RU2325560C2

RU2325560C2 - High pressure pneumatic hydraulic piston accumulator

Info

Publication number: RU2325560C2
Application number: RU2006127882/06A
Authority: RU
Inventors: Павел Григорьевич Редько (RU); Павел Григорьевич Редько; Сергей Викторович Таркаев (RU); Сергей Викторович Таркаев; Анатолий Васильевич Амбарников (RU); Анатолий Васильевич Амбарников; Адольф Сергеевич Чугунов (RU); Адольф Сергеевич Чугунов; Константин Викторович Нахамкес (RU); Константин Викторович Нахамкес; Александр Борисович Тихонов (RU); Александр Борисович Тихонов; Валентин Григорьевич Жарков (RU); Валентин Григорьевич Жарков; чков Юрий Васильевич Кр (RU); Юрий Васильевич Крячков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод ВОСХОД"-ОАО "ПМЗ ВОСХОД"
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-05-27
Also published as: RU2006127882A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: accumulator is designed to accumulate power in hydraulic drives with alternating consumption of liquid power. The accumulator comprises case made as a cylinder sleeve with a dead spherical bottom which has a stop support end surface and a central inlet for gas supply, removable cover with an axial hole for supplying working liquid and an end support, dividing piston installed inside the case-sleeve and capable of reciprocal motion thus creating liquid and gas chambers; at that the piston includes two packing portions, mutually spaced in the axial direction of the piston and moving along the inside wall of pneumatic hydraulic accumulator, at that a threaded portion is formed on the outside surface of the case-sleeve from the open part side, this threaded portion has a directing surface and a packing device, while the medium part has heat exchanging elements in kind of a developed peripheral surface with a formation of a row of ring ribs mutually and evenly spaced on the said surface in the axial direction; the said ribs have trapezoid section and made integrally with a case-sleeve.

EFFECT: increase of operational reliability, safety, manufacturability and maintainability.

5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для аккумулирования энергии, применяемым в гидроприводах с переменным потреблением энергии жидкости и большим кратковременным расходом, а также для обеспечения дополнительного питания гидросистемы привода рабочей жидкостью и демпфирования пульсаций давления.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to devices for energy storage used in hydraulic drives with variable fluid energy consumption and high short-term flow, as well as to provide additional power to the hydraulic drive fluid and damping pressure pulsations.

Известен поршневой гидрогазовый аккумулятор (аккумулятор), содержащий корпус с жидкостной и газовой полостями, разделитель полостей в виде поршня. (см. книгу Т.М.Башта «Гидравлические приводы летательных аппаратов», издательство «Машиностроение», Москва, 1967 г., с.293, рис.2286). Уплотнение поршня в известном аккумуляторе достигается применением резиновых уплотнительных колец. Для повышения герметичности и обеспечения смазки указанных уплотнительных колец применяют жидкостный затвор, создающийся заполнением рабочей жидкостью кольцевой наружной проточки поршня.Known piston hydrogas accumulator (accumulator), comprising a housing with liquid and gas cavities, a cavity separator in the form of a piston. (see the book by T. M. Basht "Hydraulic drives of aircraft", publishing house "Mechanical Engineering", Moscow, 1967, s.293, Fig.2286). The piston seal in a known battery is achieved by the use of rubber o-rings. To increase the tightness and ensure lubrication of these sealing rings, a liquid shutter is used, which is created by filling the annular external groove of the piston with working fluid.

Известная конструкция аккумулятора после его разрядки сохраняет в полости жидкостного затвора давление, превышающее давление газа. Для этого жидкость подается в кольцевую проточку на поршне, расположенную между двумя уплотнительными кольцами и вспомогательным дифференциальным поршнем, находящимся под действием усилия пружины и сил давления жидкости в камере дифференциального поршня.The known design of the battery after its discharge in the cavity of the liquid shutter maintains a pressure exceeding the gas pressure. To do this, the fluid is fed into the annular groove on the piston located between the two o-rings and the auxiliary differential piston, which is under the action of spring forces and fluid pressure forces in the chamber of the differential piston.

Давление в этой камере, а соответственно, и в кольцевой проточке поршня, зависит от разности указанных сил и будет максимальным, превышающим давление газа, при нулевом давлении жидкости. Этим достигается возможность смазки уплотнительных колец поршня, включая и кольцо, размещенное со стороны газовой камеры, в разряженном состоянии аккумулятора.The pressure in this chamber, and, accordingly, in the annular groove of the piston, depends on the difference between the indicated forces and will be maximum, exceeding the gas pressure, at zero liquid pressure. This makes it possible to lubricate the piston o-rings, including the ring located on the gas chamber side, in the discharged state of the battery.

Известная конструкция аккумулятора отличается сложностью и нетехнологичностью из-за необходимости обеспечения не только точности изготовления, а и строгой соосности взаимодействующих между собой деталей - поршня и размещенного в нем подпружиненного дифференциального поршня.The known battery design is complex and low-tech due to the need to ensure not only manufacturing accuracy, but also strict alignment of the parts interacting with each other - the piston and the spring-loaded differential piston located in it.

К недостатку известного устройства следует еще отнести и недостаточно надежный способ закрепления съемных крышек по обеим сторонам аккумулятора с помощью упругих плоских колец, постановка которых в большей степени решает задачу восприятия не осевых, а радиальных нагрузок.The disadvantage of the known device should also include an insufficiently reliable method of securing removable covers on both sides of the battery using elastic flat rings, the formulation of which to a greater extent solves the problem of perception of not axial, but radial loads.

