气囊式蓄能器的应用及其常见故障分析

本文主要介绍了气囊式蓄能器的结构及其应用，并结合某实际液压系统中的蓄能器应用实例分析气囊式蓄能器在应用过程中常见的故障及其处理办法。
目前，蓄能器被广泛应用于各种液压系统中，它的主要功能是储存油液的压力能，可在短时间内作为一种辅助动力源提供大量的压力油，也可以在液压泵发生停电或其他故障时作为一种紧急动力源，具有形成恒压油源、保持系统压力和补偿泄露、能量回收节能以及吸收压力脉动、液压冲击等多种功能，在各种液压系统中发挥着重要作用。其中气囊式蓄能器可以将气体（一般为氮气）和油液可以完全隔离，具有质轻、气囊惯性小、反应灵敏、便于维护、安装方便、附属设备少以及便于充气等优点，因此在液压系统中的应用最为广泛，但由于制造皮囊壳体的难度较大，且容量相对较小等，所以会经常出现各种故障。为了提高整个气囊式蓄能器液压系统的运行状况，下面介绍其在液压系统的应用和对其在应该中常见故障进行分析，为故障预防提供一定的参考。
气囊式蓄能器结构
气囊式蓄能器的典型特征是在钢壳内有一个非折叠的、柔性的橡胶皮囊。皮囊的开口端连接在钢壳充气侧的气阀上。提升阀在弹簧的作用下保持常开状态，用以调节通过充油口的油液流量。气囊式蓄能器的顶部或底部组件是可维修的，从而可以提供最佳的灵活性。图1为气囊式蓄能器结构示意图，主要由壳体、皮囊、充气阀和进油阀组成。
气囊式蓄能器在液压系统中的实际应用
乳化液泵是矿用液压设备的主要动力源，其安全性直接影响整个液压设备的正常运行，而蓄能器作为一种重要的辅助动力源工作在整个液压系统中发挥着重要作用。
该乳化液泵中的蓄能器选用的是折合型皮囊式蓄能器，主要包括进油阀、皮囊、壳体以及进气阀四个部分，首先需要在皮囊内充入一定量氮气作为压力气，充入的氮气量不同在蓄能器中也会发挥不同的作用。在正常运行工作状态下，壳体内的乳化液会接通回路，当压力系统压力比正常工作压力高时，乳化液会由系统管路进入蓄能器内压缩皮囊内气体，维持整个液压系统的压力平衡；当系统压力比正常工作压力低时，乳化液会受到皮囊的膨胀挤压，导致蓄能器内流出液体至液压系统中，补充管路中的压力。
气囊式蓄能器的常见故障分析及处理办法
气囊式蓄能器的应用大大提升了整个液压设备及系统的安全系数，维持整个系统的高效、稳定运行，但也常常会出现以下几种故障：
3.1.预充气时皮囊失效
气囊式蓄能器在油液进入蓄能器前需要精确的充入干净的氮气类干燥惰性气体，在预充气过程中，必须保证达到指定的压力，预充气的正确与否以及确保预充气的压力在整个储能应用系统中发挥着重要作用。但在预充气期间，蓄能器极易受到损坏，且在预充气压力首次大都5Mpa前应缓慢充入氮气，但经常难以把握，导致皮囊失效。同时在折叠式皮囊蓄能器中，当高压氮气迅速膨胀后，会迅速冷却并积蓄在气囊底部，而此时冷脆的橡胶也会迅速膨胀破裂。因此预充气式时应当选择正确的预充压力，同时在调整乳化液泵站系统压力时也应对预充气压力进行相应的调整。
3.2.皮囊使用寿命不长
由于皮囊的加工质量、皮囊本身材料，选用的工作介质和皮囊产生化学反应，或者工作温度过低或过高，外界污垢侵入蓄能器，液压系统管路的安装，在乳化液泵设计选型时的工程容量设计不合理，蓄能器作为一种辅助动力源时是否将往复频率控制在合理范围等等原因都可能影响皮囊的使用寿命，进而出现故障。因此，为了保证蓄能器在最小工作压力时能可靠工作，并避免皮囊在工作过程中常与蓄能器的菌型阀相碰撞，延长皮囊的使用寿命，空气预充压力一般应在0.75~0.9的范围内选取；同时为避免在工作过程皮囊的收缩和膨胀的幅度过大而影响使命，最小工作压力>33%最大工作压力。
3.3.内部压力下降较严重
目前我国气囊式蓄能器主要采用单向阀形式，由密封锥面完成密封。若在单向阀的阀芯以及密封锥面处有污垢，皮囊极易发生漏气。由于在整个液压系统中，蓄能器的主要功能是缓解冲击、吸收脉动，因此在蓄能器受到外界的冲击而发生振动时，单向阀的阀芯可能会发生松动，密封的锥面出现缝隙，最终导致密封失效。为了避免出现蓄能失效的故障发生，应将单向阀阀芯以及密封锥面拆卸进行彻底清洗后再安装，同时在密封过程中可在充气阀的密封盖内垫入厚3mm左右的硬橡胶垫圈，以及采取修磨密封锥面使之密合等措施。
3.4.流量稳定性较差
在蓄能器补充、流放液体的瞬间流量会产生较大波动，稳定性较差而容易出现故障，为了提高瞬间流量的稳定性，并获取较大的瞬间流量，在乳化液泵设计选型过程中，不应该采用一个较大容量的蓄能器，应采用较小公称容量的几个蓄能器并联，并且几个小容量蓄能器的充气压力应各不相同。同时应尽可能将有效工作压力范围缩小，或者选用较大容积的蓄能器。应添置几个可以控制执行元件与蓄能器流量的装置，确保充足的充液时间，尽量减少其他部位在充液期间的内部泄漏。

综上所述，气囊式蓄能器在液压系统正常运行中发挥着重要的作用，一旦其发生故障会出现震动大、液压不足以及噪音等一系列与液压相关的问题，在实际应用过程中，应熟悉其结构特点及性能，加强检查，定期检查其气密性是否良好，补充气囊压力，及时发现故障，及时处理，从而确保整个液压系统的高效、稳定运行。