[发明专利]具有可压缩再生器的液压气动蓄能器

说明书

本发明涉及机械工程并且能够被用于具有高水平的液流和压力脉动的液压系统中的液力恢复，所述液压系统包括液压混合动力汽车中的压力共轨系统，尤其是那些使用自由活塞式发动机的液压混合动力汽车，并能够用于具有高的液流上升速率和液压冲击的系统中的液力恢复，例如在模制以及压力锻压设备中。

背景技术

液压气动蓄能器(以下称为蓄能器)包括壳体，该壳体包括容积可变的气体贮存器和容积可变的液体贮存器，该气体贮存器通过气口填充有加压气体，并且液体贮存器通过液口填充有液体。这些气体贮存器和液体贮存器通过能相对于壳体运动的分离器分隔。蓄能器通常充有初始压力高达几兆帕到几十兆帕的氮气。

对于液力恢复而言，蓄能器既与活塞形式的固体分离器一起使用，也与例如呈弹性聚合膜或袋的形式[1]以及呈金属波纹管形式[2]的弹性分离器一起使用。具有轻质聚合物分离器的蓄能器在液压系统中很好地平稳脉动。然而，由于聚合物分离器的渗透性，它们需要更加频繁地充气。在蓄能器的高的液流上升速率下(例如，在液压系统中的急剧压降的情况下)，分离器的强烈急动可能导致聚合物分离器的毁坏。活塞式蓄能器将气体保持得更好并且能抵抗高的液流上升速率。然而，在液压系统中存在强烈脉动的情况下，活塞运动的振动模式加剧了活塞密封件的磨损。在HydroTrole公司的PistoFram蓄能器[3]中，活塞包含被弹性膜分成气体部分和液体部分的腔体，该气体部分和液体部分分别与蓄能器的气体贮存器和液体贮存器连接。在高频率脉动时，不是活塞而是振动的轻质膜保持着活塞的密封件。

蓄能器通常包含一个压力可变的气体贮存器和一个压力可变的液体贮存器，其中在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。蓄能器[4]包含一个容积可变的气体贮存器和多个容积可变的液体贮存器。它们的连通改变气体贮存器中的气体压力与液压系统的液体压力之间的比率。

对于液力恢复而言，蓄能器预先通过气口充有工作气体，并且通过液口连接到液压系统。当能量从液压系统传送到蓄能器时，液体被从液压系统泵送到蓄能器，以使分离器运动并且压缩气体贮存器中的工作气体，同时工作气体的压力和温度均升高。当能量从蓄能器返回到液压系统时，被压缩的气体膨胀以使分离器运动，使得液体贮存器的容积减小，并且迫使液体流出液体贮存器进入到液压系统内。气体的压力和温度下降。

由于气体贮存器壁之间的距离非常大(几十甚至上百毫米)，由气体热传导性而引起的气体与壁之间的热交换微乎其微。因此，气体压缩和膨胀过程基本上是非等温的，在气体贮存器中具有大的温度梯度。当气体压力升高2-4倍时，气体温度升高达几十甚至上百度，并且在气体贮存器中出现对流。这使向气体贮存器壁的热传导增加几十甚至上百倍。在压缩期间被加热的气体冷却下来。这导致气体压力减小和储存的能量的损失，这在储存的能量被保持在蓄能器中时尤其显著。由于大的温差，热传导是不可逆的，即在膨胀期间由被压缩的气体给予蓄能器壁的大部分热量不能返回到气体。所以，液压系统在气体膨胀期间收回的液力比在气体压缩期间所接收的液力少得多。

为了在[4]、[5]、[6]、[7]中减少热损失，建议在气体贮存器中放置可压缩再生器(泡沫弹性体)和绝热器，该再生器执行热再生器的功能。在根据被申请人用作蓄能器的原型的[7]的蓄能器中，蓄能器包括壳体，在该壳体中液口和气口分别与容积可变的液体贮存器和气体贮存器连接，该容积可变的液体贮存器和气体贮存器通过可相对于壳体运动的分离器分隔。容积可变的气体贮存器包含呈开放孔室弹性体泡沫形式的可压缩再生器，该可压缩再生器填充气体贮存器以便当液体被泵送到蓄能器中时，使气体贮存器容积减小的分离器运动将再生器压缩。当液体被转移出蓄能器时，再生器由于其固有的弹性而膨胀。当被压缩时，再生器从气体带走一些热量从而降低其升温，并且当膨胀时，再生器将热量返回到气体从而减少其冷却。在气体与再生器之间热交换期间，再生器孔室的小尺寸(大约1mm)使温度梯度减小数百倍，并且在气体压缩和膨胀期间显著地增加热交换的可逆性。再生器的多孔结构防止气体与气体贮存器壁的对流热交换，从而使向气体贮存器壁的热传导以及相应的能量损失减少许多倍。所以，实际上在压缩期间由气体给予再生器的全部热量在膨胀期间均返回到该气体，从而恢复效率显著增加[5]，[6]。