SE464658B

SE464658B - Float accumulator

Info

Publication number: SE464658B
Application number: SE9001325A
Authority: SE
Inventors: Per B Andersen
Original assignee: B Andersen
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1991-05-27
Also published as: SE9001325L; NO163031B; NO163031C; SE9001325D0; WO1989003483A1; NO874286L; NO874286D0

Abstract

The present invention relates to a hydropneumatic accumulator of the float type, preferably for use in storing energy in connection with a hydraulic system which is to receive and supply large quantities of working fluid during a short period of time. The accumulator consists of a vertical container 1, 2, 4 and a freely floating float 5 which serves to separate the gas content and liquid content of the accumulator from one another and to interact with a sealing ring 6 in the end cover 4 as a valve which prevents gas from forcing its way out of the accumulator if it is entirely emptied of liquid. <IMAGE>

Description

464 658 2 en och cylinderväggen. I blåsackumulatorer finns vanligtvis en fjäderbelastad ventil i vätskeutloppet som stänges av blå- san när ackumulatorn tömes på vätska. I en flottörackumula- tor fungerar flottören vanligtvis som en ventil som stänger vätskeutloppet när ackumulatorn tömmes på vätska. Kolv- ackumnlatorn och blåsackumulatorn är de vanliga typerna och en beskrivning kan hittas i den hydraultekniska litteraturen. 464 658 2 one and the cylinder wall. In bladder accumulators, there is usually a spring-loaded valve in the fluid outlet that shuts off the bladder when the accumulator is emptied of fluid. In a float accumulator, the float usually acts as a valve that closes the liquid outlet when the accumulator is emptied of liquid. The piston accumulator and the blow accumulator are the common types and a description can be found in the hydraulic technical literature.

Den hydropneumatiska flottörackumulatorn kännetecknas enligt uppfinningen av att flottören har formen av en cylindrisk behållare bestående av en kärna av syntaktiskt cellmaterial omgiven av ett gastätt hölje.The hydropneumatic float accumulator is characterized according to the invention in that the float is in the form of a cylindrical container consisting of a core of syntactic cell material surrounded by a gas-tight casing.

Föreliggande uppfinning komer att beskrivas nedan med »hänvisning till ritningsfigur 1 som visar ett snitt genom en lämplig utföringsform av en ackumulator.The present invention will be described below with reference to Figure 1 which shows a section through a suitable embodiment of an accumulator.

Ackumulatorn består av en cylindrisk mantel 1 som tillslutes upptill av ett lock 2 som har en gaspåfyllningsventil 3. Han- telns nedre ände tillslutes av ett lock 4 som har en borning (a) som är ansluten till ett hydraulsystem. Komponenterna 1, . 2, 4 skapar sålunda en behållare som innehåller en fritt fly- tande flottör S som skiljer gasen från vätskan. Gasen och vätskan komer i kontakt med varandra endast i en smal ring- formig yta (b) kring flottören 5. På ovansidan har ackumulat- orns flottör en mängd komprimerad gas vars tryck beror på vätskans nivå och följaktligen på flottörens läge. När vätska pumpas in i ackumulatorn genom borningen (a) komer den komp- rimerade gasen att komprimeras ytterligare. När hydraulsyste- met, som är anslutet till ackumulatorn via borningen (a), kräver en större mängd vätska komer trycket i systemet att sjunka och gasen ovanför flottören 5 komer att expandera och trycka vätska ut genom borningen (a).The accumulator consists of a cylindrical jacket 1 which is closed at the top by a lid 2 which has a gas filling valve 3. The lower end of the handle is closed by a lid 4 which has a bore (a) which is connected to a hydraulic system. Components 1,. 2, 4 thus creates a container which contains a free-floating float S which separates the gas from the liquid. The gas and the liquid come into contact with each other only in a narrow annular surface (b) around the float 5. At the top, the float of the accumulator has a quantity of compressed gas whose pressure depends on the level of the liquid and consequently on the position of the float. When liquid is pumped into the accumulator through the bore (a), the compressed gas will be further compressed. When the hydraulic system, which is connected to the accumulator via the bore (a), requires a larger amount of liquid, the pressure in the system will drop and the gas above the float 5 will expand and push liquid out through the bore (a).

