一种节能型绞车式主动升沉补偿系统及方法技术方案

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。

An energy-saving winch type active heave compensation system and method

The utility model relates to an energy-saving winch type active heave compensation system and method, which comprises an oil tank, a filter, a one-way variable pump, an overflow valve, a reversing valve, a secondary element, an accumulator, a proportion valve, an oil return motor, a controller, a generator, a super capacitor, an inverter, a motor and a power coupling device. A new energy-saving winch type active heave compensation system and its method are formed by combining the pump controlled hydraulic motor technology, energy recovery technology and hydraulic secondary regulation technology, plus the combined effect of differential reducer on the main lifting and compensation movement. The system overcomes the problem of high resource consumption in the traditional winch type heave compensation system and compensates the load drop The potential energy of gravity is transformed into usable electric energy by secondary components, generators and so on, which is stored in the system, and released when the load rises to compensate to achieve the compensation effect.

【技术实现步骤摘要】
一种节能型绞车式主动升沉补偿系统及方法
本专利技术属于海洋工程
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。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，发动机提供系统所需的动力，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。本专利技术提供一种节能型绞车式主动升沉补偿系统及方法，针对系统体积过大、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式绞车主动升沉补偿系统。附图说明图1是本专利技术的节能型升沉补偿系统示意图；图2是本专利技术的节能型升沉补偿系统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专利技术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专利技术的基本原理，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1所示，一种新型节能绞车式主动升沉补偿系统，该系统包括，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。本专利技术的升沉补偿方法也可以提供与利用根据本专利技术的升沉补偿系统所实现的相同或相似的优点及优选实施例。本专利技术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系统，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系统，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)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，改变系统背压，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提供系统所需的动力，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，为本专利技术的节能型升沉补偿系统及方法的工作流程图。具体的工作流程如下，当船体位移发生变化后，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，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种节能型绞车式主动升沉补偿系统，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。...

【技术特征摘要】
1.一种节能型绞车式主动升沉补偿系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清，卓翔，王显康，刘增运，黄新宇，
申请(专利权)人：天津大学青岛海洋技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37