Zařízení hydraulického akumulátoru, princip činnosti

Volba typu hydraulického akumulátoru závisí na dostupném prostoru pro instalaci, finanční situaci a rozsahu úkolů zásobování vodou, které musí hydroakumulátor plnit (více níže).

Konstrukce akumulátoru

Každé hydraulické zařízení nebo systém má dvě důležité součásti. Toto je vzduch a voda. Cokoli zvažujeme: zásobování domu vodou, topný systém, čerpadla, hydraulický akumulátor, expanzní nádrž, všude tam, kde vzduch a voda přicházejí do vzájemného kontaktu. Ve vodovodních systémech není jejich kontakt povolen (vzduchové zámky), ale v jiných systémech působí voda a vzduch ve vzájemném tandemu. Jedním z takových zařízení je hydraulický akumulátor.

Konstrukce hydraulického akumulátoru je rozdělena do dvou částí. Jedna část hydraulického akumulátoru je naplněna vodou, druhá část je naplněna vzduchem. Tyto části jsou odděleny speciální membránou nebo „hruškou“. Membrány jsou vyrobeny z pryže, bitumenu nebo etylen propylenu (EPDM).

Celá konstrukce hydraulického akumulátoru je uzavřena v pouzdře z uhlíkové oceli nebo nerezové oceli.

Voda z vodovodu domu vstupuje do nádrže hydraulického akumulátoru a pro regulaci průtoku vody a vzduchu se používají speciální membrány. Hydraulický akumulátor je vybaven pomocnými zařízeními pro cirkulaci vody (proti stagnaci) a snímači protržení membrány.

Podívejme se blíže na fungování hydraulického akumulátoru.

Princip činnosti akumulátoru

Mezi stěnou nádrže hydraulického akumulátoru a membránou je čerpán vzduch. Voda z čerpací stanice vstupuje do membrány přes armaturu. Vzhledem k tomu, že membrána je elastická, natáhne se, když se v ní zvýší tlak vody. Tlak v hydraulickém akumulátoru je řízen tlakovým relé. Tlakový spínač při dosažení požadovaného tlaku vody nejen ovládá, ale i uzavírá přívod vody. Obvykle do 3 barů.

To znamená, že když tlak vody v systému dosáhne 2,9-3,2 bar, čerpadlo dodávající vodu do systému se vypne. Když tlak klesne na 1,4 bar, čerpadlo se opět zapne. A to vše zajišťuje natažení a stlačení membrány akumulátoru. To znamená, že membrána „dýchá“, někdy zavírá a někdy otevírá přívod energie do napájecího čerpadla. A proces zásobování vodou se stává cyklickým a plně automatickým.

Hydraulický akumulátor navíc chrání systém před tepelnou roztažností vody a před vodními rázy zvenčí (pokud je hydraulický akumulátor instalován v systému centralizovaného zásobování vodou).

Je však třeba poznamenat, že hydraulické akumulátory se používají pouze pro zásobování studenou pitnou vodou.

Expanzní nádoby se používají pro zásobování teplou vodou a topné systémy. Jejich provoz je podobný jako u hydraulického akumulátoru, ale má své vlastní nuance.

Příklad použití hydraulického akumulátoru v domácím vodovodu

Fotografie ukazuje jednu z možností použití hydraulického akumulátoru ve vodovodním systému.

1. kovoplastové potrubí z čerpací stanice;
2. hrubý filtr;
3. tlakové relé. Zapíná a vypíná čerpadlo přívodu vody, když existuje určitý rozdíl mezi horním a dolním tlakem systému (hystereze);
4. manometr, indikátor tlaku;
5. vertikální hydraulický akumulátor;
6. ventil vstřikování vzduchu;
7. kolektor pro rozvod vody v celém domě;
8. vsuvka hydraulického akumulátoru s instalovaným pěticestným ventilem (instalace směrem dolů). Vše, co je potřeba pro provoz systému připojit, se připojuje k pětipolohovému spínači (viz foto).

