Amesim之蓄能器

libin1200 · 发表于 2019-4-12 12:54:16

AMESim之蓄能器

Amesim之蓄能器

蓄能器

蓄能器的工作原理

液压油是不可压缩液体，因此利用液压油是无法蓄积压力能的，必须依靠其他介质来转换、蓄积压力能。例如，利用气体（氮气）的可压缩性质研制的皮囊式充气蓄能器就是一种蓄积液压油的装置。皮囊式蓄能器由油液部分和带有气密封件的气体部分组成，位于皮囊周围的油液与油液回路接通。当压力升高时油液进入蓄能器，气体被压缩，系统管路压力不再上升；当管路压力下降时压缩空气膨胀，将油液压入回路，从而减缓管路压力的下降。

蓄能器的类型

蓄能器按加载方式可分为弹簧式、重锤式和气体式。
弹簧式蓄能器如图1（a）所示，它依靠压缩弹簧把液压系统中的过剩压力能转化为弹簧势能存储起来，需要时释放出去。其结构简单，成本较低。但是因为弹簧伸缩量有限，而县弹簧的伸缩对压力变化不敏感，消振功能差，所以只适合小容量、低压系统（P≦1.0～1.2MPa），或者用作缓冲装置。

Amesim之蓄能器

重锤式蓄能器如图（右）所示，它通过提升加载在密封活塞上的质量块把液压系统中的压力能转化为重力势能积蓄起来。其结构简单、压力稳定。缺点是安装局限性大，只能垂直安装；不易密封；质量块惯性大，不灵敏。这类蓄能器仅供暂存能量用。这两种蓄能器因为其局限性已经很少采用。但值得注意的是，有些研究部门从经济角度考虑在这两种蓄能器的结构上做一些改进，在一定程度上克服了其缺点。比如国内某厂采用改进弹簧式蓄能器的结构。如下图所示，加大弹簧外径（大于液压腔直径）、限定弹簧行程（将弹簧最大载荷限定在许用极限载荷以内）的方法提高了蓄能器的工作压力和容量，降低了成本。

Amesim之蓄能器

气体蓄能器的工作原理以波义尔波义尔定律（PVn=K=常数）为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向蓄能器充入预定压力的气体。当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量。选择适当的充气压力是这种蓄能器的关键。这类蓄能器按结构可分为管路消振器、气液直接接触式、活塞式、隔膜式、气囊式等。

如下图所示，皮囊式蓄能器由铸造或锻造而成的压力罐、皮囊、气体入口阀和油入口阀组成。皮囊材质按标准，通常采用丁腈橡胶（R）、丁基橡胶（IR）、氟化橡胶（FKM）、环氧乙烷-环氧化氯丙烷橡胶（CO）等材料。

Amesim之蓄能器

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。这种蓄能器可做成各种规格，适用于各种大小型液压系统；胶囊惯性小，反应灵敏，适合用作消除脉动；不易漏气，没有油气混杂的可能；维护容易、附属设备少、安装容易、充气方便，是目前使用最多的。管路消振器是直接安装在高压系统管路上的短管状蓄能器，结构如图4所示。这种蓄能器响应性能良好，能很好地消除高压高频系统中的高频振荡，多应用在高压消振系统中。

Amesim之蓄能器

气液直接接触式蓄能器充入惰性气体。优点是容量大、反应灵敏，运动部分惯性小，没有机械磨损。但是因为气液直接接触，尺寸小，充气压力有限；密封困难，气液相混的可能性大。所以这种蓄能器气体消耗量较大，元件易汽蚀，容积利用率低。附属设备多，投资大。
活塞式蓄能器利用活塞将气体和液体隔开，活塞和筒状蓄能器内壁之间有密封，所以油不易氧化。这种蓄能器寿命长、重量轻、安装容易、结构简单、维护方便，但是反应灵敏性差，不适于低压吸收脉动。隔膜式蓄能器是两个半球形壳体扣在一起，两个半球之间夹着一张橡胶薄膜，将油和气分开。其重量和容积比最小，反应灵敏，低压消除脉动效果显著。隔膜式蓄能器橡胶薄膜面积较小，气体膨胀受到限制，所以充气压力有限，容量小。

蓄能器的功能蓄能器的功能主要分为存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量四大类。
一、存储能量。这一类功用在实际使用中又可细分为：①作辅助动力源，减小装机容量；②补偿泄漏；③作热膨胀补偿；④作紧急动力源；⑤构成恒压油源。
以上五种功能原理基本相同，都主要应用蓄能器能够较大量存储能量的功能。其主要区别是参数选择不同，采用不同的参数选择公式就可以实现所需功能，满足所需要求。
二、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，使系统压力在短时间内快速升高，造成仪表、元件和密封装置的损坏，并产生振动和噪声。为保证吸收效果，蓄能器应设置在冲击点附近，所以蓄能器一般装设在控制阀或液压缸等冲击源之前，可以很好地吸收和缓冲液压冲击。
三、消除脉动、降低噪声。对于采用柱塞泵且其柱塞数较少的液压系统，泵流量周期变化使系统产生振动。装设蓄能器，可以大量吸收脉动压力和流量中的能量，在流量脉动的一个周期内。瞬时流量高于平均流量的部分油液被蓄能器吸收，低于平均流量部分由蓄能器补充，这就吸收了脉动中的能量，降低了脉动，减小了对敏感仪器和设备的损坏程茺。
四、回收能量。用蓄能器回收能量是目前研究较多的一个领域。能量回收可以提高能量利用率，是节能的一个重要途径。蓄能器因为可以暂存能量，所以可以用来回收多种功能、位置势能。这方面的主要研究有：①回收车辆制动能量；②回收工程机械动臂机构位能；③回收液压挖掘机转台制动能量；④回收石油修井机及钻机管下落重力势能；⑤回收电梯下行重力势能。

蓄能器的仿真