Заказать обратный звонок
Каталог
Каталог

Гидроаккумуляторы, и преобразователи давления

К источникам гидравлической энергии относятся также и гидрав­лические аккумуляторы. Ими называются устройства, предназначен­ные для накопления энергии и ее отдачи в необходимые при работе гидравлического привода периоды. По сути своей гидравлический ак­кумулятор является резервным или дополнительным источником энер­гии. И потому имеет очень широкое применение как для создания до­полнительных потоков жидкости, так и в качестве аварийного источ­ника энергии, а также в других различных технологических целях, что будет показано ниже.

Гидравлические аккумуляторы бывают трех типов: грузовые (рис.2.30а), пружинные (рис.2.306) и газовые (рис.2.30в, г, д, е). В свою очередь газовые гидроаккумуляторы могут быть без разделения сред (рис.2.30в) и с разделением газовой и жидкой среды (рис.2.30г, д, е). В качестве разделителя может быть поршень 6 (жесткий разделитель) или мембраны 7 и 9 (эластичный разделитель).

Принцип действия гидравлического аккумулятора заключается в следующем. Накопление энергии в аккумуляторе происходит в процес­се его зарядки. Зарядка аккумулятора осуществляется путем соверше­ния некоторой работы по преодолению силы веса G груза 2 в грузовом аккумуляторе, силы пружины 3 в пружинном аккумуляторе и силы от давления сжатой газовой среды в газовом аккумуляторе. Работу акку­мулятора рассмотрим на примере газового аккумулятора. Перед сда­чей газового аккумулятора в эксплуатацию он заполняется газовой средой под начальным давлением Рнач через штуцер 5 (рис.2.30г, д) и закрывается пробкой. Мембрана 9 растягивается и прижимается к внутренней поверхности корпуса аккумулятора (рис.2.30е). К штуце­ру 8 подсоединяется трубопровод гидравлической системы. Если дав­ление в гидросистеме превышает начальное давление в аккумуляторе, то клапан 10 поднимается вверх и открывает проход рабочей жидкости внутрь аккумулятора (рис.2.30ж). Жидкость заполняет внутреннюю полость аккумулятора и обжимает мембрану 9. Одновременно с этим растет и давление сжатого газа за счет уменьшения его объема.

Принципиальные схемы гидравлических аккумуляторов

Рис.2.30. Принципиальные схемы гидравлических аккумуляторов

Процесс зарядки аккумулятора закончится при уравнивании давлений сжатого газа и жидкости. Для грузового аккумулятора зарядка закан­чивается при подъеме груза на полную высоту (рис.2.30а), а для пру­жинного – при уравнивании силы сжатой пружины 3 с силой, действу­ющей на поршень 1 от давления рабочей жидкости (рис.2.30б). Разряд­ка аккумулятора начинается при понижении давления рабочей жид­кости в гидравлической системе. Тогда под действием большего давле­ния сжатого газа расширяющаяся мембрана вытесняет жидкость через открытый клапан 10 в гидросистему (рис.2.30з). Рекомендуется разряд­ку аккумулятора производить до некоторого минимально допустимо­го давления Pмин, несколько большего, чем начальное давление сжатого газа. При этом не происходит полное опорожнение самого ак­кумулятора, что предотвращает контакт эластичной мембраны с кла­паном 10 и увеличивает срок ее службы.

Достоинством грузовых аккумуляторов является постоянство дав­ления аккумулятора Pак, которое не зависит от степени разрядки акку­мулятора и определяется (без учета сил трения) весом груза G, т.е. Pак = G/S, где S - эффективная площадь поршня 1 в цилиндре 4. Однако их громоздкость и необходимость лишь вертикальной установки серьез­но сужают область применения таких аккумуляторов. Чаще всего их применяют в гидравлических системах прессового оборудования.

Достоинством пружинных аккумуляторов являются их меньшая громоздкость, возможность встраивания непосредственно в гидравли­ческие устройства (рис.2.32) и способность работы в любом положении. Однако давление такого аккумулятора зависит от степени его разрядки и без учета сил трения определяется выражением: Pак = c(h0 +h)/S, где

c - жесткость пружины 3, h0 - ее предварительный натяг, h - ход порш­ня 1 во время зарядки.

