专利名称：用于液力恢复的装置的制作方法
用于液力恢复的装置本发明涉及机械工程并且能用于更为有效且安全的液力恢复，包括移动应用，例如筑路机，装载和提升设备以及液压混合动力货车和汽车。
背景技术：
存在呈液压气动蓄能器(在下文称为蓄能器)形式的用于液力恢复的装置，它们的壳体包括经由气口填充有加压气体的容积可变的气体贮存器以及经由液口填充有液体的容积可变的液体贮存器；同时这些气体和液体贮存器由相对于壳体可动的分离器分开。利用具有呈活塞形式的固体分离器和例如呈弹性聚合物膜或囊[I]的形式以及呈金属波纹管[2]的形式的弹性分离器的蓄能器来执行液力恢复。在操作之前，蓄能器的气体贮存器经由气口充有初始压力达至数兆帕到数十兆帕的加压气体(通常为氮气)。在能量从液力系统传送到蓄能器期间(例如，在液压混合动力车辆的制动中)，发生工作液体从液力系统到蓄能器中的泵送，并且工作气体在蓄能器中发生压缩，其中气体的压力和温度增加。在能量从蓄能器返回到液力系统期间(例如，在液压混合动力车辆的加速中)，加压工作气体膨胀并将工作液体排出到液力系统中。作为惯例，蓄能器包括一个气体贮存器和一个液体贮存器，在该气体贮存器和液体贮存器中具有相等的气体压力和液体压力。传递到蓄能器的液力越高，蓄能器中的气体压缩比越高。为了保持所需的恢复能量，压力增长必须由与蓄能器液压连接的液压机器(泵或者马达)的减少输送来补偿。随着传送的减少，液压机器的效率降低；因此，总恢复效率下降，这是这种装置的缺陷。为了降低气体压缩比，增大蓄能器的容积或者增加蓄能器的数量使得系统的成本增加，并且使得系统更重，这对移动应用而言是重要的。已公知的装置[3]用于降低气体压缩比，同时用于增加最大可能恢复的能量。该装置包括液压气动蓄能器，该液压气动蓄能器的壳体包括与该蓄能器的液体贮存器连通的液口，所述液体贮存器由可动分离器与该蓄能器的气体贮存器分离，所述气体贮存器经由气口与至少一个气体容器连通。当工作液体从液力系统被泵送到蓄能器的液体贮存器中时，分离器移动并且迫使气体离开蓄能器而进入容器中，从而压缩容器中和蓄能器中的气体。将液体泵送到蓄能器中的功转换为加压气体的内部能量，从而加压气体的压力和温度都上升。当能量从该装置返回到液力系统中时，加压工作气体膨胀并且被部分地强制离开容器而进入到蓄能器的气体贮存器中。移动分离器而使蓄能器的液体贮存器的容积减小，并且工作液体被迫经由液口离开液体贮存器而进入到液力系统中。加压气体的内部能量转换为液体移动的功，即，该装置将从液力系统接收到的液力返回至该系统中，其中气体的压力和温度都下降。将比蓄能器更轻质且更便宜的容器增设到系统中使得在有损更好地利用蓄能器容积、降低气体压缩比的情况下增大恢复能量的量，且因而减小在系统中操作的液压机器的输送的变量范围，这使得恢复效率提高。
用于液力恢复的这种装置的缺陷在于高水平的热损失，这是由于容器中的气体在压缩和膨胀时仅与容器的内壁交换热量，且对于典型的容器的容积(数升和数十升)而言它们之间的距离太大(数十毫米和数百毫米)，并且气体导热率太小。在这种距离的情况下，由气体导热率造成的气体与容器壁的热交换微乎其微。因此，气体的压缩和膨胀过程基本上是非等温的，且在容器中出现数十度甚至数百度的可观温度梯度。大容器容积中的可观温差产生对流，从而将其至壁的热传递增加了数十倍至数百倍。因此，压缩期间在容器中特别是在蓄能器中被加热的气体冷却下来，这导致在积蓄能量的存储期间(例如，当液压混合动力车辆停止时)气体压力下降并且积蓄能量损失增加。在高温差的情形中进行非平衡的热传递过程是不可逆的，即，在膨胀期间从加压气体传递到容器壁的热量的较大部分不能返回到气体。因此，当气体膨胀时，返回到液力系统的液力的量比在气体压缩期间所接收的量要少得多。因此，上述装置由于高的热损失而具有低效率的液力恢复。