آکومولاتور

آکومولاتور هیدرولیک چیست؟

آکومولاتور هیدرولیک یا انباره در سیستم های هیدرولیک، از اجزایی است که به حفظ فشار یکنواخت در خط کمک می کند. زمانی که مدار به جریان زیادی نیاز داشته باشد، آکومولاتور می تواند در یک بازه زمانی کوتاه، مکملی برای جریان پمپ بوده و انرژی را برحسب نیاز ذخیره کرده و تحویل می دهد.

در صورتی که فشار به طور ناگهانی در خط بالا رود، انباره این افزایش فشار را جذب کرده و از وارد آمدن ضربه به سیستم لوله کشی جلوگیری می نماید. در صورتی که فشار در خطوط مدار کاهش یابد، انباره به نحوی عمل می نماید که مدار را به حالت قبل از افت فشار باز می گرداند. هایپر صنعت فامکو ارائه دهنده انواع آکومولاتور هیدرولیک در برندهای مختلف به مشتریان عزیز می باشد.

انواع آکومولاتور

• آکومولاتور وزنی
• آکومولاتور فنری
• آکومولاتور گازی
• آکومولاتور پیستونی
• آکومولاتور دیافراگمی
• آکومولاتور کیسه ای

آکومولاتور وزنی

این نوع از آکومولاتور از قدیمی ترین و ساده ترین انواع آن است. همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود؛ وزنه ها به صورت عمودی و در بالای سیال قرار می گیرد. با ورود سیال به داخل آکومولاتور، وزنه ها به سمت بالا حرکت خواهند کرد. طبق رابطه ی P=F/A با تقسیم نیروی وزن بر مساحت سطح تماس پیستون با روغن بدست می آید. طبق فشاری که تمایل به ایجاد کردن آن داریم می توان وزنه ها را تغییر داد. لازم به تاکید است که فشار خروجی بدون توجه به وزن ثابت است و این نکته در نمودار زیر مشخص است.

لازم به تاکید است که فشار خروجی بدون توجه به وزن ثابت است و این نکته در نمودار زیر مشخص است.

نماد شماتیک آکومولاتور وزنی به شکل زیر است.

آکومولاتور وزنه ای، شامل سیلندر، پیستون متحرک، میله و وزنه می باشد به صورت عمودی قرار گرفته و وزنه های سنگین در بالای آن نصب شده است. وزنه ها با وارد شدن سیال به آکومولاتور، رو به بالا حرکت می کنند. در این آکومولاتور ها وزنه ها را می توان به دلخواه کم یا زیاد نمود. در این انباره ها فشار برابر است با مقدار وزنه ها، تقسیم بر سطحی از پیستون که در تماس با روغن است. این آکومولاتور ها تنها نوعی است که فشار در آن همیشه ثابت است و بستگی به پر یا خالی بودن آکومولاتور ندارد. این نوع آکومولاتور بسیار سنگین است زیرا برای ایجاد فشار دلخواه می بایست وزنه های بزرگی بر روی آکومولاتور قرار دارد و کاربردش محدود به پرس های سنگین یا سیستم هایی است که به حجم زیادی از سیال نیاز دارند. از عیوب دیگر انباره های وزنه ای، گران بودن هزینه های ساخت و محدودیت های ابعادی می باشد. مهمترین محاسن آن قابلیت کارکرد در دماهای بسیار بالا و بسیار پایین می باشد. ولی موضوعی که در آکومولاتور های وزنه ای مورد توجه قرار می گیرد وجود نشتی بوده که می باید با استفاده از اورینگ های مناسب نسبت به رفع مشکل اقدام گردد.

آکومولاتور فنری

اجزای اصلی آکومولاتور فنری شامل سیلندر، پیستون و فنر است. فرآیند رخ داده در آکومولاتور فنری مشابه آکومولاتور وزنی است؛ با این تفاوت که به جای وزنه، فنر این کار را انجام می دهد. فنر موجود در این آکومولاتور به کمک پیچی تنظیم می شود تا فشار معینی در سیستم وجود داشته باشد. از آکومولاتور فنری برای تامین جریان و فشار کم استفاده می شود چون در فشار کاری بالا و حجم خروجی زیاد سیال، ابعاد آکومولاتور باید بسیار بزرگ و سنگین باشد. با توجه به اینکه خاصیت الاستیسیته فنر در سیکل های کاری زیاد، استفاده از این نوع آکومولاتور در فشارهای بالا و حجم خروجی زیاد سیال مناسب نیست.

