Accumulatoren begrijpen: Soorten, functies en structuren

I. Werkingsprincipe van de accumulator

In hydraulische systemen is een accumulator een apparaat dat het principe van krachtbalans gebruikt om het volume van de werkolie te veranderen, waardoor hydraulische energie wordt opgeslagen en vrijgegeven.

Zoals getoond in Figuur 1, bestaat de accumulator in principe uit vier onderdelen: het omhulsel, de zuiger, hoogzuiver stikstofgas (of eventueel een veer) boven de zuiger en de werkolie die onder de zuiger met het systeem verbonden is. Het werkproces kan worden onderverdeeld in twee fasen: energieopslag en afgifte.

1-Schelp
2-zuiger
3-Hoogzuiver stikstofgas (of mogelijk een veer)
4-Werkende olie

1. Energieopslagfase

Zoals getoond in Figuur 1a, bevindt de accumulator zich in een toestand van voor-energieopslag, waarbij de werkolie en het gas van hoogzuivere stikstof (of de veerkracht) boven en onder de zuiger in evenwicht zijn. Het gas van hoogzuiver stikstof bevindt zich in voorgecomprimeerde toestand (of de veer bevindt zich in voorgecomprimeerde toestand), en het volume van de werkolie is V₁ .

Wanneer de systeemdruk toeneemt, neemt ook de druk van de werkolie toe, waardoor de zuiger omhoog wordt geduwd en de werkolie in het systeem in de accumulator terechtkomt (het volume neemt toe tot V₂ ) totdat een evenwichtige toestand is bereikt, zoals getoond in Figuur 1b.

Op dat moment wordt het volume werkende olie (V₂ - V₁ ) gaat de accumulator in voor opslag. Deze fase wordt de energieopslagfase genoemd. Tijdens deze fase slaat de accumulator een bepaalde druk en een bepaald volume (V₂ - V₁ ) werkende olie.

2. Release-fase

Wanneer de hydraulisch systeem opent of sluit, is de systeemdruk lager dan de druk van de werkolie in de accumulator. Onder de druk van het gas (of de veerkracht) wordt de zuiger naar beneden gedrukt en wordt de werkolie in het systeem afgevoerd totdat een evenwichtige toestand is bereikt, zoals getoond in Figuur 1c. Deze fase wordt de vrijgavefase genoemd. Tijdens deze fase wordt een deel van de werkolie die in de energieopslagfase is opgeslagen, in het systeem geloosd.

Uit het bovenstaande kan worden afgeleid dat zolang de systeemdruk verandert, de druk van de werkolie in de accumulator overeenkomstig verandert. Volgens het principe van krachtbalans beweegt de zuiger en verandert het volume van de werkolie dienovereenkomstig. Met deze herhaalde opslag en afgifte van energie wordt het doel van de accumulator bereikt.

II. Classificatie van accumulatoren

In hydraulische systemenAccumulatoren worden over het algemeen onderverdeeld in gasgevulde en veerbelaste types op basis van de stof die op de werkende olie werkt. Elk type accumulator heeft verschillende vormen op basis van zijn structuur. De specifieke classificaties zijn als volgt:

III. Structuur van typische accumulatoren

1. Gasaccumulator

Het werkingsprincipe van de gasaccumulator is het gebruik van hoogzuiver stikstofgas dat vooraf in de accumulator is geladen om in evenwicht te zijn met de drukolie die door de hydraulische pomp in de accumulator wordt geladen. Wanneer het systeem olie nodig heeft, wordt de olie afgevoerd onder de druk van het gas. Gasaccumulatoren zijn onderverdeeld in types met geïsoleerd en direct contact.

Geïsoleerde accumulator: Een geïsoleerde accumulator verwijst naar een accumulator met een scheiding tussen het gas en de vloeistof in de accumulator, waardoor wordt voorkomen dat het gas zich gemakkelijk mengt met de vloeistof. Dit type accumulator maakt effectief gebruik van de samendrukbaarheid van het gas en wordt daarom veel gebruikt. Op basis van de vorm van de afscheider wordt deze verder onderverdeeld in flexibele en niet-flexibele accumulatoren.

