蓄能器通常安裝在液壓系統(tǒng)中以儲(chǔ)存能量和消除脈動(dòng)。
通常，帶有蓄能器的液壓系統(tǒng)可以使用較小的泵，因?yàn)樾钅芷髟谛枨罅枯^低的時(shí)期存儲(chǔ)來(lái)自泵的能量。這種能量可供瞬時(shí)使用，按需釋放，其速率比單泵可提供的能量大很多倍。
圖1.典型氣囊式和活塞式蓄能器的橫截面圖
蓄能器也可以起到浪涌或脈動(dòng)吸收器的作用，就像空氣圓頂用于脈動(dòng)活塞或旋轉(zhuǎn)泵一樣。蓄能器將緩沖液壓錘，減少因液壓回路中動(dòng)力缸的快速操作或突然啟動(dòng)和停止而引起的沖擊。
蓄能器有四種主要類型：負(fù)重活塞式、隔膜（或氣囊）式、彈簧式和油氣活塞式。負(fù)重型是第一次使用，但其容量比現(xiàn)代活塞式和氣囊式大得多、重得多。如今，重量型和彈簧型都不常見(jiàn)。油氣蓄能器，圖1，是工業(yè)中最常用的類型。
儲(chǔ)能-液壓氣動(dòng)蓄能器結(jié)合氣體和液壓流體。
這種液體幾乎沒(méi)有動(dòng)力儲(chǔ)存特性；在5000磅/平方英寸的壓力下，典型的液壓液體體積只能減少約1.7%。（然而，這種相對(duì)的不可壓縮性使其成為理想的動(dòng)力傳輸方式，能夠快速響應(yīng)動(dòng)力需求。）因此，當(dāng)僅釋放總?cè)萦土康?%時(shí)，系統(tǒng)中剩余油的壓力降至零。
另一方面，氣體作為蓄能器中液壓流體的伙伴，可以在高壓下壓縮成小體積。勢(shì)能儲(chǔ)存在壓縮氣體中，按需釋放。這種能量可以與準(zhǔn)備將其巨大能量傳遞到樁上的打樁機(jī)的能量相比。在活塞式蓄能器中，壓縮氣體中的能量對(duì)分離氣體和液壓流體的活塞施加壓力。活塞反過(guò)來(lái)迫使液體從氣缸進(jìn)入系統(tǒng)并到達(dá)將完成有用工作的位置。
脈沖吸收泵，當(dāng)然，產(chǎn)生所需的動(dòng)力，用于或儲(chǔ)存在液壓系統(tǒng)。許多泵以脈動(dòng)流輸送這種能量。活塞泵，通常用于其高壓能力，可以產(chǎn)生不利于高壓系統(tǒng)的脈動(dòng)。系統(tǒng)中的蓄能器可以有效地緩沖這些壓力變化。
沖擊緩沖-在許多流體動(dòng)力應(yīng)用中，液壓系統(tǒng)的從動(dòng)件突然停止，產(chǎn)生一個(gè)壓力波，通過(guò)系統(tǒng)傳回。這種沖擊波能產(chǎn)生比正常工作壓力大幾倍的峰值壓力。它會(huì)引起令人不快的噪音甚至系統(tǒng)故障。蓄能器的氣墊，正確地安裝在系統(tǒng)中，將使這種沖擊降到最低。
這種應(yīng)用的一個(gè)例子是吸收由突然停止液壓前端裝載機(jī)上的裝載斗引起的沖擊。如果沒(méi)有蓄能器，重量超過(guò)2噸的鏟斗可以將裝載機(jī)后輪完全抬離地面。通過(guò)在液壓系統(tǒng)中添加適當(dāng)?shù)男钅芷鳎梢钥朔侠瓩C(jī)機(jī)架和輪軸受到的嚴(yán)重沖擊以及操作員的磨損。
補(bǔ)充泵流量-能夠儲(chǔ)存動(dòng)力的蓄能器可以補(bǔ)充液壓泵向系統(tǒng)輸送動(dòng)力。泵在工作循環(huán)的怠速期間將勢(shì)能儲(chǔ)存在蓄能器中。當(dāng)循環(huán)需要緊急或峰值功率時(shí)，蓄能器將此備用功率傳回系統(tǒng)。這使得系統(tǒng)能夠使用更小的泵，從而節(jié)省成本和功率。
保持壓力-當(dāng)液體受到上升或下降的溫度時(shí)，液壓系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生壓力變化。此外，液壓油泄漏可能導(dǎo)致壓力下降。蓄能器通過(guò)輸送或接收少量液壓油來(lái)補(bǔ)償這種壓力變化。如果主電源發(fā)生故障或停止工作，蓄能器將充當(dāng)輔助電源，保持系統(tǒng)中的壓力。
