HİDROLİK AKÜMÜLATÖRLER

Hidrolik sistemlerde gerektiği zaman kullanılmak için bulundurulan, hidrolik enerjiyi basınç altında depolayan elemanlara denir. Gerekli olduğunda geri vermek üzere, basınç altındaki hidrolik sistemden belli oranda akışkanı alarak basınçlı bir şekilde biriktiren hidrolik devre öğelerine hidrolik biriktirici veya hidrolik akümülatör adı verilir.
Akışkan basınç altında olduğundan, akümülatörler basınç depoları gibi görülür ve tasarımlarında en yüksek çalışma basıncı göz önünde tutulur.

• Kısa süre içinde çok miktarda yağ istendiğinde bu yağı sağlamak üzere kullanılır.
• Pompa kısa sürede bu kadar yağı basacak büyüklükte seçilmez. Pompa verdisi, akümülatörden iki yağ kullanımı arasındaki sürede kullanılan miktardan biraz fazlasını basabilecek değerde olmalıdır. Bu nedenle akümülatör kısa süre yüksek hıza gerek olan devreler için en iyi çözümdür. Aksi halde büyük verdili pompa ve yüksek güçlü elektrik motoru seçilmesi gerekir.
• Sıcaklık nedeniyle oluşan genleşmelerin devreye zarar vermesini önler.
• Valflerin açıp kapama anlarında devrede aşırı basınç oluşmasını önler.
• Titreşimlerin sönümlenmesini sağlar.
• Frenleme enerjisinin tekrar kazanılmasını sağlar. 
• Çalışma basıncını kontrol altında tutmaya yardımcı olur.
• Sistemde oluşabilecek ani şokları ortadan kaldırır.
• Sızıntılardan kaynaklanan verim kayıplarını karşılar.
• Isı yükselmelerinde sıvıyı soğutur.
• Pompa arızalarında ve elektrik kesilmelerinde sistemi kısa bir süre besleyerek hareketin tamamlanmasını sağlar.

Akümülatör Çeşitleri

• Ağırlıklı akümülatörler
• Yaylı akümülatörler
• Pistonlu akümülatörler
• Balonlu akümülatörler
• Diyaframlı akümülatörler

Ağırlıklı Akümülatörler

Üstü açık silindire doldurulan akışkanın üzerine ağırlık konularak dengeleme yapılan akümülatör çeşididir. Sabit basınç ve büyük hacim gereken yerlerde tercih edilir. Devredeki sıvı basıncının düşmesi durumunda ağırlığın etkisiyle akümülatör içindeki sıvının devreye basılması ile sistemin, bir süre daha basınç normale dönünceye kadar çalışmasını sağlar.
Ağırlıklı akümülatörün iç yapısı ve hacim-basınç grafiği görülmektedir. Ağırlığı oluşturan maddeler hurda metal, tuğla, beton, toprak ve benzerlerinden oluşur. Bu akümülatörlerin sağladığı asıl yarar; diğer akümülatörlerin basınçları, depolanan akışkanın hacmine göre değişirken, bu akümülatörlerin boşaltma basınçlarının hep ayni olmasıdır. Olumsuz yanı ise, fiziksel olarak büyük boyutlarda olmaları ve yük ile pistonun yüksek eylemsizliklerine bağlı yavaş tepkileridir.

Yaylı Akümülatörler

Silindir içinde bağlantısız hareket eden yay baskılı bir pistondan oluşur. Yayın fiziksel özellikleri, piston hareket boyunu ve buna bağlı olarak depolanabilecek akışkan hacmini sınırlar. Akümülatördeki akışkanın hacmi arttıkça, yay sıkıştırılır ve yayın uyguladığı kuvvet artar. Şekil 1.2 ‘de yaylı akümülatörün iç yapısı ve hacim-basınç grafiği görülmektedir.

Pistonlu Tür Gazlı Akümülatör

Gazla, hidrolik akışkan birbirinden bağlantısız bir piston aracılıyla ayrılır Bir silindir içerisinde hareket eden piston üzerindeki keçeler sıvı ile gazı birbirinden ayırır. Temel olarak büyük hacimler ve büyük debiler için kullanılır.

