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活塞式,皮囊式,隔膜式蓄能器優(yōu)缺點及選型
蓄能器在流體動力系統(tǒng)中非常有用,，它用來儲存能量,、消除脈沖,。它們可以用在液壓系統(tǒng)中,，通過補充泵的流體，來減小流體泵的規(guī)格,。這是通過在低需求階段,，儲存泵里的能量完成的。他們可以作為波動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力氣缸的突然啟動或停止所引起的振動。當(dāng)液體受溫度升高和下降的影響時,，蓄能器可以在液壓系統(tǒng)中用來穩(wěn)定壓力變化。他們可以分配受壓流體,，例如潤滑脂和潤滑油,。
目前z常用的蓄能器是氣動-液動型式的。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：
1.壓力可以很高,，雖然國內(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)型號可以做到138Mpa（1380 Bar），非常規(guī)型號可以更高,；
2.耐高溫型號性能更穩(wěn)定,，拓步耐高溫型號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；
5.相對于皮囊式的更換皮囊,，活塞式更換密封件成本更低,，操作更簡便；
6.安裝容易,、結(jié)構(gòu)簡單,、維護方便，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)型號單件容積可以達到760升,，非常規(guī)型號可以更大,；
缺點：
1.低壓情況下活塞因慣性影響大而不適于作高頻往復(fù)運動，故活塞式蓄能器不適于在低壓情形下用于吸收脈動,、高頻振動,；（但其它如作輔助動力源、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越小，經(jīng)驗證明,，此時采用活塞式蓄能器尤其是小容積型號的,，同樣可以很好地實現(xiàn)消減脈沖、吸收振動、消除噪音的效果）,；
2.對殼體內(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,，使?jié)B漏降至z低，通常連續(xù)使用3-5年才需要補充氣體,；
3.殼體內(nèi)壁精度,、密封材質(zhì)、潤滑設(shè)計等,，都會影響到活塞運動的摩擦力大小,，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比皮囊式價格便宜）,。
皮囊式蓄能器
優(yōu)點：
1.維護容易、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；
3.皮囊將油氣隔開,，油氣不會混合（不破裂的情況下）,；
缺點：
1.皮囊的使用壽命通常較短（相對活塞式而言），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)充氣壓力計算誤差、油口流速接近或超過7m/s,、作儲能用時單次往復(fù)時間接近或少于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）,、長期橫向振動搖晃、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，可能會導(dǎo)致蓄能器突然失效,，同時油箱噴油,、氣爆，導(dǎo)致系統(tǒng)事故或維修及停機等損失,；
4.皮囊不能做得太大,，否則影響皮囊壽命，美國ASME標(biāo)準(zhǔn)一般大為60升 ,；
5.工作壓力不能太高,，國內(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,，囊式蓄能器的菌型閥可能會提前關(guān)閉，導(dǎo)致蓄能器突然暫時失效,；
7.因皮囊材質(zhì)為橡膠,，強度不高,不能承受很大的壓力波動（注意皮囊壓縮比），波動幅度過大會大大降低皮囊壽命,；所以同時,，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：
1.其重量和容積比小,，反應(yīng)靈敏,，低壓消除脈動*。
缺點：
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)化為重物的重力勢能來儲存能量,。其結(jié)構(gòu)簡單、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來儲存、釋放壓力能,，它的結(jié)構(gòu)簡單,，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合,。
選型步驟
d一步：明確蓄能器的主要功能
1輔助動力源 | ☆ 提供一個輔助能源,，即所儲存的能源能在高峰時刻應(yīng)用，以便選用較小的泵,。用較小的泵,，也可以實現(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,，作為應(yīng)急的動力源,，以便安全地做完一個工作循環(huán) ，如用于船舶液壓方向舵,。 ☆ 較長時間地使系統(tǒng)維持一個必須的高壓而無需開泵,，以防止油料過熱減少泵磨損并節(jié)約能源。 ☆ 保持系統(tǒng)壓力：補充液壓系統(tǒng)的漏油,，或用于液壓泵長時期停止運轉(zhuǎn)而要保持恒壓的設(shè)備上,。 ☆ 驅(qū)動二次回路：機械在由于調(diào)整檢修等原因而使主回路停止時，可以使用蓄能器的液壓能來驅(qū)動二次回路,。 ☆ 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,，對容積變化而使油量減少時,，也能起補償作用。 ☆ 為設(shè)備的嚴(yán)重磨損區(qū)提供不問斷但流量不大的潤滑油,。 ☆ 注模鑄造設(shè)備操作中用于在一個短時間內(nèi)提供高壓,。 ☆ 機床上用于保持壓力以便采用小規(guī)模的油泵,。 ☆ 汽輪機上用于提供潤滑油。 ☆ 油井,、井口防噴器上用于作關(guān)閉閘門的備用動力,。 ☆ 流體儲存,，緊急能源，壓力補償,，滲漏補償，熱脹吸收,，增加流量,。 ☆ 對于間歇負荷，能減少液壓泵的傳動功率,。當(dāng)液壓缸需要較多油量時,，蓄能器與液壓泵同時供油；當(dāng)液壓缸不工作時,，液壓泵給蓄能器充油,，達到一定壓力后液壓泵停止運轉(zhuǎn)。 ☆ 具體分析一個例子：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)油動機快速開啟時（比如汽輪機開始沖轉(zhuǎn),，2個中壓調(diào)節(jié)門同時開啟，或者2900轉(zhuǎn)時的閥切換,，6個高調(diào)門同時開啟）,，系統(tǒng)油壓必然快速下降，此時油泵來不及做出反映,，蓄能器在設(shè)計上位置不僅靠近油動機并且能比油泵更加迅速的向系統(tǒng)補充油液,，避免系統(tǒng)油壓下降到9.7MPA時造成保護動作而停機。 |
2吸收脈動 | ☆ 吸收液壓泵的壓力脈動,。 ☆ 減震,，柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備減少振動。 ☆ 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,。 |
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 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)生的振動和損失,。 ☆ 吸收液體流路中的沖擊振動，以減少管路,，裝置和儀表的損壞從而節(jié)約費用,。 ☆ 液壓傳動中用于換向時吸收沖擊。 ☆ 叉車及車載升降臺等設(shè)備用于壓力突變時起阻尼作用,。 ☆ 航空母艦上用于吸收飛機降落時對拉索的沖擊,。 ☆ 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。如實在受位置限制,，垂直安裝不可能時,，再水平安裝。 |
以上3個主要功能的選擇,，無論選擇的是哪一項,，蓄能器在實現(xiàn)該項功能的同時，也可能對另2項功能有一定程度的作用,。
第二步：依據(jù)主要功能對口計算蓄能器的容積和工作壓力
1 作輔助動力源
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)；等溫時取n=1,；絕熱時取n=1.4
2 吸收泵的脈動
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)用場合選用,。
2.蓄能器工作循環(huán)在3min以上時,，按等溫條件計算，其余均按絕熱條件計算,。
第三步：依據(jù)計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)安裝在遠離熱源地地方,。
高溫環(huán)境請選用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,，請選用Tobul耐燃油耐腐蝕型蓄能器。
流體介質(zhì)為水時,，請選用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 與計算得出容積 z接近的型號