优选蓄能器对可控震源液压系统的改善

谢 伟，李明亮，王 强

（东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压系统的重要组成部分，一方面当系统流量不充足时，蓄能器能够辅助液压动力源；另一方面蓄能器有助于优化改善可控震源液压系统的压力动脉，推动整个系统的运行。为此从现实出发，首先分析蓄能器的工作原理及特点分类，其次阐述蓄能器对可控震源液压系统的应用及改善，希望今后工作具有一定的借鉴意义和参考价值。液压蓄能器是液压系统中必备的辅助性元件，根据能量守恒定理，采用多种方法使得密闭容器中的液压油变成具有一定液压能的压力油，从而为液压系统能量释放需要提供保障，最终达到补充与稳定液压系统流量和压力的效果。液压蓄能器在接入液压系统时必须配置完备的接入阀组、充气阀组、监控装置和紧固零件等，最后选择出合适的蓄能器类型，以使液压系统中的关键元件蓄能器的设计符合标准要求。

1 蓄能器的工作原理及特点分类

1.1 蓄能器分类

（1）皮囊式蓄能器。它是通过调节皮囊内氮气的体积来改变调节蓄能器储油腔内液压油，使其成为具备一定液压能的压力油。这种蓄能器在液压系统应用中表现出密封性好、效率高、灵敏度高和动作惯性小等优势，因此在液压系统中得到广泛应用。

（2）活塞式蓄能器。原理和皮囊式蓄能器相似，都是通过改变腔内补充的氮气来实现，具有结构简单、强度可靠性高、使用年限长、供油量大及温度调节范围宽泛等优势，适合大流量的蓄能器液压系统。但是由于其活塞运动本身惯性大，活动灵敏度较差，在长期磨损中容易泄漏，因此工作效率低下，适合高频率、无泄漏和压差小的可控震源液压系统工作。

（3）隔膜式蓄能器。工作原理是通过在腔内储存氮气使体积发生变化，表现出质量轻、薄膜变形阻力小、无惯性及吸收压力脉动性能好等优势。这种液压蓄能器适用于高频率动作、液压系统容积小及易吸收的液压脉动。但存在维修与养护难等问题，在使用中具有局限性。

（4）重锤式蓄能器。工作原理是通过重力加载的方式来加以实现，具有结构简单、供油量大及压力稳定等优势，适合各种大流量蓄能的液压系统。但是由于体态笨重，灵活性差、工作惯性大及输出压力小等缺陷，没有得到普及和推广。

（5）弹簧式蓄能器。工作原理是利用弹簧变形带来的势能将密闭容器中的液压油转变成压力油。因结构单一、温度跨度大等优势，适合蓄能和缓冲。但由于使用中供油流量小，无法准确固定弹簧压缩程度等缺陷，没有得到普及。

1.2 蓄能器的分类特点

蓄能器主要是通过将压力液体的液压能转变为势能储存起来，在系统工作时再次将势能转换为液压能而不断运转。这种循环往复的过程就是蓄能器作为辅助应急动力源的工作动力，有助于补充系统的泄漏，稳定系统的工作压力，帮助吸收动力泵的脉动及回路上的液压冲击等。从以上特点出发，优选蓄能器是可控震源液压系统改善的必要步骤，也最为合适。系统工作过程是，正常工作时负载属于间歇工作，所需流量较小。优选蓄能器后，让蓄能器来供应需要的油液，使用液压泵来补充油液。这种只需要使用小功率的液压泵电机组，直接实现了整个液压系统尺寸小、重量轻的目的。特殊情况下，当负载需要较大流量时，蓄能器和液压泵能够同时提供油液，满足使用要求；当负载不工作时，蓄能器补充油液保持稳定压力，达到了节能的要求。

2 蓄能器对可控震源液压系统的改善及应用

2.1 优选蓄能器对可控震源液压系统的改善方法

（1）重新选择液压系统的振动泵，实现多泵合流。改善方法中的重新选择液压系统的振动泵，能够及时补偿液压系统中的液压油泄漏损失情况，更好地稳定液压系统工作压力，改善了液压系统由于油速过快或油流方向急变而产生的液压冲击，更加容易吸收液压系统的压力和流量脉动。皮囊式蓄能器在维护时只需要更换皮囊，直接放倒蓄能器实现。活塞式蓄能器维护比较复杂，首先需要将活塞去除，然后更换密封圈、最后放倒蓄能器。液压系统的振动泵是可控震源的核心部件，在选取中必须要谨慎，一旦改善不到位，将会影响整个可控震源液压系统的运行，延误工作进程，而且不好掌控，实施过程复杂，所需费用太大，因此一般不推荐作为改善方法。

（2）发挥蓄能器作为辅助动力源的功能作用，改善蓄能器对系统流量做瞬时补充的优良性。这种改善方法经济适用，得到了广泛应用。原理上认为每次充放一次液体至蓄能器中，在整个3 min内都是绝热过程，可控震源蓄能器的二次灌注液体一般都控制在0.2 s以内，被认为是绝热过程。以重锤蓄能器为例，蓄能器不断向液压系统补充液体，主要是因为振动泵响应滞后，每当液压系统压力上升至21 MPa时，取系统压力波动限为±8%，最后得到振动泵工作的最低压力为19.32 MPa，最高压力为22.68 MPa，只有在液压系统中安装2个25 L蓄能器时才能满足需要；当预充压力1500 psi，液压系统±5%压力波动时，压力差为2.15 L，这时基本上能够满足可控震源液压系统中需要的流量变化，因此最适用的改善方法是在液压系统的高压和低压两侧各自增加1个25 L的液压蓄能器。

2.2 液压蓄能器的维护与应用

以广泛适用的皮囊式蓄能器为例，在实际运用中决定工况的主要因素是压力因素、动作频率因素、脉动频率因素、最高、最低工作压力因素、系统工作循环中供油量因素等来优选出所用容积，应该保证使用压力小于额定压力。在充气开始前，首先向充油口中注入少许液压油，保证实现皮囊足够的润滑度，在使用过程中定期检查皮囊的严密性，同时定期更换皮囊及密封组件，一旦发现皮囊中的充气压力低于规定的充气压力，那么需要定期补充氮气，保证蓄能器为最佳工作状态。此外，压力油的工作温度同样对皮囊式蓄能器的使用寿命带来影响，工作压力油的温度过高、过低都会缩短使用年限，在养护维修时应该彻底卸压，放空所有蓄能器氮气，在保证有压力油情况下再进行拆卸与装配。

3 结语

通过阐明蓄能器的工作原理及分类，从中明确如何优选蓄能器，从而找出可控蓄能器对可控震源液压系统的改善方法，使其更加具有针对性。通过分析必须明确，优化选择液压系统蓄能器是改善可控震源液压系统的有效方法。