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活塞式,皮囊式,隔膜式蓄能器優(yōu)缺點(diǎn)及選型

閱讀:4971        發(fā)布時(shí)間:2021-3-9

蓄能器在流體動(dòng)力系統(tǒng)中非常有用,它用來(lái)儲(chǔ)存能量、消除脈沖。它們可以用在液壓系統(tǒng)中,通過(guò)補(bǔ)充泵的流體,來(lái)減小流體泵的規(guī)格。這是通過(guò)在低需求階段,儲(chǔ)存泵里的能量完成的。他們可以作為波動(dòng)和脈沖的減緩和吸收器。他們可以緩沖捶擊, 在液壓回路中減少由于動(dòng)力氣缸的突然啟動(dòng)或停止所引起的振動(dòng)。當(dāng)液體受溫度升高和下降的影響時(shí),蓄能器可以在液壓系統(tǒng)中用來(lái)穩(wěn)定壓力變化。他們可以分配受壓流體,例如潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油。 

 

目前z常用的蓄能器是氣動(dòng)-液動(dòng)型式的。氣體的作用類似于緩沖彈簧,它和流體共同作用;氣體被活塞、薄隔膜或氣囊所分離。

 

活塞式蓄能器

優(yōu)點(diǎn):

1.壓力可以很高,雖然國(guó)內(nèi)活塞式蓄能器(3倍或更小安全系數(shù))只能做到21Mpa或31.5Mpa,但是拓步蓄能器(4倍安全系數(shù))活塞式常規(guī)型號(hào)可以做到138Mpa(1380 Bar),非常規(guī)型號(hào)可以更高;
2.耐高溫型號(hào)性能更穩(wěn)定,拓步耐高溫型號(hào)活塞式蓄能器可承受230攝氏度以下高溫;
3.可以承受很大的壓力波動(dòng)幅度,并適合串聯(lián)氣瓶或氣瓶組(大大提高容積利用率)。

4.通常使用壽命比皮囊式蓄能器更長(zhǎng);
5.相對(duì)于皮囊式的更換皮囊,活塞式更換密封件成本更低,操作更簡(jiǎn)便;
6.安裝容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便,充氣方便;

7.跟皮囊式突然失效(皮囊破裂而泄露)不同,活塞式一般具備多道密封,即使失效也是逐漸、緩慢地失效(泄露),對(duì)于某些設(shè)備或系統(tǒng),蓄能器的突然失效可能導(dǎo)致事故或重大損失,此時(shí)應(yīng)選用活塞式蓄能器;

8.活塞式蓄能器可以做得很大,拓步活塞式蓄能器的常規(guī)型號(hào)單件容積可以達(dá)到760升,非常規(guī)型號(hào)可以更大;

 

缺點(diǎn):

1.低壓情況下活塞因慣性影響大而不適于作高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng),故活塞式蓄能器不適于在低壓情形下用于吸收脈動(dòng)、高頻振動(dòng);(但其它如作輔助動(dòng)力源、蓄能保壓、吸收液壓沖擊、回收能量等功能上,活塞式和皮囊式的性能是相同的;另外,在高壓情況下,如13Mpa以上,壓力越高,活塞的慣性影響就越來(lái)越小,經(jīng)驗(yàn)證明,此時(shí)采用活塞式蓄能器尤其是小容積型號(hào)的,同樣可以很好地實(shí)現(xiàn)消減脈沖、吸收振動(dòng)、消除噪音的效果);
2.對(duì)殼體內(nèi)壁加工精度及密封件等要求很高,否則容易滲漏,各品牌的質(zhì)量差異較大;拓步活塞式蓄能器*的設(shè)計(jì),使?jié)B漏降至z低,通常連續(xù)使用3-5年才需要補(bǔ)充氣體;
3.殼體內(nèi)壁精度、密封材質(zhì)、潤(rùn)滑設(shè)計(jì)等,都會(huì)影響到活塞運(yùn)動(dòng)的摩擦力大小,各品牌的質(zhì)量差異較大;
4.活塞式蓄能器一般比皮囊式要重一些(拓步的某些輕型活塞式蓄能器除外);

5.活塞式蓄能器一般比皮囊式要貴(拓步蓄能器的一小部分活塞式型號(hào)比皮囊式價(jià)格便宜)。

 

皮囊式蓄能器

優(yōu)點(diǎn):

1.維護(hù)容易、附屬設(shè)備少、安裝容易、充氣方便。

2.皮囊(膠囊)慣性小,反應(yīng)靈敏,適合用作消除脈動(dòng);
3.皮囊將油氣隔開,油氣不會(huì)混合(不破裂的情況下);

 

缺點(diǎn):
1.皮囊的使用壽命通常較短(相對(duì)活塞式而言),而且各品牌的皮囊質(zhì)量差異很大;

