Capire gli accumulatori: Tipi, funzioni e strutture

I. Principio di funzionamento dell'accumulatore

Nei sistemi idraulici, un accumulatore è un dispositivo che utilizza il principio del bilanciamento delle forze per modificare il volume dell'olio di lavoro, immagazzinando e rilasciando così energia idraulica.

Come illustrato nella Figura 1, l'accumulatore è composto essenzialmente da quattro parti: il guscio, il pistone, il gas azoto di elevata purezza (o eventualmente una molla) sopra il pistone e l'olio di lavoro collegato al sistema sotto il pistone. Il processo di lavoro può essere suddiviso in due fasi: accumulo e rilascio dell'energia.

1 Guscio
A 2 pistoni
3-Azoto gassoso di elevata purezza (o eventualmente una sorgente)
4-Olio da lavoro

1. Fase di accumulo dell'energia

Come mostrato nella Figura 1a, l'accumulatore si trova in uno stato di pre-accumulo di energia, in cui l'olio di lavoro e il gas di azoto ad alta purezza (o la forza della molla) sopra e sotto il pistone sono in uno stato di equilibrio. Il gas di azoto ad alta purezza è in uno stato di precarica (o la molla è in uno stato di precompressione) e il volume dell'olio di lavoro è V₁.

Quando la pressione del sistema aumenta, aumenta anche la pressione dell'olio di lavoro, spingendo il pistone verso l'alto, e l'olio di lavoro del sistema entra nell'accumulatore (il volume aumenta fino a V₂) fino a raggiungere uno stato di equilibrio, come mostrato nella Figura 1b.

A questo punto, il volume dell'olio di lavoro (V₂- V₁) entra nell'accumulatore per essere immagazzinato. Questa fase è chiamata fase di accumulo dell'energia. Durante questa fase, l'accumulatore immagazzina una certa pressione e un certo volume (V₂- V₁) di olio di lavoro.

2. Fase di rilascio

Quando il sistema idraulico Quando si eseguono operazioni di apertura o chiusura, la pressione del sistema è inferiore alla pressione dell'olio di lavoro nell'accumulatore. Sotto la pressione del gas (o della forza della molla), il pistone viene spinto verso il basso e l'olio di lavoro viene scaricato nel sistema fino a raggiungere uno stato di equilibrio, come mostrato nella Figura 1c. Questa fase è detta di rilascio. Durante questa fase, parte dell'olio di lavoro immagazzinato nella fase di accumulo dell'energia viene scaricato nel sistema.

Da quanto sopra si evince che, se la pressione del sistema varia, la pressione dell'olio di lavoro nell'accumulatore cambia di conseguenza. Secondo il principio dell'equilibrio delle forze, il pistone si muove e il volume dell'olio di lavoro cambia di conseguenza. Questo accumulo e rilascio ripetuto di energia raggiunge lo scopo dell'accumulatore.

II. Classificazione degli accumulatori

In sistemi idrauliciGli accumulatori sono generalmente suddivisi in tipi a gas e a molla in base alla sostanza che agisce sull'olio di lavoro. Ogni tipo di accumulatore ha forme diverse in base alla sua struttura. Le classificazioni specifiche sono le seguenti:

III. Struttura dei tipici accumulatori

1. Accumulatore a gas

Il principio di funzionamento dell'accumulatore a gas consiste nell'utilizzare gas di azoto ad alta purezza precaricato nell'accumulatore per bilanciare l'olio in pressione caricato nell'accumulatore dalla pompa idraulica. Quando il sistema necessita di olio, l'olio viene scaricato sotto la pressione del gas. Gli accumulatori a gas si distinguono in isolati e a contatto diretto.

Accumulatore isolato: Un accumulatore isolato si riferisce a un accumulatore in cui è presente un separatore tra il gas e il liquido all'interno dell'accumulatore, che impedisce al gas di mescolarsi facilmente con il liquido. Questo tipo di accumulatore sfrutta efficacemente la comprimibilità del gas ed è quindi molto utilizzato. In base alla forma del separatore, si dividono ulteriormente in accumulatori flessibili e non flessibili.

