CN116464612A - 一种单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提升装置技术领域，具体涉及一种单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，包括：卷筒与电动机连接，卷筒缠绕连接绳；连接绳一端固定于卷筒上，另一端与矿井容器连接；卷筒旋转，带动矿井容器上升；矿井容器在重力下下降；变速器设有换向结构；换向结构输入端与卷筒连接；飞轮与换向结构输出端连接；飞轮在矿井容器下降或制动时，转动动能存储，在矿井容器上升时，换向结构换向，飞轮转动，将动能通过换向结构传至卷筒；本申请将矿井容器重力势能或制动能直接转化为飞轮动能存储；并通过换向结构，使飞轮旋转方向始终与卷筒转动方向相同，辅助提升矿井容器，不仅节能，且减小矿井容器频繁启动上升对电网的冲击。

Description

一种单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统

技术领域

本发明涉及提升装置技术领域，具体涉及一种单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统。

背景技术

我国的矿井开采的井型较小、矿井提升高度较浅，因此单绳缠绕式矿井提升机采用较多。矿井提升机下降时，提升机的电机处于发电状态，常规方式是使用能耗电阻消耗这部分能量，不仅造成能量浪费，还会增加散热成本。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服使用能耗电阻消耗提升机的电机发电的能量，造成能量浪费和散热成本增加的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供一种单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，包括：

电动机，适于提供旋转动力；

卷筒，与电动机连接，所述卷筒适于缠绕连接绳；所述连接绳的一端固定于卷筒上，连接绳的另一端与矿井容器连接；所述卷筒适于旋转时，通过连接绳带动所述矿井容器上升；所述矿井容器适于在重力的作用下下降；

变速器，设有换向结构；所述换向结构的输入端与卷筒连接；

飞轮，与换向结构的输出端连接；所述飞轮具有在矿井容器下降或制动时，转动的动能存储状态；以及具有在矿井容器上升时，换向结构换向，飞轮转动，将动能通过换向结构传输至卷筒的动能释放状态。

可选地，所述飞轮设置于真空容器内。

可选地，还包括：

飞轮发电机，位于所述真空容器内，且飞轮发电机与飞轮同轴设置；

飞轮电控子系统，内设有蓄电池，且所述飞轮电控子系统与飞轮发电机、电动机均电连接；所述飞轮电控子系统与变速器信号连接。

可选地，还包括：

离合结构，设置于所述卷筒和变速器之间，所述离合结构适于将所述卷筒和变速器接合或分离。

可选地，所述离合结构包括：

从动件，与所述变速器连接；

主动件，与所述卷筒连接，且与所述从动件间隔设置；

液压缸，内设有活塞，所述从动件和主动件均位于液压缸内；所述从动件通过第二连接轴贯穿液压缸的第一侧壁后与变速器连接；所述主动件通过第三连接轴贯穿液压缸的第二侧壁后与卷筒连接；所述第一侧壁与第二侧壁相对设置；所述活塞套设于所述第三连接轴上，活塞将所述液压缸分隔为靠近第一侧壁的第一空腔和靠近第二侧壁的第二空腔；

液压站，与第二空腔连通；所述液压站与飞轮电控子系统信号连接；所述液压站具有向第二空腔提供液压液，推动活塞带动主动件向从动件靠近，进而将主动件和从动件接合的第一状态；以及具有将第二空腔的液压液回收，主动件和从动件分离的第二状态。