作为最接近的类似物所选择的并且在[4]中提出的液力恢复的装置包括至少一个液压气动蓄能器，该液压气动蓄能器经由其气口与至少一个气体容器(气瓶)连通。该气体容器被制造为呈与蓄能器的气口连通的隔室的集合体的形式。为了使安全性更高，这些隔室具有坚固壁，这些壁具有超过容器中的气体的热容量的可观的热容量。容器隔室被形成为窄通道(管)的形式，从而容器容积与隔室的内表面的面积之间的比不超过10mm，这可观地降低了在隔室壳体损坏的情况下气体喷射的动能，并且可观地增大了气体和隔室的壁之间的热交换。因此，所述容器中的隔室的壁执行在压缩期间从气体获取热量并且在膨胀期间将热量返回到气体的再生热交换器的功能，因此确保了装置的较低热损失。隔室的壁相互越靠近，即，隔室的横截面尺寸越小，它们和气体之间的热交换越有效，并且恢复效率也越高。然而，所提出的装置的缺点在于制造呈坚固蜂窝结构(特别是在增大恢复比的情况下具有为了使热交换能力更高而必需的小尺寸隔室)的形式的容器的困难。此外，所提出的蜂窝结构与最常见类型的市场有售的气体容器(即，形成为具有修圆端部的实心柱状壳体)的兼容性差，这种市场有售的气体容器中的孔比容器内腔的直径小得多。
发明内容
本发明的目的在于形成用于液力恢复的装置，该装置减少了热损失并提高了液力恢复的效率，并且更易制造且可以在该装置中使用各种类型的现成的气体容器(瓶子)。通过提出包括至少一个液压气动蓄能器的用于液力恢复的装置而实现该目的，在该蓄能器的壳体中包括与蓄能器的液体贮存器连通的液口，该液体贮存器由可动分离器与蓄能器的气体贮存器分开。蓄能器的气体贮存器经由气口与至少一个气体容器连通，该气体容器包括呈金属多孔结构的形式的再生热交换器，而再生热交换器的材料的总体积在容器内部容积的10%至50%的范围内，再生热交换器的热交换表面的总面积与总容器内部容积的比超过2000cm2/升，优选地超过IOOOOcm2/升。因此，在容器内的气体压缩或者膨胀时，气体和再生热交换器之间的热交换发生在气体和热交换表面之间的小平均距离处以及在较大的热交换面积上，并且因此具有较小的温差，这增加了热交换过程的可逆性以及恢复效率。为了实现用于有效热交换所必需的气体和热交换表面之间的较小的平均距离，再生热交换器优选地制造为平均孔径低于5mm (在这里和在下文中，在孔的每个具体位置中的孔径是指能够放置在该孔的位置中的球的直径，并且平均孔径是指在多孔结构的整个体积上进行平均的所述平均值)。为了减少金属多孔结构的气动阻力，再生热交换器应该优选地实施有至少0.05mm的平均孔径。在由再生热交换器的金属占据所述公用的容器容积的情况下，再生热交换器的热容量超过了容器中气体的热容量。例如，由钢制成的再生热交换器的特定热容量将为从400kJ/K/m3至2000kJ/K/m3，而在IOObar至300bar的工作压力下(并且温度大约为300K)气体(氮)的热容量为从120kJ/K/m3至360kJ/K/m3。气体工作压力越高，再生热交换器的热容量必须越高，即，由均匀地分布在容器容积中的多孔结构的材料占据的公用容器容积越大。因此确保了较小平均温度变化及较低的长期存储损失。金属(例如，钢或者铝)多孔结构可以例如由待弃置的现成金属物品或者由金属加工产品废料制成。在该装置就成本而言优选的实施方式中，金属多孔结构由车削件或通过金属机加工的其他工艺(钻孔、磨削操作等)形成的金属切削件制成。为了增加热容量以及振动阻力，容器内的这些金属车削件或者其他切削件能够附加地被压紧。在其他实施方式中，金属多孔结构能够由金属纤维或者金属泡沫形成。为了防止再生热交换的金属多孔结构的颗粒或者其他碎片可能经由气体容器的气口从该气体容器穿过，气体容器设置有阻挡元件。为了减少气动阻力，阻挡元件的轴向长度超过容器的轴向长度的20%。利用各种类型的现成气体容器来提高装置的制造性的目的能够在下列情况下实现:再生热交换器的金属多孔结构借助穿过容器壳体中的孔而装载入形成该结构(碎片、纤维、金属泡沫件等等)的构件而形成于现成容器的壳体内。作为最接近的类似情况，还可能使用制成为呈具有坚固壁的成组隔室的形式的容器，所述容器附加地包括呈上述金属多孔结构形式的再生热交换器。在下面给出并且由附图示出的实施例中更详细地描述了本发明。