Известен также поршневой аккумулятор, содержащий корпус со штуцером для подвода рабочей жидкости под давлением (см. патент DE 10206289 А1, 7 F15В 1/24 от 15.02.2002 г.). В корпусе указанного аккумулятора скользит поршень, разделяющий жидкостную и газовую камеры. Аккумулятор между поршнем и корпусом содержит два кольцевых уплотнения, разнесенных друг от друга на расстояние «а». Одно из уплотнений находится под давлением рабочей жидкости, а другое - под давлением газовой среды.Also known is a piston battery containing a housing with a fitting for supplying a working fluid under pressure (see patent DE 10206289 A1, 7 F15B 1/24 of 02.15.2002). A piston separating the liquid and gas chambers slides in the housing of the indicated battery. The battery between the piston and the housing contains two O-rings, spaced apart from each other by a distance "a". One of the seals is under the pressure of the working fluid, and the other is under the pressure of the gas medium.

Для обеспечения условий жидкостной смазки у газового уплотнителя расстояние «а» между уплотнениями выполняется меньше рабочего хода поршня. Кроме этого, между поршнем и корпусом в зоне уплотнения рабочей жидкости предусмотрен смазочный зазор S, через который жидкость из рабочей камеры, смачивая поршень, перемещается к кольцевым уплотнениям в зависимости от хода поршня.To ensure the conditions of liquid lubrication at the gas seal, the distance "a" between the seals is less than the piston stroke. In addition, a lubricating gap S is provided between the piston and the housing in the area of the working fluid seal, through which the fluid from the working chamber, wetting the piston, moves to the ring seals depending on the stroke of the piston.

Однако существенным недостатком известной конструкции является то, что захватываемая поршнем смазка при работе аккумулятора «стаскивается» с наружной поверхности поршня уплотнительным кольцом, установленным в средней части поршня, чем исключается возможность поступления смазки к уплотнительному кольцу, размещенному со стороны газовой камеры. Этот недостаток снижает эксплуатационную надежность работы аккумулятора.However, a significant drawback of the known design is that the grease trapped by the piston during operation of the battery is “pulled” from the outer surface of the piston by a sealing ring installed in the middle of the piston, which eliminates the possibility of grease entering the sealing ring located on the side of the gas chamber. This drawback reduces the operational reliability of the battery.

Из известных аналогов заявляемого технического решения наиболее близким по технической сущности является принятый в качестве прототипа поршневой гидроаккумулятор (см. патент WO 3016723 А2, 7 F15В от 18.07.2002 г.). Известный поршневой аккумулятор содержит максимальное количество сходных с заявляемым пневмогидравлическим поршневым аккумулятором (пневмогидравлическим аккумулятором) конструктивных признаков, а именно: корпус, выполненный в виде цилиндрической гильзы с глухим сферическим днищем с ограничительной упорной торцовой поверхностью и центральным входным отверстием для подвода газа, съемную крышку с осевым отверстием для подвода рабочей жидкости и опорным торцом, разделительный поршень, установленный внутри корпуса-гильзы с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования жидкостной и газовой камер, причем поршень включает в себя два уплотняющих участка, разнесенных в осевом направлении поршня и перемещающихся вдоль внутренней стенки пневмогидравлического аккумулятора.Of the known analogues of the claimed technical solution, the closest in technical essence is a piston accumulator adopted as a prototype (see patent WO 3016723 A2, 7 F15B dated July 18, 2002). The known piston accumulator contains the maximum number of structural features similar to the claimed pneumohydraulic piston accumulator (pneumohydraulic accumulator), namely: a housing made in the form of a cylindrical sleeve with a blind spherical bottom with a restrictive persistent end surface and a central inlet for gas supply, a removable cover with an axial a hole for supplying a working fluid and a supporting end face, a separation piston installed inside the sleeve housing with the possibility of Strongly reciprocating movement and the formation of liquid and gas chambers, the piston comprises two sealing portion spaced axially of the piston and moving along the inner wall of fluid accumulator.

Достоинством известного гидроаккумулятора является то, что в нем для осуществления подвода жидкостной смазки для уплотнительных элементов поршня на его внешней поверхности сформирована кольцевая проточка - коллектор с возможностью ее сообщения с дополнительным центрально расположенным источником подпитки рабочей жидкостью в виде вспомогательного подпружиненного поршневого аккумулятора. В целом известный пневмогидравлический аккумулятор отличается также конструктивной сложностью и, вследствие этого, избыточной трудоемкостью.An advantage of the known accumulator is that in it, for supplying liquid lubricant for the piston sealing elements, an annular groove is formed on its outer surface - a collector with the possibility of its communication with an additional centrally located source of replenishment of the working fluid in the form of an auxiliary spring-loaded piston accumulator. In general, the known pneumohydraulic accumulator is also distinguished by structural complexity and, as a result, excessive labor intensity.

Общим недостатком указанных поршневых гидроаккумуляторов является наличие трения поршня в цилиндре, которое создает гистерезис. Потери давления на преодоление сил трения и инерционных сил поршня составляют 1,6...3,2 кгс/см². Поскольку сила трения покоя поршня, уплотненного резиновыми кольцами, может превышать в четыре и более раз силу трения движения (а при длительном пребывании в покое это превышение может достигать десятикратного значения), возможны даже скачкообразные движения поршня, которые под действием сжимаемости газа и значительной инерционности поршня могут перерасти в гармонические колебания поршня с высокой частотой и значительной амплитудой.A common disadvantage of these piston accumulators is the presence of piston friction in the cylinder, which creates hysteresis. The pressure loss to overcome the friction and inertial forces of the piston is 1.6 ... 3.2 kgf / cm ² . Since the friction force at rest of a piston sealed with rubber rings can be four or more times the force of friction (and for prolonged periods of rest, this excess can reach ten times the value), even jump-like movements of the piston are possible, which are caused by gas compressibility and significant inertia of the piston can develop into harmonic oscillations of the piston with a high frequency and significant amplitude.

