انواع پالسیشن دمپنر
همانطور که گفته شد، از پالسیشن دمپنرها جهت ذخیره انرژی استفاده می‌شود. علاوه بر این، بمنظور کاهش ضربه در پمپ‌های دوار و پیستون‌ها از آن بهره می‌گیرند. در مدارهای هیدرولیکی، وجود پالسیشن دمپنر سبب کاهش ضربه ناشی از عمل سریع استارت در سیلندرهای قدرت خواهد بود. پالسیشن دمپنرها را می‌توان در ۳ دسته عمده قرار داد. که از میان آن‌ها، پالسیشن دمپنرهای گازی، انواع دیگری را نیز شامل می‌شوند که در ادامه به طور جداگانه به هریک از آن‌ها پرداخته می‌شود.
- پالسیشن دمپنر گازی
- پالسیشن دمپنر وزنه‌ای
- پالسیشن دمپنر فنری
انواع پالسیشن دمپنرهای گازی
از بین پالسیشن دمپنرهای بالا، پالسیشن دمپنرهای گازی به چهار نوع تقسیم می‌شوند که در زیر آورده شده‌اند.
- «بدون جداکننده» (non-separator Type)
- «حبابی» (Bladder) یا بالنی
- دیافراگمی
- پیستونی
این که از کدم نوع دستگاه‌های بالا استفاده شود به فشار و حجم مورد نیاز سیستم بستگی دارد. نمونه‌های حبابی و دیافراگمی در فشارهای متوسط و حجمی بین ۰/۵ تا ۵۰۰ لیتر مورد استفاده قرار می‌گیرند اما زمان پاسخ‌دهی آن‌ها کوتاه است. در طرف دیگر، انواع پیستونی در حجم‌ها (بیش از ۵۰۰ لیتر) و فشارهای کاربرد دارند اما زمان پاسخ‌دهی آن‌ها به دلیل جرم زیاد پیستون، طولانی است.
پالسیشن دمپنر وزنه ای
تمامی پالسیشن دمپنرهای گازی، به هنگام تخلیه سیال، افت فشار پیدا می‌کنند چراکه تراکم گاز نیتروژن توسط سیال انجام می‌گیرد. پالسیشن دمپنرهای وزنه‌ای تنها وقتی فشار از دست می‌دهند که رام دستگاه (تلمبه) به پایین‌ترین نقطه برسد. در نتیجه، در بیشینه فشار سیستم، از ۱۰۰ درصد سیال استفاده می‌شود. مهم‌ترین ضعف پالسیشن دمپنرهای وزنه‌ای، اندازه فیزیکی آن‌ها است زیرا فضای زیادی اشغال می‌کنند.
عملکرد این دستگاهها در سیستم‌های هیدرولیک مرکزی بسیار مناسب است زیرا فضایی جداگانه برای آن‌ها در نظر گرفته می‌شود اما امروزه به ندرت از سیستم‌های هیدرولیک مرکزی استفاده می‌شود.
پالسیشن دمپنر فنری
پالسیشن دمپنر فنری مشابه با پالسیشن دمپنر گازی است با این تفاوت که یک فنر (به جای گاز) پیستون را حرکت می‌دهد. از نقاط قوت این نوع از پالسیشن دمپنرها می‌توان به عدم وجود نشتی گاز اشاره کرد اما نمی‌توان از آن در حجم‌ها و فشارهای بالا استفاده کرد.
وظیفه پالسیشن دمپنر و کاربردهای آن
در ابتدای متن، توضیح مختصری در خصوص کاربرد پالسیشن دمپنرها داده شد. در ادامه، توضیحات کامل‌تری را در خصوص وظیفه پالسیشن دمپنر مطرح می‌کنیم.
ذخیره انرژی
پالسیشن دمپنرهای هیدرونیوماتیک از یک گاز به همراه سیال هیدرولیکی استفاده می‌کنند. این سیال توانایی ذخیره انرژی پایینی دارد. حجم سیالات معمول هیدرولیکی را تحت فشاری در حدود 5000psi تنها می‌توان در حدود ۱/۷ درصد کاهش داد. بنابراین، زمانی که تنها ۲ درصد از کل حجم، آزاد شود، فشار باقی‌مانده در کل سیستم به صفر می‌رسد.
در طرف دیگر، گاز، یعنی بخش همراه سیال هیدرولیک در پالسیشن دمپنر را به کمک فشارهای بالا، می‌توان فشرده کرد. در اثر این تراکم، انرژی پتانسیلی ذخیره می‌شود که در مواقع لزوم، قابلیت آزادسازی دارد. در پالسیشن دمپنرهای پیستونی، انرژی گاز متراکم بر پیستون، نیرو وارد می‌کند و به این ترتیب، نیروی وارد شده به پیستون و اعمال آن به سیال هیدرولیکی سبب انتقال سیال به سیستم در محل مورد نظر برای انجام کار خواهد شد.
