Akumulator membranowy do maszyn górniczych: wybór, dobór i konserwacja

Hydrauliczna wiertarka udarowa uderzająca 2500 razy na minutę co 24 milisekundy wprowadza do swojego obwodu impuls ciśnienia. Wąż wygina się, uszczelki zużywają się, a pompa widzi falę odbitą. Akumulatory membranowe są powszechnie stosowane w maszynach górniczych z jednego powodu konstrukcyjnego: membrana nie ma uszczelnienia ślizgowego i prawie nie ma masy, więc strona gazowa reaguje w ciągu milisekund od pierwszego wzrostu ciśnienia.

Najpierw konkluzja. W przypadku tłumienia pulsacji, pochłaniania wstrząsów i magazynowania energii o małej objętości na platformach wiertniczych, kruszarkach i wywrotkach przeładunkowych, akumulator membranowy jest zwykle lepszym rozwiązaniem niż zespół pęcherzowy lub tłokowy. Przestaje być najlepszym rozwiązaniem, gdy ilość paliwa przekroczy około 4 litrów lub gdy maszyna musi przechowywać kilka litrów oleju nadającego się do użycia w dużym cylindrze. Oto, gdzie przebiega ta granica, jak dobrać wielkość jednostki i co należy sprawdzić przed złożeniem zamówienia.

Dlaczego akumulatory membranowe pasują do maszyn górniczych

Cykle pracy w kopalniach wpływają na hydraulikę na trzy sposoby: skoki ciśnienia spowodowane uderzeniami, ciągłe tętnienia o wysokiej częstotliwości z pomp i młotów oraz kurz, wibracje i duże wahania temperatury. Akumulator membranowy obsługuje wszystkie trzy elementy bez części, które zwykle ulegają awarii jako pierwsze.

• Brak uszczelki przesuwnej. Membrana jest zaciśnięta na swoim obwodzie i po prostu ugina się, dzięki czemu pierścień tłokowy nie porusza się w otworze ani nie powoduje tarcia.
• Szybka reakcja. Poruszająca się masa to cienka membrana z elastomeru, zapewniająca czas reakcji rzędu milisekund, co ma znaczenie, gdy zdarzenie do wchłonięcia trwa od 20 do 50 milisekund.
• Kompaktowa koperta i jedna część zużywalna. Zespoły membranowe są krótkie i lekkie jak na swoje ciśnienie, a membrana jest jedynym materiałem eksploatacyjnym.
• Możliwość ciśnienia dostosowana do obwodu. Typowe wartości znamionowe od 250 do 350 barów obejmują większość mobilnych i stałych hydrauliki górniczej.

Kompromisem jest objętość. Membrana może odchylić się tylko do pewnego momentu, więc objętość gazu pozostaje ograniczona, a użyteczna objętość oleju wynosi zazwyczaj jedną trzecią do połowy nominalnej objętości gazu. Ta sama logika wyboru dotyczy innych ciężki sprzęt przemysłowy , ale górnictwo to miejsce, w którym łączą się wysokie ciśnienie i duża cykliczność.

Cztery zadania, jakie wykonuje akumulator membranowy w maszynie górniczej

Określ dokładnie, jakie zadanie wykonuje urządzenie, ponieważ od tego zależy zasada wstępnego ładowania.

1. Tłumienie pulsacji. Za pompą tłokową lub kruszarką akumulator spłaszcza zmarszczki, które w przeciwnym razie powodowałyby zmęczenie węży, rurek chłodnicy i korpusów zaworów.
2. Amortyzacja. Kiedy łyżka uderza w skałę lub wysięgnik gwałtownie się zatrzymuje, olej zostaje na chwilę uwięziony. Akumulator odprowadza olej do miejsca docelowego i obcina szczyt, zanim dotrze do pompy.
3. Magazynowanie energii. W wywrotkach do transportu ładunków zmagazynowany azot może zasilać obwód pilotowy, zwalniać hamulec sprężynowy lub wspomagać cylinder, gdy pompa nadrabia zaległości.
4. Kompensacja objętości cieplnej. W obiegu zamkniętym objętość oleju zmienia się wraz z temperaturą; akumulator absorbuje tę zmianę i utrzymuje ciśnienie w dopuszczalnym zakresie.

Rysunek 1 przedstawia ten sam obwód z akumulatorem membranowym i bez niego pod cyklicznym obciążeniem udarowym.

Dobór akumulatora membranowego do cyklu pracy w kopalni

O wyborze decyduje sześć liczb, a błędna którakolwiek z nich oznacza, że urządzenie albo ulegnie wcześniejszej awarii, albo po prostu nie wykona swojego zadania.