Вследствие больших ускорений и значительной массы поршня силы инерции при таких колебаниях могут достигать больших значений, способных вызвать недопустимые колебания давления в газовой камере аккумулятора и связанной с ним гидравлической магистрали. Эти колебания могут явиться причиной усталостных разрушений деталей аккумулятора, а также различных гидравлических приборов системы (см. книгу Т.М.Башта «Гидравлические приводы летательных аппаратов», издательство «Машиностроение», Москва, 1967 г., с.293).Due to large accelerations and a significant mass of the piston, the inertia forces during such oscillations can reach large values that can cause unacceptable pressure fluctuations in the gas chamber of the accumulator and the associated hydraulic line. These fluctuations can cause fatigue failure of battery components, as well as various hydraulic devices of the system (see T. M. Basht's book “Hydraulic Drives of Aircraft”, Mashinostroenie Publishing House, Moscow, 1967, p. 293).

Следует отметить, что в процессе зарядки гидрогазового аккумулятора поршневого типа происходит повышение давления и нагрев сжимаемой в газовой полости среды, сопровождающийся значительным выделением тепла. И наоборот, при разрядке аккумулятора и совершении им полезной работы происходит расширение газа в газовой камере, сопровождающееся понижением температуры и давления в ней. Для достижения наиболее эффективной работы гидроаккумулятора и повышения его КПД процессы, происходящие в газовой камере гидроаккумулятора при его зарядке и разрядке, должны быть максимально приближены к условиям изотермического процесса, при котором взаимосвязь между основными параметрами газа выражается законом Бойля - Мариотта: pV=RT=const, из которого следует, что при постоянной температуре газа (Т) его объем (V) обратно пропорционален давлению (р).It should be noted that in the process of charging a piston-type hydrogas accumulator, the pressure increases and the medium compressible in the gas cavity is heated, accompanied by significant heat generation. And vice versa, when the battery is discharged and it does useful work, gas expands in the gas chamber, accompanied by a decrease in temperature and pressure in it. In order to achieve the most efficient operation of the accumulator and increase its efficiency, the processes occurring in the gas chamber of the accumulator during charging and discharging should be as close as possible to the conditions of the isothermal process, in which the relationship between the main parameters of the gas is expressed by the Boyle – Marriott law: pV = RT = const , from which it follows that at a constant temperature of the gas (T) its volume (V) is inversely proportional to the pressure (p).

Известный поршневой гидроаккумулятор, принятый в качестве аналога-прототипа, обладает другим недостатком, заключающимся в том, что кроме конструктивно-технологической сложности исполнения разделительного поршня, приводящей к увеличению его массы и инерционных сил, в гидроаккумуляторе отсутствует ряд необходимых конструктивных элементов, которые бы способствовали и активизировали отвод тепла из газовой камеры при сжатии газа в момент зарядки аккумулятора, и, соответственно, осуществляли подвод тепла из окружающей среды при расширении газа во время разрядки аккумулятора, что обеспечивает повышение КПД аккумулятора и производимой внешней работы за счет приближения термодинамических процессов в газовой камере к изотермическим.The well-known piston accumulator, adopted as an analogue of the prototype, has another drawback, namely, that in addition to the structural and technological complexity of the separation piston, which leads to an increase in its mass and inertial forces, the accumulator does not have a number of necessary structural elements that would contribute to activated heat removal from the gas chamber during gas compression at the time of charging the battery, and, accordingly, heat was supplied from the environment when expanded and gas during the discharge, which increases the efficiency of the battery and produced by external work by bringing the thermodynamic processes in the gas chamber to the isothermal.

В совокупности указанные недостатки известного поршневого гидроаккумулятора и аналога-прототипа в достаточной степени снижают эксплуатационные качества и ограничивают его применение, например, в авиационной технике.Together, these disadvantages of the known piston accumulator and the analogue of the prototype sufficiently reduce operational performance and limit its use, for example, in aircraft.

В связи с особенностями работы гидроаккумуляторов поршневого типа, нашедшим достаточно широкое распространение в системах управления летательными аппаратами, к конструкции гидроаккумуляторов наряду с традиционными предъявляются ряд дополнительных специальных требований, касающихся как надежности и прочности, так и простоты конструкции, габаритно-массового совершенства, удобства монтажа и демонтажа в ограниченном монтажном пространстве, удобства и безопасности в эксплуатации.Due to the peculiarities of the operation of piston-type hydraulic accumulators, which are quite widespread in aircraft control systems, a number of additional special requirements are imposed on the design of hydraulic accumulators along with the traditional ones, regarding reliability and strength, simplicity of design, overall mass perfection, ease of installation and dismantling in a limited installation space, convenience and safety in operation.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание такой конструкции пневмогидравлического поршневого аккумулятора для высоких давлений, которая сочетает возможности и достоинства известных гидроаккумуляторов, но имеет при этом более простую и надежную и более технологичную конструкцию с одновременным достижением других технико-экономических показателей:The technical task of the invention is the creation of such a design of a pneumatic-hydraulic piston accumulator for high pressures, which combines the capabilities and advantages of known hydraulic accumulators, but has a simpler, more reliable and more technological design with the simultaneous achievement of other technical and economic indicators:

- повышение прочностных характеристик основных силовых элементов пневмогидравлического аккумулятора за счет придания им сферической формы,- increase the strength characteristics of the main power elements of the pneumohydraulic accumulator by giving them a spherical shape,

- повышение КПД и конструктивное обеспечение увеличения производимой внешней работы за счет приближения процессов в газовой камере к изотермическим.- increased efficiency and constructive support for increasing the external work performed due to the approximation of processes in the gas chamber to isothermal ones.

