Пневмогидроаккумуляторы: устройство и принцип работы

Пневмогидроаккумулятор (ПГА) – компонент в гидравлических системах, выполняющий функцию энергетического буфера. По своей сути, это устройство, предназначенное для аккумуляции жидкости под давлением с последующей ее отдачей в систему, что позволяет решать следующие задачи: сглаживать пульсации, компенсировать утечки, поддерживать давление и запасать энергию для пиковых нагрузок.

Данные устройства находят широкое применение в самых разных отраслях – от промышленного станкостроения и металлургии до мобильной гидравлики, строительной и сельскохозяйственной техники. Их работа напрямую влияет на стабильность, эффективность и долговечность всего оборудования. В этой статье мы разберем устройство и принцип работы ПГА, чтобы вы понимали, как правильно его выбрать и эксплуатировать для максимальной отдачи.

Содержание:

Что такое пневмогидроаккумулятор и для чего он нужен

Пневмогидроаккумулятор (ПГА) является одним из компонентов в гидравлических системах. Если представить себе гидравлический контур как мощную кровеносную систему оборудования, то пневмогидроаккумулятор выступает в роли ее «сердца», которое накапливает энергию и обеспечивает стабильность работы. По своей сути, это сосуд высокого давления, внутри которого происходит постоянное взаимодействие двух сред: сжатого газа (обычно азота) и гидравлической жидкости. Именно это разделение и упругость газовой подушки лежат в основе всего принципа его функционирования.

Основная задача пневмогидроаккумулятора – это аккумулирование энергии гидравлической жидкости. В моменты, когда потребление энергии в системе низкое, а насос продолжает работать, ПГА запасает излишки жидкости, сжимая газовую камеру. Таким образом, он создает стратегический резерв, который можно использовать в пиковые моменты нагрузки. Это позволяет использовать менее мощные и более энергоэффективные насосы, так как им не нужно постоянно покрывать кратковременные пиковые расходы.

Гидростанция с пневмогидроаккумулятором

Вторая функция ПГА – демпфирование пульсаций и гидроударов. Работа поршневых насосов и резкое закрытие клапанов создают в гидросистеме опасные скачки давления. Пневмогидроаккумулятор, благодаря упругой газовой подушке, поглощает эти колебания, действуя как амортизатор. Это значительно снижает вибрации, шум и, что самое главное, защищает дорогостоящие компоненты системы от преждевременного износа и повреждения.

ПГА также эффективно компенсирует незначительные утечки жидкости в системе. В замкнутых гидравлических контурах даже малые потери могут со временем привести к падению давления и срабатыванию аварийной остановки. Аккумулятор поддерживает необходимое давление, подпитывая систему из своего запаса, тем самым обеспечивая ее непрерывную и надежную работу без постоянного вмешательства насоса.

Наконец, он выполняет функцию выравнивания расхода. Когда оборудованию требуется мгновенный большой объем жидкости, которого насос один обеспечить не в состоянии, пневмогидроаккумулятор моментально отдает накопленный запас. Это обеспечивает плавность и скорость работы исполнительных механизмов, таких как гидроцилиндры, что напрямую влияет на производительность и точность всего технологического процесса.

Проще говоря, пневмогидроаккумулятор можно сравнить с мощной «энергетической батарейкой» для гидравлики. Он не генерирует энергию самостоятельно, но накапливает ее в спокойные периоды и мгновенно отдает в моменты наибольшей потребности, обеспечивая тем самым стабильность, экономичность и долговечность всей системы в целом.

Устройство пневмогидроаккумулятора

Основу пневмогидроаккумулятора составляет прочный корпус 1 (бак), изготовленный из высококачественной углеродистой или нержавеющей стали. Материал выбран с учетом способности выдерживать постоянные циклические нагрузки и агрессивное воздействие рабочих сред. Этот сосуд рассчитан на конкретное рабочее давление, которое всегда указывается в технической документации.

Внутренне пространство этого корпуса разделено на две независимые камеры. Газовая полость, или пневмокамера, служит источником энергии упругого сжатия. В эту камеру закачивают инертный газ, которым в подавляющем большинстве случаев является азот. Использование воздуха, содержащего кислород и влагу, недопустимо, так как это приводит к окислению и коррозии внутренних поверхностей, а также к потенциально опасным химическим реакциям с гидравлическим маслом.

Устройство и типы пневмогидроаккумуляторов: а) мембранный, б) баллонный и в) пневматический

Противоположная часть емкости занимается жидкостной полостью, или гидрокамерой. Она напрямую соединяется с гидравлическим контуром системы через резьбовой фланец 4 или патрубок. Именно в эту полость поступает рабочая жидкость от насоса, и отсюда она возвращается обратно в систему при необходимости.

