CN110436344A - 一种节能型绞车式主动升沉补偿***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种节能型绞车式主动升沉补偿***及方法，包括油箱、过滤器、单向变量泵、溢流阀、换向阀、二次元件、蓄能器、比例阀、回油马达、控制器、发电机、超级电容、逆变器、电动机、动力耦合装置。将泵控液压马达技术、能量回收技术与液压二次调节技术结合起来，再加上差动减速器对主起升与补偿运动的合成作用，形成了一种新型节能绞车式主动升沉补偿***及其方法；该***克服了传统的绞车式升沉补偿***中，资源消耗过高的问题，将负载下降补偿时的重力势能经二次元件、发电机等转化为可利用的电能存储于***中，并在负载上升补偿时释放电能以达到补偿效果。

Description

一种节能型绞车式主动升沉补偿***及方法
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，尤其是涉及一种海洋平台节能型绞车式主动升沉补偿***及方法。
背景技术
海上作业起重机作为海洋工程领域的重要装备之一，在能源开采、设备下放、救援等领域发挥着重要作用。但起重机母船作业时会受到海浪、洋流等环境干扰而产生摇荡运动，使吊装负载的运动状态发生改变，导致作业不能正常进行或引发安全事故。为解决上述问题，海上作业起重机需安装升沉补偿***。目前主流的升沉补偿***为液压式主动式升沉补偿***，但是这是一个能源消耗非常高的***，补偿精度有限，且由于溢流产生的热量会使***温度升高，降低元件的可靠性及使用寿命。因此推出能源节约型的主动式升沉补偿***，对于提高***的性能、节约能源、打破国外垄断、节约巨额成本、增加我国海洋军事实力都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能型绞车式主动升沉补偿***及方法，在已有研究的基础上进行了***设计，将泵控液压马达技术、能量回收技术与液压二次调节技术结合起来，再加上差动减速器对主起升与补偿运动的合成作用，形成了一种新型节能绞车式主动升沉补偿***及其方法；该***克服了传统的绞车式升沉补偿***中，资源消耗过高的问题，将负载下降补偿时的重力势能经二次元件、发电机等转化为可利用的电能存储于***中，并在负载上升补偿时释放电能以达到补偿效果。
一种节能型绞车式主动升沉补偿***，包括油箱、过滤器、单向变量泵、溢流阀、换向阀、二次元件、蓄能器、比例阀、回油马达、控制器、发电机、超级电容、逆变器、电动机、动力耦合装置。
所述的油箱用来提供液压油或接收回收的液压油；所述的过滤器用来过滤液压***油路中出现的各种杂质；所述的单向变量泵提供***升沉补偿时所需的液压动力；所述的溢流阀作为保护装置，用来防止油路外溢；所述的二次元件在上升补偿和下降补偿时，切换到相应的液压马达状态和液压泵状态，实现液压能和机械能的转换；所述的蓄能器在负载下降时，将其重力势能经换向阀、比例阀储存在内部的气体压力中，用作***的补偿动力；所述的比例阀在升沉补偿过程中控制液压油进出蓄能器的速度，进而反向控制二次元件的转速；所述的回油马达用以接收二次元件回流的液压油，并利用液压能驱动发电机工作；所述的控制器用于接收各种信号，预测下一阶段状态，并给出命令到执行机构实现***的升沉补偿；所述的超级电容用来存放电动机释放的电能，并在下一次负载补偿时释放电能用以补偿***能量；所述的逆变器实现发电机和超级电容间的直流、交流转换；所述的动力耦合装置用来实现升沉补偿***电能的综合调度。
