蓄能器的选型

除鳞系统蓄能器选型王昌荣　杨德正　田磊　张铁罕（重庆水泵厂有限责任公司国家企业技术中心　重庆４０００３３）摘　要　根据蓄能器的工作原理，蓄能器在除鳞系统中的作用，介绍了除鳞系统中蓄能器的选型计算。

蓄能器作为补水功能使用时，还需要将选择的蓄能器容积与生产线的轧制时序表和轧制周期内的水量消耗表进行复核计算，确认压力波动范围是否满足设计要求。

关键词　轧钢　除鳞系统　蓄能器Ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２２ Ｚ１ ０３９ＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤｅｓｃａｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍＥｎｅｒｇｙＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒＷａｎｇＣｈａｎｇｒｏｎｇ　ＹａｎｇＤｅｚｈｅｎｇ　ＴｉａｎＬｅｉ　ＺｈａｎｇＴｉｅｈａｎ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＰｕｍｐＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．， ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３３）ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅｄｅｓｃａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅｄｅｓｃａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｗｈｅｎｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｓｕｓｅｄａｓａｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｉｔｉｓａｌｓｏｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｒｅｃｈｅｃｋａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｖｏｌｕｍｅｗｉｔｈｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅｔａｂｌｅａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｔａｂｌｅｉｎｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｃｙｃｌｅｔｏｃｏｎｆｉｒｍｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｒａｎｇｅｍｅｅｔｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｄｅｓｃａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ　Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ１　前言在冶金行业很多热轧生产线经常会使用到除鳞系统，在除鳞系统中，蓄能器的选型关系到系统运行的安全可靠，蓄能器容积选大了造成成本浪费，蓄能器容积选小了满足不了系统的压力波动范围，造成系统运行不稳定，除鳞效果差等。

一、液压蓄能器选型步骤1 明确蓄能器的主要功能以上3个主要功能的选择，无论选择的是哪一项，蓄能器在实现该项功能的同时，也可能对另2项功能有一定程度的作用。

2 依据主要功能对口计算蓄能器的容积和工作压力2．1 作辅助动力源V—所需蓄能器的容积（m3）p 0—充气压力Pa，按0.9p1＞p＞0.25 p2充气Vx—蓄能器的工作容积（m3）p1—系统最低压力（Pa）p2—系统最高压力（Pa）n—指数；等温时取n=1；绝热时取n=1.4 2．2吸收泵的脉动A—缸的有效面积（m2）L—柱塞行程（m）k—与泵的类型有关的系数：泵的类型系数k单缸单作用 0.60单缸双作用 0.25双缸单作用 0.25双缸双作用 0.15三缸单作用 0.13三缸双作用 0.06p—充气压力，按系统工作压力的60%充气2．3吸收冲击m—管路中液体的总质量（kg）υ—管中流速（m/s）—充气压力（Pa），按系统工作压力的90%充气p注：1.充气压力按应用场合选用。

2.蓄能器工作循环在3min以上时，按等温条件计算，其余均按绝热条件计算。

二、蓄能器故障的分析与排除1 蓄能器常见故障的排除以NXQ型皮囊式蓄能器为例说明蓄能器的故障现象及排除方法，其他类型的蓄能器可参考进行。

1．1 皮囊式蓄能器压力下降严重，经常需要补气皮囊式蓄能器，皮囊的充气阀为单向阀的形式，靠密封锥面密封（见图1-8）。

当蓄能器在工作过程中受到振动时，有可能使阀芯松动，使密封锥面1不密合，导致漏气。

阀芯锥面上拉有沟糟，或者锥面上粘有污物，均可能导致漏气。

此时可在充气阀的密封盖4内垫入厚3mm左右的硬橡胶垫圈5，以及采取修磨密封锥面使之密合等措施，另外，如果出现阀芯上端螺母3松脱，或者弹簧2折断或漏装的情况，有可能使皮囊内氮气顷刻泄完。

1.2 皮囊使用寿命短其影响因素有皮囊质量，使用的工作介质与皮囊材质的相容性；或者有污物混入；选用的蓄能器公称容量不合适（油口流速不能超过7m/s）；油温太高或过低；作储能用时，往复频率是否超过1次/10s，超过则寿命开始下降，若超过1次/3s，则寿命急剧下降；安装是否良好，配管设计是否合理等。

