CN101924478A - 流动式起重设备的供电方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流动式起重设备的供电方法及***，通过将柴油发电机组作为电能补给源为***提供小功率电能，并以蓄能单元作为整机电能供给***，以时间累积能量的方法，为起升机构等大功率运行机构提供短时大功率能量需求，显著降低了柴油发动机组功率。采用这样的技术方案，本发明相对现有起重设备的供电方案节约燃油40％-60％以上。这种流动式起重设备的供电方法及***具有大幅度减小起重设备的油耗，提高燃油的利用率，达到节能减排目的，而且保持了起重设备本应该具有的机动灵活性。

Description

流动式起重设备的供电方法及***

技术领域

本发明涉及流动式起重设备，更具体地说，涉及一种流动式起重设备的供电方法及***。

背景技术

目前，市场上常见的流动式起重设备的种类有很多，包括轮胎吊、船浮吊以及汽车式、履带式起重机等。而上述的各起重设备较为普遍的采用了其机上配置的柴油发电机组燃烧柴油来获取工作动力。

如图1所示，传统的流动式起重设备的供电方案是通过大功率的柴油发电机组101发出的电，通过断路器102、103、104将电供给所述起重设备，其中，一部分电通过变压器105给起重设备的其他辅助机构106(如照明、空调等)供电，另外一部分通过逆变器107和相应的变频器传输给所述起重设备的大功率运行机构(即各作业电机)，具体的是起升变频器108为起升电机181供电，起重机的小车(或旋转)变频器109以及大车(或行走)变频器110、111为相应的电机供电，由于工作性质和动力配置上的原因，导致传统的起重设备的供电方案的燃油利用率仅为8％---13％，并且当起重设备的吊具下降时可使起升电机181产生电能，但是这部分再生电能没有得到有效的利用，而被相关设备的电阻转换为热能而消耗掉(比如被制动单元112和制动电阻113消耗)。另外，其还存在噪声大、废气排放量大、维修费用及运行成本都很高的缺点。

针对起重设备油耗高的问题，目前市场上出现了一些节油技术方案。如：超级电容储能、飞轮储能以及按功率需求调节柴油机转速等。据报道，这些方案的节油效果在20％---40％之间。

如图2所示，柴油发电机组201发出的交流电经逆变器202处理，并经变频器203为电机204供电，增加一个超级电容205直接并联在直流母排上。这种供电方案可以将能耗下降11～13％以上。但是，这种供电方案配置的柴油发电机组跟传统起重设备的柴油发电机组一样大，由于直流母排电压的上限和下限是有要求的，因此超级电容可以利用的充放电容量范7围受到很大的限制。

再如图3所示，301为柴油发电机组，超级电容305通过DC/DC变换器306并联到直流母排上。

上述两种供电方案均是以柴油发电机组为主，只是把超级电容作为能量回收和辅助动力装置。

后来，市场上也出现了起重设备变烧油为使用地面电网交流电上机的“油改电”方案。据报道，起重设备“油改电”方案的节能效果搞得好的也是在40％左右，但“油改电”又带来了初始投资大、转场作业费时费力，牺牲了起重设备本来具备的机动、灵活的特点。

经过分析，导致起重设备燃油消耗大的主要原因有：

1、柴油机功率配置过大

为了满足起重设备在起升和小车两个机构都以最大负荷、额定速度和额定加速度运行时的峰值功率需要，厂家一般都针对峰值功率再加余量来选择大功率柴油发电机组，而起重设备通常作业时的持续功率仅为其几分之一。

2、柴油机低负荷时间比例过高

据统计：柴油机负荷低于25％的运转时间达85％以上，在此期间柴油机仍然以全速运行，大量的储备功率导致燃油浪费严重。

3、空载等候时间过长

由于港口、码头等作业性质决定，空载等候时间一般为50％---65％。但由于通讯、照明、空调机的需要，大功率柴油机仍需要全速运行，空烧柴油。

4、重物下降和机构减速过程产生的电能没有得到利用

重物下降和机构减速过程中产生的再生电能被制动电阻白白消耗掉了，无法得到回收利用。

发明内容

针对目前的起重设备存在的油耗高、污染重及其结构复杂等缺陷，本发明的目的是提供一种流动式起重设备的供电方法及***，该方法和***不仅可以大幅度减小起重设备的油耗，提高燃油的利用率，达到节能减排目的，而且可以保证起重设备的机动灵活性。