Gaz basıncının en yüksek çalışma basıncına oranı 1:10 'dur. Gazin dolum basıncı ise en düşük çalışma basıncından 5 bar daha aşağıda seçilir.
Pistonlu tur akümülatörler eğimli şekilde de kullanılabilmelerine rağmen, tam dikey kullanıldıkları zaman daha az aşınma olacaktır. Herhangi bir arıza, aşamalı olarak ortaya çıkar ve bu arızanın nedeni de piston sızdırmazlık öğelerinin bozulması ve silindir iç duvarının aşınmasıdır.
İki basınç bölmesi arasındaki basınç düzeyinin olabildiğince dengede tutulması gerekir. Bu nedenle piston hareketi sırasında, piston keçesi ile iç duvarlar arasındaki sürtünmenin en az olması için, silindir borusunun iç duvarının yüzeyi çok iyi islenmiş olmalıdır. Piston keçesiyle iç duvar arasında oluşacak sürtünme nedeniyle, sıvı ve gaz bölümleri arasında basınç farkı engellenemez. Ancak uygun bir keçe sistemi seçilirse, bu basınç farkı yaklaşık 1 barla sınırlanabilir.
Pistonlu akümülatörlerde, pistonun konumunu izlemek olasıdır ve çoğunlukla hidrolik pompaları devreye almak veya devreden çıkartmak için pistonun konumundan yararlanılır. Örneğin piston üzerine yerleştirilecek manyetik bir öğe ile akümülatörün dışından pistonun yeri belirlenebilir.
Pistonlu akümülatörlerin tepki süresi, pistonun eylemsizliğine ve sızdırmazlık öğelerinin yapışmasından doğan etkiye bağlı olarak değişir. Pistonun eylemsizliğinin en büyük boşaltma hızını sınırlandırmasına karşın, boşaltma özellikleri ayırma öğesiz akümülatörler ile aynidir.
Pistonlu akümülatörlerde, akümülatöre gelen hidrolik akışkan piston yüzeyine basınç uygulayarak bir itme kuvveti oluşturur. Bu kuvvetin etkisiyle piston hareket ederek diğer taraftaki gazı sıkıştırır. Böylece sıkışan gaz üzerinde enerji depolanır. Sistem basıncının düşmeye başlamasıyla, basınçlı gaz pistonu iterek sistemi akışkanla besler ve sistem basıncının belli değerde kalmasını sağlar. 

Gazlı Akümülatörler

Bu tasarımda, depolanan akışkanı basınçlandırmak için genelde azot, bazen de hava olmak üzere sıkıştırılmış gaz kullanılır. Bu akümülatörler gazla akışkan arasındaki herhangi bir ayırıcının olup olmamasına göre ayırma öğesiz ve ayırma öğeli olmak üzere iki ana türe ayrılır.

Ayırma öğesiz akümülatörler

Bu tür akümülatörlerde gaz ile sıvı arasında her hangi bir madde yoktur ve gaz ile sıvı akışkan birbirlerine değmektedir. Tabanında akışkan girişi ve tavanında gaz yükleme girişi olan bir kaptan oluşur. Gazla sıvıyı ayıran herhangi bir piston olmadığından, kap dikey konumda olmalıdır. Yapıları basit olduğundan üretimleri de daha kolaydır.
Gaz ile hidrolik sıvının doğrudan birbirlerine değmelerinden dolayı, sıvının içine gaz karışabilir. Karışmanın derecesi, akümülatörden içeri giren ve dışarı çıkan hidrolik akışkanın hızı kısıtlanarak azaltılabilir ve böylece asin bir çalkalanma oluşmaz.
Akümülatör, çalışır durumdayken akışkan bütünüyle boşaltılmamalıdır. Çünkü bu durumda boşalan gaz hidrolik sisteme geçer. Akümülatördeki akışkan düzeyini denetlemek ve tam boşalmayı önlemek için, şamandıra kumandalı veya düzey etkileşimli elektrik anahtarları kullanılabilir.
Bu tasarımın diğer bir özelliği de, tepki süresinin çok hızlı olmasıdır.
Büyük boyutlarda olabilir ve çoğunlukla gaz olarak hava, sıvı olarak da su veya su tabanlı hidrolik akışkanlarla çalışır. Bu akümülatörler su türbinlerinde valfın kapanması sonucunda sıvı basıncındaki değişiklikleri emmek, su çekiş pompalarında çıkış akışını daha yumuşak duruma getirmek amaçları için kullanılır. Ayrıca binalardaki su sistemini besleyen basınçlı su deposu (hidrofor) olarak kullanılır. 