К достоинствам газовых аккумуляторов относят их компакт­ность, удобство в монтаже и возможность установки в любом положе­нии (последнее не касается газовых аккумуляторов без разделения сред). Наиболее компактны газовые аккумуляторы с эластичной мемб­раной, Газовый аккумулятор с жестким разделителем более громоз­док, да и силы трения велики за счет уплотнительных элементов порш­ня 6, что препятствует его широкому применению. Газовый аккумуля­тор без разделения сред хоть и не имеет трущихся поверхностей, но ра­ботоспособен лишь в вертикальном положении и требует использова­ния такого газа, который мало растворяется в рабочей жидкости и не вступает с нею в химические реакции. Это также ограничивает область применения таких аккумуляторов.

Устройство применяемых в промышленности аккумуляторов по­казано на рис.2.31.

Пружинный аккумулятор (рис.2.31а) представляет собой ци­линдр 7, в котором поршень 6 со штоком 5 поджат к верхней крышке цилиндра пружиной 3, размещенной между фланцами 2 и 4. Сила под­жима настраивается гайкой 1. При соединении канала А с напорной гидролинией при росте давления поршень 6 опускается вниз, сжимая пружину 3 (происходит процесс зарядки аккумулятора). В случае паде­ния давления в канале А действием пружины поршень вытесняет в гидролинию жидкость из аккумулятора (происходит процесс его разряд­ки). Тем самым обеспечивается сглаживание пульсаций давления. Ка­нал Б обеспечивает отвод из нижней полости цилиндра 7 утечек жид­кости.

конструктивные схемы гидравлических аккумуляторов

Рис.2.31. Конструктивные схемы гидравлических аккумуляторов: а - пружинный; б- газо-гидравлический с жестким разделением сред; в - газо-гидравлический с эластичной мембраной

Газогидравлический аккумулятор с жестким разделением сред модели АРХ (рис.2.31б) выполнен в виде цилиндра 1, внутри которого находится поршень 3. В верхнюю полость между крышкой 4 и порш­нем 3 через клапан 5 закачивается технический азот при необходимом для работы давлении. В нижнюю полость аккумулятора по каналу А в крышке 2 подается рабочая жидкость гидравлической системы. Для лучшей герметизации проточку Б поршня 3 заполняют этой же жид­костью, создавая так называемый масляный замок, который вместе с резиновыми кольцами 6 надежно уплотняет зазор между поршнем и цилиндром.

Благодаря своей компактности и малой инерционности широко применяются газогидравлические аккумуляторы баллонного типа с эластичным разделителем сред в виде мембраны 2 (рис.2.31в). В корпу­се 1 аккумулятора диаметром D установлен клапан 4 для подвода рабо­чей жидкости из гидросистемы. В верхней части баллона установлен клапан 3, через который закачивается сжатый газ внутрь мембраны 2 в виде мешка.

Такие аккумуляторы обеспечивают работу гидросистем при дав­лениях до 32 МПа и имеют объем баллона от 1 до 40 дм3. В качестве газа в них используется технический азот, нейтральный к материалу баллона и мембраны. Однако следует заметить, что при эксплуатации баллонных аккумуляторов должны строго соблюдаться правила их эк­сплуатации и в установленные сроки проводиться проверки их рабо­тоспособности, как оборудования, находящегося под высоким давле­нием.

Выбор аккумуляторов производится по конструктивному объему баллона Wб , рассчитываемому с учетом полезного объема Wп и давле­ний газа и рабочей жидкости гидравлической системы: Wп /Wб = = Pнач /Pмин Pнач /Pмакс , где Pмакс – максимальное давление зарядки аккумулятора, Wп - полезный объем аккумулятора, определяемый с учетом дополнительного потока жидкости Qд, который должен выда­вать аккумулятор в течение времени t, по формуле: Wп = Qд t.

