[发明专利]一种节能型绞车式主动升沉补偿系统及方法

说明书

一种节能型绞车式主动升沉补偿系统及方法，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系统及其方法；该系统克服了传统的绞车式升沉补偿系统中，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系统中，并在负载上升补偿时释放电能以达到补偿效果。

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系统及方法。

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系统。目前主流的升沉补偿系统为液压式主动式升沉补偿系统，但是这是一个能源消耗非常高的系统，补偿精度有限，且由于溢流产生的热量会使系统温度升高，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系统，对于提高系统的性能、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系统及方法，在已有研究的基础上进行了系统设计，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系统及其方法；该系统克服了传统的绞车式升沉补偿系统中，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系统中，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系统，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系统油路中出现的各种杂质；所述的单向变量泵提供系统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，用作系统的补偿动力；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系统的升沉补偿；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系统能量；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系统电能的综合调度。

上述新型节能绞车式主动升沉补偿系统的工作方法，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系统的泄漏。此时负载在其重力的作用下向下运动，成为系统的动力来源，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，改变系统背压，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。