压力缓冲器的基础知识

压力缓冲器是什么？什么时候应该使用压力缓冲器？ 有时，阀门突然打开或关闭等小疏忽会导致更大的问题，产生泵波纹或流体锤。这些问题“混淆”了压力传感器，使信号变得嘈杂，循环寿命缩短，在某些情况下，还会出现灾难性故障。所有这些令人头疼的问题和不可预见的成本都可以通过一个简单的压力缓冲器来避免，以 限制压力瞬变的幅度 。

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电涌基础知识

管道装置每天都会发生压力瞬变。过快地关闭花洒会引起砰砰声，这是液体锤的症状。当流体流速突然变化时会发生这种情况，通常是由泵或阀门操作引起的。每当流动或运动流体的动量快速变化时，压力波就会开始建立并通过管道传播，导致管道振动并可能破坏敏感组件。关注公众号“液压说”，获取更多液压知识。

计算压力瞬变的标准近似与 Joukowsky 方程，该公式确定由于流体速度变化引起的压力变化：ΔP= -ρ√(K/ρ) ΔV

其中 Δ P  是压力变化（有时称为浪涌），ρ 是流体密度，√( K/ρ)是波速的保守计算，K是流体的体积模量，Δ V 是速度变化。

图1

举个例子，一个液压系统在阀门前后都有传感器（见图1）。系统在 10 bar 下运行，流量为 3.6 lpm。然后阀门突然关闭，产生 11.2 bar 的压力波穿过系统，该压力波将继续移动，直到其能量完全消散。

总体而言，未受保护的压力传感器存在压力波动和气蚀两个问题，主要关注的是压力波动是否会超过传感器的超压限制。但是，气蚀产生的压力可能会超过压力波动，并且对压力传感器的危害更大。空化是由负压瞬态降低压力产生的，会导致气泡形成和破裂，坍塌的气泡使传感器暴露在过高的局部压力下。

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压力传感器为什么容易被破坏？

液压系统中的压力峰值可能会损坏压力传感器，造成的损坏远远高于本可以防止它们发生的压力缓冲器的价格。

图1的传感器 B 存在气蚀风险，因为它在阀门关闭后立即发现压力低于流体的蒸气压。关注公众号“液压说”，获取更多液压知识。

要了解压力瞬变如何损坏传感器，您必须了解传感器的工作原理。压力传感器专为特定压力范围而设计。传感元件通常是薄膜上的应变计。隔膜的设计是其灵敏度和安全性之间的折衷；它可以在其额定容量下弹性变形并且准确，但如果压力瞬变过高，它会永久变形或破裂。无论哪种方式，压力传感器都会被破坏。

制造商测试压力传感器以设置过载压力额定值，并且通常以准静态方式完成，因为大多数压力传感器都是准静态测量设备。但压力瞬变不是静态的，即使在低于过载压力额定值的压力下也会导致故障。

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压力缓冲器的作用

• 压力缓冲

压力缓冲器的主要功能是压力缓冲，对高速运动的工件起到缓冲作用，从而减小减轻机器震动，降低噪音，所以液压缓冲器也叫减震器。

当工件运行到一个定位点时，为避免机器直接受到撞击，有一段缓冲距离，可以使工件在停止工作时减轻撞击力，起到保护机器的作用。液压缓冲器在活塞杆压进的时是特制的液油起到缓冲作用，复位由弹簧完成，因此复位比较迅速，工作频率处于较高的状态。

• 保护压力传感器

压力缓冲器 的其中一个功能，是 降低了传感器在压力瞬变期间所经历的动态压力，很好地缓解了上述问题。关注公众号“液压说”，获取更多液压知识。

压力缓冲器是一种附在压力传感器上的小型辅助元件，它通过限制流体流过较小的接头来限制流体的压力变化率。由于流体流动受限，突然的压力上升在下游被延迟，因为流体需要时间通过限制。这样可以过滤掉压力尖峰，但准静态压力变化将通过。

图2

缓冲器有效地抑制了压力峰值通过接头（图2）。阀门关闭后，传感器 C 中的压力上升受到限制，动态压力降低。关注公众号“液压说”，获取更多液压知识。

图3

另一方面，传感器 D 中的压降减慢，其内腔压力不会降至蒸气压以下，这意味着有害空化不会破坏它。作为一个额外的好处，这些传感器承受的应力幅度较小，并且在经历疲劳失效之前需要更长的时间。缓冲器的唯一缺点是其功能会减慢压力传感器的机械响应时间，因此不应将其用于捕获动态压力。

虽然上面的例子显示了一个简单的液压系统，但更复杂的系统，尤其是那些有多个分支的系统，更难预测流体锤的位置或大小。有用于复杂系统的压力瞬态模拟软件，但它可能不符合成本效益。所有这些使得预先安装缓冲器而不是冒险系统停机是明智的。

文章来源 | 液压说