CN101844722A - 一种无源势能低能耗电梯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源势能低能耗电梯，该无源势能低能耗电梯通过设置势能调节系统、能源回馈系统和无源耗能控速系统，利用现有的消防系统中的水用作电梯的能源，可保证在无源的情况下电梯仍可正常运行。该无源势能低能耗电梯可以克服现有技术中适用性窄、消防功能差(可靠性低、安全性差)与能耗高等缺陷，尤为重要的是，在停电的情况下可作为救援、疏散和节能之用。

Description

一种无源势能低能耗电梯

技术领域

本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种无源势能低能耗电梯。

背景技术

随着城市化建设进程的不断加快、以及人们生活水平的逐步提高，高层建筑和超高层建筑越来越多地耸立在世界各大城市中；与此同时，出现了与高层建筑和超高层建筑配套的垂直运输设备，电梯作为一种垂直运输设备，已然成为人们生活中不可或缺的交通运输工具，可以说，没有电梯就没有高层建筑。

在现有技术中，上述电梯一旦停电，就不能继续使用，易给居住在高层建筑与超高层建筑中的人们造成极大不便；尤其，当遇到火灾、恐怖袭击等人为停电时，如果不能快速疏散或救援，就会给人们的生命安全造成严重威胁。

另外，据统计，我国仅三星级以上的酒店，空调和电梯两项的耗电量占城市耗电量的三分之一，可见，电梯已然成为现代化建筑最大的用电设备之一。根据国家特种设备主管部门近期的统计和预测显示，我国在用电梯约91.7万台，每年新增电梯均在15％以上，2007年全国电梯耗电量约为262.9亿kW/h。若电梯单机节电约30％左右，全国仅新增电梯一项每年就可节电11.75亿kW/h以上，再加上对在用电梯实行节能审查和监管，对高耗能电梯实施节能技术改造(若全国在用电梯按91.7万台，每台平均节能按30％计算，则每台/年节约0.864万kW/h；在用电梯改造全国每年节约79.23亿kW/h；新旧梯加起来可节能90.98亿kW/h，如按每千瓦时0.60元，计全年可节约54.59亿元)，具有良好的社会效益和经济效益。电梯节能降耗的研究已引起社会各界的关注。可见，开展电梯的节能降耗工作已经是大势所趋，是一件利国利民的工作。

综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：(1)适用性窄：当电梯停电时，就不能继续使用，易给居住在高层建筑与超高层建筑中的人们造成极大不便，可靠性较低；(2)消防功能差：当电梯遇到火灾、恐怖袭击等人为停电时，如果不能快速疏散或救援，就会给人们的生命安全造成严重威胁，存在很大的不安全因素；(3)能耗高：电梯作为现代化建筑最大的用电设备之一，耗电量较大。(4)备用电源设备投入、维护费用高：《高层建筑防火规范》规定，高层建筑必须建有备用电源以满足电梯消防使用，一套备用发电机组少则几十万，多则上千万，平时还必须维护保养。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中所存在的上述不足，提出一种无源势能低能耗电梯，该电梯具有适用性广、消防功能强、能耗低的优点，尤为重要的是，在无源条件下该电梯仍可以正常运行，尤其适用于高层建筑中。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：提供一种无源势能低能耗电梯，包括控制系统、动力传动轴系和安全系统；其中：

所述控制系统由可编程控制器和与可编程控制器配合设置的若干控制单元组成；所述控制系统中至少包括检修控制单元、消防控制单元、制动单元、照明控制单元、运行控制单元、门禁控制单元、称重控制单元、内招控制单元和外招控制单元；

所述动力传动轴系包括曳引机、缆绳、对重、滑轮组、电磁抱阀和曳引轮，所述曳引机的输出轴与曳引轮的输入轴配合连接；所述缆绳缠绕在曳引轮上，缆绳的一端与轿厢连接、缆绳的另一端与对重连接；所述电磁抱阀设置在曳引机与曳引轮之间；所述滑轮组位于曳引轮与对重之间，缆绳缠绕在滑轮组上；

所述安全系统包括导轨、轿厢与保险装置；所述轿厢与导轨配合设置，保险装置设置在导轨上；

其特征在于：

所述电梯还包括有势能调节系统、能源回馈系统和无源耗能控速系统；其中：

所述无源耗能控速系统包括离合器、PG卡、PG编码器与无源耗能控速装置；所述无源耗能控速装置通过离合器与曳引机相连接；所述PG编码器连接在离合器与曳引机之间，PG卡连接在PG编码器与可编程控制器之间；

