優(yōu)選蓄能器對可控震源液壓系統(tǒng)的改善

謝 偉，李明亮，王 強

（東方地球物理勘探公司，河北保定 072750）

0 引言

蓄能器是可控震源液壓系統(tǒng)的重要組成部分，一方面當系統(tǒng)流量不充足時，蓄能器能夠輔助液壓動力源；另一方面蓄能器有助于優(yōu)化改善可控震源液壓系統(tǒng)的壓力動脈，推動整個系統(tǒng)的運行。為此從現(xiàn)實出發(fā)，首先分析蓄能器的工作原理及特點分類，其次闡述蓄能器對可控震源液壓系統(tǒng)的應(yīng)用及改善，希望今后工作具有一定的借鑒意義和參考價值。液壓蓄能器是液壓系統(tǒng)中必備的輔助性元件，根據(jù)能量守恒定理，采用多種方法使得密閉容器中的液壓油變成具有一定液壓能的壓力油，從而為液壓系統(tǒng)能量釋放需要提供保障，最終達到補充與穩(wěn)定液壓系統(tǒng)流量和壓力的效果。液壓蓄能器在接入液壓系統(tǒng)時必須配置完備的接入閥組、充氣閥組、監(jiān)控裝置和緊固零件等，最后選擇出合適的蓄能器類型，以使液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件蓄能器的設(shè)計符合標準要求。

1 蓄能器的工作原理及特點分類

1.1 蓄能器分類

（1）皮囊式蓄能器。它是通過調(diào)節(jié)皮囊內(nèi)氮氣的體積來改變調(diào)節(jié)蓄能器儲油腔內(nèi)液壓油，使其成為具備一定液壓能的壓力油。這種蓄能器在液壓系統(tǒng)應(yīng)用中表現(xiàn)出密封性好、效率高、靈敏度高和動作慣性小等優(yōu)勢，因此在液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

（2）活塞式蓄能器。原理和皮囊式蓄能器相似，都是通過改變腔內(nèi)補充的氮氣來實現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、強度可靠性高、使用年限長、供油量大及溫度調(diào)節(jié)范圍寬泛等優(yōu)勢，適合大流量的蓄能器液壓系統(tǒng)。但是由于其活塞運動本身慣性大，活動靈敏度較差，在長期磨損中容易泄漏，因此工作效率低下，適合高頻率、無泄漏和壓差小的可控震源液壓系統(tǒng)工作。

（3）隔膜式蓄能器。工作原理是通過在腔內(nèi)儲存氮氣使體積發(fā)生變化，表現(xiàn)出質(zhì)量輕、薄膜變形阻力小、無慣性及吸收壓力脈動性能好等優(yōu)勢。這種液壓蓄能器適用于高頻率動作、液壓系統(tǒng)容積小及易吸收的液壓脈動。但存在維修與養(yǎng)護難等問題，在使用中具有局限性。

（4）重錘式蓄能器。工作原理是通過重力加載的方式來加以實現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、供油量大及壓力穩(wěn)定等優(yōu)勢，適合各種大流量蓄能的液壓系統(tǒng)。但是由于體態(tài)笨重，靈活性差、工作慣性大及輸出壓力小等缺陷，沒有得到普及和推廣。

（5）彈簧式蓄能器。工作原理是利用彈簧變形帶來的勢能將密閉容器中的液壓油轉(zhuǎn)變成壓力油。因結(jié)構(gòu)單一、溫度跨度大等優(yōu)勢，適合蓄能和緩沖。但由于使用中供油流量小，無法準確固定彈簧壓縮程度等缺陷，沒有得到普及。

1.2 蓄能器的分類特點

蓄能器主要是通過將壓力液體的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽軆Υ嫫饋?，在系統(tǒng)工作時再次將勢能轉(zhuǎn)換為液壓能而不斷運轉(zhuǎn)。這種循環(huán)往復(fù)的過程就是蓄能器作為輔助應(yīng)急動力源的工作動力，有助于補充系統(tǒng)的泄漏，穩(wěn)定系統(tǒng)的工作壓力，幫助吸收動力泵的脈動及回路上的液壓沖擊等。從以上特點出發(fā)，優(yōu)選蓄能器是可控震源液壓系統(tǒng)改善的必要步驟，也最為合適。系統(tǒng)工作過程是，正常工作時負載屬于間歇工作，所需流量較小。優(yōu)選蓄能器后，讓蓄能器來供應(yīng)需要的油液，使用液壓泵來補充油液。這種只需要使用小功率的液壓泵電機組，直接實現(xiàn)了整個液壓系統(tǒng)尺寸小、重量輕的目的。特殊情況下，當負載需要較大流量時，蓄能器和液壓泵能夠同時提供油液，滿足使用要求；當負載不工作時，蓄能器補充油液保持穩(wěn)定壓力，達到了節(jié)能的要求。