- минимизация величины механического трения при перемещении разделительного поршня, снижение массы поршня, инерционных сил и гистерезисных явлений на переходных режимах,- minimizing the magnitude of mechanical friction when moving the separation piston, reducing the mass of the piston, inertial forces and hysteresis phenomena in transition modes,

- реализация наиболее простого способа подвода жидкостной смазки к уплотнителю поршня, установленного со стороны газовой камеры,- the implementation of the simplest method of supplying liquid lubricant to the piston seal installed on the side of the gas chamber,

- применение более прогрессивных методов получения заготовок и дешевых, технологичных марок сталей для изготовления силовых деталей пневмогидравлического аккумулятора.- the use of more advanced methods for producing blanks and cheap, technologically advanced steel grades for the manufacture of power parts of a pneumohydraulic accumulator.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом пневмогидравлическом поршневом аккумуляторе для высоких давлений, содержащем корпус, выполненный в виде цилиндрической гильзы с глухим сферическим днищем с ограничительной упорной торцовой поверхностью и центральным входным отверстием для подвода газа, съемную крышку с осевым отверстием для подвода рабочей жидкости и опорным торцом, разделительный поршень, установленный внутри корпуса-гильзы с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования жидкостной и газовой камер, причем поршень включает в себя два уплотняющих участка, разнесенных в осевом направлении поршня и перемещающихся вдоль внутренней стенки пневмогидравлического аккумулятора, согласно изобретению на внешней поверхности корпуса-гильзы образованы, со стороны открытой части, - резьбовой участок с направляющей поверхностью и уплотнительным устройством, а в средней части - теплообменные элементы в виде развитой периферийной поверхности с формированием на ней ряда разнесенных между собой на равные расстояния в осевом направлении кольцевых ребер с трапецеидальной формой сечения и выполненных за одно целое с корпусом-гильзой, при этом кольцевые ребра равноудалены в радиальном направлении от продольной оси корпуса-гильзы, а отношение высоты трапеции сечения ребра к диаметру зеркала корпуса-гильзы выбрано в соответствии с соотношением:The problem is solved in that in the proposed pneumatic-hydraulic piston accumulator for high pressures, comprising a housing made in the form of a cylindrical sleeve with a blind spherical bottom with a restrictive persistent end surface and a central gas inlet for gas supply, a removable cover with an axial hole for supplying working fluid and supporting end, a separation piston mounted inside the sleeve body with the possibility of reciprocating movement and the formation of liquid and gas chambers, and the piston includes two sealing sections spaced in the axial direction of the piston and moving along the inner wall of the pneumatic-hydraulic accumulator, according to the invention, on the outer surface of the sleeve body are formed, from the side of the open part, a threaded section with a guide surface and a sealing device, and in the middle part - heat exchange elements in the form of a developed peripheral surface with the formation on it of a number of axially spaced apart equal distances in the axial direction ring ribs with a trapezoidal cross-sectional shape and made in one piece with the sleeve body, while the ring ribs are equidistant in the radial direction from the longitudinal axis of the sleeve body, and the ratio of the height of the trapezoid section of the rib to the diameter of the mirror of the sleeve body is selected in accordance with the ratio:

Н_тр/Д_з≥0,028, гдеN _Tr / D _s ≥0,028, where

Н_тр - высота трапеции сечения кольцевого ребра, ммN _Tr - the height of the trapezoidal section of the annular rib, mm

Д_з - диаметр зеркала корпуса-гильзы, мм.D _s - the diameter of the mirror of the housing, mm.

согласно изобретению днище съемной крышки выполнено в виде вогнутой сферической поверхности, а крышка жестко закреплена на корпусе-гильзе посредством резьбового соединения и осевого поджатия через сформированную на ее внутренней поверхности кольцевую опорную торцовую поверхность с дополнительным наружным стопорением одним либо несколькими установочными винтами, равномерно расположенными по окружности и застопоренными кернением в шлиц, в резьбу в двух или трех точках глубиной 1,0...1,5 мм с углом кернения 60°.according to the invention, the bottom of the removable cover is made in the form of a concave spherical surface, and the cover is rigidly fixed to the sleeve body by means of a threaded connection and axial compression through the annular supporting end surface formed on its inner surface with an additional external locking with one or more set screws uniformly located around the circumference and locked core in the slot, into the thread at two or three points with a depth of 1.0 ... 1.5 mm with a punch angle of 60 °.

