阅读说明：本技术 一种活塞阀式蓄能器 (Piston valve type energy accumulator ) 是由 杨世祥 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种活塞阀式蓄能器,包含：缸筒；活塞阀,活塞阀悬浮于缸筒内；其中缸筒被活塞阀分隔成用于容纳高压气体的上部腔室和用于容纳高压油的下部腔室；下部腔室的底部设置有连接高压气管的充气口和连接高压油管的高压油口。该活塞阀式蓄能器不使用密封圈,有效克服了因密封圈损坏导致的寿命短、活塞下沉、气体进入管路、易造成系统故障以及维修难度大等缺陷。(The invention discloses a piston valve type energy accumulator, comprising: a cylinder barrel; the piston valve is suspended in the cylinder barrel; wherein the cylinder is divided by the piston valve into an upper chamber for containing high pressure gas and a lower chamber for containing high pressure oil; the bottom of the lower cavity is provided with an inflation inlet connected with a high-pressure air pipe and a high-pressure oil port connected with a high-pressure oil pipe. The piston valve type energy accumulator does not use a sealing ring, and effectively overcomes the defects of short service life, piston sinking, gas entering a pipeline, easy system failure, high maintenance difficulty and the like caused by the damage of the sealing ring.)

一种活塞阀式蓄能器

技术领域

本发明涉及液压技术领域，特别涉及一种活塞阀式蓄能器。

背景技术

蓄能器是液压系统中的一种能量储蓄装置，其作用在于在适当的时机将系统中的过剩的能量储存起来，并在系统需要时将储存的能量释放出来，重新供给系统。活塞式蓄能器是现有技术中常用的一种形式的蓄能器，如图1-2所示，缸筒110被位于其中的活塞120分隔成用于容纳高压气体的上部腔室130和用于容纳高压油的下部腔室140。其中，上部腔室130顶部设置有连接高压气管150的充气口111，通过调节高压气管150上设置的充气阀151实现上部腔室130内高压气体的补充；下部腔室140底部设置有连接高压油管160的高压油口112，通过调节高压油管160上设置的截止阀161实现下部腔室140内高压油的补充和释放；活塞120通过与缸筒110内壁紧密接触的密封圈121将上部腔室130内的高压气体与下部腔室140内的高压油完全阻隔。当处于图1所示的第一状态时，活塞120上移，系统中过剩的能量转换为高压气体的压缩能储存起来；当处于图2所示的第二状态时，活塞120下移，高压气体的压缩能转换为液压能释放到系统中。基于上述结构，现有活塞式蓄能器100具有以下缺陷：

1.密封圈121长期与缸筒110的内壁频繁摩擦，容易损坏，使得活塞沉底，导致蓄能器100整体使用寿命短；

2.密封圈121损坏后被压缩的高压气体容易进入下部腔室140内，并随活塞120的下移通过高压油管160进入系统，造成系统故障；

3.密封圈121位于缸筒110内部，一方面不利于工作人员不能及时发现其损坏状态，另一方面即使发现其损坏也不便于更换，导致维修难度大；

4.由于密封圈121与缸筒110紧密接触，要想活塞120移动首先需克服密封圈与缸筒内壁的摩擦力，使得蓄能器110响应速度缓慢。

因此，如何在延长使用寿命、加快反应速度的同时降低生产和维修成本成为蓄能器领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明提出了一种延长使用寿命、加快反应速度的活塞阀式蓄能器。