蓄能器选型计算1、蓄能器压力计算：工作压力：蓄能器的公称压力不低于蓄能器接入的系统的最大工作压力P2。

充气压力：作为辅助动力0.25P2＜P0＜0.9P1；作为减小脉动P0=(0.6~0.75)Pm或P0=0.8P1；作为吸收震动P0=0.6~0.9Pm；其中P0—充气压力；P1—最小工作压力；P2—最大工作压力；Pm—平均工作压力；2、蓄能器容积计算：蓄能器内部气体的压缩和膨胀是根据Boyle-Mariotte关于理想气体中的状态变化定律进行的。

当蓄能器用于保压时，气体体积变化缓慢（t＞1min），与外界热交换得以充分进行，可认为是等温变化过程，这时取n=1；当蓄能器作辅助或应急动力源时，气体体积变化很快（t＜1min），热交换不充分，这时可视为绝热过程，这时取n=1.4。

注：n为时间的函数，如需精确计算，n应根据具体气体变化时间确定。

2.1）蓄能器作为动力源时：当蓄能器作动力源时，蓄能器储存和释放的压力油容量和皮囊中气体体积的变化量相等，根据上述气体方程可求得蓄能器的容积，即：等温计算，n=1，其中V0—所需蓄能器容积；V—蓄能器的工作容积；2.2）蓄能器用作容积补偿时：把蓄能器作为管道容积补偿是在等温状态下进行计算的，蓄能器容积受管道容积，温差，流体及管道膨胀系数的影响。

其中VT—管道容积；θ2—最大温度；θ1—最小温度；β—流体体积膨胀系数；α—管道线性膨胀系数；2.3）蓄能器用作吸收冲击时：流量快速增大或减小引起的压力快速增大，即水锤现象，其最大超压受管路长度，液体流量、密度及关闭阀门时间的影响。

其中Q—管路内流量；L—管路总长度；γ—液体的比重；v—液体流速；△P—容许的超压；t—减速时间；。

蓄能器系统选型分析蓄能器系统是2000L/min大流量安全阀试验系统的动力提供源，是影响系统公称流量、冲击压力梯度等重要参数指标的关键系统。

一、蓄能器概述按结构形式划分液压蓄能器主要有皮囊式、活塞式、隔膜式、重锤式、弹簧式、薄膜式等几种。

根据2000L/min大流量安全阀试验系统的特点及压力、流量需求，仅可选用皮囊式和活塞式蓄能器构建蓄能器系统，作为系统的动力源。

二、皮囊式蓄能器和活塞式蓄能器技术特点分析1.皮囊式蓄能器工作原理：皮囊式蓄能器是通过改变气囊内预充氮气的体积，从而使蓄能器储油腔内的液压油成为具有一定液压能的压力油。

特点：密封性好、效率高、灵敏度高、结构紧凑、重量轻、易维护、动作惯性小等优点。

所以它在液压系统中的应用最为广泛。

2.活塞式蓄能器】工作原理：活塞式蓄能器是通过改变充气腔内预充氮气的体积来使蓄能器的储油腔内的液压油成为具有一定液压能的压力油。

特点：结构简单，强度及可靠性较高，使用寿命长、供油流量大、使用温度范围宽等优点。

适用于大流量蓄能的液压系统。

但是活塞运动的惯性大、灵敏性较差、磨损泄露大、效率低，故它不适合用于工作频率高，压差小及无泄漏的液压系统，也不适合用于吸收液压系统的脉动和液压冲击。

三、试验系统的性能需求2000L/min大流量安全阀试验系统由蓄能器系统和组合功能液压油缸（具有快速开关功能）共同实现高压、大流量的试验介质在规定的时间内达到规定的压力。

系统的动作惯性是影响2000L/min大流量安全阀试验系统中压力梯度的关键技术指标，将直接关系到能否满足标准中规定的“25ms内实现倍的额定压力”的要求。

四、案例分析1.煤科院研制的500L/min、1000L/min系列大流量安全阀试验台蓄能器系统均选用皮囊式蓄能器，使用效果良好，性能指标符合标准中规定的“25ms内实现倍的额定压力”的要求。

