آکومولاتور
مسئله افت فشار ناگهانی در سامانه یک آسانسور هیدرولیکی همواره جزو مسائل مهمی است که ذهن طراحان را به خود مشغول می سازد. تغییرات فشار ناگهانی در هر سامانه هیدرولیکی بالابر منجر به ایجاد شوک به سیستم می شود و حرکت نرم و روان آسانسور را دستخوش تغییرات می کند آکومولاتور وسیله ای است ساده که می تواند برخی از این نوسانات را جبران نموده و به روانی حرکت آسانسور کمک می کند.
عملکرد آکومولاتور
آکومولاتور (انباره) وسیله ای برای ذخیره سیال هیدرولیک تحت فشار است. ذخیره سیال تحت فشار در واقع روشی برای ذخیره انرژی است که در زمان خاصی مصرف شود. احتمالا رایج ترین کاربرد آکومولاتور ها، پشتیبانی از شدت جریان خروجی یک پمپ و ادامه این جریان برای مدت کوتاهی پس از قطع جریان پمپ در یک سیستم هیدرولیک می باشد.
در بیشتر آکومولاتور ها از انرژی ذخیره شده در یک گاز تحت فشار، برای تحت فشار قرار دادن سیال استفاده می شود. این نوع آکومولاتور، آکومولاتور با شارژ گازی نامیده می شود.
کار یک آکومولاتور از آنجا آغاز می شود که محفظه گاز آن تحت فشار مشخصی که شارژ اولیه نامیده می شود، شارژ شده و بدین ترتیب پیستون داخل آکومولاتور به پایین حرکت می کند. پس از شارژ اولیه یک آکومولاتور می توان آنرا به سیستم هیدرولیک وصل کرده و سیال را به دهانه اصلی آن هدایت کرد. با ورود سیال هیدرولیک به قسمت پایین آکومولاتور، پیستون به طرف بالا رانده می شود و گاز موجود در بالای پیستون متراکم می شود. تراکم این گاز باعث افزایش فشار آن شده و این فشار به سیال هیدرولیک نیز وارد می شود. پیستون به راحتی می تواند بلغزد، بنا براین همیشه فشار سیال هیدرولیک و گاز برابر است.
شارژ کردن آکومولاتور
اگر فشار سیال هیدرولیک ورودی به آکومولاتور در بالابر آنقدر زیاد باشد که حجم گاز به نصف حجم اولیه برسد، اصطلاحا گفته می شود که آکومولاتور کاملا شارژ شده است. در این حالت، آکومولاتور تبدیل به یک مخزن سیال تحت فشار کوچک می شود که می تواند اندکی انرژی به سیستم بفرستد. اگر فشار سیستم بالابر افت کند، به طوری که فشار در آکومولاتور بالابر بیشتر باشد، مقداری از سیال هیدرولیکی درون آکومولاتور به سیستم وارد می شود. با خروج این سیال، حجم گاز افزایش یافته و فشار آکومولاتور کاهش می یابد. بنابراین با خروج تدریجی سیال هیدرولیک از آکومولاتور، فشار آن تدریجا کاهش خواهد یافت. برای درک بهتر عملکرد آکومولاتور باید این پدیده به خوبی درک شود. هنگامی که فشار در سیستم فراتر رود، مجددا سیال به درون آکومولاتور بالابر جاری شده و آن را شارژ می کند. اغلب آکومولاتور ها به همین صورت کار می کنند، یعنی به هنگامی که سیستم پر فشار است، آکومولاتور بالابر شارژ شده و انرژی ذخیره می کند و هنگامی که سیستم کم فشار است، آکومولاتور بالابر فشار خود را به سیستم تخلیه می کند.
گاز مورد استفاده در شارژ اولیه آکومولاتور ها معمولا نیتروژن است، زیرا یک گاز غیر فعال است و آتش گیر نیست. این ویژگی از این جهت اهمیت دارد که در فشار های زیادی که به هنگام شارژ اولیه اعمال میشود وجود هوای محیط در مجاورت یک گاز تحت فشار با قابلیت آتش گیری، بسیار خطرناک خواهد بود. قبل از نصب آکومولاتور در بالابر آنرا با یک کپسول حاوی نیتروژن شارژ اولیه می کنند. این کار باید با احتیاط کامل انجام شود. برای شارژ کردن اولیه بهتر است طبق دستورات سازنده آکومولاتور بالابر رفتار کرد. پس از شارژ اولیه آکومولاتور بالابر باید مدتی صبر کرد تا بدنه آکومولاتور سرد شود و سپس فشار شارژ اولیه را کنترل نمود. آکومولاتور بالابر پس از شارژ اولیه گرم می شود و پس از خنک شدن، فشار داخلی آن افت می کند. وقتی آکومولاتور بالابر نصب شده و کار می کند، لازم است هر از چند گاهی فشار شارژ اولیه آن را کنترل کرد تا از عدم وجود نشتی در آن اطمینان حاصل شود.