根据本发明，提供一种活塞阀式蓄能器，包含：缸筒和悬浮于缸筒内的活塞阀，其中

缸筒被活塞阀分隔成用于容纳高压气体的上部腔室和用于容纳高压油的下部腔室；

下部腔室的底部设置有连接高压气管的充气口和连接高压油管的高压油口。

根据本发明的一个实施例，活塞阀包含活塞体，活塞体与缸筒内壁之间彼此分离地隔开以形成环缝。

根据本发明的一个实施例，活塞体包含底部和自底部的外边缘向上延伸的侧壁，底部与侧壁限定朝向上部腔室的空腔。

根据本发明的一个实施例，活塞体的侧壁上设置有垫圈，垫圈在活塞体的侧壁的外表面上形成朝向缸筒的内壁的凸起。

根据本发明的一个实施例，活塞阀包含球阀，球阀本质上位于高压油口的上方并通过连接部件连接至活塞体的底部，并且球阀与高压油口接触时形成密封状态。

根据本发明的一个实施例，球阀通过连接部件柔性地连接至活塞体的底部。

根据本发明的一个实施例，活塞阀式蓄能器包含用于检测高压油的油压的传感器和通信连接至传感器的显示装置，显示装置响应于来自传感器的压力信号而显示活塞阀式蓄能器内的高压油的液位高度。

根据本发明的一个实施例，活塞阀式蓄能器包含通信连接至传感器报警装置，报警装置响应于油压小于最小油压值超过预定阈值而发出警报。

根据本发明的一个实施例，缸筒的底部设置有连接检测管道的检测口，传感器设置于检测管道上。

根据本发明的一个实施例，缸筒顶部设置有高压气口，高压气口通过连接管道连接至高压气瓶。

由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.依据本发明的活塞阀式蓄能器不使用密封圈，有效克服了因密封圈损坏导致的寿命短、易造成系统故障以及维修难度大等缺陷；

2.依据本发明的活塞阀式蓄能器质量轻、结构简单，构成部件精密性要求低，有效降低了生产成本；

3.高压气体被高压油液封于完全封闭的上部腔室内，从根本上杜绝了高压气体自充气口泄漏的可能；

4.活塞阀依靠高压油的浮力悬浮于缸筒内，能够随时响应于高压气体和高压油之间的压力差而迅速地移动；

5.活塞阀可以具有质量较轻的薄壁结构，即节省了材料与空间又可进一步加快活塞阀的响应速率；

6.依据本发明的活塞阀式蓄能器不使用密封圈包含位于缸筒外部的传感器和显示装置，有助于工作人员监控液位高度，并且便于维修与更换；

7.依据本发明的活塞阀式蓄能器不使用密封圈包含报警装置，能够及时告知工作人员高压油外泄。

附图说明

图1示出了现有技术的蓄能器处于第一状态的示意图；

图2示出了现有技术的蓄能器处于第二状态的示意图；

图3示出了依据本发明的蓄能器的一个实施例处于第一状态的示意图；

图4示出了依据本发明的蓄能器的一个实施例处于第二状态的示意图；

图5示出了依据本发明的另一个实施例。

图中，

100现有技术的蓄能器，110缸筒，111充气口，112高压油口，120活塞，121密封圈，130上部腔室，140下部腔室，150高压气管，151充气阀，160高压油管，161截止阀，200依据本发明的蓄能器，210缸筒，211充气口，212高压油口，213检测口，214高压气口，220活塞阀，221活塞体，222垫圈，223球阀，224连接部件，225环缝，230上部腔室，240下部腔室，250高压气管，251充气阀，260高压油管，261截止阀，270传感器，280检测管道，281检测阀，290连接管道，291高压气瓶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2-3所示，依据本发明的一种活塞阀式蓄能器的一个实施例200总体包含缸筒210和悬浮于缸筒210内的活塞阀220。具体地，缸筒210内部的空间被活塞阀220分隔成上部腔室230和下部腔室240，其中，上部腔室230用于容纳质量较小的高压气体，而下部腔室240则用于容纳质量较大的高压油，活塞阀220依靠高压油的浮力悬浮于缸筒210内并随气压和油压的变化而上下移动。在下部腔室240的底部设置有连接高压气管250的充气口211和连接高压油管260的高压油口212。高压气管250上设置有充气阀250，打开充气阀250可向缸筒210内部充气，高压气体由于质量较小而自动上升至缸筒210上部的上部腔室230内。高压油管260上设置有截止阀261，打开截止阀261实现高压油的补充和释放，高压油由于质量较大而沉积于缸筒210下部的下部腔室240内。当处于图3所示的第一状态时，系统中过剩的能量使高压油压力增大，推动活塞阀220上移，进而将液压能转换为高压气体的压缩能储存起来；当处于图4所示的第二状态时，高压气体推动活塞阀220下移，高压气体的压缩能被转换为液压能释放到系统中。当活塞阀220降至与缸筒210的底部接触的同时也将位于底部的高压油口212封住，使得少量残存于缸筒210内部的高压油不再继续流出，被残留的高压油液封于缸筒210内的高压气体也无法流出。基于上述结构，一方面，由于活塞阀220悬浮于缸筒210内而不与缸筒的内壁接触，使得活塞阀220可以迅速地响应于高压气体和高压油二者的压力差而移动；另一方面，将充气口211设置于下部腔室240的底部，以高压油液封上部的高压气体，使容纳高压气体的上部腔室230整体构成完全封闭的空间，从根本上杜绝了高压气体自充气口泄漏的可能。进一步地，活塞阀式蓄能器200相比于活塞式蓄能器100而言彻底摆脱了密封圈121的使用，因而克服了因密封圈121损坏导致的寿命短、易造成系统故障以及维修难度大等缺陷。

