[تجهیزات فرایندی] - کارکرد اکومولاتور - accumulator

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
در مدارهای هیدرولیکی، اکومولاتور (accumulator) نزدیک به پمپ و به همراه یک ولو بدون بازگشت (non-return valve) برای جلوگیری از بازگشت جریان به پمپ قرار می‌گیرد. در مورد پمپ‌های پیستونی (piston pumps) اکومولاتور در یک محل مناسب قرار می‌گیرد تا ضربان انرژی به وجود آمده از یک یا چند پیستون پمپ را جذب و از سیستم در مقابل ضربه قوچ (fluid hammer) محافظت می‌کند. اکومولاتور از اجزای سیستم و به خصوص پایپینگ در مقابل این دو نیروی مخرب محافظت می‌کند.


اکومولاتورها اغلب نزدیک به محل مصرف قرار داده می‌شوند تا مشکل غلبه بر مکش از لوله‌های بلند وجود نداشته باشد. انرژی خروجی از یک اکومولاتور در یک زمان کوتاه بسیار بیش‌تر از آن است که حتی پمپ‌های بزرگ بتوانند تولید کنند.


اکومولاتور می‌تواند فشار را در سیستمی که اندکی نشت دارد تا مدتی حفظ کند، بدون این که نیاز به روشن و خاموش شدن مداوم پمپ باشد. هنگامی که تغییرات دما باعث نواسان در فشار می‌شود، اکومولاتور به جذب آن‌ها کمک می‌کند. اکومولاتور کمک می‌کند تا مایعی که در یک سیستم ثابت کوچک که به دلیل وجود ولو دارای فضای انبساط نیست محبوس می‌شود را جذب کند.


پیش‌شارژ گاز دراکومولاتور به صورتی تنظیم می‌شود که پرده، دیافراگم یا پیستون جدا کننده آن به هیچ‌یک از دو انتهای سیلندر دسترسی یا برخورد نداشته باشند. پیش‌شارژ طراحی به طور معمول تضمین می‌کند که قطعات متحرک باعث کثیفی و بستن مسیر مایع نمی‌شوند. نگه‌داری ضعیف از پیش‌شارژ می‌تواند اکومولاتور در حال کار را از بین ببرد. یک اکومولاتور با طراحی و نگه‌داری درست باید برای سال‌ها بدون دردسر به کار خود ادامه دهد.

کاربردهای اکومولاتور

  1. ذخیره انرژی
  2. بازیافت و نگهداری فشار
  3. خنثی کردن شوک‌ها
  4. خنثی کردن نوسان‌ها



کاربرد اکومولاتور در ذخیره انرژی


یکی از کاربردهای مهم اکومولاتور، تامین جریان زیاد سیال در طی مدت زمان کوتاه می‌باشد. برای این منظور از یک پمپ یا خروجی کم جهت شارژ اکومولاتور در مدت زمان طولانی استفاده می‌گردد. سیال ذخیره شده در اکومولاتور، هنگام نیاز سیستم به حجم زیاد سیال، به مدار فرستاده می‌شود.

Temperature-Compensation.jpg

در زمانی که پمپ زیر مصرف کم‌تری قرار دارد انرژی اضافی در اکومولاتور ذخیره می‌شود. این انرژی ذخیره شده در زمان نیاز به سیستم بازگشت داده می‌شود. بنابراین طراح می‌تواند از یک پمپ با ظرفیت کوچک‌تر استفاده کند. سیستم‌های بزرگی همانند ارابه فرود یک هواپیمای بزرگ که نیاز به حجم قابل توجهی از مایع دارند نیز می‌توانند از یک یا چند اکومولاتور بهره‌مند شوند.

Energy-Storage.jpg

انرژی هیدرولیکی را می‌توان در یک اکومولاتور ذخیره نمود تا هنگام بروز حوادثی نظیر خرابی پمپ، جهت کامل شدن سیکل کاری به مدار تخلیه گردد. استفاده از اکومولاتور در شرایطی که خرابی منبع توان هیدرولیک آسیب‌های قابل توجهی را به همراه دارد (مانند سیستم باز کننده چرخهای هواپیما) حتما توصیه می‌گردد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
کاربرد اکومولاتور در حفظ فشار


با توجه به این که تغییر دمای سیال هیدرولیک تغییر حجم آن را به همراه دارد، در صورت بسته بودن مدار گردش سیال فشار آن افزایش خواهد یافت و لازم است که انبساط حرارتی سیستم توسط اکومولاتور جبران گردد. مقدار حجم قابل دسترس در اکومولاتور باید بر اساس میزان حجم انبساط یافته و نوسانات مجاز فشار محاسبه گردد.


