Гидравлический аккумулятор
Гидроаккумулятор резервуар представляет собой для хранения давления , в котором несжимаемая гидравлическая жидкость находится под давлением, создаваемым внешним источником механической энергии . Внешним источником может быть двигатель, пружина , поднятый груз или сжатый газ . [примечание 1] Аккумулятор позволяет гидравлической системе справляться с экстремальными нагрузками с использованием менее мощного насоса, быстрее реагировать на временную потребность и сглаживать пульсации. Это тип устройства хранения энергии .
Аккумуляторы сжатого газа, также называемые гидропневматическими аккумуляторами, являются наиболее распространенным типом.
Типы аккумуляторов
[ редактировать ]Башни
[ редактировать ]
Первыми аккумуляторами для Уильяма Армстронга гидравлического докового оборудования были простые поднятые водонапорные башни . Вода перекачивалась в резервуар наверху этих башен паровыми насосами. Когда доковому оборудованию требовалась гидравлическая мощность, необходимое давление обеспечивал гидростатический напор на высоте воды над землей.
Эти простые аккумуляторы были чрезвычайно высокими. Например, башня-док Гримсби , построенная в 1852 году, имеет высоту 309 футов (94 м). Из-за своего размера они были дорогими, поэтому строились менее десяти лет. Примерно в то же время Джон Фаулер работал над строительством паромной пристани в соседней Новой Голландии, но не мог использовать подобную гидравлическую мощность, поскольку плохие грунтовые условия не позволяли построить высокую аккумуляторную башню. К моменту открытия Гримсби он уже устарел, поскольку Армстронг разработал более сложный, но гораздо меньший по весу аккумулятор для использования в Новой Голландии. [1] В 1892 году первоначальная функция башни Гримсби была заменена по совету Фаулера аккумулятором меньшего веса на соседнем доке, хотя башня и по сей день остается известной достопримечательностью.
Другие сохранившиеся башни включают одну, примыкающую к East Float в Биркенхеде , Англия, и еще одну, расположенную в доке Брэмли-Мур, Ливерпуль, Англия. Последняя башня будет отремонтирована в рамках планов предполагаемого развития территории, связанной со строительством нового футбольного стадиона для футбольного клуба «Эвертон».
Поднятый вес
[ редактировать ]
Поднятый грузовой аккумулятор состоит из вертикального цилиндра с жидкостью, соединенного с гидравлической линией. Цилиндр закрыт поршнем, на котором расположен ряд грузов, которые оказывают направленное вниз усилие на поршень и тем самым создают давление жидкости в цилиндре. В отличие от пневмоаккумуляторов и пружинных аккумуляторов этот тип обеспечивает практически постоянное давление, независимо от объема жидкости в цилиндре, пока он не опустеет. (Давление несколько снизится по мере опорожнения цилиндра из-за уменьшения веса оставшейся жидкости.)
Рабочий пример аккумулятора этого типа можно найти в заводе гидравлических двигателей в Бристольской гавани . [2] В его башне установлен оригинальный аккумулятор 1887 года, внешний аккумулятор был добавлен в 1954 году, и эта система использовалась до 2010 года для питания ворот шлюза бассейна Камберленд (Бристоль) . Вода перекачивается из гавани в напорный резервуар, а затем самотеком подается к насосам. Рабочее давление составляет 750 фунтов на квадратный дюйм (5,2 МПа , или 52 бара ), которое использовалось для питания кранов, мостов и шлюзов Бристольской гавани . [ нужна ссылка ]
В оригинальном рабочем механизме Тауэрского моста также в Лондоне использовался аккумулятор этого типа. Хотя два из шести аккумуляторов больше не используются, их все еще можно увидеть на месте в музее моста. [3]
В доке Риджентс-канала, ныне называемом Лаймхаус-Бейсин, сохранились остатки гидроаккумулятора, датируемого 1869 годом, фрагмент старейшего сохранившегося такого сооружения в мире, второго в доке, который был установлен позже, чем тот, что был в доке Поплар , первоначально внесенный в список. ошибочно как сигнальная будка Лондонской и Блэкволлской железной дороги , при правильном определении он был восстановлен как туристическая достопримечательность ныне несуществующей корпорацией развития лондонских доков . [ нужны разъяснения ] Теперь он принадлежит Canal & River Trust и открыт для больших групп по запросу в офис начальника дока в бассейне, а также во второй половине дня во время лондонских выходных дней открытых дверей , которые проводятся в третьи выходные сентября каждого года. [4]
В середине девятнадцатого века в Лондоне существовала обширная общественная гидравлическая энергосистема, которая окончательно закрылась в 1970-х годах с пятью гидравлическими электростанциями, которыми управляла London Hydraulic Power Company . Железнодорожные товарные дворы и доки часто имели свою отдельную систему. [ нужна ссылка ]
Воздушный аккумулятор
[ редактировать ]
Простейшая форма аккумулятора представляет собой закрытый объем, заполненный воздухом. Вертикального участка трубы, часто увеличенного диаметра, может быть достаточно, и он наполняется воздухом, задерживаемым по мере заполнения трубопровода.