Flexibele accumulatoren, zoals blaasaccumulatoren, worden gebruikt in hydraulische systemen, terwijl niet-flexibele accumulatoren, zoals zuiger- en differentiële zuigeraccumulatoren, het meest worden gebruikt in hydraulische systemen.

(1) Blaasaccumulator

Het werkingsprincipe van de blaasaccumulator is gebaseerd op de wet van Boyle en de typische structuur wordt getoond in Figuur 2.

1-Blaasventiel
2-Schelp
3-ladder
4-Paddestoelklep
5 Klepbehuizing
6-Halfronde klem
7-moer
8-pakking
9-O-ring
10-Draaimoer

Vul voor gebruik eerst de blaas 3 in de accumulator met stikstof onder een vooraf bepaalde druk en gebruik dan een hydraulische pomp om de accumulator met olie te vullen. Onder invloed van de drukolie wordt de paddestoelklep 4 opengeduwd en komt de olie in de tank, waardoor de blaas wordt samengedrukt. Wanneer de druk in de gaskamer en de oliekamer gelijk is, is de blaas in evenwicht en is de druk in de accumulator de pompdruk. Wanneer het systeem olie nodig heeft, zet de blaas uit onder invloed van de gasdruk en wordt de olie er geleidelijk uitgeperst.

De voordelen van dit type accumulator zijn: de gaskamer en de oliekamer worden gescheiden door een blaas, waardoor een betrouwbare afdichting zonder lekkage tussen de twee wordt gegarandeerd; de blaas heeft een lage massatraagheid, is responsief, compact van structuur, klein van formaat, licht in gewicht, gemakkelijk te onderhouden en wordt vaak gebruikt in hydraulische systemen met blaasaccumulatoren met een klein volume om drukpulsaties te absorberen of als buffer. Het wordt ook gebruikt in situaties met een laag werkvermogen en een lage werkdruk om energie op te slaan in hydraulische systemen.

De typische structuur van een blaasaccumulator wordt getoond in Figuur 2a. Hij bestaat uit een vulventiel 1, een omhulsel 2, een blaas 3 en een paddestoelventiel 4. Het omhulsel 2 is een drukvat met een opening aan de bovenkant voor het vulventiel 1. De volledig omsloten blaas 3, gemaakt van synthetisch rubber, wordt tegen de ventielsteel gedrukt en vormt zo een afgesloten ruimte.

Nadat de blaas door de opening aan de onderkant van de schelp is gestoken, wordt deze met een moer 10 aan de bovenkant van de schelp bevestigd. Het ventiellichaam 5 wordt vastgeklemd door een paar halfronde klemmen 6 die in de opening van het omhulsel zijn aangebracht en de schouder van het ventiellichaam 5 vastzetten. Het kleplichaam wordt geïnstalleerd aan de onderkant van de behuizing en met de O-ring 9 en pakking 8 vastgezet met een moer 7.

De functie van de paddestoelklep 4 in de klepbehuizing 5 is om te voorkomen dat de blaas uit de behuizing uitzet als alle olie is uitgestroomd. Dit type accumulator heeft een O-ring bij de opening van het omhulsel. Wanneer de inwendige druk van het omhulsel stijgt tot de barstdruk, zet de opening van het omhulsel eerst uit, waardoor de O-ring naar buiten wordt gedrukt en de oliedruk veilig vrijkomt.

Het bovenstaande beschrijft de blaasaccumulator met type A-structuur. Dit type accumulator is onhandig voor het vervangen van de blaas. Daarom is de bovenkant van het omhulsel en de blaas ontworpen met een "open-top" structuur, zoals getoond in Figuur 2b, aangeduid als de type B blaasaccumulator.

