专利名称：液压能量的存储、释放方法及其气、水和油的蓄能装置的制作方法
技术领域：
本发明属于液压设备；特别涉及适用于大型非连续性动作液压机械设备的锻压机、挤压机、拉伸机等的液压系统中的一种液压能量的存储、释放方法及其气、水和油的蓄能装置。
背景技术：
目前，大型非连续性动作液压机械设备，诸如锻压机、挤压机、拉伸机等的液压系统中，传统的系统供油方式有以下三种 1、采用足够的泵，使泵流量满足系统最大瞬时供油量，此方式泵和泵电机都很大，泵电机在空载时的能量消耗虽然只有电机功率的10-20%，但由于空载时间占总动作周期的70-95% ，甚至更高，使系统空载能耗增大，系统效率降低，能源浪费严重。
2、采用泵加蓄能器方案，其中蓄能器为传统的皮囊蓄能器或活塞蓄能器。但由于皮囊蓄能器不能做大，只能增加数量，使得系统造价升高，同时由于蓄能器数量多，接口多，气体泄漏时不便检查漏点，也不便充气和维护。而活塞蓄能器是直接隔离高压气体和液压油，不但高压气体和液压油之间的动密封要求高、活塞蓄能器气腔的静密封要求也很高，尤其对于大尺寸的密封更不容易。这就使得活塞蓄能器具有造价高、不易做大的缺点。
3、采用泵+气液接触的气液罐作为蓄能器，但介质为高水基介质，如水乙二醇等。此方案气液罐相对蓄能器的造价低，但高水基系统整体造价高，压力低。如不是用在防火防爆特殊的场合，没有应用。此方案不能用液压油为介质，否则气体会溶解、混入气泡进入液压油中，会严重影响动作性能和元件寿命。 以上三种方案，第一种方案为目前主要采用，第二种方案只有在蓄能器总容积小于2!113时采用才有合理的性价比，第三种方案只有在特殊场合应用。综上所述，目前大型非连续性大型液压机械设备的液压系统中，系统供油方式绝大多数采用第一种方案。为解决第一种方案效率低、第二、三种方案的局限性，针对上述技术存在的缺点和不足之处，研究开发一种新的液压能量的存储、释放方法及其气、水和油的蓄能装置是十分必要的。
发明内容
本发明旨在为了避免上述技术中存在的缺点和不足之处，而提供一种液压能量的存储、释放方法及其气、水和油的蓄能装置；它不仅可替代传统蓄能器的功能，还解决了传统蓄能器容积太大时无法推广应用，只能采用泵直接供油的低效方案的问题。采用本发明中的气水油联合控制蓄能装置+泵供油的大型非连续性动作液压系统，可以大大减少泵的数量及泵电机总装机功率，从而减少能耗，提高系统总效率。同时它不存在气体直接进入工作介质的可能。而减少的泵装置费用与增加的气水油联合控制蓄能装置费用相当。因此采用本发明将产生显著的经济效益和社会效益。 本发明的目的是采用如下的技术方案实现的所述的液压能量的存储、释放方法，其特征在于通过高压气罐、高压气水罐和水油转换器，实现能量的存储、转换和释放；蓄能——能量存储时，油流量X油压力的液压能进入水油转换器的容油腔，推动活塞将容水腔的水转换成水流量X水压力的水液压能，高压水经进出水管进入高压气水罐后压縮高压气体，使被压縮的高压气体的内能——压力能增加；能量释放时，高压气体膨胀，将高压水经进出水管压入水油转换器的容水腔，推动活塞将容油腔的油转换成油流量X油压力的油液压能，油液压能直接给液压机供油系统供油。 所述的水系能量转换的中间介质，它或是水、或是在水中加入乳化液、或是在水中
加入乙二醇、或是液压油。 所述的油为液压油。 —种液压能量的存储、释放方法的气、水和油的蓄能装置，包括给液压机供油的供油管，其特征在于，其结构由气罐、进出气管、气水罐、进出水管、水油转换器和供油管组成，在气罐内充装空气，气罐顶部连接进出气管的一端，进出气管的另一端与气水罐的顶部连接，所述的气水罐内的下部装水，上部充装空气，气水罐的底部连接进出水管的一端，进出水管的另一端与水油转换器下部的容水腔连通相接，水油转换器内上部的容油腔与给液压机供油的供油管连通相接。 所述的水油转换器，分为带活塞杆的水油转换器和不带活塞杆的水油转换器，所述的带活塞杆的水油转换器由缸体、缸盖、缸底、活塞、活塞杆和密封圈组成；缸体顶部连接缸盖，底部连接缸底，缸内装有作相对滑动的活塞；在容油腔侧的活塞上面连接向缸外伸出的活塞杆；密封圈分别装在缸盖、活塞和缸底之间接触面内的密封槽内；在活塞顶面以上的腔体内系装有油的容油腔，在活塞底面以下的腔体内系装有水的容水腔；所述的不带活塞杆的水油转换器由缸体、缸盖、缸底、活塞和密封环组成；在缸体顶部连接缸盖，底部连接缸底，缸内装有作相对滑动的活塞；密封圈分别装在缸盖、活塞和缸底之间接触面内的密封槽内；在活塞顶面以上的腔体内系装有油的容油腔，在活塞底面以下的腔体内系装有水的容水腔。 本发明的原理分述于下 由于本发明是采用气罐、气水罐和水油转换器组成的气水油联合控制蓄能装置，其中若气水罐足够大也可以不要气罐。