CN203570709U - 一种液压储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液压储能系统，包括接在液压油路上的储能器，所述储能器包括油缸和储气罐，所述油缸内设置有将油缸的内部空间隔为第一密闭空间和第二密闭空间的储能活塞，所述储能活塞在油缸内自由移动；所述第一密闭空间容纳液压油，且围成所述第一密闭空间的油缸缸壁上设有接在液压油路上的进油口；所述第二密闭空间容纳气体，且围成第二密闭空间的油缸缸壁上设有出气孔，所述出气孔通过管道与储气罐内部连通。本储能器能够实现油压能量与气体体积势能之间的转化，并在液压油路上的油压过高时将气体压缩而储能，在液压油路上油压偏低需要补偿时气体膨胀而释放能量，减少液压油路上为获得所需油压而提供的能量。

Description

一种液压储能系统

技术领域

本实用新型属于液压系统领域，更具体来说，涉及一种液压储能系统。

背景技术

现今，很多机械设备尤其是重型机械设备会采用液压系统。这些机械设备，通过液压油路中油压的改变，来驱动油缸活塞移动，再将活塞的移动动作通过一定的传动装置来实现对外输出的机械动作。当油路中油压过高时，会通过一定液控或电控元件来实现泄压，这部分通过泄压而释放的能量，被直接浪费掉了。目前，绝大多数液压系统都不具备将该能量回收的功能，浪费了大量能源。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种能够实现油压能量回收和释放的液压储能系统。

本实用新型所提供的一种液压储能系统，包括接在液压油路上的储能器，所述储能器包括油缸和储气罐，所述油缸内设置有将所述油缸的内部空间隔为第一密闭空间和第二密闭空间的储能活塞，所述储能活塞在所述油缸内自由移动；所述第一密闭空间容纳液压油，且围成所述第一密闭空间的油缸缸壁上设有接在液压油路上的进油口；所述第二密闭空间容纳气体，且围成所述第二密闭空间的油缸缸壁上设有出气孔，所述出气孔通过管道与所述储气罐内部连通。

进一步地，所述液压储能系统还包括推力油缸，所述推力油缸被其内部的活塞分隔为第一油室和第二油室，所述储能器设置在与所述第一油室连通的液压油路上。

进一步地，所述第一油室接有第一出油路和第一进油路，所述第一出油路经过一个二通阀后分为第二出油路和第三出油路。

进一步地，所述第三出油路经过第一比例节流阀而流入油箱，所述第二出油路经过第二比例节流阀后分为第四出油路、第五出油路和第八出油路。

进一步地，所述第四出油路上自所述第二出油路的分支点到油路末端的油箱之间依次通过减压阀、第一单向阀和储能器，所述第一单向阀的通路方向是自所述减压阀流向所述储能器。

进一步地，所述第五出油路上自所述第二出油路的分支点到油路末端的油箱之间依次通过平衡阀和第一溢流阀，所述平衡阀的控制油口与流经所述储能器后的第四出油路连通。

进一步地，所述第二油室接有第二油路，所述第二油路和第一进油路共同接至一方向阀后，所述第二油路经过滤器后接入到所述油箱，所述第一进油路与所述方向阀之间设有第二单向阀，所述第二单向阀的通路方向是自所述方向阀流向所述推力油缸。

进一步地，所述第一进油路经所述方向阀后分为第三油路和第四进油路，所述第三油路接入第二溢流阀后连通至油箱，所述第四进油路依次接入油泵、梭阀后连通至油箱。

进一步地，第四出油路末端分为第六出油路和第七出油路，所述第六出油路经过截止阀与油箱连通，所述第七出油路通过液控单向阀与梭阀连通，液控单向阀的通路方向是自梭阀流向第四出油路，所述第八出油路经过液控换向阀回油箱，所述液控换向阀的控制油口与第一油室连通。

进一步地，所述第二单向阀与所述方向阀之间的油路和所述液控单向阀二者之间设有反馈回路，反馈回路的流向自所述第二单向阀与所述方向阀间的油路流向所述液控单向阀。

采用本实用新型的液压储能系统，具有以下有益效果：本储能器能够实现油压能量与气体体积势能之间的转化，并在液压油路上的油压过高时将气体压缩而储能，在液压油路上油压偏低需要补偿时气体膨胀而释放能量，减少液压油路上提供所需油压而需要补给的能量。