所述能源回馈系统包括蓄能装置和能量回馈装置；所述能量回馈装置的一端与曳引机相连接，另一端与蓄能装置相连接；所述蓄能装置的输出端与可编程控制器相连接；

所述势能调节系统包括高位水池、对重、水箱、低位水池；所述高位水池的侧壁顶部设有用于与消防管网相连接的消防管网连接管件，高位水池的底部设有用于与对重相连接的高位水池注水管；所述水箱设置在轿厢内，水箱的顶端设置有轿厢水箱进水阀，水箱的底端设置有轿厢水箱放水阀；所述对重为一对重水箱，对重的顶部设有一对重水箱注水阀撞铁，对重的底部设有一对重水箱放水阀；所述低位水池的顶部设有一低位水池放水阀撞铁，低位水池的底部设有一用于与提升装置连接的提升装置连接管件；

所述控制系统还包括有势能调节控制单元、无源耗能控速单元和能源回馈控制单元；所述无源耗能控速单元一端与可编程控制器相连接，另一端与电磁抱阀相连接；所述能源回馈控制单元一端与可编程控制器相连接，另一端与能量回馈装置相连接；所述势能调节控制单元一端与可编程控制器相连接，另一端分别与势能调节系统内各个部件的动作执行机构相连接；

所述曳引机采用永磁电动机。

按照本发明所提供的无源势能低能耗电梯，其特征在于：所述电梯还包括有一用于与低位水箱上的提升装置连接管件配合连接的提升装置；所述提升装置为循环水泵。

按照本发明所提供的无源势能低能耗电梯，其特征在于：所述高位水池注水管上还配合设置有一高位水池注水阀。

按照本发明所提供的无源势能低能耗电梯，其特征在于，在所述高位水池、对重、水箱和低位水池中装有铁丸、铅丸和砂砾中的一种或多种。

按照本发明所提供的无源势能低能耗电梯，其特征在于，所述无源耗能控速装置为电磁阻尼力装置、液压阻尼力装置、气压阻尼力装置、摩擦阻尼力装置和弹力阻尼力装置中的任意一种。

按照本发明所提供的无源势能低能耗电梯，其特征在于，所述离合器为电磁离合器或机械离合器。

按照本发明所提供的无源势能低能耗电梯，其特征在于，所述蓄能装置采用蓄电池和超级电容，蓄电池为铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、金属氧化物蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池和锂离子蓄电池中的任意一种。

综上所述，本发明所提供的无源势能低能耗电梯与传统电梯相比具有如下优点：

1、无源势能低能耗电梯以水调节电梯系统中对重与轿厢(含乘客)的重力差，电梯系统中对重与轿厢(含乘客)的重力差作为动力源，通过控制电梯系统中势能向动能的转化率，使电梯在无源时仍然能正常使用，既能保障高层建筑中人们的生命安全，还同时具有省电节能的功效；

2、该无源势能低能耗电梯，可以在有源时运行，也可以在无源时运行，具有显著的节能功效；

3、特别适合在停电的场合使用，具备救援、疏散和节能的特殊功能；从而可以克服现有技术中可靠性低、安全性差与能耗高的缺陷，以实现可靠性高、安全性好与能耗低的优点。

附图说明

图1为本发明所提供的无源势能低能耗电梯的工作原理框图。

其中，1、消防管网连接管件；2、高位水池；3、无源耗能控速装置；4、离合器；51、PG编码器；52、PG卡；6、曳引机；7、电磁抱阀；8、曳引轮；9、滑轮组；10、能量回馈装置；11、机房地面；12、能源回馈控制单元；13、势能调节控制单元；14、检修控制单元；15、消防控制单元；16、制动单元；17、照明控制单元；18、可编程控制器；19、无源耗能控速单元；20、运行控制单元；21、门禁控制单元；22、称重控制单元；23、内招控制单元；24、外招控制单元；25、蓄电池；26、轿厢；27、水箱；28、轿厢水箱放水阀；29、轿厢水箱进水阀；30、高位水池注水阀；31、缆绳；32、对重；33、对重水箱注水阀撞铁；34、对重水箱放水阀；35、低位水池；36、低位水池放水阀撞铁；37、提升装置连接管件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

