淺談液壓電梯之節(jié)能技術(shù)

次仁曲珍+石瑾+楊娜+尼瑪扎西+羅布次仁

摘 要：伴隨著世界能源形勢日趨緊張，節(jié)能環(huán)保型液壓電梯的研發(fā)勢在必行。雖然液壓電梯具有很多的優(yōu)勢，但由于液壓電梯的能耗過高，嚴重的影響了其市場占有率，因而國內(nèi)學者致力于研究如何降低液壓電梯的能耗，提出了液壓電梯具有配重結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)配重與空載轎廂自重重量差、轎廂材質(zhì)因素、配置蓄能器及液壓變壓器和變頻調(diào)速方式等方法。最后對液壓電梯節(jié)能技術(shù)進行了展望。

關(guān)鍵詞：液壓電梯；能耗；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0062-02

液壓電梯是依靠液壓驅(qū)動的電梯。液壓電梯是通過液壓動力源，把油壓入油缸使柱塞作直線運動，直接或通過鋼絲繩間接地使轎廂運動的電梯。液壓電梯由下列相對獨立但又相互聯(lián)系配合的系統(tǒng)組成：泵站系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)等。液壓電梯雖然具有運行平穩(wěn)、舒適、低噪音和井道利用率高等優(yōu)點，但能耗過大是影響其市場份額的主要因素，因而液壓電梯節(jié)能技術(shù)成為了當前最熱門的研究方向。

1 具有配重結(jié)構(gòu)的液壓電梯

20世紀90年代開始，配重結(jié)構(gòu)才被應(yīng)用到液壓電梯體系中，成為了液壓電梯的一種重要的節(jié)能方式。由于液壓電梯液壓缸分為活塞缸和柱塞缸兩種，因而出現(xiàn)了兩種節(jié)能方案：活塞缸帶配重和柱塞缸帶配重[1]。

1.1 活塞缸帶配重

德國液壓電梯供應(yīng)商LEISTRITZ公司率先在歐洲INTERLIFT 91電梯展上推出了其活塞缸帶配重的液壓電梯，該電梯是由工程師Karl Biburger設(shè)計制造的，并申請了專利。這種電梯在歐美具有較為廣泛的應(yīng)用市場，但在國內(nèi)則應(yīng)用很少。該結(jié)構(gòu)電梯要比普通2：1支撐方式或直頂式液壓電梯節(jié)能30%～70%。這種設(shè)計結(jié)構(gòu)能將液壓缸活塞桿的直徑做到很小，有效地解決了液壓缸柱塞壓桿的穩(wěn)定性問題，極大的降低了液壓泵站內(nèi)的流量，提高了液壓系統(tǒng)的壓力級別，使得系統(tǒng)的工作效率有較大的提升，同時降低了裝機功率，最終達到了降低液壓電梯能耗的目的。

1.2 柱塞缸帶配重

液壓電梯柱塞缸帶配重的設(shè)計要比活塞缸帶配重的設(shè)計晚很多，這種技術(shù)最早出現(xiàn)在日本，而在1999年由美國搶先注冊專利。由于柱塞缸相比活塞缸價格便宜很多，維護起來相對方便，其應(yīng)用也相對廣泛，因而柱塞缸帶配重的設(shè)計前景光明。

1.3 調(diào)節(jié)配重與空載轎廂自重重量差

調(diào)節(jié)液壓缸帶配重與空載轎廂自重的重量差也可以降低能耗。目前主要有兩種形式：其一是液壓缸配重小于空載轎廂自重；另外一種是液壓缸配重等于空載轎廂重量+1/2額載[2]。前一種設(shè)計雖然對于活塞缸或者是柱塞缸，都能夠匹配通用的控制系統(tǒng)，但會使得液壓系統(tǒng)壓力變化范圍增大，同時還需保證下行回路中的最小壓力值。后一種設(shè)計須改變原有的控制系統(tǒng)，雖然能夠極大的降低液壓電梯的能耗，但目前市場上還沒有相關(guān)產(chǎn)品。

1.4 轎廂材質(zhì)因素

通過使用輕合金，如鈦合金、鋁合金和鎂合金等來制造轎廂框架，來減小轎廂的自重，也能夠使得液壓電梯的能耗降低，且不需要更改液壓電梯的控制系統(tǒng)與井道結(jié)構(gòu)設(shè)計[3]。雖然這種方法雖然能夠減少能耗，但是輕合金的成本很高，況且在民用領(lǐng)域的應(yīng)用遠不及傳統(tǒng)材料不銹鋼。最近幾年，也有生產(chǎn)商開始探索用合成塑料、合成橡膠等材料替代不銹鋼。

2 配置蓄能器及液壓變壓器的液壓電梯

在液壓電梯液壓系統(tǒng)中采用蓄能器能夠極大的降低其能耗，美國及日本的相關(guān)專利：US4638888、US4761953、JA08165076和JA08217346等都是在液壓系統(tǒng)中采用了蓄能器，以實現(xiàn)節(jié)能的目的[4-5]。