为此，本发明的起重设备的供电方法，包括如下步骤：

a、平时采用起重设备的柴油发电机组进行小功率发电；

b、将步骤a中生成的交流电通过AC/DC转换成直流电；

c、通过智能功率管理模块进行控制，将步骤b中的直流电输入蓄能单元内进行充电；

d、采用蓄能单元的电能经DC/DC转换后，对起重设备各大功率运行机构的作业以及辅助机构用电进行供电。

在步骤c冲，通过智能功率管理模块对蓄能单元内的工作参数进行检测，并控制蓄能单元的充电，具体的充电控制步骤包括：

c1、将步骤b中波动的直流电变换成恒定的直流电，供蓄能单元充电；

c2、当蓄能单元处于储能不多，内阻很低的初始状态时，对蓄能单元的预充电进行限流管理；

c3、当柴油发电机组工作时，保持对蓄能单元常态充电；

c4、当蓄能单元储能满额时，控制柴油发电机组关断；

c5、当蓄能单元储能低于设定阀值时，阻止各大功率运行机构动作，等待充电过程进行；

c6、当蓄能单元储能低于设定值时，控制柴油发电机组重新启动发电用以充电。

在步骤c中，所述的智能功率管理模块的控制步骤还包括：

c7、根据蓄能单元储能量的大小，控制调速器进行动态调整柴油发电机组的转速；

c8、与起重设备的PLC控制器进行通讯联络，获取起重量、速度、耗用功率等数据，并依据蓄能单元的储能情况，对PLC控制器提出大功率运行机构的速度控制要求。

在所述的步骤c8中：

若蓄能单元工作异常，通过转换开关将经AC/DC转换的直流电直接对起重设备的大功率运行机构进行供电，并对相应的大功率运行机构进行限速控制。

该供电方法还包括步骤e：

在起重设备的大功率运行机构处在重物下降或减速制动时，通过蓄能单元回收由重物下降和加速制动产生的再生电能。

若再生电能在蓄能单元满溢时，通过控制小容量的制动单元和制动电阻进行工作。

本发明的流动式起重设备的供电***包括：

柴油发电机组，作为电能补给装置为***提供小功率电能；

AC/DC转换器，输入端与柴油发电机组连接，将柴油发电机组生成的电能进行整流处理；

蓄能单元，输入端与AC/DC转换器的输出端连接，接收电能并进行充电；

智能功率管理模块，连接设于AC/DC转换器和蓄能单元之间，对蓄能单元内的工作参数进行检测，并控制蓄能单元的充电；

DC/DC变换器，输入端与蓄能单元的输出端连接，将蓄能单元输出的电能转换成恒定的高压电流；输出端与起重设备的直流母排连接，对起重设备的各大功率运行机构的作业以及辅助机构用电进行供电。