согласно изобретению разделительный поршень образован в виде полого цилиндрического стакана, внутренняя поверхность которого выполнена конической, образующей боковую поверхность усеченного конуса, коаксиально расположенного относительно наружной направляющей поверхности и обращенного большим основанием в сторону расположения газовой камеры, причем боковая поверхность усеченного конуса выполнена с переходом в участок сферической поверхности донной части с повторением конфигурации внутренней сферической полости съемной крышки, а уплотняющая часть поршня включает в себя два дублирующих уплотнительных участка, разнесенных в осевом направлении и аксиально перемещающихся вместе с поршнем вдоль внутренней стенки (зеркала) корпуса-гильзы пневмогидравлического аккумулятора с возможностью изменения объема газовой камеры, при этом на внешней поверхности поршня со стороны расположения газовой камеры, вблизи от уплотнительного участка дополнительно сформирован посредством локального расширения внутренней полости кольцевой наполнитель смазки в виде канавки трапецеидального сечения с размещением в ней кольцевого маслоудерживающего жгута, выполненного из теплоизолирующего и износостойкого материала, например, из асбеста,according to the invention, the separation piston is formed in the form of a hollow cylindrical cup, the inner surface of which is conical, forming a side surface of a truncated cone, coaxially located relative to the outer guide surface and facing a large base towards the location of the gas chamber, and the side surface of the truncated cone is made with the transition to the spherical section the surface of the bottom with the repetition of the configuration of the inner spherical cavity of the removable cover, and the piston sealing part includes two duplicate sealing sections, axially spaced and axially moving together with the piston along the inner wall (mirror) of the case of the sleeve of the pneumohydraulic accumulator with the possibility of changing the volume of the gas chamber, while on the outer surface of the piston from the gas chamber, near the sealing section is additionally formed by local expansion of the internal cavity of the annular lubricant filler in the form of grooves trapezoid the ideal section with the placement in it of an annular oil-retaining tourniquet made of heat-insulating and wear-resistant material, for example, asbestos,

согласно изобретению уплотняющие участки пневмогидравлического аккумулятора выполнены в виде встроенных в кольцевые прямоугольные канавки резиновых колец круглого сечения с защитными фторопластовыми кольцами, установленными по обеим сторонам резиновых колец, при этом размер сечения фторопластовых колец в радиальном направлении равен размеру максимальной глубины канавки,according to the invention, the sealing sections of the pneumohydraulic accumulator are made in the form of rubber rings of circular cross-section embedded in the annular rectangular grooves with protective fluoroplastic rings mounted on both sides of the rubber rings, while the cross-sectional dimension of the fluoroplastic rings in the radial direction is equal to the size of the maximum depth of the groove,

согласно изобретению основные силовые элементы конструкции - корпус, гильза, крышка и разделительный поршень выполнены из среднеуглеродистых низколегированных сталей, упрочненных термической обработкой до значений средней твердости, причем зеркало корпуса-гильзы подвергнуто гальваническому твердому хромированию и хонингованию с последующей полировкой, а полусферы разделительного поршня и съемной крышки сформированы и изготовлены прессованием или глубокой вытяжкой.according to the invention, the main structural elements — the body, sleeve, cover and separation piston — are made of medium-carbon low alloy steels hardened by heat treatment to medium hardness, the mirror of the shell body being subjected to galvanic hard chrome plating and honing followed by polishing, and the hemispheres of the separation piston and removable covers are formed and manufactured by pressing or deep drawing.

В соответствии с предлагаемым изобретением отличительной особенностью пневмогидравлического поршневого аккумулятора является его компактность и небольшая масса, что обусловлено особенностями сферической формы, приданной основным силовым деталям аккумулятора, а также тем, что в стенках шаровидного днища, находящегося под давлением, возникают в два раза меньшие напряжения по сравнению со стенками цилиндра того же диаметра.In accordance with the invention, a distinctive feature of the pneumo-hydraulic piston accumulator is its compactness and low weight, which is due to the spherical shape attached to the main power parts of the accumulator, as well as the fact that twice as low stresses occur in the walls of the spherical bottom under pressure compared with cylinder walls of the same diameter.

Благодаря тому, что масса поршня сравнительно невелика по отношению к массе перемещаемой при работе аккумулятора жидкости, достигнут эффект увеличения быстродействия, так как на разгон поршня или на его торможение необходимо меньшее усилие.Due to the fact that the mass of the piston is relatively small in relation to the mass of the liquid moved during battery operation, an effect of increasing speed is achieved, since less effort is required to accelerate the piston or to brake it.

Достижению поставленной задачи способствует также и то, что съемная сквозная крышка корпуса сопряжена с корпусом-гильзой посредством резьбового соединения с дополнительным стопорением (кернением) одним или несколькими винтами в шлиц в резьбу в двух или трех точках на глубину 1...1,5 мм. Такое соединение съемной крышки с корпусом-гильзой заявляемого пневмогидравлического аккумулятора в технологическом плане достаточно просто и обладает по сравнению с прототипом гораздо большей прочностью, надежностью, легкостью и удобством монтажа и разборки в процессе эксплуатации.The achievement of the task is also facilitated by the fact that the removable through cover of the housing is interfaced with the sleeve housing by means of a threaded connection with additional locking (punching) with one or more screws into the slot in the thread at two or three points to a depth of 1 ... 1.5 mm . Such a connection of the removable cover with the body-sleeve of the inventive pneumohydraulic accumulator is technologically simple enough and has much greater strength, reliability, ease and ease of installation and disassembly during operation compared to the prototype.

В целом предлагаемое техническое решение обусловлено в основном необходимостью обеспечения компактности размещения заявляемого аккумулятора на гидроприводах систем управления летательными аппаратами и удобства подсоединения к нему соответствующих трубопроводов питания.In general, the proposed technical solution is mainly due to the need to ensure the compactness of the inventive battery on the hydraulic actuators of the aircraft control systems and the convenience of connecting the corresponding power pipelines to it.

Благодаря образованию на внешней поверхности корпуса-гильзы теплообменных элементов в виде разнесенных между собой кольцевых ребер удалось термодинамические процессы, происходящие в газовой камере при зарядке и разрядке аккумулятора, приблизить к изотермическим, что обеспечило повышение КПД аккумулятора, его прочностные характеристики и необходимую жесткость корпуса.Due to the formation of heat exchange elements in the form of annular ribs spaced between each other on the outer surface of the casing, the thermodynamic processes occurring in the gas chamber during charging and discharging the battery were brought closer to isothermal, which ensured an increase in the battery efficiency, its strength characteristics, and the necessary rigidity of the housing.