На рис.2.32 показан пример применения пружинного аккумулято­ра в гидравлическом амортизаторе модели СА-106, используемом для торможения движущихся узлов. Когда последний наезжает на шток поршня 1, он смещается, вытесняя жидкость из полости А в корпусе 2 в полость Г через сопротивления в канале Б в виде щели дросселя 3 и в полости А в виде кольцеобразной щели между поршнем 1 и ее коничес­кой поверхностью по каналу В. При этом движущийся узел тормозит­ся, теряя кинетическую энергию на преодоление сопротивлений. Вы­тесняемая поршнем 1 жидкость воздействует на поршень 4 аккумуля­тора и, сжимая пружину 5, заряжает его. Когда остановившийся узел уйдет от амортизатора, давление в полости Г понизится, и пружина 5 с поршнем 4 вытеснит жидкость из аккумулятора через обратный кла­пан 6 в полость А. Поршень 1 выдвинется из корпуса и снова будет го­тов к торможению.

Гидравлический амортизатор модели СА-106

Рис.2.32. Гидравлический амортизатор модели СА-106

Применение аккумуляторов в гидравлических приводах повыша­ет КПД гидравлической системы и снижает материальные затраты. В то же время, гидравлические аккумуляторы дают возможность полу­чить большие кратковременные мощности без увеличения потребляе­мой гидрофицированным оборудованием мощности за счет запасен­ной энергии. Эти факторы и обусловили широкое применение гидро­аккумуляторов на практике. Примеры гидравлических приводов с ак­кумуляторами приведены на рис.2.33.

На рис.2.33а показано применение гидравлического аккумулятора в качестве аварийного источника энергии. Так, если произойдет отклю­чение электроэнергии, то прекратится работа насоса. Однако аккумуля­тор обеспечит подачу жидкости к гидравлическому цилиндру 1 (сведе­ния о гидравлических цилиндрах даны в разделе 2.3) и предотвратит аварийную ситуацию в работе гидравлического привода. Рис.2.33б ил­люстрирует применение аккумулятора в качестве дополнительного ис­точника энергии. Если гидравлический распределитель 2 (сведения о гидравлических распределителях приведены в разделе 2.4) переключить в правую позицию, то аккумулятор подсоединится к напорной гидролинии насоса, и к гидроцилиндру 1 начнет поступать суммарный поток жидкости, состоящий из потока аккумулятора и потока, пропус­каемого дросселем.

Схемы применения гидравлических аккумуляторов

Рис.2.33. Схемы применения гидравлических аккумуляторов

С помощью гидроаккумулятора в приводе по рис.2.33в осуществ­ляется зажим детали цилиндром 1 при отключении насоса по команде реле давления 3, когда давление в системе достигнет необходимого для зажима уровня. Тем самым обеспечивается экономия потребляемой насосом энергии.

На рис.2.33г показан пример использования аккумулятора для пи­тания систем смазки. При достижении в системе необходимого для смазки и зарядки аккумулятора давления реле 3 отключает насос, а подвод смазки происходит от аккумулятора.

Рис.2.33д иллюстрирует применение аккумулятора для гашения пульсаций давления жидкости в динамическом режиме работы гидрав­лического привода клепальной машины. При этом аккумулятор А1 гасит забросы давления, возникающие при соударении идущих навст­речу друг другу штоков цилиндров 1, а аккумулятор А2 – возможные скачки давления в напорной гидролинии насоса при переключениях гидрораспределителя 2 из левой позиции в правую, поскольку при про­хождении средней позиции распределителя мгновенно перекрываются каналы подвода жидкости. Это может привести к возникновению гид­равлического удара, сопровождающегося скачками давления, причем мгновенный рост давления может достичь уровня, в 2–2,5 раза превы­шающего рабочее давление.

Схема, приведенная на рис.2.33е, иллюстрирует работу аккумуля­тора в тормозных гидравлических устройствах. Когда устройство осу­ществляет торможение, поршень цилиндра 1 под действием наехавше­го на него тормозимого узла (на рис.2.33е не показан) опускается вниз, вытесняя жидкость через дроссель 4 и гася на нем энергию движущего­ся узла. Часть вытесняемой жидкости поступает в верхнюю полость цилиндра 1, другая часть – в аккумулятор, заряжая его. Когда тормоз­ное устройство освободится от воздействия заторможенного узла (он уйдет вверх), аккумулятор начнет вытеснять жидкость в нижнюю по­лость цилиндра через обратный клапан, осуществляя быстрое (за счет дифференциального включения цилиндра) перемещение поршня вверх и подготавливая устройство к новому торможению. Подключение па­раллельно дросселю 4 клапана давления 5 обеспечивает получение ре­жима торможения с постоянным замедлением и предохраняет устройс­тво от перегрузки, ограничивая давление в цилиндре в соответствии с настройкой предохранительного клапана на максимально допустимое давление.