同时，采用本实用新型的液压储能系统，在推力油缸的第一油室接有二通阀，有利于油缸的保压，还设有第二比例节流阀8，可以通过控制第二比例节流阀8的开口大小控制液压油流量的大小，从而控制油缸下降速度；设置第一比例节流阀9，并对第一比例节流阀9的控制信号做一定处理：控制信号低于某个值以下部分屏蔽掉，第一比例节流阀在控制信号较小时处于关闭状态，这样，当需油缸需要更大的下降速度时，增加控制信号大小，使得第一比例节流阀9开启即可实现；设置平衡阀13，当储能器容量接近饱和或者管路出现故障从而导致储能器油压达到一定值时触发平衡阀13，确保回油路仍顺利导通，平衡阀13后设置溢流阀14，保证此回油路背压基本一致，使得油缸下降速度不发生突变；设置液控换向阀19，在油缸压力较低的情况下，屏蔽掉储能系统，使得整个系统在油缸压力较低情况下尽量降低回油背压，保证油缸下降速度；油泵3的入口通过梭阀2连接油箱与储能器油路，能最大限度的利用储能器内存储的高压油。新型储能器采用储油和储气分离的方法，使得储能器在结构布置上灵活性更大；整个液压系统相对传统液压系统，在不影响操作性能的前提下，充分的回收了系统能量，对节能减排有显著的帮助。

附图说明

图1为本实用新型的储能器的结构示意图；

图2为具有图1所示储能器的液压储能系统一实施例的结构示意图；

图3为图2中的第一比例节流阀的控制信号曲线图；

图4为本实用新型的液压储能系统另一实施例的结构示意图。

图中各标号对应的名称为：

1、过滤器；2、梭阀；3、油泵；4、方向阀；5、第二单向阀；6、推力油缸；7、二通阀；8、第二比例节流阀；9、第一比例节流阀；10、减压阀；11、储能器；12、第一单向阀；13、平衡阀14、第一溢流阀15、截止阀；16、液控单向阀；17、油箱18、第二溢流阀19、液控换向阀。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

图1所示为本实用新型优选实施例的液压储能系统，该系统包括接在液压油路上的储能器，包括油缸111和储气罐113。油缸111内设置有储能活塞112，该储能活塞112将油缸111内部的空间间隔为两个密封的空间，分别为第一密闭空间114和第二密闭空间115。

如图1所示，第一密闭空间114容纳液压油，围合成第一密闭空间114的油缸缸壁上设有接在液压油路上的进油口。同样地，第二密闭空间115容纳气体，围成第二密闭空间115的油缸缸壁上设有出气孔，该出气孔通过管道连接到储气罐113内。储能活塞112在油缸111内自由移动，从而改变第一密闭空间114、第二密闭空间115的容积。

当液压油路上的油压大于第一密闭空间114内的油压，将通过进油口进入到第一密闭空间114内并推动储能活塞112，压缩第二密闭空间115内的气体，多余的气体会通过出气孔进入到储气罐内，直到压力达到平衡，起到储能作用。反之，当液压油路上的油压小于第一密闭空间111内的油压时，第一密闭空间111内的油将在压力差作用下进入到液压油路中，补偿液压油路上的油压。此时，储能活塞112向第一密闭空间114移动，内部的气体体积膨胀，直至压力平衡，从而实现能量释放，可节省油路中需要补充的油压。

图2显示了将该储能器应用在液压油路上所形成的液压储能系统一优选实施例的结构示意图。该系统包括推力油缸6，该推力油缸6的活塞移动可输出升降动作。活塞把推力油缸6的内部空间分割为第一油室和第二油室，第一油室在下方，第二油室在上方。当然，推力油缸6也可水平放置，本文并不限制。其中，储气罐可以是现有专业标准的储气罐，也可以利用各种结构件内的密闭空间，油缸可以为如图所示普通油缸，也可以是增、减压缸。

如图2所示，第一油室接有第一出油路S1和第一进油路P1，第一出油路S1经过二通阀7后分为第二出油路S2和第三出油路S3。第二出油路S2经过第二比例节流阀8后分为第四出油路S4、第五出油路S5和第八出油路S8，第三出油路S3经过第一比例节流阀9后连通至油箱17。第八出油路S8经过液控换向阀19回油箱。

第四出油路S4的末端也为油箱17，其自第二出油路的分支点到油箱17之间依次通过减压阀10、第一单向阀12和储能器11，然后分为第六出油路S6和第七出油路S7，第六出油路S6经过截止阀15后与油箱连通。截止阀15可以用来在维修时为储能器11泄压。第七出油路S7经过液控单向阀16后与油箱共同连接梭阀2的进油口，共同为液压油泵3供油。

第一单向阀12的通路方向是自减压阀10流向储能器11。储能器儿即为前述图1所示的储能器，液控单向阀16控制油路来自第一出油路P1油路中比例换向阀4与第二单向阀5之间，液控单向阀16方向为梭阀2流向储能器11。

