Akumulatory membranowe

Akumulator membranowy (hydroakumulator) działa w oparciu o zasadę rozdzielenia dwóch mediów za pomocą elastycznej membrany, która odseparowuje ciecz roboczą (olej hydrauliczny) od gazu (najczęściej azotu). W momencie wzrostu ciśnienia w układzie ciecz napływa do wnętrza urządzenia i ściska gaz znajdujący się po drugiej stronie przegrody, magazynując energię mechaniczną pod ciśnieniem. Gdy ciśnienie w magistrali spada, sprężony azot wypycha ciecz z powrotem do obiegu.

Taki komponent pełni funkcję sprężyny hydraulicznej:

• tłumi pulsacje generowane przez pompy,
• kompensuje uderzenia hydrauliczne,
• stabilizuje ciśnienie robocze,
• poprawia płynność i dynamikę działania całej instalacji.

Dobór pojemności hydroakumulatora musi opierać się na dokładnej analizie parametrów pracy układu – przede wszystkim na wymaganej objętości oddawanego medium, ciśnieniu roboczym, dopuszczalnym spadku ciśnienia oraz częstotliwości cykli pracy.

Kluczowe jest określenie głównego zadania urządzenia, czyli ustalenie, czy ma ono:

• kompensować pulsacje i skoki ciśnienia,
• magazynować energię do wspomagania wydatku pompy,
• tłumić uderzenia hydrauliczne przy gwałtownym zamykaniu zaworów,
• stanowić awaryjne źródło zasilania dla siłowników w przypadku zaniku prądu.

Dostępne na rynku warianty o pojemności od 0,075 l do 3,5 l pozwalają na precyzyjne dopasowanie rozwiązania zarówno do małych układów sterujących, jak i do bardziej obciążonych ciągów technologicznych.

Maksymalne ciśnienie robocze akumulatora membranowego zależy od jego konstrukcji, użytych materiałów (korpus ze stali kutej lub spawanej) oraz przeznaczenia. Standardowe wersje przemysłowe przystosowane są do pracy w zakresach ciśnień 100, 140, 210, 250 oraz 350 bar.

Dobór odpowiedniego wariantu ciśnieniowego powinien uwzględniać maksymalne ciśnienie pracy instalacji, zalecenia producenta oraz zapas bezpieczeństwa dla ciśnień szczytowych. Właściwie dobrana obudowa chroni urządzenie przed rozerwaniem i zapewnia bezawaryjną eksploatację pod dużym obciążeniem.

Możliwość wymiany membrany zależy od konstrukcji akumulatora:

• Wersje rozbieralne (skręcane): pozwalają na przeprowadzenie wymiany uszkodzonej membrany, co jest ekonomiczną alternatywą dla zakupu całego urządzenia.
• Wersje spawane: są konstrukcjami nierozbieralnymi (jednorazowymi) – w przypadku pęknięcia membrany wymianie podlega cały hydroakumulator.

Przed wykonaniem regeneracji należy sprawdzić pojemność zbiornika, typ mocowania oraz kompatybilność materiału membrany z medium (np. NBR, FKM/Viton, ECO). Całość prac serwisowych – odłączenie od układu, spuszczenie cieczy, kontrola i ponowne napełnienie azotem – musi być przeprowadzona przy zachowaniu rygorystycznych procedur bezpieczeństwa.

Małe akumulatory membranowe znajdują zastosowanie w kompaktowych układach hydraulicznych, w których kluczowa jest szybka reakcja na zmiany ciśnienia oraz oszczędność miejsca montażowego. Zwarte wymiary i niska waga ułatwiają ich integrację w:

• maszynach mobilnych (rolniczych, budowlanych),
• kompaktowych zasilaczach hydraulicznych,
• układach smarowania i obiegach pomocniczych,
• precyzyjnych systemach sterowania i pozycjonowania.

Szczególnie dobrze sprawdzają się tam, gdzie występują wysokie częstotliwości przełączeń, gwałtowne skoki ciśnienia lub potrzeba chwilowego podtrzymania ciśnienia w pętli sterującej.

Ciśnienie wstępne azotu dobiera się na podstawie minimalnego ciśnienia roboczego instalacji oraz przeznaczenia akumulatora. Przyjmuje się ogólne zasady doboru nastawy azotu:

• Pojemnościowy magazyn energii: ciśnienie azotu powinno wynosić około 90% minimalnego ciśnienia roboczego instalacji.
• Tłumienie uderzeń hydraulicznych: ciśnienie azotu ustawia się na poziomie od 60% do 80% minimalnego ciśnienia roboczego.
• Kompensacja pulsacji: ciśnienie azotu powinno wynosić od 60% do 75% minimalnego ciśnienia roboczego.

Prawidłowo dobrane ciśnienie wstępne zapobiega nadmiernemu odkształcaniu i niszczeniu membrany o ścianki korpusu. Kontrolę oraz uzupełnianie azotu należy wykonywać wyłącznie za pomocą dedykowanego osprzętu napełniająco-testującego, przy całkowicie odciążonym hydraulicznym obwodzie roboczym.

Uszkodzenie (pęknięcie lub rozszczelnienie) membrany objawia się w następujący sposób:

• gwałtowne skoki i niekontrolowane wahania ciśnienia w instalacji,
• drastyczny spadek zdolności do tłumienia drgań i głośniejsza praca układu,
• zbyt częste załączanie się pompy hydraulicznej,
• obecność azotu w oleju (pienienie się cieczy roboczej) lub wyciek oleju przez zawór do napełniania azotu.

Praca z uszkodzoną membraną pozbawia układ ochrony przed uderzeniami hydraulicznymi, co może prowadzić do awarii pomp, uszkodzenia czujników oraz rozszczelnienia połączeń rurowych.

Tak, tłumienie pulsacji ciśnienia to jedna z głównych funkcji akumulatora membranowego. Dzięki niskiej bezwładności elastycznej membrany oraz ściśliwości azotu, urządzenie błyskawicznie przejmuje nadmiar cieczy wypychany przez pompę (np. tłoczkową lub zębatą) w momencie szczytu fali ciśnienia i oddaje go przy spadku.

Efektem jest wyrównanie charakterystyki przepływu, znaczna redukcja hałasu i drgań instalacji oraz ochrona wrażliwej aparatury pomiarowej przed zmęczeniowym uszkodzeniem materiału.