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液壓氣動係統中的一種能量儲蓄裝置——蓄能器
[2020-11-12]

液壓氣動係統中的一種能量儲蓄裝置——蓄能器


蓄能器是液壓氣動係統中的一種能量儲蓄裝置。它在適當的時機將係統中的能量轉變為壓縮能或位能儲存起來,當係統需要時,又將壓縮能或位能轉變為液壓或氣壓等能而釋放出來,重新補供給係統。當係統瞬間壓力增大時,它可以吸收這部分的能量,以保證整個係統壓力正常。


力士樂蓄能器


蓄能器原理

液壓油是不可壓縮液體,因此利用液壓油是無法蓄積壓力能的,必須依靠其他介質來轉換、蓄積壓力能。例如,利用氣體(氮氣)的可壓縮性質研製的皮囊式充氣蓄能器就是一種蓄積液壓油的裝置。皮囊式蓄能器由油液部分和帶有氣密封件的氣體部分組成,位於皮囊周圍的油液與油液回路接通。當壓力升高時油液進入蓄能器,氣體被壓縮,直到係統管路壓力不再上升;當管路壓力下降時壓縮空氣膨脹,將油液壓入回路,從而減緩管路壓力的下降。



蓄能器分類


蓄能器按加載方式可分為

彈簧式

它依靠壓縮彈簧把液壓係統中的過剩壓力能轉化為彈簧勢能存儲起來,需要時釋放出去。其結構簡單,成本較低。但是因為彈簧伸縮量有限,而且彈簧的伸縮對壓力變化不敏感,消振功能差,所以隻適合小容量、低壓係統(P≦1.0~1.2MPa),或者用作緩衝裝置。


活塞式

它通過提升加載在密封活塞上的質量塊把液壓係統中的壓力能轉化為重力勢能積蓄起來。其結構簡單、壓力穩定。缺點是安裝局限性大,隻能垂直安裝;不易密封;質量塊慣性大,不靈敏。這類蓄能器僅供暫存能量用。



這兩種蓄能器因為其局限性已經很少采用。但值得注意的是,有些研究部門從經濟角度考慮在這兩種蓄能器的結構上做一些改進,在一定程度上克服了其缺點。

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氣體式

它以波義爾定律(PVn=K=常數)為基礎,通過壓縮氣體完成能量轉化,使用時首先向蓄能器充入預定壓力的氣體。當係統壓力超過蓄能器內部壓力時,油液壓縮氣體,將油液中的壓力轉化為氣體內能;當係統壓力低於蓄能器內部壓力時,蓄能器中的油在高壓氣體的作用下流向外部係統,釋放能量。選擇適當的充氣壓力是這種蓄能器的關鍵。這類蓄能器按結構可分為管路消振器、氣液直接接觸式、活塞式、隔膜式、氣囊式等。



蓄能器用途


蓄能器有兩種用途:

①當低速運動時載荷需要的流量小於液壓泵流量,液壓泵多餘的流量儲入蓄能器,當載荷要求流量大於液壓泵流量時,液體從蓄能器放出來,以補液壓泵流量之不足。

②當停機但仍需維持一定壓力時,可以停止液壓泵而由蓄能器補償係統的泄漏,以保持係統的壓力。

蓄能器也可用來吸收液壓泵的壓力脈動或吸收係統中產生的液壓衝擊壓力。蓄能器中的壓力可以用壓縮氣體、重錘或彈簧來產生,相應地蓄能器分為氣體式、重錘式和彈簧式。氣體式蓄能器中的氣體與液體直接接觸者,稱為接觸式,其結構簡單,容量大,但液體中容易混入氣體,常用於水壓機上。氣體與液體不接觸的稱為隔離式,常用皮囊和隔膜來隔離,皮囊體積變化量大,隔膜體積變化量小,常用於吸收壓力脈動。重錘式容量較大,常用於軋機等係統中,供蓄能用。



按功能作用分類

蓄能器的種類主要分為:

彈簧式和充氣式。

蓄能器的功用

(1)短期大量供油

(2)係統保壓

(3)應急能源

(4)緩和衝擊壓力

(5)吸收脈動壓力蓄能器的功能主要分為存儲能量、吸收液壓衝擊、消除脈動和回收能量四大類。

第一類:存儲能量。這一類功用在實際使用中又可細分為:

①作輔助動力源,減小裝機容量;

②補償泄漏;

③作熱膨脹補償;

④作緊急動力源;