En tätningsring 6 är monterad i det nedre ändlocket 4, vilken ring samverkar med flottören 5 som en ventil som tillsluter borningen (a) när flottören 5 är i sitt nedersta läge. Denna 464 658' 3 tätningsring 6 ingår i ett ändventilsystem som inte kräﬂer några rörliga delar. Tätningsringen 6 förhindrar gasen att läcka ut i hydraulsystemet när systemtrycket är lägre än gas- ens fyllningstryck och flottören 5 är därför i sitt botten- läge, d v s när ackumulatorn är tömd på vätska.A sealing ring 6 is mounted in the lower end cover 4, which ring cooperates with the float 5 as a valve which closes the bore (a) when the float 5 is in its lowest position. This 464 658 '3 sealing ring 6 is part of an end valve system that does not require any moving parts. The sealing ring 6 prevents the gas from leaking into the hydraulic system when the system pressure is lower than the filling pressure of the gas and the float 5 is therefore in its bottom position, i.e. when the accumulator is emptied of liquid.

Om flottörackumulatorn skall fungera tillfredsställande under olika arbetsförhållanden bör följande krav uppfyllas: 1. Flottören måste stänga utloppet till hydraulsystet när systemtrycket är lägre än gaspåfyllningstrycket. 2. Flottören måste tåla ett högt arbetstryck (50-300 bar) och samtidigt ha en låg specifik vikt för att kunna flyta i den aktuella vätskan. 3. Flottören måste förhindra gasen från att absorberas av vätskan och därmed släppas ur ackumulatorn inblandad i väts- kan.If the float accumulator is to function satisfactorily under different operating conditions, the following requirements should be met: 1. The float must close the outlet to the hydraulic system when the system pressure is lower than the gas filling pressure. 2. The float must withstand a high working pressure (50-300 bar) and at the same time have a low specific gravity to be able to float in the liquid in question. 3. The float must prevent the gas from being absorbed by the liquid and thus be released from the accumulator mixed with the liquid.

Nr. l av de ovan nämnda kraven uppfylles av föreliggande uppfinning med hjälp av den ovan beskrivna tätningsringen 6.Nr. 1 of the above-mentioned requirements is met by the present invention by means of the above-described sealing ring 6.

Följande hänsyn har tagits vid utformningen för att uppfylla förutsättningarna nr. 2 och 3: Flottören 5 har en förhållandevis lång axiell utsträckning och har en omkretsstyrning 7 nedtill på flottören, vilken styrning har ett litet glapp (c) till manteln 1. Flottören 5 är även försedd med en styrning 8 upptill på flottören med ett glapp (d) till manteln l. Mellan de två styrningarna 7, 8 finns en ringformig kammare (e) som begränsas av manteln 1 och flottören 5. Gasen och vätskan möts i en ringyta (b) och vätskan i ringkammaren (e) kommer att blandas med gas. Tack vare det smala gapet (c) vid styrningen 7 kommer dock vätska- nivån i kammaren (e) att förbli nästan konstant även vid ac- celererad eller retarderad rörelse hos flottören. Den gas- inblandade vätskan i kammaren (e) kommer därför i ytterst liten utsträckning att utbytas med vätskan under flottören 5. 464 658 4 Sålunda förhindras gasen från att blanda sig med system- vätskan.The following considerations have been taken into account in the design to meet the conditions no. 2 and 3: The float 5 has a relatively long axial extent and has a circumferential guide 7 at the bottom of the float, which guide has a small play (c) to the jacket 1. The float 5 is also provided with a guide 8 at the top of the float with a play ( d) to the jacket 1. Between the two guides 7, 8 there is an annular chamber (e) bounded by the jacket 1 and the float 5. The gas and the liquid meet in a ring surface (b) and the liquid in the ring chamber (e) will be mixed with gas. Thanks to the narrow gap (c) at the guide 7, however, the liquid level in the chamber (e) will remain almost constant even during accelerated or decelerated movement of the float. The gas-mixed liquid in the chamber (e) will therefore to a very small extent be exchanged with the liquid under the float 5. 464 658 4 Thus the gas is prevented from mixing with the system liquid.

Flottörens 5 långa axiella utsträckning ger god styrning vilket gör det möjligt för flottören att förflyttas axiellt nästan utan friktion. Detta är viktigt för att hålla vätske- nivån i kammaren (e) konstant. Den långa axiella utsträck- ningen garanterar att vätskan ej komer att avancera ovanför flottören 5 eller gasen avancerar under flottören 5 även vid mycket snabb accleration eller retardation av flottörens 5 rörelse. Av samma anledning bör flottörens 5 specifika vikt medföra att flottören 5 är nedsänkt ungefär halvvägs i den aktuella vätskan.The long axial extent of the float 5 provides good control, which makes it possible for the float to move axially almost without friction. This is important to keep the fluid level in the chamber (s) constant. The long axial extension guarantees that the liquid will not advance above the float 5 or the gas advances below the float 5 even with very rapid acceleration or deceleration of the movement of the float 5. For the same reason, the specific weight of the float 5 should mean that the float 5 is immersed approximately halfway in the liquid in question.