所述的智能功率管理模块将AC/DC转换器输出的波动的直流电变换成恒定的直流电，供蓄能单元充电，并且

当蓄能单元处于储能不多，内阻很低的初始状态时，智能功率管理模块对蓄能单元的预充电进行限流管理；

当柴油发电机组工作时，智能功率管理模块保持对蓄能单元常态充电；

当蓄能单元储能满额时，智能功率管理模块控制柴油发电机组关断；

当蓄能单元储能低于设定阀值时，智能功率管理模块阻止各大功率运行机构动作，等待充电过程进行；

当蓄能单元储能低于设定值时，智能功率管理模块控制柴油发电机组重新启动发电用以充电。

所述的柴油发电机组具有调速器，所述智能功率管理模块与调速器连接，通过对调速器的控制，进行动态调整柴油发电机组的转速。

所述的AC/DC转换器的输出端还通过一个转换开关直接跨接起重设备的直流母排。

本发明的流动式起重设备的供电方法及***，在平时通过将柴油发电机组作为电能补给装置为***提供小功率电能，并以蓄能单元作为整机电能供给***，以时间累积能量的方法，为起升机构等大功率运行机构提供短时大功率能量需求，显著降低了柴油发动机发电功率。这样，平时可以通过小功率的柴油发电机组以涓涓细流对蓄能单元充电储能；而当起重设备的各大功率运行机构电动作功时，能量从蓄能单元澎湃涌出。采用这样的技术方案，本发明相对传统起重设备的供电方案可节约燃油40％-60％以上，具有明显的社会和经济效益，另外，也不存在起重设备“油改电”所存在的初始投资大、转场作业费时费力，并牺牲了起重设备本来具备的机动、灵活的特点的问题。

因此，本发明的流动式起重设备的供电方法及***具有大幅度减小起重设备的油耗，提高燃油的利用率，达到节能减排目的，而且保持了起重设备本应该具有的机动灵活性。

附图说明

图1是传统起重设备供电***示意图。

图中：101，柴油发电机组  102、103、104，断路器  105，变压器106，辅助机构  107，逆变器  108，变频器  181，起升电机  109，小车(或旋转)变频器  110、111，大车(或行走)变频器  112，制动单元  113，制动电阻

图2是起重设备采用了超级电容的供电***示意图。

图中：201，柴油发电机组  211，柴油机  221，发电机  202，逆变器203，变频器  204，电机  205，超级电容  206，能耗制动单元和电阻

图3是日本YASKAWA公司的起重设备供电***示意图。

图中：301，柴油发电机组  311，柴油机  321，发电机  302，逆变器303，变频器  304，电机  305，超级电容  306，能耗制动单元和电阻307，DC/DC转换器

图4是本发明的流动式起重设备的供电***示意图。

图中：410，柴油发电机组  411，柴油机  412，发电机  413，调速器  420，AC/DC转换器  430，智能功率管理模块  440，蓄能单元  450，DC/DC变换器  460，转换开关  470，断路器  001，起升变频器  002，小车(或旋转)变频器  003，大车(或行走)1变频器  004，大车(或行走)2变频器  005，辅助机构及控制电源变频器

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明的基本设计原理是平时采用柴油发电机组作为蓄能单元的电能补给源，进行小功率发电(或直接采用小功率柴油发电机组)，对蓄能单元进行长时间的充电，而蓄能单元作为主要供电源，一方面用于辅助机构的小功率用电，另一方面对大功率运行机构的短时作业进行有效供电。

如图4所示，本发明的流动式起重设备的供电***包括柴油发电机组410，AC/DC转换器420，智能功率管理模块430，蓄能单元440，DC/DC变换器450，转换开关460。

其中，柴油发电机组410由柴油机411和发电机412组成，柴油机411具有调速器413，具有自动调速功能。柴油发电机组401的经一个断路器470连接AC/DC转换器420，AC/DC转换器420为二极管整流。AC/DC转换器420的再经智能功率管理模块430连接蓄能单元440，蓄能单元440可以是超级电容，也可以是蓄电池或者其它蓄电装置。蓄能单元440再连接DC/DC变换器，DC/DC变换器再经起重设备的直流母排为起重设备的各机构供电，即连接到起升变频器001，小车(或旋转)变频器002，大车(或行走)1变频器003，大车(或行走)2变频器004，辅助机构及控制电源变频器005。另外，智能功率管理模块430还连接柴油机411的调速器413，AC/DC转换器420还经过转化开关460直接跨接起重设备的直流母排。