可选地，在所述第一侧壁和活塞之间设有弹性件。

可选地，所述离合结构为离合器。

可选地，还包括：

提升机电控子系统，与飞轮电控子系统、液压站、电动机均信号连接。

可选地，所述飞轮和飞轮发电机均设置于第一主轴上；所述第一主轴的两端分别通过第一轴承、第二轴承转动连接于真空容器的侧壁上。

可选地，还包括：

减速器，一端通过第二联轴器与电动机连接，减速器的另一端通过第一联轴器与卷筒连接。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提供的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，包括：电动机，适于提供旋转动力；卷筒，与电动机连接，所述卷筒适于缠绕连接绳；所述连接绳的一端固定于卷筒上，连接绳的另一端与矿井容器连接；所述卷筒适于旋转时，通过连接绳带动所述矿井容器上升；所述矿井容器适于在重力的作用下下降；变速器，设有换向结构；所述换向结构的输入端与卷筒连接；飞轮，与换向结构的输出端连接；所述飞轮具有在矿井容器下降或制动时，转动的动能存储状态；以及具有在矿井容器上升时，换向结构换向，飞轮转动，将动能通过换向结构传输至卷筒的动能释放状态；本申请采用上述技术方案，当矿井容器下降时，通过将矿井容器的重力势能或制动时的能量直接转化为飞轮的动能，进行存储；当矿井容器上升时，通过换向结构，使得飞轮的旋转方向始终与卷筒的转动方向相同，辅助提升矿井容器，不仅克服使用能耗电阻消耗提升机的电机发电能量，造成能量浪费和散热成本增加的缺陷，达到能量回收和节能的目的，而且减小矿井容器频繁启动上升时对电网的周期性冲击。同时，采用飞轮储能是一种物理储能方式，具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便和启动速度快等优点。另外，在电网故障时或停电时，飞轮直接提供临时动能。

2.本发明所述飞轮设置于真空容器内；本申请采用上述技术方案，降低飞轮旋转时的阻力，提高能量利用率。

3.本发明提供的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，还包括：飞轮发电机，位于所述真空容器内，且飞轮发电机与飞轮同轴设置；飞轮电控子系统，内设有蓄电池，且所述飞轮电控子系统与飞轮发电机、电动机均电连接；所述飞轮电控子系统与变速器均信号连接；本申请采用上述技术方案，通过飞轮发电机和飞轮电控子系统内的蓄电池将多余能量进一步存储，以为电动机提供电能补充，或在电网故障时或停电时，提供临时电能。

4.本发明提供的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，还包括：离合结构，设置于所述卷筒和变速器之间，所述离合结构适于将所述卷筒和变速器接合或分离；本申请采用上述技术方案，方便脱开或接合所述卷筒和变速器，进而方便对飞轮存储或释放动能进行控制。

5.本发明所述离合结构包括：从动件，与所述变速器连接；主动件，与所述卷筒连接，且与所述从动件间隔设置；液压缸，内设有活塞，所述从动件和主动件均位于液压缸内；所述从动件通过第二连接轴贯穿液压缸的第一侧壁后与变速器连接；所述主动件通过第三连接轴贯穿液压缸的第二侧壁后与卷筒连接；所述第一侧壁与第二侧壁相对设置；所述活塞套设于所述第三连接轴上，活塞将所述液压缸分隔为靠近第一侧壁的第一空腔和靠近第二侧壁的第二空腔；液压站，与第二空腔连通；所述液压站与飞轮电控子系统信号连接；所述液压站具有向第二空腔提供液压液，推动活塞带动主动件向从动件靠近，进而将主动件和从动件接合的第一状态；以及具有将第二空腔的液压液回收，主动件和从动件分离的第二状态；本申请采用上述技术方案，具体限定离合结构的具体形式，并通过液压站提供足够的动力，确保主动件和从动件可靠接合，动力传递更加稳定可靠。

6.本发明在所述第一侧壁和活塞之间设有弹性件；本申请采用上述技术方案，方便主动件和从动件快速分离。

7.本发明所述离合结构为离合器；本申请采用上述技术方案，具体限定离合结构的具体形式，确保主动件和从动件可靠接合，动力传递更加稳定可靠。

8.本发明提供的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，还包括：提升机电控子系统，与飞轮电控子系统、液压站、电动机均信号连接；本申请采用上述技术方案，通过提升机电控子系统协调控制液压站与电动机的状态，进而适时地通过飞轮辅助电动机提升矿井容器。

9.本发明所述飞轮和飞轮发电机均设置于第一主轴上；所述第一主轴的两端分别通过第一轴承、第二轴承转动连接于真空容器的侧壁上；本申请采用上述技术方案，使得飞轮和飞轮发电机更加灵活地旋转，降低阻力，提高能量利用率。

10.本发明提供的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，还包括：减速器，一端通过第二联轴器与电动机连接，减速器的另一端通过第一联轴器与卷筒连接；本申请采用上述技术方案，通过减速器，将转速比较高的电动机与转速比较低的卷筒进行速度匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中提供的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统的连接结构示意图。

