Hidrolik Akümülatör

Hidrolik Akümülatör

Hidrolik Akümülatör

Hidrolik Akümülatör Nedir? Ne İşe Yarar?

Hidrolik Akü Nedir?

Hidrolik devrelerde basınç enerjisini depolayan ve sistemde ihtiyaç duyulduğunda bu enerjiyi çok hızlı bir şekilde veren devre elemanına hidrolik akümülatör denir. Hidrolik yağın basınçla depolanabilmesi için sıkışması gerekir hidrolik yağların sıkışma özelliklerinin zayıf olması sebebiyle hidrolik akümülatörlerde azot gazından yararlanılır. Akümülatör içindeki azot gazı ayrıma elemanına etki eden basınçlı hidrolik yağ aracılığıyla sıkıştırılarak hacmi küçültülürken basıncı da artar, azalan gaz hacminin yerini hidrolik yağ doldurur. Böylece akümülatör içerisine basınçlı hidrolik yağ depolanmış olur.

HİDROLİK ENERJİ TASARRUFUNDA AKÜMÜLATÖRLERİN ÖNEMİ
Günümüz sanayisinde genellikle yardımcı güç kaynağı olarak değerlendirilen akümülatörler, ilk maliyete fazla yük getirmeden enerji tasarrufunda başarıyla kullanılırlar. Basınç altında depolanan enerji, gerektiğinde sisteme pompalanır [10]. Akümülatörler, aralıklı iş çevrimlerinin söz konusu olduğu hidrolik kumandalı sistemlerde verimin artmasını sağlar. Büyük çaplı silindirlerde ilerleme ve geri çekilme aşamasında, büyük debiye ihtiyaç duyulur. Aralıklı operasyonlarda, büyük debili pompa seçimi
ekonomik değildir. Ancak akümülatör ilavesi pompa boyutunu düşürecektir. Şekil 15’ deki sistemde 4/2 valfine kumanda edilerek, silindirin kör ucuna sıvı aktarılırken, daha düşük basınçta negatif hareket gerçekleşir. Strok tamamlanınca pompadan gelen sıvı akümülatöre aktarılır. Parça, iş tablasından kaldırılırken akümülatör tekrar dolmaktadır.

Hidrolik Akü Nerede Kullanılır?

Bir hidrolik sistemde çevrim süresi boyunca değişik debi ihtiyaçları olabilir, böyle bir durumda sistemin çalışabilmesi için ihtiyaç duyulan en yüksek debiyi sağlayacak büyüklükte hidrolik pompa ve elektrik motoru seçmek gerekir. Sistemin ilk kurulum maliyetini ve enerji sarfiyatını azaltmak adına sistemin bu kısa süreli ihtiyaç duyduğu yüksek debiyi karşılamada akümülatör kullanabiliriz, pompa debisinin sistemin ihtiyacından fazla oluğu anlarda akümülatör doldurulurken, pompa debisinin yetersiz kaldığı durumlarda akümülatör de depolanmış yağ kullanılabilir.

Uzun süreli hidrolik silindir kilitlemesi , hidrolik silindir yük tutma, hidrolik silindir gerdirme uygulamalarda sistemdeki basıncın tutulması gerekir her ne kadar sistemde kilitleme valfleri vb çözümler kullanılsa da oluşacak kaçaklar sebebiyle sistem basıncı düşecek ve pompanın sık sık devreye girmesi gerekecektir. Bu tip uygulamalarda akümülatörler kaçakları telafi ederek sistem basıncındaki düşüşü yavaşlatır.   

Yukarıdaki sebeplerin dışında hidrolik sistemlerde, oluşan darbe, şok ve titreşimleri sönümleme amacıyla da hidrolik akümülatörler kullanılır. Bu titreşim ve şoklar valflerin kapanmaları, pompaların yapıları gereği kesikli yağ aktarmaları ya da bir dış kuvvet etkisiyle oluşabilir.  Akümülatör ile yapılacak sönümleme sayesin tüm devre elemanlarının ömürleri uzayacaktır.

Yine hidrolik akümülatörleri kapalı devre sistemlerde sıcaklık sonucu oluşan genleşmeyi ya da hadde uygulamalarında karşı kuvvetin değişimini dengeleme amacıyla kullanmak mümkündür.

