Accumulatori a membrana per macchine minerarie: selezione, dimensionamento e manutenzione

Una perforatrice da roccia idraulica che colpisce 2.500 volte al minuto immette un impulso di pressione nel suo circuito ogni 24 millisecondi. Il tubo si flette, le guarnizioni si usurano e la pompa vede l'onda riflessa. Gli accumulatori a membrana sono comuni sui macchinari minerari per un motivo strutturale: il diaframma non ha guarnizione scorrevole e quasi nessuna massa, quindi il lato gas reagisce entro pochi millisecondi dal primo aumento di pressione.

La conclusione innanzitutto. Per lo smorzamento delle pulsazioni, l'assorbimento degli urti e l'accumulo di energia in piccoli volumi su impianti di trivellazione, frantumatori e dumper per il trasporto di carichi, un accumulatore a membrana è solitamente più adatto di un'unità a sacca o a pistone. Smette di essere la risposta migliore quando il volume del gas supera i 4 litri circa o quando la macchina deve immagazzinare diversi litri di olio utilizzabile per una bombola di grandi dimensioni. Ecco dove si trova quel confine, come dimensionare l'unità e cosa controllare prima che venga emesso un ordine di acquisto.

Perché gli accumulatori a membrana sono adatti ai macchinari minerari

I cicli di lavoro minerario penalizzano l’idraulica in tre modi: picchi di pressione causati dagli impatti, ondulazioni continue ad alta frequenza provenienti da pompe e martelli, e polvere, vibrazioni e ampi sbalzi di temperatura. Un accumulatore a membrana gestisce tutti e tre senza le parti che normalmente si guastano per prime.

• Nessuna guarnizione scorrevole. Il diaframma è bloccato sulla sua circonferenza e si flette semplicemente, quindi non vi è alcun anello del pistone che scorre in un foro e nessun percorso di usura da sfregamento.
• Risposta rapida. La massa in movimento è una sottile membrana di elastomero, che fornisce tempi di reazione nell'ordine dei millisecondi, il che è importante quando l'evento da assorbire dura da 20 a 50 millisecondi.
• Busta compatta e una parte soggetta ad usura. Le unità a membrana sono corte e leggere per la loro pressione nominale e la membrana è l'unico materiale di consumo.
• Capacità di pressione adatta al circuito. Valori tipici compresi tra 250 e 350 bar coprono la maggior parte dei sistemi idraulici minerari mobili e fissi.

Il compromesso è il volume. Un diaframma può flettersi solo fino a un certo punto, quindi i volumi di gas rimangono limitati e il volume di olio utilizzabile è generalmente compreso tra un terzo e la metà del volume nominale di gas. Per gli altri vale la stessa logica di selezione attrezzature industriali pesanti , ma l'estrazione mineraria è il luogo in cui si combinano alta pressione e alta ciclicità.

I quattro lavori che un accumulatore a membrana svolge su una macchina mineraria

Siate precisi su quale lavoro svolge l'unità, perché da questo dipende la regola della precarica.

1. Smorzamento delle pulsazioni. A valle di una pompa a pistone o di un martello demolitore, l'accumulatore appiattisce le ondulazioni che altrimenti affaticherebbero i tubi flessibili, i tubi del radiatore e i corpi delle valvole.
2. Assorbimento degli urti. Quando un secchio colpisce una roccia o un braccio si ferma improvvisamente, il petrolio rimane momentaneamente intrappolato. L'accumulatore fornisce all'olio un posto dove andare e blocca il picco prima che raggiunga la pompa.
3. Accumulo di energia. Sui dumper per il trasporto di carichi, l'azoto immagazzinato può alimentare un circuito pilota, rilasciare un freno a molla o assistere un cilindro mentre la pompa si riprende.
4. Compensazione del volume termico. In un circuito chiuso il volume dell'olio cambia con la temperatura; l'accumulatore assorbe tale variazione e mantiene la pressione all'interno della fascia consentita.

La Figura 1 mostra lo stesso circuito con e senza accumulatore a membrana sotto un carico di impatto ciclico.

