首钢迁钢公司液压润滑设备使用维护检修技术系列之-液压蓄能器安装使用、维护检修技术手册.pdf

首钢迁钢公司液压润滑设备使用维护检修技术系列之液压蓄能器安装、维护、检修 技术手册首钢迁钢公司设备部 前s随着现代科学技术的不断发展，企业装备水平也不断提高，设备 不断向高、大、精、尖的方向发展，其自动化、节能化、超小型、复 杂化、遥控操作、连续作业的特征日渐凸显，设备投资的巨大化迫使 企业必须加强设备管理、必须全员都来参加生产维修、必须提高设备 的综合效率，以避免停产损失的巨大化，以适应残酷市场竞争的需要。目前，钢铁企业利润空间不断压缩，面对严峻形势有效益才是硬 道理。只有有效益，即使是微弱的效益，才能确保我们“生存下来”,并在“生存下来”中赢得时间，迎来更好的发展转机。而做好设备的 管理工作，进一步堵塞管理漏洞、降低设备运行成本、压缩费用是企 业降本增效、开源节流、求效益、保生存的迫切要求。在总公司的领导下迁钢公司近几年来不竭余力的推行现代化设 备管理理念，坚持不懈、持续不断开展全员参与的6S、TPM、可视化、目标管理、一贯制等一系列实践活动使迁钢公司整体管理不断向规范 化、流程化、标准化、精细化、信息化迈进。目前，液压、润滑技术在冶金设备中的应用越来越广泛，现代化 的设备离不开液压系统，有设备就必须有润滑，可以这样说，液压润 滑对设备而言犹如人体的血液循环，现代化的设备液压润滑尤显重 要。正是在这种情况下首钢迁钢公司设备部、首钢总公司设工委液压 润滑专业技术委员会迁钢工作组结合各方需求并借鉴国内外先进企 业的经验，编制、编修了首钢迁钢公司液压、润滑、气动设备使用、维护、检修工作管理制度、标准规范、技术手册、培训教材等系列丛 书，作为迁钢公司级液润设备使用维护检修系列技术标准及管理制度 的配套资料，供迁钢各作业部编制细化设备使用维护检修工作的二级 标准化作业文件提供科学依据，同时也为了指导一线技术人员、操作 人员、维护人员管好、用好、维护好这些液压、润滑、气动设备，使 相关人员在实际工作中有所依凭、有所借鉴。本系列由首钢迁钢公司设备部液压、润滑专业工作小组提出。本系列由迁钢公司设备部归口。本系列起草单位：首钢迁钢公司设备部技术科本系列编修小组成员：李彦锁、陈永民、高亮亮、张春义、谢双 新、张凯、秦继汉、牛金良、梅嘉星、姜 兴旺、万律、舒安、胡林鹏、董柏君等本系列编修工作大量借鉴了公司原有技术文件和其它企业的先 进经验，编修过程中受到公司各级领导、各部室、各作业部领导的大 力支持和指导，在此特表感谢。本系列的编修工作由于时间短、编修量大因而难免出现不足、错 误和有失严谨之处，欢迎大家批评指正，编修小组将根据大家的意见 结合现场实际情况对系列文件进行不断补充、修订和完善，以最大限 度的满足现场设备管理实践工作的需要。液压蓄能器安装、维护、检修技术手册主要包括蓄能器安装 要求、维护检查规范、检修及皮囊更换作业标准及故障诊断等内容。主要编辑：李彦锁、陈永民、高亮量；审定人：李景超批准人：赵久梁下发日期：2012年9月24日解释权归属：首钢迁钢公司设备部。目录第一章：蓄能器作用及分类第一节：蓄能器原理第二节：蓄能器的作用第三节：蓄能器的分类第二章：蓄能器安装与维护第一节：蓄能器的安装第二节：蓄能器的维护与检查第三节：蓄能器的充氮第三章：蓄能器的检修与皮囊更换第一节：蓄能器的解体第二节：蓄能器的组装第三节：蓄能器的故障诊断分析第一章：蓄能器作用及分类第一节：蓄能器原理1、蓄能器概述液压蓄能器是液压系统中的常用辅助元件之一。根据能量平衡的原理，通过 各种方式使密闭容器中的液压油成为具有一定液压能的压力油，这种能量能够在 液压系统需要时被释放出来，以达到补充和稳定液压系统的流量和压力的目的。蓄能器对保证系统正常运行、改善其动态品质、保持工作稳定性、延长工作寿命、降低噪声等起着重要的作用。