در زیر نمودار حجم-فشار و نماد شماتیک آکومولاتور فنری را مشاهده می کنیم.

آکومولاتور فنری شامل سیلندر، پیستون و فنر است. البته می توان از یک یا چند فنر استفاده نمود. ذخیره سازی انرژی آکومولاتور فنری توسط یک فنر صورت می گیرد. فنر با استفاده از پیچ، برای فشار های مختلف تنظیم می شود با پمپ کردن روغن به انباره، پیستون یا میله موجب فشردن فنر و ذخیره شدن انرژی پتانسیل در آن می شود. این انرژی بر حسب نیاز سیستم با باز شدن دوباره فنر آزاد و به سیستم پس داده می شود. از آنجا که نیروی فنر با تغییر مکان آن متناسب است، نیروی فنر و در نتیجه فشار روغن در طول کورس فنر ثابت نبوده و به مقدار تغییر مکان بستگی دارد. بنابراین باید توجه نمود که در این نوع انباره، فشار اعمالی بر سیال، ثابت نمی باشد و بستگی به مقدار روغن موجود در انباره دارد. از آکومولاتور های فنری در تامین جریان و فشار کم استفاده می شود زیرا در فشار های بالا و حجم خروجی زیاد دارای ابعاد بزرگ و سنگین می گردد. در نتیجه به دلیل از دست رفتن خاصیت الاستیسیته فنر در سیکل های کاری زیاد، استفاده از این نوع انباره در کاربرد مذکور مناسب نمی باشد.

1. آکومولاتور را در هر وضعیتی نصب نمود.
2. نیروی فنر و دامنه فشار آکومولاتور به راحتی قابل تنظیم نمی باشد.
3. اندازه فنر ها محدود است و جوابگوی حجم زیادی از روغن نیست.

آکومولاتور گازی

آکومولاتور گازی به کمک گاز خنثی و قانون بویل کار می کند. قانون بویل بیان می کند که در دمای ثابت، تغییر فشار گاز نسبت به حجم آن رابطه معکوس دارد. بنابر ویژگی تراکم پذیری گازها می توان انرژی پتانسیل را در آکومولاتور گازی ذخیره کرد. هرگاه فشار سیستم کاهش یابد، گاز دوباره منبسط شده و به این ترتیب انرژی پتانسیل ذخیره می شود؛ با منبسط شدن گاز، سیال به داخل سیستم هیدرولیک حرکت خواهد کرد.

به طور کلی آکومولاتور گازی دارای دو نوع جدا شده و جدا نشده است که توضیحات تکمیلی در زمینه این دو نوع جدا شد و جدا نشده در بخش مربوطه آورده شده است.

نماد شماتیک آکومولاتور گازی و همچنین نمودار تغییرات فشار سیال به حجم مایع درون آکومولاتور گازی به شکل زیر است.

روغن یا سیال هیدرولیک تقریبا غیر قابل تراکم است. بدین معنی است که افزایش زیاد فشار روغن موجب کاهش ناچیز حجم آن می شود. از سوی دیگر تغییرات زیاد فشار گازها و هوا خاصیت تراکم پذیری بسیار کمتری دارد و در نتیجه تراکم روغن برای ذخیره انرژی در آن کار بیهوده ای است، حال آنکه ذخیره انرژی در گاز یا هوا راهی بسیار مناسب است.

به عبارت دیگر عملکرد این نوع انباره بر اساس قانون بویل ماریوت می باشد (در دمای ثابت، فشار گاز به نسبت عکس حجم آن تغییر می نماید).