انواع آکومولاتور
متناسب با نیاز و عملکرد آکومولاتور ها را به روش های مختلفی می سازند. برخی از این نوع آکومولاتور ها به شرح زیر هستند:
1.حبابی
2.دیافراگمی
3.یک قسمتی
4.فنری
5.وزنه ای
علاوه بر آکومولاتور های پیستونی، چند نوع آکومولاتور دیگر نیز وجود دارد: حبابی، دیافراگمی و یک قسمتی. ساختمان یک آکومولاتور حبابی نشان شده است. عملکرد این آکومولاتور نیز شبیه نوع پیستونی است که انرژی آن از وجود یک گاز تحت فشار در حباب، تامین می گردد. در نوع حبابی، پیستون وجود ندارد، بلکه گاز و سیال هیدرولیک با یک پوسته از جنس لاستیک مصنوعی از هم جدا شده اند. داخل حباب آنقدر گاز نیتروژن تزریق می شود که فشار اولیه به حد مطلوب برسد. پس از شارژ اولیه می توان آکومولاتور را در سیستم هیدرولیک نصب کرد. عملکرد این نوع آکومولاتور در مدار هیدرولیک، همانند نوع پیستونی است. در زیر حباب لاستیکی داخل آکومولاتور حبابی، یک پولک فلزی نصب شده تا به هنگام شارژ اولیه، از پاره شده حباب لاستیکی، در اثر برخورد آن با دهانه بدنه آکومولاتور بالابر، جلوگیری شود. آکومولاتور دیافراگمی نیز شبیه یک آکومولاتور حبابی است. در نوع حبابی و دیافراگمی، قطعه لغزنده ای وجود ندارد که احتیاج به روانکاری داشته باشد. بنابراین، این آکومولاتورها را می توان به خوبی با سیال هایی که خواص روانکاری ضعیفی دارند، استفاده کرد. این آکومولاتورها نسبت به ذرات آلودگی نیز حساسیت زیادی ندارند، زیرا قطعات لغزنده و تلرانس های دقیق در آن وجود ندارد. در آکومولاتورهای یک قسمتی، همانطور که از نامشان بر می آید، گاز و سیال هیدرولیک از هم جدا نیستند. گاز تحت فشار بر روی سیال قرار گرفته و مستقیما فشار به سیال وارد می کند. عیب این نوع آکومولاتور ها در بالابر این است که گاز ممکن است جذب سیال شده و به همراه آن از آکومولاتور خارج گردد.
اندازه یک آکومولاتور
اندازه یک آکومولاتور بالابر را برای یک کاربرد خاص می توان تعیین کرد. با توجه به این که با خروج سیال از آکومولاتور، فشار آن افت می کند، بنابراین یک آکومولاتور بالابر نمیتواند یک جریان پیوسته با فشار ثابت به سیستم ارسال کند. بنابراین باید حداقل و حداکثر فشار سیستم تعیین شود. سپس باید آکومولاتوری انتخاب کرد که بتواند حجم مورد نیاز سیال را بین این دو حد فشار تامین نماید. سازندگان آسانسور های هیدرولیکی معمولا برای انتخاب آکومولاتور نمودارها و معادله هایی ارائه می کنند. برای تعیین دقیق اندازه آکومولاتورها لازم است درباره رفتار گازها تحت فشار بیشتر مطالعه شود.
