液压蓄能器

液压蓄能器是一种压力储存器，其中不可压缩的液压流体保持在由外部机械能源施加的压力下。外部源可以是发动机、弹簧、提升的重量或压缩气体。蓄能器使液压系统能够使用功率较小的泵来应对极端需求，更快地响应临时需求，并消除脉动。它是一种储能装置。压缩气体蓄能器，也称为液压气动蓄能器，是迄今为止最常见的类型。

威廉阿姆斯特朗液压码头机械的xxx个蓄能器是简单的升高水塔。水通过蒸汽泵泵送到这些塔顶部的水箱。当码头机械需要液压动力时，水面以上高度的静水压头提供了必要的压力。这些简单的蓄电池非常高。例如，GrimsbyDockTower建于1852年，高309英尺（94m）。由于它们的尺寸，它们的成本很高，因此建造时间不到十年。大约在同一时间，约翰福勒正在附近的纽荷兰建造渡轮码头，但由于恶劣的地面条件不允许建造高大的蓄能器塔，因此无法使用类似的液压动力。到格里姆斯比开业时，它已经过时了，因为阿姆斯特朗已经开发了更复杂但更小、更小的加权蓄能器，供纽荷兰使用。1892年，在Fowler的建议下，原来的格里姆斯比塔的功能被相邻码头上的一个较小的加重蓄能器所取代，尽管该塔至今仍是一个著名的地标。其他幸存的塔楼包括位于英格兰伯肯黑德的EastFloat附近的一座，以及位于英格兰利物浦布拉姆利摩尔码头的另一座。后一座塔楼将作为埃弗顿足球俱乐部新足球场建设相关区域拟议开发计划的一部分进行翻新

升重式蓄能器由一个垂直气缸组成，该气缸包含连接到液压管路的流体。气缸由活塞封闭，在活塞上放置一系列重物，这些重物对活塞施加向下的力，从而对气缸中的流体加压。与压缩气体和弹簧蓄能器相比，这种类型的压力几乎恒定，无论气缸中的流体体积如何，直到它变空。（由于剩余流体的重量下降，压力会随着气缸排空而有所下降。）这种类型的蓄能器的一个工作示例可以在布里斯托尔港的液压发动机房中找到。最初的1887蓄能器安装在其塔中，1954年增加了一个外部蓄能器，该系统一直使用到2010年，为坎伯兰盆地（布里斯托尔）的闸门供电。水从港口泵入集水箱，然后通过重力输送到泵中。工作压力为750psi（5.2MPa或52bar），用于为布里斯托尔港的起重机、桥梁和船闸提供动力。伦敦塔桥原来的操作机构也使用了这种类型的蓄能器。虽然不再使用，但仍可以在桥梁博物馆的原地看到六个蓄能器中的两个。摄政运河码头，现命名为石​​灰豪斯盆地，有一个液压蓄能器的残骸，其历史可追溯至1869年，是世界上现存最古老的此类设施的一部分，第二个位于码头，安装时间晚于最初列出的白杨码头错误地作为伦敦和布莱克沃尔铁路的信号箱，当正确识别时，它被现已解散的伦敦码​​头开发公司恢复为旅游景点。现在由Canal&RiverTrust所有，大型团体可向盆地的码头管理员办公室申请，并在每年9月的第三个周末举行的伦敦开放日周末的两个下午开放。伦敦从19世纪中叶开始拥有广泛的公共液压动力系统，最终在1970年代关闭，其中有5个液压发电站，由伦敦液压动力公司运营。铁路货场和码头通常有自己独立的系统。

一种简单形式的蓄能器是一个封闭的体积，充满空气。管道的垂直部分，通常是扩大的直径，可能就足够了，并且会充满空气，当管道填充时会被困住。这种蓄能器通常没有足够的容量来存储大量电能，因为它们不能预先充入高压气体，但它们可以充当缓冲器来吸收压力波动。它们用于平滑活塞泵的输送。另一种用途是作为减震器来消除水锤，该应用是大多数柱塞泵的组成部分。空气流失将导致效率损失，如果空气会随着时间的推移流失，则设计必须包括某种方式来更新它。

