مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی؛ استانداردسازی و بهبود عملکرد آسانسورهای هیدرولیک در مواقع اضطراری

در این مقاله، به بررسی مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی، استانداردسازی و بهبود عملکرد آسانسورهای هیدرولیک پرداخته می‌شود.

۲۲ آبان ۱۴۰۳

علی بی آرام – در مقاله پیش‌رو به بررسی وسیله‌ای به نام «آکومولاتور» و مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی، استانداردسازی و بهبود عملکرد آسانسورهای هیدرولیک در مواقع اضطراری، جلوگیری از خزش ناخواسته کابین آسانسور و جلوگیری از نشست کابین و نشتی داخلی می‌پردازیم. همچنین نحوه‌ی ساخت و انواع آن در خطوط جریان هیدرولیک از مایعات را بررسی می‌کنیم. این خطوط می‌تواند برای انتقال نیرو، کنترل بار و یا هر نوع هدایت هیدرولیکی مورد استفاده قرار گیرد.

مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی و تعدیل فشار سیستم‌های هیدرولیک

مایع هیدرولیک، صرف‌نظر از نوع آن که می‌تواند روغن، آب یا مایع دیگری باشد، همواره تحت‌تأثیر نوسان‌های فشار قرار دارد. مایعات تراکم‌ناپذیر هستند، به این معنی که هرگونه تغییر ناگهانی فشار در مایع جریان سیال، به طور مستقیم به خط لوله جریان منتقل می‌شود. این مسئله در صورت نبود آکومولاتور یا کپسول ازت در خط انتقال هیدرولیک اتفاق می‌افتد؛ چرا که مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی و تعدیل فشار، به واسطه کاهش نوسانات فشار و افزایش عمر تجهیزات، به‌خوبی نمایان می‌شود. با قرار دادن آکومولاتور در خط جریان هیدرولیک، این افزایش ناگهانی فشار دمپ می‌شود. همان‌طور که پیش از این توضیح داده شد، نام دیگر آکومولاتور مخزن ازت است.

پیش از بررسی این موضوعات، تلاش کردیم با انواع آکومولاتورها آشنا شویم و به مزایا و معایب آن‌ها بپردازیم. پس از شناخت کامل، مدارهای هیدرولیکی را برای رفع مشکلات ارائه دادیم و در نهایت، به منظور بهره‌برداری از این سیستم، محاسبات و طراحی آکومولاتور موردنظر را انجام دادیم.

آشنایی با عملکرد و مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی هیدرولیک

وظیفه اصلی آکومولاتور هیدرولیک، انباشتن سیال تحت فشار و برگشت آن به هنگام نیاز است. مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی بسیار قابل توجه است، زیرا آکومولاتور با ذخیره و تأمین سیال تحت فشار به عنوان یک مخزن فشار عمل می‌کند. این تجهیزات باید برای حداکثر فشار کاری طبق قوانین و مقررات تست در کشور موردنظر سایزبندی شوند.

برای جبران حجم و انباشت انرژی، سیال توسط یک وزن یا فنر یا گاز متراکم شده پیش بارگذاری می‌شود. در اکثر سیستم‌های هیدرولیک که از آکومولاتورهای گازی استفاده می‌کنند، یک جزء جداکننده میان گاز و سیال قرار دارد. بسته به نوع این جداکننده، سه نوع آکومولاتور کیسه‌ای، پیستونی و دیافراگمی موجود است.

آکومولاتور چیست ؟

انباره هیدرولیک (Hydraulic Accumulator) یک قطعه مهم در سیستم‌های هیدرولیکی است که با داشتن این قطعه، می‌توان فشار جریان را تنظیم کرد و نوسان‌های فشار را کاهش داد. آکومولاتور هیدرولیک شامل یک بالن حجیم است که در داخل آن مایع هیدرولیکی مانند روغن یا گاز فشرده شده قرار دارد.

هنگامی که پمپ در حال ایجاد جریان هیدرولیکی است، مایع هیدرولیکی به داخل آکومولاتور جابه‌جا می‌شود و برای ذخیره کردن انرژی، گاز فشرده شده در داخل بالن فشار داده می‌شود.

