اکومولاتور چیست و کاربرد آن در هیدرولیک و پنوماتیک
مخزن فشار یا اکومولاتور هیدرولیک Hydraulic Accumulator یک نوع منبع ذخیره سازی تحت فشار است که در آن یک سیال هیدرولیک تراکم ناپذیر توسط یک منبع خارجی , تحت فشار قرار می‌گیرد.
منبع خارجی می تواند یک فنر، وزنه بلند شده و یا یک گاز فشرده باشد.
اکومولاتور به یک سیستم هیدرولیک این امکان را می‌دهد که حداکثر مصرف را با استفاده از یک پمپ کوچک‌تر برآورده کند، به یک مصرف موقت پاسخ سریع‌تر بدهد و همچنین نوسانات را ملایم نماید. اکومولاتور نوعی دستگاه ذخیره‌سازی انرژی energy storage است.
اکومولاتورهای گاز فشرده compressed gas accumulators که اکومولاتورهای هیدرو پنوماتیک hydro-pneumatic accumulators نیز نامیده می‌شوند در حال حاضر پرکاربردترین نوع اکومولاتور در صنعت هیدرولیک و پنوماتیک هستند.
اکومولاتور وزنه‌ای
یک اکومولاتور وزنه‌ای raised weight accumulator از یک سیلندر عمودی حاوی مایع متصل به خط هیدرولیک تشکیل شده است. سیلندر توسط یک پیستون که بر روی آن یک سری وزنه قرار داده شده است و بر روی پیستون یک نیروی رو به پایین اعمال می‌کنند، سیال داخل سیلندر را دارای انرژی می‌کند. برعکس اکومولاتورهای گاز فشرده و فنری، این نوع اکومولاتور بدون در نظر گرفتن حجم مایع درون سیلندر، همواره فشار تقریبا ثابتی اعمال می‌کند. البته زمانی که سیلندر خالی می‌شود، به دلیل کاهش وزن مایع باقی مانده فشار تا حدی کاهش خواهد یافت. عیب اصلی اکومولاتورهای وزنه‌ای، سایز بزرگ و وزن سنگین آن‌ها است که در سیستم‌های متحرک مناسب نمی‌باشد.
اکومولاتور گاز فشرده بسته
اکومولاتور گاز فشرده compressed gas accumulator یا اکومولاتور شارژ گازی gas-charged accumulator یا اکومولاتور هیدروپنوماتیک hydro pneumatic از یک استوانه دو بخشی تشکیل شده است که توسط یک دیافراگم الاستیکی، کیسه بسته و یا یک پیستون شناور از یک‌دیگر جدا شده‌اند. درون یکی از بخش‌ها سیال هیدرولیکی قرار دارد که به خط هیدرولیک متصل شده و بخش دیگر شامل یک گاز بی اثر تحت فشار (معمولا نیتروژن) است که فراهم کننده نیروی فشاری بر روی سیال هیدرولیک است. گاز بی‌اثر به این دلیل مورد استفاده قرار می‌گیرد که اکسیژن و روغن هنگامی که تحت فشار بالا ترکیب می‌شوند، می‌توانند یک مخلوط قابل انفجار ایجاد کنند. زمانی که حجم گاز تحت فشار تغییر می‌کند، به صورت معکوس فشار گاز و مایع تغییر می‌کنند. طرح‌های اکومولاتور هیدرولیکی موجود به دلیل نیاز به دو مخزن ذخیره‌سازی، بزرگ سنگین هستند و دارای چگالی ذخیره‌سایزی انرژی بالای مورد نیاز برای بسیاری از کاربردها نیستند.
اکومولاتور گازی غیر مجزا
اکومولاتورهای گازی غیر مجزا non-separator type gas accumulator از یک پوسته با مجرای خروج روغن در پایین و مجرای ورود هوا در بالا تشکیل شده و جدا کننده فیزیکی بین گاز و روغن وجود ندارد. در این نوع اکومولاتور، انبساط گاز به صورت مستقیم موجب رانده شدن روغن می‌گردد.
مزیت اصلی اکومولاتورهای گازی غیر مجزا، توانایی پذیرفتن حجم زیادی از روغن است و عیب اصلی آن‌ها، مخلوط شدن گاز در روغن به دلیل موجود نبودن جدا کننده فیزیکی می‌باشد. برای جلوگیری از ورود گاز به داخل روغن که مشکلاتی نظیر کاویتاسیون در پمپ را به دنبال خواهد داشت، این نوع اکومولاتور باید به صورت عمودی نصب گردد. جذب گاز از میزان تراکم‌ناپذیری روغن کاسته و سبب ایجاد ارتعاش می‌شود. استفاده از این اکومولاتور در مدارهایی که دبی خروجی پمپ و سرعت جریان زیاد است توصیه نمی‌گردد.
