蓄能器类型及应用综述

由液压英才网运功分享蓄能器类型及应用综述：蓄能器的类型蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置．在许多方面有着重要的应用。

蓄能器可分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三大类。

重力加载式蓄能器利用重物的位能来储存能量，是最古老的一种蓄能器。

它能提供大容量、压力恒定的液体，但尺寸庞大，反应迟钝。

这种蓄能器只用于固定的重型液压设备。

弹簧加载式蓄能器利用弹簧的压缩能来储存能量，其结构简单，反应较重力式灵敏，但其容积较小，一般用于小容量、低压系统。

重力及弹簧式蓄能器在应用上都有局限性，现在这种蓄能器已很少使用，目前大量使用的是气体加载式蓄能器。

气体加载式蓄能器的工作原理建立在波义耳定律的基础上。

使用时首先向蓄能器充入预定压力的空气或氮气，当外部系统的压力超过蓄能器的压力时，油液压缩气体充入蓄能器，当外部系统的压力低于蓄能器的压力时，蓄能器中的油在压缩气体的作用下流向外部系统。

气体加载式蓄能器又分为非隔离式、气囊式、隔膜式、活塞式等几种。

非隔离式蓄能器的气体与液体直接接触，蓄能器中分为油相和气相。

这种蓄能器容量大、反应灵敏，缺点是气体易被油液所吸收，气体消耗量较大，元件易气蚀损坏：这种蓄能器现在已很少使用。

气囊式蓄能器由耐压壳体、弹性气囊、充气阀、提升阀、油口等组成。

提升阀的作用是防止油液排尽后气囊挤出容器之外。

设计允许的最大压力比为4：1(最大压比为最高工作压力与预充气压力之比)。

气囊式蓄能器容积较大，反应灵敏，不易漏气，设有油气混杂的可能。

气囊式蓄能器的最佳放置方式是竖直放置，充气阀在上方，也可以水平放置，但一定要注意选择适当的充气压力并且限制最大排液流量。

隔膜式蓄能器有两个半球形壳体，两个半球之间夹着一个橡胶薄膜，将油和气分开，其最大压力比为8～l0：1，隔膜式蓄能器的重量和容积比最小，反应灵敏；缺点是容积小。

活塞式蓄能器利用浮动自由活塞将气相和液相隔开。

活塞和筒状蓄能器内壁之间有密封，其所推荐的压力比为4：1，其结构简单，寿命长．但由于活塞惯性大，有密封摩擦阻力等原因，反应灵敏性差，气体和液体有相混的可能性。

活塞式蓄能器的最佳放置方式是竖直放置，也可以水平放置，但一定要注意保持油液清洁，因为过脏的油液会损坏活塞密封2 蓄能器的维护对蓄能器最重要的维护是保持适当的充气压力。

随着时间的推移，所有蓄能器的充气压力都会下降，所以要根据使用要求定期检查并充到规定值。

蓄能器充气后，气体温度及压力都增加，经过5到l0分钟温度稳定下来以后，重新检测压力。

适当的充气压力对延长蓄能器使用寿命很重要。

当用于储存能量时，气囊式蓄能器的充气压力为系统最低工作压力的80％，活塞式蓄能器的充气压力比系统最低工作压力低0．7MPa，过高的充气压力或者降低了系统最低工作压力没有相应降低充气压力都会带来操作上的问题或者损坏蓄能器对于活塞式蓄能器来说，过高的充气压力使得蓄能器在系统最低工作压力排液时活塞太靠近端盖甚至撞击端盖，这将导致活塞及活塞密封的损坏，在这种情况下，常能听到活塞碰撞端盖的声音。