第五出油路S5自第二出油路S2的第二比例节流阀8后分支点到油路末端的油箱17之间依次经过平衡阀13和第一溢流阀14，且平衡阀13的控制油路与流经储能器11后的第四出油路S4连通。

第八出油路经液控换向阀19后流回油箱，液控换向阀19的控制油路与上述第一油室连通。

推力油缸6的第二油室接有第二油路P2，该油路与第一进油路P1共同接入到方向阀4中，然后第二油路P2通过过滤器1后接入到油箱17，而第一进油路P1与方向阀4之间设有第二单向阀5，且该第二单向阀5的通路方向是自方向阀4流向推力油缸6。

同时，第一出油路P1经过方向阀4后分为第三油路P3和第四进油路P4，其中第三油路P3接入溢流阀18后连通至油箱17，溢流阀18用于系统过载保护。而第四进油路P4依次接入油泵3、梭阀2后连通至油箱17。并且，第七出油路S7自第四出油路S4的油路分支点经过一个液控单向阀16后与梭阀2一端接通，且该液控单向阀16的通路方向是自梭阀2流向第四出油路S4。进一步地，第二单向阀5与方向阀4之间的油路段上连接有与液控单向阀16相通的反馈回路，该反馈回路的流向是自第二单向阀5与方向阀4间的油路流向液控单向阀16，如虚线所示。上述第一至第八出油路、第一进油路、第二油路、第三油路及第四进油路都构成了本液压储能系统的液压油路。

根据上述液压储能系统结构可知，当推力油缸6的活塞受外力例如重力作用向下运动时，第一油室容积减小压力增高而出油，第二油室因容积变大内部油压降低而进油。与第一油室连通的第一进油路P1受第二单向阀5阻隔而为断路，与第一油室连通的第一出油路S1为通路，二通阀7、比例节流阀8在推力油缸6下降控制信号驱动下开启，比例节流阀8开口度与该控制信号成正比，高压油经过减压阀10、第一单向阀12后进入储能器11，此时液控单向阀16、截止阀15均关闭，高压油将进入到储能器11的第一密闭空间111内进行储能；当储能器11在出现故障或者容量饱和到一定压力值后，平衡阀13开启，高压油再经过第一溢流阀14流入油箱17，第一溢流阀14的存在保证了平衡阀13开启瞬间，回油背压基本一致，从而推力油缸6下降速度不会发生明显变化，当推力油缸6下降压力较低时，液控换向阀19导通，屏蔽了储能系统，使得油缸下降背压较小，油缸能顺利下降。

而当推力油缸6的活塞上升时，液控单向阀16开启，储能器11内的压力油经梭阀2进入油泵3，然后经方向阀4、第二单向阀5而进入推力油缸6。一旦储能器11内压力油压与油箱油压平衡，油泵3将直接从油箱17吸油，推力油缸6内的回油经过滤器1进到油箱17。通过这种方式，最大程度的降低油泵3出口与进口之间的油压差，从而降低油泵3所需要的功率，实现液压系统能量的回收利用，达到节能效果。

设置第一比例节流阀9，是为了方便对推力油缸6下降速度的调节。只是第一节流阀9的控制信号做一定处理：将控制信号低于U1的部分限制掉，在低于U1信号时，第一比例节流阀9不开启，液压油不会流过第一比例节流阀9，当需要更大的下降速度时，继续增加控制信号大小，第一比例节流阀9开启后即可实现。

当然，本发明的液压储能系统并不限于基于推力油缸6而运作的液压系统，还可以是马达等其他液压元件。系统中的各液控元件也可以由其他的开关元件代替，控制信号可以是油压，也可以是电信号或其他控制信号。

如图4所示，在另一简化的液压储能系统的结构示意图。其中，推力油缸6的第一油室接有第一出油路S1和第一进油路P1，第一出油路S1经过二通阀7分为第四出油路S4和第五出油路S5。第四出油路S4经第一单向阀12和储能器11后与连接在第五出油路S5上的平衡阀13连通，然后依次接液控单向阀16和梭阀2，梭阀2另一端接入油箱17，平衡阀13的输出也直接连通至油箱17。第二油室接出的第二油路P2和自第一油室经过第二单向阀5后的第一进油路P1共同接入到方向阀4中，且第二油路P2经过方向阀4后接入油箱17，第一进油路P1经过方向阀4后接入油泵3，随后与梭阀2连接。采用本实施例，也可实现前述储能、释放能量的作用，过程和原理同前文，此处不再赘述。

综上所述，本储能器能够实现油压能量与气体体积势能之间的转化，并在液压油路上的油压过高时将气体压缩而储能，在液压油路上油压偏低需要补偿时气体膨胀而释放能量，减少液压油路上提供所需油压而需要补给的能量。