Ayırma öğeli akümülatörler:

Temel olarak bu akümülatörlerde sıvı ve gaz için değişken hacimli iki bölüm vardır ve bu bölümler hareket edebilen katı veya esnek bir madde ile birbirlerinden ayrılmıştır. Bu tür akümülatörlerde gaz ile hidrolik akışkan birbirine değmediği için, hidrolik akışkanın içerisine gaz karışması büyük oranda önlenir.
Akümülatörün sıvı dolan bölümü hidrolik sisteme bağlanır ve sistemde basınç yükseldikçe akümülatöre hidrolik akışkan dolar. Akümülatöre dolan hidrolik akışkan ayırma öğesine baskı uygular ve bu basınç gaza iletilir. Doğal olarak gaz yapısı gereği sıkışarak hacmini daraltır ve akümülatöre dolan sıvı için hacim genişlemesi sağlanır. Sistem basıncı gaz basıncından daha aşağı düştüğünde de tersi hareket başlar ve gaz ayırma öğesini iterek hidrolik akışkanı sisteme gönderir.
Gazlı akümülatörlerde genel olarak azot gazı kullanılır. Endüstriyel hidrolik uygulamalarında en çok ayırma öğeli gaz basınçlı akümülatörler kullanılır.

Balonlu Tür Gazlı Akümülatör

Balonlu akümülatörlerin ana yapısı kapalı bir depo ve şiştiği zaman bu depoyu doldurabilen bir balondan oluşur. Balonun içine düşük basınçla gaz doldurulmuştur. Akümülatörde sıvı yokken gaz balonu şişirerek deponun tamamını doldurur. Sistemden akümülatörün deposuna basınçlı hidrolik akışkan gelmeye başladığında balon büzülerek bu akışkana yer açar. Bu arada balonun içindeki gaz sıkışarak basıncı artar ve böylece enerji depolanmış olur.Balonlu akümülatörler dikey, yatay veya (belirli çalışma koşullarında) açık olarak çalışabilir. Ancak birçok açıdan yeğlenen çalışma konumu dikeydir. Akümülatörler dikey ya da açılı olarak takılırsa, akışkan valfı alta gelecek şekilde yerleştirilmelidir.


Balonlu akümülatörler, kaynaklanmış veya dövülmüş bir basınç kabı, balonu, gaz girişi için valfler ve hidrolik akışkan girişinden oluşur.
Eylemsizlik düzeylerinin pistonlu türlere oranla daha düşük olmasından dolayı daha çabuk tepki verir. Balonlu tür gazlı akümülatörler genellikle piston türlü olanlardan daha düşük maliyetlidir ve bunlardaki gaz ön yükleme işlemi daha uzun sürer. Birdenbire ortaya çıkan arızalar, balonun yırtılmasından oluşur.
Balonlu akümülatörler günümüzde en çok kullanılan ve uzun ömürlü bir akümülatör türüdür. Sızdırmazlık özellikleri çok yüksektir. Hızlı çalışmaları nedeniyle yaygın olarak kullanılır. Gaz basıncı ile en yüksek çalışma basıncı arasındaki oran 1/4'tür.

