專利名稱：液壓能量的存儲、釋放方法及其氣、水和油的蓄能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓設(shè)備；特別涉及適用于大型非連續(xù)性動作液壓機械設(shè)備的鍛壓機、擠壓機、拉伸機等的液壓系統(tǒng)中的一種液壓能量的存儲、釋放方法及其氣、水和油的蓄能裝置。
背景技術(shù)：
目前，大型非連續(xù)性動作液壓機械設(shè)備，諸如鍛壓機、擠壓機、拉伸機等的液壓系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的系統(tǒng)供油方式有以下三種 1、采用足夠的泵，使泵流量滿足系統(tǒng)最大瞬時供油量，此方式泵和泵電機都很大，泵電機在空載時的能量消耗雖然只有電機功率的10-20%，但由于空載時間占總動作周期的70-95% ，甚至更高，使系統(tǒng)空載能耗增大，系統(tǒng)效率降低，能源浪費嚴重。
2、采用泵加蓄能器方案，其中蓄能器為傳統(tǒng)的皮囊蓄能器或活塞蓄能器。但由于皮囊蓄能器不能做大，只能增加數(shù)量，使得系統(tǒng)造價升高，同時由于蓄能器數(shù)量多，接口多，氣體泄漏時不便檢查漏點，也不便充氣和維護。而活塞蓄能器是直接隔離高壓氣體和液壓油，不但高壓氣體和液壓油之間的動密封要求高、活塞蓄能器氣腔的靜密封要求也很高，尤其對于大尺寸的密封更不容易。這就使得活塞蓄能器具有造價高、不易做大的缺點。
3、采用泵+氣液接觸的氣液罐作為蓄能器，但介質(zhì)為高水基介質(zhì)，如水乙二醇等。此方案氣液罐相對蓄能器的造價低，但高水基系統(tǒng)整體造價高，壓力低。如不是用在防火防爆特殊的場合，沒有應用。此方案不能用液壓油為介質(zhì)，否則氣體會溶解、混入氣泡進入液壓油中，會嚴重影響動作性能和元件壽命。 以上三種方案，第一種方案為目前主要采用，第二種方案只有在蓄能器總?cè)莘e小于2!113時采用才有合理的性價比，第三種方案只有在特殊場合應用。綜上所述，目前大型非連續(xù)性大型液壓機械設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，系統(tǒng)供油方式絕大多數(shù)采用第一種方案。為解決第一種方案效率低、第二、三種方案的局限性，針對上述技術(shù)存在的缺點和不足之處，研究開發(fā)一種新的液壓能量的存儲、釋放方法及其氣、水和油的蓄能裝置是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在為了避免上述技術(shù)中存在的缺點和不足之處，而提供一種液壓能量的存儲、釋放方法及其氣、水和油的蓄能裝置；它不僅可替代傳統(tǒng)蓄能器的功能，還解決了傳統(tǒng)蓄能器容積太大時無法推廣應用，只能采用泵直接供油的低效方案的問題。采用本發(fā)明中的氣水油聯(lián)合控制蓄能裝置+泵供油的大型非連續(xù)性動作液壓系統(tǒng)，可以大大減少泵的數(shù)量及泵電機總裝機功率，從而減少能耗，提高系統(tǒng)總效率。同時它不存在氣體直接進入工作介質(zhì)的可能。而減少的泵裝置費用與增加的氣水油聯(lián)合控制蓄能裝置費用相當。因此采用本發(fā)明將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 本發(fā)明的目的是采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的所述的液壓能量的存儲、釋放方法，其特征在于通過高壓氣罐、高壓氣水罐和水油轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)能量的存儲、轉(zhuǎn)換和釋放；蓄能——能量存儲時，油流量X油壓力的液壓能進入水油轉(zhuǎn)換器的容油腔，推動活塞將容水腔的水轉(zhuǎn)換成水流量X水壓力的水液壓能，高壓水經(jīng)進出水管進入高壓氣水罐后壓縮高壓氣體，使被壓縮的高壓氣體的內(nèi)能——壓力能增加；能量釋放時，高壓氣體膨脹，將高壓水經(jīng)進出水管壓入水油轉(zhuǎn)換器的容水腔，推動活塞將容油腔的油轉(zhuǎn)換成油流量X油壓力的油液壓能，油液壓能直接給液壓機供油系統(tǒng)供油。 所述的水系能量轉(zhuǎn)換的中間介質(zhì)，它或是水、或是在水中加入乳化液、或是在水中