附图标记说明：

1、飞轮储能结构；2、飞轮发电机；3、第一轴承；4、飞轮；5、真空容器；6、飞轮电控子系统；7、第一主轴；8、变速器；9、第一齿轮；10、第二齿轮；11、换向结构；12、离合结构；13、弹性件；14、活塞；15、从动件；16、主动件；17、液压站；18、第一连接轴；19、提升结构；20、卷筒；21、连接绳；22、矿井容器；23、第一联轴器；24、减速器；25、电动机；26、提升机电控子系统；27、第二主轴；28、第二轴承；29、第二联轴器；30、第二连接轴；31、第三连接轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统的一种具体实施方式，包括：依次连接的飞轮电控子系统6、飞轮发电机2、飞轮4、变速器8、离合结构12、卷筒20、减速器24、电动机25和提升机电控子系统26等。

所述电动机25适于提供旋转动力；所述卷筒20安装至第二主轴27上；所述卷筒20适于缠绕连接绳21，具体的，所述连接绳21为钢丝绳；所述连接绳21的一端固定于卷筒20上，连接绳21的另一端与矿井容器22连接；所述卷筒20适于旋转时，通过连接绳21带动所述矿井容器22上升；所述矿井容器22适于在重力的作用下下降；所述变速器8设有换向结构11；所述换向结构11的输入端与离合结构12连接；所述飞轮4通过第一连接轴18与换向结构11的输出端连接；所述飞轮4具有在矿井容器22下降或制动时，转动的动能存储状态；以及具有在矿井容器22上升时，换向结构11换向，飞轮4转动，将动能通过换向结构11传输至第二主轴27的动能释放状态。所述飞轮4和飞轮发电机2均设置于真空容器5内，且飞轮发电机2与飞轮4同轴设置在第一主轴7上；所述第一主轴7的两端分别通过第一轴承3、第二轴承28转动连接于真空容器5的侧壁上。所述飞轮电控子系统6内设有蓄电池，且所述飞轮电控子系统6与飞轮发电机2、电动机25均电连接，所述飞轮电控子系统6与变速器8信号连接，具体的，所述飞轮电控子系统6与换向结构11信号连接。所述减速器24的一端通过第二联轴器29与电动机25连接，减速器24的另一端通过第一联轴器23与卷筒20连接。所述飞轮发电机2、飞轮4和真空容器5等构成飞轮储能结构1；所述电动机25、卷筒20、第二主轴27、连接绳21和矿井容器22等构成提升结构19，具体的，所述提升结构19为单绳缠绕式矿井提升结构。

具体的，所述离合结构12包括：从动件15、主动件16、液压缸和液压站17；所述主动件16与所述从动件15间隔设置。所述液压缸内设有活塞14，所述从动件15和主动件16均位于液压缸内；所述从动件15通过第二连接轴30贯穿液压缸的第一侧壁后与变速器8连接；所述主动件16通过第三连接轴31贯穿液压缸的第二侧壁后与第二主轴27连接；所述第一侧壁与第二侧壁相对设置；所述活塞14套设于所述第三连接轴31上，活塞14将所述液压缸分隔为靠近第一侧壁的第一空腔和靠近第二侧壁的第二空腔；所述液压站17与第二空腔连通；所述液压站17与飞轮电控子系统6信号连接；所述液压站17具有向第二空腔提供液压液，推动活塞14带动主动件16向从动件15靠近，进而将主动件16和从动件15接合的第一状态；以及具有将第二空腔的液压液回收，主动件16和从动件15分离的第二状态。进一步的，在所述第一侧壁和活塞14之间设有弹性件13；具体的，所述弹性件13为弹簧；所述弹簧的数量为多个，可以布置在活塞14靠近边缘的位置处。所述提升机电控子系统26与飞轮电控子系统6、液压站17、电动机25均信号连接。

进一步的，所述变速器8还包括：设置于第一连接轴18与换向结构11之间的第一齿轮9和设置于第二连接轴30与换向结构11之间的第二齿轮10；具体的，所述第一齿轮9为高速齿轮，所述第二齿轮10为低速齿轮，以便提高后续飞轮4的转速。所述变速器8为齿轮变速器。

本申请所述矿井提升装置的主要工作过程简述如下：

当矿井容器22下降时，液压站17加压，推动活塞14，使主动件16和从动件15接合，第一主轴7依次通过齿轮变速器、离合结构12与第二主轴27机械连接。矿井容器22通过连接绳21带动第二主轴27转动，并依次通过离合结构12和齿轮变速器带动第一主轴7转动，进而带动飞轮4和飞轮发电机2的转子转动，当飞轮4达到额定转速后，调整液压站17的压力，弹簧使主动件16和从动件15分离，断开第一主轴7和第二主轴27的机械连接，飞轮4以动能的形式储存能量。