در سیستم هیدرولیک وجود نشتی سبب افت فشار می‌گردد؛ در این صورت استفاده از اکومولاتور به منظور جبران نشتی ضرورت می‌یابد. در مواردی که از سیلندر هیدرولیک در مکانیزم یک گیره استفاده می‌شود، استقرار یک اکومولاتور جبران کننده نشتی به موازات ورودی سیلندر به همراه ولو یک طرفه جهت تامین نیروی نگه دارنده در مدار توصیه می‌گردد.


Leakage-Compensation.gif



در سیستم‌های بسته، جهت متعادل نمودن (counterbalancing) وزنه‌های سنگین با ایمنی لازم می‌توان از سیلندر هیدرولیک و اکومولاتور استفاده نمود. مقدار سیال ذخیره شده به حجم جابجایی سیلندر و مقدار مجاز انحراف از وضعیت تعادل بستگی دارد. در سیستم‌های متعادل کننده استفاده از اکومولاتور با حجم حداقل دو برابر حجم کل جابجایی سیلندر متعادل کننده و با مخازن پشتیبان به حجم تقریبی 5 برابر ظرفیت اکومولاتور توصیه می‌شود.


Counter-Balance.jpg


یکی دیگر از کاربردهای اکومولاتورها، استفاده در سیستم تعلیق اتومبیل به برای جذب ضربه می‌باشد.

Shock-Absorber.jpg
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
کاربرد اکومولاتور در خنثی کردن شوک فشاری


عملکرد ناگهانی یک شیر باعث به وجود آمدن امواج ضربه‌ای و فشاری می‌گردد. در سیستم‌های آبی به این پدیده به دلیل صدای قابل توجهی که به همراه دارد، ضربه قوچ (water hammer) می‌گویند. توقف ناگهانی سیال در اثر مسدود شدن یک ولو، سبب ایجاد امواج فشاری می‌گردد که در اثر رفت و برگشت در درون خطوط لوله، باعث افزایش فشار در سیستم می‌شود. حرکت این امواج تا از بین رفتن انرژی آن‌ها ادامه می‌یابد. میزان افزایش فشاری به سرعت بسته شدن ولو بستگی دارد. به عنوان مثال توقف ناگهانی سیال با سرعت اولیه 4 متر بر ثانیه، افزایش فشاری حدود 45 بار را به دنبال خواهد داشت. این مقدار فشار به فشار سیستم افزوده شده و سبب وجود آمد تکان‌های ناگهانی در لوله‌ها و دیگر اجزای سیستم هیدرولیک و خرابی آن‌ها می‌گردد.


Shock-Damping.jpg


برای خنثی کردن اثرات افزایش فشار می‌توان در نزدیکی شیر، اکومولاتور‌ی تعبیه نمود تا فشار انتقالی را جذب نماید. همچنین ضربات فشاری ایجاد شده در اثر برخوردهای مکانیکی خارجی به سیلندرهای هیدرولیک در حال کار را نیز می‌توان توسط اکومولاتور خنثی نمود.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
کاربرد اکومولاتور در خنثی کردن نوسان فشاری


جریان خروجی اغلب پمپ‌های هیدرولیک نسبت به زمان کاملا ثابت نیست و نوسانات آن موجب تولید ضربان در سیستم می‌گردد. به عنوان مثال یک پمپ پیستونی با 5 سیلندر، در هر دور چرخش محور پمپ 5 ضربان ایجاد می‌کند. در اکثر کاربردها این ضربان‌ها اهمیت چندانی ندارد و در اثر برخورد سیال با جداره لوله‌ها خنثی می‌گردند. در صورت نیاز به خروجی ثابت، استفاده از اکومولاتور و استقرار آن در بالا دست پمپ برای خنثی کردن ضربان‌ها توصیه می‌گردد. یک اکومولاتور کوچک تا حد قابل توجهی ضربان‌های فشار را کاهش می‌دهد ولی توانایی حذف کامل آن‌ها را ندارد.


Pulsation-Absorption2.gif



به عنوان مثال دیگری از ایجاد نوسان‌های فشاری در سیستم می‌توان به توقف ناگهانی بیل یک لودر در حالی که 2 تن بار در آن قرار دارد اشاره نمود. در چنین شرایطی ضربه وارد بر بدنه لودر در حدی است که چرخهای عقب آن لحظه‌ای از زمین جدا می‌شوند. عکس‌العمل این ضربه به سیستم هیدرولیک نیز وارد می‌گردد. ضربه‌های جدی وارد بر شاسی ماشین و محورها با اضافه کردن یک اکومولاتور به سیستم هیدرولیک به شدت کاهش می‌یابند.