上述新型节能绞车式主动升沉补偿***的工作方法，其中，当负载需要下降以补偿船舶上升对其运动状态所造成的影响时，控制器输出信号，使换向阀左位工作，此时二次元件具有液压泵的工作特性，并减小变量泵的排量使其只需满足***的泄漏。此时负载在其重力的作用下向下运动，成为***的动力来源，绞车将负载的直线运动转化为旋转运动驱动二次元件(泵)转动，输出高压油，通过控制回油马达的排量，发电机的扭矩及比例阀的开口大小，改变***背压，实现对二次元件转速(即负载速度)的调节，同时负载的重力势能被等量的转换为电能和液压能储存在超级电容中、蓄能器中。
上述新型节能绞车式主动升沉补偿***的工作方法，其中，当负载需要上升以补偿船舶下降对其运动状态所造成的影响时，换向阀工作在右位，二次元件此时具有液压马达的工作特性，发动机提供***所需的动力，变量泵输出高压油，驱动二次元件，提升负载。控制器输出控制信号改变变量泵的排量，从而控制二次元件的转速，达到补偿目的。同时，蓄能器释放上一次下降补偿时所回收的液压油，释放的高压油驱动回油马达及与之同轴相连的发电机一起旋转，发电机发电，液压能被转换为电能进入动力耦合装置实现能量的回收利用。
本发明提供一种节能型绞车式主动升沉补偿***及方法，针对***体积过大、空间甲板利用率不高、资源耗费率较高及补偿控制效果不佳等问题，在己有研究的基础上进行了***设计，将泵控液压马达技术、能量回收技术与液压二次调节技术结合起来，再加上差动减速器对主起升与补偿运动的合成作用，形成了一种新型节能式绞车主动升沉补偿***。
附图说明
图1是本发明的节能型升沉补偿***示意图；
图2是本发明的节能型升沉补偿***及工作方法的流程图。
图中：1、油箱；2、过滤器；3、单向变量泵；4、溢流阀；5、换向阀；6、二次元件；7、蓄能器；8、比例阀；9、回油马达；10、控制器；11/14、发电机；12、超级电容；13、逆变器；15、电动机；16、动力耦合装置。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本原理，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种新型节能绞车式主动升沉补偿***，该***包括，油箱1、过滤器2、单向变量泵3、溢流阀4、换向阀5、二次元件6、蓄能器7、比例阀8、回油马达9、控制器10、发电机11/14、超级电容12、逆变器13、电动机15、动力耦合器16。
本发明的升沉补偿方法也可以提供与利用根据本发明的升沉补偿***所实现的相同或相似的优点及优选实施例。本发明提供了一种吸收负载下降运动势能存储在蓄能器和超级电容情况下的主动升沉补偿***，该方法包括:电动机、发电机、二次元件、蓄能器、超级电容、控制器及动力耦合装置，二次元件在负载下降和上升两种不同的补偿状态下切换对应的液压泵或液压马达两种工作状态用来转换液压能。
一种节能型绞车式主动升沉补偿***，当负载需要下降以补偿船舶对其运动状态所造成的影响时，控制器10输出信号，使换向阀5左位工作，二次元件6此时具有液压泵的工作特性，并减小单向变量泵3的排量使其只需满足***的泄漏。此时负载在其重力的作用下向下运动，成为***的动力来源，绞车将负载的直线运动转化为旋转运动驱动二次元件(泵)6转动，输出高压油，通过控制回油马达9的排量，发电机11的扭矩及比例阀8的开口大小，改变***背压，实现对二次元件6转速(即负载速度)的调节，并将负载的重力势能等量的转换为电能和液压能储存在超级电容12、蓄能器7中。
当负载需要上升以补偿船舶对其运动状态所造成的影响时，换向阀5工作在右位，二次元件6此时具有液压马达的工作特性，发动机15提供***所需的动力，单向变量泵3输出高压油，驱动二次元件6，提升负载。控制器10输出控制信号改变单向变量泵3的排量，从而控制二次元件6的转速，达到补偿目的。同时，蓄能器7释放上一次下降补偿时所回收的液压油，释放的高压油驱动回油马达9及与之同轴相连的发电机11一起旋转，发电机11发电，液压能被转换为电能进入动力耦合装置16实现能量的回收利用。
