蓄能器在液壓電梯中的應(yīng)用研究

韓向青

（陜西省特種設(shè)備質(zhì)量安全監(jiān)督檢測中心，陜西 西安 710048）

0 引言

液壓電梯的歷史比較悠久，早在20世紀(jì)50年代，歐美國家已經(jīng)開始使用液壓電梯。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，液壓電梯產(chǎn)品逐漸成熟，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化系列化。液壓電梯具有機(jī)房布置靈活方便、建筑物井道結(jié)構(gòu)不承受負(fù)載力、井道占用面積小、液壓傳動承載能力大、無級調(diào)速和運(yùn)動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，在歐美等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用，那里10 層以下建筑物所用到的電梯70%為液壓電梯。在我國，液壓電梯的數(shù)量相對較少，但最近幾年液壓電梯的數(shù)量逐漸增多，發(fā)展突飛猛進(jìn)，特別是在汽車電梯和病床電梯中，其應(yīng)用越來越廣泛。

目前在用的液壓電梯基本上都不帶配重。轎廂的上升過程是利用液壓泵給油缸打壓，將活塞逐漸頂升；轎廂的下降過程則利用轎廂的自重將活塞壓下。在轎廂下降過程中，液壓系統(tǒng)只起到阻尼和調(diào)控作用，這樣就使得液壓電梯能耗較大，裝機(jī)功率低。在強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代社會中，降低能耗是我們必須考慮的問題，蓄能器就很好地解決了這個問題。液壓電梯中使用蓄能器的原理是在轎廂的下降過程中，將一部分油壓存入蓄能器中；而在轎廂上升過程中，蓄能器會釋放油壓，從而頂升活塞，為轎廂的上升提供一部分動力。

1 蓄能器結(jié)構(gòu)及原理

1.1 蓄能器的結(jié)構(gòu)類型

目前蓄能器主要有活塞式、膠囊式和隔膜式3種，如圖1所示。

3種蓄能器的特點(diǎn)如表1所示。

1.2 蓄能器的工作原理

蓄能器是液壓系統(tǒng)中很重要的安全輔件。其工作原理為：正常情況下將液壓油儲存在蓄能器內(nèi)，必要時蓄能器將儲存的液壓油釋放出來。蓄能器可以應(yīng)用在很多場合：①在間隙工作的設(shè)備中儲存能量，節(jié)省泵的驅(qū)動功率；②作為應(yīng)急動力源，例如在液壓泵失效的情況下作為動力源；③作為泄漏損失的補(bǔ)償；④在周期工作狀態(tài)時可減少沖擊和振動；⑤在溫度和壓力變化情況下進(jìn)行體積補(bǔ)償；⑥在機(jī)械撞擊情況下吸收沖擊；⑦在車輛中作為懸掛元件等。

圖1 蓄能器結(jié)構(gòu)示意圖

表1 3種蓄能器的特點(diǎn)

囊式蓄能器外部殼體一般為合金鋼，內(nèi)部為膠囊，膠囊內(nèi)部填充惰性氣體，一般為氮?dú)?。由于氣體的可壓縮性，囊式蓄能器可以儲存或放出壓力油。囊式蓄能器的工作原理如圖2所示。圖2中，V0為蓄能器的氣體容積，V1為系統(tǒng)最低壓力時的氣體容積，V2為系統(tǒng)最高壓力時的氣體容積，p0為預(yù)充壓力，p1為系統(tǒng)最低壓力時的氣體壓力，p2為系統(tǒng)最高壓力時的氣體壓力，ΔV 為氣體壓力在p1和p2之間變化時的容積變化。

圖2 囊式蓄能器工作原理

狀態(tài)A：蓄能器處于預(yù)充壓力下，不承受液壓系統(tǒng)的壓力，此時蓄能器的油閥處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷蓄能器和液壓系統(tǒng)的連接，同時也保護(hù)膠囊不受損壞。

狀態(tài)B：蓄能器處于最低工作壓力下，這時會有少量的油液處于膠囊和油閥之間，使得油閥處于打開狀態(tài)，因此，p1必須是大于p0的。

狀態(tài)C：蓄能器處于最高工作壓力下，變化的容積ΔV 代表了蓄能器在最低工作壓力和最高工作壓力之間能夠儲存的油液的容積。

2 蓄能器應(yīng)用在液壓電梯中的可行性研究

采用蓄能器為壓力油源的液壓電梯系統(tǒng)工作原理見圖3。當(dāng)電梯上行時，電動機(jī)7帶動主油泵8輸出液壓油，這些液壓油同時由蓄能器6排出。一部分液壓油經(jīng)過單向閥9、比例節(jié)流閥10返回泵的吸油口。另外大部分則通過方向閥11進(jìn)入柱塞缸13，推動柱塞桿向上移動，通過鋼絲繩14、滑輪組15帶動轎廂16向上移動。當(dāng)電梯下行時，主油泵不工作，轎廂在自重作用下通過滑輪組15、鋼絲繩14向下壓縮柱塞桿，柱塞缸內(nèi)排出的液壓油經(jīng)過方向閥11、比例節(jié)流閥10被壓入蓄能器6內(nèi)。比例節(jié)流閥10的流量由電子控制器控制，速度傳感器17將電梯轎廂的運(yùn)行速度信號傳回電子控制器內(nèi)構(gòu)成閉環(huán)反饋。

該設(shè)計(jì)方案的節(jié)能原理是：當(dāng)電梯上行時，主油泵8完全從蓄能器6內(nèi)吸油，蓄能器6此時也在主動地向外排油，這樣蓄能器就提供了一定的附加功率，減少了驅(qū)動主油泵的電動機(jī)7所需的功率；電梯下行時，柱塞缸13輸出的液壓油在壓力作用下被壓入蓄能器6內(nèi)，部分電梯的勢能轉(zhuǎn)化為壓力能儲存在蓄能器內(nèi)，等待電梯下次上行時再排出。該方案利用了蓄能器儲存壓力油的特點(diǎn)，將電梯下行的勢能轉(zhuǎn)化為壓力能，在電梯上行時予以釋放。該方案可以大大減少電動機(jī)的功率，具有很好的節(jié)能效果和應(yīng)用前景。

圖3 采用蓄能器為壓力油源的液壓電梯系統(tǒng)工作原理圖

3 結(jié)束語

本文主要介紹了蓄能器在液壓電梯中的一種應(yīng)用，但只是從工作原理方面進(jìn)行說明，并未進(jìn)行定量的研究；此外還介紹了蓄能器的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。帶有蓄能器的液壓電梯可以極大地提高電梯的工作效率，減少能耗。有研究表明，使用蓄能器的液壓電梯的有效率為60%左右，不使用蓄能器的液壓電梯的有效率為36%左右。研究表明，通過合理地設(shè)計(jì)壓力油源及蓄能器的充氣壓力，在不影響電梯的運(yùn)行速度的前題下，可保證電梯運(yùn)行平穩(wěn)，舒適度高，平層準(zhǔn)確度高，并且取得明顯的節(jié)能效果。

［1］ 林建杰，徐兵，楊華勇.蓄能器作為壓力油源的液壓電梯節(jié)能系統(tǒng)研究［J］.中國機(jī)械工程，2003，14（24）：2081－2084.

［2］ 杜陽堅(jiān).蓄能器在液壓電梯中應(yīng)用［J］.江西科學(xué)，2006，24（5）：343－346.