Гидравлические аккумуляторы

Введение

Гидравлический аккумулятор — сосуд, который работает под давлением, позволяющий накапливать энергию сжатой пружины, либо газа и передавать её в гидравлическую систему потоком жидкости, которая находится под давлением.
Актуальность темы реферата заключается в том, что гидравлические аккумуляторы относят к источникам питания гидравлических систем, так как их основная задача – выдать дополнительный к подаче насоса поток рабочей жидкости.
Цель работы – более полное изучение гидравлических аккумуляторов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть историю возникновения гидравлических аккумуляторов, назначение гидравлических аккумуляторов, их классификация и функции, гидроаккумуляторы с механическим и пневматическим накопителями, а также использование изучаемых гидроаккумуляторов.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (три главы), заключение и библиографический список, состоящий из семи источников литературы.


1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1 История возникновения гидравлических аккумуляторов
Нам приходится во всем совершенствоваться постоянно, так как современные технологии и те условия, которые они предоставляют, просто заставляют нас жить по их правилам. Технологии производства совместно с автоматизацией производственных процессов также не стали исключением. Постепенно механические шестерни стали делать слишком большими, в то время как цепи стали тяжеловесными по всех отношениях. Из-за этого в производстве появилась необходимость в создании качественного привода, который выполнял бы все необходимые нагрузки. Именно такой уникальной системой оказался гидропривод[1]
Рабочей жидкостью в данной сфере выступает такая несжимаемая среда, как минеральное масло. Для того чтобы было необходимое давление, разработали несколько насосов, которые работать начинали при помощи специальных двигателей. Мощность новых двигателей стала позволять справляться с разнообразными задачами в соответствующих условиях. Понадобились такие устройства, которые могли бы разделить жидкость на разные направления и на разные линии. При этом существенно менялась скорость движения жидкости. Постепенно появились гидрораспределители с клапанами. Самыми идеально подходящими вариантами оказались гидроцилиндры. Современные гидроаккумуляторы имеют множество полезных качеств, без которых не справится ни одно производство соответствующей направленности.
Из-за наличия механических процессов в гидравлической системе постепенно образуется продукт износа и трения, то есть осадок и пыль. Для того чтобы эту проблему решить, пришлось использоваться специальные фильтры, которые могли бы очистить рабочую жидкость от любых видов примесей. Для соединения всей системы использовались рукава высокого давления, которые в большей степени представляют собой резиновые шланги с наличием металлического сетчатого каркаса внутри. Данное свойство является самым главным для гидравлики. Стоит также отметить, что есть специальное устройство, которое имеет свойство накопления энергии жидкости. Данное устройство как раз и называется гидроаккумулятором.
1.2 Назначение гидравлических аккумуляторов
Экономически целесообразно применять гидроаккумуляторы в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. Установленная мощность гидропривода при этом может быть уменьшена в полтора-два раза, а потребление энергии такой системой можно снизить более, чем на 50 %.
Различные по конструкции (поршневые, баллонные, мембранные, сильфонные) и назначению пневмогидроаккумуляторы позволяют получить решения для многих задач, таких как:
1) аккумулирование гидравлической энергии;
2) питание системы в нештатных и аварийных ситуациях;
3) уравновешивание сил и нагрузок;
4) компенсация утечек;
5) компенсация объёмов рабочей жидкости;
6) демпфирование пульсации поршневых насосов;
7) демпфирование пульсаций в напорных и всасывающих магистралях;
8) демпфирование пульсации при работе топливных насосов высокого давления дизельных двигателей;
9) гашение гидроударов;
10) амортизационная подвеска мобильной техники и пр;
11) распределение смазочных материалов под давлением;
12) увеличение срока службы насосов[2]
1.3 Классификация
Классификация гидро-аккумуляторов по способу накопления энергии:
1) гидроаккумуляторы с механическим накопителем;
2) гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем.
Ввиду ряда недостатков гидроаккумуляторы с механическим накоплением энергии не получили широкого распространения и имеют ограниченное применение. Наиболее широкое применение на практике во всём мире получили пневмогидравлические аккумуляторы.
Классификация гидроаккумуляторов с механическим накопителем:
1) грузовые гидроаккумуляторы;
2) пружинные гидроаккумуляторы.
В грузовых гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт потенциальной энергии находящегося на определённой высоте груза.
В пружинных гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт механической энергии сжатой пружины.
1.4 Функции гидравлического аккумулятора
Основными функциями гидроаккумуляторов являются:
1) Накоплении гидравлической энергии;
2) Накопление рабочей жидкости;
3) Демпфирование механических и гидравлических ударов;
4) Снижение пульсаций;
5) Компенсация утечек;
6) Компенсация увеличения объема жидкости;
7) Поддержание давления в системе.
2

. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ АККУМУЛЯТОРЫ
2.1 Гидроаккумуляторы с механическим накопителем
Грузовые гидроаккумуляторы (Рис. 2.1), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счёт изменения потенциальной энергии груза. Важным свойством грузового гидроаккумулятора является независимость давления жидкости в нем от степени заполнения жидкостью(давление зависит от веса груза). Эти гидроаккумуляторы имеют низкую энергоемкость, высокую инерциальность; очень громоздкие, поэтому используют редко.


