CN1063746A - 通流型活塞式蓄能器 - Google Patents

Abstract

串联、通流式蓄能器具有第一个空心正圆形的圆 柱体，每一端均密封形成一壳体。第二个空心正圆柱 体同心地放在壳体内，并穿过壳体两端面。第二个圆 柱体在壳体内形成一环形容积，在靠近端面处至少有 一个孔，使流体流入环形容积中。在容积内有活塞， 将容积分成第一和第二腔，第一腔有气体，其压力大 约等于液压回路工作压力的一半。第二腔的流体通 过通孔与液压回路相通。壳体每一端都有管接头与 液压回路相连。

Description

一般来说，本发明是有关设置在流体传动系统中，用于暂时积蓄流体压力能或吸收压力脉动的蓄能器，尤其是有关用于液压作动器的串联，通流式蓄能器的。

用于流体传动系统的蓄能器一般可为通流（串联）式或瓶式。这些蓄能器通常有两个腔，它们用橡胶隔膜，皮囊或活塞隔开。其中一个腔通常充满压力气体，而另一腔与液压流体回路的流体连通。系统中产生的压力峰值由薄膜或皮囊的膨胀和收缩，或者由活塞在蓄能器的移动所吸收。

串联或通流式蓄能器通常具有一个园柱形壳体，内有一个与它同轴贯通的管状通路。通路的每一端均与液压流体回路连通。贯通壳体的管状通路的一部分可以作有许多孔，以便使液压流体能通过其壁面。通路的穿孔部分用橡胶套或皮囊包裹起来。在橡胶套与壳体之间的容积中充有压力气体。如在上例中一样，系统中压力的升高使橡胶套膨胀而压缩气体，从而吸收压力的变化。相反地，液压回路中压力的降低使得橡胶套紧紧地被压在通路上。

串联或通流式蓄能器通常具有一个一再发生的问题，就是皮囊损坏，这是由于压力峰值来得很快或较大，它经常使皮囊通过穿孔管被挤出。

瓶式蓄能器也存在着同样的问题，特别是假如橡胶隔膜或皮囊与屏蔽栅（screen）联接一起使用时更易产生这个问题。为了解决这个问题，有些蓄能器已经采用活塞代替隔膜。这种蓄能器已在美国专利4，835，967、4，742，473、4，667，473，4，644，976和4，278，403号中公布。在活塞型的瓶式蓄能器中，活塞在其一侧充有压力气体，而其相对的一侧与液压回路相通。然而，瓶式蓄能器的一个很大的缺点是，由于其尺寸关系，它限制了许多系统的设计。

长久以来就感觉到了，但仍未获得解决的要求是使串联，通流式蓄能器能够承受正常的压力变化，而压力气体腔不致损坏。

通流式蓄能器包括一园柱形壳体，其每一端都密封，並在其内包围着一个贯通全长的同轴的管子。在第一和第二个园柱体之间形成一环状容积，内有一个受到气体压力作用的环形活塞。在壳体的一端，通路作有许多孔，使得在通道与环形容积中活塞的一侧之间有流体连通。在通路穿孔端对面的活塞一侧的腔中可充压力气体。气体可通过一个穿过壳体的孔从外部充入，其压力可近似等于液压系统工作压力的一半大小。蓄能器还可配备一压力检测装置，该装置根据检测出的，气体腔的预先设定的压力大小，自动断开液压系统。

在流体传动系统内，蓄能器总是能吸收正常的压力变化的。系统中压力升高使蓄能器内的流体作用在蓄能器的环形活塞上。当流体压力超过活塞对面一侧的气体压力时，活塞产生运动，压力峰值被吸收。当液压系统压力降低，並且气体压力大于流体压力时，活塞产生运动，压缩流体，从而使系统压力升高。

从以下详细的说明和附图中，可以更好地了解本发明的优点和所带来的益处，其中：

图1为采用本发明液压系统的实例图;

图2为图1所示装置的液压系统原理图;

图3为本发明所设想的蓄能器的放大图;

图4为沿图3的4-4线所取的纵截面图;