我國在這方面做的較好的是浙江大學的林建杰，他提出了通過蓄能器進行回收和釋放能量的方案，使得蓄能器回路所提供的功率在轎廂滿載和空載所需的最大功率之間，有效的降低了能耗[6]。徐兵等人[7]通過MATLAB仿真工具對配置了蓄能器的變頻液壓電梯的上行和下行工況進行了模擬仿真，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合，與閥控系統(tǒng)和標準變頻系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果，系統(tǒng)效率高達57%。

劉賀等人[8]設(shè)計出了一種帶有液壓變壓器原理的液壓電梯，其核心技術(shù)是通過補油電動機帶動泵補油，用以補充損失的能量。這樣使得液壓電梯的裝機功率降低至7.5kW，比普通閥控或變頻驅(qū)動液壓電梯的裝機功率低12kW以上，比采用蓄能器作為能量回收單元的節(jié)能液壓電梯系統(tǒng)的裝機功率低2kW以上，進一步降低了能耗。

歐陽小平等人[9]將新型能量轉(zhuǎn)換元器件-液壓變壓器應(yīng)用于液壓電梯上，理論上實現(xiàn)了無節(jié)流損失地調(diào)節(jié)流量和壓力，降低了液壓電梯的裝機功率。

3 采用變頻調(diào)速方式

采用變頻調(diào)速同樣可以實現(xiàn)液壓電梯的節(jié)能。液壓電梯通常采用旁路節(jié)流調(diào)速的方式來控制轎廂速度，而最新的方式是采用變頻調(diào)速技術(shù)，其原理是通過變頻調(diào)速來實現(xiàn)液壓動力系統(tǒng)的容積調(diào)速，不但可以使液壓電梯獲得優(yōu)良的無極調(diào)速性能，而且能夠簡化液壓回路，減少液壓系統(tǒng)的能量損失[10]。該技術(shù)將液壓傳動控制和電氣控制良好的結(jié)合，使得液壓電梯在上升過程中的能耗比傳統(tǒng)采用閥控技術(shù)的液壓電梯低15%[11]。

胡東明[12]提出了一種新型液壓升降系統(tǒng)，其原理是將變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速、活塞拉缸和蓄能器作液壓配重技術(shù)結(jié)合起來，構(gòu)成變頻驅(qū)動的閉式回路液壓系統(tǒng)；采用此種技術(shù)，其裝機功率相對閥控系統(tǒng)和單獨變頻系統(tǒng)降低了約65%，相對附加蓄能器回路的變頻驅(qū)動系統(tǒng)則降低了32%，同時將系統(tǒng)總效率提升至70%。

瑞士Beringer公司研制成功了一種變頻和閥控技術(shù)相結(jié)合的液壓電梯控制系統(tǒng)，其核心裝置是高品質(zhì)的雙向動態(tài)流量傳感器。該傳感器能夠作為反饋元器件來實現(xiàn)閉環(huán)控制[13]。此技術(shù)雖然能夠降低能耗，但是其傳感器加工工藝復雜，導致成本較高。endprint

楊明松等人[14]設(shè)計出了一種采用開式油路的閥控-變頻節(jié)能液壓電梯系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)的液壓電梯在上行時采用容積調(diào)速，減少節(jié)流能量損失；下行時采用節(jié)流調(diào)速，減少系統(tǒng)額外的功率輸入，因而它與以往液壓電梯節(jié)能系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

節(jié)能與環(huán)保是當今世界各種技術(shù)發(fā)展的趨勢。液壓電梯雖然仍是電梯中的一個重要梯種，在整個電梯市場上，尤其是在歐美發(fā)達地區(qū)仍占有較高的市場份額，但在“綠色產(chǎn)品”日益盛行的今天，液壓電梯的“非綠色化”、以及能耗嚴重的缺點已經(jīng)成為制約其發(fā)展和應(yīng)用的主要因素。所以如何能更好的降低液壓電梯的能耗，實現(xiàn)液壓電梯的節(jié)能高效運行，并使液壓電梯成為一種綠色產(chǎn)品，是當前液壓電梯技術(shù)發(fā)展的重要方向。

當前，雖然具有配重結(jié)構(gòu)的、或者輕質(zhì)轎廂的、又或者配置蓄能器的液壓電梯技術(shù)具有優(yōu)勢，但是隨著高新技術(shù)的更新?lián)Q代，采用變頻驅(qū)動以及液壓變壓器實現(xiàn)節(jié)能的技術(shù)將更具優(yōu)勢，工程應(yīng)用前景將更為廣闊。

參考文獻

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[13]Beringer A G. The Frequency-controlled hydraulic drive[J]. Elevator World，1998，（2）：94-96.

[14]楊明松，涂婷婷，彭巍等.采用開式油路的閥控-變頻節(jié)能液壓電梯研究[J].液壓氣動與密封，2011，（6）：54-57.endprint