خاصیت تراکم پذیری گاز، امکان ذخیره سازی انرژی پتانسیل در انباره گازی را فراهم می نماید. کاهش فشار سیستم موجب انبساط مجدد گاز و آزاد شدن انرژی ذخیره شده می گردد که این امر موجب هدایت سیال (روغن) به داخل سیستم هیدرولیک می گردد. در نوع سوم انباره ها از هوا یا گاز های دیگر به جای فنر یا وزنه، برای تامین رفتار کشسانی مورد استفاده قرار می گیرد. در این انباره ها گاز و روغن هر دو در یک ظرف قرار داشته با افزایش فشار روغن، گاز منبسط شده و روغن را به بیرون هدایت می کند.

نکته بسیار مهم این است که هرگز از اکسیژن برای شارژ آکومولاتور استفاده نشود، زیرا اکسیژن تحت تراکم، تمایل شدیدی به ترکیب با روغن و در نتیجه انفجار دارد، به همین دلیل استفاده از هوا برای شارژ توصیه نمی شود. مقدار شارژ اولیه گاز، نباید از ¼، ⅓ حداکثر فشار کارکرد سیستم کمتر باشد. در ضمن باید توجه کرد که مقدار فشار گاز درون آکومولاتور با افزایش و یا کاهش روغن در آن تغییر می کند.

انباره های گازی به دو دسته زیر تقسیم بندی می گردند:

• جدانشده: آکومولاتور های گازی بدون تفکیک No-Separator type
• جداشده: آکومولاتور های گازی Separator type

آکومولاتور های گازی بدون تفکیک

این نوع انباره شامل یک سیلندر کاملا بسته، دهانه ورودی-خروجی و اتصالات لازم و شیر پرکن می باشد. قبل از نصب این نوع انباره ها باید مقداری روغن در کف آن قرار گیرد. سپس هوا، نیتروژن یا گاز های بی اثر دیگر با حداقل فشار کار سیستم هیدرولیک در مخزن پر می شوند.

در آکومولاتور های گازی بدون تفکیک هیچ جداکننده ای بین روغن و گاز شارژ شده وجود ندارد. باید به طور عمودی مستقر شوند. در این نوع آکومولاتور منبسط شدن گاز به طور مستقیم باعث خروج روغن می شود. آکومولاتور هنگام کار نباید به طور کامل تخلیه شود. زیرا در این صورت ممکن است گاز به درون مدار هیدرولیک نفوذ نماید. لذا از کلید های شناور یا سطح سنج جهت نشان دادن سطح سیال در آکومولاتور و جلوگیری از تخلیه کامل آن استفاده می شود. مزیت عمده آکومولاتور های گازی بدون تفکیک توانایی پذیرفتن حجم زیادی از روغن بوده و مهمترین عیب آن مخلوط شدن گاز در روغن به دلیل عدم وجود جداکننده فیزیکی می باشد. لذا به منظور جلوگیری از ورود گاز به داخل روغن مشکلاتی نظیر کاویتاسیون در پمپ را به دنبال خواهد داشت، در نتیجه می بایست این نوع انباره به صورت عمودی نصب گردد.

آکومولاتور ها از نوع جدا شده

این نوع انباره ها دارای جدا کننده فیزیکی بین گاز و روغن است متداول ترین و قابل قبول ترین کاربرد را در صنعت دارا می باشند. این نوع آکومولاتور ها به سه دسته زیر تقسیم بندی می گردند:

1. آکومولاتور دیافراگمی
2. آکومولاتور کیسه ای (حبابی)
3. آکومولاتور پیستونی

آکومولاتور پیستونی

روش دیگر جهت جداسازی روغن و گاز در درون انباره استفاده از یک پیستون آزاد است. در این طرح نیز پیستون در اثر فشار گاز متراکم شده به روغن فشار وارد می نماید. و سعی در خارج نمودن روغن از آکومولاتور دارد. در این طرح فشار گاز با تغییر مقدار روغن در داخل انباره تغییر می یابد. در آکومولاتور پیستونی، پیستون به عنوانی عاملی برای جداسازی گاز از روغن عمل می کند. مزیت اصلی این دسته از آکومولاتورها کار در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین است. در سیستم هایی که در فشار پایین کار می کنند، اصطکاک ایجاد شده در آب بندها مشکل ایجاد می کند. این دسته از آکومولاتورها به دلیل نشتی زیادی که در سیستم رخ می دهد باید در فواصل زمانی منظم شارژ شوند. این نوع آکومولاتورها به دلیل اصطکاک ایجاد شده در آببندها به عنوان ضربه گیر استفاده نمی شوند.