Gli accumulatori flessibili, come gli accumulatori a vescica, sono utilizzati nei sistemi idraulici, mentre gli accumulatori non flessibili, come gli accumulatori a pistone e a pistone differenziale, sono più comunemente utilizzati nei sistemi idraulici.

(1) Accumulatore a vescica

Il principio di funzionamento dell'accumulatore a vescica è basato sulla legge di Boyle e la sua struttura tipica è mostrata nella Figura 2.

1-Valvola di gonfiaggio
A 2 gusci
3-Bladder
4-Valvola a fungo
Gruppo corpo valvola 5
Morsetto a 6 semicirconferenze
7-Nut
Guarnizione a 8
Anello 9-O
10-Dado di serraggio

Prima dell'uso, la vescica 3 dell'accumulatore viene prima riempita di azoto a una pressione predeterminata, quindi l'accumulatore viene riempito di olio con una pompa idraulica. Sotto l'azione dell'olio in pressione, la valvola a fungo 4 viene aperta e l'olio entra nel contenitore, comprimendo la vescica. Quando la pressione nella camera del gas e nella camera dell'olio è uguale, la vescica è in uno stato di equilibrio e la pressione nell'accumulatore è quella della pompa. Quando il sistema ha bisogno di olio, la vescica si espande sotto l'azione della pressione del gas, spremendo gradualmente l'olio.

I vantaggi di questo tipo di accumulatore sono: la camera del gas e la camera dell'olio sono separate da una vescica, che garantisce una tenuta affidabile senza perdite tra le due; la vescica ha una bassa inerzia, è reattiva, compatta nella struttura, di dimensioni ridotte, leggera, di facile manutenzione e viene spesso utilizzata nei sistemi idraulici con accumulatori a vescica di piccolo volume per assorbire le pulsazioni di pressione o come tampone. Viene inoltre utilizzato in situazioni di bassa potenza e pressione di esercizio per immagazzinare energia nei sistemi idraulici.

La struttura tipica di un accumulatore a vescica è illustrata nella Figura 2a. È costituito da una valvola di gonfiaggio 1, da un guscio 2, da una vescica 3 e da una valvola a fungo 4. Il guscio 2 è un recipiente a pressione con un'apertura nella parte superiore per ospitare la valvola di gonfiaggio 1. La vescica 3, completamente chiusa, è una vescica 3, e la valvola a fungo 4. La vescica 3, completamente chiusa e realizzata in gomma sintetica, viene premuta contro lo stelo della valvola, formando uno spazio sigillato.

Dopo che la vescica è stata inserita attraverso l'apertura all'estremità inferiore del guscio, viene fissata alla parte superiore del guscio con un dado di serraggio 10. Il gruppo del corpo valvola 5 è bloccato da una coppia di morsetti semitondi 6 installati all'interno dell'apertura del guscio, che fissano la spalla del corpo valvola 5. Il corpo valvola 5 è installato nella parte inferiore del guscio e con l'OBI. Il corpo valvola 5 è installato nella parte inferiore del guscio e, con l'O-ring 9 e la guarnizione 8, è serrato con un dado 7.

La funzione della valvola a fungo 4 nel gruppo del corpo valvola 5 è quella di impedire che la vescica si espanda dal guscio quando tutto l'olio è stato scaricato. Questo tipo di accumulatore è dotato di un O-ring all'apertura del guscio. Quando la pressione interna del guscio aumenta fino alla pressione di scoppio, l'apertura del guscio si espande per prima, causando la fuoriuscita dell'O-ring e rilasciando in modo sicuro la pressione dell'olio.

Quanto sopra descrive l'accumulatore a vescica con struttura di tipo A. Questo tipo di accumulatore è scomodo per la sostituzione della vescica. Pertanto, la parte superiore del guscio e della vescica è stata progettata con una struttura "open-top", come mostrato nella Figura 2b, denominata accumulatore a vescica di tipo B.

