CN111828408B - 级联液压马达高压发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种级联液压马达高压发电系统，属于液压设备。包括：高压油源、低压油源、以及设置在所述高压油源和所述低压油源之间的多级子系统；每一级子系统均设有液压马达发电子系统、溢流阀、开关阀和蓄能器，所述溢流阀和开关阀并联，所述开关阀设置在所述液压马达发电子系统的进口处，所述蓄能器设置在所述液压马达的出口处。通过上一级子系统的溢流阀和蓄能器连接下一级子系统的溢流阀，利用多个溢流阀串联的分压作用，将高压油源输出的超过压力分成多个压力等级，每个压力等级下皆工作有一级液压马达发电子系统，各级液压马达发电子系统级联工作，提高液压能的利用率并提高发电效率。

Description

级联液压马达高压发电系统
技术领域
本发明涉及液压设备技术领域，具体地说，涉及一种级联液压马达高压发电系统。
背景技术
在现有液压马达发电系统中，通常采用一个液压马达带动一个发电机发电。
液压马达处于常压环境中，液压马达入口连接高压油源，出口连接低压油源，通过入口与出口的压力差工作。此时，液压马达入口压力为高压油源压力与马达所处环境压力(常压)之差；液压马达出口压力为低压油源压力与马达所处环境压力(常压)之差。液压马达的最大工作压力指的是入口压力和出口压力之差，为了保证液压马达正常工作，入口压力也不能超过最大工作压力。常规的液压马达产品，最大工作压力为35MPa，因此工作在常压环境下的现有液压马达发电产品只能实现高压油源压力小于35MPa的发电。
如公布号为CN109763933A的专利申请文献公开的一种液压马达发电系统，公布号为CN101839208A的专利申请文献公开的一种液压马达驱动发电机装置，还有公布号为CN105201738A的专利申请文献公开的一种液压马达发电装置。
上述现有技术中的产品存在以下问题：
1、无法多个液压马达同时工作在相同的液压条件下；
2、无法保证负载变化时的稳定输出；
3、最大工作压力过低，无法工作在超高压环境，无法实现超高压流体发电；
4、一次性发电，高压油利用率低，无法实现多级高压发电；
5、发电效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种级联液压马达高压发电系统，可使常规液压马达工作在超高压环境中，能够运用在超高压流体发电领域。
为了实现上述目的，本发明提供的级联液压马达高压发电系统包括：高压油源、低压油源、以及设置在所述高压油源和所述低压油源之间的多级子系统；
每一级子系统均设有液压马达发电子系统、溢流阀、开关阀和蓄能器，所述溢流阀和开关阀并联，所述开关阀设置在所述液压马达发电子系统的进口处，所述蓄能器设置在所述液压马达的出口处；
所述高压油源连接第一级子系统的溢流阀和开关阀；所述低压油源连接最后一级子系统的溢流阀的出口、蓄能器、以及液压马达发电子系统的出口；
上一级子系统的溢流阀和蓄能器连接下一级子系统的溢流阀，上一级子系统的液压马达发电子系统的出口连接下一级子系统的液压马达发电子系统的开关阀。
上述技术方案中，各级溢流阀的开启压力可以设置为相同也可设置为不同。各级蓄能器的的预设压力设为所期望的各级开关阀入口处的压力。当高压油源所提供的液压油压力不足或者某一级的发电系统出现故障时，蓄能器能很好的补足下一级液压泵所需的压力，可以减缓液压冲击和空穴现象，以及防震减噪的功能。通过上一级子系统的溢流阀和蓄能器连接下一级子系统的溢流阀，利用多个溢流阀串联的分压作用，将高压油源输出的超过压力分成多个压力等级，每个压力等级下皆工作有一级液压马达发电子系统，各级液压马达发电子系统级联工作，提高液压能的利用率并提高发电效率。
可选地，在一个实施例中，所述的液压马达发电子系统包括浸没在高压油中的液压马达，所述液压马达的输出端通过连接机构连接发电机，所述发电机连接至负载。
