6. AKUMULATORY HYDRAULICZNE
SPIS TREŚCI
6. Akumulatory hydrauliczne & & & ......................................................................... 125
6.1. Przeznaczenie & & & & & & ........................................................................ 125
6.2. Zasada działania & & & & & ....................................................................... 125
6.3. Przykłady konstrukcji ................................................................................... 127
6.3.1. Akumulatory pęcherzowe ................................................................... 127
6.3.2. Akumulatory membranowe ................................................................ 129
6.3.3. Akumulatory tłokowe .......................................................................... 129
6.4. Dodatkowe butle gazowe .............................................................................. 132
6.5. Bloki zabezpieczająco-odcinające ................................................................ 132
6.6. Symbole graficzne ......................................................................................... 134
6.7. Pytania kontrolne VI & & & & & .& ............................................................ 134
F
 6. AKUMULATORY HYDRAULICZNE
6.1. Przeznaczenie [3], [7], [9]
Głównym zadaniem akumulatora hydraulicznego jest gromadzenie cieczy pod ciśnieniem
w okresach zmniejszonego zapotrzebowania i oddawanie jej do układu podczas zwiększone-
go zapotrzebowania. Dla ilustracji tego zadania wez
my pod uwagę wykres zapotrzebowania
na ciecz układu z pompą o stałej wydajności, pokazany na rysunku 6.1. Z wykresu wynikają
dwa spostrzeżenia:
1. W przypadku stacji zasilającej bez akumulatora wydajność pompy musi być dostosowana
do wartości szczytowej QB , występującej stosunkowo krótko. W pozostałych taktach cy-
B
max
klu wydajność ta nie będzie wykorzystana i stanie się przyczyną dużych strat energetycz-
nych.
2. W przypadku stacji z akumulatorem wydajność pompy powinna być dostosowana do war-
tości średniej QB . Jeżeli zapotrzebowanie na ciecz będzie mniejsze od wartości średniej,
B
śr
to nadwyżka wydajności zostanie wykorzystana do ładowania akumulatora. Natomiast w
przeciwnym wypadku niedobór wydajności zostanie uzupełniony wskutek rozładowania
akumulatora.
Powyżej omówiono podstawowe zadanie (funkcję) akumulatora hydraulicznego, czyli
" funkcję zasobnika cieczy pod ciśnieniem.
Akumulatory mogą także spełniać inne funkcje, mianowicie:
" funkcję kompensatora przecieków cieczy,
" funkcję tłumika pulsacji ciśnienia,
" funkcję tłumika uderzeń hydraulicznych.
6.2. Zasada działania [3]
Ciecz robocza gromadzona jest w komorze cieczowej akumulatora pod ciśnieniem, które
musi być zrównoważone oddziaływaniem zewnętrznym na ruchomą przegrodę zamykającą
komorę cieczową. W zależności od sposobu realizacji tego oddziaływania rozróżniamy:
1. Akumulatory ciężarowe.
2. Akumulatory sprężynowe.
3. Akumulatory gazowe.
Akumulatory ciężarowe mają postać specyficznego siłownika hydraulicznego, którego tłok
jest obciążony masą. W akumulatorach sprężynowych tłok siłownika jest obciążony siłą sprę-
żyny. W akumulatorach gazowych ciśnienie cieczy jest zrównoważone ciśnieniem sprężanego
gazu. Z charakterystyk statycznych akumulatorów p=f(V) wynika, że:
Najlepsze właściwości mają akumulatory ciężarowe, gdyż odznaczają się stałością ciśnie-
nia. Mimo to nie znajdują one obecnie zastosowania ze względu na dużą masę i wymiary.
125
Rys. 6.1. Bilans zapotrzebowania na ciecz kilku układów hydraulicznych
pracujących w różnych taktach cyklu roboczego maszyny, zasilanych z jed-
nej stacji
126
Akumulatory sprężynowe mają nieco gorsze charakterystyki od ciężarowych i jednocze-
śnie lepsze od gazowych. Akumulatory te również nie są one stosowane ze względu na niskie
ciśnienia robocze i małe pojemności.
Obecnie stosuje się prawie wyłącznie akumulatory gazowe, mimo, iż odznaczają się naj-
większą zmiennością ciśnienia. Ich powszechne zastosowanie spowodowane jest małymi
wymiarami i masą oraz możliwością uzyskiwania dużych pojemności. Do napełnienia prze-
strzeni gazowej stosuje się najczęściej azot jako czynnik obojętny chemicznie w stosunku do
cieczy i materiałów, z których wykonany jest akumulator. Spotykane są następujące rozwią-
zania konstrukcyjne akumulatorów gazowych:
1. Akumulatory pęcherzowe.
2. Akumulatory membranowe.
3. Akumulatory tłokowe.
6.3. Przykłady konstrukcji [7], [3], [9]
6.3.1. Akumulatory pęcherzowe
Spośród akumulatorów gazowych najczęściej stosowane są akumulatory pęcherzowe.
Przykładem tego typu konstrukcji jest akumulator pokazany na rysunku 6.2.