در زمانی که نیاز به افزایش فشار در سیستم هست، مایع هیدرولیکی از آکومولاتور خارج شده و فشار را افزایش ‌می‌دهد. از مزایای استفاده از آکومولاتور هیدرولیک، ذخیره جریان و فشار سیال هیدرولیک ، جبران نوسان‌های فشار در سیستم هیدرولیکی و کاهش استهلاک در سیستم است.

لازم به ذکر است برای استفاده بهینه از آکومولاتور هیدرولیکی، نیاز به طراحی و نصب مناسب در سیستم هیدرولیکی مورد نظر است. آکومولاتورها اشکال مختلفی دارند و عملکردهای مهمی در بسیاری از مدارهای هیدرولیکی دارند. آن‌ها برای ذخیره یا جذب انرژی هیدرولیک استفاده می‌شوند.

آکومولاتور و نقش آن در بهینه‌سازی انرژی

هنگام ذخیره انرژی، سیال هیدرولیک تحت فشار را برای استفاده بعدی دریافت می‌کنند. مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی شامل امکان افزودن جریان آکومولاتور به جریان پمپ برای سرعت بخشیدن به فرآیندها است. در مواقع دیگر، انرژی ذخیره‌شده تا زمان نیاز در دسترس باقی می‌ماند و ممکن است مستقل از جریان پمپ باشد.

این قابلیت می‌تواند برای تأمین برق اضطراری در زمانی که جریان پمپ قطع است، مفید باشد. همچنین، با ارائه سیال برای جبران نشتی، می‌توان از آکومولاتور برای حفظ فشار در سیستم‌های بدون جریان پمپ استفاده کرد.

نقش آکومولاتورها در بهینه‌سازی سیستم‌های هیدرولیک

روش‌های مختلفی وجود دارد که در آن‌ها از آکومولاتورها برای جذب انرژی استفاده می‌شود. جریان برگشتی از یک سیلندر با سوراخ بزرگ ممکن است بیشتر از آن چیزی باشد که باید توسط لوله‌کشی انجام شود. یک آکومولاتور کم فشار می‌تواند بخشی از جریان را دریافت کند و سپس آن را با سرعت مناسب برای لوله‌کشی تخلیه کند.

استفاده از آکومولاتور در سیستم‌های هیدرولیک، به ویژه در مواقعی که نیاز به بهینه‌سازی انرژی است، می‌تواند به طور مؤثری از افزایش فشار ناگهانی جلوگیری کرده و عملکرد سیستم را بهبود بخشد.

سیال هیدرولیک دارای نرخ نسبتاً بالایی از انبساط حرارتی است. اگر حجمی از سیال محدود باشد و به دلیل تغییرات دما نتواند منبسط یا منقبض شود، ممکن است فشار بسیار بالایی وجود داشته باشد که می‌تواند به تجهیزات آسیب برساند یا فشار کم می‌تواند باعث ایجاد حباب‌های هوا در سیال هیدرولیک شود.

نقش آکومولاتورها در کاهش نوسانات فشار

آکومولاتورها را می‌توان برای جذب سیال در حال انبساط یا تأمین سیال منقبض‌کننده استفاده کرد. آن‌ها همچنین هنگام استفاده برای کاهش دادن پالس‌های فشار، انرژی را جذب و تلف می‌کنند و صدا و لرزش را کاهش می‌دهند. مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی شامل کاهش نوسانات فشار و بهره‌برداری بهینه از انرژی ذخیره‌شده در سیستم‌های هیدرولیک است.

نکته ایمنی: آکومولاتورها انرژی را ذخیره می‌کنند. هر زمان که اطراف آکومولاتورهای هیدرولیک کار می‌کنید، امکان انتشار ناگهانی و کنترل نشده انرژی وجود دارد. قبل از انجام هر کاری روی یک آکومولاتور یا روی قطعاتی که ممکن است به یک آکومولاتور متصل شوند، انرژی باید آزاد یا جدا شود. هنگامی که فشار هیدرولیک کاهش می‌یابد، هنوز انرژی ذخیره شده در گاز وجود دارد. این نیز باید تسکین یا جدا شود.

