5.10. Гидроаккумуляторы

Гидроаккумулятор – это устройство, предназначенное для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего возврата ее в гидросистему.

Для накопления и сохранения энергии давления потока рабочей жидкости в гидроаккумуляторе осуществляется ее преобразование в механическую энергию другого вида, поэтому гидроаккумуляторы относятся к энергопреобразователям. На рис. 8.15 представлены основные способы аккумулирования энергии жидкости, к которым относятся энергия груза, энергия сжатия пружины и энергия сжатия газа.

Рис. 8.15. Способы аккумулирования энергии жидкости

Основным назначением гидроаккумуляторов является накопление энергии рабочей жидкости в периоды пауз или малого ее потребления гидроагрегатами гидросистемы и возврат этой накопленной энергии в периоды их интенсивной работы. В этом случае гидроаккумулятор подключается к напорной гидролинии и работает параллельно насосу.

Кроме того, гидроаккумулятор может выполнять функцию гасителя колебаний давления в гидросистемах, а также применяться для поддержания постоянного давления в сливной или всасывающей гидролинии. В последнем случае гидроаккумуляторы называются подпорными гидроаккумуляторами низкого давления.

Применение гидроаккумуляторов позволяет в гидросистемах существенно уменьшить рабочий объем используемого насоса. Особенно целесообразно применять аккумуляторы в гидросистемах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые, возможно, значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме.

В зависимости от типа механической энергии, которую накапливает гидроаккумулятор, различают (см. рис. 8.16):

- грузовые гидроаккумуляторы, в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет 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 инерционность; очень громоздкие, поэтому используются редко;

- пружинные гидроаккумуляторы, в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии упругости деформируемой пружины. Эти гидроаккумуляторы могут накапливать небольшие объемы жидкости при малом давлении, что обусловлено ограниченными возможностями механических пружин;

Рис. 8.16. Принципиальные схемы гидравлических

аккумуляторов

- гидроаккумуляторы с упругим корпусом, в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии упругости деформируемого корпуса, например сильфона. Эти гидроаккумуляторы имеют те же недостатки, что и пружинные;

- пневмогидроаккумуляторы, в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии сжатого газа. Благодаря наибольшей энергоемкости при малых габаритах такие гидроаккумуляторы получили широкое распространение.

Пневмогидроаккумуляторы бывают:

- без разделителя сред (см. рис. 8.16). В них рабочая жидкость находится в непосредственном контакте с газом (чаще всего азотом);

- с разделителем сред (рис. 8.17). В них рабочая жидкость отделена от рабочего газа специальным разделителем.

По конструкции разделителя такие гидроаккумуляторы делят на три типа (рис. 8.17):

- поршневые – с разделителем в виде поршня;

- мембранные – с разделителем в виде резиновой диафрагмы;

- баллонные – с разделителем в виде эластичного баллона.

Рис. 8.17. Пневмогидроаккумуляторы с разделителями сред

Поршневые аккумуляторы имеют недостаток, обусловленный наличием трения поршня о цилиндр. В результате до 15% аккумулируемой энергии теряется на преодоление этих сил трения. К тому же, поршневые пневмогидроаккумуляторы достаточно инерционны. Эти недостатки практически полностью отсутствуют у мембранных и баллонных пневмогидроаккумуляторов. Силы, затрачиваемые на деформацию диафрагмы или баллона, в этих аккумуляторах малы, и такие гидроаккумуляторы можно считать практически безынерционными.

Поршневые аккумуляторы всегда имеют форму цилиндра, а мембранные и баллонные чаще делают округлой формы или в виде сферы. Аккумуляторы сферической формы отличаются компактностью и малым весом. Это обусловлено особенностями сферических форм: поверхность сферы при том же объеме меньше, чем у других форм, а напряжения, возникающие в стенках под действием давления, в два раза меньше, чем в стенках цилиндра того же диаметра.

На рис. 8.18 представлены типовые схемы применения гидроаккумуляторов в различных гидросистемах.

Рис. 8.18. Типовые схемы применения гидроаккумуляторов