CN105545880A - 一种液压系统冷却回路 - Google Patents

Abstract

一种液压系统冷却回路，适用于大型液压系统，用于改善冷却能效，它包括液压系统、冷却器、冷却控制装置、油箱，其特征是：液压系统连接用于液压系统油液热能回收再利用的热回收装置。本发明可降低冷却系统冷却功率，降低纯耗能的液压系统冷却回路成本，并降低该系统在系统温度较低时的空运行能耗。同时将回收发电能量用于液压冷却系统驱动，多余部分也可以用于设备上任何其它部分。进一步降低整机的能耗，提高能效。

Description

一种液压系统冷却回路

技术领域

本发明涉及一种液压系统冷却回路，特别是一种使用于大型液压系统，用于改善其冷却能效的冷却回路。

背景技术

液压系统上，由于液压系统各种控制阀的节流损失，产生大量的热量，使液压油温度不断升高，引起液压油变质，液压系统工作效率下降。

为此，液压系统通常都配备有冷却器用来降低温度，但是冷却器工作需要有专门的冷却系统，需要消耗额外的能量，使系统整体能效降低。特别是对于大型液压系统，系统流量大，节流引起的能量损失更大，由此引起的系统发热会更严重，所以大型液压系统通常都需要独立的大功率冷却系统来满足系统温度控制要求，使系统整体能效进一步降低。

而移动式设备，如挖掘机、旋挖钻等，由于空间限制，通常采用发动机直接驱动的风扇和冷却器对液压油进行冷却，冷却效果差，所以移动式设备的液压系统工作温度通常达到80摄氏度以上，工作温度恶劣。

为了解决这一问题，中国专利（CN102562248A）中公开了一种方法，采用定量泵带动液压马达驱动风扇，并通过比例阀调节液压马达的转速，使其送风量满足系统变化的冷却需求，但是该方法采用的比例阀本身又有较强的节流，使该方法能效不显著。中国专利（CN102362053A）中公开了一种方法，采用变量泵直接带动液压马达驱动风扇，该方法采用的泵控回路，只有一个换向阀用于风扇旋转方向的改变，也可以完全不用阀，使冷却系统自身的节流损失降低到最低，但是该方法依然需要通过外部功能实现冷却。综合以上，现有的液压系统冷却方法节能性差。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提出能效高的一种液压系统冷却回路，该冷却回路通过增加一套低温热源发电装置，对液压系统中的热量加以利用，该冷却回路可以使用在产生热量大、需要大功率冷却设备的大型液压系统，特别是热平衡温度较高的移动式设备液压系统，以及节流损失大、产生热量较多的伺服控制大型液压系统上。

一种液压系统冷却回路，它是在现有液压系统冷却回路的基础上，添加一套热回收装置，由于热回收装置本身具有降温作用，同时其发出的电能可供原冷却回路使用，所以可以降低冷却系统功率并降低整体能耗，具有非常重要的实用价值。

一种液压系统冷却回路，包括有：液压系统，冷却器，冷却控制装置，油箱，热能回收再利用的热回收装置。

所述热回收装置包括有：换热器，工质泵，工质滤清器，工质储存器，冷凝器，冷凝器控制装置，发电机，膨胀机，热回收控制器，储电装置。

所述液压系统通过吸油口S口从油箱中吸取液压油，工作完成后液压油从回油口T进入热回收装置的A口，热回收装置热交换后的液压油从B口进入冷却器进行进一步冷却，最后回到油箱，完成循环。液压系统通过输入端口in1进行控制，冷却器的工作通过冷却控制装置进行，热回收装置回收热能产生的能量通过E口输入到冷却控制装置，补充冷却耗能。

所述换热器热端的入口连接在A口，热端出口连接在B口，换热器冷端的入口连接在工质泵的出口，换热器冷端的出口连接在膨胀机的工质入口，膨胀机的工质出口连接在冷凝器的入口，冷凝器的出口连接在工质储存器的回料口，工质储存器的出料口连接在工质滤清器入口，工质滤清器的出口连接在工质泵入口。膨胀机的主轴连接在发电机上，发出电通过热回收控制器整流，并通过输出口E输出到冷却控制装置、冷凝器控制装置上，多余电能部分通过储电装置储存，不足电能部分通过in1口连接外部电源补充。

本发明所描述的一种液压系统冷却回路，冷却器的连接方式可以是开式液压系统回油路连接方式，还可以是开式液压系统旁通油路连接方式和闭式液压系统旁通油路连接方式。

所述开式液压系统旁通油路连接方式，包括冷却泵，冷却器和冷却泵组成一个独立的开式回路，作为液压系统的旁通油路进行冷却；即液压系统通过吸油口S口从油箱中吸取液压油，工作完成后液压油从回油口T回到油箱，冷却泵吸油口连接在油箱上，出油口连接在冷却器上，冷却后的油再回到油箱。

所述闭式液压系统旁通油路连接方式，通过吸油口S和冲洗口T只交换很少的油液，主要冷却油液通过A1口连接在冷却泵17上，泵出的油液进入热回收装置15的A口，换热后通过B口进入冷却器13，冷却器13的出口连接在液压系统的B1口上。