蓄能器给系统带来的经济、节能、安全、可靠、环 保等效果非常明显。2、蓄能器原理液压油是不可压缩液体，因此利用液压油是无法蓄积压力能的，必须依靠其 他介质来转换、蓄积压力能。例如，利用气体（氮气）的可压缩性质研制的皮囊 式充气蓄能器就是一种蓄积液压油的装置。皮囊式蓄能器由油液部分和带有气密 封件的气体部分组成，位于皮囊周围的油液与油液回路接通。当压力升高时油液 进入蓄能器，气体被压缩，系统管路压力不再上升；当管路压力下降时压缩空气 膨胀，将油液压入回路，从而减缓管路压力的下降。蓄能器类型多样、功用复杂，不同的液压系统对蓄能器功用要求不同，只有 清楚了解并掌握蓄能器的类型、功用，才能根据不同工况正确选择蓄能器，使其 充分发挥作用，达到改善系统性能的目的。a：未充氮状态 b：已充氮状态 c：开始蓄能d：蓄能完成状态e：排油状f：蓄能器泄空状态第二节：蓄能器的作用1、作辅助动力源某些液压系统的执行元件是间歇动作，总的工作时间很短，有些液压系统的 执行元件虽然不是间歇动作，但在一个工作循环内（或一次行程内）速度差别很 大。在这种系统中设置蓄能器后，即可采用一个功率较小的泵，以减小主传动的 功率，使整个液压系统的尺寸小、重量轻、价格便宜。2、作紧急动力源对某些系统要求当泵发生故障或停电（对执行元件的供油突然中断）时，执 行元件应继续完成必要的动作。例如为了安全起见执行机构必须完成某种动作。在这种场合下，需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。3、补充泄漏和保持恒压对于执行元件长时间不动作，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿 泄漏，从而使压力恒定。4、吸收液压冲击由于换向阀突然换向，液压泵突然停车，执行元件的运动突然停止，甚至人 为的需要执行元件紧急制动等原因，都会使管路内的液体流动发生急剧变化，而 产生冲击压力（油击）。虽然系统中设有安全阀，但 仍然难免产生压力的短时剧增和冲击。这种冲击压 力，往往引起系统中的仪表、元件和密封装置发生故 障甚至损坏或者管道破裂，此外还会使系统产生明显 的振动。若在控制阀或液压缸冲击源之前装设蓄能 器，即可吸收和缓和这种冲击。5、吸收脉动、降低噪声泵的脉动流量会引起压力脉动，使执行元件的运 动速度不均匀，产生振动、噪声等。在泵的出口处并 联一个反应灵敏而惯性小的蓄能器，即可吸收流量和 压力的脉动，降低噪声。第三节：蓄能器的分类1、蓄能器的分类蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置，在许多方面有着重要的应用。蓄能器可分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三大类。目前皮囊式蓄能器因其 快速响应性好，结构小、方便维护，因而得以广泛应用。蓄能器非气体加载式！重锤式（荷重加载式）i弹簧式气液直接接触式气体加载式，有杆活塞式气液分离式，胶管式（直通式）活塞隔膜式皮囊式a.重力加载式；b.弹簧加载式；c.气体加载活塞式；d.气体加载皮囊式；e.气体加载隔膜式;1）重力加载式蓄能器利用重物的位能来储存能量,是最古老的一种蓄能器。它能提供大容量、压力恒定的液体,但尺寸庞大,反应迟钝。这种蓄能器只用于固 定的重型液压设备。2、弹簧加载式蓄能器利用弹簧的压缩能来储存能量,其结构简单,反应较重 力式灵敏，但其容积较小,一般用于小容量、低压系统。重力及弹簧式蓄能器在应用上都有局限性，现在这两种蓄能器已很少使用，目前大量使用的是气体加载式蓄能器。3、气体加载式蓄能器的工作原理是利用气体的压缩及膨胀原理，使用时首 先向蓄能器充入预定压力的氮气，当外部系统的压力超 过蓄能器的氮气压力时,油液压缩气体充入蓄能器，当外 部系统的压力低于蓄能器的压力时，蓄能器中的油在压 缩气体的作用下流向外部系统。