Понимание аккумуляции: Типы, функции и структуры

I. Принцип работы аккумулятора

В гидравлических системах аккумулятор - это устройство, использующее принцип баланса сил для изменения объема рабочего масла, тем самым накапливая и высвобождая гидравлическую энергию.

Как показано на рисунке 1, аккумулятор состоит из четырех частей: корпуса, поршня, газообразного азота высокой чистоты (или, возможно, пружины) над поршнем и рабочего масла, подключенного к системе под поршнем. Рабочий процесс можно разделить на два этапа: накопление и высвобождение энергии.

1-оболочка
2-поршневой
3- Высокочистый газообразный азот (или, возможно, пружина)
4-Рабочее масло

1. Стадия накопления энергии

Как показано на рис. 1a, аккумулятор находится в состоянии предварительного накопления энергии, когда рабочее масло и высокочистый азотный газ (или сила пружины) над и под поршнем находятся в равновесном состоянии. Газ азота высокой чистоты находится в предварительно заряженном состоянии (или пружина находится в предварительно сжатом состоянии), а объем рабочего масла составляет V₁.

При увеличении давления в системе давление рабочего масла также увеличивается, толкает поршень вверх, и рабочее масло из системы поступает в аккумулятор (объем увеличивается до V₂) до достижения равновесного состояния, как показано на рисунке 1b.

В это время объем рабочего масла (V₂- V₁) поступает в аккумулятор для хранения. Этот этап называется этапом накопления энергии. На этом этапе в аккумуляторе сохраняется определенное давление и объем (V₂- V₁) рабочего масла.

2. Стадия освобождения

Когда гидравлическая система При выполнении операций открытия или закрытия давление в системе ниже, чем давление рабочего масла в аккумуляторе. Под действием давления газа (или силы пружины) поршень толкается вниз, и рабочее масло поступает в систему до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, как показано на рис. 1c. Эта стадия называется стадией выпуска. На этом этапе часть рабочего масла, накопленного на этапе накопления энергии, сбрасывается в систему.

Из вышесказанного видно, что при изменении давления в системе давление рабочего масла в аккумуляторе изменяется соответствующим образом. В соответствии с принципом баланса сил, поршень перемещается, и объем рабочего масла изменяется соответственно. Такое многократное накопление и высвобождение энергии позволяет достичь цели аккумулятора.

II. Классификация аккумуляторов

На сайте гидравлические системыВ зависимости от вещества, воздействующего на рабочее масло, аккумуляторы делятся на газовые и пружинные. Каждый тип аккумулятора имеет различные формы, основанные на его структуре. Конкретные классификации таковы:

III. Структура типовых аккумуляторов

1. Газонаполненный аккумулятор

Принцип работы газонаполненного аккумулятора заключается в использовании высокочистого азотного газа, предварительно нагнетаемого в аккумулятор, для уравновешивания давления масла, нагнетаемого в аккумулятор гидравлическим насосом. Когда системе требуется масло, оно вытекает под давлением газа. Газозарядные аккумуляторы делятся на изолированные и прямого контакта.

Изолированный аккумулятор: Изолированный аккумулятор - это аккумулятор, в котором между газом и жидкостью внутри аккумулятора имеется сепаратор, не позволяющий газу легко смешиваться с жидкостью. Этот тип аккумуляторов эффективно использует сжимаемость газа и поэтому широко применяется. По форме сепаратора аккумуляторы делятся на гибкие и негибкие.

Гибкие аккумуляторы, такие как пузырьковые, используются в гидравлических системах, а негибкие, такие как поршневые и дифференциально-поршневые, наиболее часто применяются в гидравлических системах.

(1) Накопитель для мочевого пузыря

Принцип работы пузырькового аккумулятора основан на законе Бойля, а его типичная структура показана на рисунке 2.

1-Инфляционный клапан
2-оболочка
3-Bladder
4-Клапан для грибов
5Корпус клапана в сборе
6-Полукруглый зажим
7-гайка
8-прокладка
9-О-кольцо
10-Затяжная гайка

Перед использованием сначала заполните пузырь 3 в аккумуляторе азотом под заданным давлением, а затем с помощью гидравлического насоса наполните аккумулятор маслом. Под действием давления масла грибовидный клапан 4 открывается, и масло поступает в контейнер, сжимая пузырь. Когда давление в газовой и масляной камерах одинаково, пузырь находится в состоянии равновесия, а давление в аккумуляторе равно давлению насоса. Когда системе требуется масло, пузырь расширяется под действием давления газа, постепенно выдавливая масло.

Преимущества этого типа аккумуляторов: газовая и масляная камеры разделены пузырем, что обеспечивает надежную герметизацию и отсутствие утечек между ними; пузырь обладает малой инерцией, быстро реагирует, компактен по структуре, имеет небольшие размеры, малый вес, прост в обслуживании и часто используется в гидравлических системах с малообъемными пузырьковыми аккумуляторами для поглощения пульсаций давления или в качестве буфера. Он также используется в ситуациях с низкой рабочей мощностью и давлением для накопления энергии в гидравлических системах.