液體分配-根據(jù)命令，蓄能器可用于分配少量液體，如潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油。
當(dāng)尺寸和預(yù)充正確時(shí)，蓄能器通常在階段（d）和階段（f）之間循環(huán)，以下六階段所示?；钊粫?huì)接觸活塞蓄能器中的任何一個(gè)蓋，氣囊也不會(huì)接觸提升閥或被壓縮，從而破壞性地折疊到閥體頂部。
制造商規(guī)定了其蓄能器的推薦預(yù)充壓力。在儲(chǔ)能應(yīng)用中，氣囊式蓄能器通常預(yù)充至最小液壓系統(tǒng)壓力的80%，活塞式蓄能器預(yù)充至低于最小系統(tǒng)壓力100 psi。預(yù)充壓力決定了在最低系統(tǒng)壓力下蓄能器中的液體量。
階段（a），蓄能器為空-不充氣；
階段（b），蓄能器已預(yù)充干氮；
階段（c），系統(tǒng)壓力超過(guò)預(yù)充壓力，液壓油流入蓄能器；
階段（d），系統(tǒng)壓力峰值，最大油液已進(jìn)入蓄能器，系統(tǒng)泄壓打開；
階段（e），系統(tǒng)壓降，預(yù)充壓力迫使流體從蓄能器進(jìn)入系統(tǒng)；
階段（f），系統(tǒng)壓力達(dá)到工作所需的最小值。
正確的預(yù)充包括在蓄能器的氣側(cè)準(zhǔn)確地充入干燥的惰性氣體，如氮?dú)?，而液?cè)沒(méi)有液壓油。然后，當(dāng)液壓油進(jìn)入油液側(cè)時(shí)，蓄能器充注開始，并且僅在高于預(yù)充壓力的壓力下發(fā)生。充電時(shí)，氣體被壓縮以儲(chǔ)存能量。
正確的預(yù)充壓力是延長(zhǎng)蓄能器壽命的最重要因素。在為應(yīng)用選擇蓄能器類型時(shí)，必須注意預(yù)充的完成和維護(hù)，其他條件都相同。如果用戶不注意氣體壓力和安全閥的設(shè)置，或者在沒(méi)有對(duì)預(yù)充壓力進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整的情況下調(diào)整系統(tǒng)壓力，即使選擇了正確的蓄能器類型，也可能會(huì)縮短使用壽命。如果選擇了錯(cuò)誤的蓄能器，則幾乎可以肯定過(guò)早發(fā)生故障。
任何蓄能器的最佳安裝位置都是垂直的，液壓端口向下。如果液體保持清潔，活塞模型可以是水平的。當(dāng)存在或預(yù)計(jì)存在大量固體污染物時(shí)，水平安裝可能導(dǎo)致不均勻或加速密封磨損。在水平位置使用多個(gè)活塞密封件平衡活塞的平行表面，可獲得最大的使用壽命。
圖2.水平安裝的蓄能器會(huì)導(dǎo)致氣囊不均勻磨損
并將液體從液壓閥中截留
氣囊式蓄能器也可以水平安裝，如圖2所示，但當(dāng)氣囊漂浮在液體上時(shí)與殼體摩擦?xí)r，氣囊上的不均勻磨損會(huì)縮短壽命。損傷量取決于流體清潔度、循環(huán)速率和壓縮比（定義為最大系統(tǒng)壓力/最小系統(tǒng)壓力）。在極端情況下，液體可能被截留遠(yuǎn)離液壓端，從而降低輸出或拉長(zhǎng)氣囊，迫使提升閥過(guò)早關(guān)閉。
可用的尺寸和容量也會(huì)影響要選擇的蓄能器類型。特定容量的活塞式蓄能器通常按直徑和長(zhǎng)度的選擇供貨，見(jiàn)表1。此外，活塞設(shè)計(jì)可以建立定制的長(zhǎng)度，很少或沒(méi)有價(jià)格溢價(jià)。每種容量的氣囊式蓄能器只有一種尺寸，可用容量較少。