انواع آکومولاتورها

آکومولاتورها از قبل بارگذاری شده‌اند تا حداقل فشار برای هر سیال موجود، وجود داشته باشد. سه نوع پیش‌بارگیری وزنه، فنر و گاز است. نماد یک دستگاه ذخیره یا جذب انرژی سیال، بیضی کشیده شده که در شکل ۱ نشان داده شده است. نوع خاص آکومولاتور با نمادهای اضافی در داخل بیضی نشان داده شده، همان‌طور که در شکل‌های ۲، ۳ و ۴ مشخص شده است. آکومولاتورهای فقط وزن‌دار دارای فشار ثابت است. فشار با تقسیم وزن بر مساحت پیستون نگهدارنده تولید می‌شود.

آکومولاتورهای وزنی از منظر طراحی مدار جذاب هستند اما معمولاً برای برنامه‌های موبایل کاربردی نیستند. آن‌ها باید به صورت عمودی نصب شوند، نسبتاً بزرگ و سنگین هستند. آکومولاتورهای فنری و شارژی گازی وزن کمتری دارند، فضای کمتری را اشغال می‌کنند و می‌توانند به صورت افقی نصب شوند، اگرچه ترجیح داده می‌شود آکومولاتورها به صورت عمودی نصب شوند.

مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی به وضوح در این سیستم‌ها مشخص است، زیرا آن‌ها به بهبود عملکرد سیستم‌های هیدرولیک و کاهش هدررفت انرژی کمک می‌کنند.

بیشتر بخوانید:

انواع آکومولاتور های گاز

گاهی اوقات به آکومولاتورهای گاز دارای فنر گازی می‌گویند. در دسته آکومولاتورهای گاز، شش نوع اصلی وجود دارد:

پیستونی
سرکوب‌کننده صدا (silencer)
دمنده
کیسه‌ای
گازی (هوا روی روغن)

مانند فنر فشرده‌ای که می‌خواهد به سمت حالت کشیده‌اش فشار بیاورد، گاز فشرده می‌خواهد به سمت حالت غیرفشرده‌اش فشار بیاورد. گاز مورد استفاده غیر قابل احتراق است، معمولاً نیتروژن، مگر اینکه فشار آن بسیار کم باشد. اگرچه معمولاً یک عنصر جداکننده بین گاز مورد استفاده و سیال هیدرولیک وجود دارد، اما استفاده از گازی که حاوی اکسیژن است، مانند هوا، می‌تواند منجر به انفجار شود.

همان‌طور که هوا فشرده می‌شود و گرم می‌شود، اگر اکسیژن گرم شده با مایع هیدرولیک تعامل داشته باشد، ممکن است موجب احتراق شود. مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی در این آکومولاتورها قابل مشاهده است، زیرا استفاده صحیح از گاز و فنر فشرده می‌تواند به ذخیره انرژی و بهبود عملکرد سیستم‌های هیدرولیک کمک کند.

بررسی فشارهای آکومولاتور و تأثیر آن در بهینه‌سازی انرژی

ممکن است یک مکانیک هیدرولیک برای بررسی فشار گاز در یک آکومولاتور مورد نیاز باشد. سه فشار مختلف هنگام کار با آکومولاتورهای شارژ گاز در نظر گرفته می‌شود. این فشارها همیشه در ادبیات توضیح داده نمی‌شوند و ممکن است به سادگی نام p1، p2 و p3 را داشته باشند.

P1= فشار پیش شارژ: فشار اصلی گاز قبل از ذخیره هر سیال هیدرولیکی در آکومولاتور
P2= حداقل فشار: کمترین فشار هیدرولیک مورد نیاز سیستم
P3= حدبیشتر فشار: بالاترین فشاری که آکومولاتور خواهد دید

هر یک از این فشارها اطلاعاتی در مورد سیستم هیدرولیک ارائه می‌دهند. اگر آکومولاتور کاملاً شارژ شده باشد (حدبیشتر مقدار سیال هیدرولیک را در خود جای داده است)، حدبیشتر فشار سیستم p2 است. اگر این قرائت خیلی زیاد یا خیلی کم باشد، ممکن است نیاز به تنظیم شیر تسکین‌دهنده یا جبران کننده فشار باشد. در حین کار، حداقل فشار سیستم (p1) باید ذکر شود.