Akümülatörlerin bir diğer kullanım amacı da acil durum uygulamalarıdır, devre de ortaya çıkabilecek tehlikeli durumlarda akümülatör yardımı ile işlem çok hızlı durdurularak hasar önlenebilir ya da güç kesintisi durumlarında hidrolik akümülatör devreye girerek yüklerin sıfır konumuna indirilmesinde, çevrimin tamamlanmasında kapı yada kapakların açılmasında veya kapanmasında kullanılabilir. 

Şekildeki hidrolik devrede 4/3 kapalı merkez yön denetim valfi orta konumdayken akü şarj edilir 2/2 valf akü hattını açıp kapatır, pompa hattındaki çek valf  akünün içindeki basınçlı yağın pompanın terse dönmesini engellemek için kullanılmıştır. Akünün altın emniyet bloku bulunmaktadır. Blok içerisinde emniyet valfi ve 2 adet küresel vana bulunmaktadır, küresel vanalardan birisi aküyü sisteme bağlarken diğeri ise akü içindeki basınçlı yağın tanka boşaltılması amacıyla kullanılır.  

Hidrolik akümülatörler yağ kaçaklarını telafi etme yada  ısıl genleşme veya karşı kuvvet sebebiyle oluşacak basınçları dengeleme amaçlı kullanıldıklarında, valf ile silindir arasına yerleştirilir.  Şekildeki devre kullanılan hidrolik akümülatör 4/3 kapalı merkez yön denetim valfinde yada hidrolik silindirde oluşabilecek kaçakları telafi ederek basınç düşüşünü engelleyecektir. Aynı zamanda silindire dışarıdan gelecek karşı kuvvetlerde akümülatör içerisindeki gazın sıkışarak akümülatör içerisine yağ girişine izin verecek ve küçük bir basınç artışı ile karşı kuvvet dengelenmiş olacaktır. 

AKÜMÜLATÖRLERİN KULLANIM AMAÇLARI
Hidropnömatik akümülatörlerin kullanım alanları oldukça geniştir. Pompa çıkış gücünün ekonomik kullanımı için, depolama aygıtı olarak özellikle hidrolik sistemlerde çok yaygın olarak tercih edilirler. Acil güç kaynağı olarak, genelde pompa ve çevirici grubunda karşılaşılan arızalarda devreye girerler. Kaçak kayıplarının karşılanmasında kullanılırlar. Söz konusu kaçaklardan dolayı sistemdeki yavaşlamayı önlemek için, gerektiğinde kaçak sıvı miktarı kadar sisteme sıvı beslenmesini sağlarlar. Sıcaklık veya basınç değişimleriyle ortaya çıkan hacimsel kaybın karşılanmasında, titreşim ve şokların yutulmasında da başarıyla kullanılırlar. Bunun için titreşim veya şokun oluşabileceği noktalar önceden biliniyorsa, belirlenen noktalara veya sistemin belli noktalarına yerleştirilen kör tapalar sökülerek, yerlerine akümülatör yerleştirilir. Ayrıca araçlarda süspansiyon elemanı, mekanik darbelerde ise şok sönümleyici olarak kullanılmaları da mümkündür.