Pulsation-Absorption.gif
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
شارژ اکومولاتور‌ها


فشار اولیه شارژ اکومولاتور باید به اندازه‌ای باشد که تقریبا کل سیال هیدرولیک شارژ کننده اکومولاتور در هنگام تخلیه دوباره به سیستم توانایی انجام کار مفید را داشته باشد. اغلب فشار شارژ اولیه برابر با حداقل فشار مورد نیاز سیستم برای انجام کار در نظر گرفته می‌شود. فشار شارژ اولیه معین می‌کند که در حداقل فشار سیستم چقدر سیال در اکومولاتور باقی خواهد ماند. شارژ اولیه با فشار مناسب مهم‌ترین فاکتور در طولانی شدن عمر اکومولاتور است. فشار شارژ اولیه یک اکومولاتور از نوع کیسه‌ای (bladder-type accumulator) معمولا در حدود 80 درصد حداقل فشار سیستم هیدرولیک تنظیم می‌گردد. این مقدار برای اکومولاتور نوع پیستونی psi 100 کم‌تر از حداقل فشار مورد نیاز سیستم در نظر گرفته می‌شود.


معمولا از گاز نیتروژن جهت شارژ اکومولاتور‌ها استفاده می‌شود، زیرا نسبتا ارزان بوده و از خوردگی اجزای اکومولاتور نیز جلوگیری می‌کند. اکومولاتور‌های با فشار کاری بالای psi 200 باید توسط نیتروژن خشک شارژ شوند. به دلیل وجود خطر انفجار هرگز نباید از اکسیژن برای شارژ استفاده نمود. جهت شارژ اکومولاتور‌های بزرگ (اکومولاتور‌های آبی) از هوا استفاده می‌شود اما این کار هنگامی که اکومولاتور دارای روغن‌های معدنی است توصیه نمی‌گردد.


قبل از شارژ اولیه اکومولاتور‌های کیسه‌ای نو، باید مقداری روغن وارد آن‌ها نمود تا در زمان شارژ کیسه را در مقابل پیچ خوردن و ضربه محافظت نماید. هنگام خرید یک اکومولاتور نو، طی شارژ با نیتروژن باید تا رسیدن به فشار psi 50 شارژ به آرامی انجام شود؛ در غیر این صورت امکان خرابی ناگهانی کیسه وجود دارد. انبساط سریع نیتروژن پر فشار باعث سرد شدن ناگهانی می‌شود و احتمال ترد شدن کیسه و پاره‌گی آن از محل درز وجود دارد. شارژ بیش از حد اکومولاتور‌های کیسه‌ای ممکن است موجب کشیده شدن کیسه به داخل مجموعه ولو خروجی اکومولاتور و خرابی آن مجموعه گردد. البته فشار پایین شارژ اکومولاتور و یا افزایش فشار سیستم بدون افزایش فشار شارژ اولیه نیز مشکلاتی در عملکرد اکومولاتور به وجود می‌آورد.

Dynaclean.jpg
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
نصب اکومولاتورها


جهت عملکرد بهینه، بهتر است اکومولاتور به صورت عمودی نصب گردد. البته در مورد اکومولاتور‌های پیستونی، در صورتی که روغن کاملا تمیز نگاه داشته شود می‌توان اکومولاتور را به صورت افقی نیز نصب نمود. اکومولاتور‌های کیسه‌ای را نیز می‌توان به صورت افقی نصب کرد ولی ایجاد سایش در اثر تماس با جداره از عمر کاری آن می‌کاهد.



اندازه اکومولاتورها


اکومولاتور‌ها در حجم‌هایی از 1.5 اینچ مربع تا 10 گالن و برای استفاده در فشارهای کاری تا psi 6000 استاندارد شده‌اند. اکومولاتور‌های جدا نشده در ابعاد بزرگ‌تر نیز قابل دسترس می‌باشند؛ به صورتی که در طراحی‌های خاص برای کاربردهای فضایی می‌توانند تا فشار psi 60000 نیز مورد استفاده قرار گیرند. با اتصال چند اکومولاتور به یکدیگر می‌توان دبی زیادی را برای سیستم تامین نمود.

Transfer-Barrier.gif
 
بالا