Další články v sekci: Vodovodní systémy

• Habešská studna, jednoduchý způsob individuálního zásobování vodou
• Automatická čerpací stanice
• Vrtání artézských studní na vodu
• Udělejte si svépomocné vrtání vody pro zásobování vodou domu, chaty nebo chalupy
• Vrtání studny: fáze práce profesionálního týmu
• Typy a výběr povrchového čerpadla pro soukromý dům
• Typy vodovodních systémů

V souladu s GOST 17752-81 (ST SEV 2455-80) Hydraulický objemový pohon a pneumatický pohon. Termíny a definice“ hydraulický akumulátor je hydraulická nádrž „určená k akumulaci a vracení energie pracovní tekutiny pod tlakem.“

Pomocí této třídy technických zařízení lze řešit celou řadu problémů. Jak název napovídá, jedná se především o zásobník hydraulické energie. Může být základem pro tzv akumulátorový hydropohon, u kterého je pracovní médium přiváděno do objemového hydromotoru z hydroakumulátoru, předem nabíjeného z externího zdroje, který není součástí pohonu.

Hydraulický akumulátor instalovaný v hydraulickém systému, který obsahuje zdroj energie, pomáhá udržovat jeho provoz v nouzových a abnormálních situacích, například když tento zdroj selže. K akumulaci energie pracovní tekutiny dochází při pauzách nebo nízké spotřebě. Během období intenzivní práce se nahromaděná energie vrací zpět do systému.

Rezervovaný tlak v hydraulickém akumulátoru pomáhá snížit na nulu vliv takových faktorů, jako jsou změny objemu pracovní tekutiny způsobené kolísáním teploty a její ztráty, které vyvolávají pokles tlaku. Instalace hydraulického akumulátoru umožňuje překonat špičková zatížení, tedy zatížení, která daleko převyšují průměrnou spotřebu kapalin v systému. Provoz hydraulického akumulátoru umožňuje energeticky úspornou rekuperaci energie, která zase umožňuje snížení výkonu hydraulického pohonu, zvýšení jeho účinnosti a snížení celkové spotřeby energie.

Instalace hydraulického akumulátoru, jehož cena není tak vysoká, znamená snížení provozních nákladů na hydraulický pohon, zmenšení rozměrů a ve výsledku i nákladů na jeho prvky. Zejména je možné použít čerpadla s nižším výkonem a pracovním objemem než u podobných systémů bez hydraulického akumulátoru.

Hydraulický akumulátor může navíc sloužit jako spolehlivý tlumič proti pulzacím čerpadla (čerpadlo s hydraulickým akumulátorem pracuje tišeji) a hydraulickým rázům v sacím a tlakovém potrubí.

Hydraulický akumulátor sám o sobě jako chránič ve významné části svých funkcí vyžaduje ochranu a šetrné zacházení.

Speciální bezpečnostní zařízení jej musí chránit před přetížením. Hydraulický systém by měl být vybaven zařízeními, která zajistí odpojení hydraulického akumulátoru a jeho připojení k odtokovému potrubí. Hydraulické systémy vybavené hydraulickým akumulátorem musí ve vypnutém stavu „automaticky uvolnit tlak nahromaděné pracovní kapaliny nebo spolehlivě zablokovat hydraulický akumulátor“ (slova v uvozovkách ─ z „GOST R 52543-2006 (EN 982:1996) Objemový objem“) hydraulické pohony. Bezpečnostní požadavky.

Je nutné dodržet teplotu pracovní kapaliny a prostředí stanovené výrobcem. Hydraulický akumulátor, stejně jako všechna související hydraulická zařízení pod tlakem, musí být bezpečně upevněn. Uživatelům je přísně zakázáno provádět jakékoli změny na hydraulických akumulátorech během jejich instalace, zejména ty, které zahrnují mechanické zpracování a svařování.

Odpovědi na otázky, jaký hydraulický akumulátor zvolit a jaké je optimální schéma zapojení hydraulického akumulátoru, jsou doménou profesionálů. Stejně jako jim lze důvěřovat při provádění takových prací, jako je připojení hydraulického akumulátoru a výměna hydraulického akumulátoru.