最早研制的试验台为2007年，到目前为止，未出现皮囊破裂、密封泄漏等蓄能器失效的案例。

由液压英才网运功分享蓄能器类型及应用综述：蓄能器的类型蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置．在许多方面有着重要的应用。

蓄能器可分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三大类。

重力加载式蓄能器利用重物的位能来储存能量，是最古老的一种蓄能器。

它能提供大容量、压力恒定的液体，但尺寸庞大，反应迟钝。

这种蓄能器只用于固定的重型液压设备。

弹簧加载式蓄能器利用弹簧的压缩能来储存能量，其结构简单，反应较重力式灵敏，但其容积较小，一般用于小容量、低压系统。

重力及弹簧式蓄能器在应用上都有局限性，现在这种蓄能器已很少使用，目前大量使用的是气体加载式蓄能器。

气体加载式蓄能器的工作原理建立在波义耳定律的基础上。

使用时首先向蓄能器充入预定压力的空气或氮气，当外部系统的压力超过蓄能器的压力时，油液压缩气体充入蓄能器，当外部系统的压力低于蓄能器的压力时，蓄能器中的油在压缩气体的作用下流向外部系统。

气体加载式蓄能器又分为非隔离式、气囊式、隔膜式、活塞式等几种。

非隔离式蓄能器的气体与液体直接接触，蓄能器中分为油相和气相。

这种蓄能器容量大、反应灵敏，缺点是气体易被油液所吸收，气体消耗量较大，元件易气蚀损坏：这种蓄能器现在已很少使用。

气囊式蓄能器由耐压壳体、弹性气囊、充气阀、提升阀、油口等组成。

提升阀的作用是防止油液排尽后气囊挤出容器之外。

设计允许的最大压力比为4：1(最大压比为最高工作压力与预充气压力之比)。

气囊式蓄能器容积较大，反应灵敏，不易漏气，设有油气混杂的可能。

气囊式蓄能器的最佳放置方式是竖直放置，充气阀在上方，也可以水平放置，但一定要注意选择适当的充气压力并且限制最大排液流量。

隔膜式蓄能器有两个半球形壳体，两个半球之间夹着一个橡胶薄膜，将油和气分开，其最大压力比为8～l0：1，隔膜式蓄能器的重量和容积比最小，反应灵敏；缺点是容积小。

活塞式蓄能器利用浮动自由活塞将气相和液相隔开。

活塞和筒状蓄能器内壁之间有密封，其所推荐的压力比为4：1，其结构简单，寿命长．但由于活塞惯性大，有密封摩擦阻力等原因，反应灵敏性差，气体和液体有相混的可能性。

蓄能器的选型⏹ 1.1蓄能器的作用蓄能器是把压力油的压力能储存在耐压容器中，需要时再将其释放出来的一种能量储存装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要的时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。

当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量。

保证整个系统压力正常！蓄能器在液压系统中主要有以下几方面的用途：（1）做辅助动力源，短期大量供油；（2）维持系统压力；（3）缓和冲击压力和吸收脉动压力。

⏹ 1.2蓄能器的类型蓄能器可分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三大类。

（1）重力加载式蓄能器重力加载式蓄能器利用重物的位能来储存能量,是最古老的一种蓄能器。

它能提供大容量、压力恒定的液体,但尺寸庞大,反应迟钝。

这种蓄能器只用于固定的重型液压设备。

（2）弹簧加载式蓄能器弹簧加载式蓄能器利用弹簧的压缩能来储存能量,其结构简单,反应较重力式灵敏,但其容积较小,一般用于小容量、低压系统。

（3）气体加载式蓄能器气体加载式蓄能器的工作原理建立在波义耳定律的基础上。

使用时首先向蓄能器充入预定压力的空气或氮气,当外部系统的压力超过蓄能器的压力时,油液压缩气体充入蓄能器,当外部系统的压力低于蓄能器的压力时,蓄能器中的油在压缩气体的作用下流向外部系统。