图1以容器的轴向截面示意性地示出了用于液力恢复的装置，该装置具有一个蓄能器和一个包括再生热交换器的容器。图1中的用于液力恢复的装置包括液压气动蓄能器1，该液压气动蓄能器在其壳体中包括与蓄能器的液体贮存器3连通的液口 2。液体贮存器3由可动分离器4与蓄能器的气体贮存器5分开，所述气体贮存器5经由气口 6和气体线路7而与容器9的气口 8连通。容器9具有再生热交换器10。为了确保气体和再生热交换器之间良好的热交换，再生热交换器的热交换表面的总面积与总容器内部容积的比超过2000cm2/升，优选地超过IOOOOcm2/ 升。为了确保气体和再生热交换器之间热交换的高效率，再生热交换器优选地实施成使得气体和该再生热交换器的热交换表面之间的平均距离较小，即其平均孔径不应该超过5_。为了减少在气体流过再生热交换器的金属多孔结构期间的气动损失，再生热交换器优选地实施成具有小气动阻力，即，使得其平均孔径不小于0.05mm。容器9的气口 8设置有阻挡元件11，以防止再生热交换器的金属多孔结构的颗粒或者其他碎片可以经由气体容器的气口而穿过该气体容器。根据图1的阻挡元件11被制成为具有穿孔的底部和壁的金属杯的形式，在该金属杯中安装有过滤元件12，所述过滤元件能使气体穿透但不能使具有大于基准尺寸的颗粒穿过。对于具有活塞蓄能器的实施方式，过滤元件12形成为捕捉加速蓄能器活塞密封件的磨损的小磨粒，优选地捕捉尺寸超过5微米的颗粒。在根据图1的实施方式中，过滤元件12由织物制成。在其他实施方式中，它能够包括由具有小孔(优选地小于5微米的孔)的泡沫陶瓷或金属泡沫制成的过滤元件。对于具有蓄能器的弹性分离器的实施方式，对由阻挡元件11捕捉的颗粒的尺寸的要求可以不那么严格。为了减少在气体流过再生热交换器的金属多孔结构期间的气动损失，阻挡元件可以制成深深地穿入该结构中，即，使得阻挡元件的轴向长度超过容器的轴向长度的20%。在就其引入的简化性而言优选的实施方式中，再生热交换器的金属多孔结构借助穿过容器壳体中的孔装载形成该结构的构件而在现成的容器的壳体内形成。该实施方式允许利用现成的标准容器(气瓶)通过将必要量的金属多孔结构的构件装载入所述容器中而组装该恢复装置。该实施方式的额外优点在于可以提高已经起作用的包括容器的恢复装置的效率。此外，可以使用蜂窝结构的气瓶(例如，实施成具有通过挤出成型而制成的坚固壁的一组隔室或者具有呈分隔管的形式的隔室的形式)，所述气瓶额外地包括呈前述金属多孔结构的形式的再生热交换器，从而改进热交换并且确保附加地提高液力恢复效率。在这样的变形中，通过减少隔室的数量以及增加隔室的内部尺寸而还能够简化制造提供更高安全性的蜂窝容器的技术。在就成本而言优选的装置其实施方式中，金属多孔结构由金属车削件形成。车削件的类型取决于部件的车削方法(沿着内柱状母线、外柱状母线、平坦表面或锥形表面对金属元件进行车削)。就热交换效率而言，优选地使用由端面车削或者锥形车削形成的车削件。此外，在制造再生热交换器的多孔结构中，可以使用由另外的金属机加工工艺(例如，磨削操作)形成的切割件、压锻废料以及金属纤维、线材、分离的金属元件或者金属泡沫(通过分离件装载入容器中或者借由化学或另外的方法在容器内形成)。此外，可以利用用后待弃的具有所需尺寸的金属物品(例如，帽、盒、垫圈、弹簧等等)。容器内部的金属多孔结构的金属切割件或者其他部件(例如，金属元件、金属纤维或者金属泡沫件)能够在其装载入容器时附加地压紧。结果是，形成在装置操作期间及其初始充气或者排气期间具有高热容量和对容器震动具有高阻抗性及良好气体循环的均匀多孔再生元件。