Konstrukční řešení a princip činnosti hydraulického akumulátoru. Pneumatické hydroakumulátory

Energii lze akumulovat a vracet díky několika konstrukčním řešením. V závislosti na tom, který z nich je základem návrhu, se rozlišují zařízení s mechanickým akumulátorem – nákladní, pružinové (včetně elastického těla), jakož i pneumatické, tzv. pneumaticko-hydraulické akumulátory.

V hydraulickém akumulátoru nákladu se hydraulická energie přeměňuje na potenciální (gravitační) energii zátěže tlačícího na píst. Při vybití vrací píst a zátěž nahromaděnou energii zpět do hydraulického systému.

V pružinovém hydraulickém akumulátoru hraje roli zatížení elastická pružina a gravitační síla je elastická síla. Tlak kapaliny je určen elastickými vlastnostmi a pohybem pružiny. Funkce pružiny může plnit elastické těleso.

Hrozí, že výčet výhod nákladních a pružinových hydroakumulátorů se stane rutinní formalitou, protože i přes svou existenci, s výjimkou individuálních lokálních aplikací, dnes nemohou důstojně konkurovat zařízení zvanému pneumatický hydroakumulátor (PGA). Jejich společnými výhodami jsou relativní jednoduchost designu a nízká cena. „Osobními“ výhodami nákladního hydraulického akumulátoru je konstantní tlak (u pružinového akumulátoru záleží na vlastnostech a deformaci pružiny) a větší pracovní objem než u pružinového akumulátoru.

Dalším pojmem, který by mohl být použit v názvu této kapitoly, je hydropneumatický akumulátor. Nachází se také v regulačních dokumentech. Například ve výše uvedeném GOST R 52543-2006. (V „GOST 17752-81. Objemový hydraulický pohon a pneumatický pohon. Termíny a definice“ pro hydraulický akumulátor, ve kterém dochází k akumulaci a návratu energie v důsledku stlačování a expanze plynu v blízkosti téměř nestlačitelné kapaliny, je zaveden název „pneumohydraulický akumulátor“). V tomto případě změna místa „pneumo“ a „hydro“ nemění význam slova. Častěji se využívá možnost pneumaticko-hydraulického akumulátoru.

Zjevnými výhodami pneumaticko-hydraulických nebo hydropneumatických akumulátorů je vysoká energetická kapacita, kompaktnost a rozmanitost konstrukčních řešení. A to vše dohromady znamená vyšší efektivitu.

Rozmanitost konstrukčních řešení lze zredukovat na několik základních typů.

Pneumatické hydroakumulátory: válec, membrána, píst

V závislosti na tom, zda plyn a kapalina přicházejí do vzájemného kontaktu nebo ne, se pneumatické hydroakumulátory dělí na dvě velké skupiny: s a bez separátoru. Je možné kompromisní řešení – pneumatický hydroakumulátor s neúplným oddělením, tzv PGA typu plovákového ventilu s pružným nebo tuhým plovákem.

Typ separátoru – pístový, membránový (vlnovecký), válec – umožňuje rozlišit tři typy zařízení: pístový (pneumatický hydroakumulátor ARH nebo ARF), membránový (vlnovecký), válec (pneumatický hydroakumulátor APG-T).

„Plynovou složkou“ pneumatických hydroakumulátorů jsou nejčastěji inertní plyny (např. argon). Často jsou pneumatické akumulátory plněny dusíkem. Při kontaktu s nehořlavými kapalinami je přípustné plnit pneumatický akumulátor stlačeným vzduchem.

V balónových a membránových pneumatických hydroakumulátorech jsou síly vynaložené na deformaci membrány nebo balónku malé, a proto lze taková zařízení považovat za bez setrvačnosti. Pístový pneumatický hydraulický akumulátor má setrvačnost ─ část jím akumulované energie je vynaložena na překonání třecích sil pístu na válec.