将液压马达浸没在压力油中，提高其所处的环境压力，进而提高其入口压力以适应超高压力。
可选地，在一个实施例中，所述的液压马达发电子系统设有用于盛装所述高压油的壳体，所述壳体设有壳体出油口，即本级液压马达发电子系统的出口。
可选地，在一个实施例中，所述的液压马达设有马达进油口和马达出油口，所述马达进油口即液压马达发电子系统的进口，所述马达出油口与所述高压油连通。
可选地，在一个实施例中，起始阶段，各级开关阀处于关闭状态，打开所述的高压油源，液压油依次流过各级溢流阀；当系统稳定时，各级开关阀入口处压力和所述马达出油口处压力差与各级溢流阀所设置的开启压力相同。
可选地，在一个实施例中，所述的发电机浸没在所述壳体的高压油中，所述的负载位于所述壳体外，并通过导线水密连接至所述发电机。
可选地，在一个实施例中，所述的连接机构为联轴器或法兰。
可选地，在一个实施例中，所述的发电机位于所述的壳体外，所述的连接机构为非接触式的磁耦合方式。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本发明通过提高液压马达所处环境压力和溢流阀串联两种方式，可实现常规液压元件在超高压油源下的高效发电。解决可常规液压马达工作在超高压环境下的问题；解决可超高压力等级分化问题；解决了液压马达多级高压发电问题；并解决了发电系统发电效率低的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的级联液压马达高压发电系统的整体示意图；
图2为实施例1中液压马达发电子系统的结构示意图；
图3为实施例2中液压马达发电子系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例1
参见图1和图2，本实施例的级联液压马达高压发电系统共设有n级，其中，一级子系统由一级溢流阀2、一级开关阀3、一级蓄能器4和一级发电子系统5组成；二级子系统由二级溢流阀6、二级开关阀7、二级蓄能器8和二级发电子系统9组成；n级子系统由n级溢流阀10、n级开关阀11、n级蓄能器12和n级发电子系统13组成。
高压油源1连接一级子系统，一级子系统与二级子系统级联，二级子系统与三级子系统级联，以此类推，n-1级子系统与n级子系统级联，n级子系统连接低压油源14。
高压油源1提供系统工作所需的高压油。高压油源的出口同时连接一级溢流阀2和一级开关阀3的入口。
一级溢流阀2的出口连接二级溢流阀6的入口和一级蓄能器4的入口。一级蓄能器4能够维持一级溢流阀2出口压力、二级溢流阀入口压力和一级发电子系统5的出口压力(即耐压壳体出油口21)的稳定。
一级开关阀3的出口处连接一级发电子系统5的入口(即液压马达进油口19)。一级发电子系统5的出口处(即耐压壳体出油口21)连接一级蓄能器4的入口和二级开关阀7的入口。
同理，将各级级联，最终n级溢流阀10的出口、n级蓄能器12的出口和n级发电子系统13的出口(即耐压壳体出油口21)与低压油源14连接。
本实施例中，各级发电子系统包括耐压壳体15、液压马达16、连接机构17和发电机18，耐压壳体15内填充有高压油22，发电机18连接负载24。
液压马达16、连接机构17和发电机18浸没在高压油22中，并密封在耐压壳体中，此时液压马达16所处的环境压力为高压油22的压力。耐压壳体15采用综合力学性能好的材料，能够承受超高的压力。耐压壳体出油口21作为发电子系统出口，允许高压油22经过并进入下一级子系统。
液压马达进油口19作为发电系统入口，穿过耐压壳体15，并具有良好的密封。外部高压油通过液压马达进油口19，直接进入液压马达16进行驱动，与内部高压油22不连通。
液压马达出油口20与内部高压油22连通，将液压油排出到耐压壳体15内，液压马达16的出口压力与高压油22压力相同。