جذب پالس
پمپ‌ها نیروی مورد نیاز برای استفاده از سیستم هیدرولیکی را فراهم می‌کنند. بسیاری از پمپ‌ها این نیرو را به کمک جریان ضربه‌ای (پالسی) به تولید می‌رسانند. پمپ‌های پیستونی که به جهت توانایی تحمل فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند، به دلیل ضربه‌های تولیدی، صدمات زیان‌باری به سیستم‌های فشار بالا وارد می‌کنند. اگر پالسیشن دمپنر در جای مناسبی از سیستم قرار بگیرد، به شکل مناسبی این تغییرات فشار و ضربات را کاهش می‌دهد.
کاهش شوک
در بسیاری از دستگاه‌های هیدرولیکی، یکی از عضوهای سیستم ممکن است به طور ناگهانی متوقف شود که در اثر این اتفاق، موج فشاری در داخل سیستم ایجاد می‌شود. این موج کوبشی حاصل، فشار حداکثری (پیک) تولید می‌کند که به مراتب از فشار کاری دستگاه بیشتر است و سبب ایجاد نویز یا توقف کامل سیستم می‌شود. بهره‌گیری از پالسیشن دمپنر در این سیستم‌ها به خوبی شوک ایجاد شده را به حداقل می‌رساند.
از نمونه‌های کاربرد پالسیشن دمپنر می‌توان به بیل مکانیکی (لودر) اشاره کرد. بدون پالسیشن دمپنر، وزن بیل (در حدود ۲ تن)، می‌تواند چرخ‌های عقب بیل مکانیکی را به طور کامل به هوا بلند کند و سبب بروز مشکل در اکسل و شاسی لودر و همچنین آسیب به راننده شود. با بکارگیری صحیح پالسیشن دمپنر در سیستم هیدرولیکی بیل مکانیکی می‌توان از بروز چنین مشکلی جلوگیری کرد.
بهبود جریان پمپ
یک پالسیشن دمپنر با توانایی ذخیره انرژی می‌تواند در تکمیل نیروی پمپ هیدرولیکی شرکت داشته باشد. پمپ، در زمان‌هایی که باری را متحمل نمی‌شود، انرژی پتانسیلی درون پالسیشن دمپنر ذخیره می‌کند. پالسیشن دمپنر نیز زمانیکه به این انرژی ذخیره شده احتیاج باشد، آن‌را به طور مجدد به سیستم منتقل می‌کند. این اتفاق سبب استفاده از پمپ‌های کوچک‌تر در سیستم‌های هیدرولیکی و به دنبال آن، کاهش هزینه‌ها خواهد شد.
تثبیت فشار
هنگامی که کاهش یا افزایش دما در سیستم هیدرولیکی داشته باشیم، این تغییرات، با تغییرات فشار همراه هستند. علاوه بر این، در اثر نشتی سیال هیدرولیکی نیز افت فشار بوجود می‌آید. پالسیشن دمپنرها با دریافت یا آزادسازی مقادیر کمی از سیال هیدرولیکی، بر این تغییرات فشار غلبه می‌کنند. به عبارت دیگر، در صورت خرابی یا توقف منبع اصلی، پالسیشن دمپنرها به عنوان منبعی کمکی عمل تثبیت فشار را انجام می‌دهند.
توزیع سیالات
از پالسیشن دمپنرها همچنین می‌توان جهت توزیع مقدار کمی از سیالات، همچون روغن در سیستم استفاده کرد.
مثال کاربرد پالسیشن دمپنر در یک سیستم هیدرولیکی
از جمله کاربردهای پالسیشن دمپنرها می‌توان به دستگاه پرس هیدرولیکی اشاره کرد. برای پرس کردن یک وسیله به نیرو و فشار بسیار زیادی نیاز داریم. اما این نیروی زیاد باید با سرعتی آهسته اعمال شود که یعنی به پمپی با فشار بالا و دبی جریان پایین نیاز داریم. در حالت برگشت نیز پیستون به نیروی زیادی نیاز ندارد اما این برگشت باید به سرعت انجام بگیرد که این بار، به پمپی با فشار پایین و دبی جریان بالا نیاز داریم. برای اینکه هر دو عمل به خوبی انجام بگیرند، باید از پمپ گران‌قیمت استفاده شود.
اما به جای این کار از پالسیشن دمپنر هیدرولیک بهره می‌گیرند. در چنین شرایطی، از یک پمپ فشار بالا با دبی جریان پایین به همراه یک پالسیشن دمپنر بهره می‌گیرند. همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، پالسیشن دمپنر بین پمپ و شیر کنترل قرار می‌گیرد. دبی جریان پمپ برای پرس با سرعت آهسته مناسب است. فشار بالا در طول جریان پرس سبب فشرده کردن گاز در پالسیشن دمپنر می‌شود.