加入乙二醇、或是液壓油。 所述的油為液壓油。 —種液壓能量的存儲、釋放方法的氣、水和油的蓄能裝置，包括給液壓機供油的供油管，其特征在于，其結(jié)構(gòu)由氣罐、進出氣管、氣水罐、進出水管、水油轉(zhuǎn)換器和供油管組成，在氣罐內(nèi)充裝空氣，氣罐頂部連接進出氣管的一端，進出氣管的另一端與氣水罐的頂部連接，所述的氣水罐內(nèi)的下部裝水，上部充裝空氣，氣水罐的底部連接進出水管的一端，進出水管的另一端與水油轉(zhuǎn)換器下部的容水腔連通相接，水油轉(zhuǎn)換器內(nèi)上部的容油腔與給液壓機供油的供油管連通相接。 所述的水油轉(zhuǎn)換器，分為帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器和不帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器，所述的帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器由缸體、缸蓋、缸底、活塞、活塞桿和密封圈組成；缸體頂部連接缸蓋，底部連接缸底，缸內(nèi)裝有作相對滑動的活塞；在容油腔側(cè)的活塞上面連接向缸外伸出的活塞桿；密封圈分別裝在缸蓋、活塞和缸底之間接觸面內(nèi)的密封槽內(nèi)；在活塞頂面以上的腔體內(nèi)系裝有油的容油腔，在活塞底面以下的腔體內(nèi)系裝有水的容水腔；所述的不帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器由缸體、缸蓋、缸底、活塞和密封環(huán)組成；在缸體頂部連接缸蓋，底部連接缸底，缸內(nèi)裝有作相對滑動的活塞；密封圈分別裝在缸蓋、活塞和缸底之間接觸面內(nèi)的密封槽內(nèi)；在活塞頂面以上的腔體內(nèi)系裝有油的容油腔，在活塞底面以下的腔體內(nèi)系裝有水的容水腔。 本發(fā)明的原理分述于下 由于本發(fā)明是采用氣罐、氣水罐和水油轉(zhuǎn)換器組成的氣水油聯(lián)合控制蓄能裝置，其中若氣水罐足夠大也可以不要氣罐。其中的水油轉(zhuǎn)換器當蓄能即能量存儲時，液壓油推動活塞將高壓水排出，能量釋放時高壓水推動活塞將液壓油排出。因此，在大型非連續(xù)性動作液壓機械設(shè)備的液壓系統(tǒng)中用本發(fā)明取代傳統(tǒng)的蓄能方式，即皮囊式蓄能器的氣液隔離方式、活塞式蓄能器的氣液密封方式及氣液接觸式蓄能器的氣液接觸方式。既解決了皮囊蓄能器和活塞蓄能器做大的困難，又解決了氣液接觸式蓄能器不適用于高壓液壓系統(tǒng)的問題。它的應用可以大大減少泵的數(shù)量及泵電機總裝機功率，從而減少能耗，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。 綜以上所采取的技術(shù)方案，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，它不僅可替代傳統(tǒng)蓄能器的功能，還解決了傳統(tǒng)蓄能器容積太大時無法推廣應用，只能采用泵直接供油的低效方案的問題。采用本發(fā)明中的氣水油聯(lián)合控制蓄能裝置+泵供油的大型非連續(xù)性動作液壓系統(tǒng)，可以大大減少泵的數(shù)量及泵電機總裝機功率，從而減少能耗，提高系統(tǒng)總效率。同時它不存在氣體直接進入工作介質(zhì)的可能。而減少的泵裝置費用與增加的氣水油聯(lián)合控制蓄能裝置費用相當。因此采用本發(fā)明將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益以及操作安全，使用十分方便等優(yōu)
4點。


本發(fā)明有一幅附圖。其中 附圖1是本發(fā)明的具體實施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、氣罐，2、空氣，3、進出氣管，4、氣水罐，5、水6、進出水管，7、傳感器，8、缸體，9、活塞，10、缸底，11、缸蓋12、油，13、活塞桿，14、密封圈，15、供油管。
具體實施例方式
