Гидрогазовый аккумулятор

 

Изобретение относится к машиностроению , к гидравлическим системам, а конкретно к гидрогазовым аккумуляторам, и может быть использовано, в частности, в объемных гидроприводах транспортных средств. Цель изобретения - повышение эффективности аккумулятора путем увеличения удельной объемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии. Сущность изобретения: гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью , установленной на корпусе, теплообменник заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительная газовая полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов теплообменника, при этом газовая полость аккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела используют вво с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур аккумулятора. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 15 В 1/047

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

,авива (л)

О

О о

К ABTOPCKOb .У СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4788491/29 (22) 02.02.90 (46) 07.05.92, Бюл. ¹ 17 (75) А,Ан.Расновский и А,А.Расновский (53) 621.226.3(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 853199, кл. F 15 В 1/047, 1979. (54) ГИДРОГАЗОВЫЙ АККУМУЛЯТОР (57) Изобретение относится к машиностроению, к гидравлическим системам, а конкретно к гидрогазовым аккумуляторам, и может быть использовано, в частности, в объемных гидроприводах транспортных средств. Цель изобретения — повышение эффективности аккумулятора путем увеличения удельной объемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии. Сущность изоИзобретение относится к машиностроению, к гидравлическим системам, а более. конкретно к гидрогазовым аккумуляторам, и может быть использовано, например, в объемных гидроприводах транспортных средств.

Известен гидрогазовый аккумулятор, используемый в гидросистемах с гидромашинами объемного типа, который представляет собой сосуд высокого давления, снабженный разделителем-поршнем или эластичной мембраной, Недостатком аккумулятора является низкая удельная объемная энергоемкость и потеря части накопленной энергии из-за остывания газа в паузе между зарядкой и разрядкой.

Известен гидрогазовый аккумулятор, газовая полость которого заполнена вспе„„ Ы„„173200б А1 бретения: гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительная газовая полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов теплообменника, при этом газовая полость аккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела используют вво с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур аккумулятора. 3 ил, ненным пластиком, в порах которого содержится рабочий газ. При использовании газовой смеси, меняющей свое агрегатное состояние в процессе зарядки-разрядки, рабочий цикл приближается к изобарному, Если в пластик введено вещество, плавящееся в диапазоне рабочих температур аккумулятора, например парафин, рабочий процесс будет приближаться к изотермическому, чему способствует развитая теплообменная поверхность пор.

Недостатком аккумулятора является низкая надежность и малая долговечность из-за многократной деформации пористого пластика с изменением объема в несколько раз, что неизбежно приведет к разрушению части пор, объединению их в более крупные, газ в которых начнет нагреваться до температуры выше расчетной. Этому будет спо1732006

10 собстBGBBTb хорошая теплоизоляция окружающим вспененным материалом, способствующая лавинообразному развитию процесса разрушения, Известен гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус; эластичную мембрану, установленную в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник. Теплообменник отводит тепло из газовой полости во внешнее пространство в процессе зарядки аккумулятора и подводит тепло при разрядке.

Однако изменение размеров и формы газовой полости при работе аккумулятора не позволяет развить теплообменную поверхность и. увеличить интенсивность теплообмена. Поэтому трудно приблизиться к изотермическому рабочему процессу.

Внешнее теплообменное устройство увеличивает габариты аккумулятора. Отводимая из газовой полости в виде тепла энергия бесполезно теряется, а для увеличения отдаваемой энергии при разрядке потребуется дополнительный нагреватель, причем

КПД процесса расширения будет невысок из-за того, что в гидроаккумуляторах целесообразно использовать лишь небольшие степени расширения газа, Целью изобретения является повышение эффективности аккумулятора путем увеличения удельной объемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии.

Поставленная цель достигается тем, что гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительная газовая полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов теплообменника, при этом газовая полость аккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела использовано вещество с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур аккумулятора, Изобретение поясняется фиг,1 — 3.

Описываемый аккумулятор содержит корпус 1 с мембраной 2, штуцером 3 для входа и выхода жидкости, На корпусе установлена дополнительная газовая полость 4 с зарядным газовым клапаном.5. Внутри дополнительной полости размещен теплообменник 6 с ребрами 7 на внешней поверхности, По торцам теплообменник снабжен трубными досками или опорными решетка15

55 ми 8, между которыми размещено теплоаккумулирующее рабочее тело и каналы 9 для прохода газа. Рабочее тело и каналы могут быть выполнены различным образом: либо в виде отдельных герметичных элементов, заполненных рабочим телом и размещенных между опорными решетками, либо в виде трубок, герметично закрепленных в трубных досках и окруженных рабочим телом.