本发明所描述的热回收装置15，膨胀机9的类型，可以是涡旋式、螺杆式、叶片式或其它能够实现同等功能的膨胀机；工质泵3的类型，可以是离心式、柱塞式、叶片式或其它能够实现同等功能的工质泵。冷凝器6和热交换器2的类型，可以是管式、翅片式、或其它能够实现同等功能的冷凝器。冷凝器6的冷却形式，可以是气冷式、水冷式或其它能构实现同等功能的冷却形式。

本发明的热回收系统，采用有机朗肯循环方式，对低温热源的热量进行吸收利用。

本发明所描述的一种液压系统冷却回路与现有技术相比所具有的优点如下：

（1）可降低冷却系统冷却功率，降低纯耗能的液压系统冷却回路成本，并降低该系统在系统温度较低时的空运行能耗。

（2）可回收液压油热能，并将回收发电能量用于液压冷却系统驱动，多余部分也可以用于设备上任何其它部分。进一步降低整机的能耗，提高能效。

（3）可在同等能耗下降低液压油的热平衡温度，提高液压油的工作寿命，对于热平衡温度较高的移动式设备具有重要意义。

附图说明

图1所示是本发明实施例1（采用冷却器开式液压系统回油路连接方式）的原理图。

图2所示是本发明中的热回收装置的结构图。

图3所示是本发明实施例2（即采用冷却器开式液压系统旁通油路连接方式）的原理图。

图4所示是本发明实施例3（即采用冷却器闭式液压系统旁通油路连接方式）的原理图。

图中，1-液压系统、冷却回路及冷却控制装置，2-换热器，3-工质泵，4-工质滤清器，5-工质储存器，6-冷凝器，7-冷凝器控制装置，8-发电机，9-膨胀机，10-热回收控制器，11-储电装置，12-冷却器控制装置，13-冷却器，14-油箱，15-热回收装置，16-液压系统，17-冷却泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1：如图1和图2所示，一种液压系统冷却回路，包括有：液压系统16，冷却器13，冷却控制装置12，油箱14，热回收装置15。热回收装置15安装在液压系统16的回油油路上。热回收装置15包括有：换热器2，工质泵3，工质滤清器4，工质储存器5，冷凝器6，冷凝器控制装置7，发电机8，膨胀机9，热回收控制器10，储电装置11。

热回收控制器10采用西门子SIMATICS7-300通用控制器，热回收控制器通过油箱液压油温度判断效率。液压系统启动时，在油箱液压油温度低于80摄氏度时，发电效率不高，暂时停止工质泵运行，减少系统自身功耗，在油箱液压油温度升高超过80摄氏度时，启动工质泵；在液压系统运行过程中，如果油箱液压油温度低于50摄氏度，则工质泵停止工作，超过50摄氏度时，工质泵启动；在液压系统停止时，以油箱温度低于50摄氏度为判断标准停止工质泵运转。

工作液压油首先通过S口进入液压系统16，做功后液压油温度升高，做功后的液压油通过T口离开液压系统，通过A口进入热回收装置15，在热回收装置内，油液通过A口进入换热器2，在热交换器内同热回收系统的工质进行热交换，热交换后液压油首先受到一次冷却，温度降低一部分，一次冷却后的液压油通过B口进入冷却器13，进行二次冷却，二次冷却后液压油温度达到系统热平衡要求温度，回到油箱14，完成一次循环。

换热器2热端的入口通过A口，热端出口通过B口，与液压系统、冷却系统及冷却控制装置1连接。换热器冷端的入口连接在工质泵3的出口，换热器2冷端的出口连接在膨胀机9的工质入口，膨胀机9的工质出口连接在冷凝器6的入口，冷凝器6的出口连接在工质储存器5的回料口，工质储存器5的出料口连接在工质滤清器4入口，工质滤清器4的出口连接在工质泵3入口。膨胀机9的主轴连接在发电机8上，发出电通过热回收控制器10整流，并通过输出口E输出到冷却控制装置12、冷凝器控制装置7上，多余电能部分通过储电装置11储存，不足电能部分通过in1口连接外部电源补充。

另一方面，在热回收回路中，工质的工作需要有最低的限制温度，否则工质在换热器内无法吸收足够热量汽化，因此在液压系统温度较低的启动阶段热回收系统不工作，冷却器也不工作，以降低整体能耗。

在温度达到热回收系统要求后，热回收系统开式工作，工质泵3启动，将工质储存器5中的工质通过工质滤清器4过滤后加压泵入换热器2，工质在换热器内流动的过程中吸收液压系统热量并汽化，汽化后的工质进入膨胀机9做功，推动膨胀机转动并带动发电机8旋转发电，发出的电能流入热回收控制器10，并将其供给冷却系统驱动冷却风扇或冷却水泵运转。当发出的电有富裕时，将多余部分存储在储电装置11中，当液压系统温度进一步升高，要求冷却功率增加时，热回收发电量不够冷却系统使用，则冷却控制装置12通过in2口从外部输入能量驱动冷却系统工作。整体而言，液压系统冷却所消耗的功率可以得到有效降低。