气体加载式蓄能器又分为非隔离式、气囊式、隔膜式、活塞式等几种。

对于液压系统，广泛使用的是活塞式蓄能器和气囊式蓄能器。

以下是两种蓄根据采油树液压控制系统实际情况，蓄能器用于作辅助动力源并维持系统的压力，需要蓄能器有良好的灵敏特性和更高的压力值，因此水下采油树选择气囊式蓄能器。

蓄能器的容量计算蓄能器的工作原理：利用气体的可压缩性，靠封闭气体的弹性变形储存和释放能量。

当进入蓄能器中的油液压力升高时，蓄能器气囊中的气体受压缩气体变小，储存能量，同时蓄能器内的油液体积增大。

当蓄能器内油液压力降低时，气囊内气体膨胀，释放能量，同时把油液挤出蓄能器。

活塞式、皮囊式蓄能器的最大区别活塞式、皮囊式、隔膜式蓄能器的最大区别皮囊式蓄能器优点：1.皮囊（胶囊）惯性小，反应灵敏，适合用作消除脉动；2.皮囊将油气隔开，油气不会混合（不破裂的情况下）；3.维护容易、附属设备少、安装容易、充气方便。

缺点：1.皮囊的使用寿命通常比不上（活塞式）密封件的使用寿命，而且各品牌的皮囊质量差异很大；2.导致皮囊破裂的因素很多，其中包括皮囊本身的质量寿命差异、皮囊装配各步骤操作不当、预充气各步骤操作不当、预充气压力计算误差、温度变化大（包括季节温差大）、长期横向振动摇晃、流体腐蚀、介质内微小固体杂质惯性冲击，等等；3.皮囊破裂时，可能会导致蓄能器突然失效，油气瞬间或短时间大量混合可能导致系统事故；4.皮囊不能做得太大，否则影响皮囊寿命，ASME标准一般最大为60升，欧洲大多为50升；5.工作压力不能太高，国内最高（3倍或更小安全系数）一般为31.5Mpa，进口皮囊式蓄能器（4倍安全系数）为51.8Mpa；6.因设计及加工质量等原因，在快速释放油液时，很多品牌的囊式蓄能器的菌型阀会提前关闭，导致蓄能器突然部分失效；7.因皮囊材质为橡胶，强度不高,不能承受很大的压力波动（注意皮囊压缩比），波动幅度过大会大大降低皮囊寿命；所以同时，皮囊式蓄能器一般也不适合串联气瓶或气瓶组使用。

活塞式蓄能器优点：1.通常使用寿命比皮囊式蓄能器更长；2.相对于皮囊式的更换皮囊，活塞式更换密封件成本更低，操作更简便；3.安装容易、结构简单、维护方便，充气方便；4.跟皮囊式突然失效（皮囊破裂而泄露）不同，活塞式一般具备多道密封，即使失效也是逐渐、缓慢地失效（泄露），对于某些设备或系统，蓄能器的突然失效可能导致事故或重大损失，此时应选用活塞式蓄能器；5.活塞式蓄能器可以做得很大，进口活塞式蓄能器的常规型号单件容积可以达到760升，非常规型号可以更大；6.压力可以很高，虽然国内活塞式蓄能器（3倍或更小安全系数）只能做到21Mpa或31.5Mpa，但是进口蓄能器（4倍安全系数）活塞式常规型号可以做到138Mpa（1380 Bar），非常规型号可以更高；7.耐高温型号性能更稳定，进口耐高温型号活塞式蓄能器可承受230摄氏度以下高温；8.可以承受很大的压力波动幅度，并适合串联气瓶或气瓶组（大大提高有效容积）。

液压蓄能器选型步骤第一步：明确蓄能器的主要功能以上3个主要功能的选择，无论选择的是哪一项，蓄能器在实现该项功能的同时，也可能对另2项功能有一定程度的作用。

第二步：依据主要功能对口计算蓄能器的容积和工作压力1作辅助动力源—如沙V。

一所需蓄能器的容积（用）p o—充气压力Pa,按0.9p 1> P o> 0.25 p 2充气M—蓄能器的工作容积（斥）p i—系统最低压力（Pa）P2—系统最高压力（Pa）n—指数；等温时取n=1 ；绝热时取n=1.42吸收泵的脉动1给=----------------- 1—A—缸的有效面积（吊）L—柱塞行程（m）k—与泵的类型有关的系数：泵的类型系数k单缸单作用0.60单缸双作用0.25双缸单作用0.25双缸双作用0.15三缸单作用0.13三缸双作用0.06p o—充气压力，按系统工作压力的60%充气3吸收冲击m—管路中液体的总质量（kg）u—管中流速（m/s）p。