如图1所示，该无源势能低能耗电梯包括控制系统、动力传动轴系和安全系统；其中：所述控制系统由可编程控制器18和与可编程控制器18配合设置的若干控制单元组成；所述控制系统中至少包括检修控制单元14、消防控制单元15、制动单元16、照明控制单元17、运行控制单元20、门禁控制单元21、称重控制单元22、内招控制单元23和外招控制单元24；所述动力传动轴系包括曳引机6、缆绳31、对重32、滑轮组9、电磁抱阀7和曳引轮8，所述曳引机6的输出轴与曳引轮8的输入轴配合连接；所述缆绳31缠绕在曳引轮8上，缆绳31的一端与轿厢26连接、缆绳31的另一端与对重32连接；所述电磁抱阀7设置在曳引机6与曳引轮8之间；所述滑轮组9位于曳引轮8与对重32之间，缆绳31缠绕在滑轮组9上；所述安全系统包括导轨、轿厢26与保险装置；所述轿厢26与导轨配合设置，保险装置设置在导轨上；其特征在于：

所述电梯还包括有势能调节系统、能源回馈系统和无源耗能控速系统；所述无源耗能控速系统包括离合器4、PG卡52、PG编码器51与无源耗能控速装置3；所述无源耗能控速装置3通过离合器4与曳引机6相连接；所述PG编码器51连接在离合器4与曳引机6之间，PG卡52连接在PG编码器51与可编程控制器18之间；所述能源回馈系统包括蓄能装置和能量回馈装置10；所述能量回馈装置10的一端与曳引机6相连接，另一端与蓄能装置相连接；所述蓄能装置的输出端与可编程控制器18相连接；

所述势能调节系统包括高位水池2、对重32、水箱27、低位水池35；所述高位水池2的侧壁顶部设有用于与消防管网相连接的消防管网连接管件1，高位水池2的底部设有用于与对重32相连接的高位水池注水管；所述水箱27设置在轿厢内，水箱27的顶端设置有轿厢水箱进水阀29，水箱27的底端设置有轿厢水箱放水阀28；所述对重32为一对重水箱，对重32的顶部设有一对重水箱注水阀撞铁33，对重32的底部设有一对重水箱放水阀34；所述低位水池35的顶部设有一低位水池放水阀撞铁36，低位水池35的底部设有一用于与提升装置连接的提升装置连接管件37；所述控制系统还包括有势能调节控制单元13、无源耗能控速单元19和能源回馈控制单元12；所述无源耗能控速单元19一端与可编程控制器18相连接，另一端与电磁抱阀7相连接；所述能源回馈控制单元12一端与可编程控制器18相连接，另一端与能量回馈装置10相连接；所述势能调节控制单元13一端与可编程控制器相连接，另一端分别与势能调节系统内各个部件的动作执行机构相连接；所述曳引机6采用永磁电动机。

所述电梯还包括有一用于与低位水箱35上的提升装置连接管件37配合连接的提升装置；所述提升装置为循环水泵。所述高位水池注水管上还配合设置有一高位水池注水阀30。在所述高位水池2、对重32、水箱27和低位水池35中装有铁丸、铅丸和砂砾中的一种或多种。所述无源耗能控速装置3为电磁阻尼力装置、液压阻尼力装置、气压阻尼力装置、摩擦阻尼力装置和弹力阻尼力装置中的任意一种。所述离合器4为电磁离合器或机械离合器。所述蓄能装置采用蓄电池25和超级电容，蓄电池25为铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、金属氧化物蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池和锂离子蓄电池中的任意一种。

其中，可编程逻辑控制器的简称为PLC，脉冲发生器卡简称PG卡。

该无源势能低能耗电梯的工作能源，有源时由市电提供能量，无源时由蓄能装置提供能量；蓄能装置与市电和曳引机并联，有源时由市电充电，无源时吸收曳引机发出的电能并向控制系统、可编程控制器和PG编码器提供能源；另外，蓄能装置还可以由超级电容和蓄电池构成。

上述高位水池的水由消防管网或循环水泵注入；高位水池、对重和水箱都装有电磁阀，可编程控制器可通过势能调节控制单元来控制动作执行机构实现对水的流动的控制。

有源时，曳引机带动轿厢运行；无源时，下降的对重或轿厢通过曳引轮带动该曳引机的转子转动，通过控制该曳引机的磁通量或者感应线圈的匝数或者感应线圈外接回路中耗电负载功率的大小等方式控制转子的转速，从而控制无源时轿厢下降或上升的速度。