如图2所示，为本发明的节能型升沉补偿***及方法的工作流程图。具体的工作流程如下，当船***移发生变化后，控制器10接收检测信号并给出执行命令，通过检测信号确定负载需要下降补偿还是上升补偿。若负载需要下降以实现补偿，则将换向阀5置于左位，此时，二次元件6相当于具有液压泵的工作特性，负载在重力作用下实现下降以达到补偿目的，同时二次元件6输出高压油到蓄能器7和回油马达，并将液压能转换存储在蓄能器7中，负载下降速度由比例阀8的开口，回油马达9的排量共同控制。
进一步，控制器10通过检测信号确定负载需要上升以实现补偿时，换向阀5置于右位工作，此时二次元件6相当于液压马达，控制器10给单向变量泵3信号，输出高压油，驱动二次元件6将液压能转换为机械能用以提升负载。同时，负载下降时存储在蓄能器7中高压能释放，经回油马达后推动发电机工作，转换的电能进入动力耦合装置16等待电动机15的下一次调度，这样，就实现了***重力势能的回收利用，节约了大量的资源。

Claims (3)

1.一种节能型绞车式主动升沉补偿***，其特征在于：包括油箱、过滤器、单向变量泵、溢流阀、换向阀、二次元件、蓄能器、比例阀、回油马达、控制器、发电机、超级电容、逆变器、电动机、动力耦合装置；
所述的油箱用来提供液压油或接收回收的液压油；所述的过滤器用来过滤液压***油路中出现的各种杂质；所述的单向变量泵提供***升沉补偿时所需的液压动力；所述的溢流阀作为保护装置，用来防止油路外溢；所述的二次元件在上升补偿和下降补偿时，切换到相应的液压马达状态和液压泵状态，实现液压能和机械能的转换；所述的蓄能器在负载下降时，将其重力势能经换向阀、比例阀储存在内部的气体压力中，用作***的补偿动力；所述的比例阀在升沉补偿过程中控制液压油进出蓄能器的速度，进而反向控制二次元件的转速；所述的回油马达用以接收二次元件回流的液压油，并利用液压能驱动发电机工作；所述的控制器用于接收各种信号，预测下一阶段状态，并给出命令到执行机构实现***的升沉补偿；所述的超级电容用来存放电动机释放的电能，并在下一次负载补偿时释放电能用以补偿***能量；所述的逆变器实现发电机和超级电容间的直流、交流转换；所述的动力耦合装置用来实现升沉补偿***电能的综合调度。
2.一种节能型绞车式主动升沉补偿***的工作方法，其特征在于：当负载需要下降以补偿船舶上升对其运动状态所造成的影响时，控制器输出信号，使换向阀左位工作，此时二次元件具有液压泵的工作特性，并减小变量泵的排量使其只需满足***的泄漏；负载在其重力的作用下向下运动，成为***的动力来源，绞车将负载的直线运动转化为旋转运动驱动二次元件转动，输出高压油，通过控制回油马达的排量，发电机的扭矩及比例阀的开口大小，改变***背压，实现对二次元件转速的调节，同时负载的重力势能被等量的转换为电能和液压能储存在超级电容中、蓄能器中。
3.根据权利要求2所述一种节能型绞车式主动升沉补偿***的工作方法，其特征在于：，当负载需要上升以补偿船舶下降对其运动状态所造成的影响时，换向阀工作在右位，二次元件此时具有液压马达的工作特性，发动机提供***所需的动力，变量泵输出高压油，驱动二次元件，提升负载；控制器输出控制信号改变变量泵的排量，从而控制二次元件的转速，达到补偿目的；同时，蓄能器释放上一次下降补偿时所回收的液压油，释放的高压油驱动回油马达及与之同轴相连的发电机一起旋转，发电机发电，液压能被转换为电能进入动力耦合装置实现能量的回收利用。
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