CN109812296B - 一种起重机重力势能及热能回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源循环利用装置技术领域，具体指一种起重机重力势能及热能回收利用装置；包括由驱动电机、制动器、减速器和卷筒依次传动连接构成的起升机构，势能及热能转化装置和机械能转化装置；所述势能及热能转化装置包括超级电阻、吸热管和增压器，超级电阻与驱动电机并联，吸热管绕设于超级电阻上；吸热管的出口端与增压器连接；增压器的输出端与机械能转化装置连接，机械能转化装置与卷筒之间通过同步机构传动连接；本发明结构合理，采集电机作业时释放的热能以及集装箱吊箱下降损失的重力势能，将这部分能量采用高压蒸汽的方式存贮在增压器内，再通过机械能转化装置驱动输出轴从而协助起重机的吊箱上升动作，使能源获得有效的回收和再利用。

Description

一种起重机重力势能及热能回收利用装置

技术领域

本发明涉及能源循环利用装置技术领域，具体指一种起重机重力势能及热能回收利用装置。

背景技术

目前的集装箱起重机在吊箱下降过程中的重力势能是通过发动机的反转制动转化成电能，这部分电能无法并入电网进行有效的储存，因此在电机上接入一个超级电阻，通过电阻的发热将这一部分能量通过热能的形式散发到空气中，同时电机自身工作产生的热能通常也是直接耗散到空气中，这样不仅造成较大的环境污染，更存在严重的能源浪费；因此有必要对现有技术进行改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、可有效吸收和转化重力势能的起重机重力势能及热能回收利用装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种起重机重力势能及热能回收利用装置,包括由驱动电机、制动器、减速器和卷筒依次传动连接构成的起升机构，势能及热能转化装置和机械能转化装置；所述势能及热能转化装置包括超级电阻、吸热管和增压器，超级电阻与驱动电机并联，吸热管绕设于超级电阻上；所述吸热管的入口端设有水泵，水泵与外部水源连接，吸热管的出口端与增压器连接；所述增压器的输出端与机械能转化装置连接，机械能转化装置与卷筒之间通过同步机构传动连接。

根据以上方案，所述吸热管绕设于驱动电机和超级电阻上。

根据以上方案，所述同步机构包括第一速度传感器、第二速度传感器、转速控制器和无极变速器，无极变速器分别连接卷筒的主轴和机械能转化装置的输出轴；所述第一速度传感器设于卷筒的主轴上，第二速度传感器设于机械能转化装置的输出轴上，转速控制器设于无极变速器上，且转速控制器通过电路分别连接第一速度传感器和第二速度传感器。

根据以上方案，所述机械能转化装置包括支架、输出轴和气缸，气缸固定在支架上，输出轴可转动地设置在支架上；所述输出轴上连接有曲柄，气缸的活塞杆与曲柄转动连接；所述气缸上设有进气阀和出气阀，进气阀通过管路与增压器的输出端连接。

根据以上方案，所述支架上设有两组气缸，输出轴上连接有异步的两个曲柄，两组气缸的活塞杆分别与对应的曲柄转动连接。

根据以上方案，所述输出轴上设有飞轮。

本发明有益效果为：本发明结构合理，通过势能及热能转化装置采集电机作业时释放的热能以及集装箱吊箱下降损失的重力势能，将这部分能量采用高压蒸汽的方式存贮在增压器内，再通过机械能转化装置驱动输出轴从而协助起重机的吊箱上升动作，使能源获得有效的回收和再利用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的机械能转化装置结构示意图。

图中：

1、驱动电机；4、支架；11、制动器；12、减速器；13、卷筒；21、超级电阻；22、吸热管；23、增压器；24、水泵；25、外部水源；31、第一速度传感器；32、第二速度传感器；33、转速控制器；34、无极变速器；41、输出轴；42、气缸；43、曲柄；44、进气阀；45、出气阀；46、飞轮。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述的一种起重机重力势能及热能回收利用装置,包括由驱动电机1、制动器11、减速器12和卷筒13依次传动连接构成的起升机构，势能及热能转化装置和机械能转化装置；所述势能及热能转化装置包括超级电阻21、吸热管22和增压器23，超级电阻21与驱动电机1并联，吸热管22绕设于超级电阻21上；所述吸热管22的入口端设有水泵24，水泵24与外部水源25连接，吸热管22的出口端与增压器23连接；所述增压器23的输出端与机械能转化装置连接，机械能转化装置与卷筒13之间通过同步机构传动连接；所述驱动电机1在吊箱下降的过程中处于反转发电状态，产生的电能使超级电阻21发热，吸热管22吸收超级电阻21产生的热能使管内的水加热，水蒸气进入增压器23加压存储实现能量的回收；在吊箱上升行程时，起升机构正转，同时增压器23向机械能转化装置输出气压，使热能转化成机械能从而辅助驱动电机1做功，降低驱动电机1的输出功率实现能量的再利用。

所述吸热管22绕设于超级电阻21上，外部水源25输入的冷却水首先经过驱动电机1对其形成水冷散热，可以有效降低驱动电机1的工作温度提高其使用寿命，同时流经的水获得了预热，再经过超级电阻21部分吸热管22时，水温急剧上升气化成水蒸气进入增压器23存储。

所述同步机构包括第一速度传感器31、第二速度传感器32、转速控制器33和无极变速器34，无极变速器34分别连接卷筒13的主轴和机械能转化装置的输出轴41；所述第一速度传感器31设于卷筒13的主轴上，第二速度传感器32设于机械能转化装置的输出轴41上，转速控制器33设于无极变速器34上，且转速控制器33通过电路分别连接第一速度传感器31和第二速度传感器32；所述转速控制器33用于获取卷筒13和输出轴41的实时转速信息，同时控制无极变速器34使卷筒13与输出轴41的转速获得同步，使机械能转化装置能有效辅助驱动电机1做功降低其输出功率。