در این نوع انباره پیستون، آزادانه و شناور مانند سد و مانعی در مقابل تماس مستقیم هوا یا گاز با روغن قرار می گیرد گاز یا هوای فشرده در یک طرف پیستون و روغن در طرف دیگر پیستون قرار می گیرد. آببندهای پیستون از نشت روغن در گاز جلوگیری می نماید. عیب اصلی انباره های پیستونی، گران بودن هزینه های ساخت و محدودیت های ابعادی می باشد.

این نوع انباره را در هر موقعیتی می توان نصب نمود ولی بهتر است محور سیلندر انباره، عمودی و گاز در سمت بالا قرار گیرد. نکته بسیار مهم، فرسایش جداره درونی سیلندر بعد از فعالیت های طولانی مورد بازرسی فنی قرار گیرد. زیرا ایجاد نشت در این نوع انباره بسیار شایع می باشد.

آکومولاتور دیافراگمی

در این آکومولاتورها یک جدا کننده الاستیک بین روغن و گاز وجود دارد. حین شارژ زائده موجود در کف دیاگرام علاوه بر بستن دریچه روغن، از کشیده شدن دیافراگم به داخل دریچه روغن جلوگیری می کند. همانطور که در شکل زیر مشخص شده است، سوپاپ بالای آکومولاتور دیافراگمی برای شارژ و کنترل فشار تعریف شده است. روندی که در آکومولاتور دیافراگمی رخ می دهد به این ترتیب است که پمپ روغن را به آکومولاتور ارسال می کند و موجب تغییر شکل دیافراگم و ذخیره انرژی می شود. در صورت نیاز این انرژی آزاد شده و روغن اضافی به سیستم برمی گردد.

وزن کم این نوع از آکومولاتورها نسبت به حجم سیال خروجی از آنها یک مزیت به حساب می آید.

در شکل زیر روند عملکرد آکومولاتور دیافراگمی را به صورت مرحله به مرحله مشاهده می کنیم.

آکومولاتور کیسه ای

در شکل زیر یک آکومولاتور کیسه ای را مشاهده می کنید که اجزای اصلی آن مشخص شده است. در این نوع آکومولاتور از کیسه ای بادکنکی برای جدا کردن گاز از روغن استفاده می شود. هرگاه کیسه منبسط شود مجرای ورودی روغن به کمک یک شیر سوپاپی بسته می شود. مهم ترین مزیت این دسته از آکومولاتورها این است که آببندی کاملی بین محفظه گاز و روغن انجام می دهد. این آکومولاتورها نسبت به نوسانات فشاری رخ داده در سیستم بسیار سریع عمل می کنند و به همین دلیل استفاده از آنها در سیستم های جاذب ضربه مفید است.

همانطور که پیش تر توضیح داده شد، تعویض تیوپ آکومولاتورهای کیسه ای یا بلادری امتیاز مثبتی برای استفاده از این تیپ آکومولاتورها محسوب می شود. از جمله برندهای معتبر برای آکومولاتورهای تیوپی؛ هیداک آلمان، اولائر فرانسه و EPE ایتالیا است. 

محاسبات آکومولاتور

آکومولاتورهای هیدرولیک برای استفاده مناسب در یونیت های هیدرولیک حتما می بایستی شارژ شوند. گاز مورد استفاده برای شارژ این آکومولاتورها گاز ازت یا نیتروژن می باشد. گاز نیتروژن معمولا باید یک چهارم حجم کلی آکومولاتور در داخل آن شارژ شود. اگر گاز شارژ شده در آکومولاتور از این مقدار کمتر یا بیشتر باشد ممکن است که آکومولاتور کارایی لازم را در سیستم هیدرولیک نداشته و نتواند در موارد مورد نیاز عملکرد مناسب از خود نشان دهد.

