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液壓氣動系統(tǒng)中的一種能量儲蓄裝置——蓄能器

蓄能器是液壓氣動系統(tǒng)中的一種能量儲蓄裝置。它在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)將系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能或位能儲存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時，又將壓縮能或位能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜恚匦卵a(bǔ)供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)瞬間壓力增大時，它可以吸收這部分的能量，以保證整個系統(tǒng)壓力正常。

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(zhì)來轉(zhuǎn)換、蓄積壓力能。例如，利用氣體（氮氣）的可壓縮性質(zhì)研制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，位于皮囊周圍的油液與油液回路接通。當(dāng)壓力升高時油液進(jìn)入蓄能器，氣體被壓縮，直到系統(tǒng)管路壓力不再上升；當(dāng)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系統(tǒng)中的過剩壓力能轉(zhuǎn)化為彈簧勢能存儲起來，需要時釋放出去。其結(jié)構(gòu)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，所以只適合小容量、低壓系統(tǒng)（P≦1.0～1.2MPa），或者用作緩沖裝置。

活塞式

它通過提升加載在密封活塞上的質(zhì)量塊把液壓系統(tǒng)中的壓力能轉(zhuǎn)化為重力勢能積蓄起來。其結(jié)構(gòu)簡單、壓力穩(wěn)定。缺點是安裝局限性大，只能垂直安裝；不易密封；質(zhì)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(jīng)很少采用。但值得注意的是，有些研究部門從經(jīng)濟(jì)角度考慮在這兩種蓄能器的結(jié)構(gòu)上做一些改進(jìn)，在一定程度上克服了其缺點。

氣體式

它以波義爾定律（PVn=K=常數(shù)）為基礎(chǔ)，通過壓縮氣體完成能量轉(zhuǎn)化，使用時首先向蓄能器充入預(yù)定壓力的氣體。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過蓄能器內(nèi)部壓力時，油液壓縮氣體，將油液中的壓力轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能；當(dāng)系統(tǒng)壓力低于蓄能器內(nèi)部壓力時，蓄能器中的油在高壓氣體的作用下流向外部系統(tǒng)，釋放能量。選擇適當(dāng)?shù)某錃鈮毫κ沁@種蓄能器的關(guān)鍵。這類蓄能器按結(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)退龠\(yùn)動時載荷需要的流量小于液壓泵流量，液壓泵多余的流量儲入蓄能器，當(dāng)載荷要求流量大于液壓泵流量時，液體從蓄能器放出來，以補(bǔ)液壓泵流量之不足。

②當(dāng)停機(jī)但仍需維持一定壓力時，可以停止液壓泵而由蓄能器補(bǔ)償系統(tǒng)的泄漏，以保持系統(tǒng)的壓力。

蓄能器也可用來吸收液壓泵的壓力脈動或吸收系統(tǒng)中產(chǎn)生的液壓沖擊壓力。蓄能器中的壓力可以用壓縮氣體、重錘或彈簧來產(chǎn)生，相應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，容量大，但液體中容易混入氣體，常用于水壓機(jī)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，常用于吸收壓力脈動。重錘式容量較大，常用于軋機(jī)等系統(tǒng)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）系統(tǒng)保壓

（3）應(yīng)急能源

（4）緩和沖擊壓力

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

一類：存儲能量。這一類功用在實際使用中又可細(xì)分為：

①作輔助動力源，減小裝機(jī)容量；

②補(bǔ)償泄漏；

③作熱膨脹補(bǔ)償；

④作緊急動力源；

⑤構(gòu)成恒壓油源。

第二類：吸收液壓沖擊。換向閥突然換向、執(zhí)行元件運(yùn)動的突然停止都會在液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生壓力沖擊，使系統(tǒng)壓力在短時間內(nèi)快速升高，造成儀表、元件和密封裝置的損壞，并產(chǎn)生振動和噪聲。為保證吸收效果，蓄能器應(yīng)設(shè)置在沖擊點附近，所以蓄能器一般裝設(shè)在控制閥或液壓缸等沖擊源之前，可以很好地吸收和緩沖液壓沖擊。