同时，采用本实用新型的液压储能系统，在推力油缸的第一油室接有二通阀，有利于该油缸的保压，还设有第二比例节流阀8，可以通过第二控制节流阀8的开口大小控制液压油流量的大小，从而控制油缸下降速度；设置第一比例节流阀9，对第一比例节流阀9的控制信号做一定处理：控制信号低于某个值以下部分屏蔽掉，则第一比例节流阀在控制信号较小时处于关闭状态，这样，当需推力油缸需要更大的下降速度时，增加控制信号大小，使得第一比例节流阀9开启即可实现；设置平衡阀13，当储能器容量接近饱和或者管路出现故障从而导致储能器油压达到一定值时触发平衡阀13，确保回油路仍顺利导通，平衡阀13后设置第一溢流阀14，保证此回油路背压基本一致，使得推力油缸下降速度不发生突变；设置液控换向阀19，在推力油缸压力较低的情况下，屏蔽掉储能系统，使得整个系统在推力油缸压力较低情况下尽量降低回油背压，保证推力油缸下降速度；油泵3的入口通过梭阀2连接油箱与储能器油路，能最大限度的利用储能器内存储的高压油。新型储能器采用储油和储气分离的方法，使得储能器在结构布置上灵活性更大；整个液压系统相对传统液压系统，在不影响操作性能的前提下，充分的回收了系统能量，对节能减排有显著的帮助

上述这些情形，都属于本实用新型所要保护的范围，并不仅限于上述实施例。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种液压储能系统，包括接在液压油路上的储能器，其特征在于， 

所述储能器包括油缸和储气罐，所述油缸内设置有将所述油缸的内部空间隔为第一密闭空间和第二密闭空间的储能活塞，所述储能活塞在所述油缸内自由移动； 

所述第一密闭空间容纳液压油，且围成所述第一密闭空间的油缸缸壁上设有接在液压油路上的进油口； 

所述第二密闭空间容纳气体，且围成所述第二密闭空间的油缸缸壁上设有出气孔，所述出气孔通过管道与所述储气罐内部连通。 

2.根据权利要求1所述的液压储能系统，其特征在于，所述液压储能系统还包括推力油缸，所述推力油缸被其内部的活塞分隔为第一油室和第二油室，所述储能器设置在与所述第一油室连通的液压油路上。 

3.根据权利要求2所述的液压储能系统，其特征在于，所述第一油室接有第一出油路和第一进油路，所述第一出油路经过一个二通阀后分为第二出油路和第三出油路。 

4.根据权利要求3所述的液压储能系统，其特征在于，所述第三出油路经过第一比例节流阀而流入油箱，所述第二出油路经过第二比例节流阀后分为第四出油路，第五出油路和第八出油路。 

5.根据权利要求4所述的液压储能系统，其特征在于，所述第四出油路上自所述第二出油路的分支点到油路末端的油箱之间依次通过减压阀、第一单向阀和储能器，所述第一单向阀的通路方向是自所述减压阀流向所述储能器。 

6.根据权利要求5所述的液压储能系统，其特征在于，所述第五出油路上自所述第二出油路的分支点到油路末端的油箱之间依次通过平衡阀和第一溢流阀，所述平衡阀的控制油口与流经所述储能器后的第四出油路连通。 

7.根据权利要求6所述的液压储能系统，其特征在于，所述第二油室接有 第二油路，所述第二油路和第一进油路共同接至一方向阀后，所述第二油路经过滤器后接入到所述油箱，所述第一进油路与所述方向阀之间设有第二单向阀，所述第二单向阀的通路方向是自所述方向阀流向所述推力油缸。 

8.根据权利要求7所述的液压储能系统，其特征在于，所述第一进油路经所述方向阀后分为第三油路和第四进油路，所述第三油路接入第二溢流阀后连通至油箱，所述第四进油路依次接入油泵、梭阀后连通至油箱。 

9.根据权利要求8所述的液压储能系统，其特征在于，第四出油路末端分为第六出油路和第七出油路，所述第六出油路经过截止阀与油箱连通，所述第七出油路通过液控单向阀与梭阀连通，液控单向阀的通路方向是自梭阀流向第八出油路，所述第八出油路经过液控换向阀回油箱，所述液控换向阀的控制油口与所述第一油室连通。 

10.根据权利要求9所述的液压储能系统，其特征在于，所述第二单向阀与所述方向阀之间的油路和所述液控单向阀二者之间连有反馈回路，反馈回路的流向自所述第二单向阀与所述方向阀之间的油路流向所述液控单向阀。 

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