Accumulatore Idraulico ad Azoto: Funzionamento e Manutenzione
Gli accumulatori idraulici sono componenti accessori che valorizzano al meglio i pregi della trasmissione di potenza oleodinamica, nonostante l'aggettivo "accessori" possa sembrare riduttivo, visto che la loro funzione è determinante. Questi dispositivi si trovano installati su tutti i circuiti, non solo oleodinamici, in cui operano fluidi incomprimibili soggetti a variazioni di pressione.
Nel caso dei circuiti oleodinamici, tali variazioni derivano sostanzialmente dalle normali modalità di impiego dei sistemi, in quanto i tipi di pompe volumetriche normalmente impiegati erogano un flusso assimilabile al continuo (pompe a ingranaggi, palette, pistoncini). In altri circuiti industriali gestiti con pompe volumetriche di altra tipologia è invece il tipo di pompa stesso a produrre pulsazioni (pompe a membrana, a pistoni, a disco cavo, peristaltiche etc.).
Rimanendo nell’oleodinamica, brusche variazioni di pressione possono essere normalmente indotte dall’azionamento di valvole, da variazioni di carico, dall’arrivo a fine corsa degli attuatori e, non trascurabile, da sovrasollecitazioni dovute al comportamento degli operatori, errori compresi. Essendo l’olio incomprimibile, repentini incrementi di pressione determinano quello che in idraulica prende il nome di “colpo di ariete”. L’energia in eccesso impatta su tutto il circuito, causando danni o usura precoce.
Esiste anche il problema opposto, quello di bruschi cali di pressione, quando ad esempio la richiesta di portata degli attuatori supera la portata della pompa e la mancanza di continuità di pressione crea problemi nell’esecuzione della funzione richiesta (es. allentamento di un bloccaggio, movimenti discontinui, perdita di ciclo etc.). Per inciso, quanto sopra descritto costituisce anche un segnale per il manutentore. L’intensità del segnale può spaziare tra quella del “sintomo premonitore” , percepibile strumentalmente in sede di Predittiva a quella del malfunzionamento conclamato con effetti sul funzionamento ( con richiesta di intervento).
Funzionamento degli Accumulatori Idraulici
La funzione fondamentale degli accumulatori è mantenere il più possibile regolare nel tempo l’andamento dei valori di pressione e di portata dell’olio che circola nel sistema oleodinamico, rendendone “fluide” e senza picchi le variazioni. Spesso infatti sono detti anche “smorzatori”. Fisicamente questo compito viene svolto da un fluido comprimibile, tenuto separato dall’olio e in grado di comprimersi od espandersi in funzione e sincronia con le fluttuazioni di pressione dell’olio stesso.
Gli accumulatori possono essere impiegati in sostituzione o integrazione delle pompe, anche se ciò è possibile per intervalli di tempo molto brevi. Tipicamente, “punte” di fabbisogno di energia oppure il caso di dispositivi di emergenza che debbano comunque intervenire in caso di blocco dei componenti operatori veri e propri (es. Valvole di intercettazione ad azionamento oleodinamico) oppure l’impiego di accumulatori a scarica comandata preposti a fornire un surplus di energia in fase di avviamento e messa a regime di impianti complessi.
In questo caso si realizzano vere e proprie batterie di accumulatori di grandi dimensioni, molto simili alle “rampe” di bombole per lo stoccaggio dei gas tecnici. Il funzionamento degli accumulatori destinati agli impieghi “normali”, come vedremo, è di tipo automatico; numero e dimensioni (es. per una centralina oleodinamica di una macchina utensile) sono decisamente contenuti.
Sempre per completezza è anche necessario puntualizzare che esistono accumulatori in cui il fluido incomprimibile (olio o altro) è a diretto contatto col gas compresso. Sono i più diffusi sugli impianti oleodinamici. Il punto di installazione ottimale è il più possibile vicino agli attuatori che generano le perturbazioni da controllare. Tra l’accumulatore e il punto del circuito in cui questo è installato (molto frequentemente sulle centraline) è interposto il blocco di sicurezza. In figura è riportata una classica centralina con accumulatore a sacca e blocco di sicurezza.
Tipi di Accumulatori Idraulici
I due tipi di accumulatori (a sacca e a membrana) sono abbastanza simili, somigliando a una piccola bombola ed essendo accomunati dal fatto che olio e gas compresso sono separati da un elemento in elastomero, ma hanno caratteristiche diverse. Quello a membrana infatti è costituito da due metà, saldate di testa dopo il fissaggio della membrana oppure filettate.
Anche per sacca e membrana la varietà di elastomeri disponibili è molto ampia, in quanto le condizioni di esercizio sono tra le più diverse. Pensiamo ad una macchina di movimento terra che opera in climi rigidi, dove le basse temperature possono produrre indurimento degli elementi deformabili. In questo caso si raccomandano compositi a base di epicloroidrina (ECO), mentre applicazioni più “tranquille” la famiglia delle membrane in gomma nitrile (NBR) copre una vasta gamma di fabbisogni.
L’accumulatore a membrana saldato, in caso di rottura della medesima non è riparabile, mentre quello filettato lo è. I costruttori di accumulatori forniscono appositi kits di pre-carica (manometro e connessioni varie) che devono essere consegnati alla Manutenzione in fase di Commissioning, assieme ai dati di taratura previsti. Il kit è tipicamente fornito in apposita valigetta.
Esistono anche accumulatori a pistone. In questo caso la variazione controllata di volume è affidata allo scorrimento di un pistone flottante, che funge anche da elemento di separazione tra l’olio e l’azoto. Il principio di funzionamento non cambia. La testa del pistone lato olio (piana o opportunamente sagomata) funge anche da otturatore.
Gli accumulatori a pistone sono utilizzati per impieghi mediamente più gravosi degli altri e richiedono una lavorazione accurata della camicia di scorrimento; pertanto si usano di norma acciaio al Carbonio, acciaio Inox e alluminio.
Limitatamente alla famiglia degli accumulatori a pistone, lo sforzo antagonista che permette di mantenere l’olio in pressione, anziché da un gas può anche essere esercitato da dispositivi meccanici, quali molle a caratteristica idonea, dispositivi meccanici proporzionali o anche da un carico costante. La figura mostra in sezione un accumulatore a molla e uno a carico costante. In questo ultimo caso l’assorbimento delle variazioni di portata avviene senza variazioni di pressione.
Monitoraggio e Diagnostica
Volendo abbinare il controllo di posizione alla funzione principale di accumulatore, la tendenza dominante è quella di dotare di appositi sistemi (senza contatto diretto) il pistone flottante classico con contrasto a gas in pressione. Affidabilità, precisione, compattezza e facilità di regolazione ne traggono indiscutibili vantaggi.
Questo grazie a sensori - trasduttori magnetici, capacitivi etc. che dialogano con centraline esterne. Modalità e frequenza di intervento dell’accumulatore risultano monitorabili in continuo, consentendo un controllo in tempo reale della funzionalità dell’accumulatore da parte della Manutenzione e di eventuali scostamenti dal range prefissato. La possibilità di connessione a sistemi di telecontrollo completa il quadro delle potenzialità di diagnostica precoce e remota.
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