另外，在图1中，机房地面标记为11。

本实施例的无源势能低能耗电梯，将重物具有的势能作为电梯运行的另一种动力源，使电梯在无源时仍能正常运行；具体地，以水调节电梯系统中对重与轿厢(含乘客)的重力差，电梯系统中对重与轿厢(含乘客)的重力差作为动力源，通过控制电梯系统中势能向动能的转化率，使电梯在无源时仍然能正常使用。可见，上述无源势能低能耗电梯既能保障高层建筑中人们的生命安全，还同时具有省电节能的功效；可以在有源时运行，亦可以在无源时运行，具有节能的显著功效；特别适合在停电的场合使用，具备救援、疏散和节能的特殊功能；具体地，该无源势能低能耗电梯具有以下特点：

1、以势能作为电梯系统运动的另一动力源；

2、以高层建筑内的消防水源作为介质，建立电梯的势能调节系统；势能调节系统由与消防管网相连的高位水池和对重及轿厢内的水箱构成，水池和水箱上都装有电磁阀，控制水的流动；通过向水箱中注水或是放掉水箱中的水，调整对重与轿厢的重量差，对重下降或上升，从而带动轿厢上升或下降，实现电梯在无源下运动；同时，有源时通过控制对重与轿厢的重量差，使电梯在负荷最小的状态下工作，可达到节能的目的；

3、无源时，以耗能控速装置控制电梯的运动速度；若以永磁曳引机作为耗能控速装置，系统利用电机的发电制动原理，通过控制曳引机的磁场强度或者线圈匝数或者感应线圈的闭合回路中接入的耗电负载功率的大小，可以控制无源时电梯的下降速度；

4、无源时，用并联的超级电容和蓄电池为控制系统的检测系统和控制元器件提供能量；

5、使用超级电容作为能量储存装置，吸收能量块，能量转化效率高。永磁曳引机发出的电不断的被超级电容吸收。蓄电池平时由市电充电，无源时可被超级电容充电；若并联的超级电容和蓄电池的电量较多，可向循环水泵供电，向高位水池抽水，实现能量的循环；

6、高水位水池可由消防管网或者循环水泵注水蓄能；只要建筑物高位水池(塔)满足水的供应，电梯一直可以正常运行，直至大功率蓄电池的电能耗尽，无法打开抱闸为止。

综上所述，本发明的无源势能低能耗电梯具有以下有益效果：

1、有电时，电梯正常运行；

2、断电时，电梯首先按正常功能就近平层开门，让轿厢内的乘员出去，然后电梯轿厢返回楼顶基站。由于对重的质量始终大于空载轿厢的质量，打开抱闸，轿厢自然会作上行行程运动，直至到达顶层，其运动速度可以用无源耗能控速装置来控制；此时，电梯的轿厢在最上层，对重在基坑内；

3、当电梯接到下行指令，称重系统会比较对重侧和轿厢侧的张力大小，当轿厢侧的张力小于对重侧的张力时，轿厢无法作下降运动，对重侧的水箱阀门在势能调节系统控制下会自动打开放水或高位水池向轿厢加水；若势能调节电控系统控制失效，则用对重放水阀撞铁打开放水阀放水或轿厢撞铁打开注水阀加水；当到轿厢侧的质量所产生的张力大于对重侧的张力时，轿厢会开始作下行行程的运动，当运动位移产生后，对重水箱的放水阀门或高位水池的注水阀就自动关闭。轿厢的运动速度，由无源耗能控速装置控制；

4、当轿厢到达最底层时，对重则到达最高层。此时，若有上行指令的输入，则高位水池|(塔)的放水阀门就打开向对重的水箱内加水；当对重的质量所产生的张力大于轿厢侧的张力时，轿厢会开始作上行行程的运动，当运动位移产生后，高位水池(塔)的放水阀门就自动关闭(也可以采用机械作用撞开注水阀门向对重水箱内加水)；这时的运动速度，用无源耗能控速装置来加以控制；

5、当电梯进入“消防应急返回”状态，轿厢到达楼底的基站；若有上行指令，称重系统会比较对重侧和轿厢测的张力大小，当轿厢侧的张力大于对重侧的张力时，高位水池会向对重水箱注水，直到对重侧的张力大于轿厢侧的张力，此时，曳引机抱闸打开，轿厢作上行行程运动，其运动速度用无源耗能控速装置来控制；

6、高位水池的水由建筑的消防管道或循环水泵注入，储水量会随着水位的变化而自动调节。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无源势能低能耗电梯，包括控制系统、动力传动轴系和安全系统；其中：