Такие аккумуляторы обычно не обладают достаточной емкостью для хранения значительной энергии, поскольку их нельзя предварительно заправить газом под высоким давлением, но они могут действовать как буфер для поглощения колебаний давления. Они используются для сглаживания подачи поршневых насосов. Другое применение — в качестве амортизатора для гашения гидравлического удара ; это приложение является неотъемлемой частью большинства поршневых насосов . Потеря воздуха приведет к потере эффективности. Если воздух со временем будет потерян, в конструкции должен быть предусмотрен какой-либо способ его возобновления.
Закрытый аккумулятор сжатого газа (или газонаполненный)
[ редактировать ]
Аккумулятор сжатого газа состоит из цилиндра с двумя камерами, разделенными эластичной диафрагмой, полностью закрытой камеры или плавающего поршня. Одна камера содержит жидкость и соединена с гидравлической линией. Другая камера содержит инертный газ (обычно азот ), обычно под давлением, который обеспечивает сжимающую силу гидравлической жидкости. Используется инертный газ, поскольку кислород и масло могут образовывать взрывоопасную при соединении под высоким давлением смесь. При изменении объема сжатого газа давление газа (и давление на жидкость) изменяется обратно пропорционально.
При использовании системы водоснабжения низкого давления вода обычно заполняет резиновую камеру внутри резервуара (на фото), предотвращая контакт с резервуаром, который в противном случае должен был бы быть устойчив к коррозии. Агрегаты, предназначенные для применений с высоким давлением, таких как гидравлические системы, обычно предварительно заправлены до очень высокого давления (приближающегося к рабочему давлению системы) и предназначены для предотвращения повреждения баллона или мембраны этим внутренним давлением, когда давление в системе низкое. Для типов баллонов это обычно требует, чтобы баллон был заполнен газом, чтобы при нулевом давлении в системе баллон полностью расширялся, а не сдавливался газовым зарядом. Чтобы предотвратить выталкивание баллона из устройства при низком давлении в системе, обычно к баллону прикрепляется антиэкструзионная пластина, которая прижимается и герметизирует вход, или подпружиненная пластина на входе, которая закрывается при мочевой пузырь давит на него.
Объем газа в аккумуляторе можно увеличить, подключив газовый баллон к газовой стороне аккумулятора. При тех же колебаниях давления в системе это приведет к использованию большей части объема аккумулятора. Если давление не меняется в очень широком диапазоне, это может быть экономически эффективным способом уменьшить размер необходимого аккумулятора. Если аккумулятор не поршневого типа, необходимо позаботиться о том, чтобы баллон или мембрана не были повреждены в любой ожидаемой ситуации избыточного давления, многие аккумуляторы баллонного типа не выдерживают разрушения баллона под давлением.
Аккумулятор сжатого газа изобрел Жан Мерсье. [5] для использования в гребных винтах изменяемого шага .
Пружинный тип
[ редактировать ]Аккумулятор пружинного типа по своей работе аналогичен газонаполненному аккумулятору, описанному выше, за исключением того, что для создания сжимающей силы используется тяжелая пружина (или пружины). Согласно закону Гука, величина силы, действующей на пружину, линейно пропорциональна изменению ее длины. Следовательно, по мере сжатия пружины сила, действующая на жидкость, линейно увеличивается.