موارد نصب آکومولاتور در مدار هیدرولیک

انباره یا آکومولاتور همانند دیگر اجزای نصب شده در سیستم هیدرولیک مراقبت هایی برای جلوگیری از ورود آلودگی به انباره ها باید صورت پذیرد. انباره باید پیش از نصب در سیستم به خوبی تمیز شوند. از آنجایی که انباره ها بر خلاف دیگر اجزای هیدرولیک به صورت نقطه ای بسته یا کور در لوله کشی هستند، باید از تخلیه کامل یا ناگهانی آنها در حین کار سیستم جلوگیری نمود. هرگز انباره با اکسیژن یا هوا شارژ نشود. اکسیژن ممکن است در فشار های بالا با روغن ترکیب شده و خطر انفجار افزایش یابد. هوا نیز اگر متراکم شود، بخار آب موجود در آن به مایع تبدیل شده و به تدریج موجب زنگ زدگی و آسیب رساندن به سیل ها و احتمال ترکیب با روغن و اکسیده شدن آن شود.

تعویض تیوپ آکومولاتور

برای تعویض تیوپ آکومولاتور باید ابتدا آکومولاتور را از سیستم هیدرولیک جدا کرد، برای جدا کردن آن از سیستم هیدرولیک ابتدا باید سیستم هیدرولیک را خاموش کرد و با باز کردن شیر تخلیه، روغن موجود در آکومولاتور را خالی کرد؛ در ادامه شیر شارژ گاز را روی آکومولاتور نصب کرده و از خالی شدن همه ی گاز موجود در آکومولاتور اطمینان حاصل می کنیم و در نهایت آکومولاتور را از محل خودش جدا کرده و طبق گام های زیر آن را دمونتاژ می کنیم.

ویدیو تعویض تیوپ آکومولاتور

نحوه دمونتاژ آکومولاتور

مطابق آنچه در فیلم مشاهده شد، به منظور دمونتاژ کردن آکومولاتور باید گام های زیر برداشته شود.
 

• گام اول: بعد از جدا کردن آکومولاتور از سیستم، باید آن را به کمک گیره ی مناسبی بست، بهترین روش این است که به کمک یک زنجیر آ ن را مهار کنیم.
• گام دوم: به کمک یک آچار چاکنت مهره ی زیر شیر پاپت را باز کنید.
• گام سوم: همه ی قطعات مهار کننده شیر پاپت را جدا کنید.
• گام چهارم: بعد از جدا کردن رینگ اسپیسر، شیر پاپت را به داخل کپسول آکومولاتور فشار دهید.
• گام پنجم: دست را به درون آکومولاتور برده و به ترتیب اورینگ، رینگ بک آپ را از شیر جدا وسپس با تا کردن رینگ آنتی اکستروژن آن را از آکومولاتور خارج کنید. 
• گام ششم: شیر را از داخل کپسول آکومولاتور خارج کنید و مهره هایی که شیر گاز تیوپ را به کپسول متصل کرده، جدا کنید.
• گام هفتم: آخرین گام برای دمونتاژ کردن آکومولاتور این است که تیوپ را تا کرده و از داخل کپسول خارج کنیم.

کاربرد و وظایف آکومولاتور هیدرولیک

به طور کلی دمپ تغییرات فشار و نگه داری فشار سیستم در حالت یکنواخت برعهده آکومولاتور است. از مجموعه وظایف آکومولاتور درسیستم هیدرولیکی می توان به موارد مهم زیر اشاره کرد. انباره ها انرژی را ذخیره می کنند.

به طور معمول به عنوان بوستر در سیستم هایی که پمپ جابجایی ثابت دارند. مورد استفاده قرار می گیرد. این انباره ها در دوره کارکرد با فشار پایین، روغن تحت فشار را در خود ذخیره نموده و در دوره کارکرد با فشار زیاد آن را به مدار سیستم بر می گرداند. این سیکل به طور مرتب تکرار می شود. گاهی از انباره به عنوان پشتیبان استفاده می شود همانند ترمز های کمک هیدرولیکی در ماشین آلات بزرگ، بدین صورت که اگر روغن هیدرولیک سیستم به مقدار مورد نیاز تامین نشود انباره روغن مورد نیاز را برای چند مرتبه برای ترمز اضطراری فراهم می کند. آکومولاتور ها ضربات ناگهانی را جذب می کنند.

