蓄能器的類型及綜合使用論述

任建英 張煜

（江西銅業加工事業部，江西 南昌 330096）

1 蓄能器的類型

蓄能器是液壓系統中的一種能量儲存裝置，在液壓系統中起著非常關鍵的作用，蓄能器根據蓄能方式的不同可以分為重力加載式、彈簧加載式和氣體加載式三大類。

重力加載式蓄能器是利用重物的垂直位置變化來儲存釋放液壓能，這種蓄能器產生壓力的大小取決于重物及柱塞面積的大小，它能提供大容量、壓力恒定的液體，缺點是體積龐大，反應不靈敏，這種蓄能器主要使用在有固定的大型重型液壓設備，也是最原始的一種蓄能器。

彈簧式蓄能器是是利用安裝在蓄能器內部的彈簧儲存釋放能量，彈簧在壓縮中儲存能量，在伸長過程把能量逐步釋放出來，彈簧式蓄能器的優點是結構簡單，體積小，反應很靈敏，缺點是由于彈簧限制，只能用于小型、低壓的液壓系統中。

氣體加載式蓄能器的工作原理建立在波義爾定律基礎上。使用時首先向蓄能器充入預定壓力的氣體或氮氣，當系統壓力超過蓄能器內部氣體壓力時，油液壓縮氣體，這樣氣體被壓縮，把能量儲存起來，當系統壓力低于蓄能器內部壓力時，蓄能器中的介質在高壓氣體的作用下流向外部系統，釋放能量。選擇適當的充氣壓力是這種蓄能器的關鍵。氣體加載式蓄能器按結構又可分為隔膜式、活塞式、氣囊式和非隔離式等。

隔膜式蓄能器有兩個半球形殼體，兩個半球形殼體之間夾著一個橡膠隔膜，橡膠隔膜把蓄能器內部的液體和氣體分開，其最大壓力位8～10:1，隔膜式蓄能器與活塞式、氣囊式蓄能器相比，具有體積小、重量輕、響應快，低壓消除脈動效果顯著等特點，因此被廣泛應用，隨著工業的發展及工作頻率的提高，對隔膜式蓄能器的要求也愈來愈高，因此蓄能器也易因故障而失效。其缺點是壓力小，一般最大為7Mpa，容積小，一般最大為11.4升。

活塞式蓄能器是利用的浮動活塞把內部的液體與氣體分開，活塞與桶狀蓄能器內壁之間有密封，其推薦的壓力位4:1，其結構簡單，使用壽命長，但是由于活塞慣性大，活塞與蓄能器內壁之間有摩擦阻力等原因，導致活塞式蓄能器反應靈敏度差，內部的氣體與液體存在相互滲透的可能性，活塞式蓄能器最好是垂直安裝，也可以水平安裝，由于活塞與桶壁之間需要良好的密封，所以活塞式蓄能器對液壓介質有特殊要求，要注意保持介質的清潔，因為過臟的介質會使密封過早的損壞，使介質與氣體混在一起，導致蓄能器失效。

氣囊式蓄能器由耐壓殼體、彈性氣囊、充氣閥、提升閥、油口等組成，提升閥的作用是防止油液排盡后氣囊被擠出體外，設計允許的最大壓力位4:1，其優點是其慣性小，反應靈敏，適合用作消除脈動；皮囊將油氣隔開，油氣不會混合（不破裂的情況下）；維護容易、附屬設備少、安裝容易、充氣方便。但是一定要注意選擇適當的充氣壓力并且要限制最大排液流量，缺點是容積小。

非隔離式蓄能器是氣體與介質直接接觸，優點是容量大，反應靈敏，缺點是氣體易被介質吸收，氣體消耗量大，液壓元件易氣蝕損壞，該蓄能器現在很少使用。

2 蓄能器的用途

（1）作輔助動力源，減小裝機容量，某些液壓元件是間隙工作，其總的工作時間短，在非工作期間，泵向蓄能器供油，工作期間泵和蓄能器一起向液壓元件供油，這樣就可以采用較小的泵和動力機來完成工作。

表1

（2）補償泄露、保持恒壓。對于需要長時間不動但是又需要保壓的液壓系統，長時間開動泵實行保壓是不經濟的，采用蓄能器實行保壓，從而使泵泄壓，在低負荷狀態下運轉，可以減少能量消耗，延長泵的使用壽命。