Гидрогазовый аккумулятор работает следующим образом.

При разрядке жидкость из гидросистемы поступает через штуцер 3 в жидкостную полость, прогибая мембрану 2, вследствие чего газ вытесняется в дополнительную полость 4. При этом давление и температура газа возрастают. Нагретый газ, протекая по каналам 9, имеющим развитую теплообменную поверхность, отдает тепловую энергию теплоаккумулирующему рабочему телу. Теплообмену с газом, находящимся в дополнительной полости 4, способствуют ребра 7, Ребра могут иметь полости, заполненные теплоаккумулирующим рабочим телом. Благодаря интенсивному теплообмену рабочий процесс аккумулятора близок к изотермическому, причем часть энергии оказывается запасена в виде давления газа, а часть в виде тепла в теплоаккумулирующем рабочем теле. Рабочий процесс наиболее изотермичен при постоянной температуре теплообменника 6. Поэтому целесообразно выбрать в качестве рабочего тела вещество, имеющее в диапазоне рабочих температур фазовый переход — плавление или кипение.

При разрядке аккумулятора процесс протекает в обратном порядке; жидкость выводится в гидросистему, где расширяется, охлаждается, отбирается тепло от теплообменника, благодаря чему давление понижается медленнее, чем при политропическом расширении, следовательно, совершаемая механическая работа увеличивается. Уравнение механической работы политропного процесса А = PoVo(1 - 1/ Р )/(к - 1), где

Р—; 14 — полный объем основной и дополнительной газовых полостей; к — показатель политропы, E— степень сжатия. Отсюда видно, что при к->1 (изотермический процесс) степень сжатия, при которой механическая работа максимальна, стремится к я = 2,72 (основание натуральных логарифмов). При к > 1 максимальная работа соответствует меньшим степеням сжатия. Полная работа процесса, учитывающая изменение температур газа L = А к, следовательно, при

1732006

50

55 использовании одноатомных газов (аргона, гелия: к1,67 — 1,5) доля энергии, накопленная в виде тепла, будет больше, чем в случае применения двуатомных газов (воздуха, азота:к 1,4 — 1,3). При я " 2,5 — 3 изотермический процесс обеспечивает увеличение энергоемкости гидрогазового аккумулятора более чем в 1,5 раза по сравнению с политропическим.

При использовании газопаровых смесей, приближающих рабочий процесс к изобарно-изотермическому, можно еще больше увеличить э..ергоемкость аккумулятора, Форма дополнительной газовой полости может выбираться с учетом уменьшения внешней поверхности. Размещение теплообменника внутри нее улучшает теплоизоляцию аккумулированного тепла и в сочетании с почти постоянной температурой в процессе работы обеспечивает лучшее сохранение накопленной энергии.

Основной областью применения предложенного гидрогазового аккумулятора являются гидросистемы с более широким диапазоном рабочих давлений, чем обычно принято, когда я 1,2-1,3. Такие гидросистемы могут, например, использоваться для рекуперации энергии торможения движущихся масс — транспортных средств, экскаваторов, прокатных станов и т.п. При торможении и последующем разгоне гидросистема реализует в несколько раз большую мощность, чем при установившемся движении, следовательно, уровень давления в эти периоды должен быть увеличен. Это позволит реализовать в аккумуляторе большую степень сжатия, При характерном, например, для транспортных средств диапазоне температур в двигательном отсеке 90-95 С теплоаккуму- . лирующим рабочим телом может быть вода

5 (теплота испарения при 100 С более 2

МДж/кг) или натрий (теплота плавления при

98 С более 0,11 МДж/кг). Ценой некоторого снижения теплоты фазового перехода можно менять при необходимости температуру

10 перехода с помощью добавок, например сплавляя натрий с калием, смешивая воду со спиртом.

Наряду с экономией энергии, предлагаемый гидрогазовый аккумулятор способст15 вует расширению областей применения объемного гидропривода, улучшению технико-экономических и эксплуатационных показателей транспортных и других машин, Формула изобретения

20 Гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, о т л и ч а ющ и и сятем,,что, с целью повышения

25 эффективности путем увеличения удельной объемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии, он снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник

30 заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительная газовая полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов

35 теплообменника, при этом газовая полость аккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела использовано вещество с фазовым переходом в диапазоне рабочих

40 температур аккумулятора.

1732006

Лис

Е>Па

07

j 2 3 Ф $ б 8 Фиг P

Составитель А. Расновский

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор Л. Волкова

Заказ 1567 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101