Типичная структура пузырькового аккумулятора показана на рисунке 2a. Он состоит из надувного клапана 1, оболочки 2, мочевого пузыря 3 и грибовидного клапана 4. Оболочка 2 представляет собой сосуд под давлением с отверстием в верхней части для размещения надувного клапана 1. Полностью закрытый мочевой пузырь 3, изготовленный из синтетического каучука, прижимается к штоку клапана, образуя герметичное пространство.

После того как пузырь вставляется через отверстие в нижнем конце оболочки, он крепится к верхней части оболочки с помощью затяжной гайки 10. Узел корпуса клапана 5 зажимается парой полукруглых зажимов 6, установленных внутри отверстия оболочки и фиксирующих плечо корпуса клапана 5. Он устанавливается в нижней части оболочки и вместе с уплотнительным кольцом 9 и прокладкой 8 затягивается гайкой 7.

Функция грибовидного клапана 4 в узле корпуса клапана 5 заключается в том, чтобы предотвратить расширение пузырька из оболочки, когда все масло вытечет. Аккумуляторы этого типа имеют уплотнительное кольцо на отверстии оболочки. Когда внутреннее давление в оболочке увеличивается до давления разрыва, отверстие оболочки расширяется первым, что приводит к выдавливанию уплотнительного кольца, безопасно сбрасывая давление масла.

Выше описан пузырьковый аккумулятор с конструкцией типа А. Такой тип аккумулятора неудобен для замены пузырька. Поэтому верхняя часть оболочки и пузырька имеет конструкцию с "открытым верхом", как показано на рисунке 2b, и называется пузырьковым аккумулятором типа B.

(2) Поршневой аккумулятор

Поршневой аккумулятор использует поршень для разделения масла и азота, как показано на рисунке 3. Преимуществами этого типа аккумуляторов являются: простота конструкции и длительный срок службы. Однако поршень обладает высокой инерцией и сопротивлением трению уплотнения, что приводит к плохой отзывчивости; он требует высокой точности обработки и трудно уплотняется, что делает его непригодным для поглощения пульсаций и гидравлических ударов.

1-поршневой
2-цилиндровый
3-Надувной цилиндр

В гидравлических системах эта структура обычно используется для накопления энергии. Широко используемый поршневой аккумулятор для накопления энергии в гидравлических системах показан на рисунке 4.

2. Пружинный аккумулятор

В аккумуляторах этого типа сила пружины, действующая на поршень, уравновешивает давление масла, накапливая энергию давления. Давление, создаваемое аккумулятором, зависит от жесткости и сжатия пружины.

К распространенным типам относятся спиральные пружины сжатия и тарельчатые пружины. Аккумулятор со спиральной пружиной показан на рисунке 5. Этот тип аккумуляторов имеет простую конструкцию и относительно быстро реагирует, а срок его службы зависит от срока службы пружины.

1-оболочка
2-весна
3-поршневой
4-Масляная камера
5-обложка

Они используются для накопления и буферизации энергии в системах малой емкости, низкого давления и низкой частоты циклов, и, как правило, не применяются в гидравлических системах. В гидравлических системах обычно используются тарельчатые пружинные аккумуляторы, как показано на рисунке 6.

1-Энергоаккумуляторный поршень
2-позиционное отверстие
3-опорное кольцо
4-жилье
5-Опорная тарельчатая пружина
Комплект пружин на 6 дисков

3. Функция аккумулятора

Аккумулятор - это устройство, используемое для накопления энергии давления гидравлической жидкости, которое при необходимости может высвободить эту энергию для выполнения полезной работы. Его основные функции в гидравлической системе следующие:

(1) Накопление гидравлической энергии

Основное применение аккумулятора в гидравлических механизмах. Когда требуемый расход сильно варьируется на разных этапах рабочего цикла гидравлической системы, аккумулятор часто используется в сочетании с насосом меньшего размера, образуя источник масла. Если система требует небольшого расхода, аккумулятор накапливает избыточный поток от гидравлического насоса; если система требует большого расхода в течение короткого периода времени, аккумулятор высвобождает запасенную гидравлическую жидкость для подачи масла в систему вместе с гидравлическим насосом.

Кроме того, когда гидравлический насос прекращает подачу масла в систему, аккумулятор обеспечивает подачу масла под давлением в систему для компенсации утечек или поддержания постоянного давления в системе. Он также может использоваться в качестве аварийного источника энергии в случае отказа гидравлического насоса.

(2) Поглощение ударов и пульсаций давления

Второстепенное применение аккумулятора в гидравлических механизмах. В гидравлической системе аккумулятор используется для поглощения ударных давлений, возникающих при резком изменении скорости потока жидкости (например, при внезапном переключении распределителя или внезапном прекращении движения груза в гидроцилиндре), тем самым снижая пиковое значение ударных давлений.

Пульсация потока в гидравлическом насосе может вызвать неравномерную скорость перемещения груза и пульсации давления. Поэтому в системах, требующих относительно равномерной скорости перемещения груза, на выходе насоса следует устанавливать соответствующий аккумулятор для повышения стабильности работы системы.