实施例2：图2、图3所示，本发明所描述的一种液压系统冷却回路，冷却器13的连接方式可以是如图3所示开式液压系统旁通油路连接，该方式还包括有冷却泵17。其中，液压系统16通过吸油口S口从油箱14中吸取液压油，工作完成后液压油从回油口T回到油箱14，冷却泵17吸油口连接在油箱14上，出油口连接在冷却器13上，冷却后的油再回到油箱14，冷却器和冷却泵组成一个独立的开式回路，作为液压系统的旁通油路进行冷却。

实施例3：如图4所示，本实施例中冷却器13的连接方式采用闭式液压系统旁通油路连接，通过吸油口S和冲洗口T只交换很少的油液，主要冷却油液通过A1口连接在冷却泵17上，泵出的油液进入热回收装置15的A口，换热后通过B口进入冷却器13，冷却器13的出口连接在液压系统的B1口上。

本发明所述的一种液压系统冷却回路在其它连接方式时的工作方式与上述实施例类似，此处不再赘述。

上述仅本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液压系统冷却回路，包括液压系统（16）、冷却器（13）、冷却控制装置（12）、油箱（14），其特征是：液压系统（16）连接用于液压系统油液热能回收再利用的热回收装置（15）；所述热回收装置15包括有：换热器2，工质泵3，工质滤清器4，工质储存器5，冷凝器6，冷凝器控制装置7，发电机8，膨胀机9，热回收控制器10，储电装置11；

液压系统做功后的高温液压油通过T口连接在热回收装置的A口上，通过A口进入换热器热端的入口，高温油液经过换热器换热，温度降低并从换热器热端的出口流出，流出的液压油通过热回收装置的B口流出热回收装置；液压油流出热回收装置后经过冷却器的进一步降温，回到油箱；在热回收装置中，换热器冷端的入口连接在工质泵的出口，换热器冷端的出口连接在膨胀机的工质入口，膨胀机的工质出口连接在冷凝器的入口，冷凝器的出口连接在工质储存器的回料口，工质储存器的出料口连接在工质滤清器入口，工质滤清器的出口连接在工质泵入口，膨胀机的主轴连接在发电机上，发出电通过热回收控制器整流，并通过输出口输出到冷却控制装置、冷凝器控制装置上，多余电能部分通过储电装置储存，不足电能部分通过in1口连接外部电源补充。

2.根据权利要求2所描述的一种液压系统冷却回路，其特征是：所述膨胀机包括涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、叶片式膨胀机。

3.根据权利要求2所描述的一种液压系统冷却回路，其特征是所述工质泵包括离心式泵、柱塞式泵、叶片式泵。

4.根据权利要求2所描述的一种液压系统冷却回路，其特征是所述冷凝器包括管式冷凝器、翅片式冷凝器；所述热交换器包括管式热交换器、翅片式热交换器。

5.根据权利要求2或5所描述的一种液压系统冷却回路，其特征是所述冷凝器的冷却形式包括气冷式冷却形式、水冷式冷却形式。

6.根据权利要求1所描述的一种液压系统冷却回路，其特征是：所述冷却器（13）的连接方式包括下述任一方式：

（1）开式液压系统回油路连接方式；

（2）开式液压系统旁通油路连接方式；

（3）闭式液压系统旁通油路连接方式。

7.根据权利要求6所描述的一种液压系统冷却回路，其特征是：所述开式液压系统旁通油路连接方式是液压系统16通过吸油口S口从油箱14中吸取液压油，工作完成后液压油从回油口T回到油箱14，冷却泵17吸油口连接在油箱14上，出油口连接在冷却器13上，冷却后的油再回到油箱14，冷却器和冷却泵组成一个独立的开式回路，作为液压系统的旁通油路进行冷却。

8.根据权利要求6所描述的一种液压系统冷却回路，其特征是所述闭式液压系统旁通油路连接方式是：液压系统16为闭式回路，系统通过冲洗口T口排出少量泄漏油液，并通过吸油口S补充损失油液，泄漏油液只有系统流量的10%；其余90%的油液通过A1口连接在冷却泵17上，泵出的油液进入热回收装置15的A口，换热后通过B口进入冷却器13，冷却器13的出口连接在液压系统的B1口上。

9.根据权利要求6所述一种液压系统冷却回路，其特征是：所述开式液压系统回油路连接方式是液压系统（16）通过吸油口S口从油箱（14）中吸取液压油，工作完成后液压油从回油口T进入热回收装置（15）的A口，热回收装置热交换后的液压油从B口进入冷却器（13）进行进一步冷却，最后回到油箱，完成循环；液压系统（16）通过输入端口in1进行控制，冷却器的工作通过冷却控制装置（12）进行，热回收装置（15）回收热能产生的能量通过E口输入到冷却控制装置，补充冷却耗能。