Рис. 2.1 – Грузовой гидравлический аккумулятор

Пружинные гидроаккумуляторы (Рис. 2.2), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счёт изменения энергии упругости деформируемой пружины. Эти гидроаккумуляторы могут накапливать небольшие объёмы жидкости при малом давлении, что обусловлено ограниченными возможностями механических пружин.


Рис. 2.2 – Пружинный гидравлический аккумулятор
1-корпус; 2-поршень; 3-пружина; 4-жидкостная камера
2.2 Гидравлические аккумуляторы с пневматическим накопителем
Преимущества: высокая энергоёмкость при малых размерах, различные исполнения по конструкции и назначению;
Недостатки: давление аккумулятора изменяется в соответствии с политропным процессом сжатия и расширения газа[3]
Ввиду ряда недостатков гидроаккумуляторы с механическим накоплением энергии не получили широкого распространения и имеют ограниченное применение. Наиболее широкое применение на практике во всём мире получили пневмогидравлические аккумуляторы. Процесс сжатия и расширения газа в пневмогидроаккумуляторе является политропным процессом. Для модели идеального газа справедлива зависимость: P0V0n = P1*V1n = P2*V2n. Причём, интервал времени, за который происходит процесс, учитывает показатель политропы "n". Медленно протекающие процессы расширения и сжатия газа близки к изотермическому с показателем политропы n~1. Быстрому расширению и сжатию газа близок адиабатный процесс, поэтому показатель политропы принимается n~1,4. При давлении выше 200 бар поведение реального газа отличается от поведения модели идеального газа и, если его не учитывать, то при расчётах получается заниженное значение объёма гидроаккумулятора. В этом случае необходимо ввести корректирующий коэффициент, учитывающий это несоответствие. При практическом применении зависимость давления от объёма газа может быть снижена за счёт увеличения газовой полости путём присоединения дополнительного объёма[4]
При малом изменении давления в жидкостной полости гидроаккумулятора газ сжимается незначительно. В этом случае для поддержания давления в узком диапазоне изменяемый объём гидроаккумулятора может оказаться недостаточным для рабочего процесса. Для того, чтобы изменение объёма в меньшей степени влияло на изменение давления, газовую полость гидроаккумулятора увеличивают посредством подключения к ней дополнительного ресивера. В этом случае объём газовой полости складывается из объёма ресивера и изменяемого объёма гидроаккумулятора. Экономически целесообразно применять гидроаккумуляторы в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. Установленная мощность гидропривода при этом может быть уменьшена в полтора-два раза, а потребление энергии такой системой можно снизить более, чем на 50%.
Различные по конструкции (поршневые, баллонные, мембранные, сильфонные) и назначению пневмогидроаккумуляторы позволяют получить решения для многих задач, таких как:
1) аккумулирование гидравлической энергии;
2) питание системы в нештатных и аварийных ситуациях;
3) уравновешивание сил и нагрузок;
4) компенсация утечек;
5) компенсация объёмов рабочей жидкости;
6) демпфирование пульсации поршневых насосов;
7) демпфирование пульсаций в напорных и всасывающих магистралях;
8) демпфирование пульсации при работе топливных насосов высокого давления дизельных двигателей;
9) гашение гидроударов;
10) амортизационная подвеска мобильной техники и пр.
11) По конструктивному исполнению пневмогидроаккумуляторы делят на три типа:
12) Баллонные;
13) Поршневые;
14) Мембранные.
Рассмотрим каждый из типов более подробно (Рис. 2.3).


Рис. 2.3 – Типы гидравлических аккумуляторов с пневматическим накопителем

Баллонный гидроаккумулятор (Рис. 2.4) - самый распространенный тип аккумулятора на средний расход в гидроприводах быстрого действия. В качестве разделителя среды используется резиновый баллон. Изначально баллон находится под давлением газа. Жидкостная полость соединена с системой. При увеличении давления в системе, баллон сжимается, вбирая в аккумулятор некоторое количество жидкости.


Рис. 2.4 – Баллонный гидравлический аккумулятор

При уменьшении давления сжатый газ вытесняет жидкость обратно в систему. Устанавливаются обычно вертикально или горизонтально. Полость жидкости должна находиться снизу. Работать могут в диапазоне температуры от -50°С до + 150°С. Каучуковый баллон по мере износа может быть заменен на новый[5]
Поршневой гидроаккумулятор (Рис. 2.5) - простота конструкции обеспечивает ему сравнительно небольшую стоимость по сравнению с возможностью работать на больших объёмах (до 600 литров). Принцип работы такой же, как и у баллонного, с той лишь разницей, что в качестве разделительной среды используется металлический поршень