为了装置中的液力恢复，蓄能器I经由其液口 2与液力系统连接。当能量从液力系统传递到装置中时，来自液力系统的流体经由蓄能器的液口 2被泵送到蓄能器的液体贮存器3中，分隔器4移动，从而减小气体贮存器5的容积并且迫使一部分气体进入到容器9中，因此增加了蓄能器I的气体贮存器5中及容器9中的气体的压力和温度。由于气体和容器9中的再生热交换器10的热交换表面之间的较小平均距离以及其高热容量，从蓄能器的气体贮存器流入到容器中的气体有效地散发出一些热量到再生热交换器10，从而减少了压缩期间的气体加热比；而气体与再生热交换器10的热交换在该再生热交换器与气体之间的小温差情形下是可逆的。在存储积聚在装置中的液力期间，热损失较小，这是因为由于气体导热性而使减小的气体加热比降低了传递到容器9的壳体的壁的热量。
当能量从装置返回到液力系统中时，容器9和蓄能器I的气体贮存器5中的加压气体膨胀，蓄能器I的分离器4移动，从而减小了其液体贮存器3的容积，并迫使液体经由液口 2从液体贮存器进入到液力系统中。由于在气体和再生热交换器10的热交换表面之间保持较小的平均距离，因此再生热交换器10有效地将接收到的热量部分返回到气体。因此，该装置将从液力系统接收的液力返回到气体，而减少损失。由于金属多孔结构的平均孔径至少为0.05mm并且阻挡元件11深深地(优选地达至容器9的轴向长度的至少20%的深度)穿入再生热交换器10中，因此在气体在蓄能器和容器之间流动期间以及在气体流过再生热交换器10的金属多孔结构期间，气动损失较小。设置有过滤元件12的阻挡元件11防止再生热交换器10的材料颗粒穿入到气体管线7和蓄能器I的气体贮存器5中。因此，活塞分离器4的滑动密封件免受磨蚀的影响，而气体管线7免受颗粒的沉积的影响，由此提高了装置的可靠性。上述实施方式为实现本发明的主要构思的实施例，本发明还预想到在本文中未被详细地描述的例如包括若干个蓄能器和容器的许多其他实施方式以及位于容器中的再生热交换器的各种实施方式。因此，所提出的方案使得得到具有下述特征的液力恢复装置:-减少的热损失以及增加的液力恢复效率；-更佳的制造性能；-在装置中利用现成 的任意类型气体容器的可能性。参考列表:1-L.S.Stolbov, A.D.Petrova, 0.V.Lozhkin.Fundamentals of Hydraulicsand Hydraulic Drive of Machines (机器的水力学和液压驱动基础)，Moscow,Mashinostroenie, 1988，第 172 页。2-美国专利 US 64057603-H.Exner, R.Freitag, Dr.H.Gais, R.Lang, Y.0ppoltser, P.Shwab, E.Zumpf，U.0stendorff, M.Ryke.Hydraulic drive.Fundamentals and components (液压驱动。基石出和组件).2nd Russian edition(俄文第二版) Bosch Rexport AG Service AutomationDidactics Erbach Germany，2003，第 156 页4-A.Stroganov, L Sheshin.，Honeycomb Receiver as an Accumulator Shell:Significant Reduction of Danger and Thermal Losses (作为蓄能器壳体的蜂窝容器:危险和热损失显著减少)，Proceedings of the Ilth Scandinavian InternationalConference on Fluid Power (第11届斯堪的纳维亚国际液力会议的会议论文)，SICFP’09，