به هنگام برگشت پیستون، کاهش فشار خواهیم داشت و گاز موجود در پالسیشن دمپنر با بیرون راندن سیال وارد شده، دبی جریان را افزایش می‌دهد و در نتیجه، پیستون دستگاه پرس با سرعت بیشتری بازگشت می‌کند.
مثال کاربرد پالسیشن دمپنر در سیستم فنربندی خودروها
در سیستم فنربندی خودروها و برای کاهش فشارهای وارده و نواسانات جاده می‌توان از پالسیشن دمپنر بهره گرفت. نمونه‌ای از پالسیشن دمپنرهای هیدرونیوماتیک (هیدروپنوماتیک) در تصویر زیر نشان داده شده است. این دستگاه شامل یک سیلندر هیدرولیک و پالسیشن دمپنر گازی است. اگر دست‌اندازهای جاده، لاستیک خودرو را به طرف بالا فشار دهند، فشار مایع هیدرولیک به سرعت افزایش می‌یابد.
در ادامه، سیال به پالسیشن دمپنر وارد و سبب تراکم گاز موجود در آن می‌شود. در نتیجه این اتفاق، گاز همچون یک فنر عمل می‌کند و فشار وارده، جذب و در شکلی کاهش‌یافته به خودرو وارد خواهد شد.
طرز کار پالسیشن دمپنر
در ادامه مطلب، طرز کار هریک از پالسیشن دمپنرها را شرح می‌دهیم.
نحوه عملکرد پالسیشن دمپنر گازی
یک پالسیشن دمپنر گازی به کمک گازی نجیب و غیرسمی همچون نیتروژن شارژ می‌شود. زمانی که فشار هیدرولیک سیستم، بیشتر از فشار شارژ آکومولاتر شود، گاز شروع به فشرده شدن می‌کند. در ادامه، روغن هیدرولیک در مخزن پالسیشن دمپنر جریان می‌یابد. گاز و روغن به کمک یک مانع (غشا) از یکدیگر جدا شده‌اند و این اتفاق، تا زمان توازن فشار هیدرولیک با فشار گاز ادامه می‌یابد.
در این حالت، انرژی جنبشی هیدرولیک، به صورت انرژی پتانسیل در گاز ذخیره می‌شود. زمانیکه فشار در مدار هیدرولیکی کاهش یابد، اتفاق قبل رخ می‌دهد و گاز به طور مجدد منبسط می‌شود.
حال، این انرژی ذخیره شده صرف انجام کار (و حرکت) در سیستم خواهد شد به گونه‌ای که سیال هیدرولیک به سیستم بازمی‌گردد و این فرآیند تا زمان افت فشار گاز به فشار اصلی یا فشار هیدرولیک (هرکدام که بیشتر باشد) ادامه می‌یابد. در حقیقت، شارژ و دشارژ پالسیشن دمپنر به سرعت و همزمان با تغییر فشار سیستم صورت می‌گیرد.
نحوه عملکرد پالسیشن دمپنر فنری
در پالسیشن دمپنر فنری، یک فنر در طول محفظه به همراه یک پیستون وجود دارد. این نوع از پالسیشن دمپنرها را می‌توان در هر موقعیتی نصب کرد اما تنظیم فنر، امری دشوار است. فنرها فشار مورد نیاز پیستون برای پمپ کردن سیال به بیرون را فراهم می‌کنند. میزان پمپ نیز به نرخ تراکم فنر بستگی دارد. از نقاط قوت این پالسیشن دمپنرها باید به اندازه کوچک، وزن کم و سادگی نصب اشاره کرد که همگی موجب کاهش هزینه‌ها می‌شوند.
نحوه عملکرد پالسیشن دمپنر وزنه ای
در گذشته از این نوع پالسیشن دمپنرها بیشتر استفاده می‌شد اما این دستگاهها وزن بالایی دارند و بیشتر در دستگاه‌های پرس بکار می‌روند چراکه دستگاه‌های پرس به فشار ثابت نیاز دارند و این فشار توسط پالسیشن دمپنرهای وزنه‌ای تامین می‌شود.
راهنمای بکارگیری پالسیشن دمپنرها
در برخی موارد می‌توان از هر نوع پالسیشن دمپنری استفاده و نتایج قابل قبولی کسب کرد اما مواردی وجود دارند که یک نوع نسبت به بقیه، عملکرد بهتری دارد. به طور مثال، مقدار فشار شارژ در پالسیشن دمپنرهای حبابی و دیافراگمی از جمله عواملی هستند که باید در استفاده، مد نظر قرار بگیرند.
