Diafragmaackumulator för gruvmaskiner: urval, dimensionering och underhåll

En hydraulisk bergborr som slår 2 500 gånger i minuten trycker in en tryckpuls i dess krets var 24:e millisekund. Slangen böjer sig, tätningarna slits och pumpen ser den reflekterade vågen. Membranackumulatorer är vanliga på gruvmaskiner av en strukturell anledning: membranet har ingen glidtätning och nästan ingen massa, så gassidan reagerar inom millisekunder efter den första tryckstegringen.

Slutsatsen först. För pulsationsdämpning, stötdämpning och energilagring av små volymer på borriggar, krossar och lastdumprar passar en membranackumulator vanligtvis bättre än en blås- eller kolvenhet. Det slutar vara det bästa svaret när gasvolymen klättrar förbi ungefär 4 liter, eller när maskinen måste lagra flera liter användbar olja för en stor cylinder. Här är var den gränsen går, hur man dimensionerar enheten och vad man ska kontrollera innan en inköpsorder går ut.

Varför diafragmaackumulatorer passar gruvmaskiner

Gruvdriftscykler straffar hydrauliken på tre sätt: slagdrivna tryckspikar, kontinuerliga högfrekventa krusningar från pumpar och brytare, och damm, vibrationer och stora temperatursvängningar. En membranackumulator hanterar alla tre utan de delar som normalt går sönder först.

• Ingen glidtätning. Membranet är fastspänt vid sin omkrets och böjs helt enkelt, så det finns ingen kolvring som löper i ett hål och ingen nötande slitbana.
• Snabb respons. Den rörliga massan är ett tunt elastomermembran, vilket ger reaktionstider i millisekundintervallet, vilket spelar roll när händelsen att absorbera varar 20 till 50 millisekunder.
• Kompakt kuvert och en slitdel. Membranenheter är korta och lätta för sin tryckklassificering, och membranet är den enda förbrukningsvaran.
• Tryckförmåga som matchar kretsen. Typiska värden på 250 till 350 bar täcker de flesta mobila och fasta gruvhydrauliker.

Avvägningen är volym. Ett membran kan bara avböjas än så länge, så gasvolymerna förblir begränsade och användbar oljevolym är vanligtvis en tredjedel till hälften av den nominella gasvolymen. Samma urvalslogik gäller för andra tung industriutrustning , men gruvdrift är där högtryck och hög cykling kombineras.

De fyra jobben som en membranackumulator utför på en gruvmaskin

Var exakt om vilket jobb enheten utför, eftersom förladdningsregeln beror på det.

1. Pulsationsdämpning. Nedströms en kolvpump eller en brytare, plattar ackumulatorn ut krusningar som annars skulle trötta ut slangar, kylarrör och ventilkroppar.
2. Stötdämpning. När en skopa träffar sten eller en bom stannar plötsligt, fastnar oljan tillfälligt. Ackumulatorn ger den oljan någonstans att ta vägen och klipper toppen innan den når pumpen.
3. Energilagring. På lasttransportdumprar kan lagrat kväve mata en pilotkrets, släppa en fjäderansatt broms eller hjälpa en cylinder medan pumpen kommer ikapp.
4. Termisk volymkompensation. I en sluten krets ändras oljevolymen med temperaturen; ackumulatorn absorberar den förändringen och håller trycket inom sitt tillåtna band.

Figur 1 visar samma krets med och utan en membranackumulator under en cyklisk stötbelastning.

Dimensionering av en diafragmaackumulator för en gruvdriftscykel

Sex siffror driver urvalet, och att få något av dem fel betyder att enheten antingen misslyckas tidigt eller helt enkelt inte gör jobbet.

1. Minsta och maximala arbetstryck. Allt annat härrör från dessa två värden.
2. Förladdningstryck. Börja nära 0,6 till 0,7 gånger det genomsnittliga arbetstrycket för pulsationsdämpning, 0,6 till 0,8 gånger det lägsta arbetstrycket för stötdämpning och närmare 0,9 gånger det lägsta arbetstrycket för energilagring. Bekräfta mot tillverkarens data före laddning.
3. Tryckförhållande. Maximalt arbetstryck dividerat med förladdningstrycket anger hur långt membranet böjs; att hålla sig under ungefär 4:1 skyddar diafragmans liv.
4. Oljevolym och flöde. Gasvolymen måste vara tillräckligt stor för att membranet inte drivs mot skalet vid varje cykel.
5. Temperatur och vätska. NBR täcker de flesta mineraloljekretsar till cirka 80 °C, HNBR och FKM utökar temperaturområdet och EPDM passar vattenbaserade vätskor som skulle svälla NBR.
6. Montering och serviceåtkomst. Gasventilen måste vara åtkomlig för förladdningskontroller när maskinen är monterad.

Där upphandlingen går fel

• Gasvolymen är underdimensionerad för krusningen, så inget är klippt och slangen går fortfarande sönder.
• Förladdning ställs in efter känsla: en överladdad enhet lagrar nästan ingen olja, en underladdad enhet överböjer och river sönder membranet.
• Elastomer vald på enbart temperatur, bortser från vätskekemi och permeationsbeteende.
• Ocertifierade tryckkärl, där en lägre faktura blir ett försäkrings- och efterlevnadsproblem.

Fellägen och underhållet som förhindrar dem

Diafragma misslyckas sällan av sig själv. Brottningen är vanligtvis den sista händelsen i en kedja som började med ett förladdningsfel, förorenad vätska eller ett överdrivet tryckförhållande. Att reda ut vad som kom först börjar med att veta vad en ackumulator gör i en hydraulkrets .