圖1所示是本發(fā)明的具體實施例，它是在13000噸油壓機的液壓系統(tǒng)中安裝的采用液壓能量的存儲、釋放方法的氣、水和油的蓄能裝置；它的結(jié)構(gòu)包括給液壓機供油的供油管15，其特征在于，其結(jié)構(gòu)由高壓的氣罐1、進出氣管3、高壓的氣水罐4、進出水管6、水油轉(zhuǎn)換器和供油管15組成，在氣罐1內(nèi)充裝空氣，氣罐1頂部連接進出氣管3的一端，進出氣管3的另一端與氣水罐4的頂部連接，所述的氣水罐4內(nèi)的下部裝水5，上部充裝空氣2，氣水罐4的底部連接進出水管6的一端，進出水管6的另一端與水油轉(zhuǎn)換器下部的容水腔連通相接，水油轉(zhuǎn)換器內(nèi)上部的容油腔與給液壓機供油的供油管15連通相接；所述的水油轉(zhuǎn)換器是采用帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器，它是由缸體8、缸蓋11、缸底10、活塞9、活塞桿13和密封環(huán)14組成；并在缸蓋11上裝設(shè)可測量活塞位置的傳感器7。由于它是通過高壓的氣罐、高壓的氣水罐和水油轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)能量的存儲、轉(zhuǎn)換和釋放；蓄能——能量存儲時，油流量X油壓力的液壓能進入水油轉(zhuǎn)換器容油腔，推動活塞將容水腔的水轉(zhuǎn)換成水流量X水壓力的水液壓能，高壓水經(jīng)進出水管6進入高壓的氣水罐后壓縮高壓氣體，使被壓縮的高壓氣體的內(nèi)能——壓力能增加；能量釋放時，高壓氣體膨脹，將高壓水經(jīng)進出水管6壓入水油轉(zhuǎn)換器的容水腔，推動活塞9將容油腔的油轉(zhuǎn)換成油流量X油壓力的油液壓能，油液壓能直接給液壓機供油系統(tǒng)供油。采用后，可以大大減少泵的數(shù)量及泵電機總裝機功率，從而減少能耗。圖l中的箭頭表示系統(tǒng)供油方向。 現(xiàn)根據(jù)液壓系統(tǒng)平均供油量和峰值流量計算出系統(tǒng)所需泵的流量和氣、水和油蓄能裝置的容量。設(shè)計時，泵的總流量應大于系統(tǒng)平均流量，氣罐l+氣水罐4的機動容積大于液壓系統(tǒng)動作周期內(nèi)最大累積油量。 為了進一步較詳細地說明在采用本發(fā)明后能顯著降低能耗，今以本發(fā)明的具體實施例13000噸油壓機即優(yōu)選實施例，參照圖1所示分別計算當采用本發(fā)明一氣、水和油蓄能裝置+泵供油和已有技術(shù)一單獨用泵供油時的參數(shù)對比。
以13000噸油壓機參數(shù)為例，簡化后已知條件如下
系統(tǒng)動作周期T = 12s
系統(tǒng)平均流量Qm = 67791pm
系統(tǒng)峰值流量Qp = 257641pm
峰值流量時間Tp = 5. 5s 1.當采用氣水油聯(lián)合控制蓄能裝置+泵供油時
選高壓柱塞泵 工作壓力最低Pl = 280bar，最高P2 = 315bar，充氣壓力Po = 260bar
5
泵臺數(shù)=Qm/Qn = 9. 82，設(shè)計為10臺，泵總流量690X10
電機總功率10XN = 4000kw 蓄能裝置機動容積Vn = QpXTp = 25764X5. 5 + 60 = 2362L
69001pm > Qm
30864Z 蓄能裝置充氣容積
1.4
、i、&
設(shè)計確定
水油轉(zhuǎn)換器內(nèi)徑1400mm，行程1800m，
其機動容積為；14002 xl800 + 10c
2771Z >Vn 確定氣罐+氣水罐總?cè)莘e為32000L > Vo 選擇容積相同的氣罐和氣水罐，各為16000L,設(shè)定充氣容積在氣水罐存留 32000-Vo = 1136L水的位置。
2.當采用泵直接供油時 選高壓柱塞泵
工作壓力最低P1 = 280bar，最高P2 = 315bar 工作流量Qn :6901pm 電機功率N :400kw
泵臺數(shù)=Qp/Qn = 37. 3，設(shè)計為38臺 電機總功率38X400 = 15200kw
比較以上兩種方案可以看出，采用氣水油聯(lián)合控制蓄能裝置+泵供油比泵單獨供 油減少電機功率15200-4000 = 11200kw，按電機空載消耗功率15%計算，空載功率損失為 1680kw。按每天工作10小時，每年工作300天計算，每年節(jié)省電能為1680kwX 10X300 = 5040000kwh。由此看出，本發(fā)明的應用將大大減少系統(tǒng)電機功率，且節(jié)能效果明顯。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于 此，所有熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案 及其本發(fā)明的構(gòu)思加以等同替換或改變均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。





權(quán)利要求