2 蓄能器對可控震源液壓系統(tǒng)的改善及應(yīng)用

2.1 優(yōu)選蓄能器對可控震源液壓系統(tǒng)的改善方法

（1）重新選擇液壓系統(tǒng)的振動泵，實現(xiàn)多泵合流。改善方法中的重新選擇液壓系統(tǒng)的振動泵，能夠及時補償液壓系統(tǒng)中的液壓油泄漏損失情況，更好地穩(wěn)定液壓系統(tǒng)工作壓力，改善了液壓系統(tǒng)由于油速過快或油流方向急變而產(chǎn)生的液壓沖擊，更加容易吸收液壓系統(tǒng)的壓力和流量脈動。皮囊式蓄能器在維護時只需要更換皮囊，直接放倒蓄能器實現(xiàn)。活塞式蓄能器維護比較復(fù)雜，首先需要將活塞去除，然后更換密封圈、最后放倒蓄能器。液壓系統(tǒng)的振動泵是可控震源的核心部件，在選取中必須要謹慎，一旦改善不到位，將會影響整個可控震源液壓系統(tǒng)的運行，延誤工作進程，而且不好掌控，實施過程復(fù)雜，所需費用太大，因此一般不推薦作為改善方法。

（2）發(fā)揮蓄能器作為輔助動力源的功能作用，改善蓄能器對系統(tǒng)流量做瞬時補充的優(yōu)良性。這種改善方法經(jīng)濟適用，得到了廣泛應(yīng)用。原理上認為每次充放一次液體至蓄能器中，在整個3 min內(nèi)都是絕熱過程，可控震源蓄能器的二次灌注液體一般都控制在0.2 s以內(nèi)，被認為是絕熱過程。以重錘蓄能器為例，蓄能器不斷向液壓系統(tǒng)補充液體，主要是因為振動泵響應(yīng)滯后，每當液壓系統(tǒng)壓力上升至21 MPa時，取系統(tǒng)壓力波動限為±8%，最后得到振動泵工作的最低壓力為19.32 MPa，最高壓力為22.68 MPa，只有在液壓系統(tǒng)中安裝2個25 L蓄能器時才能滿足需要；當預(yù)充壓力1500 psi，液壓系統(tǒng)±5%壓力波動時，壓力差為2.15 L，這時基本上能夠滿足可控震源液壓系統(tǒng)中需要的流量變化，因此最適用的改善方法是在液壓系統(tǒng)的高壓和低壓兩側(cè)各自增加1個25 L的液壓蓄能器。

2.2 液壓蓄能器的維護與應(yīng)用

以廣泛適用的皮囊式蓄能器為例，在實際運用中決定工況的主要因素是壓力因素、動作頻率因素、脈動頻率因素、最高、最低工作壓力因素、系統(tǒng)工作循環(huán)中供油量因素等來優(yōu)選出所用容積，應(yīng)該保證使用壓力小于額定壓力。在充氣開始前，首先向充油口中注入少許液壓油，保證實現(xiàn)皮囊足夠的潤滑度，在使用過程中定期檢查皮囊的嚴密性，同時定期更換皮囊及密封組件，一旦發(fā)現(xiàn)皮囊中的充氣壓力低于規(guī)定的充氣壓力，那么需要定期補充氮氣，保證蓄能器為最佳工作狀態(tài)。此外，壓力油的工作溫度同樣對皮囊式蓄能器的使用壽命帶來影響，工作壓力油的溫度過高、過低都會縮短使用年限，在養(yǎng)護維修時應(yīng)該徹底卸壓，放空所有蓄能器氮氣，在保證有壓力油情況下再進行拆卸與裝配。

3 結(jié)語

通過闡明蓄能器的工作原理及分類，從中明確如何優(yōu)選蓄能器，從而找出可控蓄能器對可控震源液壓系統(tǒng)的改善方法，使其更加具有針對性。通過分析必須明確，優(yōu)化選擇液壓系統(tǒng)蓄能器是改善可控震源液壓系統(tǒng)的有效方法。