Entendendo os acumuladores: Tipos, funções e estruturas

I. Princípio de funcionamento do acumulador

Em sistemas hidráulicos, um acumulador é um dispositivo que usa o princípio do equilíbrio de forças para alterar o volume do óleo de trabalho, armazenando e liberando energia hidráulica.

Conforme mostrado na Figura 1, o acumulador é composto basicamente de quatro partes: a carcaça, o pistão, o gás nitrogênio de alta pureza (ou possivelmente uma mola) acima do pistão e o óleo de trabalho conectado ao sistema abaixo do pistão. O processo de trabalho pode ser dividido em dois estágios: armazenamento e liberação de energia.

1-Casca
2 pistões
3-Gás nitrogênio de alta pureza (ou possivelmente uma mola)
4 - Óleo de trabalho

1. Estágio de armazenamento de energia

Conforme mostrado na Figura 1a, o acumulador está em um estado de armazenamento de pré-energia, em que o óleo de trabalho e o gás nitrogênio de alta pureza (ou a força da mola) acima e abaixo do pistão estão em um estado equilibrado. O gás nitrogênio de alta pureza está em um estado pré-carregado (ou a mola está em um estado pré-comprimido), e o volume do óleo de trabalho é V₁ .

Quando a pressão do sistema aumenta, a pressão do óleo de trabalho também aumenta, empurrando o pistão para cima, e o óleo de trabalho no sistema entra no acumulador (o volume aumenta para V₂ ) até atingir um estado equilibrado, conforme mostrado na Figura 1b.

Nesse momento, o volume de óleo de trabalho (V₂ - V₁ ) entra no acumulador para armazenamento. Esse estágio é chamado de estágio de armazenamento de energia. Durante esse estágio, o acumulador armazena uma determinada pressão e volume (V₂ - V₁ ) de óleo de trabalho.

2. Estágio de liberação

Quando o sistema hidráulico Ao realizar operações de abertura ou fechamento, a pressão do sistema é menor do que a pressão do óleo de trabalho no acumulador. Sob a pressão do gás (ou força da mola), o pistão é empurrado para baixo e o óleo de trabalho é descarregado no sistema até atingir um estado de equilíbrio, conforme mostrado na Figura 1c. Esse estágio é chamado de estágio de liberação. Durante esse estágio, parte do óleo de trabalho armazenado no estágio de armazenamento de energia é descarregada no sistema.

Com base no exposto acima, pode-se observar que, enquanto houver uma alteração na pressão do sistema, a pressão do óleo de trabalho no acumulador mudará de acordo. De acordo com o princípio do equilíbrio de forças, o pistão se move e o volume do óleo de trabalho muda de acordo. Esse armazenamento e liberação repetidos de energia atingem o objetivo do acumulador.

II. Classificação dos acumuladores

Em sistemas hidráulicosOs acumuladores são geralmente divididos em tipos carregados com gás e com mola, com base na substância que atua no óleo de trabalho. Cada tipo de acumulador tem formas diferentes com base em sua estrutura. As classificações específicas são as seguintes:

III. Estrutura de acumuladores típicos

1. Acumulador carregado com gás

O princípio de funcionamento do acumulador carregado com gás é usar gás nitrogênio de alta pureza pré-carregado no acumulador para equilibrar a pressão do óleo carregado no acumulador pela bomba hidráulica. Quando o sistema precisa de óleo, o óleo é descarregado sob a pressão do gás. Os acumuladores carregados com gás são divididos em tipos isolados e de contato direto.

Acumulador isolado: Um acumulador isolado refere-se a um acumulador em que há um separador entre o gás e o líquido dentro do acumulador, impedindo que o gás se misture facilmente com o líquido. Esse tipo de acumulador utiliza efetivamente a compressibilidade do gás e, portanto, é amplamente utilizado. Com base na forma do separador, ele é dividido em acumuladores flexíveis e não flexíveis.

Os acumuladores flexíveis, como os acumuladores de bexiga, são usados em sistemas hidráulicos, enquanto os acumuladores não flexíveis, como os acumuladores de pistão e de pistão diferencial, são mais comumente usados em sistemas hidráulicos.

(1) Acumulador de bexiga

O princípio de funcionamento do acumulador de bexiga é baseado na lei de Boyle, e sua estrutura típica é mostrada na Figura 2.

1-Válvula de inflagem
2-Casca
3-Bladder
4-Válvula de cogumelo
Conjunto do corpo da válvula 5
Grampo de meia-volta
7-Nut
8-Gaxeta
Anel 9-O
10-Porca de aperto

Antes de usar, primeiro encha a bexiga 3 no acumulador com nitrogênio a uma pressão predeterminada e, em seguida, use uma bomba hidráulica para encher o acumulador com óleo. Sob a ação da pressão do óleo, a válvula em forma de cogumelo 4 é aberta e o óleo entra no contêiner, comprimindo a bexiga. Quando a pressão na câmara de gás e na câmara de óleo é igual, a bexiga está em um estado equilibrado, e a pressão no acumulador é a pressão da bomba. Quando o sistema precisa de óleo, a bexiga se expande sob a ação da pressão do gás, espremendo gradualmente o óleo.

As vantagens desse tipo de acumulador são: a câmara de gás e a câmara de óleo são separadas por uma bexiga, o que garante uma vedação confiável sem vazamento entre as duas; a bexiga tem baixa inércia, é ágil, tem estrutura compacta, tamanho pequeno, peso leve, fácil manutenção e é frequentemente usada em sistemas hidráulicos com acumuladores de bexiga de pequeno volume para absorver pulsações de pressão ou como amortecedores. Também é usado em situações de baixa potência operacional e pressão para armazenar energia em sistemas hidráulicos.