| 表1-相對(duì)輸出，10加侖蓄能器 | ||||||
| 壓縮 比 1/2 | 系統(tǒng)壓力，psi | 推薦預(yù)充電， psi | 輸出，gal | |||
| 最大1 | 最小2 | 氣囊3 | 活塞4 | 氣囊5 | 活塞6 | |
| 1.5 2.0 | 3,000 3,000 | 2,000 1,500 | 1,600 1,200 | 1,900 1,400 | 2.53 3.80 | 3.00 4.41 |
| 3.0 6.0 | 3,000 3,000 | 1,000 500 | 800 - | 900 400 | 5.06 - | 5.70 6.33 |
活塞式蓄能器固有的較高輸出可能使其成為空間緊張時(shí)的最佳選擇。表1列出了10 gal活塞和氣囊式蓄能器在最小系統(tǒng)壓力范圍內(nèi)作為輔助電源等溫性工作的輸出。第3列和第4列預(yù)充壓力的差異（由氣囊模型的最小系統(tǒng)壓力的80%確定，活塞的最小壓力低于100 psi）導(dǎo)致第5列和第6列的輸出存在實(shí)質(zhì)性差異。
為防止氣囊過(guò)度變形和氣囊溫度過(guò)高，還應(yīng)在表1中注意氣囊蓄能器的規(guī)定壓縮比應(yīng)大于3:1。
圖3.與氣瓶配合使用的活塞式蓄能器
盡管無(wú)法提供超過(guò)40 gal的氣囊設(shè)計(jì)，但目前在單個(gè)容器中最多可提供200 gal的活塞設(shè)計(jì)。經(jīng)濟(jì)性和可用的安裝空間已導(dǎo)致工程師考慮進(jìn)行多組件安裝。其中兩個(gè)可以涵蓋大多數(shù)高輸出應(yīng)用。
圖3中的設(shè)備由幾個(gè)氣瓶組成，這些氣瓶通過(guò)氣體歧管為單個(gè)活塞式蓄能器提供服務(wù)。蓄能器部分的尺寸必須設(shè)計(jì)成在循環(huán)時(shí)活塞不會(huì)反復(fù)撞擊蓋。這種布置的一個(gè)缺點(diǎn)是單個(gè)密封失效會(huì)耗盡氣體系統(tǒng)。由于氣瓶通常比蓄能器便宜，因此這種設(shè)置的一個(gè)優(yōu)勢(shì)可能是降低了成本。
圖4.多個(gè)蓄能器可以集成在一起以提供較大的系統(tǒng)流量
可以將多個(gè)蓄能器（活塞式或氣囊式設(shè)計(jì)）安裝在液壓歧管上（圖4）。如果使用活塞式蓄能器，則摩擦最小的活塞將首先移動(dòng)，并且偶爾會(huì)在液壓蓋上移至底部。在慢速或不經(jīng)常使用的系統(tǒng)中，這無(wú)關(guān)緊要。
圖5.如果小型蓄能器遠(yuǎn)程連接到輔助氣瓶，則可以完成該工作
遠(yuǎn)程氣體存儲(chǔ)在大型和小型系統(tǒng)中都具有靈活性，圖5。
通常使用以下簡(jiǎn)單公式來(lái)描述氣瓶概念：儲(chǔ)氣罐尺寸減去所需的流體輸出量等于氣瓶尺寸。
例如，需要30 gal蓄能器的應(yīng)用程序可能只需要8到10 gal的流體輸出即可。因此，使用10 gal的蓄能器和20 gal的氣瓶可以滿足該應(yīng)用程序。
*1美制加侖(us gal)=3.7854118升(l)
用于遠(yuǎn)程氣體存儲(chǔ)的蓄能器通常在氣體端具有與液壓端相同的尺寸端口，以允許氣體無(wú)阻礙地流入和流出氣瓶。氣瓶的一端有一個(gè)等效端口，另一端有一個(gè)充氣閥。這些兩件式蓄能器可以配置為任意角度或以任何角度彎曲以適合可用空間。
氣瓶概念適用于氣囊或活塞式蓄能器。請(qǐng)注意，氣囊式蓄能器需要在氣體端部使用一種稱為轉(zhuǎn)移屏障的特殊裝置，以防止氣囊擠入氣瓶管道中。