一種液壓能量的存儲、釋放方法，其特征在于通過高壓的氣罐(1)、高壓的氣水罐(4)和水油轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)能量的存儲、轉(zhuǎn)換和釋放；蓄能——能量存儲時，油流量×油壓力的液壓能進入水油轉(zhuǎn)換器的容油腔，推動活塞將容水腔的水轉(zhuǎn)換成水流量×水壓力的水液壓能，高壓水經(jīng)進出水管(6)進入高壓氣水罐后壓縮高壓氣體，使被壓縮的高壓氣體的內(nèi)能——壓力能增加；能量釋放時，高壓氣體膨脹，將高壓水經(jīng)進出水管(6)壓入水油轉(zhuǎn)換器容水腔，推動活塞將容油腔的油轉(zhuǎn)換成油流量×油壓力的油液壓能，油液壓能直接給液壓機供油系統(tǒng)供油。
2. 按權(quán)利要求1所述的液壓能量存儲、釋放方法，其特征在于所述的水系能量轉(zhuǎn)換的中間介質(zhì)，它或是水、或是在水中加入乳化液、或是在水中加入乙二醇、或是液壓油。
3. 按權(quán)利要求1所述的液壓能量的存儲、釋放方法，其特征在于所述的油為液壓油。
4. 一種采用權(quán)利要求l的液壓能量的存儲、釋放方法的氣、水和油的蓄能裝置，包括給液壓機供油的供油管(15)，其特征在于，其結(jié)構(gòu)由氣罐(1)、進出氣管(3)、氣水罐(4)、進出水管(6)、水油轉(zhuǎn)換器和供油管(13)組成，在氣罐(1)內(nèi)充裝空氣(2)，氣罐(1)頂部連接進出氣管(3)的一端，進出氣管(3)的另一端與氣水罐(4)的頂部連接，所述的氣水罐(4)內(nèi)的下部裝水(5)，上部充裝空氣(2)，氣水罐(4)的底部連接進出水管(6)的一端，進出水管(6)的另一端與水油轉(zhuǎn)換器下部的容水腔連通相接，水油轉(zhuǎn)換器內(nèi)上部的容油腔與給液壓機供油的供油管(15)連通相接。
5. 按權(quán)利要求4所述的氣、水和油的蓄能裝置，其特征在于所述的水油轉(zhuǎn)換器，分為帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器和不帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器，所述的帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器由缸體(5) 、缸蓋(11)、缸底a0)、活塞(9)活塞桿(13)和密封圈(14)組成；缸體(8)頂部連接缸蓋(ll)，底部連接缸底(IO)，缸內(nèi)裝有作相對滑動的活塞(9);在容油腔側(cè)的活塞(9)上面連接向缸外伸出的活塞桿(13);密封圈(14)分別裝在缸蓋(11)、活塞(9)和缸底(10)之間接觸面內(nèi)的密封槽內(nèi)；在活塞(9)頂面以上的腔體內(nèi)系裝有油(12)的容油腔，在活塞(9)底面以下的腔體內(nèi)系裝有水(5)的容水腔；所述的不帶活塞桿的水油轉(zhuǎn)換器由缸體(8)、缸蓋(11)、缸底(10)、活塞(9)和密封環(huán)(14)組成；在缸體(8)頂部連接缸蓋(11)，底部連接缸底(IO)，缸內(nèi)裝有作相對滑動的活塞(9);密封圈(14)分別裝在缸蓋(1D、活塞(9)和缸底(10)之間接觸面內(nèi)的密封槽內(nèi)；在活塞(9)頂面以上的腔體內(nèi)系裝有油(12)的容油腔，在活塞(9)底面以下的腔體內(nèi)系裝有水(5)的容水腔。
全文摘要
本發(fā)明屬于液壓設(shè)備；特別涉及一種液壓能量的存儲、釋放方法及其氣、水和油的蓄能裝置；其特征在于，所述的液壓能量的存儲、釋放方法的的氣、水和油的蓄能裝置由氣罐、進出氣管、氣水罐、進出水管、水油轉(zhuǎn)換器和供油管組成。本發(fā)明設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，它不僅可替代傳統(tǒng)蓄能器的功能，更重要的是解決了傳統(tǒng)蓄能器容積大無法推廣應用，只能采用泵直接供油的低效方案的問題。采用本發(fā)明中的氣水油蓄能裝置+泵供油的大型非連續(xù)性動作液壓系統(tǒng)，可以大大減少泵的數(shù)量及泵電機總裝機功率，從而減少能耗，提高系統(tǒng)總效率。同時它不存在氣體直接進入工作介質(zhì)的可能。因此采用本發(fā)明將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益以及操作安全，使用十分方便等優(yōu)點。
文檔編號F15B1/04GK101782085SQ20091024900
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者吳生富, 宋清玉, 張景勝, 陳舉慶 申請人:中國第一重型機械股份公司;一重集團大連設(shè)計研究院有限公司