所述机械能转化装置包括支架4、输出轴41和气缸42，气缸42固定在支架4上，输出轴41可转动地设置在支架4上；所述输出轴41上设有曲柄43，气缸42的活塞杆与曲柄43转动连接；所述气缸42上设有进气阀44和出气阀45，进气阀44通过管路与增压器23的输出端连接；所述增压器23内的气压通过进气阀44进入气缸42内，此时出气阀45关闭使活塞进入做功冲程，通过活塞杆和曲柄43带动输出轴41转动；气缸42的回转行程时，进气阀44关闭而出气阀45打开，做功后的气体排出气缸42。

所述支架4上设有两组气缸42，输出轴41上设有异步的两个曲柄43，两组气缸42的活塞杆分别与对应的曲柄43转动连接；两组异步的气缸42可以提高机械能转化装置的输出平稳性，当然气缸42可以采用更多的数量进行分时输出；所述输出轴41上设有飞轮46，飞轮46用于稳定输出轴41的转速，保证机械能转化装置的输出稳定性。

本装置的工作原理如下：

起重机在吊箱下降过程中，驱动电机1处于反转状态，驱动电机1本身和超级电阻21产生大量的热能，此时外部水源25中的水在水泵24的作用下注入到环绕在驱动电机1和超级电阻21上的吸热管道22中，纯净水在吸收了超级电阻21以及驱动电机1在作业过程中产生的热量后，会气化成水蒸气，由于水源的不断注入，推动水蒸气进入增压器23中加压并储存，此时，机械能转化装置的出气阀45处于打开状态，这样气缸42内外的气压一致，卷筒13会带动机械能转化装置进行空转。

起重机在吊箱上升过程中，首先能量转换装置的进气阀44打开，增压器23中的高压气体通过进气阀44喷射进入气缸42中，此时出气阀45闭合，气缸42内的高压气体对活塞做功，推动活塞向下运动，在此过程中高压气体的内能则转化成活塞的机械能；活塞向下运功过程中，活塞杆带动曲柄43往指定的方向绕输出轴41做旋转运动，由于***的惯性，旋转经过180°后的曲柄43会继续旋转，此时进气阀44关闭，而出气阀45打开，此时高压气体由于对外做功变成了普通气体，释放内能后的普通气体则通过出气阀45排出，从进气阀进气到出气阀出气可看作一个工作周期，在此过程中输出轴41旋转一周。随着高压气体的不断输出，则气体的内能则可以不断的转换成旋转的机械能。在高压气体推动活塞做功过程中，会给活塞施加很大力，而在普通气体排出过程中活塞受力较小，因此为了保证输出功率的稳定性，本发明设置了两个气缸42，这样可以始终保证有一个气缸42在做功保证输出的平稳性。

第一速度传感器31和第二速度传感器32用于检测卷筒13和输出轴41的转速，并将检测的数据传送给转速控制器33，然后转速控制器33给无极变速器34下指令，让其调节自身传动比使得输出的转速同卷筒13转速一致。在起重机进行起升动作时，热能转化的机械能和电机输出的机械能共同作用来驱动起升卷筒13作业，减少了驱动电机1的功率输出。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种起重机重力势能及热能回收利用装置,包括由驱动电机（1）、制动器（11）、减速器（12）和卷筒（13）依次传动连接构成的起升机构，势能及热能转化装置和机械能转化装置；其特征在于：所述势能及热能转化装置包括超级电阻（21）、吸热管（22）和增压器（23），超级电阻（21）与驱动电机（1）并联，吸热管（22）绕设于超级电阻（21）上；所述吸热管（22）的入口端设有水泵（24），水泵（24）与外部水源（25）连接，吸热管（22）的出口端与增压器（23）连接；所述增压器（23）的输出端与机械能转化装置连接，机械能转化装置与卷筒（13）之间通过同步机构传动连接。

2.根据权利要求1所述的起重机重力势能及热能回收利用装置，其特征在于：所述吸热管（22）绕设于驱动电机（1）和超级电阻（21）上。

3.根据权利要求1所述的起重机重力势能及热能回收利用装置，其特征在于：所述同步机构包括第一速度传感器（31）、第二速度传感器（32）、转速控制器（33）和无极变速器（34），无极变速器（34）分别连接卷筒（13）的主轴和机械能转化装置的输出轴（41）；所述第一速度传感器（31）设于卷筒（13）的主轴上，第二速度传感器（32）设于机械能转化装置的输出轴（41）上，转速控制器（33）设于无极变速器（34）上，且转速控制器（33）通过电路分别连接第一速度传感器（31）和第二速度传感器（32）。

4.根据权利要求1所述的起重机重力势能及热能回收利用装置，其特征在于：所述机械能转化装置包括支架（4）、输出轴（41）和气缸（42），气缸（42）固定在支架（4）上，输出轴（41）可转动地设置在支架（4）上；所述输出轴（41）上连接有曲柄（43），气缸（42）的活塞杆与曲柄（43）转动连接；所述气缸（42）上设有进气阀（44）和出气阀（45），进气阀（44）通过管路与增压器（23）的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的起重机重力势能及热能回收利用装置，其特征在于：所述支架（4）上设有两组气缸（42），输出轴（41）上连接有异步的两个曲柄（43），两组气缸（42）的活塞杆分别与对应的曲柄（43）转动连接。

6.根据权利要求5所述的起重机重力势能及热能回收利用装置，其特征在于：所述输出轴（41）上设有飞轮（46）。

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