在本发明的一个实施例中，活塞阀220可以包含活塞体221，该活塞体221与缸筒210的内壁之间彼此分离地隔开以形成环缝225，使得高压气体和高压油在细小的环缝225中彼此接触。活塞阀220便以这种方式悬浮于缸筒210内。由于活塞阀220能够随时响应于高压气体和高压油之间的压力差而迅速地移动，使其相比于活塞式蓄能器100中的活塞120而言无需克服密封圈121与缸筒110内壁的摩擦力，导致活塞阀220所需受的压力明显减小。由此，本申请的活塞阀220可以具有质量较轻的薄壁结构。例如，活塞体221可以包含底部和自底部的外边缘向上延伸的侧壁，使得底部与侧壁限定朝向上部腔室230的空腔。该空腔可作为上部腔室230的一部分来容纳高压气体。采用上述活塞体221，一方面薄壁结构仅需占用缸筒210内较小的空间，另一方面质量减轻可使其受压后反应更加灵敏。为了避免在活塞阀220移动的过程中有高压油进入空腔内，可以采取多种措施，例如：将活塞体221的侧壁设计成具有足够的高度以避免高压油越过侧壁进入空腔；或者在空腔上方设置倒置的漏斗形的盖，利用漏斗的倾斜面阻挡液压油进入空腔的同时允许高压气体通过漏斗的嘴部进入空腔。

优选地，可以在活塞体221的侧壁上设置垫圈222，该垫圈222可在活塞体221的侧壁的外表面上形成朝向缸筒210的内壁的凸起。与活塞式蓄能器100中的密封圈121不同的是，本发明的垫圈222设置成不与缸筒210的内壁接触或者仅与缸筒210的内壁有微接触，其作用在于避免活塞体221与缸筒210发生碰撞或磨损，而在活塞阀220上下移动时垫圈222与缸筒210之间产生的摩擦力几乎可以忽略不计。

在本发明的又一实施例中，活塞阀220还可以包含球阀223。该球阀223本质上位于高压油口212的上方并可通过连接部件224连接至活塞体221的底部。球阀223的作用在于当活塞阀220下移至特定高度时与高压油口212密封接触，以阻止高压油继续流出。在本实施例中，球阀223被设计成球形，相应地高压油口212的上部被设计成倒锥形。作为选择地，球阀223和高压油口212的上部也可以被设计成其它形状。球阀223与活塞体221的底部之间的连接可以是刚性连接，也可以是柔性连接。刚性连接有利于活塞阀220使用同种材料一体成型，但对球阀223的位置的精确性要求较高，需使其严格地位于高压油口212上方以确保密封性能；柔性连接则允许球阀223的位置在适当的范围内可以存在偏差，仅需大体位于高压油口212上方即可。

