Гидроаккумуляторами называют механические агрегаты, поддерживающие рабочее давление в контуре в заданных пределах. Они компенсируют утечки жидкости, возникающие из-за неплотностей трубопровода, сглаживают ударные пульсации при циркуляции воды, масла, нефтепродуктов, облегчают работу главного циркуляционного насоса.
Гидроаккумуляторы отличаются высоким КПД. Потери энергии составляют всего 2-3%. Гидромоторы, устанавливаемые в системах с гидроаккумуляторами, работают в повторно-кратковременном режиме. Их постоянное включение не требуется. За счёт этого существенно экономятся энергоресурсы, затрачиваемые на обеспечение работы силовой установки.
История создания первого гидроаккумулятора
Первый патент на устройство, ставшее прототипом большинства моделей современных гидроаккумуляторов, получил английский изобретатель Джозеф Брама. Он сконструировал сложную, но эффективную систему для розлива различных сортов пива из бочек. Она позволяла «транспортировать» пенный напиток по шлангам из подвала к барной стойке. Хранить пивные кеги на первом этаже не представлялось возможным, т.к. при комнатной температуре напиток быстро прокисал. Сама идея оказалась простой и гениальной. Её быстро подхватили пивные пабы во всём мире. В качестве источника энергии для «пивопровода» послужил груз, оказывавший давление на жидкость. Именно так и был создан первый гидроаккумулятор.
Типы гидроаккумуляторов
В зависимости от типа накопителя энергии гидроаккумуляторы подразделяются на два типа:
- механические;
- пневматические.
Механические гидроаккумуляторы в свою очередь классифцируются на грузовые и пружинные.
Принцип действия грузовых гидроаккумуляторов основан на передаче энергии жидкости в замкнутый контур за счёт воздействия усилия, создаваемого грузом. Груз подвешивается на определённой высоте и постоянно давит на жидкую среду под действием собственной силы тяжести. Давление жидкости в трубопроводе прямопропорционально массе груза.
Пружинные гидроаккумуляторы работают по принципу передачи накопленной энергии пружиной сжатия. Груз через систему рычагов воздействует на пружину, заставляя её сжиматься. При падении давления в ёмкости пружина разжимается, через шток воздействует на поршень и нормализует давление в контуре.
Несмотря на простую конструкцию и безотказность описанные выше типы гидроаккумуляторов долго не имели перспектив развития. Они обладали слишком высокой инерцией и низкой чувствительностью. Некоторые агрегаты были слишком большими и требовали много свободного места для установки. Качественный скачок произошёл при переходе на использование энергии сжатого газа. Гидропневмоаккумуляторы при малых габаритах обеспечивали точное поддержание заданного давления в контуре системы.
Разновидности гидроаккумуляторов пневматического типа
По способу контакта с рабочей жидкостью гидроаккумуляторы производятся:
- Без разделителя сред. Рабочая жидкость находится в прямом контакте с кислородом или азотом. Такие устройства обладают самой высокой чувствительностью и быстродействием. Их КПД составляет 98-99 %. Основной недостаток – способность определённых газов растворяться в воде и маслах под действием избыточного давления. В результате жидкость в трубопроводе может «завоздушиться», что снизит эффективность работы гидросистемы. Потери газа при контакте с рабочей жидкостью невелики, но их необходимо постоянно пополнять. Эта необходимость накладывает определённые ограничения на сферу применения гидроаккумуляторов подобной модификации;
- С разделителем сред. В таких устройствах рабочая жидкость изолируется от газовой среды металлической или резиновой мембраной либо поршнем.
Срок службы гидроаккумуляторов с разделителем выше, но они требуют постоянного профилактического обслуживания, контроля целостности мембраны и уплотнений.
Гидроаккумуляторы с разделителем сред
В зависимости от типа разделителя устройства подразделяются на:
- Поршневые. В качестве разделительного элемента выступает алюминиевый поршень с уплотнительными кольцами. Подобные гидроаккумуляторы могут применяться при температуре рабочей жидкости выше 1000 С;
- Мембранные. Разделителем является металлическая, каучуковая или резиновая диафрагма. Как правило, такие гидроаккумуляторы имеют небольшую мощность и компактные размеры. Основной недостаток – низкая надёжность. Диафрагма часто теряет упругость, плотность, из-за интенсивной работы образуются усталостные трещины. Рабочий объём таких агрегатов не превышает 4 л;
- Баллонные. Гидронакопители обладают высокой скоростью срабатывания и используются в ответственных системах. Резиновый баллон имеет две полости: гидравлическую и воздушную. Принцип работы основан на перепаде давлений между полостями. Упало давление жидкости - гидроаккумулятор работает в режиме «разряда», восполняя утечки. Давление жидкости превысило давление газа – гидроаккумулятор начинает «заряжаться», накапливая энергию.
Как правило, все вышеописанные типы гидроаккумуляторов имеют корпус разборного типа. Это позволяет заменить изношенный элемент и сэкономить средства на приобретение нового агрегата. Исключение составляют поршневые устройства. Их корпуса могут изготавливаться как разборными, так и цельнолитыми.
Область и особенности применения
Гидроаккумуляторы без разделителя практически не используются, т.к. требуют постоянного восполнения газа и удаления воздушных пробок в гидроконтуре.
В промышленности чаще всего применяются мембранные и балонные гидроаккумуляторы с разделителем сред. Они обладают достаточной надёжностью, просты и недороги в обслуживании.