Butla 1 wykonana jest ze stali odpornej na korozję. Wewnętrzną powierzchnię butli podda-
je się bardzo dokładnej obróbce gładkościowej dla zminimalizowania tarcia pęcherza 2. Pę-
cherz 2
wykonany jest z akronitrylowego tworzywa sztucznego. W górnej części pęcherza 2 wtopiony
jest korpus zaworu napełniania gazem 3. W przyłączu cieczowym 4 znajduje się zawór tale-
rzowy 5, utrzymywany w górnym położeniu za pomocą sprężyny. Zadaniem tego zaworu jest
zamknięcie wylotu komory cieczowej 6 podczas całkowitego rozładowania akumulatora i tym
samym zabezpieczenie pęcherza 2 przed uszkodzeniem. Przyłącze cieczowe 4 jest wyposażo-
ne w gniazdo gwintowe do zamontowania manometru kontrolnego  na rysunku gniazdo jest
zamknięte zaślepką 7.
Przed rozpoczęciem pracy akumulator należy napełnić gazem do ciśnienia wstępnego pB .
B
0
Ciśnienie to można określić na podstawie przewidywanego zastosowania akumulatora, mia-
nowicie:
" w przypadku zasobnika cieczy
pB B = 0.9�"pB B (6.1)
0 d
gdzie pB B oznacza minimalną wartość ciśnienia roboczego,
d
" w przypadku tłumika pulsacji ciśnienia
pB B = 0.6�"pB B (6.2)
0 m
gdzie pB B oznacza średnią wartość ciśnienia roboczego,
m
" w przypadku tłumika uderzeń hydraulicznych
pB B = (0.6 � 0.9)�"pB B (6.3)
0 m
127
6.2. Akumulator pęcherzowy: 1 - butla (zbiornik ciśnieniowy), 2 - pę-
cherz, 3  zawór napełniania gazem, 4 - przyłącze cieczowe, 5 - zawór
talerzowy, 6 - komora cieczowa, 7 - zaślepka przyłącza manometru
kontrolnego
128
 Następnie należy wyznaczyć pojemność nominalną akumulatora  jest to w przybliżeniu po-
jemność jego butli. W przypadku pracy akumulatora w charakterze zasobnika cieczy można
zastosować wzór
"V
Vb = (6.4)
1
1
�# ś#m �# ś#m
p0 ś# p0 ź#
ś# ź# -
ś# ź#
pd ś# pg ź#
�# #
�# #
gdzie:
VB B - pojemność nominalna akumulatora,
b
"V - użyteczna objętość cieczy, jaką należy zgromadzić w akumulatorze podczas jego
ładowania i oddać do układu podczas rozładowania; można ją wyznaczyć z bi-
lansu objętości cieczy, utworzonego na podstawie zapotrzebowania na ciecz po-
kazanego na rysunku 6.1,
pB , pB B - minimalna i maksymalna wartość ciśnienia roboczego,
B
d g
m - wykładnik przemiany gazowej: dla izotermy wynosi on 1, dla adiabaty 1.4.
W przypadku pracy akumulatora w charakterze kompensatora, objętość użyteczną należy
wyznaczyć na podstawie przewidywanego natężenia przecieków i czasu kompensacji.
W pozostałych przypadkach pracy pojemność nominalną akumulatora należy wyznaczyć
eksperymentalnie. Powinna być ona mała, gdyż celem akumulatora jest przejęcie niedużych
objętości cieczy w bardzo krótkim czasie. Z tego względu należy zwracać uwagę na możliwie
dużą średnicę przyłącza cieczowego i usytuowanie akumulatora jak najbliżej miejsca po-
wstawania zaburzeń ciśnienia.
6.3.2. Akumulatory membranowe
Na rysunku 6.3 przedstawiono dwa przykłady rozwiązań akumulatorów membranowych.
Zbiornik ciśnieniowy 2 tworzą dwie czasze zespawane ze sobą lub skręcone za pomocą
obejmy 2.1. W dolnej czaszy usytuowana jest membrana 3, zaopatrzona w zawór płytkowy 4.
Zadaniem tego zaworu jest zamknięcie wylotu komory cieczowej podczas całkowitego
rozładowania akumulatora czyli zabezpieczenie membrany 3 przed uszkodzeniem.
Ciśnienia ładowania akumulatora można określić ze wzorów (6.1) i (6.2), a pojemność
nominalną ze wzoru 6.4.
6.3.3. Akumulatory tłokowe
Przykładem omawianej konstrukcji jest akumulator pokazany na rysunku 6.4. W cylindrze
1 o dokładnie obrobionej powierzchni wewnętrznej przesuwa się tłok 2 oddzielający prze-
strzeń gazową od cieczowej. Wybranie tłoka 2, wykonywanego często ze stopów lekkich,
znajduje się po stronie gazowej w celu zwiększenia jej objętości. Cylinder 1 zamykają szczel-
nie pokrywy 3 i 4 mocowane za pomocą gwintowanych tulei 7 i 8. W pokrywie dolnej 4 znaj-
duje się przyłącze cieczowe 5, w pokrywie górnej 3 jest natomiast przyłącze 6 zaworu gazo-
wego.