Membránový pneumatický hydraulický akumulátor je kompaktní. Vyrábí se se svařovaným nebo odnímatelným tělem. Ve druhém případě je možná výměna více membrán.

Kde se používají pneumatické hydroakumulátory?

Účel použití hydraulických akumulátorů obecně a pneumatických hydraulických akumulátorů konkrétně byl diskutován výše. Nyní je čas říci, kde se používají.

Hydroakumulátory pro zásobování vodou jsou široce známé. Všichni majitelé domů, jejichž domy jsou vybaveny autonomními inženýrskými systémy, vědí o nutnosti nákupu hydraulického akumulátoru. Hydraulický akumulátor pro vodovodní systémy zajišťuje akumulaci kapaliny, přijímání nadměrného tlaku, tlumení hydraulických rázů, udržování požadovaného tlaku při vypnutí čerpadla (což poskytuje jemnější provozní režim) a také pomáhá překonat „vrcholy“ spotřeby kapaliny.

Rozsah použití těchto zařízení však není omezen na zásobování vodou. Pneumatické hydroakumulátory se používají v průmyslu a dopravě. Například v pasivním systému havarijního chlazení aktivní zóny jaderných elektráren.

V letectví se instalují do brzdových systémů podvozků letadel. Na lodích ─ v hydraulických řídicích systémech.

Jejich použití je upraveno řadou regulačních dokumentů ─ Meziodvětvová pravidla pro ochranu práce při zpracování kovů za studena, Pravidla průmyslové bezpečnosti pro výrobu pryže, Pravidla ochrany práce pro operace kování a lisování atd.

Pneumatické hydroakumulátory se používají v obráběcích strojích, vozidlech, speciální a stavební technice (bagry, buldozery). Jejich použití v cyklických strojích s hydromotory umožňuje tomuto zařízení pracovat po dlouhou dobu při sníženém pracovním tlaku.

A samozřejmě, hydraulické akumulátory mají velký význam pro ropný a plynárenský průmysl. Není náhodou, že jsou zmíněny v takových dokumentech, jako jsou Federální normy a pravidla v oblasti průmyslové bezpečnosti „Bezpečnostní pravidla v ropném a plynárenském průmyslu“ a „Bezpečnostní pravidla pro pobřežní zařízení ropného a plynárenského komplexu“, v „Pokynech pro zabránění přílivu plynu, ropy a vody a otevřených vodotrysků při výstavbě a opravách těžby ropy“08 v GOST 254-98 (ST SEV 13862-90, ST SEV 6149-87, ST SEV 6913-89, ST SEV 6914-89) Zařízení na zabránění výbuchu. Typická schémata, základní parametry a technické požadavky na provedení.“

Pneumatický hydroakumulátor ─ tlumicí zařízení nebo tlumič tlakových pulsací

Radiální a axiální plunžrová a membránová dávkovací čerpadla jsou zařízení s vratným pohybem, a proto je jejich provoz doprovázen tlakovými pulzacemi. Pulsace se přenášejí na další prvky hydraulických systémů a způsobují vibrace a hluk. Špičkové tlakové pulsy způsobují hydraulické rázy, které představují nebezpečí pro všechny prvky potrubního systému, včetně samotných čerpadel. Navíc mají za následek nerovnoměrné dávkování. Pulzace tlaku v hydraulických systémech mohou být také způsobeny chybami dávkování a nerovnoměrným zatížením pohonu.

Zvláště nebezpečné je, když shoda frekvencí kmitání komponent hydraulického systému a pulzace tlaku vede k rezonančnímu efektu. To je plné destruktivních následků ─ prasknutí hydraulických vedení, narušení provozu zařízení a senzorů. Izolace vibrací a flexibilní hadice jsou jen polovičními opatřeními. Problém tlumení vibrací lze zcela vyřešit použitím pneumaticko-hydraulických tlumičů akumulátorů.