В схеме привода на рис.2.33ж аккумулятор обеспечивает реверс гидроцилиндра 1. При движении поршня вправо происходит зарядка аккумулятора. В случае переключения распределителя 2 в правую по­зицию происходит разгрузка насоса (давление в напорной гидролинии насоса понижается почти до нуля), а аккумулятор, разряжаясь, переме­щает поршень влево.

Еще одним типом источников гидравлической энергии можно счи­тать преобразователи давления. Это такие устройства, которые обеспе­чивают получение измененных по величине давлений на их выходе по сравнению с давлениями на входе этих устройств. Обычно такие устрой­ства применяют для получения более высоких, чем на входе, давлений. Однако есть примеры применения преобразователей давления и в ка­честве редукторов давления.

Различают преобразователи давления прерывистого и непрерывно­го действия. Их принципиальные схемы действия приведены на рис.2.34.

Преобразователи давления

Рис.2.34. Преобразователи давления: а - прерывистого действия; б - непрерывного действия с разными входами; в - непрерывного действия с объединенным входом

Преобразователь прерывистого действия (рис.2.34а) состоит из двух соединенных между собой цилиндров 1 и 2, поршни 3 и 5 которых связаны одним штоком 4. При подаче рабочей жидкости в левую по­лость цилиндра 1 под давлением P1 из правой полости цилиндра 2 жид­кость будет вытесняться при давлении P2 . Из условия равновесия сил, действующих на поршни со стороны жидкости, без учета сил трения легко получить зависимость выходного давления P2 от величины входного давления P1/P2 = P1D2/d2, т.е. величина выходного давления за­висит от соотношения квадратов диаметров цилиндров преобразова­теля. Известны такого рода преобразователи, обеспечивающие повы­шение выходного давления от 3 до 100 раз и подачу жидкости до 110 л/ мин [5].

Прерывистым преобразователь называют потому, что после вы­полнения рабочего хода вправо его поршень для проведения нового рабочего хода следует отвести влево, т.е. совершить холостой ход.

Преобразователь непрерывного действия состоит из соединен­ных между собой одним валом 3 двух гидравлических машин в виде насоса 1 и мотора 2 (рис.2.34б и в) с разными по величине рабочими объемами v1 и v2 соответственно. При подаче рабочей жидкости к гидромотору 2 при давлении P1 он вращает ротор насоса 1, подающе­го жидкость в гидравлическую систему с давлением P2. Из условия ра­венства вращающих моментов насоса и гидромотора, приложенных к одному валу 3, без учета потерь на трение получается зависимость выходного давления P2 от рабочих объемов гидравлических машин для преобразователя по рис.2.34б: P2 = P1v1/v2, те. давление на вы­ходе преобразователя во столько раз больше давления на входе, во сколько раз рабочий объем гидромотора больше рабочего объема на­соса. Для преобразователя, подключенного к напорной гидролинии с давлением P1 по схеме рис.2.34в, уравнение равенства вращающих мо­ментов будет иметь вид: P1v1 = (P2 - P1)v2. Отсюда легко получим искомую зависимость: P2 = P1(1 + v1/v2).

Комментарии
Виталий
Спасибо! очень доходчиво и толково изложено! и главное!!!, показано, лучше один раз увидеть, чем 100 раз!! услышать, ещё раз спасибо.
Предзаказ
Предзаказ успешно отправлен!
Имя *
Телефон *
Обратный звонок
Запрос успешно отправлен!
Имя *
Телефон *
Заказ в один клик

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен и согласен с условиями оферты и политики конфиденциальности.

С помощью уведомлений о заказе можно не только получать актуальную информацию по заказу, но и иметь быстрый канал связи с магазином