第三類：消除脈動、降低噪聲。對于采用柱塞泵且其柱塞數(shù)較少的液壓系統(tǒng)，泵流量周期變化使系統(tǒng)產(chǎn)生振動。裝設(shè)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(nèi)。瞬時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補(bǔ)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(shè)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(lǐng)域。能量回收可以提高能量利用率，是節(jié)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。

這方面的主要研究有：

①回收車輛制動能量；

②回收工程機(jī)械動臂機(jī)構(gòu)位能；

③回收液壓挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺制動能量；

④回收石油修井機(jī)及鉆機(jī)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(hù)、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(yùn)行、發(fā)揮應(yīng)有作用的重要條件。參數(shù)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(jìn)行氣密性檢查及其他方面的檢查。因此，日常檢查與維護(hù)保養(yǎng)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(jìn)行外觀及狀態(tài)的檢查，檢查時既要檢查局部也要注意設(shè)備整體。在檢查中發(fā)現(xiàn)的異常情況，對妨礙蓄能器繼續(xù)工作的應(yīng)作應(yīng)急處理；對其他的則應(yīng)仔細(xì)雨觀察并記錄，到定期維護(hù)時予以解決。一些損壞的零部件也需要及時更換。主動維護(hù)是繼故障維修、預(yù)防維修、狀態(tài)維修后，國際上來提出的一種新的設(shè)備管理理論。它的定義是：對導(dǎo)致設(shè)備損壞的根源性參數(shù)進(jìn)行修復(fù)，從而有效地防止失效的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命。主動維護(hù)是在設(shè)備磨損之前針對其根源問題采取的措施，有效地控制磨損及失效的發(fā)生，從而大幅度地延長修理周期。主動維護(hù)不但為液壓設(shè)備與元件可造運(yùn)行提供保障，同時可大幅度降低維修成本。

蓄能器在液壓系統(tǒng)中屬于危險部件，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系統(tǒng)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(nèi)容有：

①判定故障的性質(zhì)與嚴(yán)重程度。根據(jù)現(xiàn)場狀況，判斷是否存在故障，是什么性質(zhì)的問題（壓力、速度、動作還是其他），問題的嚴(yán)重程度（正常、輕微故障、一般故障、還是嚴(yán)重故障）。

②查找失效元件及失效位置。根據(jù)癥狀及相關(guān)信息，找出故障點，以便進(jìn)一步排除故障，這里主要弄清“問題出在何處”。

③進(jìn)一步查找引起故障的初始原因。如液壓油污染，元件可靠性低，環(huán)境因素不合要求等。這里主要弄清故障的外部原因。

④機(jī)理分析。對故障的因果關(guān)系鏈進(jìn)行深入地分析與探討，弄清問題產(chǎn)生的來龍去脈。

⑤預(yù)測故障發(fā)展趨向。根據(jù)系統(tǒng)磨損劣化的現(xiàn)狀及速度、元件使用壽命的理論與經(jīng)驗數(shù)據(jù)，預(yù)測蓄能器或液壓系統(tǒng)將來的狀況。分析、對比、統(tǒng)計、歸納與綜合，找出規(guī)律。 

蓄能器充氣：蓄能器補(bǔ)充氮氣通常有兩種方式：

1，當(dāng)蓄能器使用壓力低于8MPa時可通過氮氣瓶和充氮工具來補(bǔ)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(dāng)蓄能器使用壓力高于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(bǔ)充氮氣。首先用高壓軟管將氮氣瓶和充氮車進(jìn)氣口連接起來，充氮車出氣口通過充氮工具與蓄能器進(jìn)氣口連接起來，在充氮車上設(shè)定好輸出壓力，然后打開氮氣瓶閥門，充氮車接上電源，打開充氮車開機(jī)旋鈕即可完成充氣。