129
Rys. 6.3. Akumulatory membranowe: a) - spawany, b) - skręcany, 1 - przyłącze
zaworu gazowego, 2 - zbiornik ciśnieniowy, 2.1 - obejma, 3 - membrana, 4 - za-
wór płytkowy, 5 - przyłącze cieczowe
130
Rys. 6.4. Akumulator tłokowy: 1 - cylinder, 2 - tłok, 2.1 - pakiet uszczelnia-
jący, 3  pokrywa górna, 4 - pokrywa dolna, 5 - przyłącze cieczowe,
6 - przyłącze zaworu gazowego, 7, 8 - tuleje mocujące
131
Pakiet uszczelniający 2.1 ma decydujące znaczenie dla poprawnej pracy akumulatora, musi
on bowiem realizować dwa sprzeczne wymagania:
" zapewnienie wysokiej szczelności,
" minimalizację oporów tarcia.
W związku z tym spotyka się dwie odmiany konstrukcyjne tłoka i pakietu uszczelniającego:
" tłok i pakiet dostosowany do typowych warunków pracy, realizujący w tylko wymaganie
pierwsze,
" tłok i pakiet dostosowany do pracy beztarciowej i dużych prędkości, powolnych prze-
mieszczeń bez zjawiska  stick-slip oraz dużej częstotliwości włączeń, realizujący wyma-
ganie drugie za cenę ewentualnych nieznacznych przecieków cieczy do komory gazowej.
Ciśnienie ładowania akumulatora można określić ze wzoru (6.5), a pojemność nominalną
ze wzoru (6.4):
pB B = pB B  0.5 [MPa] (6.5)
0 d
6.4. Dodatkowe butle gazowe [7], [9]
Dodatkowe butle gazowe służą do zwiększenia przestrzeni gazowej akumulatora. Mogą
one okazać się niezbędne w sytuacji, gdy różnica między ciśnieniami pB B i pB B jest mała, co
g d
powoduje, że mała jest także objętość użyteczna "V. Butle dodatkowe przyłącza się zwykle
do akumulatorów pęcherzowych lub tłokowych. Na rysunku 6.5 pokazano przykład dołącze-
nia butli do akumulatora pęcherzowego.
Obliczenia niezbędne do doboru akumulatora z dodatkowymi butlami przeprowadza się
podobnie jak dla pojedynczego akumulatora, są one jednak bardziej skomplikowane i wyko-
nywane najczęściej iteracyjnie, należy w nich brać pod uwagę, że:
" pojemność nominalna VB B oznacza łączną pojemność akumulatora i butli,
b
" akumulator pęcherzowy powinien być wypełniony co najwyżej w 75%, aby uniknąć zbyt
silnego pofałdowania pęcherza,
" ciśnienie napełniania gazem może być nieco wyższe od wynikającego ze wzoru (6.1), na-
leży jednak sprawdzić, czy przy rozładowaniu do ciśnienia pB B ilość cieczy pozostawiona
d
w akumulatorze wynosi około 10% pojemności samego akumulatora.
6.5. Bloki zabezpieczająco-odcinające [9]
Każdy akumulator powinien być połączony z układem hydraulicznym za pośrednictwem
bloku zabezpieczająco-odcinającego. Blok ten powinien umożliwić:
" zabezpieczenie akumulatora przed przekroczeniem dopuszczalnego ciśnienia  zabezpie-
czenie to powinno działać bezpośrednio i niezależnie od innych zabezpieczeń układu,
" rozładowanie akumulatora,
" odcięcie akumulatora od układu hydraulicznego.
Przykłady symboli graficznych omawianych bloków przedstawiono w tabeli 6.1.
132
Rys. 6.5. Akumulator pęcherzowy z dodatkową butlą gazową: 1 - butla dodatko-
wa, 2 - rurka zabezpieczająca pęcherz przed uszkodzeniem
133
6.6. Symbole graficzne
W tabeli 6.1 przedstawiono następujące symbole graficzne: akumulatora, butli gazowej i
bloków zabezpieczająco-odcinających.
Tabela 6.1. Symbole graficzne
Symbol graficzny Nazwa i opis elementu lub bloku
Akumulator
gazowy
Butla ga-
zowa
możliwości bloku: bezpośrednie
zabezpieczenie zaworem mak-
symalnym, ręczne odcięcie aku-
mulatora od pompy, ręczne
szybkie rozładowanie akumula-
tora, P  przyłącze z pompy, T 
przyłącze do zbiornika, S 
przyłącze do akumulatora, M1,
Blok
M2  przyłącza do manometrów
zabezpie-
kontrolnych
czająco-
możliwości bloku: bezpośrednie
odcinający
zabezpieczenie zaworem mak-
symalnym, ręczne odcięcie aku-
mulatora od pompy, ręczne
szybkie rozładowanie akumula-
tora, zdalne kontrolowane roz-
ładowanie akumulatora P 
przyłącze z pompy, T  przyłą-
cze do zbiornika, S  przyłącze
do akumulatora, M1, M2 
przyłącza do manometrów kon-
trolnych
134