Při srovnání pulzací v hydraulických systémech bez tlumiče a s tlumičem je zřejmé, o kolik blíže jsou vrcholy sinusoidy tlumené pulzace k ose vodorovné (časové ose) v druhém případě a o kolik rychleji přecházejí do přímky, která se s ní téměř shoduje.

Snížením tlakových rázů, a tím i vibrací a hluku, pneumatický hydraulický akumulátor – tlumič pulsací čerpadla a v širším měřítku kapalinový tlakový tlumič pulsací přímo přispívá ke zlepšení výstupních charakteristik čerpadel. Dlouhodobým efektem používání tlumičů je snížení provozních nákladů na servis hydraulických systémů a zvýšení jejich životnosti.

Pneumatické hydraulické akumulátory se používají jako tlumiče pulzací pro dávkovací čerpadla při montáži procesních zařízení v různých průmyslových odvětvích. Ale zejména ve velkém měřítku ─ v podnicích rafinérského, chemického a energetického průmyslu.

Tlumič pulzací lze instalovat na jedno z potrubí – sací, výtlačné (ve většině případů) nebo obojí současně. Ve všech variantách jsou sledovány dva hlavní cíle: dosažení co nejrovnoměrnější dodávky dávkované kapaliny a eliminace hodnot tlaku na špičkách pulzačních „špiček“, které jsou nadměrně vyšší než „nominální“ hodnota.

Potřeba instalace pneumaticko-hydraulického akumulátoru jako tlumiče pulzací na tlakové potrubí dávkovacího čerpadla je relevantnější, čím menší je průměr tlakového potrubí, čím větší je jeho délka, tím vyšší je viskozita kapaliny a průtok.

Přítomnost tlumiče pulzací umožňuje vypočítat potrubí na základě jmenovité hodnoty dávkovací kapacity dávkovacího čerpadla, spíše než s vícenásobnou rezervou, která bere v úvahu špičkové hodnoty výkonu.

Pneumatický hydraulický akumulátor ─ tlumič pulzací ─ absorbuje část kapaliny dodávané dávkovacím čerpadlem při vstřikování, vrací ji zpět do hydraulického systému během sání, čímž, byť částečně, vyplňuje „prázdno“ mezi dvěma dávkovacími zdvihy.

Je také důležité, aby tlumič pulzací instalovaný v tlakovém potrubí, který chrání potrubí a dávkovací čerpadlo před tlakovými rázy, současně napomáhal ke zvýšení přesnosti dávkování.

V některých případech může být důležitá i instalace tlumiče pulzací na sací potrubí. Příliš krátké sací vedení nebo příliš nízká sací výška mohou způsobit kavitaci. Instalace tlumiče pulzací v těsné blízkosti sacího ventilu zajistí nepřerušovaný průtok dávkované kapaliny k čerpadlu.

Pneumohydraulické akumulátory „Areopagus“

Pneumatické hydraulické akumulátory typu PGA vyráběné firmou „Areopag Dosing Equipment Plant“ se vyznačují svou energetickou kapacitou, kompaktností a možností použití pro širokou škálu čerpaných kapalin v rozsahu teplot od 40 do 100°C. Eliminují směšování toků dávkované kapalné a plynné fáze a nevyžadují neustálé doplňování paliva.

Hlavní parametrický rozsah Areopag PGA zahrnuje oba modely bez modelů médií a membrány s celkovým objemem plynu 0,1, 0,25, 0,6, 1,6, 2,5, 4,0, 6,3, 6,5, 10,0 dm3 a nominálního tlaku (PN) 10, 16, 25, 63, 100, 160, 320 kgf/cm2.

Membrány jsou vyrobeny z pryže (EPDM) a fluoroplastu. Těsnění jsou vyrobena z fluoroplastu, tepelně expandovaného grafitu a kovu.

Produkty lze používat v agresivním a neutrálním prostředí. Prošly potřebnou certifikací a plně vyhovují požadavkům Technických předpisů Celní unie „O bezpečnosti strojů a zařízení“ (TR CU 010/2011) a „O bezpečnosti zařízení pro práci ve výbušném prostředí“ (TR CU 012/2011).