液压蓄能器

液压气动系统中的能量储蓄装置

液压蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。

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，直到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。

分类

蓄能器按加载方式可分为弹簧式和活塞式两种。

弹簧式

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，而且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。

活塞式

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。如图1：弹簧式蓄能器所示，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。

气体式

它以波义尔定律（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，液压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。

用途

液压蓄能器有两种用途。①当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量，液压泵多余的流量储入蓄能器，当载荷要求流量大于液压泵流量时，液体从蓄能器放出来，以补液压泵流量之不足。②当停机但仍需维持一定压力时，可以停止液压泵而由蓄能器补偿系统的泄漏，以保持系统的压力。

液压蓄能器也可用来吸收液压泵的压力脉动或吸收系统中产生的液压冲击压力。蓄能器中的压力可以用压缩气体、重锤或弹簧来产生，相应地蓄能器分为气体式、重锤式和弹簧式。气体式蓄能器中的气体与液体直接接触者，称为接触式，其结构简单，容量大，但液体中容易混入气体，常用于水压机上。气体与液体不接触的称为隔离式，常用皮囊和隔膜来隔离，皮囊体积变化量大，隔膜体积变化量小，常用于吸收压力脉动。重锤式容量较大，常用于轧机等系统中，供蓄能用。

分类功用

液压蓄能器的种类主要分为：弹簧式和充气式。蓄能器的功用（1）短期大量供油（2）系统保压3）应急能源（4）缓和冲击压力（5）吸收脉动压力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。

第一类：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。

第二类：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。

第三类：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。

第四类：回收能量。用蓄能器回收能量是目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。

使用维修

液压蓄能器的使用维修主要包括蓄能器的安装维护、故障诊断与排除及修理等。蓄能器的安装包括安装前的检查、安装、充氮等。正确的安装固定与充气，是蓄能器正常运行、发挥应有作用的重要条件。参数的测量与各类工具仪表的正确使用不可忽略。

液压蓄能器在使用过程中防泄漏，要定期对气囊进行气密性检查及其他方面的检查。因此，日常检查与维护保养不可少。日常检查即用目视、听觉和手摸及仪表等简单的方法进行外观及状态的检查，检查时既要检查局部也要注意设备整体。在检查中发现的异常情况，对妨碍蓄能器继续工作的应作应急处理；对其他的则应仔细雨观察并记录，到定期维护时予以解决。一些损坏的零部件也需要及时更换。主动维护是继故障维修、预防维修、状态维修后，国际上来提出的一种新的设备管理理论。它的定义是：对导致设备损坏的根源性参数进行修复，从而有效地防止失效的发生，延长设备的使用寿命。主动维护是在设备磨损之前针对其根源问题采取的措施，有效地控制磨损及失效的发生，从而大幅度地延长修理周期。主动维护不但为液压设备与元件可造运行提供保障，同时可大幅度降低维修成本。

液压蓄能器在液压系统中属于危险部件，所以在操作过程中要特别注意安全。蓄能器故障诊断与排除，既包括蓄能器本身故障的诊断与排除，又涉及蓄能器所在液压系统的故障诊断与排除，两者之间相互交织。故障诊断的主要工作内容有：①判定故障的性质与严重程度。根据现场状况，判断是否存在故障，是什么性质的问题（压力、速度、动作还是其他），问题的严重程度（正常、轻微故障、一般故障、还是严重故障）。②查找失效元件及失效位置。根据症状及相关信息，找出故障点，以便进一步排除故障，这里主要弄清“问题出在何处”。③进一步查找引起故障的初始原因。如液压油污染，元件可靠性低，环境因素不合要求等。这里主要弄清故障的外部原因。④机理分析。对故障的因果关系链进行深入地分析与探讨，弄清问题产生的来龙去脉。⑤预测故障发展趋向。根据系统磨损劣化的现状及速度、元件使用寿命的理论与经验数据，预测蓄能器或液压系统将来的状况。分析、对比、统计、归纳与综合，找出规律。

液压蓄能器充气：蓄能器补充氮气通常有两种方式：1，当蓄能器使用压力低于8MPa时可通过氮气瓶和充氮工具来补充氮气，将充氮工具一端与氮气瓶相连，另一端与蓄能器相连，打开氮气瓶阀门即可完成充气。2，当蓄能器使用压力高于8MPa时，通过氮气瓶和充氮工具已无法完成充气，在这种情况下可用充氮车，充工具，氮气瓶三者配合使用来给蓄能器补充氮气。首先用高压软管将氮气瓶和充氮车进气口连接起来，充氮车出气口通过充氮工具与蓄能器进气口连接起来，在充氮车上设定好输出压力，然后打开氮气瓶阀门，充氮车接上电源，打开充氮车开机旋钮即可完成充气。

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