【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種高能量密度液壓儲能裝置及儲能方法，屬于液壓傳動與控制。
技術介紹
1、液壓傳動作為現代工業傳動的重要形式之一，盡管有著高功率比、高可靠性、無級速度調節等優勢，但其在運行過程中有節流損失和溢流損失，使得傳動效率相對較低。為了提高傳動效率，一種方法是在設計或使用中盡量減少節流損失和溢流損失，但這種方法效率提高是有限的；另一種方法是對液壓系統中的節流損失和溢流損失的能量進行回收、儲存和再利用，這是提高液壓系統能效的重要手段。
2、采用合適且高效的儲能方法以有效儲存液壓系統中的能量，才能提高液壓系統運行效率，達到節能減排的目的。活塞式蓄能器是挖掘機液壓系統中一種常用的液壓能量儲存裝置，它在適當的時機將液壓系統中的液壓能量轉換為氣體壓縮能量儲存起來，當系統需要時，又將氣體壓縮能量轉換為液壓能量釋放出來，用于補給液壓系統。但是，在實際應用中發現：雖然液壓蓄能器功率密度高于其他的儲能元件，但是其能量密度遠遠低于常用燃料電池等儲能元件，并且存在體積大、成本高等缺點。另外，由于系統的能量損失，使得傳統蓄能器釋放能量時的輸出壓力略低于存儲能量時的液壓油壓力，因此常常需要液壓泵的額外供液才能保證液壓系統正常工作，不僅使整個液壓系統變得復雜，還降低了效率。
3、儲能密度、功率密度和效率是液壓儲能的三個重要指標。目前，液壓蓄能器的高功率密度可以保證其儲存及釋放能量的快速性，為了能夠達到更優的儲能效果，使蓄能器體積小、成本低，現階段還需要對蓄能器進一步改進，使其在工作過程中有足夠的儲能量以及較高的能量利用率。>
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種高能量密度液壓儲能裝置及儲能方法，該儲能裝置及方法能夠在蓄能器體積小、成本低的前提下，實現更高的儲能密度。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供一種高能量密度液壓儲能裝置，包括儲氣罐，還包括體積相同的第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸，所述第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸的上部氣腔按照距離儲氣罐由近及遠的順序依次通過管路與儲氣罐串聯連接；
3、第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸沿其內壁均滑動設置有面積相同的活塞，各活塞上端面均連接有一端伸出缸體頂端的活塞桿，各活塞桿的伸出段上均設置有伸出行程開關和縮回行程開關；各活塞下方為缸體下部液腔，各液腔分別通過管路以及設置在管路上的電磁閥與充/放液口連通；
4、第一儲能缸的氣腔氣體作用在其內部活塞上的面積大于第二儲能缸的氣腔氣體作用在其內部活塞上的面積，第二儲能缸的氣腔氣體作用在其內部活塞上的面積大于第三儲能缸的氣腔氣體作用在其內部活塞上的面積。
5、進一步地，所述第一儲能缸的下部液腔通過管路以及設置在管路上的第一電磁閥與充/放液口連通，其上部氣腔內沿其內壁滑動設置活塞一，活塞一的上端面與活塞桿一的下端連接，活塞桿一的上端伸出第一儲能缸頂蓋，并在伸出段上設置有伸出行程開關一和縮回行程開關一，其中伸出行程開關一位于靠近活塞桿一上端的桿體上，縮回行程開關一的最大行程與活塞一下端面與第一儲能缸下部液腔底部之間的最大距離相適配；
6、所述第二儲能缸的下部液腔通過管路以及設置在管路上的第二電磁閥與充/放液口連通，其上部氣腔內沿其內壁滑動設置活塞二，活塞二的上端面與活塞桿二的下端連接，活塞桿二的上端伸出第二儲能缸頂蓋，并在伸出段上設置有伸出行程開關二和縮回行程開關二，其中伸出行程開關二位于靠近活塞桿二上端的桿體上，縮回行程開關二的最大行程與活塞二下端面與第二儲能缸下部液腔底部之間的最大距離相適配；
7、所述第三儲能缸的下部液腔通過管路以及設置在管路上的第三電磁閥與充/放液口連通，其上部氣腔內沿其內壁滑動設置活塞三，活塞三的上端面與活塞桿三的下端連接，活塞桿三的上端伸出第三儲能缸頂蓋，并在伸出段上設置有伸出行程開關三和縮回行程開關三，其中伸出行程開關三位于靠近活塞桿三上端的桿體上，縮回行程開關三的最大行程與活塞三下端面與第三儲能缸下部液腔底部之間的最大距離相適配；
8、活塞桿一的桿體直徑小于活塞桿二的桿體直徑，活塞桿二的桿體直徑小于活塞桿三的桿體直徑。
9、一種高能量密度液壓儲能方法，包括如下步驟：