图5为沿图4的5-5线所取的横截面图。

图1为采用本发明的液压系统的实例图。所述系统是在地球物理勘探领域中使用的液压激振装置10。地震式振动器通常具有一个巨大的质量块12，它通过活塞杆16（见图2）与和地面接触的底板14相连接。一般振动器安装在汽车20上，以便将振动器运输到要求的地面位置。然后将振动器放下至地面上，使底板14与地面紧密贴合。反作用式质量块12沿着活塞杆16作往复运动，活塞杆16则与底板连接。往复运动的反作用式质量块12所产生的功能，通过底板传到地面22，产生地震信号。

图2为驱动图1所示的激振装置10的液压系统原理图。压力补偿泵28将液压流体24从容器26中抽出。泵以很高的压力（大约3600磅/平方英寸（psi）），通过管路30将流体输送至管路32和34，管路32与34分别通向操纵阀36和伺服阀38。本发明设想的通流式蓄能器40串接在管路34中，该管路直接通向伺服阀38。压力表46和众所周知的瓶式蓄能器42与管道30並联，蓄能器的容量约为5加仑多。管路30还有一单向阀44和滤油器48。

伺服阀38将液压流体交替地通往活塞18两侧的其中一侧，活塞18位于反作用式质量块12内，使得反作用式质量块沿着活塞杆16的轴线作往复运动。流体通过伺服阀38的低压侧和通流式蓄能器50从反作用式质量块12中排出，蓄能器50与蓄能器40相同，它安装在管路52中。同样，由操纵阀36排出的流体流入低压管路54中。两个低压管路52和54汇入一个管路56中，压力表60和另一瓶式蓄能器58与管路56並联。管路56在回到泵28去之前，要通过一个空气冷却的热交换器64和低压滤油器62。安全阀66与管路56相连，以防止压力突然急剧升高。安全阀66也控制回路低压侧的压力。

图3是本发明所设想的蓄能器40的外观放大的透视图。图上所表示的是蓄能器的一种较好的实施例，它可望用于如美国专利4，718，049号所述的地震式振动器中。蓄能器一般说来，基本上是一个空心的，正园形园柱体68，其每一端70和72均封闭。第二个空心，正园形园柱体74同轴地贯穿壳体的全长並通过两端70与72。第二个园柱体，贯穿第一个园柱体，形成一环状容积，内有一充入气体的活塞。通过第二个园柱体一端的孔可使流体与充气对面的活塞一侧连通。通路74的每一端可与流体管接头（未示出）连接，以便和图2所示的液压回路相联。

构成最佳实施例的蓄能器的各组成元件最好参照图3、4和5来说明。图4是沿图3的4-4线所取的纵剖面图，图5是沿图4的5-5线所取的横截面图。

如以上简略地提到那样，蓄能器壳体可以是一钢的，空心正园形园柱体68，其一端70用盖76封闭，另一端72用法兰78封闭。盖76通常也是用钢制成，並有一轴向通孔82从中贯通。在端面84处，盖的直径最好减小，以便放入园柱体68中。在端面84处，至少应放盘一个O形圈与园柱体68的内壁密封。第二个O形圈88可放在园柱体68的端面70处，使之与盖保持密封。盖中还可有一个孔90，它与第二个孔92相交，孔92平行于孔82。下面还会看到，在本发明的最佳实施例中，盖还可以有许多孔穿过其园周。

图4所示的法兰78使壳体68的端面72密封，它与园筒或管子80作成一个整体。但是，法兰78与园筒80可以是单独的元件，只要它们之间能保证恰当的密封即可。钢制园筒80以前称为第二个空心上园形的园柱体，它同轴地贯通壳体的全长，其与法兰相对的一端支承在盖76的轴向孔82中，放置在孔82的槽内的O形圈94使园筒80密封。园筒贯穿壳体的全长，並在园筒与壳体内壁之间形成一个环状的容积96。园筒在接近法兰78处至少有一个，最好是几个通孔98。通孔98使园筒内面与环状容积96之间有流体连通。

