Accumulatore idraulico come funziona

Serbatoio per immagazzinare e stabilizzare la pressione del fluido

Un accumulatore idraulico è un serbatoio di stoccaggio a pressione in cui un fluido idraulico incomprimibile è tenuto sotto pressione applicata da una fonte esterna di energia meccanica. La fonte esterna può essere un motore, una molla, un peso rialzato o un gas compresso. ^{[nota 1]} Un accumulatore consente a un sistema idraulico di far fronte a richieste estreme utilizzando una pompa meno potente, di rispondere più rapidamente a una domanda temporanea e di attenuare le pulsazioni. È un tipo di dispositivo di accumulo di energia.

Gli accumulatori a gas compresso, chiamati anche accumulatori idropneumatici, sono di gran lunga il tipo più comune.

I

primi accumulatori per le macchine idrauliche di William Armstrong erano semplici serbatoi d'acqua sollevati

Torri. L'acqua veniva pompata in un serbatoio in cima a queste torri da pompe a vapore. Quando i macchinari portuali richiedevano energia idraulica, il carico idrostatico dell'altezza dell'acqua dal suolo forniva la pressione necessaria.

Questi semplici accumulatori erano estremamente alti. Ad esempio, la Grimsby Dock Tower, costruita nel 1852, è alta 309 piedi (94 m). A causa delle loro dimensioni, erano costosi e quindi furono costruiti in meno di un decennio. Più o meno nello stesso periodo, John Fowler stava lavorando alla costruzione della banchina dei traghetti nella vicina New Holland, ma non poteva utilizzare una simile energia idraulica poiché le cattive condizioni del terreno non permettevano di costruire un'alta torre di accumulo. Quando Grimsby fu aperto, era già obsoleto poiché Armstrong aveva sviluppato il più complesso, ma molto più piccolo, accumulatore ponderato per l'uso presso la New Holland. ^[1] Nel 1892 la funzione originale della torre di Grimsby fu sostituita, su consiglio di Fowler, da una più piccola accumulatore ponderato su un molo adiacente, anche se la torre rimane ancora oggi un punto di riferimento ben noto.

Altre torri sopravvissute includono una adiacente a East Float a Birkenhead, in Inghilterra, e un'altra situata presso il Bramley-Moore Dock, a Liverpool, in Inghilterra. Quest'ultima torre sarà ristrutturata nell'ambito dei piani per lo sviluppo proposto dell'area associato alla costruzione di un nuovo stadio di calcio per l'Everton F.C.

Peso

sollevato

Un accumulatore di peso rialzato è costituito da un cilindro verticale contenente il fluido collegato alla linea idraulica. Il cilindro è chiuso da un pistone sul quale sono posti una serie di pesi che esercitano una forza verso il basso sul pistone e quindi pressurizzano il fluido nel cilindro. A differenza degli accumulatori a gas compresso e a molla, questo tipo eroga una pressione quasi costante, indipendentemente dal volume di fluido nel cilindro, fino a quando non è vuoto. (La pressione diminuirà leggermente man mano che il cilindro viene svuotato a causa della diminuzione del peso del fluido rimanente.)

Un esempio funzionante di questo tipo di accumulatore può essere trovato presso la sala macchine idrauliche del porto di Bristol. ^[2] L'accumulatore originale del 1887 è al suo posto nella sua torre, un accumulatore esterno è stato aggiunto nel 1954 e questo sistema è stato utilizzato fino al 2010 per alimentare le chiuse del bacino di Cumberland (Bristol). L'acqua viene pompata dal porto in un serbatoio di testata e poi alimentata per gravità alle pompe. La pressione di esercizio è di 750 psi (5,2 MPa, o 52 bar) che è stata utilizzata per alimentare le gru, i ponti e le chiuse del porto di Bristol. ^{[ citazione necessaria ]}

Anche il meccanismo di funzionamento originale del Tower Bridge, a Londra, utilizzava questo tipo di accumulatore. Sebbene non siano più in uso, due dei sei accumulatori possono ancora essere visti in situ nel museo del ponte. ^[3]