同樣，應(yīng)確定活塞式蓄能器的尺寸，以防止活塞在循環(huán)的任何一端觸底。氣囊設(shè)計(jì)的尺寸應(yīng)能防止填充量超過(guò)85％或排空到85％以上。氣囊轉(zhuǎn)移屏障與其氣瓶之間的流速將受到轉(zhuǎn)移屏障管頸部的限制。由于這些缺點(diǎn)，瓶/氣囊蓄能器應(yīng)保留用于特殊應(yīng)用。
表2列出了代表性蓄能器尺寸和類型的最大流量。較大的標(biāo)準(zhǔn)氣囊設(shè)計(jì)限制為220 gpm，盡管使用額外的高流量端口也可以將速率提高到600 gpm。提升閥控制流量；流量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致提動(dòng)閥芯過(guò)早關(guān)閉。需要多個(gè)安裝在公共歧管上的蓄能器以實(shí)現(xiàn)大于600 gpm的流量。
| 表2-建議的最大蓄能器流量 | ||||
| 活塞內(nèi)徑 | 氣囊容量 | Gpm在3,000 psi下 | ||
|---|---|---|---|---|
| 活塞 | 氣囊 | |||
| 標(biāo)準(zhǔn) | 高流動(dòng)性 | |||
| 2 4 6 | 1夸脫 1加侖 2?加侖 | 100 400 800 | 60 150 220 | - - 600 |
| 7 9 12 | 大于2?加侖 | 1,200 2,000 3,400 | 220 220 220 | 600 600 600 |
活塞式蓄能器的允許流速通常超過(guò)氣囊設(shè)計(jì)的允許流速。流量受活塞速度的限制，活塞速度不得超過(guò)10英尺/秒，以免損壞活塞密封圈。
在高速應(yīng)用中，高的密封接觸溫度和滲透到密封材料中的氮?dú)獾目焖贉p壓會(huì)在橡膠中引起起泡，破裂和凹陷。
氣囊蓄能器對(duì)系統(tǒng)壓力變化的響應(yīng)比活塞類型更快，其原因有兩個(gè)：
1.橡膠氣囊不必克服活塞密封件必須產(chǎn)生的靜摩擦
2.活塞質(zhì)量不需要加速和減速
但是，實(shí)際上，響應(yīng)差異可能不像通常認(rèn)為的那么大，并且在大多數(shù)應(yīng)用中可能微不足道。
圖6.測(cè)試電路，用于生成和測(cè)量系統(tǒng)中的沖擊波
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的測(cè)試表明，電擊控制不一定需要?dú)饽倚顗浩?。在測(cè)試回路中，系統(tǒng)流量在標(biāo)稱值為30 gpm的情況下（圖6），一個(gè)內(nèi)部先導(dǎo)方向控制閥（距泵118英尺）關(guān)閉以產(chǎn)生沖擊。當(dāng)沖擊波從閥門通過(guò)液壓管路返回并在拐角處以及各種限制條件下傳播時(shí)，其一部分能量被消耗，同時(shí)加速了管路中的流體質(zhì)量。
圖7.圖表顯示了沖擊波測(cè)試的結(jié)果
1/4英寸。管道，2750磅/平方英寸的安全閥設(shè)置，電路中沒(méi)有蓄能器，示波器軌跡a，圖7，顯示了超過(guò)安全閥設(shè)置385磅/平方英寸的壓力峰值。在閥門處添加1加侖活塞式蓄能器可將瞬態(tài)壓力降低至安全閥設(shè)定值（trace B）以上的100 psi。替換1加侖氣囊式蓄能器可將瞬態(tài)壓力降低至安全閥設(shè)定值（trace C）以上的78 psi，僅比活塞式保護(hù)好22 psi。
圖8.使用較小直徑管子的第二次試驗(yàn)結(jié)果
另一個(gè)5/8英寸的類似測(cè)試。管道和安全閥設(shè)定值為2650 psi，導(dǎo)致在沒(méi)有蓄能器的情況下，壓力峰值超過(guò)安全閥設(shè)定值2011 psi，軌跡a，圖8?；钊叫钅芷鲗⑺矐B(tài)阻尼至安全閥設(shè)定值（軌跡B）的107 psi，而氣囊式蓄能器將瞬態(tài)阻尼至安全閥設(shè)定值（軌跡C）的87 psi。蓄能器類型之間再次抑制沖擊的差異可以忽略不計(jì)。