而本发明的起重设备的供电方法的具体步骤如下：

由可自动调速的柴油机411带动发电机412发出220-440V、25-50HZ非恒定交流电，经AC/DC转换器420整流，得到的直流电经智能功率管理模块430(智能功率管理模块430根据蓄能单元440电压变化，按照I＝P/V的关系，自动调整充电电流并将电流限制在允许值以内)对蓄能单元440进行充电。蓄能单元440电压信号和起重设备电控***操作指令被送到柴油机411的调速器413输入端，联合控制柴油机411的转速，实现按能量需求调节发电机412发电量的目的。由于蓄能单元440电压不能突变，因此柴油机411转速也不会突变，这使发动机412能够始终处于良好的工作环境下，对延长柴油机使用寿命大有裨益。起重设备各机构及辅助机构所需电能均由蓄能单元440提供，其过程是：蓄能单元440储存的电能(电压300-600V)通过DC/DC转换器450转换为600V稳定直流送给供电直流母排，再由直流母排向各机构及辅助机构供电，各运行机构在重物下降或减速制动时，产生的再生电能全部由蓄能单元440回收。

当蓄能单元发生故障时，可启动应急工作模式，即通过转换开关460将AC/DC转换器420与直流母排跨接，这时软件控制将起升机构最高运行速度限制在额定速度的50％，小车(或旋转)和大车(或行走)机构速度保持不变，但此时不允许起升和小车(或旋转)机构联动。

在本发明中，蓄能单元440电能信号和起升负荷信号会引入柴油机411的413调速器输入端，以调节柴油机413的转速并完成柴油机的自动启停，解决长时间低负荷及空载造成的燃油浪费。

在本发明中，智能功率管理模块430是管理柴油机的调速控制、柴油机的自动启停控制；还管理蓄能单元440的充电控制，具体功能如下：

1、自动调速的柴油机411带动发电机412发出220～440V、25～0HZ非恒定交流电，经平波电抗器滤波后送至二极管整流，得到的直流电输入智能功率管理模块430；

2、智能功率管理模块430把输入的300～600V直流电变换成恒定的600V直流电，输出到蓄能单元440，进行充电。

3、蓄能单元440初始状态，储能不多，内阻很低，智能功率管理模块430在预充电时进行限流管理。

4、蓄能单元440储能低于设定阀值时，智能功率管理模块430不允许起重设备各运行机构动作，等待充电过程进行。

5、柴油发电机组410工作时，智能功率管理模块430保持对蓄能单元440常态充电。

6、蓄能单元440储能满额时，智能功率管理模块430控制柴油发电机组410关断。

7、蓄能单元440储能低于设定值时，智能功率管理模块430控制柴油发电机组410重新启动。

8、根据蓄能单元440储能量的大小，智能功率管理模块430动态调整柴油发电机的转速。

9、智能功率管理模块430检测并控制蓄能单元440内的电流、温度、小单元均压等参数。

10、智能功率管理模块430跟起重设备PLC控制器进行通讯联络，获取起重量、速度、耗用功率等数据，并依据蓄能单元440的储能情况对PLC提出机构速度要求。

在本发明中，DC/DC变换器450把蓄能单元440输出的300～600V直流电变换成稳定的600V直流电提供给起重设备各运行机构用电需求；运行机构在重物下降或减速制动时，产生的再生电能全部由DC/DC变换器450输入蓄能单元440回收；再生电能只有在蓄能单元440满溢时，才控制一个小容量的制动单元和制动电阻工作。

通过采用本发明的技术方案的起重设备，其燃油消耗量可下降40％-60％以上，目前市场上常见的包括轮胎吊、船浮吊、汽车式、履带式起重机以及其它各种采用大功率柴油发电机组的流动式起重设备，均可采用本发明技术。例如全国仅轮胎式集装箱龙门起重机这一类的配备量就超过2000台，如果其中一半采用本发明进行改造，按每台轮胎式集装箱龙门起重机每年作业10万自然箱计算，平均油耗2升/自然箱，每年可节约燃油13万升，那每年即可节约燃油1.3亿升，节省开支6亿元，减少二氧化碳排放34万吨，减少二氧化硫排放约1000吨，带来的经济效益和社会效益十分明显。