在环状容积内，有一环状的活塞100，它可在园筒80的全长上滑动。活塞100进一步将容积96分剧成第一个可变容积的腔102，腔102由通孔98与活塞100的端面104之间的容积构成。第二个同样的容积106由活塞100的相对一端面108和盖76的端面110之间的空间构成。为了使活塞容易在容积内移动，活塞内直径的一部分112比园筒80的外径稍微大一点。当活塞100接近通孔98时，这个放大的部分可使流体具有一个适当的间隙通过通孔98流入腔102中。而且，在活塞端面104上切出一个部分114，它可在活塞碰到法兰和接近通孔98时，允许流体在法兰78与活塞端面104之间流过。为了防止液压流体倒流入腔106，活塞的内、外表面都要密封。密封116可以采用诸如印地安那州福特怀恩市的仙班密封系统公司制造的斯里得环（Slydring）和AQ密封件，它们可用于活塞上。

虽然在任何图上都没有表示出来，本发明的通流式蓄能器还可有一个整体的压力检测装置，它与气体加压腔可靠连接一起。这样一种传感器可以为操作者提供有关蓄能器状况的数据。此外，这样一种传感器可以根据预先决定的压力峰值断开的压回路。然而，更理想的是将这样一种传感器放在回路的另外地方。

工作时，蓄能器是串联放在液压回路中的。一般，蓄能器的端盖可以用众所周知的，例如由螺杆和螺母组成的紧固系统固定在壳体内。另一种方法是，壳体可以设计成稍有不同，使端盖和法兰/园筒可以直接用螺钉固定在壳体上。在本发明的最佳实施例中，壳体安放在振动器油路板的孔中，使法兰78碰到孔的底部，而盖76稍微伸出孔的顶部。螺钉可穿过盖进入振动器的油路板，将蓄能器固定在那里。在壳体，盖和振动器油路板之间可以放置O形密封圈（没有示出），以保证流体可靠的紧封。液压管路34可用螺纹和盖的轴孔82连接，从而将蓄能器与流体系统联接起来。蓄能器的相对一端72安放在油路板的孔中与孔对中，使流体能与振动器的致动器连通起来。

蓄能器设计成使流体可从任何一个方向流动。通过蓄能器的流体允许经过通孔98流入腔102中。可压缩气体，例如氮气通过孔90和92充入腔106中。气体压力可根据流体系统的工作压力而变，但最好是加压至大约为系统工作压力的一半大小。必须注意，在液压系统压力建立之前，腔106应先充气。气体腔106充气将使活塞离开盖的端壁。还希望腔106内有足够的气体，以防止在出现最大的压力峰值时活塞被压在盖的端面上，这种最大的压力峰值在系统中预计是会出现的。气体量不足就不会得到缓冲，並可导致活塞碰撞到盖上，或者可使系统破坏。

本发明已经较详细地说明了特性。对于熟练的技术人员可能会作出一些改变，这些改变都在以下所附的权利要求书限制的本发明的范围和精神之内。

Claims (5)

1、通流式蓄能器，它由下列部分组成：

(a)密封的壳体；

(b)同轴地贯通壳体的通道，在通道与壳体之间形成一环状容积，通道至少有一个孔，使流体能在通道与环状容积之间连通；

(c)一个气体加压的活塞，它能在环形容积内滑动。

2、用于压力流体系统的串联蓄能器，它由下列部分组成：

（a）一个壳体，它具有第一和第二个密封端面;

（b）一个同轴地贯通壳体的管子，它在管子与壳体之间形成一个容积，管子具有至少一个通孔，使得管子与容积之间能有流体互相连通;

（c）一个气体加压的活塞，它可在容积内滑动，此容积形成在通孔对面的第一个腔和靠近通孔的第二个腔。

3、在液压系统中使用的串联，通流式蓄能器，它由下列部分组成：

（a）一个壳体，它由第一个空心的正园形园柱体形成，园柱形每一端均密封;

（b）第二个空心的正园形园柱体，它同心地贯通壳体並通过每一端面，可与液压回路串联，第二个园柱体在其一端有孔，並在壳体与第二个园柱体之间形成一环形容积;

（c）一个环形活塞，它可在环形容积内滑动，形成第一和第二个腔;

（d）气体，它以预先决定的压力充入第二个腔中。

4、按照权利要求1的通流式蓄能器，其特征为气体加压的活塞将环形容积分割成第一和第二个腔，在第一个腔中的流体通过孔与通道连通，第二个腔中充有气体。

5、按照权利要求2的串联蓄能器，其特征为气体加压的活塞在第二个腔中保留有气体。

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