Формирование на наружной поверхности поршня кольцевого наполнителя смазки с постановкой маслоудерживающего жгута обеспечило поступление жидкостной смазки на уплотнитель, размещенный со стороны газовой камеры в течение всего отведенного периода работы аккумулятора между очередным техническими обслуживаниями. Использование для изготовления силовых деталей заявляемого пневмогидравлического аккумулятора высокопрочной среднеуглеродистой низколегированной стали типа стали 30ХГСА позволило значительно уменьшить габариты и массу деталей.The formation of an annular lubricant filler on the outer surface of the piston with the installation of an oil-holding harness ensured the supply of liquid lubricant to the seal placed on the side of the gas chamber during the entire allotted period of battery operation between the next maintenance. Using for the manufacture of power parts of the inventive pneumohydraulic accumulator of high-strength medium-carbon low-alloy steel such as steel 30KhGSA has significantly reduced the dimensions and weight of the parts.

В зоне контактирования поршня с корпусом-гильзой реализовано резервированное уплотнение с защитными фторопластовыми кольцами, благодаря чему существенно повышена надежность работы заявляемого пневмогидравлического аккумулятора и практически полностью исключаются утечки рабочей жидкости во внешнюю среду.A redundant seal with protective fluoroplastic rings is realized in the contact zone of the piston with the case-sleeve, due to which the reliability of the inventive pneumohydraulic accumulator is significantly increased and leakage of the working fluid into the environment is almost completely eliminated.

Нанесение твердого хромирования на поверхность зеркала корпуса-гильзы и применение финишных операций механической обработки зеркала в виде хонингования с последующей полировкой позволило до минимума снизить величину трения перемещения разделительного поршня и значительно увеличить ресурс работы его уплотнителей.The application of hard chrome plating on the mirror surface of the sleeve body and the use of finishing machining operations of the mirror in the form of honing with subsequent polishing made it possible to minimize the friction of the displacement of the separation piston and significantly increase the life of its seals.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the alleged invention is illustrated by drawings, where:

- на фиг.1 показан общий вид, разрез пневмогидравлического поршневого аккумулятора для высоких давлений с разделительным поршнем 8, установленным внутри корпуса-гильзы 1 с образованием жидкостной 9 и газовой 10 камер.- figure 1 shows a General view, section of a pneumatic-hydraulic piston accumulator for high pressures with a separating piston 8 mounted inside the housing-sleeve 1 with the formation of liquid 9 and gas 10 chambers.

- на фиг.2 показан общий вид, разрез пневмогидравлического поршневого аккумулятора для высоких давлений в заряженном газом состоянии, например, при начальном давлении газа р_н=110 кгс/см² - figure 2 shows a General view, section of a pneumatic-hydraulic piston accumulator for high pressures in a gas-charged state, for example, with an initial gas pressure p _n = 110 kgf / cm ²

- на фиг.3 показан общий вид, разрез пневмогидравлического поршневого аккумулятора для высоких давлений в заряженном газом и рабочей жидкостью состоянии, например, при р_газа=р_{раб.жид.}=220 кгс/см².- figure 3 shows a General view, a section of a pneumatic-hydraulic piston accumulator for high pressures in a state charged with gas and working fluid, for example, when p _gas = p _{working fluid.} = 220 kgf / cm ² .

- на фиг.4 показано место А на фиг.1 - конструктивное исполнение варианта стопорения съемной крышки 5.- figure 4 shows the place And in figure 1 - structural embodiment of the option of locking the removable cover 5.

- на фиг.5 показано место Б на фиг.1 - конструктивное исполнение внешних уплотняющих участков 11 и 12 разделительного поршня 8 и кольцевого наполнителя смазки в виде канавки 22 с размещенным в ней жгутом 23.- figure 5 shows the place B in figure 1 - structural design of the outer sealing portions 11 and 12 of the separation piston 8 and the annular lubricant filler in the form of a groove 22 with a plait 23 placed therein.

Заявляемый пневмогидравлический поршневой аккумулятор высокого давления содержит корпус-гильзу 1 (фиг.1) с глухим сферическим днищем 2 с ограничительной упорной торцовой поверхностью 3 и центральным входным отверстием 4 для подвода газа, съемную крышку 5 с осевым отверстием 6 для подвода рабочей жидкости и опорным торцом 7, разделительный поршень 8, установленный внутри корпуса-гильзы 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования жидкостной 9 и газовой 10 камер, причем поршень 8 включает в себя два уплотняющих участка 11 и 12, разнесенных в осевом направлении поршня 8. На внешней поверхности корпуса-гильзы 1 образованы резьбовой участок 13 с направляющей поверхностью 14 и уплотнительным устройством 15 и теплообменные элементы в виде разнесенных между собой в осевом направлении кольцевых ребер 16 с трапецеидальной формой сечения и выполненных за одно целое с корпусом-гильзой 1.The inventive pneumatic-hydraulic piston high-pressure accumulator comprises a sleeve case 1 (Fig. 1) with a blind spherical bottom 2 with a restrictive thrust end surface 3 and a central inlet 4 for supplying gas, a removable cover 5 with an axial bore 6 for supplying a working fluid and a supporting end 7, a dividing piston 8 mounted inside the sleeve body 1 with the possibility of reciprocating movement and the formation of liquid 9 and gas 10 chambers, the piston 8 including two sealing sections 11 and 12, spaced apart in the axial direction of the piston 8. A threaded portion 13 with a guiding surface 14 and a sealing device 15 and heat exchange elements are formed in the form of annular spaced apart ribs 16 with a trapezoidal cross-sectional shape and made for one with the case-sleeve 1.