压缩气体蓄能器由带有两个腔室的气缸组成，两个腔室由弹性隔膜、完全封闭的气囊或浮动活塞隔开。一个腔室包含流体并连接到液压管路。另一个腔室包含惰性气体（通常是氮气），通常在压力下，为液压油提供压缩力。使用惰性气体是因为氧气和油在高压下混合时会形成爆炸性混合物。随着压缩气体体积的变化，气体的压力（以及流体上的压力）反向变化。对于低压水系统，水通常填充水箱内的橡胶气囊（如图），防止与水箱接触，否则水箱需要抗腐蚀。为高压应用（例如液压系统）设计的装置通常预充至非常高的压力（接近系统工作压力），并且设计用于在系统压力较低时防止气囊或膜被此内部压力损坏。对于气囊类型，这通常要求气囊充满气体，以便当系统压力为零时气囊完全膨胀而不是被充气压碎。可以通过将气瓶连接到蓄能器的气体侧来增加蓄能器的气体体积。对于相同的系统压力波动，这将导致更大一部分的蓄能器体积被使用。如果压力不会在很宽的范围内变化，这可能是减小所需蓄能器尺寸的一种经济有效的方法。如果蓄能器不是活塞式的，则必须注意在任何预期的过压情况下不会损坏气囊或隔膜，许多气囊式蓄能器不能容忍气囊在压力下被压碎。JeanMercier发明了一种压缩气体蓄能器，用于可变螺距螺旋桨。

弹簧式蓄能器在操作上与上述充气式蓄能器类似，不同之处在于使用重弹簧（或多个弹簧）来提供压缩力。根据胡克定律，弹簧施加的力的大小与其长度的变化成线性比例。因此，随着弹簧压缩，它施加在流体上的力线性增加。

金属波纹管蓄能器的功能类似于压缩气体型蓄能器，不同之处在于弹性隔膜或浮动活塞由密封焊接金属波纹管代替。流体可以在波纹管内部或外部。金属波纹管类型的优点包括极低的弹簧刚度，允许充气完成所有工作，从满到空的压力变化很小，行程长，可以有效利用套管容积，并且可以制造波纹管能够抵抗会压碎气囊式分离器的过压。焊接金属波纹管蓄能器提供了异常高水平的蓄能器性能，并且可以用广泛的合金生产，从而产生广泛的流体兼容性。这种类型的其他优点是它不会面临高压操作的问题，可以抵抗极高或极低的温度或某些腐蚀性化学品，并且在某些情况下可能更持久。金属波纹管的生产成本往往比其他常见类型高得多。

在现代的、通常是移动的液压系统中，首选的项目是充气蓄能器，但简单的系统可能是弹簧加载的。一个系统中可能有多个累加器。由于其影响和制造成本，每个的确切类型和位置可能是一种折衷方案。一个蓄能器放置在靠近泵的位置，带有一个止回阀，防止回流到泵。在活塞式泵的情况下，该蓄能器放置在理想​​的位置，以吸收来自多活塞泵的能量脉动。它还有助于保护系统免受流体冲击。这可以保护系统组件，特别是管道系统，免受两种潜在的破坏性力量的影响。另一个好处是在泵的需求较低时可以存储额外的能量。设计者可以使用容量较小的泵。需要大量流体的系统组件（例如大型飞机上的起落架）的较大偏移也可以从一个或多个蓄能器中受益。这些通常放置在靠近需求的位置，以帮助克服长管道运行的限制和拖累。从放电蓄能器流出的能量在短时间内比大型泵产生的能量要大得多。蓄能器可以在系统中有轻微泄漏的情况下维持系统中的压力，而无需不断地循环打开和关闭泵。当温度变化导致压力偏移时，蓄能器会帮助吸收它们。它的尺寸有助于吸收流体，否则这些流体可能会被锁定在一个小型固定系统中，由于阀门布置而没有膨胀空间。蓄能器中的气体预充设置为使分离囊、隔膜或活塞不会到达或撞击工作气缸的任一端。设计预充通常确保运动部件不会污染末端或阻塞流体通道。预充电维护不善会损坏运行中的蓄能器。正确设计和维护的蓄能器应该可以无故障运行多年。