Гидрогазовый аккумулятор

(19 5 Р 15 В 1/047 ЕТЕНИЯ О (0 с,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРР 853199, кл, Е 15 В 1/047, 1979.(57) Изобретение относится к машиностроению, к гидравлическим системам, а конкретно к гидрогазовым аккумуляторам, и можетбыть использовано, в частности, в объемныхгидроприводах транспортных средств. Цельизобретения - повышение эффективностиаккумулятора путем увеличения удельнойобъемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии, Сущность изоИзобретение относится к машиностроению, к гидравлическим системам, а более,конкретно к гидрогазовым аккумуляторам, иможет быть использовано, например, в объемных гидроприводах транспортныхсредств,Известен гидрогазовый аккумулятор,используемый в гидросистемах с гидромашинами объемного типа, который представляет собой сосуд высокого давления,снабженный разделителем-поршнем илиэластичной мембраной,Недостатком аккумулятора являетсянизкая удельная объемная энергоемкость ипотеря части накопленной энергии из-за остывания газа в паузе между зарядкой и разрядкой,Известен гидрогазовый аккумулятор,газовая полость которого заполнена вспебретения: 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 спо 17320065 10 собствовать хорошая теплоизоляция окружающим вспененным материалом, способствующая лавинообразному развитиюпроцесса разрушения,Известен гидрогазовый аккумулятор,содержащий корпус; эластичную мембрану,установленную в корпусе с образованиемгазовой и жидкостной полостей, и теплообменник. Теплообменник отводит тепло изгазовой полости во внешнее пространство впроцессе зарядки аккумулятора и подводиттепло при разрядке.Однако изменение размеров и формыгазовой полости при работе аккумуляторане позволяет развить теплообменную поверхность и. увеличить интенсивность теплообмена. Поэтому трудно приблизиться кизотермическому рабочему процессу,Внешнее теплообменное устройство увеличивает габариты аккумулятора. Отводимаяиз газовой полости в виде тепла энергиябесполезно теряется, а для увеличения отдаваемой энергии при разрядке потребуется дополнительный нагреватель, причемКПД процесса расширения будет невысокиз-за того, что в гидроаккумуляторах целесообразно использовать лишь небольшиестепени расширения газа,Целью изобретения является повышение эфФективности аккумулятора путем увеличения удельной объемной энергоемкостии уменьшения потерь накопленной энергии.Поставленная цель достигается тем, чтогидрогазовый аккумулятор, содержащийкорпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостнойполостей, и теплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник заполнентеплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовойполости, а дополнительная газовая полостьсообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов теплообменника, при этом газовая полостьаккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела использовано вещество сфазовым переходом в диапазоне рабочихтемператур аккумулятора,Изобретение поясняется фиг,1 - 3.Описываемый аккумулятор содержиткорпус 1 с мембраной 2, штуцером 3 длявхода и выхода жидкости, На корпусе установлена дополнительная газовая полость 4с зарядным газовым клапаном.5. Внутридополнительной полости размещен теплообменник б с ребрами 7 на внешней поверхности, По торцам теплообменник снабжентрубными досками или опорными решетка 15 20 25 30 35 40 45 50 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 б. 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 = РЧо(1 - 1/ Р )к), где Ро - начальное давление газа; Чо - полный объем основной и дополнительной газовых полостей; К - показатель политропы, я - степень сжатия, Отсюда видно, что при к(изотермический процесс) степень сжатия, при которой механическая работа максимальна, стремится к я = 2,72 (основание натуральных логарифмов). При к1 максимальная работа соответствует меньшим степеням сжатия. Полная работа процесса, учитывающая изменение температур газа= А к , следовательно, при1732006 45 50 55 использовании одноатомных газов (аргона, гелия: к 1,67 - 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 гидро- система 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 вдвигательном отсеке 90-95 С теплоаккуму- .лирующим рабочим телом может быть вода5 (теплота испарения при 100 С более 2МДж/кг) или натрий (теплота плавления при98 С более 0,11 МДж/кг). Ценой некоторогоснижения теплоты фазового перехода можно менять при необходимости температуру10 перехода с помощью добавок, напримерсплавляя натрий с калием, смешивая водусо спиртом,Наряду с экономией энергии, предлагаемый гидрогазовый аккумулятор способст 15 вует расширению областей примененияобьемного гидропривода, улучшению технико-экономических и эксплуатационныхпоказателей транспортных и других машин,Формула изобретения20 Гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный вкорпусе образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения25 эффективности путем увеличения удельнойобъемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии, он снабжен дополнительной газовой полостью,установленной на корпусе, теплообменник30 заполнен теплоаккумулирующим рабочимтелом и установлен внутри дополнительнойгазовой полости, а дополнительная газоваяполость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов35 теплообменника, при этом газовая полостьаккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела использовано вещество сфазовым переходом в диапазоне рабочих40 температур аккумулятора.1732006 5 1 г з Ф б бФг рСоставитель А. РасновскийТехред М,Моргентал Корректор евк ктор Л. Волков зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 1567 8 НИИПИ Тираж сударственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, РаушПодписноеениям и открытиям при ГКНТ СССРая наб 4/5