油圧アキュムレータ

油圧アキュムレータは、圧縮できない油圧流体が外部の機械的エネルギー源によって加えられた圧力下で保持される圧力貯蔵タンクです。外部エネルギー源には、エンジン、バネ、重り、圧縮ガスなどがあります。^{[注 1]アキュムレータにより、油圧システムは、出力の低いポンプを使用して極端な需要に対処したり、一時的な需要に迅速に対応したり、脈動を平滑化したりすることができます。これは}エネルギー貯蔵装置 の一種です。

圧縮ガスアキュムレータは、油圧空気圧アキュムレータとも呼ばれ、最も一般的なタイプです。

ウィリアム・アームストロングの水圧ドック機械用の最初のアキュムレータは、単純な高架式給水塔でした。水は蒸気ポンプによってこれらの塔の頂上にあるタンクに汲み上げられました。ドック機械に水力が必要になったとき、地上からの高さの水の 静水頭が必要な圧力を提供しました。

これらの単純な蓄圧器は非常に高かった。例えば、1852年に建設されたグリムズビー・ドック・タワーは高さ309フィート（94メートル）である。その大きさゆえにコストがかかり、建設期間は10年にも満たなかった。同じ頃、ジョン・ファウラーは近くのニューホランドでフェリー埠頭の建設に携わっていたが、地盤条件が悪く高い蓄圧器タワーを建設できなかったため、同様の水力を使用することができなかった。グリムズビーが開業した頃には、アームストロングがニューホランドで使用するために、より複雑だがはるかに小型の加重蓄圧器を開発していたため、グリムズビーはすでに時代遅れになっていた。^[1] 1892年、ファウラーの助言により、元のグリムズビー・タワーの機能は隣接するドックのより小型の加重蓄圧器に置き換えられたが、タワーは今日までよく知られたランドマークとして残っている。

他に残っている塔としては、イギリスのバーケンヘッドにあるイーストフロートに隣接する塔と、イギリスのリバプールにあるブラムリー・ムーア・ドックにある塔がある。後者の塔は、エバートンFCの新しいサッカースタジアムの建設に関連する地域の開発計画の一環として改修される予定である。

上昇型重量アキュムレータは、油圧ラインに接続された流体を収容する垂直シリンダで構成されています。シリンダはピストンによって閉じられ、その上に一連の重量が配置され、ピストンに下向きの力を加え、シリンダ内の流体を加圧します。圧縮ガス アキュムレータやスプリング アキュムレータとは対照的に、このタイプはシリンダ内の流体の量に関係なく、シリンダが空になるまでほぼ一定の圧力を供給します。(シリンダが空になると、残りの流体の重量が減少するため、圧力はいくらか低下します。)

このタイプのアキュムレータの実例は、ブリストル港の水力機関室で見ることができます。^[2] 1887年に最初に設置されたアキュムレータは塔内に設置されており、1954年に外部アキュムレータが追加され、このシステムは2010年までカンバーランドベイスン（ブリストル）の閘門に動力を供給するために使用されました。水は港からヘッダータンクにポンプで送られ、その後重力でポンプに送られます。動作圧力は750 psi（5.2 MPa、または52 bar ）で、ブリストル港のクレーン、橋、閘門に動力を供給するために使用されました。^[要出典]

ロンドンのタワーブリッジの元々の動作機構にもこのタイプの蓄電池が使用されていました。現在は使用されていませんが、6つの蓄電池のうち2つは橋の博物館にそのまま展示されています。 [ ^3]

リージェンツ運河ドック（現在はライムハウス・ベイシンと名付けられている）には、1869年製の油圧アキュムレータの残骸がある。これは、現存する世界最古のこの種の施設の一部で、このドックで2番目にあたる。ポプラー・ドックのものより後に設置されたもので、当初はロンドン・アンド・ブラックウォール鉄道の信号ボックスとして誤って記載されていたが、正しく特定され、現在は解散したロンドン・ドックランズ開発公社によって観光名所として復元された。^{[説明が必要]現在は}運河＆河川トラストが所有しており、ベイシンのドックマスター事務所に申し込むことで、また毎年9月の第3週末に開催されるロンドン・オープン・ハウス・ウィークエンドの両日の午後には、大規模な団体向けに公開されている。 ^[4]

ロンドンには 19 世紀半ばから大規模な公共水力発電システムがありましたが、1970 年代にロンドン水力発電会社が運営する 5 つの水力発電所でようやく廃止されました。鉄道貨物ヤードとドックには独自のシステムがあることがよくありました。^{[出典が必要]}

単純な形のアキュムレータは、空気で満たされた密閉空間です。直径が拡大されていることが多い垂直のパイプ部分で十分であり、パイプが満たされると、空気が閉じ込められて満たされます。

このようなアキュムレータは、高圧ガスを事前に充填できないため、通常、大きな電力を蓄えるのに十分な容量がありませんが、圧力の変動を吸収するバッファとして機能します。ピストン ポンプからの吐出をスムーズにするために使用されます。また、ウォーター ハンマーを減衰させるショック アブソーバーとしても使用されます。この用途は、ほとんどのラム ポンプに不可欠な部分です。空気が失われると、効果が低下します。時間の経過とともに空気が失われる場合は、設計にアキュムレータを補充する方法を含める必要があります。

圧縮ガスアキュムレータは、弾性ダイヤフラム、完全に密閉されたブラダー、またはフローティングピストンによって分離された 2 つのチャンバーを持つシリンダーで構成されています。 1 つのチャンバーには流体が入っており、油圧ラインに接続されています。 もう 1 つのチャンバーには不活性ガス (通常は窒素) が入っており、通常は加圧されており、油圧流体に圧縮力を与えます。 不活性ガスが使用されるのは、酸素とオイルが高圧下で混合すると爆発性の混合物を形成する可能性があるためです。 圧縮ガスの容積が変化すると、ガスの圧力 (および流体の圧力) が逆に変化します。