ساختار آکومولاتور بالابر
علاوه بر آکومولاتورهای شارژ شده با گاز، که رایج ترین نوع آکومولاتورها هستند، انواع دیگری مانند آکومولاتورهای فنری و وزنه ای نیز وجود دارد. در یک آکومولاتور فنری انرژی در یک فنر ذخیره می شود. وقتی سیال هیدرولیک از دهانه اصلی وارد آکومولاتور می شود، پیستون به طرف بالا حرکت کرده و فنر را جمع می کند. متقابلا فنر نیرویی به پیستون و از طریق آن به سیال هیدرولیک وارد می کند. همانند آکومولاتور های گازی، در نوع فنری نیز با خروج سیال هیدرولیک از آکومولاتور، فنر کم کم به حالت اولیه خود باز گشته و رفته رفته نیروی کمتری به پیستون وارد خواهد کرد. از آکومولاتور های فنری به ندرت در مدار های هیدرولیک آسانسور استفاده می شود، زیرا برای ایجاد فشار کافی باید یک فنر بزرگ و قوی در آن قرار بگیرد. بنابراین یک آکومولاتور فنری نسبت به یک آکومولاتور گازی با ظرفیت یکسان، خیلی بزرگتر است. آکومولاتور وزنه ای، شامل یک سیلندر است که به صورت عمودی قرار گرفته . وزنه بزرگی در بالای آن نصب شده است. با ورود سیال هیدرولیک به داخل آکومولاتور، وزنه رو به بالا حرکت می کند. نیروی وزن وارده به پیستون سبب ایجاد فشار در سیال داخل آکومولاتور می شود. مزیت این نوع آکومولاتور بالابر نسبت به تمام انواع دیگر که معرفی شد، این است که در این نوع آکومولاتور فشار ثابتی در تمام کورس حرکت پیستون، به سیال وارد خواهد شد. عیب آکومولاتور وزنه ای نیز این است که برای ایجاد فشار کافی باید وزنه بزرگی در بالای آکومولاتور نصب گردد. به این دلیل، از این نوع آکومولاتور در آسانسور های هیدرولیکی استفاده می شود.
جایگاه آکومولاتور در مدار هیدرولیک
یک کاربرد رایج آکومولاتور در مدار های هیدرولیک، تقویت جریان خروجی پمپ در مدت زمان کوتاهی می باشد. مثلا می توان به افزایش سرعت عملگرها برای زمانی کوتاه اشاره کرد. برای ایجاد این سرعت زیاد، حتی اگر زمان آن خیلی کوتاه باشد، در صورتی که از آکومولاتور استفاده نشود، لازم است یک پمپ بزرگتر در مدار نصب گردد. در این مورد می توان با قرار دادن یک آکومولاتور مناسب، سرعت حرکت عملگرها را برای مدت زمانی کوتاه افزایش داد و از پمپ کوچکتری استفاده نمود. توجه کنید که در این مدار از یک شیر تخلیه فشار نیز استفاده شده است. شیر تخلیه فشار همانطور که قبلا گفته شد، با شیر فشار شکن تفاوت دارد. زیرا شیر تخلیه فشار، تحریک خود را از یک مسیر خارجی دریافت می کند، در صورتی که شیر فشار شکن، فرمان تحریک را از مسیر ورودی خود دریافت می کند. در این مدار، هنگامی که سیستم از جریان پمپ استفاده نمی کند، آکومولاتور توسط جریان خود پمپ شارژ می شود تا وقتی که فشار در آکومولاتور به حد فشار تحریک شیر تخلیه فشار بالابر برسد.
از این لحظه جریان پمپ از طریق شیر تخلیه فشار، به مخزن هدایت خواهد شد. شیر یک طرفه موجود در مسیر، آکومولاتور را ز پمپ ایزوله می کند. بنابراین مسیری که آکومولاتور در آن قرار دارد، تحت فشار باقی می ماند و جریان خروجی پمپ، با فشار اندکی به مخزن تخلیه بر می گردد. در بعضی مدار ها ممکن است لازم باشد پس از آنکه آکومولاتور توسط جریان پمپ کاملا شارژ شد، پمپ کاملا خاموش شود. در این مورد می توان از یک سوئیچ فشاری در مدار استفاده کرد، تا پس از رسیدن فشار در مسیر به حد دلخواه، این سوئیچ فرمان قطع الکترو موتور پمپ را صادر کند. این سوئیچ با رسیدن فشار به حد تنظیم شده، یک سیگنال الکتریکی به مدار کنترل الکتروموتور فرستاده شده و موتور متوقف می شود. وجود یک شیر فشار شکن در این مدار برای ایمنی کل سیستم لازم است. عدد تنظیم شیر فشارشکن باید اندکی بیش از تنظیم سوئیچ فشار باشد تا به هنگام عملیات عادی مدار، شیر فشارشکن باز نشود.
