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(shì)日趨緊張，節(jié)能環(huán)保型液壓電梯的研發(fā)勢(shì)在必行。雖然液壓電梯具有很多的優(yōu)勢(shì)，但由于液壓電梯的能耗過(guò)高，嚴(yán)重的影響了其市場(chǎng)占有率，因而國(guó)內(nèi)學(xué)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(duì)液壓電梯節(jié)能技術(shù)進(jìn)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(hào)：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0062-02

液壓電梯是依靠液壓驅(qū)動(dòng)的電梯。液壓電梯是通過(guò)液壓動(dòng)力源，把油壓入油缸使柱塞作直線運(yùn)動(dòng)，直接或通過(guò)鋼絲繩間接地使轎廂運(yùn)動(dòng)的電梯。液壓電梯由下列相對(duì)獨(dú)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(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)等。液壓電梯雖然具有運(yùn)行平穩(wěn)、舒適、低噪音和井道利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但能耗過(guò)大是影響其市場(chǎng)份額的主要因素，因而液壓電梯節(jié)能技術(shù)成為了當(dāng)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(jì)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(guó)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(jì)制造的，并申請(qǐng)了專利。這種電梯在歐美具有較為廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，但在國(guó)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(jì)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(wèn)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(jí)別，使得系統(tǒng)的工作效率有較大的提升，同時(shí)降低了裝機(jī)功率，最終達(dá)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(jì)要比活塞缸帶配重的設(shè)計(jì)晚很多，這種技術(shù)最早出現(xiàn)在日本，而在1999年由美國(guó)搶先注冊(cè)專利。由于柱塞缸相比活塞缸價(jià)格便宜很多，維護(hù)起來(lái)相對(duì)方便，其應(yīng)用也相對(duì)廣泛，因而柱塞缸帶配重的設(shè)計(jì)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(jì)雖然對(duì)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(huì)使得液壓系統(tǒng)壓力變化范圍增大，同時(shí)還需保證下行回路中的最小壓力值。后一種設(shè)計(jì)須改變?cè)械目刂葡到y(tǒng)，雖然能夠極大的降低液壓電梯的能耗，但目前市場(chǎng)上還沒(méi)有相關(guān)產(chǎn)品。

1.4 轎廂材質(zhì)因素

通過(guò)使用輕合金，如鈦合金、鋁合金和鎂合金等來(lái)制造轎廂框架，來(lái)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(jì)[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(yuǎn)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(guó)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(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[4-5]。

我國(guó)在這方面做的較好的是浙江大學(xué)的林建杰，他提出了通過(guò)蓄能器進(jìn)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(guò)MATLAB仿真工具對(duì)配置了蓄能器的變頻液壓電梯的上行和下行工況進(jìn)行了模擬仿真，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，與閥控系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)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(dá)57%。

劉賀等人[8]設(shè)計(jì)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(guò)補(bǔ)油電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵補(bǔ)油，用以補(bǔ)充損失的能量。這樣使得液壓電梯的裝機(jī)功率降低至7.5kW，比普通閥控或變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯的裝機(jī)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(jī)功率低2kW以上，進(jìn)一步降低了能耗。

歐陽(yáng)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(shí)現(xiàn)了無(wú)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(jī)功率。

3 采用變頻調(diào)速方式

采用變頻調(diào)速同樣可以實(shí)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(lái)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(guò)變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓動(dòng)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(wú)極調(diào)速性能，而且能夠簡(jiǎn)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(dòng)控制和電氣控制良好的結(jié)合，使得液壓電梯在上升過(guò)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(lái)，構(gòu)成變頻驅(qū)動(dòng)的閉式回路液壓系統(tǒng)；采用此種技術(shù)，其裝機(jī)功率相對(duì)閥控系統(tǒng)和單獨(dú)變頻系統(tǒng)降低了約65%，相對(duì)附加蓄能器回路的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則降低了32%，同時(shí)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(dòng)態(tài)流量傳感器。該傳感器能夠作為反饋元器件來(lái)實(shí)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(fù)雜，導(dǎo)致成本較高。endprint

楊明松等人[14]設(shè)計(jì)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(shí)采用容積調(diào)速，減少節(jié)流能量損失；下行時(shí)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(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今世界各種技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。液壓電梯雖然仍是電梯中的一個(gè)重要梯種，在整個(gè)電梯市場(chǎng)上，尤其是在歐美發(fā)達(dá)地區(qū)仍占有較高的市場(chǎng)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(yán)重的缺點(diǎn)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(shí)現(xiàn)液壓電梯的節(jié)能高效運(yùn)行，并使液壓電梯成為一種綠色產(chǎn)品，是當(dāng)前液壓電梯技術(shù)發(fā)展的重要方向。

當(dāng)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(shì)，但是隨著高新技術(shù)的更新?lián)Q代，采用變頻驅(qū)動(dòng)以及液壓變壓器實(shí)現(xiàn)節(jié)能的技術(shù)將更具優(yōu)勢(shì)，工程應(yīng)用前景將更為廣闊。

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