当矿井容器22上升时，液压站17加压，推动活塞14，使主动件16和从动件15接合，第一主轴7依次通过齿轮变速器、离合结构12与第二主轴27机械连接，通过齿轮变速器内的换向结构11，使第一主轴7和第二主轴27始终同向旋转。飞轮储能结构1带动第二主轴27及卷筒20旋转，拉动矿井容器22，同时，市电驱动电动机25，依次通过减速器24、卷筒20和钢丝绳拉动提升矿井容器22，从而达到节能的目的，并且减小提升结构19的启动对电网的冲击。

作为替代的实施方式，将所述离合结构12包括：从动件15、主动件16、液压缸和液压站17，替换为所述离合结构12为离合器。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，包括：

电动机(25)，适于提供旋转动力；

卷筒(20)，与电动机(25)连接，所述卷筒(20)适于缠绕连接绳(21)；所述连接绳(21)的一端固定于卷筒(20)上，连接绳(21)的另一端与矿井容器(22)连接；所述卷筒(20)适于旋转时，通过连接绳(21)带动所述矿井容器(22)上升；所述矿井容器(22)适于在重力的作用下下降；

变速器(8)，设有换向结构(11)；所述换向结构(11)的输入端与卷筒(20)连接；

飞轮(4)，与换向结构(11)的输出端连接；所述飞轮(4)具有在矿井容器(22)下降或制动时，转动的动能存储状态；以及具有在矿井容器(22)上升时，换向结构(11)换向，飞轮(4)转动，将动能通过换向结构(11)传输至卷筒(20)的动能释放状态。

2.根据权利要求1所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，所述飞轮(4)设置于真空容器(5)内。

3.根据权利要求2所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，还包括：

飞轮发电机(2)，位于所述真空容器(5)内，且飞轮发电机(2)与飞轮(4)同轴设置；

飞轮电控子系统(6)，内设有蓄电池，且所述飞轮电控子系统(6)与飞轮发电机(2)、电动机(25)均电连接；所述飞轮电控子系统(6)与变速器(8)、信号连接。

4.根据权利要求3所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，还包括：

离合结构(12)，设置于所述卷筒(20)和变速器(8)之间，所述离合结构(12)适于将所述卷筒(20)和变速器(8)接合或分离。

5.根据权利要求4所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，所述离合结构(12)包括：

从动件(15)，与所述变速器(8)连接；

主动件(16)，与所述卷筒(20)连接，且与所述从动件(15)间隔设置；

液压缸，内设有活塞(14)，所述从动件(15)和主动件(16)均位于液压缸内；所述从动件(15)通过第二连接轴(30)贯穿液压缸的第一侧壁后与变速器(8)连接；所述主动件(16)通过第三连接轴(31)贯穿液压缸的第二侧壁后与卷筒(20)连接；所述第一侧壁与第二侧壁相对设置；所述活塞(14)套设于所述第三连接轴(31)上，活塞(14)将所述液压缸分隔为靠近第一侧壁的第一空腔和靠近第二侧壁的第二空腔；

液压站(17)，与第二空腔连通；所述液压站(17)与飞轮电控子系统(6)信号连接；所述液压站(17)具有向第二空腔提供液压液，推动活塞(14)带动主动件(16)向从动件(15)靠近，进而将主动件(16)和从动件(15)接合的第一状态；以及具有将第二空腔的液压液回收，主动件(16)和从动件(15)分离的第二状态。

6.根据权利要求5所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，在所述第一侧壁和活塞(14)之间设有弹性件(13)。

7.根据权利要求5所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，所述离合结构(12)为离合器。

8.根据权利要求5或6所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，还包括：

提升机电控子系统(26)，与飞轮电控子系统(6)、液压站(17)、电动机(25)均信号连接。

9.根据权利要求3所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，所述飞轮(4)和飞轮发电机(2)均设置于第一主轴(7)上；所述第一主轴(7)的两端分别通过第一轴承(3)、第二轴承(28)转动连接于真空容器(5)的侧壁上。

10.根据权利要求1－3任一项所述的单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统，其特征在于，还包括：

减速器(24)，一端通过第二联轴器(29)与电动机(25)连接，减速器(24)的另一端通过第一联轴器(23)与卷筒(20)连接。