Накопители энергии

Накопители энергии (аккумуляторы) - устройства для накопления энергии с целью ее последующего использования в периоды пауз в потре­блении ее агрегатами гидросистемы, а также для накопления энергии, отдаваемой частями или деталями в один период цикла работы устройства с целью использования ее в последующем цикле.

Принцип действия аккумуляторов энергии основан на накоплении потенциальной энергии при сжатии газа, деформации упругих тел и подъе­ме тел; накоплении кинетической энергии вращающимся маховиком.

Наиболее надежны, хотя и материалоемки, грузовые аккумуляторы, преимущество которых заключается в постоянстве давления, не завися­щего от объема рабочей жидкости, находящейся в нем, а также в способ­ности достаточно долго сохранять накопленную энергию. Коэффициент полезного действия такого аккумулятора обусловлен потерями, связан­ными с механическим трением при движении его деталей во время заряд­ки или разрядки.

Более энергоемки пневматические (газогидравлические) аккумуля­торы, представляющие собой закрытый сосуд, заполненный сжатым га­зом. Энергоемкость его определяется количеством содержащейся жид­кости и средним давлением газа. Наиболее эффективны аккумуляторы, в которых жидкость и газ разделены поршнем или мембраной, что позво­ляет исключить растворение газа в жидкости.

Энергоемкость аккумулятора зависит при прочих равных условиях от начального давления зарядки газом. Во время выбора параметров аккумулятора необходимо определять эту величину с учетом реальной возможности обеспечения систематической подзарядки аккумулятора, для чего необходимы либо многоступенчатый компрессор высокого дав­ления, либо газовые баллоны.

Коэффициент полезного действия газового аккумулятора определя­ется механической энергией, необходимой для работы разделителя (пор­шень или диафрагма), и потерями энергии, обусловленными изменением температуры газа в процессе его хранения. Последнее обусловлено нагре­вом газа в процессе сжатия и последующим охлаждением газа за счет теп­лоотдачи в окружающую среду. При этом происходит рассеивание запа­сенной энергии, проявляющееся в уменьшении давления жидкости и газа, находящихся в аккумуляторе. В процессе циклической работы аккуму­лятора средняя его температура изменяется в течение нескольких еди­ниц или десятков циклов, в зависимости от емкости и массы аккумуля­тора, и в дальнейшем стабилизируется.

Р

Рис.48

ассмотрим пневматический и грузовой аккумуляторы. Пневматические аккумуляторы имеют наиболее высокие показатели при использовании емкости сферической формы (рис.47). В верхней части емкости расположена крышка /, соединенная фасонной гайкой 2 с фланцем корпуса 3. Через крышку в корпусе устанавливают диаф­рагму-разделитель 4, имеющую в средней части клапан-пробку 5, за­крывающий отверстие для подвода жидкости 6 при полной разрядке аккумулятора.

Рис 47 Пневматический аккумулятор

В крышке предусмотрены штуцеры для соединения газовой полости аккумулятора с контрольно-измерительной и регулируемой аппаратурой. Конструкция диафрагмы должна обеспечивать при работе аккумулятора её деформацию без образования складок и растяжения с минимальной кривизной изгиба. Для увеличения срока её службы в качестве рабочего агента следует использовать азот.

Прочностной расчёт подобных аккумуляторов сводится к определению толщины стенки резервуара, причём допускаемые напряжения следует выбирать с учётом циклического нагружения материалов корпуса.

Поскольку энергоёмкость пневматических аккумуляторов весьма высока, то схема гидропривода должна содержать специальные клапаны, перекрывающие выходящий поток жидкости при неисправностях в гидросистеме.

Улучшение характеристик грузовых аккумуляторов может быть достигнуто за счёт использования в качестве груза достаточно материалоёмкого элемента самой установки, например колонны насосно-компрессорных труб. В этом случае масса аккумулятора будет соответствовать массе применяемого гидроцилиндра и деталей, служащих для соединения его с колонной НКТ, и не превышать 150 – 200 кг (рис48).

Р егулирование энергоёмкости грузовых аккумуляторов может осуществляться путём изменения массы груза либо, если его масса задана и определяется конструкцией НКТ, -- изменением эффективной площади поршня 4. Для этого в цилиндре предусмотрен специальный сменный фальшток 2, который не несёт нагрузки, а служит лишь для изменения площади кольца – между внутренним диаметром цилиндра 3 и наружным диаметром фальштока. Несущий шток 1 шарнирно соединён с поршнем и передаёт нагрузку от массы труб.

Рис. 48 Грузовой аккумулятор