所述控制系统由可编程控制器(18)和与可编程控制器(18)配合设置的若干控制单元组成；所述控制系统中至少包括检修控制单元(14)、消防控制单元(15)、制动单元(16)、照明控制单元(17)、运行控制单元(20)、门禁控制单元(21)、称重控制单元(22)、内招控制单元(23)和外招控制单元(24)；

所述动力传动轴系包括曳引机(6)、缆绳(31)、对重(32)、滑轮组(9)、电磁抱阀(7)和曳引轮(8)，所述曳引机(6)的输出轴与曳引轮(8)的输入轴配合连接；所述缆绳(31)缠绕在曳引轮(8)上，缆绳(31)的一端与轿厢(26)连接、缆绳(31)的另一端与对重(32)连接；所述电磁抱阀(7)设置在曳引机(6)与曳引轮(8)之间；所述滑轮组(9)位于曳引轮(8)与对重(32)之间，缆绳(31)缠绕在滑轮组(9)上；

所述安全系统包括导轨、轿厢(26)与保险装置；所述轿厢(26)与导轨配合设置，保险装置设置在导轨上；

其特征在于：

所述电梯还包括有势能调节系统、能源回馈系统和无源耗能控速系统；其中：

所述无源耗能控速系统包括离合器(4)、PG卡(52)、PG编码器(51)与无源耗能控速装置(3)；所述无源耗能控速装置(3)通过离合器(4)与曳引机(6)相连接；所述PG编码器(51)连接在离合器(4)与曳引机(6)之间，PG卡(52)连接在PG编码器(51)与可编程控制器(18)之间；

所述能源回馈系统包括蓄能装置和能量回馈装置(10)；所述能量回馈装置(10)的一端与曳引机(6)相连接，另一端与蓄能装置相连接；所述蓄能装置的输出端与可编程控制器(18)相连接；

所述势能调节系统包括高位水池(2)、对重(32)、水箱(27)、低位水池(35)；所述高位水池(2)的侧壁顶部设有用于与消防管网相连接的消防管网连接管件(1)，高位水池(2)的底部设有用于与对重(32)相连接的高位水池注水管；所述水箱(27)设置在轿厢内，水箱(27)的顶端设置有轿厢水箱进水阀(29)，水箱(27)的底端设置有轿厢水箱放水阀(28)；所述对重(32)为一对重水箱，对重(32)的顶部设有一对重水箱注水阀撞铁(33)，对重(32)的底部设有一对重水箱放水阀(34)；所述低位水池(35)的顶部设有一低位水池放水阀撞铁(36)，低位水池(35)的底部设有一用于与提升装置连接的提升装置连接管件(37)；

所述控制系统还包括有势能调节控制单元(13)、无源耗能控速单元(19)和能源回馈控制单元(12)；所述无源耗能控速单元(19)一端与可编程控制器(18)相连接，另一端与电磁抱阀(7)相连接；所述能源回馈控制单元(12)一端与可编程控制器(18)相连接，另一端与能量回馈装置(10)相连接；所述势能调节控制单元(13)一端与可编程控制器相连接，另一端分别与势能调节系统内各个部件的动作执行机构相连接；

所述曳引机(6)采用永磁电动机。

2.根据权利要求1所述的无源势能低能耗电梯，其特征在于：所述电梯还包括有一用于与低位水箱(35)上的提升装置连接管件(37)配合连接的提升装置；所述提升装置为循环水泵。

3.根据权利要求1所述的无源势能低能耗电梯，其特征在于：所述高位水池注水管上还配合设置有一高位水池注水阀(30)。

4.根据权利要求1所述的无源势能低能耗电梯，其特征在于，在所述高位水池(2)、对重(32)水箱(27)、轿厢(26)水箱(27)和低位水池(35)中装有水、铁丸、铅丸和砂砾中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的无源势能低能耗电梯，其特征在于，所述无源耗能控速装置(3)为电磁阻尼力装置、液压阻尼力装置、气压阻尼力装置、摩擦阻尼力装置和弹力阻尼力装置中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的无源势能低能耗电梯，其特征在于，所述离合器(4)为电磁离合器或机械离合器。

7.根据权利要求1所述的无源势能低能耗电梯，其特征在于，所述蓄能装置采用蓄电池(25)和超级电容，蓄电池(25)为铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、金属氧化物蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池和锂离子蓄电池中的任意一种。