Diyaframlı Tür Gazlı Akümülatör

Diyaframlı akümülatörlerin çalışma sistemleri de balonlu tür akümülatörlere benzer. Balonlu tur akümülatörlerde balonlar gaz ile doldurulunca genleşir. Fakat diyaframlı akümülatörler de esner. Çok yüksek basınç gereken sistemlerde kullanılmaz.
Diyaframlı akümülatörler genellikle küresel ya da silindirik olarak üretilen basınca dayanıklı bir çelik kaptan oluşur. Akümülatör içinde esnek bir maddeden yapılan (elastomer) ve ayırma öğesi olarak kullanılan bir diyafram vardır.
Diyaframlı akümülatörlerin kaynaklı ve vidalı yapıda olmak üzere iki türü vardır. Kaynaklı yapıda, dairesel dikiş kaynağı yapılmadan önce diyafram alt kısma doğru itilir, uygun bir kaynaklama yöntemi seçilir (örn: elektron ışınlama ile kaynak) ve diyafram doğru bir şekilde yerleştirilirse kaynak yapılırken esnek maddenin zarar görmesi engellenmiş olur. Vidalı tasarımda diyafram, alttan ve üstten tutma miline vidalanarak istenilen konuma getirilir.
Diyaframlı akümülatörlerde de basınçlı gazın basıncı ile en yüksek çalışma basıncı arasındaki oran 1:10 'dur. Tüpün içinde esnek bir diyafram yerleştirilmiştir. Sistemdeki yüksek basınçlı akışkan (yağ) tüp içerisine girdiğinde, diyafram esneyerek içeriye belirli oranda (kapasitesi kadar) akışkan alır. Sistemdeki akışkanın basıncında bir düşme oluştuğunda diyafram esneyerek içerideki akışkanın bir kısmını veya tamamı sisteme basar. Diyaframlı akümülatörler küçük hacim değişmelerine, şoklara ve titreşimlere engel olmak için kullanılacak en uygun akümülatör türleridir.

Akümülatörlerin Kullanma Yerleri ve Kullanma Amaçları

Akışkan sağlanması

Sık kullanılan uygulamalardan biri, kısa zamanda akışkana yüksek bir akış hızı sağlamaktır. Düşük debi değeri olan bir pompa, akümülatör uzun bir surede yüklemek için kullanılır. Depolanan akışkan, yüksek debi değeri gerektiğinde sisteme boşaltılır. Akümülatörün yüklendiği ve devrenin gereksinmesinin olmadığı durumlarda, pompa yükü boşaltılır veya pompa devreden çıkartılır.

Pompa çıkış vuruntularının sönümlenmesi

Çoğu hidrolik pompanın çıkışı, zamana göre mutlak olarak aynı kalmaz. Pompa çıkışı, birdenbire oluşan basınç değişiklikleri ve darbelerin etkisi altındadır. Örneğin, beş silindirli bir pistonlu pompada, her pompa devrinde beş vuruntu oluşur. Çoğu uygulamalarda bu birden oluşan değişmeler önemsizdir; ancak bir sistem için kararlı ve değişmez çıkış gerektiğinde, vuruntu sönümlemesi yapılmalıdır. Bu amaçla küçük bir hidrolik akümülatör kullanılır. Basınç vuruntusunu ortadan kaldırmak neredeyse olanaksızdır. Ancak göz ardı edilebilir bir düzeye indirgenebilir. 

Basınçtaki ani değişmelerin sönümlenmesi

Valfın birdenbire kapanması, geçici basınç oluşumlarına ve vuruntu dalgalarına neden olur. Bir su sisteminde bu durum önemli ölçüde gurultu oluşmasına yol açtığı için, su çekici olarak anılır. Başlangıçta, valfin bitişiğindeki akışkanın akışı durdurulur ve akışkan sıkıştırılır. Bu durumda bir basınç dalgası, akışkan kararlı duruma gelinceye kadar, akışkan sütunu boyunca geriye doğru gider. Bu dalganın borunun uzak ucuna gelmesiyle birlikte, valfe geri dönen bir karsı dalga oluşur. Bu dalgalar enerji tükeninceye dek, ilerigeri gidip gelir. Valfin kapatılması ne kadar hızlı olursa, basınç değişmesi de o oranda birden ve sert olur. Eğer uzun borular (50 m veya daha uzun) söz konusu ise, yolun uzunluğu ve valfin kapanma hızı göz önünde bulundurulmalıdır. Ancak hidrolik güç sistemlerinde uzun borular yok gibidir. Sistemde oluşacak bu tür vuruntular sistem içinde bir noktada emilerek yok edilmelidir. Bu amaçla hidrolik sistemlerde akümülatörler kullanılır. Valften çıkan vuruntu bir yerlere çarpıp dönmek yerine, akümülatöre ulaştığında sönümlenir.
Silindir üzerindeki dış mekanik etkilerden oluşan basınç vuruntular da, akümülatör tarafından sönümlenebilir.