Regent's Canal Dock, ora chiamato Limehouse Basin, ha i resti di un accumulatore idraulico, risalente al 1869, un frammento della più antica struttura di questo tipo rimasta al mondo, la seconda al molo, che è stata installata più tardi di quella di Poplar Dock, originariamente elencata erroneamente come una cabina di segnalazione per la London and Blackwall Railway, quando correttamente identificata, è stato restaurato come attrazione turistica dall'ormai defunta London Docklands Development Corporation. ^{[ chiarimento necessario ]} Ora di proprietà del Canal & River Trust, è aperto a grandi gruppi su richiesta al Dockmaster's Office presso il bacino e in entrambi i pomeriggi del London Open House Weekend, che si tiene il terzo fine settimana di settembre di ogni anno. ^[4]

Londra aveva un esteso sistema di energia idraulica pubblica dalla metà del XIX secolo che si chiuse definitivamente negli anni '70 con 5 centrali idrauliche, azionate dalla London Hydraulic Power Company. Gli scali merci ferroviari e le banchine avevano spesso un proprio sistema separato. ^{[ citazione necessaria ]}

Accumulatore

riempito d'aria

Una forma semplice di accumulatore è un volume chiuso, riempito d'aria. Una sezione verticale di tubo, spesso di diametro allargato, può essere sufficiente e si riempie d'aria, intrappolata mentre la tubazione si riempie.

Tali accumulatori in genere non hanno una capacità sufficiente per essere utili per immagazzinare una quantità significativa di energia poiché non possono essere precaricati con gas ad alta pressione, ma possono fungere da tampone per assorbire le fluttuazioni di pressione. Vengono utilizzati per livellare la portata dalle pompe a pistoni. Un altro uso è come ammortizzatore per smorzare il colpo d'ariete; Questa applicazione è parte integrante della maggior parte delle pompe a pistone. La perdita d'aria comporterà una perdita di efficacia. Se l'aria viene persa nel tempo, il progetto deve includere un modo per reintegrarsi l'accumulatore.

Accumulatore

chiuso a gas compresso (o caricato a gas)

Un accumulatore di gas compresso è costituito da un cilindro con due camere separate da un diaframma elastico, una camera d'aria completamente chiusa o un pistone flottante. Una camera contiene il fluido ed è collegata alla linea idraulica. L'altra camera contiene un gas inerte (tipicamente azoto), solitamente sotto pressione, che fornisce la forza di compressione sul fluido idraulico. Il gas inerte viene utilizzato perché l'ossigeno e l'olio possono formare una miscela esplosiva se combinati ad alta pressione. Al variare del volume del gas compresso, la pressione del gas (e la pressione sul fluido) cambia inversamente.

Per l'uso di sistemi idrici a bassa pressione, l'acqua di solito riempie una sacca di gomma all'interno del serbatoio (nella foto), impedendo il contatto con il serbatoio che altrimenti dovrebbe essere corroso resistente. Le unità progettate per applicazioni ad alta pressione, come i sistemi idraulici, sono generalmente precaricate a una pressione molto elevata (che si avvicina alla pressione di esercizio del sistema) e sono progettate per evitare che la camera d'aria o la membrana vengano danneggiate da questa pressione interna quando la pressione del sistema è bassa. Per i tipi di camera d'aria, ciò richiede generalmente che la camera d'aria sia riempita con il gas in modo che quando la pressione del sistema è zero, la camera d'aria sia completamente espansa piuttosto che essere schiacciata dalla carica di gas. Per evitare che la camera d'aria venga espulsa dal dispositivo quando la pressione del sistema è bassa, in genere è presente una piastra antiestrusione attaccata alla camera d'aria che preme contro e sigilla l'ingresso, oppure una piastra caricata a molla sull'ingresso che si chiude quando la camera d'aria preme contro di essa.

È possibile aumentare il volume di gas dell'accumulatore accoppiando una bombola di gas al lato gas dell'accumulatore. Per lo stesso sistema swing in pressione Ciò comporterà l'utilizzo di una porzione maggiore del volume dell'accumulatore. Se la pressione non varia in un intervallo molto ampio, questo può essere un modo economico per ridurre le dimensioni dell'accumulatore necessario. Se l'accumulatore non è del tipo a pistone, è necessario prestare attenzione che la camera d'aria o la membrana non vengano danneggiate in qualsiasi situazione di sovrapressione prevista, molti accumulatori a camera d'aria non possono tollerare che la camera d'aria venga schiacciata sotto pressione.

Un accumulatore a gas compresso è stato inventato da Jean Mercier ^[5] per l'uso in eliche a passo variabile.