另一個(gè)常見(jiàn)的誤解是，所有的伺服應(yīng)用都需要?dú)饽倚钅芷鳌＝?jīng)驗(yàn)表明，只有一小部分伺服系統(tǒng)需要25毫秒或更短的響應(yīng)時(shí)間，即活塞式蓄能器和氣囊式蓄能器之間的響應(yīng)差異變大的區(qū)域。氣囊蓄能器應(yīng)用于需要小于25 ms響應(yīng)的應(yīng)用，并且當(dāng)響應(yīng)大于或等于25 ms時(shí)，兩種類型的蓄能器均可使用。
對(duì)于新維修的氣囊式蓄能器，在預(yù)充之前，應(yīng)使用系統(tǒng)油潤(rùn)滑殼體ID。這種液體起到緩沖作用，在氣囊放松和展開時(shí)潤(rùn)滑和保護(hù)氣囊。當(dāng)預(yù)充開始時(shí)，初始50磅/平方英寸的氮?dú)鈶?yīng)緩慢引入。
圖9.氣囊末端的星爆破裂
（a）可能是由于預(yù)充過(guò)程中冷氮?dú)獾拇嗷瘜?dǎo)致氣囊材料失去彈性。如果氣囊在提升閥
（b）下受力，氣囊可以承受從提升閥上切下的C形切口。
忽視這些預(yù)防措施可能會(huì)導(dǎo)致氣囊立即衰竭。高壓氮?dú)?，膨脹迅速，因此冷，可以通道的長(zhǎng)度折疊氣囊和集中在底部?？焖倥蛎浀睦浯嘞鹉z可能會(huì)以星爆模式破裂，如圖9（a）。氣囊也可能被壓在提升閥下面，導(dǎo)致氣囊底部出現(xiàn)C形切口，如圖9（b）。
在預(yù)充期間，活塞蓄能器的流體側(cè)應(yīng)為空，以便氣體側(cè)容積達(dá)到最大值。在預(yù)充電過(guò)程中，如果有任何損壞，都不會(huì)發(fā)生。
預(yù)充壓力過(guò)高或在未相應(yīng)降低預(yù)充壓力的情況下降低最小系統(tǒng)壓力可能會(huì)導(dǎo)致操作問(wèn)題或損壞蓄能器。當(dāng)預(yù)充壓力過(guò)大時(shí)，活塞蓄能器將在階段（e）和（b）級(jí)之間循環(huán)(上文蓄能器換工作的六個(gè)階段)，并且活塞的范圍將過(guò)于靠近液壓端蓋。活塞可能在最小系統(tǒng)壓力下觸底，從而降低輸出，最終導(dǎo)致活塞及其密封件損壞。經(jīng)?？梢月牭交钊撞康穆曇簦贿@聲音是對(duì)即將發(fā)生的問(wèn)題的警告。
當(dāng)在階段（e）和階段（b）之間循環(huán)時(shí)，氣囊蓄能器中的預(yù)充量過(guò)高會(huì)將氣囊推入提升閥總成，如圖2所示。這可能會(huì)導(dǎo)致彈簧和提升閥總成的疲勞失效，或者如果在強(qiáng)制關(guān)閉提升閥時(shí)氣囊被夾在提升閥下方，則會(huì)導(dǎo)致氣囊被擠壓和切割。預(yù)充壓力過(guò)高是氣囊功能衰竭的最常見(jiàn)原因。
如果預(yù)充壓力過(guò)低或系統(tǒng)壓力增加而未補(bǔ)償預(yù)充壓力的增加，也可能導(dǎo)致操作問(wèn)題，并可能損壞蓄能器。在活塞蓄能器中沒(méi)有預(yù)充的情況下，活塞可能會(huì)被打入氣體端蓋，并可能保持在那里。一次接觸不太可能造成損壞。
對(duì)于氣囊蓄能器，過(guò)低或沒(méi)有預(yù)充可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。氣囊可能被壓碎到外殼的頂部，然后被擠壓到氣閥中并被刺穿。一個(gè)這樣的循環(huán)足以摧毀氣囊。因此，活塞蓄能器更能容忍不正確的預(yù)充。