Yedek veya acil güç sağlanması

Hidrolik enerji, akümülatörlerde depolanabilir ve bu enerji acil durumlarda kullanılabilir. Örneğin pompanın bozulması halinde, hareketlendiriciyi çalıştırmak veya çalışmasını tamamlamak için, akümülatörden yararlanılır. Genel kullanım ise, güç kaybının ciddi sonuçlara yol açabileceği uygulamalarla sınırlanmıştır. 

Isıl genleşmenin dengelenmesi

Bir akışkanın kütle sıcaklığı değiştiğinde, buna bağlı olarak hacmi de değişir. Eğer bu akışkan kapalı bir kapla sınırlandırılmışsa, kap içindeki basınç da artar.
Hidrolik sistemlerde pompa ile çalışma öğesi arası kapalı bir bölgedir. Sistemde ısınan akışkanın genleşmesi ile bu kapalı bölgenin basıncı artacak ve bir şekilde akışkan genişleyen hacmine yer açmak isteyecektir. Bu durumda sistemde herhangi bir patlama olmaması için, bu genişleme gereksinimi karşılanmalıdır. Bu amaçla akümülatörler kullanılır.

Sızıntıların karşılanması

Birçok hidrolik öğenin iç yapısında basınçlı bölge ile basınçsız bölge birbirinden ayrılmaktadır. Hidrolik sistemlerde bu iki bölge arasındaki basınç farkı çok büyüktür ve basınçlı bölgeden basınçsız bölgeye akışkan sızmasını önlemek neredeyse olanaksızdır.
Pompa devrede olduğu sürece sızıntıların önemi yoktur. Çünkü gerekli akışkan pompa tarafından sağlanmaktadır. Ancak pompa boşaltma işlemi uygulanırken oluşacak sızıntılar önemlidir ve bu sızıntıların bir şekilde karşılanması gerekir. Tersi durumda sistem basıncı düşer.
Pompa boşaltma valfinin bulunduğu bir sistemde çok küçük bir kaçak olması durumunda basınç düşecek ve boşaltma valfinin kıpırdamasına neden olacak ve bu kıpırtı valf içinde sızıntı oluşturacaktır.
Hidrolik akümülatör aynı zamanda sızıntı kayıplarını karşılamak üzere hem bir depo hem de basınç kaynağı görevini görür. 

Karsı denge sağlanması

Kuvvetler ve yer değiştirmeler hidrolik akümülatör kullanılarak dengelenebilir. Büyük kütlelerin karşılıklı dengelenmesi, bağımsız bir kapalı döngüde, hidrolik bir silindir ile bir akümülatör kullanılarak yapılabilir.
Depolanan akışkanın hacmi, silindir yer değiştirmesinin hacmine ve kabul edilebilir dengeleme sınırlarına bağlı olacaktır. Karşı dengeleme uygulamalarında, akümülatörün hacmi, genelde karsı denge silindirinin toplam yer değiştirmesinin en az iki kati olmalı ve bu akümülatörün yedekleme tüpünün hacmi, akümülatör hacim kapasitesinin yaklaşık olarak beş katı olmalıdır.

Araçlarda sarsıntı giderme (süspansiyon)

Arabalarda yol ve sürüş gibi nedenlerden dolayı oluşan sarsıntıların giderilmesinde (süspansiyonlarında) hidrolik akümülatörlerin kullanılması yaygınlaşmaktadır.
Anma hacmi, çalışma hacmi, en az ve en çok çalışma basıncına bağlı olarak ön doldurma basıncı gibi akümülatörün tanım büyüklükleri gaz yasalarına göre hesaplanabilir. Bu bilgiler ayrınca doğrudan diyagramlardan da alınabilir.
Akümülatör seçiminde kullandığımız bu yasa ve kurallar aşağıda incelenmiştir.