專利名稱：用于回收液壓能的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種用于回收液壓能的裝置。更確切而言，本發(fā)明提供一種用于通常從致動(dòng)器(典型地為提升機(jī))回收液壓能的裝置，在該裝置中，第一液壓機(jī)的第一驅(qū)動(dòng)裝置與第二液壓機(jī)的第二驅(qū)動(dòng)裝置以機(jī)械方式連接，而第一液壓機(jī)與致動(dòng)器液壓連通。并且本發(fā)明還包括一種用于操作該裝置的方法。
背景技術(shù)：
在例如離岸的和陸基的鉆探設(shè)備、絞車及裝備之類的裝備系列中包括液壓提升系統(tǒng)。對(duì)于進(jìn)行鉆孔以及控制鉆孔過程本身而言，這些提升系統(tǒng)被認(rèn)為是鉆探設(shè)備的骨干設(shè)備。這類應(yīng)用中的若干應(yīng)用具有載荷(負(fù)載)被重復(fù)地升高和降低的循環(huán)載荷曲線。至少在某些現(xiàn)有技術(shù)的提升系統(tǒng)中，在載荷的降低期間勢能(potentialenergy,潛能)被以熱量形式消散。這種系統(tǒng)的特征在于，操作封殼中關(guān)于起吊載荷和提升速度，以及具體操作的持續(xù)時(shí)間方面的變化很大。因此，提升系統(tǒng)的尺寸被定制以便符合由特定的操作所決定的最大功率需求。因此，典型的提升系統(tǒng)的液壓動(dòng)力單元由多個(gè)液壓機(jī)構(gòu)成。公知的是，通過利用液壓變換器至少回收一部分這種勢能。美國第3，627，451號(hào)專利公開了一種液壓傳遞單元，其用于在兩個(gè)分開的和單獨(dú)的液壓控制系統(tǒng)之間以相同的壓力沿任一方向傳遞液壓動(dòng)力。美國第7，249，457號(hào)專利公開了一種液壓系統(tǒng)，其通過打開具有由液壓泵供給的先導(dǎo)壓力(pilot pressure)的回收先導(dǎo)閥來進(jìn)行重力載荷能量回收，以借助被來自載荷的重力加壓的流體源驅(qū)動(dòng)回收液壓馬達(dá)。該回收液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)鏈，該原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)提供該載荷的泵以及提供其他載荷的其他泵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服或改善現(xiàn)有技術(shù)的至少一種缺陷。根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過下文的描述及隨附的權(quán)利要求書中公開的特征來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提供一種用于從致動(dòng)器(典型地為提升機(jī))回收液壓能的裝置，在該裝置中，第一液壓機(jī)的第一驅(qū)動(dòng)裝置與第二液壓機(jī)的第二驅(qū)動(dòng)裝置以機(jī)械方式連接，而該第一液壓機(jī)與該致動(dòng)器液壓連通，并且該第二液壓機(jī)與蓄能器液壓連通。在此，至少該第一液壓機(jī)或該第二液壓機(jī)典型地是一種被設(shè)計(jì)成作為可變排量的泵和馬達(dá)(例如偏心型泵/馬達(dá))來操作的機(jī)械。術(shù)語“排量”意指泵/馬達(dá)的每一轉(zhuǎn)的排出量。該致動(dòng)器可以呈液壓缸、液壓泵/馬達(dá)或者任何其他合適的液壓裝備的形式，這些裝備能夠直接提升或者通過如齒輪、繩索或滑輪等機(jī)件來提升載荷。
該蓄能器可以是氣體/液體類型的蓄能器，其中氣體(典型地為氮?dú)?被流入封閉的瓶中的液壓流體壓縮。該蓄能器還可以是另一種公知的現(xiàn)有技術(shù)，例如抵靠彈簧而起作用的液壓缸。當(dāng)蓄能器的壓力被獨(dú)立地充載時(shí)，利用蓄能器壓力來指示蓄能器的實(shí)際充載。通過調(diào)節(jié)第二液壓機(jī)的排量，在載荷降低期間能夠以比驅(qū)動(dòng)第一液壓機(jī)的壓力更高的壓力來充載蓄能器。第一液壓機(jī)和第二液壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置可以連接到電動(dòng)馬達(dá)上。