液压机蓄能器的作用、工作原理及分类

行业动态     |     2019-12-16
摘要:蓄能器,顾名思义,是可以储存能量的装置。蓄能器在液压技术中有下列用途:1)减振,吸收冲击。2)补充泄漏以保持压力等。本文兴迪源机械带来液压机蓄能器的作用、工作原理及分类。

  蓄能器,顾名思义,是可以储存能量的装置。蓄能器在液压技术中有下列用途:1)减振,吸收冲击。2)补充泄漏以保持压力等。本文兴迪源机械带来液压机蓄能器的作用、工作原理及分类。
 
  一、液压机蓄能器的作用
 
  蓄能器在液压技术中有下列用途:
 
  1)减振,吸收冲击。
 
  2)补充泄漏以保持压力。
 
  3)用在液压缸只需要间歇动作,或短时间快速运动的系统中,作为辅助动力源,在液压缸不动作时储存泵排出的压力油供运动时用,从而采用较小的泵。
 
  4)作为应急动力源。例如,西气东输工程中,大的天然气阀门随着输气管孤零零地呆在沙漠荒原里,也许几年不需要动,但一旦有需要,要保证能立刻动作,关闭管道。特地铺输电线代价太高,就使用液压蓄能器储能,需要时释放,推动阀门。
 
  5)回收能量以使再利用,这点在当前关注节能时特别被青睐。
 
  理论上,弹簧的弹力、重物的势能或动能也可被用来储能。但由于现代的工作压力甚高,功率相对较大,需要蓄能器在短时间内完成很大能量的储存释放。所以,现在基本上都只用高压气体来储能。本书中,蓄能器皆特指气体蓄能器。
 
  二、液压机蓄能器的工作原理
 
  1)工作过程
 
  气体被压缩,压力会增加。一定量气体的体积与其压力大致成反比。
 
  蓄能器就是利用了气体的这一特性。
 
  蓄能器内的气体一般都是使用前预先充入的,达到一个预充气压力P0,这时气体的体积V0就是蓄能器的容积(见图8-21a)。
 
  液压油在压力低于P0时,根本进不了蓄能器,蓄能器不起作用。
 
  液压油只有在压力高于气体压力时,才能进入蓄能器。
 
  随着压力油进入蓄能器,气体被压缩,压力也不断上升。
 
  如果气体积被压缩到一半(见图8-21b),即V1=V0/2,压力就增加一倍;P1=2P0。
 
  如果气体体积被压缩到1/4(见图8-21c),即V2=V0/4,压力就增加三倍:P2=4P0。
 
 
  图8-21蓄能器工作原理
 
  a)初始状态b)气体被压缩
 
  c)气体被进一步压缩
 
  所以,液压油的压力也需要相应上升,才能不断进入。
 
  液压油的压力停止上升,也就不再能进入蓄能器。
 
  进入蓄能器的液压油的体积永远不可能达到蓄能器的容积V0,因为这意味着气体体积必须为零,则气体的压力会无穷大 。
 
  气体和液压油的压力,就是储存的能量。
 
  一旦油口的压力下降,气体就会把液压油挤出蓄能器 。
 
  液压油被全部挤出蓄能器后,气体的压力也就降到P0。
 
  2)安全标准
 
  由于外壳耐压强度与安全性的考虑,任何蓄能器都有一个许用压力P4的限制。
 
  蓄能器一旦外壳破裂会发生爆炸,所以,属于要谨慎使用的产品,制造和使用都必须严格遵循相应的国标与国际标准。
 
  为了避免燃烧,通常蓄能器中使用的气体都是氮气。
 
  三、液压机蓄能器的分类
 
  为避免气体进入液压油,气体与液压油必须隔离。有不同的隔离方式:气囊式、隔膜式和活塞式。
 
  1)气囊式蓄能器
 
  气囊式蓄能器(见图8-22),容积可以很大,目前市售的可达450L,最高工作压力可达100MPa。
 
 
  图8-22气囊式蓄能器
 
  a)结构b)初始状况c)被压缩时d)气囊被压缩后
 
  1一气囊2一外壳3一启闭阀A一气口B一油口
 
  最高工作压力与预充气压力之比,术语称压缩比。气囊式蓄能器的压缩比一般不超过4。
 
  由于磨损少,寿命长,气囊损坏的话可更换,因此目前应用最广。
 
  2)隔膜式蓄能器
 
  隔膜式蓄能器大致如图8-23所示。
 
 
  图8-23隔膜式蓄能器
 
  a)外形b)内部结构
 
  1一启闭阀2—隔膜3一外壳 A一气口B一油口
 
  工作容积一般在0.07~5L,最高工作压力可达35MPa以上 。
 
  压缩比,一般不超过8。
 
  其动态响应特性一般较其他各类蓄能器高。
 
  气囊式和隔膜式蓄能器,压缩比较低,主要是受气囊和隔膜变形能力的限制。
 
  3)活塞式蓄能器
 
  活塞式蓄能器(见图8-24)由于没有变形元件,压缩比理论上可以无限高。

 


8-24活塞式蓄能器 (派克)
 
  a)外形b)内部结构
 
  1一密封圈2一活塞A一气口B一油口  
 
  从而获得较高的能量密度。但实际上由于受外壳强度的限制,目前最高工作压力为80MP2a,容积最大为1200L。
 
  因为对壳体内壁表面的粗糙度有很高的要求,所以制造成本较高。
 
  由于密封会磨损,导致泄漏,所以必须定期检查。如果利用传感器从外部监测活塞位置,通过与压力相比,就可在线确定是否有漏气。
 
  由于活塞的惯性一般相对较大,而且受到密封摩擦力的影响,因此动态响应性能稍差,且压力有滞回。
 
  蓄能器要储存较多能量时相当重。因此,会对整机重量与元件布置带来不容忽视的影响。例如,据研发报告,20t挖掘机动臂下降约有280000J的能量,欲全部回收的话,需要一个至少50L的蓄能器,重约150kg。
 
  目前正在研究如何减轻蓄能器。例如,采用高强度碳纤维缠绕技术(见图8-25),可以降低壳体重量一半甚至十分之九。
 
 
  图8-25碳纤维缠绕蓄能器
 
  但有些移动机械,本身就需要配重,如叉车、起重机等;有些不需要快速起动,如飞机牵引车等,蓄能器重些,问题就不大 。
 
  生活经验,在用打气筒给自行车轮胎打气后,气筒会发热。这是因为,气体在被压缩时,不仅压力会上升,温度也会上升。而随着散热,温度下降,压力也会有所下降。所以,利用蓄能器储能,要获得较高的能效,还要注意保温措施。
 
  【兴迪源机械简介
 
  兴迪源机械(Xingdi Machinery)是一家专注流体压力成形技术的锻压设备制造企业。自2007年创立以来,兴迪源机械一直致力于内高压成形的技术创新和产品研发。主营产品范围从生产普通液压设备,现今发展至生产、研发国内顶尖流体压力成形技术的锻压设备。
框架式内高压成形液压机
 
  兴迪源机械是先进轻量化成形技术的提供者,从产品研发、设备生产、模具研制、方案定制,直至最终交付及提供增值服务,我们为客户提供的不仅仅是一台液压设备,而是一整套智能制造成形方案。