Гидрокапиллярный аккумулятор Советский патент 1982 года по МПК F15B1/04 

(54) ГИДРОКАПИЛЛЯРНЫЙ АККУМУЛЯТОР

1

Изобретение относится к устройствам аккумулирования энергии в гидросистемах, в автономных переносных накопителях энергии для совершения полезной работы (индивидуальное питание гидроприводов, создание гидравлических ударов или усилий при разрушении или обработке различных материалов, при прессовании и формовке изделий из металла и т. д.), кроме того, устройство может быть также использовано для создания амортизаторов ходовой части транспортных средств.

Известно устройство для аккумулирования энергии жидкости, содержаш.ее корпус с выходным штуцером, подключенным к линии нагнетания, и рабочим элементом, расположенным в корпусе с возможностью взаимодействия с рабочей жидкостью 1.

Недостатком этого устройства является низкая энергоемкость на единицу объема. Для увеличения запаса аккумулируюшей энергии необходимо неограниченно увеличивать объем рабочего тела.

Цель изобретения - повышение уровня аккумулируемой энергии в единице объема жидкости.

Указанная цель достигается тем, что рабочий элемент выполнен в виде капиллярно-пористого тела, не смачиваемого рабочей жидкостью.

На фиг. 1 представлен гидрокапилляр5 ный аккумулятор; на фиг. 2 - вариант выполнения устройства для аккумулирования энергии с использованием двух несмешиваюп1ихся жидкостей; на фиг. 3 - изотермы процесса зарядки и разрядки для идеального .гидроаккумулятора; на

10 фиг. 4 - то же, для гидрокапиллярного аккумулятора на базе неоднородного микропористого тела.

Гидрокапиллярный аккумулятор содержит корпус 1, выходной штуцер 2, линию 15 нагнетания 3, рабочую жидкость 4, несмачивающую жидкость 5, капиллярно-пористое тело 6, установленное на точечных опорах 7.

Работа аккумулятора заключается в следующем .

20

При зарядке аккумулятора жидкость 5 по линии нагнетания 3 через штуцер 2 под давлением Рг подается в корпус 1, заранее заполненный жидкостью 5 под давлением PI и установленным в нем пористым

телом 6, с суммарным объемом пор Vn. Для того, чтобы жидкость 5 с поверхностным натяжением и углом смачивания 0(), не смачивающее капиллярно-пористое тело 6 (фиг. 1) смогло войти в его капилляры радиусом , необходимо приложить избыточное давление ДР Ртах- РО рассчитываемое по формуле

ДР , Н/М 2( 1 )

где РО - начальное давление (например,

барометрическое), при котором все поры не заполнены жидкостью;

РТЛЗУ - максимальное давление, при котором все поры заполнены жидкостью.

При давлении Рщах жидкость заполняет все поры, суммарный объем которых |эавен УП, поэтому запас энергии Е аккумулируемой жидкости, определяется по формуле (фиг. 3)

Е ДР УЛ,ДЖ(2)

При сообщении 1 посредством штуцера 2 (фиг. 1) с линией нагнетания 3 накопительная энергия Е может соверщить полезную работу, если давление Pi жидкости в корпусе i (например, PI Pniax ) превышает давление со стороны потребляемого расхода РЗ (например, Рз PC).

Процесс зарядки и разрядки гидрокапиллярного аккумулятора можно производить при настоящем и максимальном давлении жидкости. Это значит, что можно накапливать и использовать для соверщения полезной работы максимально возможное количество энергии на единицу веса или объема аккумулятора. Так как запас энергии Е пропорционален избытку дав.ления АР, а последняя-величина зависит от 6, 0 иг, то, меняя природу жидкости 5 (6 и 0), а также характеристику капиллярно-пористого тела (0, г и УП, в том числе), можно менять аккумулирующую способность Е гидрокапиллярного аккумулятора.

При данном объеме корпуса 1 и объеме пор Ул .можно резко увеличить запас энергии Е, если применять одновре.менно две жидкости 4 и 5 (фиг. 2) таким образом, чтобы жидкость 5 с большим коэффициентом поверхностного натяжения служила для заполнения капилляров суммарным объемом УП (что обеспечивает резкое повышение РТПЗХ) а. жидкость 4 с .меньшим коэффициентом поверхностного натяжения была рабочим агентом л1ля переноса импульса энергии от побудителя расхода к аккумулятору (если Р2 Р-,) или от аккумулятора к потребителю расхода (если PI Р5) (фиг. 2).

Если капиллярно-пористое тело отличается разнопористостью, то связь между избыточным капиллярным давлением АР, и приведенными объемами пор УП) с эквивалентным радиусо.м г имеет вид, представленн|51Й на фиг. 4. В этом случае запас энергии Е следует рассчитывать по формуле

Е ,--Уш,(3)

где п - число приведенных объемов.

Наблюдаемое в ряде случаев явление незначительного наклонного гистерезиса между адсорбцией (кривая «а на фиг. 4) и десорбцией (кривая «б) в определенном интервале размеров пор капиллярно-пористого тела объясняется тем, что при десорбции в капиллярах могут образовываться только шаровидные мениски, а при адсорбции как щаровидные, так и цилиндрические. Не исключена также незначительная диссинация энергии при движении жидкости в капиллярах. При необходимости иметь высокую концентрацию энергии при постоянном максимальном давлении жидкости (например, использовании гидрокапиллярных аккумуляторов для запуска мощных дизелей с по.мощью вспомогательного гидродвигателя, для гидропривода транспортных средств, в том числе для приводов подводных лодок, используя их балластные отсеки, обычно заполняемые водой, в качестве замкнутых полостей, где могут быть помещены микропористые тела, для работы портативных гидропрессов и т. д.) нужно принять гидрокапиллярные аккумуляторы с характеристикой, представленной на фиг. 3 т. е. в качестве пористых тел использовать монопористое.

При создании, например, суперкомпактного амортизирующего устройства, его рабочая характеристика должна быть пологой (фиг. 4), в этом случае целесообраз но использовать неоднородное капиллярнопористое тело.

При серийном производстве гидрокапиллярных аккумуляторов как индивидуальных источников питания, их регулярную зарядку можно организовать на тепловых и гидроэлектростанциях в ночное время.

Формула изобретения

Гидрокапиллярный аккумулятор, содержащий корпус с выходны.м штуцером, подключенным к линий нагнетания, и рабочим элементом, расположенным в корпусе с возможностью взаимодействия несмачивающей с рабочей жидкостью, отличающийся те.м, что, с целью повышения уровня аккумулируемой энергии в единице объема жидкости, рабочий элемент выполнен в виде капиллярно-пористого тела, не смачиваемого рабочей жидкостью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Башта Т. М. Машиностроитетьная гидравлика, М., «Машиностроение, 1963, с. 399 фиг. 266.