Tipo a molla

Un accumulatore a molla è simile nel funzionamento all'accumulatore caricato a gas di cui sopra, tranne per il fatto che una o più molle pesanti vengono utilizzate per fornire la forza di compressione. Secondo la legge di Hooke, l'entità della forza esercitata da una molla è linearmente proporzionale alla sua variazione di lunghezza. Pertanto, come la molla si impascia, la forza che esercita sul fluido aumenta linearmente.

Gli

accumulatori a soffietto metallico funzionano in modo simile al tipo a gas compresso, tranne per il fatto che il diaframma elastico o il pistone flottante sono sostituiti da un soffietto metallico saldato ermeticamente sigillato. Il fluido può essere interno o esterno al soffietto. I vantaggi del tipo a soffietto metallico includono una rigidità della molla eccezionalmente bassa, che consente alla carica di gas di svolgere tutto il lavoro con poche variazioni di pressione da pieno a vuoto, una corsa lunga che consente un utilizzo efficiente del volume dell'involucro e il soffietto può essere costruito per essere resistente alla sovrapressione che schiaccerebbe un separatore a camera d'aria. L'accumulatore a soffietto metallico saldato offre un livello eccezionalmente elevato di prestazioni dell'accumulatore e può essere prodotto con un ampio spettro di leghe, con conseguente ampia gamma di compatibilità dei fluidi. Altri vantaggi di questo tipo sono che non non presenta problemi con il funzionamento ad alta pressione, può essere costruito per essere resistente a temperature molto alte o basse o a determinati prodotti chimici aggressivi e può durare più a lungo in alcune situazioni. I soffietti metallici tendono ad essere molto più costosi da produrre rispetto ad altri tipi comuni.

Funzionamento di un accumulatore

Nei moderni sistemi idraulici, spesso mobili, l'elemento preferito è un accumulatore caricato a gas, ma i sistemi semplici possono essere caricati a molla. In un sistema possono essere presenti più accumulatori. Il tipo esatto e il posizionamento di ciascuno possono essere un compromesso ^{[chiarimento necessario ]} a causa dei suoi effetti e dei costi di produzione.

Un accumulatore è posizionato vicino alla pompa con una valvola di non ritorno che impedisce il riflusso alla pompa. Nel caso di pompe a pistoni, questo accumulatore è posizionato nella posizione ideale per assorbire le pulsazioni di energia dalla pompa a più pistoni. ^{[ citazione necessaria ]} Aiuta anche a proteggere il sistema dal martello fluido. Ciò protegge i componenti del sistema, in particolare le tubazioni, da entrambe le forze potenzialmente distruttive.

Un ulteriore vantaggio è l'energia aggiuntiva che può essere immagazzinata mentre la pompa è soggetta a una bassa domanda. Il progettista può utilizzare una pompa di capacità inferiore. Anche le grandi escursioni dei componenti del sistema, come il carrello di atterraggio su un aereo di grandi dimensioni, che richiedono un volume considerevole di fluido possono beneficiare di uno o più accumulatori. Questi sono spesso posizionati vicino alla domanda per aiutare a superare le restrizioni e la resistenza dovuta a lunghi percorsi di tubazioni. Il deflusso di energia da un accumulatore di scarica è molto maggiore, per un breve periodo, di quanto potrebbero generare anche pompe di grandi dimensioni.

Un accumulatore può mantenere la pressione in un sistema per periodi in cui ci sono lievi perdite senza che la pompa venga attivata e disattivata costantemente. Quando le variazioni di temperatura causano escursioni di pressione, il l'accumulatore aiuta ad assorbirli. Le sue dimensioni aiutano ad assorbire il fluido che altrimenti potrebbe essere bloccato in un piccolo sistema fisso senza spazio per l'espansione a causa della disposizione delle valvole.

La precarica del gas in un accumulatore è impostata in modo che la camera d'aria di separazione, la membrana o il pistone non raggiungano o colpiscano entrambe le estremità del cilindro operativo. La precarica di progetto normalmente garantisce che le parti mobili non incrostino le estremità o ostruiscano i passaggi del fluido. Una scarsa manutenzione della precarica può distruggere un accumulatore in funzione. Un accumulatore correttamente progettato e mantenuto dovrebbe funzionare senza problemi per anni. ^{[ citazione necessaria ]}

Vedi anche

Note

campo da golf