1. Minimalne i maksymalne ciśnienie robocze. Wszystko inne wywodzi się z tych dwóch wartości.
2. Ciśnienie wstępne. Zacznij od wartości od 0,6 do 0,7 średniego ciśnienia roboczego do tłumienia pulsacji, od 0,6 do 0,8 razy minimalnego ciśnienia roboczego do pochłaniania wstrząsów i bliżej 0,9 razy minimalnego ciśnienia roboczego do magazynowania energii. Przed ładowaniem sprawdź dane producenta.
3. Stosunek ciśnienia. Maksymalne ciśnienie robocze podzielone przez ciśnienie wstępne określa stopień wygięcia membrany; pozostawanie poniżej około 4:1 chroni żywotność membrany.
4. Objętość i przepływ oleju. Objętość gazu musi być na tyle duża, aby w każdym cyklu membrana nie uderzała w płaszcz.
5. Temperatura i płyn. NBR pokrywa większość obiegów oleju mineralnego do około 80°C, HNBR i FKM rozszerzają zakres temperatur, a EPDM nadaje się do płynów na bazie wody, które pęcznieją NBR.
6. Montaż i dostęp serwisowy. Zawór gazowy musi być dostępny do kontroli wstępnego napełniania po zmontowaniu maszyny.

Gdzie zamówienia nie powiodą się

• Objętość gazu jest zbyt mała w stosunku do tętnienia, więc nic nie jest zaciśnięte, a wąż nadal ulega awarii.
• Wstępne ładowanie ustawiane na wyczucie: przeładowana jednostka nie magazynuje prawie żadnego oleju, niedoładowana jednostka nadmiernie wygina się i rozdziera membranę.
• Elastomer wybrany wyłącznie na podstawie temperatury, ignorując skład chemiczny cieczy i zachowanie związane z przenikaniem.
• Niecertyfikowane zbiorniki ciśnieniowe, w przypadku których niższa faktura staje się problemem w zakresie ubezpieczenia i zgodności.

Tryby awarii i konserwacja, która im zapobiega

Membrany rzadko ulegają awarii same. Pęknięcie jest zwykle ostatnim zdarzeniem w łańcuchu, który rozpoczął się błędem wstępnego ładowania, zanieczyszczonym płynem lub nadmiernie zwiększonym stosunkiem ciśnień. Ustalanie, co było pierwsze, zaczyna się od wiedzy co akumulator robi w obwodzie hydraulicznym .

Rutyna zapobiegawcza, która działa

• Sprawdzaj wstępne naładowanie co 500 godzin pracy lub co kwartał, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej.
• Jeżeli pomiędzy kontrolami ciśnienie wstępne spadnie o więcej niż około 10 procent, zamiast po prostu uzupełniać azot, wykonaj próbę szczelności zaworu gazowego.
• Wymienić membranę przy pierwszych oznakach niestabilności ciśnienia, a nie przy następnym zaplanowanym wyłączeniu.
• Utrzymuj czystość płynu na poziomie ISO 4406 18/16/13 lub wyższym. Zespoły membranowe lepiej tolerują zanieczyszczenia niż zespoły tłokowe, ale nadal tego nie lubią.

Zestawy do ładowania, elementy montażowe i pełny pakiet

Akumulator membranowy jest tak dobry, jak otaczające go akcesoria, a w maszynie górniczej o tym, czy instalacja będzie nadal sprawna, decydują trzy elementy.

Sam akumulator jest szczelnym naczyniem ciśnieniowym z zaciśniętą membraną i zaworem azotu. Jednostki o pojemności od 0,075 do 4 litrów pokrywają większość zadań związanych z kruszarką, wysięgnikiem i obwodem pilotującym podczas wiercenia, kruszenia i transportu materiałów.

Membrana Accumulator Akumulator membranowy to urządzenie mechaniczne przechowujące i uwalniające energię w oparciu o prawo Boyle'a (ściśliwość gazów). Jego podstawową strukturą jest membrana wykonana... Zobacz produkt →

Wstępne ładowanie nie jest zadaniem jednorazowym. Zestaw do ładowania z gwintem o odpowiednim kształcie umożliwia ekipom konserwacyjnym uzupełnienie azotu w maszynie zamiast odłączania zbiornika od obwodu, co stanowi różnicę między przeglądem trwającym pół godziny a przestojem trwającym pół dnia.

