Acumulatoarele 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.

Presiunea care poate fi citita inaintea acestei caderi de presiune, este identica cu presiunea prealabila de umplere pe partea gazului. Daca, de pilda, aceasta presiune se afla sub valoarea admisibila, trebuie sa se inceapa procesul de umplere asa cum se descrie in capitolul ce urmeaza:

11. INCARCAREA CU AZOT A ACUMULATORULUI CU BALON DE CAUCIUC

Robinetul de gaz trebuie racordat la butelia de azot cu ajutorul tubului elastic de umplere al dispozitivului de umplere si incarcare. Dupa aceea trebuie sa se deschida incet robinetul buteliei de azot si sa se lase azotul sa curga in camera de cauciuc a acumulatorului pana la inchiderea supapei de retinere de pe partea hidraulica. Numai dupa aceea se poate deschide ceva mai mult robinetul buteliei de azot pentru incarcarea rapida.

Din cand in cand, trebuie sa se intrerupa operatia de umplere si sa se controleze presiunea de umplere citita la manometrul dispozitivului de umplere si probare.

Cand s-a ajuns la presiunea prealabila de umplere dorita, trebuie sa se inchida robinetul de inchidere al buteliei de azot si, dupa o durata de asteptare de cca 5 minute, sa se controleze din nou presiunea. Din motive legate de stabilirea temperaturii, operatia trebuie repetata dupa alte 5 minute.

12. DEPOZITAREA ACUMULATOARELOR CU BALON DE CAUCIUC PANA LA PUNEREA IN FUNCTIUNE

Daca perioada de depozitare pana la punerea in functiune nu depaseste 3 luni, este suficient ca acumulatoarele pretensionate cu azot la cca 10 bar, unse in prealabil pe partea interioara cu mediul hidraulic ce urmeaza a se folosi, sa fie tinute intr-o incapere uscata, racoroasa si protejata de radiatiile directe ale soarelui.

Acumulatoarele pot fi asezate in orice pozitie, dar se va avea grija ca orificiul de pe partea cu ulei sa fie bine inchis, pentru a se evita intrarea corpurile straine.

Daca depozitarea dureaza mai mult de 3 luni, se recomanda sa se demonteze acumulatoarele si sa fie conservate separat baloanele de cauciuc.

Intr-un asemenea caz, camera de cauciuc trebuie pastrata agatata la robinetul de gaz, usor incarcata in prealabil la lungimea normala, intr-o incapere racoroasa, uscata si intunecoasa; astfel balonul va fi lipsit de tensiuni.

Este judicios, de asemenea, ca baloanele de rezerva sa fie marcate cu data de intrare a lor in magazia pieselor de schimb, pentru a putea fi folosite in ordinea intrarii.

13. CONTROLUL PERIODIC ISCIR

Controalele 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.

14. EXEMPLU PRIVIND DEMONTAREA / MONTAREA UNUI ACUMULATOR CU BALON

Pasii de urmat pentru demontarea, respectiv montarea unui acumulator cu balon sunt prezentati in figurile urmatoare.

Fig. 23. Demontarea unui acumulator cu balon

Fig. 24. Montarea unui acumulator cu balon

BIBLIOGRAFIE

1. *** Rexroth Hydraulik Trainer, Lohr am Main, 1978

2. Marin, V. s.a., Sisteme hidraulice de actionare si reglare automata. Probleme practice. Proiectare, executie, exploatare, Editura Tehnica, Bucuresti, 1981

3. Drumea, P. s.a., Echipamente hidraulice, editata de Institutul de Cercetari pentru Hidraulica si Pneumatica, 1997

Hydraulics in Industrial and Mobile Applications - editata de ASSOFLUID, editura Grafiche Parole Nuove s.r.l., Brugherio (Milano), Italia, sept. 2007

Catalog Bosch Rexroth, www.boschrexroth.com

*** Catalog PONAR-WADOWICE, www.ponar-silesia.pl