综上所述，本发明的流动式起重设备的供电方法及***具有大幅度减小起重设备的油耗，提高燃油的利用率，达到节能减排目的的优点，而且保持了起重设备本应该具有的机动灵活性。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种流动式起重设备的供电方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、平时采用起重设备的柴油发电机组进行小功率发电；

b、将步骤a中生成的交流电通过AC/DC转换成直流电；

c、通过智能功率管理模块进行控制，将步骤b中的直流电输入蓄能单元内进行充电；

d、采用蓄能单元的电能经DC/DC转换后，对起重设备各大功率运行机构的作业以及辅助机构用电进行供电。

2.根据权利要求1所述的流动式起重设备的供电方法，其特征在于，

在步骤c中，通过智能功率管理模块对蓄能单元内的工作参数进行检测，并控制蓄能单元的充电，具体的充电控制步骤包括：

c1、将步骤b中波动的直流电变换成恒定的直流电，供蓄能单元充电；

c2、当蓄能单元处于储能不多，内阻很低的初始状态时，对蓄能单元的预充电进行限流管理；

c3、当柴油发电机组工作时，保持对蓄能单元常态充电；

c4、当蓄能单元储能满额时，控制柴油发电机组关断；

c5、当蓄能单元储能低于设定阀值时，阻止各大功率运行机构动作，等待充电过程进行；

c6、当蓄能单元储能低于设定值时，控制柴油发电机组重新启动发电用以充电。

3.根据权利要求1所述的流动式起重设备的供电方法，其特征在于，

在步骤c中，所述的智能功率管理模块的控制步骤还包括：

c7、根据蓄能单元储能量的大小，控制调速器进行动态调整柴油发电机组的转速；

c8、与起重设备的PLC控制器进行通讯联络，获取起重量、速度、耗用功率等数据，并依据蓄能单元的储能情况，对PLC控制器提出大功率运行机构的速度控制要求。

4.根据权利要求3所述的流动式起重设备的供电方法，其特征在于，

在所述的步骤c8中：

若蓄能单元工作异常，通过转换开关将经AC/DC转换的直流电直接对起重设备的大功率运行机构进行供电，并对相应的大功率运行机构进行限速控制。

5.根据权利要求1所述的流动式起重设备的供电方法，其特征在于，

该供电方法还包括步骤e：

在起重设备的大功率运行机构处在重物下降或减速制动时，通过蓄能单元回收由重物下降和加速制动产生的再生电能。

6.根据权利要求5所述的起重设备供电方法，其特征在于：

若再生电能在蓄能单元满溢时，通过控制小容量的制动单元和制动电阻进行工作。

7.一种流动式起重设备的供电***，其特征在于，包括：

柴油发电机组，作为电能补给源进行提供小功率电能；

AC/DC转换器，输入端与柴油发电机组连接，将柴油发电机组生成的电能进行整流处理；

蓄能单元，输入端与AC/DC转换器的输出端连接，接收电能并进行充电；

智能功率管理模块，连接设于AC/DC转换器和蓄能单元之间，对蓄能单元内的工作参数进行检测，并控制蓄能单元的充电；

DC/DC变换器，输入端与蓄能单元的输出端连接，将蓄能单元输出的电能转换成恒定的高压电流；输出端与起重设备的直流母排连接，对起重设备的各大功率运行机构的作业以及辅助机构用电进行供电。

8.根据权利要求7所述的流动式起重设备的供电***，其特征在于：

所述的智能功率管理模块将AC/DC转换器输出的波动的直流电变换成恒定的直流电，供蓄能单元充电，并且

当蓄能单元处于储能不多，内阻很低的初始状态时，智能功率管理模块对蓄能单元的预充电进行限流管理；

当柴油发电机组工作时，智能功率管理模块保持对蓄能单元常态充电；

当蓄能单元储能满额时，智能功率管理模块控制柴油发电机组关断；

当蓄能单元储能低于设定阀值时，智能功率管理模块阻止各大功率运行机构动作，等待充电过程进行；

当蓄能单元储能低于设定值时，智能功率管理模块控制柴油发电机组重新启动发电用以充电。

9.根据权利要求7所述的流动式起重设备的供电***，其特征在于：

所述的柴油发电机组具有调速器，所述智能功率管理模块与调速器连接，通过对调速器的控制，进行动态调整柴油发电机组的转速。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的流动式起重设备的供电***，特征在于：

所述的AC/DC转换器的输出端还通过一个转换开关直接跨接起重设备的直流母排。

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