Разделение газовой и жидкостной камер обеспечивает упругий разделительный элемент, исключающий смешивание сред и передающий давление от одной камеры к другой. Конструктивно применяются три типа разделителей, каждый оптимизирован под конкретные условия эксплуатации:

• Мембранные аккумуляторы (а) используют эластичную диафрагму 2, закрепленную посередине корпуса. Такие модели компактны и применяются для относительно малых объемов.
• Баллонные, или грушевые, аккумуляторы (б) получили наибольшее распространение. В роли разделителя выступает резиновая груша 2, внутренняя камера которой заполнена газом или жидкостью. Такая конструкция проста в обслуживании и замене, обладает хорошей эластичностью и подходит для широкого диапазона рабочих объемов.
• В поршневых аккумуляторах (в) в качестве разделителя выступает подвижный поршень 2 с уплотнительными кольцами 5. Они выдерживают более высокие давления и обладают большим рабочим объемом по сравнению с мембранными.

Для обеспечения безопасности на корпусе установлен предохранительный клапан, настроенный на срабатывание при превышении допустимого давления. Это обязательный элемент системы, предотвращающий разрушение корпуса и аварийные ситуации, строго регламентируемый правилами промышленной безопасности.

Заправка аккумулятора азотом производится через специально оборудованный заправочный клапан 3, он представляет собой стандартный золотник. Контроль за рабочими параметрами осуществляется с помощью манометра, который устанавливается на жидкостной стороне аккумулятора.

Принцип работы пневмогидроаккумулятора

Принцип работы пневмогидроаккумулятора базируется на законе сохранения энергии: жатый газ служит энергонакопителем и восстановителем энергии. Этот процесс можно наглядно представить как взаимодействие упругой пружины и передатчика усилия, где роль пружины играет газ, а роль передатчика – гидравлическая жидкость. Весь цикл работы устройства является последовательной сменой состояний, обеспечивающей стабильность всей гидравлической системы.

Работа устройства начинается с этапа предварительной зарядки. Перед вводом в эксплуатацию, при пустой жидкостной камере, через заправочный клапан в газовую камеру подается инертный газ с расчетным давлением, регламентируемым для конкретной системы. Этот этап формирует упругую «пружину», которая в дальнейшем преобразует давление в полезную энергию

Схема работы пневмогидроаккумуляторов

Далее начинается основной рабочий цикл – этап заполнения. Гидравлический насос системы подает рабочую жидкость под давлением в жидкостную полость аккумулятора. Поскольку газовая и жидкостная камеры разделены эластичным элементом, поступающая жидкость начинает воздействовать на него, сжимая газовую подушку. При дальнейшем увеличении объема жидкости объем газа уменьшается, а его давление растет. Таким образом происходит преобразование кинетической энергии насоса в потенциальную энергию сжатого газа — накопление энергоемкого запаса.

Максимальное накопление энергии достигается при выравнивании давления в газовой и жидкостной камерах, когда давление насоса достигает максимума, и подача жидкости прекращается. Аккумулятор переходит в состояние готовности и может хранить этот запас в течение длительного времени, компенсируя незначительные утечки и поддерживая стабильное давление в контуре во время пауз в работе оборудования.

При необходимости быстрого увеличения энергии в гидросистеме (например, при запуске мощного гидроцилиндра или резком закрытии клапана) происходит отдача накопленной энергии. Давление в системе мгновенно снижается, сжатый газ расширяется, выталкивая рабочую жидкость из аккумулятора обратно в систему.

Этот процесс происходит быстро, с высокой скоростью, которую не может обеспечить один только насос. Таким образом, аккумулятор выступает в роли мощного и быстродействующего буфера. После отдачи жидкости давление в газовой полости падает до минимального рабочего значения, и цикл повторяется: насос снова заполняет аккумулятор, готовя его к следующему пиковому нагрузочному событию. Эта непрерывная циклическая работа и обеспечивает плавность, эффективность и надежность всей гидравлической системы.

Преимущества и недостатки разных типов ПГА

Выбор правильного типа пневмогидроаккумулятора напрямую влияет на эффективность, стоимость и долговечность всей гидравлической системы. Каждая конструкция разделительного элемента – баллонного, мембранного или поршневого, обладает своими плюсами и минусами, делающими ее оптимальной для определенных задач. Чтобы помочь сориентироваться в этом разнообразии, ниже представлена сравнительная таблица, которая наглядно демонстрирует ключевые различия между тремя основными типами ПГА.