2.導(dǎo)致皮囊壽命縮短而破裂的因素很多,其中包括皮囊本身的質(zhì)量壽命差異、皮囊裝配各步驟操作不當(dāng)(如事先未充液潤(rùn)滑)、預(yù)充氣各步驟操作不當(dāng)(如未能緩慢充氣)、預(yù)充氣壓力計(jì)算誤差、油口流速接近或超過(guò)7m/s、作儲(chǔ)能用時(shí)單次往復(fù)時(shí)間接近或少于10秒、皮囊在工作中與菌型閥相碰撞、溫度變化大(包括季節(jié)溫差大)、長(zhǎng)期橫向振動(dòng)搖晃、流體腐蝕、介質(zhì)內(nèi)微小固體雜質(zhì)慣性沖擊,等等;

3.皮囊破裂時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致蓄能器突然失效,同時(shí)油箱噴油、氣爆,導(dǎo)致系統(tǒng)事故或維修及停機(jī)等損失;
4.皮囊不能做得太大,否則影響皮囊壽命,美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)一般大為60升 ;

5.工作壓力不能太高,國(guó)內(nèi)z高(3倍或更小安全系數(shù))一般為31.5Mpa,拓步皮囊式蓄能器(4倍安全系數(shù))為51.8Mpa ;

6.在快速釋放油液時(shí),囊式蓄能器的菌型閥可能會(huì)提前關(guān)閉,導(dǎo)致蓄能器突然暫時(shí)失效;
7.因皮囊材質(zhì)為橡膠,強(qiáng)度不高,不能承受很大的壓力波動(dòng)(注意皮囊壓縮比),波動(dòng)幅度過(guò)大會(huì)大大降低皮囊壽命;所以同時(shí),皮囊式蓄能器一般也不適合串聯(lián)氣瓶或氣瓶組使用。

 

 

隔膜式蓄能器

優(yōu)點(diǎn):
1.其重量和容積比小,反應(yīng)靈敏,低壓消除脈動(dòng)*。
缺點(diǎn):
1.壓力小,一般大為25Mpa;
2.容積小,一般大為11.4升。

 

重力式蓄能器;

重力式蓄能器如圖3.3所示,重力式蓄能器利用提拉加載在活塞上的質(zhì)量,將液體的液壓能轉(zhuǎn)化為重物的重力勢(shì)能來(lái)儲(chǔ)存能量。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力穩(wěn)定,主要用于冶金等大型液壓系統(tǒng)的恒壓供油,其缺點(diǎn)是反應(yīng)慢,結(jié)構(gòu)龐大,安裝局限性大,只能垂直安裝、不易密封,現(xiàn)在已很少使用。

 

彈簧式蓄能器

彈簧式蓄能器如圖3.4所示,利用彈簧的壓縮和伸長(zhǎng)來(lái)儲(chǔ)存、釋放壓力能,它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,但由于彈簧伸縮量有限容量小,可用于小容量、低壓系統(tǒng)起緩沖作用,不適用于高壓或高頻的工作場(chǎng)合。

 

 

 

選型步驟

d一步:明確蓄能器的主要功能

1輔助動(dòng)力源

☆  提供一個(gè)輔助能源,即所儲(chǔ)存的能源能在高峰時(shí)刻應(yīng)用,以便選用較小的泵。用較小的泵,也可以實(shí)現(xiàn)在瞬間提供大量壓力油。

☆  平穩(wěn)保持液壓系統(tǒng)中一定的流量和壓力。

☆  補(bǔ)充液體容積以保持一定的壓力。

☆  當(dāng)液壓裝置發(fā)生故障、停泵或停電時(shí),作為應(yīng)急的動(dòng)力源,以便安全地做完一個(gè)工作循環(huán) ,如用于船舶液壓方向舵。

☆  較長(zhǎng)時(shí)間地使系統(tǒng)維持一個(gè)必須的高壓而無(wú)需開泵,以防止油料過(guò)熱減少泵磨損并節(jié)約能源。

☆  保持系統(tǒng)壓力:補(bǔ)充液壓系統(tǒng)的漏油,或用于液壓泵長(zhǎng)時(shí)期停止運(yùn)轉(zhuǎn)而要保持恒壓的設(shè)備上。

☆  驅(qū)動(dòng)二次回路:機(jī)械在由于調(diào)整檢修等原因而使主回路停止時(shí),可以使用蓄能器的液壓能來(lái)驅(qū)動(dòng)二次回路。

☆  穩(wěn)定壓力:在閉鎖回路中,由于油溫升高而使液體膨脹,產(chǎn)生高壓可使用蓄能器吸收,對(duì)容積變化而使油量減少時(shí),也能起補(bǔ)償作用。

☆  為設(shè)備的嚴(yán)重磨損區(qū)提供不問(wèn)斷但流量不大的潤(rùn)滑油。
建設(shè)工程、礦山設(shè)備中用于緊急情況下的操縱和剎車。

☆  注模鑄造設(shè)備操作中用于在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)提供高壓。

☆  機(jī)床上用于保持壓力以便采用小規(guī)模的油泵。

☆  汽輪機(jī)上用于提供潤(rùn)滑油。

☆  油井、井口防噴器上用于作關(guān)閉閘門的備用動(dòng)力。

☆  流體儲(chǔ)存,緊急能源,壓力補(bǔ)償,滲漏補(bǔ)償,熱脹吸收,增加流量。

☆  對(duì)于間歇負(fù)荷,能減少液壓泵的傳動(dòng)功率。當(dāng)液壓缸需要較多油量時(shí),蓄能器與液壓泵同時(shí)供油;當(dāng)液壓缸不工作時(shí),液壓泵給蓄能器充油,達(dá)到一定壓力后液壓泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