其中的水油转换器当蓄能即能量存储时，液压油推动活塞将高压水排出，能量释放时高压水推动活塞将液压油排出。因此，在大型非连续性动作液压机械设备的液压系统中用本发明取代传统的蓄能方式，即皮囊式蓄能器的气液隔离方式、活塞式蓄能器的气液密封方式及气液接触式蓄能器的气液接触方式。既解决了皮囊蓄能器和活塞蓄能器做大的困难，又解决了气液接触式蓄能器不适用于高压液压系统的问题。它的应用可以大大减少泵的数量及泵电机总装机功率，从而减少能耗，具有显著的经济和社会效益。 综以上所采取的技术方案，实现本发明的目的。 与现有技术相比，本发明设计合理，结构紧凑，它不仅可替代传统蓄能器的功能，还解决了传统蓄能器容积太大时无法推广应用，只能采用泵直接供油的低效方案的问题。采用本发明中的气水油联合控制蓄能装置+泵供油的大型非连续性动作液压系统，可以大大减少泵的数量及泵电机总装机功率，从而减少能耗，提高系统总效率。同时它不存在气体直接进入工作介质的可能。而减少的泵装置费用与增加的气水油联合控制蓄能装置费用相当。因此采用本发明将产生显著的经济效益和社会效益以及操作安全，使用十分方便等优
4点。
本发明有一幅附图。其中 附图1是本发明的具体实施例的主视结构示意图。 图中1、气罐，2、空气，3、进出气管，4、气水罐，5、水6、进出水管，7、传感器，8、缸体，9、活塞，10、缸底，11、缸盖12、油，13、活塞杆，14、密封圈，15、供油管。
具体实施例方式
图1所示是本发明的具体实施例，它是在13000吨油压机的液压系统中安装的采用液压能量的存储、释放方法的气、水和油的蓄能装置；它的结构包括给液压机供油的供油管15，其特征在于，其结构由高压的气罐1、进出气管3、高压的气水罐4、进出水管6、水油转换器和供油管15组成，在气罐1内充装空气，气罐1顶部连接进出气管3的一端，进出气管3的另一端与气水罐4的顶部连接，所述的气水罐4内的下部装水5，上部充装空气2，气水罐4的底部连接进出水管6的一端，进出水管6的另一端与水油转换器下部的容水腔连通相接，水油转换器内上部的容油腔与给液压机供油的供油管15连通相接；所述的水油转换器是采用带活塞杆的水油转换器，它是由缸体8、缸盖11、缸底10、活塞9、活塞杆13和密封环14组成；并在缸盖11上装设可测量活塞位置的传感器7。由于它是通过高压的气罐、高压的气水罐和水油转换器，实现能量的存储、转换和释放；蓄能——能量存储时，油流量X油压力的液压能进入水油转换器容油腔，推动活塞将容水腔的水转换成水流量X水压力的水液压能，高压水经进出水管6进入高压的气水罐后压縮高压气体，使被压縮的高压气体的内能——压力能增加；能量释放时，高压气体膨胀，将高压水经进出水管6压入水油转换器的容水腔，推动活塞9将容油腔的油转换成油流量X油压力的油液压能，油液压能直接给液压机供油系统供油。采用后，可以大大减少泵的数量及泵电机总装机功率，从而减少能耗。图l中的箭头表示系统供油方向。 现根据液压系统平均供油量和峰值流量计算出系统所需泵的流量和气、水和油蓄能装置的容量。设计时，泵的总流量应大于系统平均流量，气罐l+气水罐4的机动容积大于液压系统动作周期内最大累积油量。 为了进一步较详细地说明在采用本发明后能显著降低能耗，今以本发明的具体实施例13000吨油压机即优选实施例，参照图1所示分别计算当采用本发明一气、水和油蓄能装置+泵供油和已有技术一单独用泵供油时的参数对比。
以13000吨油压机参数为例，简化后已知条件如下
系统动作周期T = 12s
系统平均流量Qm = 67791pm
系统峰值流量Qp = 257641pm
峰值流量时间Tp = 5. 5s 1.当采用气水油联合控制蓄能装置+泵供油时
选高压柱塞泵 工作压力最低Pl = 280bar，最高P2 = 315bar，充气压力Po = 260bar
5
泵台数=Qm/Qn = 9. 82，设计为10台，泵总流量690X10
电机总功率10XN = 4000kw 蓄能装置机动容积Vn = QpXTp = 25764X5. 5 + 60 = 2362L
69001pm > Qm
30864Z 蓄能装置充气容积
1.4
、i、&
设计确定
水油转换器内径1400mm，行程1800m，
其机动容积为；14002 xl800 + 10c
2771Z >Vn 确定气罐+气水罐总容积为32000L > Vo 选择容积相同的气罐和气水罐，各为16000L,设定充气容积在气水罐存留 32000-Vo = 1136L水的位置。
2.当采用泵直接供油时 选高压柱塞泵
工作压力最低P1 = 280bar，最高P2 = 315bar 工作流量Qn :6901pm 电机功率N :400kw