(2) Accumulatore a pistone

L'accumulatore a pistone utilizza un pistone per separare l'olio e l'azoto, come mostrato nella Figura 3. I vantaggi di questo tipo di accumulatore sono: struttura semplice e lunga durata. Tuttavia, il pistone ha un'elevata inerzia e resistenza all'attrito di tenuta, con conseguente scarsa reattività; richiede un'elevata precisione di lavorazione ed è difficile da sigillare, rendendolo inadatto ad assorbire pulsazioni e shock idraulici.

1 pistone
2 cilindri
Cilindro a 3 gonfiaggi

Nei sistemi idraulici, questa struttura è comunemente utilizzata per l'accumulo di energia. L'accumulatore a pistone comunemente utilizzato per l'accumulo di energia nei sistemi idraulici è illustrato nella Figura 4.

2. Accumulatore a molla

Questo tipo di accumulatore utilizza la forza di una molla che agisce sul pistone per bilanciare la pressione dell'olio, immagazzinando energia di pressione. La pressione generata dall'accumulatore dipende dalla rigidità e dalla compressione della molla.

I tipi più comuni sono le molle a compressione elicoidale e le molle a tazza. L'accumulatore a molla elicoidale a compressione è illustrato nella Figura 5. Questo tipo di accumulatore ha una struttura semplice e relativamente reattiva, la cui durata dipende dalla vita della molla. Questo tipo di accumulatore ha una struttura semplice e relativamente reattiva, la cui durata dipende dalla durata della molla.

1 Guscio
2-Primavera
A 3 pistoni
4-Camera dell'olio
5-Copertina

Sono utilizzati per l'accumulo di energia e il tamponamento in sistemi di piccola capacità, a bassa pressione e a bassa frequenza di ciclo, e non sono generalmente utilizzati nei sistemi idraulici. Nei sistemi idraulici si utilizzano comunemente accumulatori a molla a tazza, come illustrato nella Figura 6.

1-Accumulo di energia a pistone
Foro di posizionamento a 2 posizioni
Anello a 3 supporti
4-Abitazioni
Molla a 5 dischi di supporto
Set di molle a 6 dischi

3. Funzione dell'accumulatore

L'accumulatore è un dispositivo utilizzato per immagazzinare l'energia di pressione del fluido idraulico, che può rilasciare per eseguire un lavoro utile quando necessario. Le sue funzioni principali in un sistema idraulico sono le seguenti:

(1) Immagazzinare energia idraulica

L'uso principale dell'accumulatore nei meccanismi idraulici. Quando la portata richiesta varia notevolmente nelle diverse fasi del ciclo di lavoro di un sistema idraulico, un accumulatore viene spesso utilizzato insieme a una pompa più piccola per formare la fonte di olio. Se il sistema richiede una portata ridotta, l'accumulatore immagazzina il flusso in eccesso della pompa idraulica; se il sistema richiede una portata elevata per un breve periodo, l'accumulatore rilascia il fluido idraulico immagazzinato per fornire olio al sistema insieme alla pompa idraulica.

Inoltre, quando la pompa idraulica smette di fornire olio al sistema, l'accumulatore fornisce l'olio in pressione immagazzinato al sistema per compensare le perdite del sistema o mantenere una pressione costante. Può anche essere utilizzato come fonte di energia di emergenza in caso di guasto della pompa idraulica.

(2) Assorbire gli urti e le pulsazioni della pressione

L'uso secondario dell'accumulatore nei meccanismi idraulici. In un sistema idraulico, l'accumulatore viene utilizzato per assorbire le pressioni d'urto generate da improvvisi cambiamenti nella velocità del flusso del fluido (come quando una valvola direzionale si sposta improvvisamente o il carico di un cilindro idraulico smette improvvisamente di muoversi), riducendo così il valore di picco degli urti di pressione.

Le pulsazioni di flusso della pompa idraulica possono causare velocità di movimento del carico e pulsazioni di pressione non uniformi. Pertanto, i sistemi che richiedono una velocità di carico relativamente uniforme dovrebbero installare un accumulatore corrispondente all'uscita della pompa per migliorare la stabilità del funzionamento del sistema.