气体加载式蓄能器又分 为非隔离式、气囊式、隔膜式、活塞式等几种。非隔离式蓄能器的气体与液体直接接触，这种蓄能 器容量大、反应灵敏,缺点是气体易被油液所吸收,气体 消耗量较大,元件易气蚀损坏。这种蓄能器现在已很少使 用。1-防护罩2-皮囊3-支承环4-0形环5-排气螺钉6-油阀 7=止推螺母8-垫圈9-壳体 10=锁紧螺母11-充气阀气囊式蓄能器由耐压壳体、弹性气囊、充气阀、提 升阀、油口等组成。提升阀的作用是防止油液排尽后气囊挤出容器之外。设计允许的最大压力比为4：1（最大 压力比为最高工作压力与预充气压力之比）。气囊式蓄能 器容积较大,反应灵敏,不易漏气,没有油气混杂的可能。气囊式蓄能器的最佳放置方式是竖直放置,充气阀在上方,也可以水平放置，但一定要注意选择适当的充气压力并 且限制最大排液流量。隔膜式蓄能器有两个半球形壳体，两个半球之间夹着 一个橡胶薄膜,将油和气分开,其最大压力比为810:1。隔膜式蓄能器的重量和容积比最小,反应灵敏，缺点是容积 小。活塞式蓄能器利用浮动自由活塞将气相和液相隔开。活塞和筒状蓄能器内壁之间有密封，其所推荐的压力比为 4：1,其结构简单，寿命长,但由于活塞惯性大，有密封摩擦阻力等原因，反应灵敏性差,气体和液体有隔膜蓄能器活 塞 式 蓄 能器放置，也可以水平放置，但一定要注意保持油液清洁，因为 过脏的油液会损坏活塞密封。常用蓄能器的结构性能对比结构型式特 性用 途反应速度容量限制压力限制气体漏损温度范围其 他非气体加载式重锤式不好有中、低压不限制造简单，体积大，笨重只能供蓄能用，不能用于 水锤现象严重处在轧辐平 衡中有用弹簧式好有低压不限结构简单容量 p 2 5%,即要求Pi 33%P2 o其中，P2为系统最高工作压力；排除此类故障的方法如下：首先应排出蓄能器内压力油，测定蓄能器内气压，给予确诊；其次要找出具体故障源，当测知充气压力低时，可能是设定值过低、充气不足、蓄能器充气嘴泄漏、皮囊破裂等，当测知充气压力过高时，可能是设 定值过高、充气过量或者环境条件如温度升高所致。(3)蓄能器不起作用产生原因主要是气阀漏气严重，皮囊内根本无氮气，以及皮囊破损进油。(4)吸收压力脉动的效果差为了更好地发挥蓄能器对脉动压力的吸收作用，蓄能器与主管路分支点的连接 管道要短，通径要适当大些，并要安装在靠近脉动源的位置。否则，它消除压力 脉动的效果就差，有时甚至会加剧压力脉动。(5)蓄能器释放出的流量稳定性差.蓄能器充放液的瞬时流量是一个变量，特别是在大容量且AP=P2-Pi范围又 较大的系统中，若瞬时流量较大时，可采用下述措施：.在蓄能器与执行元件之间加入流量控制；.用几个容量较小的蓄能器并联，取代一个大容量蓄能器，并且几个容量较 小的蓄能器采用不同档充气压力；.尽量减少工作压力范围AP,也可以来用适当增大蓄能器结构容积(公称容积)的方法；.在一个工作循环中安排好有足够的充液时间，减少充液期间系统其他部位 的内泄漏，使在充液时能器的压力能迅速和确保能升到P2,再释放能量。表1NXQL型蓄能器允许充放流量表蓄能器公称容积/LNXQ-L0.5NXQ-L1.6 NXQ-L6.3NXQ-L10 NXQ-L40允放充放流量/(L/s)13.26(6)油箱喷油的现象在实际操作中，有时还会遇到油箱喷油的现象，这是由于蓄能器气囊受压破 碎，大量气泡进入油液中，使油液的可压缩性增加，由于油液从高压突然降为低,流回油箱的油液在箱内急剧膨胀，油箱内的压力高于大气压，使油液混同空气一 起从通气孔排出，从而出现喷油现象。怀疑蓄能器出现故障时，首先应检查蓄能器的充氮压力。此外，如果充氮压力过高，也会出现异常，因为这时蓄能器储存的油量太少,满足不了油缸的用量，不能正常工作。2、蓄能器引发液压系统故障的诊断与分析蓄能器在液压系统使用中有时会出现不能保压、夹紧、加速、快压射、增压、缓和液压冲击和吸收压力脉动的情况。