اکومولاتور گازی مجزا
اکومولاتورهای گازی مجزا separator type gas accumulator دارای جدا کننده فیزیکی بین گاز و روغن هستند و بیش‌ترین کاربرد را در صنعت هیدرولیک دارا می‌باشند. این نوع اکومولاتور به سه دسته کلی زیر تقسیم می‌گردد:
1. اکومولاتورهای گازی پیستونی piston type gas accumulator :
در اکومولاتور گازی نوع پیستونی، پیستون به عنوان جدا کننده گاز از روغن عمل می‌کند. عیب اصلی اکومولاتورهای پیستونی، گران بودن هزینه‌های ساخت و محدودیت‌های ابعادی می‌باشد. اکومولاتورهای پیستونی قابلیت کاربرد در سیستم‌های دارای دمای بسیار بالا و بسیار پایین را دارند.
در سیستم‌های فشار پایین، اصطکاک در آب‌بندها مشکل‌ساز می‌باشد. به دلیل وجود نشتی، این نوع اکومولاتور باید در فواصل زمانی زیاد شارژ گردد. به دلیل اینرسی پیستون و اصطکاک در آب‌بندها، از این نوع اکومولاتور به عنوان جاذب ضربه و جبران کننده ضربان‌های فشار استفاده نمی‌گردد. اکومولاتورهای پیستونی تا زیر 200 گالن در دسترس می‌باشند.
2. اکومولاتورهای گازی دیافراگمی diaphragm type gas accumulator :
در اکومولاتور گازی دیافراگمی، یک دیافراگم لاستیکی روغن را از گاز جدا می‌کند. شارژ و کنترل فشار اکومولاتور از طریق سوپاپ تعبیه شده در بالای آن صورت می‌گیرد. روغن ارسالی از پمپ به اکومولاتور موجب تغییر شکل دیافراگم و ذخیره انرژی می‌شود و در هنگام نیاز، این انرژی آزاد شده و روغن ذخیره شده جهت استفاده به سیستم برمی‌گردد. مهم‌ترین مزیت این نوع اکومولاتور، وزن کم نسبت به حجم سیال ذخیره شده یا دانسیته انرژی بالا می‌باشد. با توجه به این مزیت، در صنعت هوانوردی از این نوع اکومولاتور استفاده می شود.
3. اکومولاتورهای گازی کیسه‌ای bladder type gas accumulator :
در اکومولاتور نوع کیسه‌ای یا اکومولاتور بلدری، به منظور جداسازی گاز از روغن از یک کیسه الاستیک استفاده شده است.
مزیت عمده اکومولاتور کیسه‌ای، آب‌بندی کامل بین محفظه‌های گاز و روغن می‌باشد. پاسخ سریع کیسه به نوسانات فشار به دلیل وزن سبک آن، موجب کاربرد مناسب این نوع اکومولاتور در سیستم‌های جاذب ضربه و تنظیم فشار می‌شود. اکومولاتورهای کیسه‌ای معمولاً تا ظرفیت کمتر از 40 گالن در دسترس می‌باشند.
اکومولاتور فنری
کارکرد اکومولاتور فنری spring type accumulator مشابه اکومولاتور شارژ گازی است، به جز این که از فنر یا فنرهای سنگینی برای ایجاد نیروی فشاری استفاده می‌شود. با توجه به قانون هوک Hooke’s law بزرگی نیروی اعمال شده توسط فنر به صورت خطی با میزان باز شدن آن متناسب است. بنابراین زمانی که فنر فشرده می‌شود، نیرویی که در مایع اعمال می‌کند به صورت خطی افزایش می‌یابد.
از اکومولاتور فنری برای تامین مقادیر کم دبی و فشار استفاده می‌شود؛ زیرا در فشارهای بالا و دبی خروجی زیاد، ابعاد آن بزرگ و وزن آن سنگین می‌شود. به دلیل از دست رفتن خاصیت الاستیسیته فنر در سیکل‌های کاری زیاد، استفاده از این نوع اکومولاتور در کاربردهای مذکور مناسب نمی‌باشد.
اکومولاتور آکاردئونی فلزی
کارکرد اکومولاتور آکاردئونی فلزی metal bellows accumulator مشابه با اکومولاتور گاز فشرده است، به جز این که دیافراگم الاستیک یا پیستون شناور با آکاردئون‌های فلزی جوش‌کاری شده جایگزین شده است. سیالات می‌توانند نسبت به آکاردئونی‌ها، داخلی یا خارجی باشند.
مزایای اکومولاتور آکاردئونی فلزی عبارت‌اند از ضریب فنر بسیار کم که اجازه می‌دهد شارژ گاز در تمام بازه حرکتی، از پر تا خالی، تغییر کمی در فشار داشته باشد، کورس حرکتی بلند نسبت به ارتفاع جامد (خالی) که حداکثر حجم ذخیره‌سازی را برای یک اندازه مشخص ظرف می‌دهد. اکومولاتورهای با آکاردئون‌های فلزی جوش‌کاری شده گستره بسیار بالایی از عمل‌کرد اکومولاتور فراهم می‌کنند و با بازه گسترده‌ای از آلیاژها ساخته می‌شوند که منجر به سازگاری با طیف گسترده‌ای از مایعات می‌شود. یکی دیگر از مزیت‌های این نوع اکومولاتور این است که با مشکلات کار در فشار بالا برخورد ندارد و در نتیجه امکان ظرفیت بیش‌تری برای ذخیره‌سازی انرژی می‌دهد.