زمانی که بخواهیم فشارهای زیاد خروجی پمپ پیستونی را کاهش دهیم، پالسیشن دمپنرهای حبابی و دیافراگمی بسیار مناسب هستند. پالسیشن دمپنر پیستونی نمی‌تواند پاسخ سریعی داشته باشد و یک رفت و برگشت پیستون صدمات زیادی به آب‌بندی‌ها و محفظه پیستون وارد می‌کند. شرکت‌های معتبر سازنده پالسیشن دمپنرها، عوامل مهم در هنگام انتخاب یک پالسیشن دمپنر را برای سه دسته حبابی، دیافراگمی و پیستونی ذکر کرده‌اند که در زیر به آن‌ها اشاره می‌کنیم.
- کاربرد (ذخیره انرژی، کاهش ضربات)
- بیشینه و کمینه فشار سیستم
- حجم سیال مورد نیاز سیستم
- دبی جریان
- نسبت فشار (فشار شارژ / بیشینه فشار)
- فضای نصب و محل قرار گیری
فشار در پالسیشن دمپنرها
همانطور که پیش‌تر ذکر شد، زمانی که فشار سیستم افزایش پیدا کند، پالسیشن دمپنر شارژ می‌شود که در نتیجه آن، سیال به درون پالسیشن دمپنر وارد و سبب تراکم گاز نیتروژن خواهد شد. همچنین با کاهش فشار، این دستگاه دشارژ می‌شود که این کار به انبساط گاز نیتروژن و خروج سیال از پالسیشن دمپنر کمک می‌کند.
به طور معمول، پالسیشن دمپنرهای گازی را تا ۹۰ درصد حداقل فشار کاری سیستم شارژ می‌کنند. این کار سبب می‌شود تا پیستون یا حباب، تمامی سیال را در هر چرخه تخلیه نکند. اگر تمامی سیال تخلیه شود سبب گیر افتادن بالن در سوپاپ و تغییر شکل پیستون خواهد شد. در برخی موارد، این مقدارِ ۹۰ درصد ممکن است میزان کمی باشد چراکه حداقل فشار سیستم در چنین شرایطی پایین است.
زمانی که کمینه فشار سیستم، پایین باشد بهتر است از پالسیشن دمپنرهای پیستونی استفاده کرد چراکه پیستون بدون وارد کردن آسیب می‌تواند درون محفظه حرکت داشته باشد.
زمانیکه فشار شارژ، کمتر از ۲۵ درصد بیشینه فشار سیستم باشد نباید از پالسیشن دمپنرهای حبابی استفاده کرد. در حقیقت، طراحی و ساختار فیزیکی پالسیشن دمپنرهای حبابی و دیافراگمی به گونه‌ای است که بهره‌گیری از آن‌ها با بیشترین نسبت فشار را ناممکن می‌سازد.
نکات ایمنی در خصوص پالسیشن دمپنرها
در ادامه، برخی نکات ایمنی مهم را در خصوص بکارگیری و نصب پالسیشن دمپنرها به صورت فهرست‌وار بیان می‌کنیم.
- در زمان اتمام کار دستگاه حتما اقداماتی برای تخلیه پالسیشن دمپنرها انجام شود. هیچ‌گاه با مدار هیدرولیکی کار نکنید که پالسیشن دمپنر آن تخلیه نشده باشد چراکه انرژی ذخیره شده در پالسیشن دمپنرها می‌تواند به دستگاه صدمه وارد کند.
- اطمینان حاصل کنید که جریان پالسیشن دمپنر در دبی مشخصی در طول کار و پایان آن محدود شده باشد تا از آسیب به دستگاه یا لوله‌ها جلوگیری شود. به عبارت دیگر، پالسیشن دمپنرها به میزان بیشینه مسیر خروجی می‌توانند سیال را تخلیه کنند که چنین جریانی، مدت زمان کوتاهی انجام می‌شود و آسیبی ناگهانی ایجاد می‌کند.
- همواره به کمک شیر یک‌طرفه، پمپ را از پالسیشن دمپنر جدا کنید تا سیال به درون پمپ، برگشت نداشته باشد. بدون شیر یک‌طرفه، جریان برگشتی پالسیشن دمپنر، جهت حرکت پمپ را تغییر می‌دهد یا حتی سرعت آن‌را زیاد می‌کند و سبب آسیب به دستگاه خواهد شد.
- فشار پالسیشن دمپنر را به هنگام نصب و در هفته اول نصب، هر روز کنترل کنید. اگر افت فشار محسوسی در هفته اول مشاهده نشد، فشار را در دفعات بعد به صورت هفتگی اندازه‌گیری کنید. در ادامه نیز اگر مشکلی وجود نداشت، هر ۳-۶ ماه این فشار را بررسی کنید. هر زمان که فشار شارژ پالسیشن دمپنر به کمتر از میزان نامی خود برسد، حجم سیال و به دنبال آن، سرعت هر چرخه کاهش پیدا می‌کند.