2009年6月2日至4日，LinkSping，瑞典5-A.Stroganov, L Sheshin.，Efficient，Safe and Reliable Recuperation:Regenerative Accumulator in Honeycomb Receiver (有效、安全和可靠的恢复:蜂窝容器中的再生蓄能器)，Proceedings of the 7th International Fluid Power Conference (第7届国际液力会议的会议论文)，2010年3月22日至24日，Aachen，德国
权利要求
1.一种用于液力恢复的装置，所述装置包括至少一个液压气动蓄能器，在所述蓄能器的壳体中包括与该蓄能器的液体贮存器连通的液口，所述液体贮存器由可动分离器与所述蓄能器的气体贮存器分开，所述气体贮存器经由气口与包含再生热交换器的至少一个气体容器的气口连通，其中，所述再生热交换器被制成呈金属多孔结构的形式，而所述再生热交换器的材料的总体积在容器内部容积的10%至50%的范围内，并且所述再生热交换器的热交换表面的总面积与总容器内部容积的比超过2000cm2/升，优选地超过IOOOOcm2/升。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属多孔结构由金属切割件形成。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属多孔结构由金属纤维形成。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属多孔结构由金属泡沫形成。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，平均孔径不超过5mm。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，平均孔径至少为0.05mm。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述气体容器的所述气口配备有阻挡元件，所述阻挡元件能使气体透过，但所述阻挡元件防止所述再生换热器的材料颗粒经由所述气体容器的气口穿过该气体容器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述阻挡元件的轴向长度超过所述气体容器的轴向长度的20%。
全文摘要
一种用于液力恢复的装置，该装置减少了热损失并提高了液力恢复的效率，并且更容易制造且可以使用现成的气体容器(瓶子)。该装置包括至少一个液压气动蓄能器，在该蓄能器的壳体中包括与蓄能器的液体贮存器连通的液口，该液体贮存器由可动分离器与蓄能器的气体贮存器分开。蓄能器的气体贮存器经由气口与至少一个气体容器连通，该气体容器包含形成为金属多孔结构的形式的再生热交换器。再生热交换器的材料的总体积在容器内部容积的10％至50％的范围内，再生热交换器的热交换表面的总面积与总容器内部容积的比超过2000cm2/升。在气体压缩或者膨胀时，气体和再生热交换器之间的热交换发生在气体和热交换表面之间的小平均距离处以及在较大的热交换面积上，并且因此具有较小的温差，这增加了热交换过程的可逆性以及恢复效率。所提出的装置具有以下性能-减少的热损失以及提高的液力恢复效率；-更佳的制造性能；-在装置中使用任意类型的现成气体容器的可能性。
文档编号F15B21/14GK103221693SQ201080067997
公开日2013年7月24日 申请日期2010年10月1日 优先权日2010年7月13日
发明者亚历山大·阿纳托利耶维奇·斯特罗加诺夫, 列昂尼德·奥烈格维奇·摄新 申请人:亚历山大·阿纳托利耶维奇·斯特罗加诺夫, 列昂尼德·奥烈格维奇·摄新