这些功能失效的故障大多是由蓄能器吞吐 压力油的能力引起的，故称蓄能器引发故障。发生故障的原因和故障源是多方面 的。当蓄能器最高工作压力较低时，蓄能器的供油体积比较小。这时，若用蓄能 器补油保压和夹紧必然出现压力下降快、保压时间短、夹紧失效之类的故障；若 用蓄能器加速、快压射和增压时，也因供油体积太小，不能补油，导致不能加速、快压射和增压。若蓄能器最高工作压力比较高(但满足要求)时，就不会产生以上 故障。但最高工作压力过高时，不但不能满足工作要求，而且会损坏液压泵、浪 费功率。针对上述问题，首先应设法测定蓄能器最高工作压力。若蓄能器最高工 作压力过低，可能是由于液压泵故障、液压空、调压不当、压力阀及调压装置的 故障造成的。相邻液压元件泄漏使蓄能器不能发挥其作用在液压传动系统中，与蓄能器相 连接的液压元件有单向阀、电磁换向阀和液压缸等，这些液压元件常出现密封不 严、卡死不能闭合、因磨损间隙过大和密封件失效，造成蓄能器在储油和供油时 压力油大量泄漏，致使蓄能器不能发挥其作用。当确定故障原因是液压元件泄漏时，首先应确定是否为与蓄能器接邻的液压 元件如单向阀、液控单向阀、各类换向阀和液压缸的泄漏故障。泄漏的原因大概有阀芯和阀座密封不严、阀芯卡死不能闭合、磨损造成相对运动面间隙大 以及密封元件失效。在充气压力不当、蓄能器最高工作压力过高或过低、接邻元件泄漏三个原因 中，若初步确定为两个以上者，也可按检测的难易和故障的概率排序进行检测。为了保证液压系统能正常工作，蓄能器应进行日常维护，以便及时发现故障,排除影响。如定期检查蓄能器的充气压力并充到规定值。（1）故障的分析.充气压力pO的影响蓄能器中所容纳气体的状态方程为：PoVok二PMk=P2 V2 k二常数_AV_由式（1-1）可推出蓄能器提供压力油的体积公式：.（P/P?严S（P/P尸”其中：Vo充液前的充气体积（即蓄能器容积）；V最低工作压力下的的充气体积；v2最高工作压力下的的充气体积；Po-充液前的充气压力；P1系统允许的最低工作压力（蓄能器最低工作压力）；P2系统允许的最高工作压力（蓄能器最高工作压力）；V-系统允许的最高和最低工作压力对应的蓄能器内气体体积V2与V 之差（蓄能器提供压力油的体积）；k指数（在蓄能器补油保压时其内气体可视为等温变化k=l；在蓄能器 补油加速时其内气体可视为绝热变化，k=1.4）。当蓄能器作辅助动力源用于补油时充气压力Po=O.60.65P1（或Po=O.8 0.85 Pi）一般比最低工作压力Pi低。若Po太低，由公式（1-2）知供油体积4V太小，保压压力由P2降到P的过 程快，保压时间短会导致液压泵频繁地给蓄能器充油。在夹紧时夹紧压力也下降 快。当压力下降到最低工作压力Pi时液压泵又开始向蓄能器供油充液，但到充 液压力实际回升要延迟一段时间。在这段时间内夹紧压力一直会下降到临界工作 压力以下导致夹紧失效。相反若Po压力高，保压和夹紧时间长，液压泵就不会 频繁地启动，给蓄能器充压，夹紧也不易失效。当蓄能器用于补油加速、快压射、增压之类用途时，若充气压力在蓄能器最 低工作压力P1之上且比较高时，由方程（1-1）可知/二圉的比值比较小，V2与V的差小，蓄能器从P2降到Po的供油体积就很小。蓄能器提提供的压力油 小，就无法进行补油，以实现加速、快压射和增压动作。相反充气压力比较低时,蓄能器从Po充压到储存的压力油多，就能完成加速、快速射和增压动作。当蓄能器用于缓和液压冲击和吸收压力脉动时，充气压力Po分别为系统工 作压力的90%和液压泵出口压力的60%时较合适。若充气压力太低，蓄能器几乎 无储能作用，但对缓和液压冲击和吸收压力脉动仍有作用。蓄能器最高工作压力P2的影响当蓄能器最高工作压力P2较低时，由公式（1-2）可知，蓄能器的供油体积 V比较小。