对气囊式蓄能器来说，过高的充气压力会将气囊推人提升阀，这会导致提升阀总成的疲劳损坏以及气囊的损坏，过高的充气压力是导致气囊损坏的最常见原因。

过低的充气压力以及增加系统压力没有相应增加充气压力也会加速蓄能器的损坏。

对于活塞式蓄能器来说，如果充气压力为零，活塞将被推向气体一端的端盖，也会产生撞击。

对气囊式蓄能器来说，若充气压力为零或过低，气囊会被挤入充气阀而损坏。

通常来说，这种不适当的充气压力对活塞式蓄能器的破坏程度要轻些。

3 蓄能器的失效蓄能器失效常被定义为在一定压力范围内不能充进或排出一定容积的油液，失效原因通常是原充气压力的增大或减小。

气囊式蓄能器的失效原因是气囊的破裂，这种失效是很迅速的。

活塞式蓄能器是逐渐失效的，失效原因通常有以下几种：(1)油液漏入气体一端。

这种失效通常是蓄能器在使用很长时间以后快速充放油所导致的。

磨损的活塞密封每一行程都将少量油液擦入气体端。

当气体端慢慢充满油液，充气压力就上升了。

这样蓄能器只能充进或排出少量的油液，因为可以测量出充气压力的上升，所以这种失效可以被预先察觉。

(2)气体泄漏。

当活塞密封损坏以后，气体就会漏入油液中。

活塞密封损坏的原因是长时间的使用以及油液不干净对密封的磨损。

气体也常常从充气阀及气体端盖密封处漏出。

低的充气压力会使排人系统的油液减少，这种充气压力的减少也可被预先察觉。

有几种方法可用来检测活塞式蓄能器的充气压力。

(1)关闭液压系统，将一个压力传感器或压力表装于气体端端盖上，等蓄能器中的油液全部排出及液压系统冷却下来以后，压力传感器或压力表就可指示出真实的压力。

(2)与气瓶连接的活塞式蓄能器，可在气体一端的端盖上装一个霍尔效应传感器，当活塞距离端盖在1mm内时可以被测知。

这就表明充气压力已经下降，系统需停下来检查：4 蓄能器的用途(1)作辅助动力源，减小装机容量。

某些液压系统的执行元件是间歇动作，其总的工作时间很短，该系统装设蓄能器后，在非工作期问，泵向蓄能器充油，在工作期间，泵与蓄能器一起向执行元件供油，这样就可以采用一一个较小的泵及动力机来完成工作，减小了动力机的功率有些液压系统虽不是间歇动作，但在一个工作循环内速度差别很大，如不装蓄能器，必须按系统需求的最大流量选择泵，装蓄能器后，就可按系统所需的平均流量来选择泵，这样也可以减小动力机的功率。

(2)消除脉动降低噪声。

如果液压系统中采用柱塞泵且其柱塞数较少时，系统的压力、流量等参数脉动很大，这将在液压系统中产生振动和噪声。

在系统中装设蓄能器，可显著地降低脉动，从而使对振动敏感的仪表及阀的损坏事故大为减少，同时可以显著地降低噪声。

(3)吸收液压冲击。

换向阀突然换向，执行元件运动的突然停止，都会在液压系统中产生压力冲击波。

这种压力冲击渡会引起系统压力的显著升高，造成系统中仪表、元件和密封装置的损坏，并产生振动和噪声。

在控制阀或液压缸等冲击源之前装设蓄能器，就可以吸收和缓冲这种液压冲击。

(4)补偿泄漏。

对于需长时间保压的液压系统，持续地开动泵来补偿内部泄漏是很不经济的。

可以用蓄能器补偿内部泄漏来保持所需的压力，而使泵卸荷，这样可以延长泵的使用寿命并减少能耗。

(5)作热膨胀补偿用。

某些封闭式液压系统，当系统受热时，液压油会发生体积膨胀，从而导致整个系统压力升高。

在系统中安装一个蓄能器，就会吸收油液体积的增加，将系统压力限制在安全范围内。

(6)作紧急动力源。

某些系统要求当液压泵发生故障或停电时，执行元件能继续完成必要的工作。

安装的蓄能器就可作这种紧急动力源，储存的能量在需要时可立即释放出来，应用场合包括在冶炼厂或电站关闭闸阀等。

(7)构成恒压油源。

工程上大多数液压控制系统的油源为恒压油源，蓄能器可与定量泵构成这类系统的恒压油源蓄能器还可以与恒压泵构成二次调节系统的恒压网络，这类系统的调速是通过改变变量马达的排量来实现的。