Тип металлического сильфона
[ редактировать ]Металлосильфонные аккумуляторы функционируют аналогично газовым аккумуляторам, за исключением того, что эластичная диафрагма или плавающий поршень заменены герметично приваренным металлическим сильфоном . Жидкость может находиться внутри или снаружи сильфона. К преимуществам типа с металлическим сильфоном относятся исключительно низкая жесткость пружины, позволяющая газовому заряду выполнять всю работу с небольшим изменением давления от полного до пустого, длинный ход, позволяющий эффективно использовать объем корпуса, а также возможность изготовления сильфона. быть устойчивым к избыточному давлению, которое может привести к разрушению баллонного сепаратора. Сварной аккумулятор с металлическим сильфоном обеспечивает исключительно высокий уровень производительности аккумулятора и может изготавливаться из широкого спектра сплавов, что обеспечивает широкий диапазон совместимости жидкостей. Другие преимущества этого типа заключаются в том, что он не сталкивается с проблемами при работе под высоким давлением, может быть изготовлен так, чтобы быть устойчивым к очень высоким или низким температурам или некоторым агрессивным химическим веществам, а также может быть более долговечным в некоторых ситуациях. Производство металлических сильфонов, как правило, намного дороже, чем производство других распространенных типов.
Функционирование аккумулятора
[ редактировать ]В современных, часто мобильных, гидравлических системах предпочтительным элементом является газовый аккумулятор, но простые системы могут быть подпружиненными. В системе может быть более одного аккумулятора. Точный тип и размещение каждого из них могут быть компромиссным решением. [ нужны разъяснения ] из-за его эффектов и затрат на производство.
Аккумулятор расположен рядом с насосом с обратным клапаном, предотвращающим обратный поток в насос. В случае насосов поршневого типа этот аккумулятор расположен в идеальном месте для поглощения пульсаций энергии многопоршневого насоса . [ нужна ссылка ] Это также помогает защитить систему от гидравлического удара . Это защищает компоненты системы, особенно трубопроводы, от обеих потенциально разрушительных сил.
Дополнительным преимуществом является дополнительная энергия, которую можно хранить, пока насос работает с низкой нагрузкой. Проектировщик может использовать насос меньшей производительности. Большие отклонения компонентов системы, таких как шасси на большом самолете, требующие значительного объема жидкости, также могут быть полезны при использовании одного или нескольких аккумуляторов. Их часто размещают рядом с требованиями, помогающими преодолеть ограничения и препятствия на длинных участках трубопроводов. Отток энергии из разряжающегося аккумулятора за короткое время намного больше, чем могли бы генерировать даже большие насосы.
Аккумулятор может поддерживать давление в системе в периоды небольших утечек без постоянного включения и выключения насоса. Когда изменения температуры вызывают скачки давления, аккумулятор помогает их компенсировать. Его размер помогает поглощать жидкость, которая в противном случае могла бы быть заблокирована в небольшой стационарной системе, где нет места для расширения из-за расположения клапанов.
Предварительная заправка газа в аккумуляторе настроена таким образом, чтобы разделительная камера, диафрагма или поршень не доходили до конца рабочего цилиндра и не ударялись о него. Предварительная загрузка конструкции обычно гарантирует, что движущиеся части не загрязняют концы и не блокируют каналы для жидкости. Неправильный уход за предзарядом может привести к разрушению работающего аккумулятора. Правильно спроектированный и обслуживаемый аккумулятор должен безотказно работать долгие годы. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Хотя жидкости обычно считаются практически несжимаемыми, газы можно сжимать, и этот сжатый газ является удобным накопителем энергии.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пью, Б. (1980). Гидравлический век . Публикации по машиностроению. стр. 3–4. ISBN 978-0-85298-447-5 .
- ^ «Гидравлический машинный зал» . Историческая Англия . Проверено 18 августа 2006 г.
- ^ «Машинные отделения» . Тауэрский мост . Проверено 16 марта 2023 г.
- ^ Маршан, Хьюго. «Бассейн Лаймхауса» . Путеводитель по Лондону . Проверено 15 октября 2016 г.
- ^ Мерсье, Жан (26 марта 1957 г.). «Устройство давления» . Ведомство США по патентам и товарным знакам.
Внешние ссылки
[ редактировать ]