低圧水システムで使用する場合、水は通常、タンク内のゴム製ブラダー（写真）に満たされ、耐腐食性が必要なタンクとの接触を防ぎます。油圧システムなどの高圧用途向けに設計されたユニットは、通常、非常に高い圧力（システムの動作圧力に近い）に事前充填されており、システム圧力が低いときにブラダーまたは膜がこの内部圧力によって損傷を受けないように設計されています。ブラダー タイプの場合、システム圧力がゼロのときにブラダーがガス充填によって押しつぶされるのではなく完全に膨張するように、ブラダーにガスを充填する必要があります。システム圧力が低いときにブラダーがデバイスから押し出されるのを防ぐため、通常はブラダーに取り付けられた押し出し防止プレートが入口を押して密閉するか、またはブラダーが押し付けられたときに閉じるバネ式のプレートが入口にあります。

アキュムレータのガス側にガスボトルを連結することで、アキュムレータのガス容量を増やすことができます。システム圧力の同じ変動に対して、これによりアキュムレータ容量のより大きな部分が使用されることになります。圧力がそれほど広範囲に変化しない場合は、必要なアキュムレータのサイズを縮小するコスト効率の良い方法になります。アキュムレータがピストン型でない場合は、予想される過圧状況でブラダーまたは膜が損傷しないように注意する必要があります。ブラダー型アキュムレータの多くは、圧力下でブラダーが押しつぶされることを許容できません。

圧縮ガスアキュムレータは、可変ピッチプロペラで使用するためにジャン・メルシエ^[5]によって発明されました。

スプリング式アキュムレータは、圧縮力を与えるために重いスプリング (またはスプリング) が使用される点を除けば、上記のガス充填式アキュムレータと動作は似ています。フックの法則によると、スプリングによって及ぼされる力の大きさは、スプリングの長さの変化に比例します。したがって、スプリングが圧縮されると、流体に及ぼす力は直線的に増加します。

金属ベローズ アキュムレータは、弾性ダイアフラムまたはフローティング ピストンが密閉された溶接金属ベローズに置き換えられていることを除いて、圧縮ガス タイプと同様に機能します。流体はベローズの内部または外部に存在できます。金属ベローズ タイプの利点は、ばね定数が非常に低いため、充填ガスがすべての作業を行うことができ、圧力が満杯から空になるまでほとんど変化しないこと、ストロークが長いためケーシング容量を効率的に使用できること、およびベローズがブラダー タイプ セパレーターを押しつぶすような過圧に耐えられるように構築できることです。溶接金属ベローズ アキュムレータは、非常に高いレベルのアキュムレータ性能を提供し、幅広い合金を使用して製造できるため、幅広い流体適合性が得られます。このタイプのその他の利点は、高圧操作の問題に直面しないこと、非常に高い温度または低い温度や特定の攻撃的な化学物質に耐えるように構築できること、および状況によってはより長持ちすることです。金属ベローズは、他の一般的なタイプに比べて製造コストがはるかに高くなる傾向があります。

現代の、多くの場合移動可能な油圧システムでは、ガス充填アキュムレータが好まれますが、単純なシステムではスプリング式の場合もあります。システムには複数のアキュムレータがある場合があります。それぞれの正確なタイプと配置は、その効果と製造コストのために妥協案となる場合があります^{[説明が必要]}。

アキュムレータはポンプの近くに設置され、逆止弁がポンプへの逆流を防止します。ピストン型ポンプの場合、このアキュムレータはマルチピストンポンプからのエネルギー脈動を吸収するのに最適な場所に設置されます。^{[要出典]また、}流体ハンマーからシステムを保護するのにも役立ちます。これにより、システムコンポーネント、特に配管が、潜在的に破壊的な力から保護されます。

さらなる利点は、ポンプの需要が低いときに追加のエネルギーを蓄えられることです。設計者は、より容量の小さいポンプを使用できます。大型航空機の着陸装置など、かなりの量の流体を必要とするシステム コンポーネントの大きな変位にも、1 つまたは複数のアキュムレータが役立ちます。これらは、長い配管による制限や抵抗を克服するために、需要の近くに配置されることがよくあります。放出アキュムレータからのエネルギー流出は、短時間では、大型ポンプが生成できる量よりもはるかに大きくなります。

アキュムレータは、ポンプのオン/オフを頻繁に切り替えなくても、わずかな漏れがある期間、システム内の圧力を維持できます。温度変化によって圧力が変動すると、アキュムレータがそれを吸収します。アキュムレータのサイズは、バルブの配置により膨張の余地がなく、小さな固定システム内に閉じ込められる可能性のある流体を吸収するのに役立ちます。

アキュムレータ内のガスの予充填は、分離ブラダー、ダイヤフラム、ピストンが作動シリンダの両端に届かず、当たらないように設定されます。設計予充填により、可動部品が両端を汚したり、流体通路を塞いだりすることがなくなります。予充填のメンテナンスが不十分だと、作動中のアキュムレータが破損する可能性があります。適切に設計され、メンテナンスされたアキュムレータは、何年も問題なく作動します。^{[引用が必要]}

• 蓄電装置（エネルギー）
• 膨張タンク

ウィキメディア・コモンズには、油圧アキュムレータに関連するメディアがあります。

• 油圧アキュムレータの一般的な用途
• アキュムレータのアプリケーションと互換性 2011-05-19 にWayback Machineでアーカイブされました
• オンラインアキュムレータサイズ計算ツール
• 油圧アキュムレータの修理方法 –
• 油圧アキュムレータタワーのビデオ映像