(8)蓄能器在能量回收方面的应用。

能量回收是节能的一个重要途径，很多场台下的动能、位置势能都可以回收利用，从而提高能量的有效利用率。

①回收车辆的制动能量在车辆制动过程中，车辆的惯性带动泵向蓄能器充油，回收车辆的制动能量，同时形成制动力矩，使车辆制动。

重新启动车辆时，蓄能器放出其储存的能量驱动泵呈马达工况带动车轮运转。

实验表明，对于需要频繁制动的城市公共汽车，制动能量的回收利用使得节油率可达3o％②回收工程机械动臂机构的位能。

许多工程机械如液压挖掘机、装载机、汽车起重机施工作业时，数万牛吨重的动臂需要频繁地升降，每次提臂过程中，动臂都要获得位能，常规系统中，动臂的位能在降臂过程中通过节流限速阀大部分转变成了热能，造成能量损失、油温升高。

在系统中加装蓄能器，使降臂过程中动臂的太部分位能转化为压力能储存在蓄能器中在再次升臂时，蓄能器中的油与油泵来油一起升臂，实现了能量回收利用，减少了发热。

③回收液压挖掘机转台的制动能量。

液压挖掘机的转台在工作中需频繁启制动，常规系统在制动过程中转台的动能需经缓冲阀转化为热能浪费掉，能量损失很大。

在液压系统中加装蓄能器，制动过程中驱动转台的液压马达在惯性作用下呈泵工况向蓄能器充油，将转台的动能转化为液压能储存起来，同时形成制动力矩对转台制动。

在转台再次启动时，蓄能器中的油释放出来带动马达驱动转盘。

实验表明，与常规系统相比加装蓄能器的回转系统可节能约30％④回收石油修井机及钻机管柱下落的重力势能。

常规石油修井机及钻机管柱下落的重力势能需要靠刹车消耗掉，能量损失很大。

特别研制的液压蓄能修井机及钻机可以用蓄能器回收管柱下落的重力势能，加以重新利用。

⑤回收电梯下行的重力势能。

采用蓄能器的撕型液压电梯节能控制系统，可以回收液压电梯下行的重力势能储存于蓄能器中，在电梯再次上行时释放出来，帮助油泵推动电梯上行。

5 蓄能器的使用选择针对不同应用场合选择不同的蓄能器是很重要的，有一些一般的规则可供使用选择时参考。

(1)对于吸收冲击和消除脉动，气囊式蓄能器和隔膜式蓄能器效果较好。

一般认为活塞式蓄能器反应灵敏性差，不宜用于吸收冲击和消除脉动，但实际上活塞式蓄能器与气囊式蓄能器在反应灵敏性上差别并不是很大。

Wisconsin Madison大学最近的实验表明，活塞式蓄能器与气囊式蓄能器在吸收冲击方面的差异并不显著。

(2)活塞式蓄能器对油液的清洁度要求较高，因为过脏的油液对活塞密封的损坏是很严重的，如果不能充分保证油液的清洁，最好选择气囊式蓄能器和隔膜式蓄能器。

以水为介质的系统也应选择气囊式蓄能器和隔膜式蓄能器，因为水易携带较多杂质，润滑性差，且会腐蚀活塞镀层(3)气囊式蓄能器的失效是瞬间失效，活塞式蓄能器的失效是逐渐失效，应根据不同的应用场合来选择。

如切削零件的机床应装气囊式蓄能器，因为瞬间失效易被察觉，由此造成的次品少，而活塞式蓄能器的逐渐失效不易被察觉，由此造成的次品多。

相反，汽车的转向和制动系统宜装括塞式蓄能器，因为气囊式蓄能器的瞬间失效会造成严重的事故。

(4)不适当的充气压力容易造成气囊式蓄能器的损坏，对活塞式蓄能器的损坏程度要轻些，所以气囊式蓄能器要求用户在操作保养方面更加细心。

(5)要求响应时间在25ms以下的应用场合选用气囊式或隔膜式蓄能器，要求响应时间为25ms或超过25ms的场合，气囊式、隔膜式或活塞式蓄能器都可选用。

(6)循环频率高的系统不宜选择活塞式蓄能器，因过高的循环频率会导致活塞运动不稳、活塞密封损坏，这种情况下宜选用气囊式或隔膜式蓄能器。

(7)气囊式蓄能器排液流量限制在1000L/min，采用大流量油口也可达到2700L/min，活塞式蓄能器一般用在排液流量大于2300L/min，储存油液容积大于70L的场台。

(8)隔膜式蓄能器的最大容积为5L，气囊式蓄能器的容积一般为5—70L(也可达到560L)，活塞式蓄能器的最大容积可达450L。