蓄能器，顧名思義，是可以儲存能量的裝置。蓄能器在液壓技術(shù)中有下列用途：1）減振，吸收沖擊。2）補充泄漏以保持壓力等。本文興迪源機械帶來液壓機蓄能器的作用、工作原理及分類。
一、液壓機蓄能器的作用：
蓄能器在液壓技術(shù)中有下列用途：
1）減振，吸收沖擊。
2）補充泄漏以保持壓力。
3）用在液壓缸只需要間歇動作，或短時間快速運動的系統(tǒng)中，作為輔助動力源，在液壓缸不動作時儲存泵排出的壓力油供運動時用，從而采用較小的泵。
4）作為應(yīng)急動力源。例如，西氣東輸工程中，大的天然氣閥門隨著輸氣管孤零零地呆在沙漠荒原里，也許幾年不需要動，但一旦有需要，要保證能立刻動作，關(guān)閉管道。特地鋪輸電線代價太高，就使用液壓蓄能器儲能，需要時釋放，推動閥門。
5）回收能量以使再利用，這點在當前關(guān)注節(jié)能時特別被青睞。
理論上，彈簧的彈力、重物的勢能或動能也可被用來儲能。但由于現(xiàn)代的工作壓力甚高，功率相對較大，需要蓄能器在短時間內(nèi)完成很大能量的儲存釋放。所以，現(xiàn)在基本上都只用高壓氣體來儲能。本書中，蓄能器皆特指氣體蓄能器。
二、液壓機蓄能器的工作原理：
1）工作過程
氣體被壓縮，壓力會增加。一定量氣體的體積與其壓力大致成反比。
蓄能器就是利用了氣體的這一特性。
蓄能器內(nèi)的氣體一般都是使用前預(yù)先充入的，達到一個預(yù)充氣壓力P0,這時氣體的體積V0就是蓄能器的容積(見圖8-21a)。
液壓油在壓力低于P0時，根本進不了蓄能器，蓄能器不起作用。
液壓油只有在壓力高于氣體壓力時，才能進入蓄能器。
隨著壓力油進入蓄能器，氣體被壓縮，壓力也不斷上升。
如果氣體積被壓縮到一半（見圖8-21b），即V1=V0/2，壓力就增加一倍；P1=2P0。
如果氣體體積被壓縮到1/4(見圖8-21c），即V2=V0/4，壓力就增加三倍：P2=4P0。
圖8-21蓄能器工作原理
a)初始狀態(tài)b)氣體被壓縮
c)氣體被進一步壓縮
所以，液壓油的壓力也需要相應(yīng)上升，才能不斷進入。
液壓油的壓力停止上升,也就不再能進入蓄能器。
進入蓄能器的液壓油的體積永遠不可能達到蓄能器的容積V0,因為這意味著氣體體積必須為零,則氣體的壓力會無窮大 。
氣體和液壓油的壓力,就是儲存的能量。
一旦油口的壓力下降,氣體就會把液壓油擠出蓄能器 。
液壓油被全部擠出蓄能器后,氣體的壓力也就降到P0。
2）安全標準
由于外殼耐壓強度與安全性的考慮,任何蓄能器都有一個許用壓力P4的限制。
蓄能器一旦外殼破裂會發(fā)生爆炸,所以,屬于要謹慎使用的產(chǎn)品,制造和使用都必須嚴格遵循相應(yīng)的國標與國際標準。
為了避免燃燒,通常蓄能器中使用的氣體都是氮氣。
三、液壓機蓄能器的分類：
為避免氣體進入液壓油,氣體與液壓油必須隔離。有不同的隔離方式:氣囊式、隔膜式和活塞式。
1）氣囊式蓄能器
氣囊式蓄能器(見圖8-22),容積可以很大,目前市售的可達450L,最高工作壓力可達100MPa。
圖8-22氣囊式蓄能器
a)結(jié)構(gòu)b)初始狀況c)被壓縮時d)氣囊被壓縮后
1一氣囊2一外殼3一啟閉閥A一氣口B一油口
最高工作壓力與預(yù)充氣壓力之比,術(shù)語稱壓縮比。氣囊式蓄能器的壓縮比一般不超過4。
由于磨損少,壽命長,氣囊損壞的話可更換,因此目前應(yīng)用最廣。
2）隔膜式蓄能器
隔膜式蓄能器大致如圖8-23所示。
圖8-23隔膜式蓄能器
a)外形b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1一啟閉閥2—隔膜3一外殼 A一氣口B一油口
工作容積一般在0.07~5L,最高工作壓力可達35MPa以上 。
壓縮比,一般不超過8。
其動態(tài)響應(yīng)特性一般較其他各類蓄能器高。
氣囊式和隔膜式蓄能器,壓縮比較低,主要是受氣囊和隔膜變形能力的限制。
3）活塞式蓄能器
活塞式蓄能器(見圖8-24)由于沒有變形元件,壓縮比理論上可以無限高。
8-24活塞式蓄能器 (派克)
8-24活塞式蓄能器 (派克)
a)外形b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1一密封圈2一活塞A一氣口B一油口
從而獲得較高的能量密度。但實際上由于受外殼強度的限制,目前最高工作壓力為80MP2a,容積最大為1200L。
因為對殼體內(nèi)壁表面的粗糙度有很高的要求,所以制造成本較高。
由于密封會磨損,導(dǎo)致泄漏,所以必須定期檢查。如果利用傳感器從外部監(jiān)測活塞位置,通過與壓力相比,就可在線確定是否有漏氣。
由于活塞的慣性一般相對較大,而且受到密封摩擦力的影響,因此動態(tài)響應(yīng)性能稍差,且壓力有滯回。
蓄能器要儲存較多能量時相當重。因此,會對整機重量與元件布置帶來不容忽視的影響。例如,據(jù)研發(fā)報告,20t挖掘機動臂下降約有280000J的能量,欲全部回收的話,需要一個至少50L的蓄能器，重約150kg。
目前正在研究如何減輕蓄能器。例如,采用高強度碳纖維纏繞技術(shù)(見圖8-25),可以降低殼體重量一半甚至十分之九。
圖8-25碳纖維纏繞蓄能器
但有些移動機械,本身就需要配重,如叉車、起重機等;有些不需要快速起動,如飛機牽引車等，蓄能器重些，問題就不大 。
生活經(jīng)驗,在用打氣筒給自行車輪胎打氣后,氣筒會發(fā)熱。這是因為,氣體在被壓縮時,不僅壓力會上升,溫度也會上升。而隨著散熱,溫度下降,壓力也會有所下降。所以,利用蓄能器儲能,要獲得較高的能效,還要注意保溫措施。
【興迪源機械簡介】
興迪源機械(Xingdi Machinery)是一家專注流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備制造企業(yè)。自2007年創(chuàng)立以來，興迪源機械一直致力于內(nèi)高壓成形的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)。主營產(chǎn)品范圍從生產(chǎn)普通液壓設(shè)備，現(xiàn)今發(fā)展至生產(chǎn)、研發(fā)國內(nèi)頂尖流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備。
興迪源機械是先進輕量化成形技術(shù)的提供者，從產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)、模具研制、方案定制，直至最終交付及提供增值服務(wù)，我們?yōu)榭蛻籼峁┑牟粌H僅是一臺液壓設(shè)備，而是一整套智能制造成形方案。