سپس پیش‌شارژ (p0) برای اطمینان از اینکه در فشار مشخص شده زیر p1 است، آزمایش می‌شود. با گذشت زمان، ممکن است مقداری از گاز خارج شود که موجب کاهش پیش‌شارژ می‌شود. اگر این اتفاق خیلی زیاد بیفتد، نشان می‌دهد مانع از کار افتاده است و آکومولاتور باید تعمیر یا تعویض شود.

هنگامی که یک آکومولاتور شارژ اولیه خود را از دست می‌دهد، دیگر انرژی ذخیره نمی‌کند. این نکته بیانگر مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی است، زیرا با حفظ فشار و انرژی ذخیره‌شده در سیستم، عملکرد بهینه‌تر و کاهش هدررفت انرژی در سیستم‌های هیدرولیک فراهم می‌شود. آکومولاتور را می‌توان تا فشار کامل سیستم پر کرد، اما انرژی ذخیره شده در فنر گازی برای بیرون راندن سیال وجود نخواهد داشت.

محل استفاده آکومولاتور

مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی بسیار زیاد است. بنابراین علت نصب آکومولاتور در سیستم هیدرولیک علاوه بر مزایایی که دارد موارد زیر است.

تثبیت‌کننده ضریب جریان پمپ هیدرولیک

به عنوان مثال، در زمانی که پمپ، دبی خروجی خود را افزایش یا کاهش می‌دهد، فشار درون سیستم هیدرولیک نیز افزایش یا کاهش می‌یابد. با این حال، اگر آکومولاتور در سیستم موجود باشد، فشار بالقوه به آکومولاتور انتقال داده و در آنجا ذخیره می‌شود، به همین ترتیب نوسان‌های فشار را کاهش می‌دهد.

مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی به این صورت است که این دستگاه به ذخیره انرژی اضافی کمک کرده و از افت ناگهانی فشار جلوگیری می‌کند، به ویژه در سیستم‌هایی که نیاز به دقت بالایی دارند.

در مدارها و سیستم‌های هیدرولیکی که نیاز به دقت بالا داریم، باید ضریب نوسان پمپ (Pulse Flow Coefficient) را به حداقل برسانیم. برای این منظور استفاده از آکومولاتور یکی از راه‌های تصحیح و کاهش این ضریب است.

به‌طور مثال در جرثقیل‌های هیدرولیک از پمپ‌های پیستونی استفاده می‌شود. پمپ‌های پیستونی دارای ضریب نوسان بالایی هستند، در حدود 10 الی 15 درصد. همین‌طور موتور کوپل شده به جرثقیل هم به علت اینکه سرعت دوران به‌طور دائم در حال تغییر است، باعث عدم ثبات در ارسال دبی به سیستم هیدرولیک می‌شود.

عدم استفاده از آکومولاتور در جرثقیل یا خرابی آکومولاتور باعث می‌شود هنگام حرکت، سیلندرهای هیدرولیک با لرزش شدیدی مواجه شوند، به‌طوری‌که در صورت حمل بار ممکن است خطرات به همراه داشته باشد. مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی در این سیستم‌ها پالس جریان پمپ را کاهش می‌دهد و کمک می‌کند دبی ثابتی برای سیستم هیدرولیک فراهم کند.

همچنین آکومولاتورها با کاهش نوسانات فشار، به‌ویژه در سیستم‌هایی با پمپ‌های پیستونی، مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی را نمایان می‌سازند، زیرا علاوه بر ذخیره انرژی، می‌توانند از بروز مشکلات ناشی از نوسان‌های شدید در فشار جلوگیری کنند.