En förebyggande rutin som fungerar

• Kontrollera förladdningen var 500:e drifttimme eller kvartalsvis, beroende på vad som inträffar först.
• Om förladdningen sjunker mer än cirka 10 procent mellan kontrollerna, läcktesta gasventilen istället för att bara fylla på kväve.
• Byt ut membranet vid första tecken på tryckinstabilitet, inte vid nästa schemalagda avstängning.
• Håll vätskans renhet vid ISO 4406 18/16/13 eller bättre. Membranenheter tolererar kontaminering bättre än kolvenheter, men de gillar det fortfarande inte.

Laddningssatser, monteringsutrustning och hela paketet

En membranackumulator är bara så bra som tillbehören runt den, och på en gruvmaskin avgör tre artiklar om installationen förblir funktionsduglig.

Själva ackumulatorn är ett förseglat tryckkärl med ett fastklämt membran och en kvävgasventil. Enheter i intervallet 0,075 till 4 liter täcker de flesta brytar-, bom- och pilotkretsuppgifter vid borrning, krossning och materialhantering.

Diafragma Accumulator En membranackumulator är en mekanisk anordning som lagrar och frigör energi med hjälp av Boyles lag (kompressibiliteten av gaser). Dess kärnstruktur är ett membran tillverkat... Visa produkt →

Pre-charge är inget engångsjobb. En laddningssats med rätt gängform låter underhållspersonal fylla på kväve på maskinen istället för att dra fartyget från kretsen, vilket är skillnaden mellan en halvtimmeskontroll och ett halvdagsstopp.

CQJ Laddningssats CQJ-laddningssatsen är ett specialiserat verktyg för laddning, påfyllning, korrigering och kontroll av laddningstrycket för ackumulatorer i hydrauliska system. Visa produkt →

Att montera hårdvara är viktigare än det ser ut. En konsol och klämma som håller kärlet stadigt håller vibrationer borta från gasventilen och oljeportanslutningen, där en stor del av fältläckor börjar.

Ackumulatorfäste Ett ackumulatorfäste är en mekanisk anordning som används för att fixera och stödja en hydraulisk ackumulator. Visa produkt →

Upphandlingskontroller innan beställningen går ut

Ackumulatorer är tryckkärl, så pappersarbetet är en del av produkten. Fem kontroller täcker större delen av risken.

1. Tillverkningslicens. Leta efter en tillverkningslicens för tryckkärl som täcker den relevanta kvaliteten, eftersom högtrycksackumulatorskal faller under den omfattningen i de flesta jurisdiktioner.
2. Marknadscertifiering. CE-märkning eller motsvarande deklaration är ett grundkrav när maskinen exporteras.
3. Produktionskapacitet. Bekräfta serieproduktion för den storlek som beställs, inte engångsmontering. Produktion mätt i tiotusentals enheter per år indikerar en repeterbar process.
4. Testrekord. Be om hydrostatiska testdata och ett kväveförladdningscertifikat per batch, inte ett generiskt datablad.
5. Spårbarhet för material och elastomer. Metallurgi för våtdelar och membranblandningar bör dokumenteras, särskilt för kallt klimat eller korrosivt bruk.

Att köpa direkt från tillverkaren förkortar vanligtvis såväl den tekniska loopen som priset. Frågor om förladdning, val av elastomer eller trådstandard når de som bygger enheten istället för att passera genom ett handelslager, och det spelar roll när en maskin är nere.

Vanliga frågor

Vilken storlek diafragmaackumulator behöver en gruvmaskin?

Storleken följer jobbet. För pulsationsdämpning på en brytarkrets, anpassa gasvolymen till ungefär en fjärdedel av pumpflödet per cykel, bekräfta sedan mot krusningen som kretsen kan tolerera. För stötdämpning, storlek på volymen av olja som fångas under stöten. Om den erforderliga gasvolymen överstiger cirka 4 liter, jämför med en blås- eller kolvenhet innan du börjar.

Kan en membranackumulator monteras horisontellt?

Ja. Membranenheter är mycket mindre positionskänsliga än kolvtyper eftersom det inte finns någon glidvikt och ingen oljepelare som trycker på en tätning. Horisontell eller lutande montering är normalt acceptabel; den praktiska begränsningen är att hålla gasventilen tillgänglig.

Vilken förladdning passar en hydraulhammare?

De flesta brytarkretsar ligger i intervallet 0,6 till 0,7 gånger genomsnittligt arbetstryck för pulsationsdämpning, justerat till brytartillverkarens rekommendation. Ställ in den med en kalibrerad laddningskit, kontrollera igen efter den första veckan och gå sedan till rutinintervallet.

Hur vet jag att diafragman har misslyckats?

Tre symtom uppträder först: kväve som strömmar ut genom oljeporten och visas som bubblor i behållaren, en snabb förlust av förladdning mellan kontrollerna och trycksvängningar som återgår till sin nivå före installationen. Vilken som helst av dem motiverar att enheten tas bort från maskinen.

För gruvmaskiner tjänar membranackumulatorn sin plats genom hastighet och enkelhet: ingen glidtätning, millisekundsvar, en enda slitdel och ett tryck som matchar mobila hydraulkretsar. Välj den efter volym och drift, ställ in förladdningen ordentligt, montera den stadigt och kontrollera förladdningen enligt ett schema. Gör dessa fyra saker och slangarna, tätningarna och pumpen kommer att hålla betydligt längre.