泵台数=Qp/Qn = 37. 3，设计为38台 电机总功率38X400 = 15200kw
比较以上两种方案可以看出，采用气水油联合控制蓄能装置+泵供油比泵单独供 油减少电机功率15200-4000 = 11200kw，按电机空载消耗功率15%计算，空载功率损失为 1680kw。按每天工作10小时，每年工作300天计算，每年节省电能为1680kwX 10X300 = 5040000kwh。由此看出，本发明的应用将大大减少系统电机功率，且节能效果明显。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于 此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案 及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种液压能量的存储、释放方法，其特征在于通过高压的气罐(1)、高压的气水罐(4)和水油转换器，实现能量的存储、转换和释放；蓄能——能量存储时，油流量×油压力的液压能进入水油转换器的容油腔，推动活塞将容水腔的水转换成水流量×水压力的水液压能，高压水经进出水管(6)进入高压气水罐后压缩高压气体，使被压缩的高压气体的内能——压力能增加；能量释放时，高压气体膨胀，将高压水经进出水管(6)压入水油转换器容水腔，推动活塞将容油腔的油转换成油流量×油压力的油液压能，油液压能直接给液压机供油系统供油。
2. 按权利要求1所述的液压能量存储、释放方法，其特征在于所述的水系能量转换的中间介质，它或是水、或是在水中加入乳化液、或是在水中加入乙二醇、或是液压油。
3. 按权利要求1所述的液压能量的存储、释放方法，其特征在于所述的油为液压油。
4. 一种采用权利要求l的液压能量的存储、释放方法的气、水和油的蓄能装置，包括给液压机供油的供油管(15)，其特征在于，其结构由气罐(1)、进出气管(3)、气水罐(4)、进出水管(6)、水油转换器和供油管(13)组成，在气罐(1)内充装空气(2)，气罐(1)顶部连接进出气管(3)的一端，进出气管(3)的另一端与气水罐(4)的顶部连接，所述的气水罐(4)内的下部装水(5)，上部充装空气(2)，气水罐(4)的底部连接进出水管(6)的一端，进出水管(6)的另一端与水油转换器下部的容水腔连通相接，水油转换器内上部的容油腔与给液压机供油的供油管(15)连通相接。
5. 按权利要求4所述的气、水和油的蓄能装置，其特征在于所述的水油转换器，分为带活塞杆的水油转换器和不带活塞杆的水油转换器，所述的带活塞杆的水油转换器由缸体(5) 、缸盖(11)、缸底a0)、活塞(9)活塞杆(13)和密封圈(14)组成；缸体(8)顶部连接缸盖(ll)，底部连接缸底(IO)，缸内装有作相对滑动的活塞(9);在容油腔侧的活塞(9)上面连接向缸外伸出的活塞杆(13);密封圈(14)分别装在缸盖(11)、活塞(9)和缸底(10)之间接触面内的密封槽内；在活塞(9)顶面以上的腔体内系装有油(12)的容油腔，在活塞(9)底面以下的腔体内系装有水(5)的容水腔；所述的不带活塞杆的水油转换器由缸体(8)、缸盖(11)、缸底(10)、活塞(9)和密封环(14)组成；在缸体(8)顶部连接缸盖(11)，底部连接缸底(IO)，缸内装有作相对滑动的活塞(9);密封圈(14)分别装在缸盖(1D、活塞(9)和缸底(10)之间接触面内的密封槽内；在活塞(9)顶面以上的腔体内系装有油(12)的容油腔，在活塞(9)底面以下的腔体内系装有水(5)的容水腔。
全文摘要
本发明属于液压设备；特别涉及一种液压能量的存储、释放方法及其气、水和油的蓄能装置；其特征在于，所述的液压能量的存储、释放方法的的气、水和油的蓄能装置由气罐、进出气管、气水罐、进出水管、水油转换器和供油管组成。本发明设计合理，结构紧凑，它不仅可替代传统蓄能器的功能，更重要的是解决了传统蓄能器容积大无法推广应用，只能采用泵直接供油的低效方案的问题。采用本发明中的气水油蓄能装置+泵供油的大型非连续性动作液压系统，可以大大减少泵的数量及泵电机总装机功率，从而减少能耗，提高系统总效率。同时它不存在气体直接进入工作介质的可能。因此采用本发明将产生显著的经济效益和社会效益以及操作安全，使用十分方便等优点。
文档编号F15B1/04GK101782085SQ20091024900
公开日2010年7月21日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者吴生富, 宋清玉, 张景胜, 陈举庆 申请人:中国第一重型机械股份公司;一重集团大连设计研究院有限公司