برای میرایی ضربان

برای میرایی ضربان، نصب یک آکومولاتور در نزدیکی منبع ضربان ایجاد شده توسط پمپ و غیره، می‌تواند ضربان فشار را در خط هیدرولیک کاهش دهد. مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی به این صورت است که این دستگاه قادر است انرژی اضافی را ذخیره کرده و از نوسانات فشار جلوگیری کند، که به بهبود عملکرد سیستم هیدرولیک و افزایش کارایی انرژی کمک می‌کند.

برای مانع انتقال

برای مانع انتقال، با انتقال یا انتقال سیالات، می‌توان از یک انباشت‌کننده نوع مانع انتقال، به عنوان جایگزین پمپ هیدرولیک استفاده کرد. در این مورد، کیسه به عنوان یک پیستون عمل می‌کند تا سیال را به طور متناوب به داخل و خارج از آکومولاتور جریان دهد. مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی در این سیستم به وضوح مشاهده می‌شود، زیرا آکومولاتور قادر است انرژی را ذخیره کرده و فشار را به طور مؤثری تنظیم کند، که باعث افزایش کارایی و کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های هیدرولیکی می‌شود.

ذخیره انرژی

با نصب آکومولاتور (ACC) می‌توان ظرفیت پمپ روغن را کاهش داد و عملکرد موتور الکتریکی را متوقف کرد. بنابراین می‌توان هزینه اولیه ماشین‌آلات را به حداقل رساند و مصرف برق را کاهش داد. این امر یکی از مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی است که در کاهش مصرف انرژی سیستم‌های هیدرولیکی بسیار مؤثر می‌باشد.

با عملکرد خاموش موتور الکتریکی و پمپ هیدرولیک، افزایش دمای سیال سیستم سرکوب شده و کولر بی‌نیاز از استفاده می‌شود. همچنین می‌توان از خراب شدن سیال سیستم جلوگیری کرد.

آکومولاتور همچنین می‌تواند به عنوان منبع فشار هیدرولیک در موارد اضطراری مانند مشکل پمپ هیدرولیک یا تجهیزات منبع هیدرولیک یا خرابی برق استفاده شود. وظیفه اصلی آکومولاتور هیدرولیک، ذخیره انرژی در فشار بالای مایعات هیدرولیکی قرار داده شده در داخل آن است.

این ویژگی یکی از مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی به شمار می‌رود که در مواقع ضروری می‌تواند عملکرد سیستم را بدون وابستگی به پمپ یا منابع خارجی حفظ کند.

آکومولاتور هیدرولیک می‌تواند در سیستم‌های هیدرولیکی برای هماهنگ کردن عملکرد پمپ و شیرهای کنترلی استفاده شود. با تنظیم فشار آکومولاتور، می‌توان فشار جریان را برای انجام یک فعالیت خاص به صورت دقیق کنترل کرد، که در نهایت موجب بهینه‌سازی انرژی سیستم می‌شود.

نقش جلوگیری از افزایش ناگهانی فشار سیال

در دستگاه‌های هیدرولیک، ممکن است عملگرها به گونه‌ای باشند که یک‌مرتبه ضربه و نیروی بسیاری به آن‌ها وارد شود. این ضربات ناگهانی باعث می‌شود سیال هیدرولیک متراکم شود و فشار سیال هیدرولیک ناگهانی بالا رود. برای کنترل و جلوگیری از آسیب تجهیزات علاوه بر فشارشکن‌ها و شیرآلات هیدرولیک، استفاده از آکومولاتور هیدرولیک از نوع پیستونی می‌تواند به‌طور مؤثر این فشار را تعدیل کند.

این ویژگی از مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی است که به کمک آن می‌توان فشار ناگهانی را کنترل کرد و از آسیب به تجهیزات جلوگیری نمود. به عنوان مثال، در سیستم هیدرولیک دستگاه سنگ شکن ژیروسکوپی، آکومولاتور پیستونی از این قابلیت برای جلوگیری از آسیب‌های ناشی از افزایش ناگهانی فشار استفاده می‌کند.