(2) Zuigeraccumulator

De zuigeraccumulator gebruikt een zuiger om de olie en de stikstof te scheiden, zoals getoond in Figuur 3. De voordelen van dit type accumulator zijn: eenvoudige structuur en lange levensduur. De zuiger heeft echter een hoge inertie en weerstand tegen afdichtingswrijving, wat resulteert in een slecht reactievermogen; hij vereist een hoge machinale bewerkingsprecisie en is moeilijk af te dichten, waardoor hij ongeschikt is voor het absorberen van pulsaties en hydraulische schokken.

1 zuiger
2-Cilinder
3-Blaascilinder

In hydraulische systemen wordt deze structuur vaak gebruikt voor energieopslag. De vaak gebruikte zuigeraccumulator voor energieopslag in hydraulische systemen wordt getoond in Figuur 4.

2. Veeraccumulator

Dit type accumulator maakt gebruik van de kracht van een veer die op de zuiger werkt om de druk van de olie in evenwicht te brengen, waardoor drukenergie wordt opgeslagen. De druk die door de accumulator wordt gegenereerd, is afhankelijk van de stijfheid en compressie van de veer.

Gangbare types zijn schroefvormige drukveren en schijfveren. De schroefvormige drukveeraccumulator wordt getoond in Figuur 5. Dit type accumulator heeft een eenvoudige structuur en reageert relatief snel, waarbij de levensduur afhangt van de levensduur van de veer.

1-Schelp
2-Voorjaar
3-zuiger
4-Olie kamer
5-Dekking

Ze worden gebruikt voor energieopslag en buffering in systemen met een kleine capaciteit, lage druk en lage cyclusfrequentie en worden over het algemeen niet gebruikt in hydraulische systemen. In hydraulische systemen worden gewoonlijk schijfveeraccumulatoren gebruikt, zoals getoond in Figuur 6.

1-Energieopslagzuiger
Gat voor 2 posities
3-steunring
4-Huisvesting
5-steunschijf veer
6-schijfsveerset

3. Functie van de Accumulator

De accumulator is een apparaat dat wordt gebruikt om de drukenergie van de hydraulische vloeistof op te slaan, die deze energie kan afgeven om nuttig werk te verrichten wanneer dat nodig is. De belangrijkste functies in een hydraulisch systeem zijn als volgt:

(1) Hydraulische energie opslaan

Het belangrijkste gebruik van de accumulator in hydraulische mechanismen. Wanneer het vereiste debiet sterk varieert in verschillende fasen van de werkcyclus van een hydraulisch systeem, wordt een accumulator vaak gebruikt in combinatie met een kleinere pomp om de oliebron te vormen. Als het systeem een klein debiet vereist, slaat de accumulator het overtollige debiet van de hydraulische pomp op; als het systeem gedurende een korte periode een groot debiet vereist, geeft de accumulator de opgeslagen hydraulische vloeistof vrij om samen met de hydraulische pomp olie aan het systeem te leveren.

Wanneer de hydraulische pomp stopt met het leveren van olie aan het systeem, levert de accumulator bovendien de opgeslagen drukolie aan het systeem om systeemlekkage te compenseren of om de systeemdruk constant te houden. Hij kan ook worden gebruikt als nood-energiebron in geval van een storing in de hydraulische pomp.

(2) Absorbeer drukschokken en pulsaties

Het secundaire gebruik van de accumulator in hydraulische mechanismen. In een hydraulisch systeem wordt de accumulator gebruikt om schokdrukken te absorberen die worden gegenereerd door plotselinge veranderingen in de stroomsnelheid van de vloeistof (zoals wanneer een richtklep plotseling verschuift of een hydraulische cilinderbelasting plotseling stopt met bewegen), waardoor de piekwaarde van drukschokken wordt verminderd.

De stromingspulsatie van de hydraulische pomp kan een ongelijkmatige bewegingssnelheid van de belasting en drukpulsaties veroorzaken. Daarom moeten systemen die een relatief uniforme belastingssnelheid vereisen een overeenkomstige accumulator bij de pompuitlaat installeren om de stabiliteit van de werking van het systeem te verbeteren.