در اثر ازدیاد فشار در مدار که به صورت ناگهانی وارد شود، آکومولاتور با جذب روغن اضافی موجب کاهش فشار در مدار شده و پس از رفع موج فشار ناگهانی، مجددا" روغن را بر می گرداند. این باعث کاهش لرزش و سرو صدای سیستم می شود. در زمان تاخیرات فشار، به عنوان مثال زمانی که یک پمپ جابجایی متغیر در وضعیت کورس قرار دارد نیز آکومولاتور می تواند کارکرد سیستم را یکنواخت نماید. آکومولاتور با تخلیه و ارسال روغن در این زمان کم کاری سیستم را جبران می کند. آکومولاتور ها می توانند به تدریج ازدیاد فشار در مدار ایجاد کنند.

معمولا برای تعدیل کورس کار یک پیستون در برابر یک بار ثابت که در یک پرس هیدرولیکی مورد استفاده قرار می گیرد. با جذب مقداری از روغن که فشار آن در حال افزایش است، آکومولاتور سرعت کورس را کاهش می دهد. انباره ها فشار ثابتی را برقرار می کنند. این نوع انباره ها به طور معمول از نوع انباره وزنه ای می باشد. به عبارت دیگر در یک مدار بسته نیروی ثابتی را روی روغن وارد می کنند. حجم روغن از لحاظ نشتی و یا انبساط و انقباض حرارتی تغییر نماید، این انباره فشار وزنی یکسانی را در سیستم برقرار می نماید.

• به عنوان منبع قدرت

از کاربردهای مهم آکومولاتور تامین جریان زیاد سیال درمدت زمان کوتاه است. برای دستیابی به این هدف از پمپی با خروجی کم برای شارژ آکومولاتور در زمان طولانی استفاده می شود. هرگاه سیستم به جریان بالا نیاز داشته باشد، سیال ذخیره شده درآکومولاتور به مدار فرستاده می شود.

• خنثی کننده ضربات پمپ

اکثر پمپ های هیدرولیک خروجی ثابتی نسبت به زمان ندارند و این نوسانات منجر به ایجاد ضربه در سیستم می شود. در اکثر موارد این ضربانات اهمیت چندانی ندارد و در اثر برخورد با جداره لوله ها خنثی می شود اما اگر به خروجی ثابتی در مدار نیاز داشته باشیم می توان با کمک آکومولاتور آن را کنترل کرد. لازم به تاکید است که یک آکومولاتور کوچک تا حد بسیار زیادی ضربانات را کاهش می دهد اما قادر به حذف کامل آنها نیست.

• جبران کننده نشتی

وجود نشتی حتی به مقدار بسیار جزئی در سیستم های هیدرولیک منجر به افت فشار در سیستم می شود؛ به این ترتیب استفاده از آکومولاتور در سیستم می تواند از پیشامد این مشکل جلوگیری کند.

یک نوع تقسیم بندی برای انواع آکومولاتورها برحسب نحوه ی کار کردن آنها است. انواع آکومولاتور عبارت است از: وزنه ای، فنری، گازی، پیستونی، دیافراگمی و کیسه ای. لازم است به این نکته اشاره کنیم که از بین انواع آکومولاتورهای یاد شده، آکومولاتورهای کیسه ای یا تیوپی در دسته ی آکومولاتورهای پرکاربرد در سیستم های هیدرولیک به شمار می روند. دلیل کاربرد چشمگیر این آکومولاتورها در این نکته است که تیوپ یا کیسه بخش اساسی آکومولاتور است و مزیت در این است که در صورت پارگی یا آسیب دیدن این تیوپ می توان آن را تعویض کرد. در ادامه به توضیح مختصری از انواع آکومولاتورهای نام برده می پردازیم.