☆  具體分析一個(gè)例子:蓄能器的重要性在高壓EH油系統(tǒng)中,當(dāng)系統(tǒng)的多數(shù)油動(dòng)機(jī)快速開啟時(shí)(比如汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn),2個(gè)中壓調(diào)節(jié)門同時(shí)開啟,或者2900轉(zhuǎn)時(shí)的閥切換,6個(gè)高調(diào)門同時(shí)開啟),系統(tǒng)油壓必然快速下降,此時(shí)油泵來(lái)不及做出反映,蓄能器在設(shè)計(jì)上位置不僅靠近油動(dòng)機(jī)并且能比油泵更加迅速的向系統(tǒng)補(bǔ)充油液,避免系統(tǒng)油壓下降到9.7MPA時(shí)造成保護(hù)動(dòng)作而停機(jī)。

2吸收脈動(dòng)

☆  吸收液壓泵的壓力脈動(dòng)。

☆  減震,柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備減少振動(dòng)。

☆  噪聲衰減,柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備降低噪音。

☆  柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備降低能耗。

☆  使柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備輸出壓力更加平穩(wěn),平衡管路油壓波動(dòng)。

3吸收沖擊

☆  吸收緩沖 突發(fā)和劇烈的沖擊 造成的系統(tǒng)內(nèi)壓力巨變。

☆  緩和 閥在迅速關(guān)閉和變換方向時(shí) 所引起的水錘現(xiàn)象。

☆  在管道系統(tǒng)中減少因壓力巨變而產(chǎn)生的振動(dòng)和損失。

☆  吸收液體流路中的沖擊振動(dòng),以減少管路,裝置和儀表的損壞從而節(jié)約費(fèi)用。

☆  液壓傳動(dòng)中用于換向時(shí)吸收沖擊。

☆  叉車及車載升降臺(tái)等設(shè)備用于壓力突變時(shí)起阻尼作用。

☆  航空母艦上用于吸收飛機(jī)降落時(shí)對(duì)拉索的沖擊。

☆  涌流控制,力學(xué)平衡。

☆  緩和沖擊的蓄能器,應(yīng)選用慣性小的蓄能器,如Tobul氣囊式蓄能器。一般盡可能安裝在靠近發(fā)生沖擊的地方,并垂直安裝,油口向下。如實(shí)在受位置限制,垂直安裝不可能時(shí),再水平安裝。

         以上3個(gè)主要功能的選擇,無(wú)論選擇的是哪一項(xiàng),蓄能器在實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能的同時(shí),也可能對(duì)另2項(xiàng)功能有一定程度的作用。

 

第二步:依據(jù)主要功能對(duì)口計(jì)算蓄能器的容積和工作壓力

 

1 作輔助動(dòng)力源

V0—所需蓄能器的容積(m3)

p0—充氣壓力Pa,按0.9p1>p0>0.25 p2充氣

Vx—蓄能器的工作容積(m3)

p1—系統(tǒng)z低壓力(Pa)

p2—系統(tǒng)z高壓力(Pa)

n—指數(shù);等溫時(shí)取n=1;絕熱時(shí)取n=1.4

 

2 吸收泵的脈動(dòng)

A—缸的有效面積(m2)

L—柱塞行程(m)

k—與泵的類型有關(guān)的系數(shù):

   泵的類型  系數(shù)k

   單缸單作用 0.60

   單缸雙作用 0.25

   雙缸單作用 0.25

   雙缸雙作用 0.15

   三缸單作用 0.13

   三缸雙作用 0.06

p0—充氣壓力,按系統(tǒng)工作壓力的60%充氣

 

3 吸收沖擊

m—管路中液體的總質(zhì)量(kg)

υ—管中流速(m/s)

p0—充氣壓力(Pa),按系統(tǒng)工作壓力的90%充氣

注:

1.充氣壓力按應(yīng)用場(chǎng)合選用。   

2.蓄能器工作循環(huán)在3min以上時(shí),按等溫條件計(jì)算,其余均按絕熱條件計(jì)算。 

 

第三步:依據(jù)計(jì)算得出工作壓力查閱Tobul蓄能器相應(yīng)的壓力系列 

          蓄能器應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離熱源地地方。

          高溫環(huán)境請(qǐng)選用Tobul耐高溫型活塞式蓄能器,或者耐高溫型囊式蓄能器。

          需要耐燃油耐腐蝕的,請(qǐng)選用Tobul耐燃油耐腐蝕型蓄能器。

          流體介質(zhì)為水時(shí),請(qǐng)選用Tobul不銹鋼殼體或有防銹鍍層的蓄能器。

 

第四步:在相應(yīng)的壓力系列中尋找 與計(jì)算得出容積 z接近的型號(hào)

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