Как правильно подобрать пневмогидроаккумулятор

Грамотный подбор пневмогидроаккумулятора является залогом долговечности и эффективности вашей гидравлической системы. Первым параметром является рабочий объем, измеряемый в литрах. Недостаточный объем не позволит аккумулятору выполнять свои функции – гасить гидроудары, компенсировать утечки и покрывать пиковые нагрузки, что приведет к постоянной перегрузке насоса. Слишком большой объем, в свою очередь, означает неоправданные капитальные затраты и может привести к нестабильной работе системы из-за чрезмерного расширения газовой подушки. Расчет требуемого объема зависит от расхода жидкости, рабочих давлений и конкретной задачи, которую должен решать ПГА.

Вторым ключевым параметром выступает максимальное рабочее давление. Оно должно не только соответствовать номинальному давлению в вашей гидравлической системе, но и иметь определенный запас прочности. Крайне важно, чтобы максимальное давление корпуса аккумулятора было выше давления срабатывания предохранительных клапанов и любого потенциального пикового значения, возникающего в контуре.

Выбор типа разделителя – мембранного, баллонного или поршневого – напрямую вытекает из анализа предыдущих параметров и конкретных условий работы. Как мы видели из сравнения, баллонные аккумуляторы являются универсальным решением для большинства стандартных задач. Мембранные модели идеальны для компактных систем с малым объемом, в то время как поршневые стоит рассматривать для высоких давлений и больших объемов. Правильный выбор здесь определяет ремонтопригодность и ресурс всего устройства.

Не менее важна химическая совместимость материалов с рабочей средой. Материал корпуса, как правило, это сталь, должен быть устойчив к коррозии, которую может вызывать гидравлическая жидкость или внешняя среда. Наиболее уязвимый элемент – разделитель (мембрана, баллон) – должен быть изготовлен из эластомера, который не разрушается и не набухает под воздействием конкретного типа масла, жидкости или эмульсии, используемой в системе. Использование несовместимого материала приведет к преждевременному выходу аккумулятора из строя.

Частые неисправности и обслуживание

Даже самое надежное оборудование требует внимания и профилактического обслуживания для обеспечения длительного срока службы. Знание типичных неисправностей пневмогидроаккумулятора позволяет своевременно выявить проблему и избежать более серьезных последствий для всей гидравлической системы. Наиболее распространенной является ситуация с падением давления газа, когда аккумулятор перестает удерживать заряд. Это проявляется в том, что устройство не накапливает необходимый объем жидкости или не отдает его в систему при падении давления. Причиной может быть естественная утечка через уплотнения золотника или, что серьезнее, повреждение разделительного элемента.

Повреждение самой мембраны или резинового баллона – это вторая по частоте проблема, ведущая к полному выходу узла из строя. О нарушении целостности разделителя красноречиво сигнализирует резкое и частое падение давления в газовой полости, а в некоторых случаях – попадание газа в гидравлическую систему, что можно заметить по повышенной пенистости жидкости или неравномерной работе гидроцилиндров. Такая неисправность требует немедленной замены расходного элемента.

Еще один класс проблем связан с запорной и предохранительной арматурой. Засорение или неисправность клапанов, будь то заправочный золотник или предохранительный клапан, могут нарушить весь рабочий цикл. Золотник может не держать давление, а предохранительный клапан – либо не срабатывать, создавая аварийную ситуацию, либо подтекать, вызывая постоянную потерю заряда. Регулярная проверка их работоспособности является элементарной, но важной мерой безопасности.

Чтобы минимизировать риск внезапных поломок, рекомендуется придерживаться простого регламента обслуживания. Раз в полгода, а также после любого длительного простоя необходимо контролировать давление зарядки азота при пустой гидравлической полости. Визуальный осмотр корпуса на предмет следов коррозии, вмятин и подтеков масла в области фланцев поможет вовремя заметить внешние дефекты. Соблюдение этих простых правил не отнимет много времени, но значительно повысит надежность вашего оборудования и предупредит дорогостоящий ремонт.

Заключение

Пневмогидроаккумулятор представляет является важным компонент гидравлической системы, чья работа основана на простом, но эффективном принципе аккумулирования энергии посредством сжатия газа. Его роль в обеспечении стабильности, энергоэффективности и долговечности. Корректный подбор устройства по объему, рабочему давлению и типу разделителя, а также его регулярное обслуживание увеличивает срок службы вашего продукта.

Компания «Орион» предлагает широкий ассортимент надежных пневмогидроаккумуляторов баллонного, мембранного и поршневого типа от ведущих производителей. Мы гарантируем качество продукции, предоставляем профессиональную помощь в подборе модели под ваши задачи и обеспечиваем полный сервисный сопровождение.