Днище 17 съемной крышки 5 выполнено в виде вогнутой сферической поверхности, а крышка 5 жестко закреплена на корпусе-гильзе 1 посредством резьбы 18 с упором на внутреннюю торцовую опорную поверхность 7. Крышка 5 дополнительно застопорена установочным винтом 19 (фиг.4).The bottom 17 of the removable cover 5 is made in the form of a concave spherical surface, and the cover 5 is rigidly fixed to the sleeve body 1 by means of a thread 18 with an emphasis on the inner end support surface 7. The cover 5 is additionally locked with a set screw 19 (Fig. 4).

Разделительный поршень 8 образован в виде полого цилиндрического стакана, внутренняя поверхность 20 которого выполнена конической с переходом в участок 21 со сферической поверхностью донной части, повторяющей конфигурацию сферического днища 17 съемной крышки 5. Уплотняющая часть поршня 8 включает в себя два дублирующих уплотнительных участка 11 и 12 (фиг.1), а со стороны расположения газовой камеры сформирован кольцевой наполнитель смазки в виде канавки 22 (фиг.5) трапецеидального сечения с размещением в ней кольцевого маслоудерживающего жгута 23.The dividing piston 8 is formed in the form of a hollow cylindrical cup, the inner surface of which 20 is conical with a transition to a section 21 with a spherical surface of the bottom part repeating the configuration of the spherical bottom 17 of the removable cover 5. The sealing part of the piston 8 includes two duplicate sealing sections 11 and 12 (Fig. 1), and from the location of the gas chamber, an annular lubricant filler is formed in the form of a groove 22 (Fig. 5) of a trapezoidal cross section with the placement of an annular oil-holding bundle in it 23.

Внешние уплотняющие участки 11 и 12 пневмогидравлического аккумулятора выполнены в виде встроенных в кольцевые прямоугольные канавки 24 резиновых колец 25 круглого сечения с защитными фторопластовыми кольцами 26, установленными по обеим сторонам резиновых колец 25.The external sealing sections 11 and 12 of the pneumohydraulic accumulator are made in the form of rubber rings 25 of circular cross-section built into the annular rectangular grooves 24 with protective fluoroplastic rings 26 mounted on both sides of the rubber rings 25.

Пневмогидравлический поршневой аккумулятор для высоких давлений работает следующим образом:Pneumatic-hydraulic piston accumulator for high pressures works as follows:

Перед началом работы в центральное входное отверстие 4 корпуса-гильзы 1 устанавливается зарядное устройство - обратный клапан, показанное на фиг.2 тонкими линиями. Под действие подведенного давления газа обратный клапан зарядного устройства открывается и происходит зарядка газовой камеры 10 аккумулятора до необходимого начального давления, например, до 110...115 кгс/см². В процессе зарядки камеры 10 газом разделительный поршень 8 перемещается в крайнее правое (по фиг.2) положение с упором на торцовую опорную поверхность 7 съемной крышки 5, причем выпуклая сферическая поверхность поршня 8 максимально входит в вогнутую сферическую полость крышки 5, сохраняя при этом минимально необходимый внутренний объем жидкостной камеры 9. В жидкостную камеру 9 производится подача рабочей жидкости через входной штуцер, установленный в съемной крышке 5 (штуцер показан на фиг.3 тонкими линиями).Before starting work, a charger is installed in the central inlet 4 of the housing-sleeve 1 — a check valve shown in thin lines in FIG. 2. Under the action of the supplied gas pressure, the check valve of the charger opens and the gas chamber 10 of the battery is charged to the required initial pressure, for example, to 110 ... 115 kgf / cm ² . In the process of charging the chamber 10 with gas, the dividing piston 8 moves to the rightmost position (in FIG. 2) with emphasis on the end support surface 7 of the removable cover 5, and the convex spherical surface of the piston 8 fits as much as possible into the concave spherical cavity of the cover 5, while maintaining a minimum the necessary internal volume of the liquid chamber 9. Into the liquid chamber 9, the working fluid is supplied through an inlet fitting installed in the removable cover 5 (the nozzle is shown in thin lines in FIG. 3).

В результате того, что давление рабочей жидкости превышает давление в газовой камере почти в 2 раза (210...230 кгс/см²) разделительный поршень 8 под действием перепада давления перемещается влево, в сторону своего исходного положения, сжимая газ и накапливая энергию жидкости.As a result of the fact that the pressure of the working fluid is almost 2 times higher than the pressure in the gas chamber (210 ... 230 kgf / cm ² ), the separating piston 8 moves to the left, towards its original position, by compressing the pressure, compressing the gas and accumulating the energy of the fluid .

Перемещение поршня 8 под действием давления рабочей жидкости происходит до момента выравнивания давлений в камерах газа 10 и жидкости 9 до величины, равной давлению рабочей жидкости. Выделяемое при этом тепло интенсивно отводится в окружающее пространство стенками корпуса-гильзы 1 и образованными на ее внешней поверхности теплообменными элементами - кольцевыми ребрами 16. Часть тепла отводится через поршень 8 и рабочую жидкость.The movement of the piston 8 under the action of the pressure of the working fluid occurs until the pressure equalization in the chambers of the gas 10 and the fluid 9 to a value equal to the pressure of the working fluid. The heat generated in this case is intensively removed into the surrounding space by the walls of the sleeve body 1 and the annular ribs 16 formed on its outer surface by heat exchange elements. Part of the heat is removed through the piston 8 and the working fluid.