连接机构17将液压马达16的轴和发电机18的轴连接在一起，可采用联轴器连接，法兰连接等形式，使液压马达稳定高效的带动发电机运动。
发电机正极23和发电机负极25穿过耐压壳体15，并具有良好的密封(如可采用水密接插件)。发电机正负极与耐压壳体外部的负载24连接，外部负载可以是充电电池。
本实施例将常规液压马达浸没在高压油中，能够提高常规液压马达的入口压力，使其工作在超高压的工作环境；利用多级溢流阀级联方式，将高压油源的输出压力分为多个压力等级，压力等级区间可根据需要调节溢流阀的开启压力；将对个发电系统级联，实现不同压力等级区间内的发电，提高发电效率。
本实施例中，各级溢流阀的开启压力可以设置为相同也可设置为不同。各级蓄能器的的预设压力设为所期望的各级开关阀入口处的压力。当高压油源1所提供的液压油压力不足或者某一级的发电系统出现故障时，蓄能器能很好的补足下一级液压泵所需的压力，同时，蓄能器拥有减缓液压冲击和空穴现象，以及防震减噪的功能。
起始阶段，各级开关阀处于关闭状态，打开高压油源1，液压油一次流过各级溢流阀。当系统稳定时，各级开关阀入口处压力和马达出口处压力差与各级溢流阀所设置的开启压力相同。同时打开各级开关阀，液压油经过各级开关阀和发电系统进入低压油源。
高压油源受到干扰或不明因素影响会发生比较明显的波动：如果某一时刻液压马达的入口处压力过大，该级对应的溢流阀便会开启，维持压差稳定；如果某一时刻液压马达入口处压力过小导致通过该级的流量极小(空穴现象)时，蓄能器便会向该级补充液压油，维持系统的正常运行。
实施例2
本实施例的级联液压马达高压发电系统除了各级发电子系统中发电机的设置方式外，其余部件及结构均与实施例1相同，此处不再赘述。
参见图3，本实施例的各级发电子系统中，将发电机18外置在耐压壳体15外，连接机构17为与液压马达16输出轴通过非接触式的磁耦合连接方式。该方式能够避免将发电机浸没在液压油中，防止液压油对发电机的影响。

Claims (5)

1.一种级联液压马达高压发电系统，其特征在于，包括：高压油源、低压油源、以及设置在所述高压油源和所述低压油源之间的多级子系统；
每一级子系统均设有液压马达发电子系统、溢流阀、开关阀和蓄能器，所述溢流阀和开关阀并联，所述开关阀设置在所述液压马达发电子系统的进口处，所述蓄能器设置在所述液压马达的出口处；
所述高压油源连接第一级子系统的溢流阀和开关阀；所述低压油源连接最后一级子系统的溢流阀的出口、蓄能器、以及发电子系统的出口；
上一级子系统的溢流阀和蓄能器连接下一级子系统的溢流阀，上一级子系统的液压马达发电子系统的出口连接下一级子系统的液压马达发电子系统的开关阀；
所述的液压马达发电子系统包括浸没在高压油中的液压马达，所述液压马达的输出端通过连接机构连接发电机，所述发电机连接至负载；
所述的液压马达发电子系统设有用于盛装所述高压油的壳体，所述壳体设有壳体出油口，即本级液压马达发电子系统的出口；
所述的液压马达设有马达进油口和马达出油口，所述马达进油口即液压马达发电子系统的进口，所述马达出油口与所述高压油连通。
2.根据权利要求1所述的级联液压马达高压发电系统，其特征在于，起始阶段，各级开关阀处于关闭状态，打开所述的高压油源，液压油依次流过各级溢流阀；当系统稳定时，各级开关阀入口处压力和所述马达出油口处压力差与各级溢流阀所设置的开启压力相同。
3.根据权利要求1所述的级联液压马达高压发电系统，其特征在于，所述的发电机浸没在所述壳体的高压油中，所述的负载位于所述壳体外，并通过导线水密连接至所述发电机。
4.根据权利要求1所述的级联液压马达高压发电系统，其特征在于，所述的连接机构为联轴器或法兰。
5.根据权利要求1所述的级联液压马达高压发电系统，其特征在于，所述的发电机位于所述的壳体外，所述的连接机构为非接触式的磁耦合方式。
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