⑤構成恒壓油源。

第二類:吸收液壓衝擊。換向閥突然換向、執行元件運動的突然停止都會在液壓係統中產生壓力衝擊,使係統壓力在短時間內快速升高,造成儀表、元件和密封裝置的損壞,並產生振動和噪聲。為保證吸收效果,蓄能器應設置在衝擊點附近,所以蓄能器一般裝設在控製閥或液壓缸等衝擊源之前,可以很好地吸收和緩衝液壓衝擊。

第三類:消除脈動、降低噪聲。對於采用柱塞泵且其柱塞數較少的液壓係統,泵流量周期變化使係統產生振動。裝設蓄能器,可以大量吸收脈動壓力和流量中的能量,在流量脈動的一個周期內。瞬時流量高於平均流量的部分油液被蓄能器吸收,低於平均流量部分由蓄能器補充,這就吸收了脈動中的能量,降低了脈動,減小了對敏感儀器和設備的損壞程茺。

第四類:回收能量。用蓄能器回收能量是目研究較多的一個領域。能量回收可以提高能量利用率,是節能的一個重要途徑。蓄能器因為可以暫存能量,所以可以用來回收多種功能、位置勢能。

這方麵的主要研究有:

①回收車輛製動能量;

②回收工程機械動臂機構位能;

③回收液壓挖掘機轉台製動能量

④回收石油修井機及鑽機管下落重力勢能;

⑤回收電梯下行重力勢能。



使用維修

蓄能器的使用維修主要包括蓄能器的安裝維護、故障診斷與排除及修理等。蓄能器的安裝包括安裝前的檢查、安裝、充氮等。正確的安裝固定與充氣,是蓄能器正常運行、發揮應有作用的重要條件。參數的測量與各類工具儀表的正確使用不可忽略。

蓄能器在使用過程中防泄漏,要定期對氣囊進行氣密性檢查及其他方麵的檢查。因此,日常檢查與維護保養不可少。日常檢查即用目視、聽覺和手摸及儀表等簡單的方法進行外觀及狀態的檢查,檢查時既要檢查局部也要注意設備整體。在檢查中發現的異常情況,對妨礙蓄能器繼續工作的應作應急處理;對其他的則應仔細雨觀察並記錄,到定期維護時予以解決。一些損壞的零部件也需要及時更換。主動維護是繼故障維修、預防維修、狀態維修後,國際上來提出的一種新的設備管理理論。它的定義是:對導致設備損壞的根源性參數進行修複,從而有效地防止失效的發生,延長設備的使用壽命。主動維護是在設備磨損之前針對其根源問題采取的措施,有效地控製磨損及失效的發生,從而大幅度地延長修理周期。主動維護不但為液壓設備與元件可造運行提供保障,同時可大幅度降低維修成本。

蓄能器在液壓係統中屬於危險部件,所以在操作過程中要特別注意安全。

蓄能器故障診斷與排除,既包括蓄能器本身故障的診斷與排除,又涉及蓄能器所在液壓係統的故障診斷與排除,兩者之間相互交織。


故障診斷的主要工作內容有:

①判定故障的性質與嚴重程度。根據現場狀況,判斷是否存在故障,是什麽性質的問題(壓力、速度、動作還是其他),問題的嚴重程度(正常、輕微故障、一般故障、還是嚴重故障)。

②查找失效元件及失效位置。根據症狀及相關信息,找出故障點,以便進一步排除故障,這裏主要弄清“問題出在何處”。

③進一步查找引起故障的初始原因。如液壓油汙染,元件可靠性低,環境因素不合要求等。這裏主要弄清故障的外部原因。

④機理分析。對故障的因果關係鏈進行深入地分析與探討,弄清問題產生的來龍去脈。

⑤預測故障發展趨向。根據係統磨損劣化的現狀及速度、元件使用壽命的理論與經驗數據,預測蓄能器或液壓係統將來的狀況。分析、對比、統計、歸納與綜合,找出規律。 

蓄能器充氣:蓄能器補充氮氣通常有兩種方式:

1,當蓄能器使用壓力低於8MPa時可通過氮氣瓶和充氮工具來補充氮氣,將充氮工具一端與氮氣瓶相連,另一端與蓄能器相連,打開氮氣瓶閥門即可完成充氣。

2,當蓄能器使用壓力高於8MPa時,通過氮氣瓶和充氮工具已無法完成充氣,在這種情況下可用充氮車,充工具,氮氣瓶三者配合使用來給蓄能器補充氮氣。首先用高壓軟管將氮氣瓶和充氮車進氣口連接起來,充氮車出氣口通過充氮工具與蓄能器進氣口連接起來,在充氮車上設定好輸出壓力,然後打開氮氣瓶閥門,充氮車接上電源,打開充氮車開機旋鈕即可完成充氣。




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