这种情况下若用蓄能器补油保压和夹紧，必然出现压力下降快、保 压时间短、夹紧失效之类的故障；若用蓄能器加速、快压射和增压时也因供油体 积太小，不能补油，必然导致不能加速、快压射和增压。特别是Po也同时增大 时问题更严重。相反蓄能器最高工作压力比较高（但满足要求）时不会产生以上 故障。蓄能器最高工作压力过高时，不但不能满足工作要求而且会损坏液压泵，浪费功率。蓄能器邻接液压元件汇漏的影响在液压传动中和蓄能器相连接的液压元件有单向阀、电磁换向阀和液压缸 等。这些液压元件常出现密封不严、卡死不能闭合、因磨损间隙过大和密封件失 效造成蓄能器在储油和供油时压力油大量泄漏。在这种情况下，若蓄能器是用来 补油保压和夹紧的，会因为补油不足而不能保压、保压时间短或夹紧失效。若蓄 能器是用来补油加速、快压射和增压的，也会因补油不足而使这些动作无法完成。控制元件失灵而致蓄能器旁流的影响有些换向阀动作失灵，常可导致与蓄能器相连接的液压元件呈开启状态。这 样蓄能器在充油和供油时会形成旁路分流，导致以上故障发生。（2）故障的排除当发生保压时间短和夹紧失效故障时，原因有充气压力你、蓄能器的接邻元件泄 漏、蓄能器最高工作压力低。前两个原因是主要的。当发生不能补油加速、快压 射和增压故障时，其原因一般是充气压力高、蓄能器最高工作压力低、蓄能器的 接邻元件有泄漏。实际上，前两个原因同时出现导致的故障不少。当发生蓄能器不能缓和液压冲击和吸收压力脉动故障时，其原因主要是充气 压力太低。通过分析,确定故障原因是充气压力不合适时，首先应排出蓄能器内压力油，测定蓄能器内气压，给以确诊。其次，要找出具体故障源，以便排除。当测知充 气压力低时，可能是充气不足，还可能是蓄能器充气嘴泄漏、皮囊破裂、活塞密 封不好等，应通过检测确定。当测知充气压力高时，可能是设定值过高、充气过 量、或者环境条件（也有过高的），可能是液压泵故障或液压泵吸空；也可能是 调压不当；也可能压力阀及调压装置有故障；还可能是有关液压元件泄漏，造成 系统压力及蓄能器最高工作压力过低或过高，也可直接造成蓄能器最高工作压力 过低或过高。当确定故障原因是液压元件泄漏时，首先应确定和蓄能器邻接的液压元件。在这些液压元件中，单向阀、液控单向阀、各类换向阀和液压缸泄漏帮障是较常 见的。泄漏的原因大概有阀芯和阀座密封不严，阀芯卡死不能闭合，磨损造成相 对运动面间隙大，密封元件失效。对所有可疑元件应按检测的难易程度和发生故 障的概率大小排序（易检测的，故障概率大的排在前面），再按顺序检测，确定 泄漏的故障元件。最后，拆开故障元件检查、维修。对充气压力和蓄能器最高工作压力不合适引起的故障，也应该以上原则给可 疑故障源排序。在充气压力、蓄能器最高工作压力、接邻元件泄漏三个原因中，若初步确定 为两个以上者，也可按检测的难易和故障的概率排序，按排序检测。一般来说，蓄能器最高工作压力比充气压力测定方便。元件泄漏较难测定，但有的泄漏很直 观。蓄能器故障诊断表故障现象产生原因排除方法1.供油工均活塞或皮囊运动阻力不均检查活塞密封圈或皮囊运动阻碍并排除2.皮囊内压力充不 起来（1）充气瓶泥氮车）无氮气或气压低（2）气阀泄漏（3）皮囊或蓄能器盖向外漏气（1）补充氮气（2）修理或更换已损零件（3）紧固密封或更换已损零件3.供油压力太低（1）充气压力低（2）蓄能器漏气（1）及时充气（2）紧固密封或更换已损零件4.供油好足（1）充气压力低（2）系统工作压力范围小且压力过高（3）蓄能器容量偏小（1）及时充气（2）调整系统压力（3）更换大容量蓄能器5.不向外供油（1）充气压力低（2）蓄能器内部泄油（3）系统工作压力范围小且压力过高（1）及时充气（2）检查活塞密封圈或臃泄漏原因，及时修理或更换（3）调整系统压力6.系统工作不稳定（1）充气压力低（2）蓄能器漏气（3）活塞成皮囊运动阻力不均（1）及时充气（2）紧固密封或更换已损零件（3）检查受阻原因并排除