A estrutura típica de um acumulador de bexiga é mostrada na Figura 2a. Ele consiste em uma válvula de inflação 1, um invólucro 2, uma bexiga 3 e uma válvula em forma de cogumelo 4. O invólucro 2 é um recipiente de pressão com uma abertura na parte superior para acomodar a válvula de inflação 1. A bexiga 3, totalmente fechada e feita de borracha sintética, é pressionada contra a haste da válvula, formando um espaço vedado.

Depois que a bexiga é inserida pela abertura na extremidade inferior da carcaça, ela é fixada na parte superior da carcaça com uma porca de aperto 10. O conjunto do corpo da válvula 5 é fixado por um par de braçadeiras semicirculares 6 instaladas dentro da abertura do casco, prendendo o ombro do corpo da válvula 5. Ele é instalado na parte inferior do casco e, com o O-ring 9 e a gaxeta 8, é apertado com uma porca 7.

A função da válvula em forma de cogumelo 4 no conjunto do corpo da válvula 5 é evitar que a bexiga se expanda para fora do reservatório quando todo o óleo for descarregado. Esse tipo de acumulador tem um O-ring na abertura do invólucro. Quando a pressão interna do invólucro aumenta até a pressão de ruptura, a abertura do invólucro se expande primeiro, fazendo com que o O-ring seja espremido para fora, liberando com segurança a pressão do óleo.

O texto acima descreve o acumulador de bexiga com estrutura do tipo A. Esse tipo de acumulador é inconveniente para a substituição da bexiga. Portanto, a parte superior do invólucro e da bexiga é projetada com uma estrutura "open-top", conforme mostrado na Figura 2b, denominada acumulador de bexiga tipo B.

(2) Acumulador de pistão

O acumulador de pistão usa um pistão para separar o óleo e o nitrogênio, conforme mostrado na Figura 3. As vantagens desse tipo de acumulador são: estrutura simples e longa vida útil. No entanto, o pistão tem alta inércia e resistência ao atrito de vedação, o que resulta em baixa capacidade de resposta; ele exige alta precisão de usinagem e é difícil de vedar, o que o torna inadequado para absorver pulsações e choques hidráulicos.

1 pistão
2 cilindros
3- Cilindro de inflagem

Em sistemas hidráulicos, essa estrutura é comumente usada para armazenamento de energia. O acumulador de pistão comumente usado para armazenamento de energia em sistemas hidráulicos é mostrado na Figura 4.

2. Acumulador de molas

Esse tipo de acumulador usa a força de uma mola que atua no pistão para equilibrar a pressão do óleo, armazenando a energia da pressão. A pressão gerada pelo acumulador depende da rigidez e da compressão da mola.

Os tipos comuns incluem molas de compressão helicoidal e molas de disco. O acumulador de mola de compressão helicoidal é mostrado na Figura 5. Esse tipo de acumulador tem uma estrutura simples e é relativamente responsivo, com sua vida útil dependendo da vida útil da mola.

1-Casca
2-Molas
3 pistões
4-Câmara de óleo
5-Capa

Ele é usado para armazenamento de energia e amortecimento em sistemas de pequena capacidade, baixa pressão e baixa frequência de ciclo, e geralmente não é usado em sistemas hidráulicos. Nos sistemas hidráulicos, os acumuladores de mola de disco são comumente usados, conforme mostrado na Figura 6.

1 - Pistão de armazenamento de energia
Furo de 2 posições
3-Anel de suporte
4-Habitação
5-Mola do disco de suporte
Conjunto de molas com 6 discos

3. Função do acumulador

O acumulador é um dispositivo usado para armazenar a energia de pressão do fluido hidráulico, que pode liberar essa energia para realizar um trabalho útil quando necessário. Suas principais funções em um sistema hidráulico são as seguintes:

(1) Armazenar energia hidráulica

O principal uso do acumulador em mecanismos hidráulicos. Quando a taxa de fluxo necessária varia muito em diferentes estágios do ciclo de trabalho de um sistema hidráulico, um acumulador é frequentemente usado em conjunto com uma bomba menor para formar a fonte de óleo. Se o sistema exigir uma taxa de fluxo pequena, o acumulador armazenará o excesso de fluxo da bomba hidráulica; se o sistema exigir uma taxa de fluxo grande por um curto período, o acumulador liberará o fluido hidráulico armazenado para fornecer óleo ao sistema junto com a bomba hidráulica.

Além disso, quando a bomba hidráulica para de fornecer óleo ao sistema, o acumulador fornece o óleo de pressão armazenado ao sistema para compensar o vazamento do sistema ou manter a pressão constante do sistema. Ele também pode ser usado como uma fonte de energia de emergência em caso de falha da bomba hidráulica.

(2) Absorver choques de pressão e pulsações

O uso secundário do acumulador em mecanismos hidráulicos. Em um sistema hidráulico, o acumulador é usado para absorver pressões de choque geradas por mudanças repentinas na velocidade do fluxo de fluido (como quando uma válvula direcional muda repentinamente ou quando a carga de um cilindro hidráulico para de se mover), reduzindo assim o valor de pico dos choques de pressão.

A pulsação do fluxo da bomba hidráulica pode causar velocidade de movimento de carga desigual e pulsações de pressão. Portanto, os sistemas que exigem velocidade de carga relativamente uniforme devem instalar um acumulador correspondente na saída da bomba para melhorar a estabilidade da operação do sistema.