蓄能器在液压电梯中的应用研究

韩向青

（陕西省特种设备质量安全监督检测中心，陕西 西安 710048）

0 引言

液压电梯的历史比较悠久，早在20世纪50年代，欧美国家已经开始使用液压电梯。经过几十年的发展，液压电梯产品逐渐成熟，并且已经标准化系列化。液压电梯具有机房布置灵活方便、建筑物井道结构不承受负载力、井道占用面积小、液压传动承载能力大、无级调速和运动平稳等优点，在欧美等发达国家得到了广泛应用，那里10 层以下建筑物所用到的电梯70%为液压电梯。在我国，液压电梯的数量相对较少，但最近几年液压电梯的数量逐渐增多，发展突飞猛进，特别是在汽车电梯和病床电梯中，其应用越来越广泛。

目前在用的液压电梯基本上都不带配重。轿厢的上升过程是利用液压泵给油缸打压，将活塞逐渐顶升；轿厢的下降过程则利用轿厢的自重将活塞压下。在轿厢下降过程中，液压系统只起到阻尼和调控作用，这样就使得液压电梯能耗较大，装机功率低。在强调节能环保的现代社会中，降低能耗是我们必须考虑的问题，蓄能器就很好地解决了这个问题。液压电梯中使用蓄能器的原理是在轿厢的下降过程中，将一部分油压存入蓄能器中；而在轿厢上升过程中，蓄能器会释放油压，从而顶升活塞，为轿厢的上升提供一部分动力。

1 蓄能器结构及原理

1.1 蓄能器的结构类型

目前蓄能器主要有活塞式、胶囊式和隔膜式3种，如图1所示。

3种蓄能器的特点如表1所示。

1.2 蓄能器的工作原理

蓄能器是液压系统中很重要的安全辅件。其工作原理为：正常情况下将液压油储存在蓄能器内，必要时蓄能器将储存的液压油释放出来。蓄能器可以应用在很多场合：①在间隙工作的设备中储存能量，节省泵的驱动功率；②作为应急动力源，例如在液压泵失效的情况下作为动力源；③作为泄漏损失的补偿；④在周期工作状态时可减少冲击和振动；⑤在温度和压力变化情况下进行体积补偿；⑥在机械撞击情况下吸收冲击；⑦在车辆中作为悬挂元件等。

图1 蓄能器结构示意图

表1 3种蓄能器的特点

囊式蓄能器外部壳体一般为合金钢，内部为胶囊，胶囊内部填充惰性气体，一般为氮气。由于气体的可压缩性，囊式蓄能器可以储存或放出压力油。囊式蓄能器的工作原理如图2所示。图2中，V0为蓄能器的气体容积，V1为系统最低压力时的气体容积，V2为系统最高压力时的气体容积，p0为预充压力，p1为系统最低压力时的气体压力，p2为系统最高压力时的气体压力，ΔV 为气体压力在p1和p2之间变化时的容积变化。

图2 囊式蓄能器工作原理

状态A：蓄能器处于预充压力下，不承受液压系统的压力，此时蓄能器的油阀处于关闭状态，切断蓄能器和液压系统的连接，同时也保护胶囊不受损坏。

状态B：蓄能器处于最低工作压力下，这时会有少量的油液处于胶囊和油阀之间，使得油阀处于打开状态，因此，p1必须是大于p0的。

状态C：蓄能器处于最高工作压力下，变化的容积ΔV 代表了蓄能器在最低工作压力和最高工作压力之间能够储存的油液的容积。

2 蓄能器应用在液压电梯中的可行性研究

采用蓄能器为压力油源的液压电梯系统工作原理见图3。当电梯上行时，电动机7带动主油泵8输出液压油，这些液压油同时由蓄能器6排出。一部分液压油经过单向阀9、比例节流阀10返回泵的吸油口。另外大部分则通过方向阀11进入柱塞缸13，推动柱塞杆向上移动，通过钢丝绳14、滑轮组15带动轿厢16向上移动。当电梯下行时，主油泵不工作，轿厢在自重作用下通过滑轮组15、钢丝绳14向下压缩柱塞杆，柱塞缸内排出的液压油经过方向阀11、比例节流阀10被压入蓄能器6内。比例节流阀10的流量由电子控制器控制，速度传感器17将电梯轿厢的运行速度信号传回电子控制器内构成闭环反馈。

该设计方案的节能原理是：当电梯上行时，主油泵8完全从蓄能器6内吸油，蓄能器6此时也在主动地向外排油，这样蓄能器就提供了一定的附加功率，减少了驱动主油泵的电动机7所需的功率；电梯下行时，柱塞缸13输出的液压油在压力作用下被压入蓄能器6内，部分电梯的势能转化为压力能储存在蓄能器内，等待电梯下次上行时再排出。该方案利用了蓄能器储存压力油的特点，将电梯下行的势能转化为压力能，在电梯上行时予以释放。该方案可以大大减少电动机的功率，具有很好的节能效果和应用前景。

图3 采用蓄能器为压力油源的液压电梯系统工作原理图

3 结束语

本文主要介绍了蓄能器在液压电梯中的一种应用，但只是从工作原理方面进行说明，并未进行定量的研究；此外还介绍了蓄能器的主要结构特点。带有蓄能器的液压电梯可以极大地提高电梯的工作效率，减少能耗。有研究表明，使用蓄能器的液压电梯的有效率为60%左右，不使用蓄能器的液压电梯的有效率为36%左右。研究表明，通过合理地设计压力油源及蓄能器的充气压力，在不影响电梯的运行速度的前题下，可保证电梯运行平稳，舒适度高，平层准确度高，并且取得明显的节能效果。

［1］ 林建杰，徐兵，杨华勇.蓄能器作为压力油源的液压电梯节能系统研究［J］.中国机械工程，2003，14（24）：2081－2084.

［2］ 杜阳坚.蓄能器在液压电梯中应用［J］.江西科学，2006，24（5）：343－346.