在本发明的优选实施例中，活塞阀式蓄能器200可以包含用于检测高压油的油压的传感器270和通信连接至该传感器270的显示装置(图中未示出)。显示装置可响应于传感器270的油压信号而显示活塞阀式蓄能器200内的高压油的液位高度。具体地，在活塞阀220稳定的情况下：

P1*V1＝P2*V2 (1)

V1＝L1*S1 (2)

V2＝L2*S2 (3)

其中，

P1为高压气体的气压值；

V1为上部腔室230的容积，也即是高压气体的体积；

P2为高压油的油压值；

V2为下部腔室240的容积，也即是高压油的体积；

L1为缸筒210顶部内表面距活塞阀220上表面的距离，也即是高压气体的高度；

S1为活塞阀220上表面的面积；

L2为缸筒底部内表面距活塞阀220下表面的距离，也即是高压油的液位高度；

S2为活塞阀220下表面的面积。

由于活塞阀220的上下表面的面积相等，即S1＝S2，则上述公式可化简为：

P1*L1＝P2*L2 (4)

气体处于平衡状态时，气压与体积满足气体状态方程式：

PV＝nRT (5)

其中，

n为气体的摩尔的量，由于上部腔室230为完全封闭的腔室，使得高压气体的n为定值；

R为热力学常数，对于指定的气体而言，R值时一定的；

T为热力学温度，在常温的工作环境中，温度变化极小，以至于可以忽略，即热力学温度T可视为定值。

将公式(5)带入公式(3)和(4)中可得：

对于指定的活塞阀式蓄能器200而言，活塞阀220下表面的面积S2为定值，由此，

其中，K为定值。将公式(7)带入公式(4)中可的：

K＝P1*L1 (8)

当活塞阀式蓄能器200处于第二状态时，气压值P1为高压气体的原始状态充气压力P1origin，高压气体的高度L1为活塞阀式蓄能器200内腔的总高度L减去最小液位高度L2min。由于原始状态充气压力P1origin、内腔的总高度L和最小液位高度L2min均为活塞阀式蓄能器200出厂设计的已知参数，工作人员可以据此来计算K值。

通过K值和油压信号代表的油压值P2，可以计算出任何状态下高压油的液位高度L2min，并将其显示在显示装置上。工作人员可以随时检测高压油的瞬间液位高度L2。当液位高度L2min小于最小液位高度L2min超过预定阈值ΔL时，可作出高压油外泄的判定并采取相应的补救措施。其中，该预定阈值ΔL为大于等于零的数值，其表示在参考温度、杂质、误差等外界因素的情况下，在合理范围内容许瞬时液位高度L2小于最小液位高度L2min的最大值。

油压传感器270可以设置于缸筒210外部的检测管道280上，检测管道280通过设置于缸筒210底部的检测口213与高压油连通。进一步地，检测管道280上还可以设置检测阀281，以控制检测管道280中高压油的流通。由于传感器270位于缸筒210的外部，相比于在缸筒210内设置液位传感器的现有技术而言，更便于维修与更换。

在进一步优选的实施例中，活塞阀式蓄能器200还可以包含通信连接至传感器270的报警装置(图中未示出)。该报警装置可响应于传感器270检测到的油压小于最小油压值P2min——即活塞阀式蓄能器200处于第二状态时的油压值P2——超过预定阈值ΔP而发出警报，以告知工作人员高压油可能发生外泄，以便于其及时采取相应的补救措施。其中，该预定阈值ΔL为大于等于零的数值，其表示在参考温度、杂质、误差等外界因素的情况下，在合理范围内容许油压值P2小于最小油压值P2min的最大值。

在本发明的另一优选实施例中，如图5所示，缸筒210顶部可以设置高压气口214，该高压气口214通过连接管道290连接至用于能够储存高压气体的高压气瓶291。由此，可以通过外接高压气瓶291的方式来增加上部腔室230的容积，进而使得活塞阀式蓄能器200的能量储存能力。进一步地，可以通过外接不同体积高压气瓶291来改变活塞阀式蓄能器200的能量储存能力。

以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。