При разрядке аккумулятора и совершении им полезной работы происходит расширение газа в газовой камере 10, сопровождающееся понижением температуры и давления. Этот процесс компенсируется подводом тепла из окружающей среды через теплообменные кольцевые ребра 16. В результате перепад давления между началом и концом разрядки уменьшается, а внешняя работа увеличивается, что приближает процессы зарядки и разрядки к изотермическим, приводит к стабилизации давления и увеличению накапливаемой и выдаваемой аккумулятором энергии.When the battery is discharged and it performs useful work, gas expands in the gas chamber 10, accompanied by a decrease in temperature and pressure. This process is compensated by the supply of heat from the environment through the heat exchange annular ribs 16. As a result, the pressure drop between the beginning and the end of the discharge decreases, and the external work increases, which brings the charging and discharging processes closer to isothermal, leads to pressure stabilization and an increase in the energy accumulated and emitted by the battery .

Образцы заявляемого пневмогидравлического поршневого аккумулятора для высоких давлений прошли внутризаводские и эксплуатационные испытания в составе приводов и систем управления летательными аппаратами. Испытания подтвердили правильность заложенных в конструкции заявляемого пневмогидравлического поршневого аккумулятора технических решений и возможность получения технического результата, заключающегося в упрощении конструкции пневмогидравлического поршневого аккумулятора для высоких давлений, сокращении его габаритов, повышении надежности и массового совершенства, улучшении сборки и разборки и других эксплуатационных качеств.Samples of the inventive pneumohydraulic piston accumulator for high pressures have passed in-plant and operational tests as part of the drives and aircraft control systems. Tests have confirmed the correctness of the technical solutions incorporated in the design of the inventive pneumohydraulic piston accumulator and the possibility of obtaining a technical result consisting in simplifying the design of the pneumohydraulic piston accumulator for high pressures, reducing its dimensions, increasing reliability and mass perfection, improving assembly and disassembly and other operational qualities.

Claims

1. Pneumohydraulic piston accumulator for high pressures, comprising a housing made in the form of a cylindrical sleeve with a blind spherical bottom with a restrictive thrust end surface and a central inlet for gas supply, a removable cover with an axial hole for supplying a working fluid and a support end, a separation piston, mounted inside the case-sleeve with the possibility of reciprocating movement and the formation of liquid and gas chambers, and the piston includes two sealing x sections spaced in the axial direction of the piston and moving along the inner wall of the pneumohydraulic accumulator, characterized in that a threaded section with a guiding surface and a sealing device is formed on the outer surface of the sleeve body, and in the middle part there are heat exchange elements in in the form of a developed peripheral surface with the formation on it of a series of annular ribs spaced apart at equal distances in the axial direction with a trapezoidal cross-sectional shape and which are integral with the case-sleeve, while the annular ribs are equidistant in the radial direction from the longitudinal axis of the case-sleeve, and the ratio of the height of the trapezoidal section of the rib to the diameter of the mirror of the case-sleeve is selected in accordance with the ratio:

N _Tr / D _s ≥0,028,

where N _Tr - the height of the trapezoidal section of the annular rib, mm;

D _s - the diameter of the mirror of the housing, mm.

2. The pneumatic-hydraulic piston accumulator according to claim 1, characterized in that the bottom of the removable cover is made in the form of a concave spherical surface, and the cover is rigidly fixed to the sleeve body by means of a threaded connection and axial compression through an annular supporting end surface formed on its inner surface with an additional external locking with one or several set screws, evenly spaced around the circumference and locked with a core in the slot, into the thread at two or three points with a depth of 1.0 ... 1.5 mm with a punch angle of 60 °.

3. The pneumatic-hydraulic piston accumulator according to claim 1, characterized in that the separating piston is formed in the form of a hollow cylindrical cup, the inner surface of which is conical, forming a side surface of a truncated cone, coaxially located relative to the outer guide surface and facing a large base towards the location of the gas chamber moreover, the lateral surface of the truncated cone is made with the transition to the site of the spherical surface of the bottom part with the repetition of the configurations of the internal spherical cavity of the removable cover, and the sealing part of the piston includes two duplicate sealing sections, spaced apart in the axial direction and axially moving together with the piston along the inner wall (mirror) of the case of the sleeve of the pneumohydraulic accumulator with the possibility of changing the volume of the gas chamber, while the outer surface of the piston from the location of the gas chamber, close to the sealing portion, is additionally formed by local expansion of the inner bands and an annular filler grease in a groove of trapezoidal cross section with the placement therein of the annular oil-retaining harness made of a wear resistant and heat insulating material such as asbestos.

4. Pneumohydraulic piston accumulator according to claim 1 or 3, characterized in that the sealing portions of the pneumohydraulic accumulator are made in the form of rubber rings of circular cross-section embedded in circular rectangular grooves with protective fluoroplastic rings mounted on both sides of the rubber rings, while the cross-sectional size of the fluoroplastic rings in the radial direction is equal to the size of the maximum depth of the groove.

5. The pneumatic-hydraulic piston accumulator according to claim 1, characterized in that the main structural elements - the body, sleeve, cover and separation piston are made of medium-carbon low-alloy steels hardened by heat treatment to medium hardness, and the mirror of the housing-shell is subjected to galvanic hard chrome plating and honing, followed by polishing, and the hemispheres of the separation piston and removable cover are formed and manufactured by pressing or deep drawing.