10、步驟一、存儲能量前，第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥都得電，第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸液腔內的油液通過充/放液口排出；通過儲氣罐分別向第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸的氣腔充氣，使活塞一、活塞二和活塞三的下端面分別與第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸的液腔底部接觸，分別由縮回行程開關一、縮回行程開關二和縮回行程開關三進行位置檢測；第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸內部的油液在活塞壓縮作用下經充/放液口排空；此時，第一儲能缸、第二儲能缸和第三儲能缸的氣腔以及儲氣罐中的氣壓達到初始壓力pq1，初始氣體總體積為：
11、vq1＝v0++v1++v2++v3；
12、式中，v0為儲氣罐氣腔體積，v1為第一儲能缸氣腔最大體積；v2為第二儲能缸氣腔最大體積；v3為第三蓄能缸氣腔最大體積；
13、步驟二、儲能時，使第一電磁閥得電，第二電磁閥和第三電磁閥斷電，經過第一電磁閥向第一儲能缸液腔充液、儲能，此時活塞一在油液的作用下上移，第一儲能缸氣腔內的氣體被壓縮并排出，直至活塞一上移至與第一儲能缸內壁頂部接觸，同時，伸出行程開關一發出信號，第一電磁閥斷電，停止第一儲能缸儲能；此過程中第一儲能缸的氣腔壓縮量為v1，設第一儲能缸液腔內的油液體積為vy1，則vy1和v1的關系為：
14、
15、式中，a為活塞的面積，活塞一、活塞二和活塞三的面積相等，均為a；a1為第一儲能缸氣腔的有效面積，即第一儲能缸氣腔氣體作用在活塞一上的有效面積；
16、第一儲能缸開始儲能時的壓力py11為：
17、
18、由氣體狀態方程得第一儲能缸儲能結束時第一儲能缸液腔液壓力py12為：
19、
20、步驟三、第一儲能缸結束第一電磁閥斷電的同時，第二電磁閥通電，壓力油液通過第二電磁閥向第二儲能缸液腔充液、儲能，此時活塞二在油液的作用下上移，第二儲能缸氣腔內的氣體被壓縮并排出，直至活塞二上移至與第二儲能缸內壁頂部接觸，同時，伸出行程開關二發出信號，第二電磁閥斷電，停止第二儲能缸儲能；此過程中第二儲能缸的氣腔壓縮量為v2，設第一儲能缸液腔內的油液體積為vy2，則vy2和v2的關系為：
21、
22、式中，a2為第二儲能缸氣腔的有效面積，第二儲能缸氣腔氣體作用在活塞二上的有效面積；
23、第二儲能缸開始儲能時的壓力py21為：
24、
25、由氣體狀態方程得第二儲能缸儲能結束時第二儲能缸液腔液壓力py22為：
26、
27、步驟四、第二儲能缸結束第二電磁閥斷電的同時，第三電磁閥通電，壓力油液通過第三電磁閥向第三儲能缸液腔充液、儲能，此時活塞三在油液的作用下上移，第三本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高能量密度液壓儲能裝置，包括儲氣罐(1)，其特征在于，還包括體積相同的第一儲能缸(2)、第二儲能缸(3)和第三儲能缸(4)，所述第一儲能缸(2)、第二儲能缸(3)和第三儲能缸(4)的上部氣腔按照距離儲氣罐(1)由近及遠的順序依次通過管路與儲氣罐(1)串聯連接；
2.根據權利要求1所述的高能量密度液壓儲能裝置，其特征在于，所述第一儲能缸(2)的下部液腔通過管路以及設置在管路上的第一電磁閥(6)與充/放液口(5)連通，其上部氣腔內沿其內壁滑動設置活塞一(7)，活塞一(7)的上端面與活塞桿一(8)的下端連接，活塞桿一(8)的上端伸出第一儲能缸(2)頂蓋，并在伸出段上設置有伸出行程開關一(9)和縮回行程開關一(10)，其中伸出行程開關一(9)位于靠近活塞桿一(8)上端的桿體上，縮回行程開關一(10)的最大行程與活塞一(7)下端面與第一儲能缸(2)下部液腔底部之間的最大距離相適配；
3.一種利用權利要求2所述的高能量密度液壓儲能裝置的儲能方法，其特征在于，包括如下步驟：
【技術特征摘要】
1.一種高能量密度液壓儲能裝置，包括儲氣罐(1)，其特征在于，還包括體積相同的第一儲能缸(2)、第二儲能缸(3)和第三儲能缸(4)，所述第一儲能缸(2)、第二儲能缸(3)和第三儲能缸(4)的上部氣腔按照距離儲氣罐(1)由近及遠的順序依次通過管路與儲氣罐(1)串聯連接；
2.根據權利要求1所述的高能量密度液壓儲能裝置，其特征在于，所述第一儲能缸(2)的下部液腔通過管路以及設置在管路上的第一電磁閥(6)與充/放液口(5)連通，其上部氣腔內沿...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊存智，王偉平，劉玉，周連佺，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：
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