برای حفظ فشار

هنگامی که فشار هیدرولیک در خط لوله مدار بسته به دلیل تغییر دما در محدوده وسیعی تغییر می‌کند، می‌توان با استفاده از آکومولاتور فشار را تا حد نسبتاً ثابتی تثبیت کرد. این عملکرد یکی از مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی است که به حفظ فشار سیستم هیدرولیک کمک می‌کند و از نوسانات فشار جلوگیری می‌کند.

از طرفی آکومولاتور می‌تواند افت فشار ناشی از نشت روغن را در تجهیزاتی که برای ثابت نگه داشتن شرایط فشار به مدت طولانی (مانند مدار نگهدارنده فشار) نیاز دارند، جبران کند. این ویژگی کمک می‌کند تا افت فشار در این تجهیزات به حداقل برسد و عملکرد سیستم بهینه باقی بماند.

افزایش عمر مفید سیستم

آکومولاتور هیدرولیک، یکی از قطعات مهم و پرکاربرد در سیستم‌های هیدرولیکی است که برای حفظ کارایی و افزایش عمر مفید سیستم ضروری است. یکی از مزایای آکومولاتور در بهینه‌سازی انرژی این است که با کاهش نوسانات فشار و ذخیره انرژی، فشار وارد شده به قطعات سیستم را کاهش می‌دهد و در نتیجه به بهبود عملکرد و طول عمر سیستم کمک می‌کند.

آزادسازی دبی زیاد در کمترین زمان ممکن

در عملکرد برخی از دستگاه‌های صنعتی ، نیاز است عملگر هیدرولیک با سرعت زیادی حرکت کند یا ضربه‌ای چکشی وارد آورد؛ بنابراین با قراردادن آکومولاتور توسط پمپ هیدرولیک شارژ می‌شود و پس از فرمان به شیر تعبیه شده در زیر آکومولاتور یک مرتبه دبی ذخیره شده آزاد و عملگر هیدرولیکی با سرعت زیاد حرکت می‌کند . (مانند دستگاه‌های تزریق دایکست ـ پرس‌های ضربه‌ای هیدرولیک، چکش های هیدرولیکی)

ذخیره انرژی به منظور بهینه‌سازی و افزایش راندمان دستگاه

در برخی از مکان‌ها دستگاه‌های هیدرولیکی استفاده می‌شود که امکان استفاده از برق سه‌فاز وجود ندارد و اگر نیاز داشته باشیم دستگاه با سرعت بالا کار کند، قطع به یقین نیازمند دبی و فشار بیشتر پمپ خواهیم بود که پس از انجام محاسبات منجر به افزایش توان موتور می‌شود؛ بنابراین از آکومولاتور با دبی پمپ کمتر استفاده می‌شود و پمپ طی زمانی شروع به شارژ آکومولاتور می‌کند و تا حدبیشتر فشار کاری مورد نیاز ذخیره‌سازی دبی و فشار در آکومولاتور توقف می‌شود.

پس از آن سیستم هیدرولیک آماده فرمان می‌شود و با فرمان اپراتور، دستگاه عملگر با سرعت و فشار دلخواه عمل کرده و در فاصله زمانی که اپراتور قطعه بعدی را برای تولید آماده می‌کند، پمپ هیدرولیک دوباره آکومولاتور را شارژ می‌کند و این چرخه مرتب ادامه خواهد داشت . (مانند دستگاه های پرس اتم چرم، جایگزین چرخ لنگ متصل به موتور )

برای میرایی شوک

باز و بسته شدن سریع شیرها می‌تواند امواج ضربه‌ای را در یک سیستم هیدرولیک ایجاد کند. با نصب آکومولاتور که «تجهیزات صرفه‌جویی در انرژی» نیز در نزدیکی منبع این شوک‌هاست، آکومولاتور می‌تواند ضربه‌ها را جذب کند. با کاهش ضربات و شوک در مدار هیدرولیک، لرزش و نویز کاهش می‌یابد و می‌توان از خرابی زودهنگام شلنگ‌ها، اتصالات و سایر اجزا جلوگیری کرد.