Dimensionamento di un accumulatore a membrana per un ciclo di lavoro minerario

Sei numeri guidano la selezione e sbagliarne uno significa che l'unità si guasta presto o semplicemente non fa il lavoro.

1. Pressione minima e massima di esercizio. Tutto il resto deriva da questi due valori.
2. Pressione di precarica. Iniziare da circa 0,6 a 0,7 volte la pressione di esercizio media per lo smorzamento delle pulsazioni, da 0,6 a 0,8 volte la pressione di esercizio minima per l'assorbimento degli urti e vicino a 0,9 volte la pressione di esercizio minima per l'accumulo di energia. Confermare con i dati del produttore prima della ricarica.
3. Rapporto di pressione. La massima pressione di esercizio divisa per la pressione di precarica determina la distanza di flessione della membrana; rimanere al di sotto di circa 4:1 protegge la vita del diaframma.
4. Volume e flusso dell'olio. Il volume del gas deve essere sufficientemente grande da evitare che il diaframma venga spinto contro il guscio ad ogni ciclo.
5. Temperatura e fluido. L'NBR copre la maggior parte dei circuiti di olio minerale fino a circa 80 °C, l'HNBR e l'FKM estendono l'intervallo di temperature e l'EPDM è adatto ai fluidi a base acqua che rigonfiano l'NBR.
6. Montaggio e accesso alla manutenzione. La valvola del gas deve rimanere raggiungibile per i controlli di precarica una volta assemblata la macchina.

Dove gli appalti vanno male

• Il volume del gas è sottodimensionato rispetto all'ondulazione, quindi non viene tagliato nulla e il tubo continua a guastarsi.
• Precarica impostata al tatto: un'unità sovraccarica non immagazzina quasi olio, un'unità sotto carica si flette eccessivamente e strappa il diaframma.
• Elastomero scelto solo in base alla temperatura, ignorando la chimica del fluido e il comportamento di permeazione.
• Recipienti a pressione non certificati, dove una fattura più bassa diventa un problema assicurativo e di conformità.

Modalità di guasto e manutenzione che le previene

I diaframmi raramente si guastano da soli. La rottura è solitamente l'ultimo evento di una catena iniziata con un errore di precarica, un fluido contaminato o un rapporto di pressione eccessivo. Scegliere cosa sia venuto prima inizia con la conoscenza cosa fa un accumulatore in un circuito idraulico .

Una routine preventiva che funziona

• Controllare la precarica ogni 500 ore di funzionamento o trimestralmente, a seconda dell'evento che si verifica per primo.
• Se la precarica scende di oltre il 10% tra un controllo e l'altro, eseguire una prova di tenuta della valvola del gas invece di rabboccare semplicemente l'azoto.
• Sostituire la membrana al primo segno di instabilità della pressione, non al successivo arresto programmato.
• Mantenere la pulizia del fluido a norma ISO 4406 18/16/13 o superiore. Le unità a membrana tollerano meglio la contaminazione rispetto alle unità a pistone, ma continuano a non gradirla.

Kit di ricarica, hardware di montaggio e pacchetto completo

Un accumulatore a membrana è valido tanto quanto gli accessori che lo circondano, e su una macchina mineraria tre elementi decidono se l'installazione rimane riparabile.

L'accumulatore stesso è un recipiente a pressione sigillato con un diaframma bloccato e una valvola per l'azoto. Le unità nella gamma da 0,075 a 4 litri coprono la maggior parte delle attività di demolizione, braccio e circuito pilota nell'ambito della perforazione, frantumazione e movimentazione dei materiali.

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La precarica non è un lavoro una tantum. Un kit di ricarica con la giusta forma di filettatura consente agli addetti alla manutenzione di rabboccare l'azoto sulla macchina invece di togliere la nave dal circuito, che è la differenza tra un controllo di mezz'ora e un'interruzione di mezza giornata.

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L'hardware di montaggio è più importante di quanto sembri. Una staffa e un morsetto che sostengono rigidamente il recipiente mantengono le vibrazioni lontane dalla valvola del gas e dalla connessione della porta dell'olio, dove iniziano gran parte delle perdite sul campo.