一充气压力（Pa）,按系统工作压力的90%充气注：1.充气压力按应用场合选用。

2.蓄能器工作循环在3min以上时，按等温条件计算，其余均按绝热条件计算。

第三步：依据计算得岀工作压力查阅Tobul蓄能器相应的压力系列蓄能器应安装在远离热源地地方。

高温环境请选用Tobul耐高温型活塞式蓄能器，或者耐高温型囊式蓄能器需要耐燃油耐腐蚀的，请选用Tobul耐燃油耐腐蚀型蓄能器。

流体介质为水时，请选用Tobul不锈钢壳体或有防锈镀层的蓄能器。

第四步：在相应的压力系列中寻找与计算得岀容积最接近的型号。

蓄能器的选型⏹ 1.1蓄能器的作用蓄能器是把压力油的压力能储存在耐压容器中，需要时再将其释放出来的一种能量储存装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要的时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。

当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量。

保证整个系统压力正常！蓄能器在液压系统中主要有以下几方面的用途：（1）做辅助动力源，短期大量供油；（2）维持系统压力；（3）缓和冲击压力和吸收脉动压力。

⏹ 1.2蓄能器的类型蓄能器可分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三大类。

（1）重力加载式蓄能器重力加载式蓄能器利用重物的位能来储存能量,是最古老的一种蓄能器。

它能提供大容量、压力恒定的液体,但尺寸庞大,反应迟钝。

这种蓄能器只用于固定的重型液压设备。

（2）弹簧加载式蓄能器弹簧加载式蓄能器利用弹簧的压缩能来储存能量,其结构简单,反应较重力式灵敏,但其容积较小,一般用于小容量、低压系统。

（3）气体加载式蓄能器气体加载式蓄能器的工作原理建立在波义耳定律的基础上。

使用时首先向蓄能器充入预定压力的空气或氮气,当外部系统的压力超过蓄能器的压力时,油液压缩气体充入蓄能器,当外部系统的压力低于蓄能器的压力时,蓄能器中的油在压缩气体的作用下流向外部系统。

气体加载式蓄能器又分为非隔离式、气囊式、隔膜式、活塞式等几种。

对于液压系统，广泛使用的是活塞式蓄能器和气囊式蓄能器。

以下是两种蓄根据采油树液压控制系统实际情况，蓄能器用于作辅助动力源并维持系统的压力，需要蓄能器有良好的灵敏特性和更高的压力值，因此水下采油树选择气囊式蓄能器。

蓄能器的容量计算蓄能器的工作原理：利用气体的可压缩性，靠封闭气体的弹性变形储存和释放能量。

当进入蓄能器中的油液压力升高时，蓄能器气囊中的气体受压缩气体变小，储存能量，同时蓄能器内的油液体积增大。

当蓄能器内油液压力降低时，气囊内气体膨胀，释放能量，同时把油液挤出蓄能器。

轮式起重机液压蓄能器的选型及应用
张金星;郁中太;赵会朋;张恒;李骞飞;张国贺;王志明
【期刊名称】《建筑机械》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】随着液压元器件新工艺、新材料、新技术的逐渐应用,液压系统的性能也在进一步提高。

在轮式起重机升级换代的过程中,高品质的液压系统为其提供了有
力的技术支撑。

蓄能器作为液压系统的重要组成单元,不仅保证液压系统拥有良好
的使用性能,还能够有效提升液压系统的稳定性和安全性,在改善液压系统动态品质、保证系统正常运行、减少液压冲击和降低噪声等方面起到了至关重要的作用。

蓄能器合理的选型、安装及应用是保证液压系统性能的关键。

【总页数】3页(P63-65)
【作者】张金星;郁中太;赵会朋;张恒;李骞飞;张国贺;王志明
【作者单位】徐州重型机械有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH213.6
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