Akümülatör Performansını Etkileyen Önemli Parametreler

Hacimsel dalgalanma olduğunda devreye giren akümülatörler, pistonların durması veya ani yüklenmelerle ortaya çıkacak şokları karşılamak için kullanılırlar. Akümülatörler, uygun seçim ve montaj sağlandığında, sıvı gücü sistemlerinin çok önemli elemanlarından birisi olarak değerlendirilebilirler. Uygun bir akümülatör seçiminde dikkate alınması gereken ve aşağıda tanımlanan bazı önemli faktörler vardır. Debi ve gerekli toplam sıvı hacmi: Pompa, boru tesisatı, silindir ve diğer sistem özelliklerinin
bilinmesi gerekir. Maksimum sistem çalışma basıncı: Kesikli ve geçici kullanımla birlikte optimum değer hesaplanır. Basınçtan etkilenen tüm sistem, pompa, valf, silindir ve çoğu zaman ihmal edilen boru tesisatı dikkate alınmalıdır. Minimum sistem çalışma basıncı: Özellikle balonlu akümülatörlerde hasarın önlenmesi için minimum basınç değeri maksimum basıncın ¼ ‘ü kadar olmalıdır. Ortamdaki minimum ve maksimum sıvı sıcaklığı: Akümülatörde gerçek çalışma sıcaklığı, genellikle hesaplanan değerden farklıdır. Sıvı özellikleri: İmalatçılardan ve malzeme emniyet tablolarından alınabilir. Çevrim Süresi: Saat veya milisaniye olarak tanımlanan çalışma ve geri dönüş sürelerinin kullanım yerine uygunluğu önem taşır. Basınç: Maksimum akümülatör basıncı, çalışacağı sistemin maksimum basıncını karşılamalıdır. Ayrıca sistemdeki basınç değişiklikleri de dikkate alınmalıdır. Boyutlar: Verimli çalışma için uygun boyut seçimi önem taşır. Boyut, kullanım tipine bağlı olup, hesaplamalar Boyle yasasına göre yapılır. Boyut formülleri imalatçı kataloglarından alınabilir. Hidrolik sıvı ile akümülatörün uyumu: Keçelerde olduğu üzere, sistemdeki sıvının akümülatör ile
uyum içinde olması gerekir. Sıcaklık: Elastomerik sistemin sahip olduğu minimum ve maksimum sıcaklık değeri önem taşır. Çalışma sıcaklığının, tavsiye edilen değeri aşmaması gerekir. Ön Doldurma: Herhangi bir akümülatör türünde, uygun azot gazının şarjı kritik önem taşır. Minimum ve maksimum çalışma basıncının yüzdesi şeklinde tanımlanan ön doldurma miktarı, kullanım türüne göre belirlenir.

Hidrolik Akülerde Piston kullanımının yararları
1) Yüksek debiye ulaşılabilme,
2) Yüksek ve alçak sıcaklık tolerans olanağı,
3) Yüksek sıkışabilme olanağı,
4) Dış kuvvetlere karşı yüksek mukavemet özelliği,
5) Her boyutta bulunma olanağı,
6) Gaz tüpleriyle çalışmaya uyumlu olması,
7) Bakım işleminin kolay olması şeklindedir.

Hidrolik Akülerde Balon kullanımının yararları
1) Kirliliğe karşı tolerans sağlaması,
2) Emniyetli olması,
3) Kullanım alanlarının oldukça geniş olması,
4) Cevap verme süresinin oldukça kısa olması,
5) Gaz tüpleriyle çalışmaya uyumlu olması,
6) Bakım işleminin oldukça kolay olması şeklindedir.

Hidrolik Akülerde Diyafram kullanımının yararları
1) Diğer türlere göre oldukça düşük ağırlıkta olması,
2) Tasarımın çok daha basit ve düşük maliyetli olması,
3) Kirliliğe karşı toleranslı olması,
4) Cevap verme (Tepki) süresinin oldukça kısa olması şeklinde özetlenebilir

HİDROLİK AKÜMÜLATÖR SEÇİMİNDE KULLANILAN HESAPLAMA YÖNTEMLERİ
Akümülatör hesaplamalarında iki farklı yöntem kullanılmaktadır. İlk hesaplama yönteminde, işleme P.V=sabit ifadesiyle başlanır. Tam adyabatik hal için n=1,4 iken ikinci doldurmadan önce akümülatörün normal sıcaklığa dönmesi için gerekli süreye sahip kullanımlarda n=1 alınmalıdır. Hızlı çevrimlerde, pratikte n değerinin 1,1÷1,3 arasında alınması önerilmektedir. P2:minimum; P3: maksimum basınç için efektif hacim (Veff) hesaplanır. Py: Yüksek sıvı seviyesindeki basınç P1: Düşük sıvı seviyesindeki basınç
P2: Ulaşılan basınç P3: Valf içindeki basınç V1: Düşük sıvı seviyesindeki sıvı hacmi Veff: Efektif sıvı hacmi Ortalama basınç: [(Py+P1)/2] Basınç değişimi (%):[(Py+P1)/ P1] Gerekli kapasite; Veff = P1 V1 [(1/P2) (1/P3)]

Hidrolik Akü Ön doldurma basıncı
Pratikte P1 basıncı P2 yi, P3’ de akümülatör maksimum basıncını aşmamalıdır. Efektif hacim değeri
gerektiğinde şarj şişesiyle de artırılabilir.