Staffa dell'accumulatore Una staffa per accumulatore è un dispositivo meccanico utilizzato per fissare e supportare un accumulatore idraulico. Visualizza il prodotto →

Controlli sugli approvvigionamenti prima dell'invio dell'ordine

Gli accumulatori sono recipienti a pressione, quindi la documentazione fa parte del prodotto. Cinque controlli coprono la maggior parte del rischio.

1. Licenza di produzione. Cerca una licenza di produzione di recipienti a pressione che copra il grado pertinente, poiché i gusci degli accumulatori ad alta pressione rientrano in tale ambito nella maggior parte delle giurisdizioni.
2. Certificazione del mercato. La marcatura CE o una dichiarazione equivalente è un requisito di base quando la macchina viene esportata.
3. Capacità produttiva. Confermare la produzione in serie per la misura ordinata, non l'assemblaggio una tantum. La produzione misurata in decine di migliaia di unità all’anno indica un processo ripetibile.
4. Registrazioni di prova. Richiedi i dati del test idrostatico e il certificato di precarica dell'azoto per lotto, non una scheda tecnica generica.
5. Tracciabilità dei materiali e degli elastomeri. La metallurgia delle parti bagnate e il composto del diaframma devono essere documentati, in particolare per climi freddi o impieghi corrosivi.

L'acquisto diretto dal produttore di solito riduce il ciclo tecnico e il prezzo. Le domande sulla precarica, sulla selezione degli elastomeri o sugli standard di filettatura raggiungono le persone che costruiscono l'unità invece di passare attraverso uno strato commerciale, e questo è importante quando una macchina non funziona.

Domande frequenti

Di quali dimensioni ha bisogno l'accumulatore a membrana per una macchina mineraria?

Le dimensioni seguono il lavoro. Per lo smorzamento delle pulsazioni su un circuito con interruttore, far corrispondere il volume del gas a circa un quarto del flusso della pompa per ciclo, quindi verificare rispetto all'ondulazione che il circuito può tollerare. Per l'assorbimento degli urti, misurare il volume di olio intrappolato durante l'impatto. Se il volume di gas richiesto supera i 4 litri circa, confrontarlo con un'unità a sacca o a pistone prima di impegnarsi.

È possibile montare un accumulatore a membrana orizzontalmente?

SÌ. Le unità a membrana sono molto meno sensibili alla posizione rispetto ai tipi a pistone perché non vi è alcun peso scorrevole e nessuna colonna d'olio che preme sulla guarnizione. Normalmente è accettabile il montaggio orizzontale o inclinato; il vincolo pratico è mantenere accessibile la valvola del gas.

Quale precarico è adatto a un martello idraulico?

La maggior parte dei circuiti degli interruttori si colloca nell'intervallo della pressione di esercizio media compresa tra 0,6 e 0,7 volte per lo smorzamento delle pulsazioni, adattato alle raccomandazioni del produttore dell'interruttore. Impostalo con un kit di ricarica calibrato, ricontrolla dopo la prima settimana, quindi passa all'intervallo di routine.

Come faccio a sapere che il diaframma non ha funzionato?

Innanzitutto compaiono tre sintomi: l'azoto che fuoriesce dal porto petrolifero e si presenta sotto forma di bolle nel serbatoio, una rapida perdita di precarica tra i controlli e l'ondulazione della pressione che ritorna al livello pre-installazione. Ognuno di essi giustifica la rimozione dell'unità dalla macchina.

Per le macchine minerarie, l'accumulatore a membrana guadagna il suo posto grazie alla velocità e alla semplicità: nessuna guarnizione scorrevole, risposta in millisecondi, una singola parte soggetta ad usura e un livello di pressione adeguato ai circuiti idraulici mobili. Sceglilo in base al volume e al servizio, imposta correttamente la precarica, montala rigidamente e controlla la precarica secondo un programma. Fai queste quattro cose e i tubi, le guarnizioni e la pompa dureranno molto più a lungo.