Zestaw do ładowania CQJ Zestaw do ładowania CQJ to specjalistyczne narzędzie służące do ładowania, uzupełniania, korygowania i sprawdzania ciśnienia ładowania akumulatorów w układach hydraulicznych. Zobacz produkt →

Elementy montażowe mają większe znaczenie niż się wydaje. Wspornik i zacisk, które sztywno utrzymują naczynie, eliminują wibracje z zaworu gazowego i złącza otworu olejowego, gdzie powstaje duża część wycieków w terenie.

Wspornik akumulatora Wspornik akumulatora to urządzenie mechaniczne służące do mocowania i podtrzymywania akumulatora hydraulicznego. Zobacz produkt →

Kontrola zaopatrzenia przed wysyłką zamówienia

Akumulatory są zbiornikami ciśnieniowymi, więc dokumentacja jest częścią produktu. Pięć kontroli pokrywa większość ryzyka.

1. Licencja produkcyjna. Poszukaj licencji na produkcję zbiorników ciśnieniowych obejmującej odpowiedni gatunek, ponieważ płaszcze akumulatorów wysokociśnieniowych wchodzą w ten zakres w większości jurysdykcji.
2. Certyfikacja rynkowa. Oznaczenie CE lub równoważna deklaracja jest wymogiem podstawowym w przypadku eksportu maszyny.
3. Zdolność produkcyjna. Potwierdź produkcję seryjną dla zamawianego rozmiaru, a nie jednorazowy montaż. Produkcja mierzona w dziesiątkach tysięcy jednostek rocznie wskazuje na proces powtarzalny.
4. Zapisy testowe. Poproś o dane z testów hydrostatycznych i certyfikat wstępnego napełnienia azotem dla każdej partii, a nie o ogólny arkusz danych.
5. Identyfikowalność materiałów i elastomerów. Należy udokumentować metalurgię części zwilżanych i związek membrany, szczególnie w przypadku zimnego klimatu lub zastosowań korozyjnych.

Kupowanie bezpośrednio od producenta zazwyczaj skraca pętlę techniczną i cenę. Pytania dotyczące wstępnego ładowania, doboru elastomeru czy standardów gwintów docierają do ludzi, którzy budują jednostkę, zamiast przechodzić przez warstwę handlową, a to ma znaczenie, gdy maszyna nie działa.

Często zadawane pytania

Jakiego rozmiaru akumulator membranowy potrzebuje maszyna górnicza?

Rozmiar podąża za pracą. Aby tłumić pulsacje w obwodzie wyłącznika, dopasuj objętość gazu do mniej więcej jednej czwartej przepływu pompy na cykl, a następnie sprawdź, czy obwód jest tolerowany przez tętnienie. W przypadku amortyzacji wielkość zależy od objętości oleju uwięzionego podczas uderzenia. Jeśli wymagana objętość gazu przekracza około 4 litry, przed dokonaniem należy porównać z jednostką pęcherzową lub tłokową.

Czy akumulator membranowy można zamontować poziomo?

Tak. Zespoły membranowe są znacznie mniej wrażliwe na położenie niż typy tłokowe, ponieważ nie występuje w nich ciężarek ślizgowy ani kolumna oleju nie naciskająca na uszczelkę. Zwykle akceptowalny jest montaż poziomy lub nachylony; praktycznym ograniczeniem jest zapewnienie dostępności zaworu gazowego.

Jakie napięcie wstępne pasuje do młota hydraulicznego?

Większość obwodów wyłączników mieści się w przedziale od 0,6 do 0,7 średniego ciśnienia roboczego dla tłumienia pulsacji, dostosowanego do zaleceń producenta wyłącznika. Ustaw go za pomocą skalibrowanego zestawu do ładowania, sprawdź ponownie po pierwszym tygodniu, a następnie przejdź do rutynowego interwału.

Po czym poznam, że membrana uległa uszkodzeniu?

Najpierw pojawiają się trzy objawy: azot ulatniający się przez otwór olejowy i pojawiający się w postaci pęcherzyków w zbiorniku, szybka utrata ciśnienia wstępnego pomiędzy kontrolami oraz tętnienie ciśnienia powracające do poziomu sprzed instalacji. Każdy z nich uzasadnia zdjęcie urządzenia z maszyny.

W przypadku maszyn górniczych akumulator membranowy zyskuje swoje miejsce dzięki szybkości i prostocie: brak uszczelnienia ślizgowego, reakcja milisekundowa, pojedyncza część zużywalna i ciśnienie odpowiadające mobilnym obwodom hydraulicznym. Wybierz go pod względem objętości i obciążenia, ustaw prawidłowo wstępne ładowanie, zamontuj go na sztywno i sprawdź to wstępne ładowanie zgodnie z harmonogramem. Zrób te cztery rzeczy, a węże, uszczelki i pompa wytrzymają znacznie dłużej.