（3）作緊急動力源，有些液壓系統在泵出現故障突然停止工作時，要求執行元件必須完成某個執行動作或者要求提供壓力油時，這時蓄能器內部儲存的能量就可以立即釋放出來。

（4）吸收液壓沖擊。換向閥突然換向，液壓泵突然停車，執行元件突然停止運動等原因，會使液體流動速度和方向產生變化，在液壓系統中產生沖擊，壓力高達正常值的數倍，這時如果溢流閥來不及動作，就會使系統元件受損，若在靠近沖擊源附近安裝蓄能器，就可以吸收沖擊，保護液壓系統。

（5）補償熱膨脹。在封閉的液壓系統，由于溫度的升高，液體受熱膨脹，壓力升高，如果在管路中安裝一個蓄能器就可以吸收由于溫度的變化造成的壓力變化。

（6）用來輸送異性液體、有毒液體。利用蓄能器的隔離件將被輸送的異性液體隔開，通過隔離件的往復運動將液壓油的能量傳遞給異性液體。

（7）補油。由于液壓系統存在泄漏的可能性，可以利用安裝在系統中的蓄能器補充由于泄漏、降溫等引起的油液損失。

3 蓄能器的選擇

針對不同場合選擇不同的蓄能器是非常重要的，有一些常用的規則可以提供一些參考。

（1）對于吸收沖擊和消除脈動，氣囊式蓄能器和隔離式蓄能器比較好，一般認為活塞式蓄能器反應靈敏度差，不宜用來消除脈動和吸收沖擊，但是實際上活塞式蓄能器與氣囊式蓄能器靈敏度差別不是太大。

（2）活塞式蓄能器由于其特殊的結構，決定了其對油液的清潔度要求較高，如果液壓系統不能保證所需要的清潔度，或者清潔度達不到要求，就不能采用活塞式蓄能器，在這種情況下只能采用隔膜式蓄能器和氣囊式蓄能器，這兩種蓄能器對油液清潔度要求沒有那么高，對于以水位介質的系統，也應該采用隔膜式蓄能器和氣囊式蓄能器，因為水中容易攜帶雜質且潤滑性差，也不宜采用活塞式蓄能器。

（3）活塞式蓄能器的失效是一個緩慢的過程，而氣囊式蓄能器的失效是在一瞬間就可以完成，所以在選用蓄能器時要特別注意到這一點，如果在液壓系統中蓄能器的失效不能對執行元件造成嚴重影響，就可以選用氣囊式蓄能器，相反的，如果由于蓄能器的失效會產生嚴重后果，甚至產生重大安全事故，就必須選用活塞式蓄能器，例如汽車的液壓轉向用蓄能器，就必須采用活塞式蓄能器。

（4）在蓄能器的選擇上要考慮蓄能器的容積，不同蓄能器的最大是不同的，例如隔膜式蓄能器的最大容積才5L，活塞式蓄能器的最大容積可以達到420L，氣囊式蓄能器容積一般在5-60L。最大可以達到450L。

（5）不同蓄能器的響應時間不同，也就是靈敏度不同，活塞式蓄能器的反應較遲鈍，氣囊式蓄能器和隔膜式蓄能器響應時間很短，較靈敏，一般可以在25ms以內。

4 蓄能器的維護

適當的充氣壓力對于蓄能器的使用壽命非常重要，每種蓄能器都有額定的工作壓力，蓄能器在出廠時，說明書中都對充氣壓力做了明確說明，充氣時要別注意查看，不宜充入過高的充氣壓力。壓力過高，將導致密封、氣囊等元件的損壞。對于活塞式蓄能器來說，過高的充氣壓力，會使在最低壓力排液時，活塞太靠近端蓋，活塞容易撞擊端蓋，降低蓄能的使用壽命。對于氣囊式蓄能器來說，壓力過高，在排液時，氣囊易被推入提升閥，造成提升閥和氣囊的損壞。

保持油液清潔，油液中混入雜質，雜質隨著液體在系統中流動，會使蓄能的密封件磨損加快，蓄能器容易泄漏。所以在系統中安裝一定精度的過濾器顯得非常重要，濾油器的選擇要根據承載能力，過濾精度、通油能力、阻力壓降等因素綜合考慮。具體選擇見表1。

不能再蓄能器上進行焊接、鉚焊及機械加工。蓄能器絕對禁止充氧氣，以免引起爆炸，不能在充油狀態下拆卸蓄能器，非隔離式蓄能器不能放空油液，以免氣體進入管路中，使用壓力不宜過高，防止過多氣體融入油中。

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