För att åstadkoma en flottör med så låg specifik vikt att den komer att vara halvnedsjunken i vätskan (exempelvis ol- ja) och samtidigt vara tillräckligt stark för att motstå ett högt yttre tryck görs flottören 5 med en kärna av syntaktiskt cellmaterial 10 som omges av ett gastätt hölje 9. Syntaktiskt cellmaterial, som består av mikrosfärer i en matris är väl- känt som flytkroppar i samband med ubåtar och undervattens- installationer, men ensamt är det inte speciellt användbart i kontakt med komprimerad gas. Gastrycket komer med tiden att sprida sig in i mikrosfärerarna och spränga dessa när trycket släppes.To provide a float with such a low specific gravity that it will be semi-immersed in the liquid (e.g. oil) and at the same time be strong enough to withstand a high external pressure, the float 5 is made with a core of syntactic cellular material 10 surrounded by a gas-tight housing 9. Syntactic cellular material, which consists of microspheres in a matrix, is well known as floating bodies in connection with submarines and underwater installations, but alone it is not particularly useful in contact with compressed gas. The gas pressure will eventually spread into the microspheres and burst when the pressure is released.

Kärnan 10 är därför helt omsluten av ett gastätt hölje 9 som har goda mekaniska egenskaper i ett brett temperaturområde och har kemiskt motstånd mot den aktuella vätskan (exempelvis POM). Såsom mikrosfärer i kärnans 10 syntaktiska skum bör ett material användas som förbättrar matrisens värmeutvidgning och elasticitet (exempelvis glas). Det är viktigt för möjlig- heten att göra glappet (c) mellan styrningen 7 och manteln 1 litet och behålla det litet under olika temperatur- och tryckförhållanden. Det är nödvändigt för att säkerställa en tillräcklig separation av gasen och vätskan. 464 658 Föreliggande uppfinning kan jämföras med tidigare pateni skrifter för ackumulatorer och liknande anordningar som innehåller fritt flytande flottörer, exempelvis DE3l43890Al, US1959640 och US2317796. Dessa anordningar är avsedda för ett lågt arbetstryck, och är tillverkade av material som var kända vid tidpunkten för uppfinningarnas uppkomst och dessa flottörer skulle ej motstå det arbetstryck som är aktuellt för ackumulatorn enligt föreliggande uppfinning. Alternativt skulle flottörerna bli för tunga för att flyta halvt nedsänk- ta i en vätska som olja. En del tidigare patentskrifter be- skriver dessutom en flottörkonstruktion som ger dålig separa- tion av gasen och vätskan. En del har dessutom ett otillräck- ligt ändventilsystem för att förhindra gas från att tränga ut ur ackumulatorn till hydraulsystemet när ackumulatorn är tömd på vätska.The core 10 is therefore completely enclosed by a gas-tight housing 9 which has good mechanical properties in a wide temperature range and has chemical resistance to the liquid in question (for example POM). As microspheres in the syntactic foam of the core 10, a material should be used which improves the thermal expansion and elasticity of the matrix (e.g. glass). It is important for the possibility to make the gap (c) between the guide 7 and the jacket 1 small and to keep it small under different temperature and pressure conditions. It is necessary to ensure an adequate separation of the gas and the liquid. 464 658 The present invention can be compared with previous patents for accumulators and similar devices containing free-floating floats, for example DE3143890A1, US1959640 and US2317796. These devices are intended for a low working pressure, and are made of materials which were known at the time of the invention and these floats would not withstand the working pressure which is relevant for the accumulator according to the present invention. Alternatively, the floats would be too heavy to float half immersed in a liquid such as oil. Some previous patents also describe a float construction that provides poor separation of the gas and liquid. Some also have an insufficient end valve system to prevent gas from escaping from the accumulator to the hydraulic system when the accumulator is depleted of liquid.

Claims

10 464 658 b Patent claim

A hydropneumatic float accumulator comprising a housing (1, 2, 4), and a float (5) disposed therein to separate the liquid content of the accumulator from the gas content and to cooperate with a sealing ring (6) in the end cap (4) such as a valve which prevents gas from being discharged from the accumulator if it is completely emptied of liquid, that the float (5) is in the form of a cylindrical container consisting of a core (10) of syntactic cellular material surrounded by a gas-tight housing (9) . k ä n n e t e c k n a d av