«Энергия не может быть ни создана, ни разрушена, однако, но она может быть трансформирована из одной формы в другую». Также, энергия может быть сохранена в устройствах или приспособлениях, для того, чтобы в дальнейшем использовать ее в других целях. Для примера можно привести маховик. Он получает энергию от первичного источника энергии а, хранит полученную энергию, и, когда это необходимо, высвобождает её обратно в ту же систему. Другим примером хранения и конверсии энергии, который недавно стал применяться в автомобильной индустрии, стала система K.E.R.S. (СРКЭ) – система рекуперации кинетической энергии. Система использует кинетическую энергию, когда автомобиль сбавляет скорость и передает ещё обратно автомобилю для ускорения. Эта энергия ахранится в одной форме, а отдается системе в другой. Ключевым в этом всём является понимание словосочетания «энергия хранится». Вы когда-либо задавались вопросом как энергия хранится? Ниже приведена статья, рассказывающая об одном из самых широко применяемых устройств для хранения энергии – «гидроаккумуляторе».
Так что же такое гидроаккумулятор?
Это простое гидравлическое устройство, которое ахранит энергию в виде давления водяной массы. Это сохраняемое давление может быть единовременно или периодически высвобождаться так, как это необходимо. В случае гидроподъемника или крана на гидравлической тяге большая часть энергии необходима в тот момент, когда производится движение вверх. Эта энергия поставляется из гидроаккумулятора. Но в момент движения вниз, нет необходимости дополнительно тратить огромную энергию. В течение этого самого времени, масло иди другая жидкость закачивается обратно и хранится в гидроаккумуляторе для последующих нужд.
Принцип работы гидроаккумулятора
Гидроаккумулятор обычно имеет цилиндричесакий корпус с камерой внутри. Гидронасос закачивает жидкость в гидроаккумулятор, который, по сути, аявляется лишь герметичным контейнером. Размер контейнера естественно величина фиксированная, и она не может измениться. Но количество жидкости, которое закачивается внутрь контейнера, растет постоянно. Таким образом, и давление жидкости внутри контейнера постоянно увеличивается и накапливается.
Гидравлический аккумулятор, состоящий из зафиксированного вертикального цилиндра, содержащего ползун. На поршне располагается большой груз. Входная часть цилиндра соединена с насосом, который постоянно закачивает воду или другую жидкость под давлением в цилиндр. Выходное отверстие соединено с машиной (которой в свою очередь может являться лифт или кран).
Поршень в своей нижней позиции находится на старте своего пути. Гидронасос закачивает жидкость под давлением постоянно. Если находящаяся под давлением жидкость не нужна в данный момент машине, к которой подключен гидравлический аккумулятор, она хранится в цилиндре. Давление в свою очередь поднимет поршень в его верхнее положение, цилиндр в его самой верхней позиции аккумулирует максимальную энергию давления. Когда машине (крану или лифту) потребуется большое колиачество энергии, гидроаккумулятор обеспечит подачу энергии, а поршень начнет двигаться вниз.
А есть ли какой-то лимит на давление?
Как упомянуто выше, в системе присутствует вес, хранимый на поршне, сила пружины и иногда давление воздуха. Поэтому суммарное давление жидкости, которое может храниться в контейнере, определяется суммарной силой воздействия этих трех сил. Гидронасос заталкивает жидкость внутрь контейнера до тех пор, пока весь вес не будет поднят до упора или пока не будет ограничен полностью сжатой пружиной, после чего насос автоматически останавливается (а иногда вручную).
Какова область применения хранимой энергии давления?
Жидкость, хранимая внутри контейнера, имеет энергию в виде давления. Эта энергия давления может быть использована в большом количестве операций. Например, в различных пружинах при производстве, большое количество вентилей, которые используются в трубах, и оператор не может всеми ими управлять вручную, откручивать и закручивать, а иногда невозможно даже запомнить местонахождения того или иного вентиля. Картограмма находится в операторской комнате, и это позволяет наблюдать за всеми вентилями с высоты птичьего полета. Обычно, все эти вентили и переключатели управляются гидравлически удаленно. Система обычно состоит из резервуара, гидронасоса, гидроаккумулятора, соединительных труб и запорной арматуры. Гидронасос закачивает масло в гидроаккумулятора, который хранит его под давлением для будущего использования.
Зачем нам гидроаккумулятор?
Если не использовать гидроаккумулятор, то гидронасос будет непрерывно работать для обеспечения постоянного давления. Гидронасос будет часто включаться и выключаться, что в конечном итоге нанесет большой вред работоспособности и сроку службы насоса. Кроме того, гидроаккумулятор сохраняет энергию на чрезвычайные случаи, когда никаких других источников питания не остается. Его можно сравнить с использованием электроаккумуляторов в электрических цепях. В отелях и других отраслях воду обычно хранят в гидроаккумуляторах называемых «гирдрофорами», которые способны поставлять воду на верхние этажи, позволяя «отдохнуть» гидронасосам – например, если есть два завода, и нет возможности поставить резервуары с водой на большую высоту по каким-либо причинам (например, отсутствием пригодной естественной возвышенности), это означает, что резервуары надо будет размещать прямо на земле. А следовательно, чтобы поставлять воду на большую высоту, необходимо устанавливать относительно более мощный гидронасос. Но он может быть заменен на сочетание гидронасоса меньшей мощности и гидрофора, который по сути является гидроаккумулятором. Вода хранится там под напором воздуха внутри гидроаккумулятора. И тогда, когда появляется нужда в воде где-то на верхних этажах, вода подается с помощью давления воздуха внутри гидроаккумулятора, простым открытием соответствующих вентилей. Это сокращает использование более мощных насосов и предотвращает многократные включения/отключения насосов.
Применение гидроаккумуляторов:
В качестве поддержки насосам. Как описано ранее, наиболее частой сферой применения гидроаккумуляторов является поддержка работы насосов. Когда какой-то конкретной системе требуется большое количество жидкости в сжатые сроки, а затем относительно небольшое её количество на долгий промежуток времени – используют гидроаккумулятор. Когда контуру не требуется большое количество жидкости, насос работает лишь на восстановление давления в гидроаккумуляторе для будущих нужд.
Для амортизации гидроударов. Время от времени внезапное переключение запорной арматуры или иные действия могут вызывать скачок давления вызванный ударной волной. Давление, производимое ходовыми гидроприводами, может вызывать пики давления, которые вызывают шок системы и внезапно останавливают подачу. Для предотвращения этого, в местах наиболее подверженных воздействию пиковых давлений внутри гидравлических контуров, устанавливаются гидроаккумуляторы, которые используются для погашения удара давления.
Как экстренный источник давления: Гидроаккумулятор может искусственно поддерживать давление в системе на протяжении небольшого промежутка времени без использования насоса.