雖然該馬達(dá)被稱為“電動(dòng)馬達(dá)”，其主要是為了將該馬達(dá)與用作液壓馬達(dá)的機(jī)械區(qū)分開，但該馬達(dá)可以采用原動(dòng)機(jī)的形式，如一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)或由單獨(dú)的液壓環(huán)路驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)。連接到兩個(gè)液壓機(jī)的電動(dòng)馬達(dá)用于多個(gè)目的。兩個(gè)液壓位移機(jī)的兩個(gè)軸之間的連接屬于被稱為液壓變換器的技術(shù)。公知的是液壓變換器控制存在著多種困難，尤其是由于控制回路(控制環(huán))和機(jī)械中的非線性使其與系統(tǒng)壓力水平相比慣性相對(duì)較低。在此，電動(dòng)機(jī)械增大了慣性，由此減輕了控制問題。然而，參見圖2，甚至為了供給在液壓-機(jī)械轉(zhuǎn)換過程中被消散(浪費(fèi))的額外的能量而使用該電動(dòng)機(jī)械。該裝置可包括第一閥，并且該第一閥與第二流體機(jī)械、致動(dòng)器和蓄能器液壓連通。該第一閥可在第一位置與第二位置之間操作，在該第一位置中該第二流體機(jī)械連接到蓄能器，而在該第二位置中該第二流體機(jī)械連接到致動(dòng)器。通過操作該第一閥到達(dá)該第二位置，該裝置能以傳統(tǒng)方式操作而不進(jìn)行回收。該裝置還可包括第二閥，該第二閥與該蓄能器和該致動(dòng)器液壓連通，并且其中該第二閥可在打開位置和關(guān)閉位置之間操作。通過打開該第二閥，來自蓄能器的加壓液壓流體可直接在該蓄能器與該致動(dòng)器之間流動(dòng)，例如用于在傳統(tǒng)操作期間改善使用。在備選的實(shí)施例中，該裝置可包括第三閥，該第三閥至少在該第一液壓機(jī)或該第二液壓機(jī)與儲(chǔ)液器之間以液壓方式被設(shè)置。通常每個(gè)液壓機(jī)具有一個(gè)第三閥。第三閥的功能是將流體從液壓機(jī)導(dǎo)向蓄能器。這種功能對(duì)于在例如系統(tǒng)操作并改善蓄能器的使用之后從下降的載荷對(duì)蓄能器進(jìn)行充載尤其有益。該裝置可包括控制器，該控制器至少接收載荷的相對(duì)位置和蓄能器中的液壓的信息，并且基于這些信息以及來自傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的輸入，控制第一液壓機(jī)和第二液壓機(jī)的排量及電動(dòng)馬達(dá)的功率。該控制器可以是控制系統(tǒng)的一部分，該控制系統(tǒng)可從比如操作員或升沉補(bǔ)償系統(tǒng)接收所需的載荷位置的信息。該裝置可通過使用一種用于在部分負(fù)載工況期間從致動(dòng)器回收液壓能的方法來操作，在該方法中，多于一個(gè)的液壓泵被設(shè)計(jì)用于將液壓流體供給到該致動(dòng)器，其中該方法包括-將至少兩個(gè)泵以機(jī)械方式接合，以便在它們之間傳遞扭矩，由此一個(gè)泵成為第一液壓機(jī)而另一個(gè)泵成為第二液壓機(jī)；-將第一閥設(shè)置在該致動(dòng)器與該第二液壓機(jī)之間的致動(dòng)器管中；-當(dāng)該致動(dòng)器向該第一液壓機(jī)供給液壓流體時(shí)，啟動(dòng)該第一閥，以將來自該第二液壓機(jī)的液壓流體導(dǎo)向?yàn)殡x開該致動(dòng)器。這種用于回收液壓能的方法適于在該液壓裝置上使用，該液壓裝置可包括第一液壓機(jī)的第一驅(qū)動(dòng)裝置和第二液壓機(jī)的第二驅(qū)動(dòng)裝置，該第一驅(qū)動(dòng)裝置和該第二驅(qū)動(dòng)裝置被以機(jī)械方式連接并且被連接到電動(dòng)馬達(dá)，該第一液壓機(jī)與致動(dòng)器液壓連通，其中該方法可包括-將該第二液壓機(jī)以液壓方式連接到蓄能器；-將控制器連接到所述液壓機(jī)和馬達(dá)，該控制器被設(shè)計(jì)用于控制該第一液壓機(jī)和該第二液壓機(jī)的排量以及馬達(dá)功率；-將載荷位置、致動(dòng)器壓力以及該蓄能器壓力的值提供給該控制器；并且-基于提供給該控制器的載荷位置、致動(dòng)器壓力以及蓄能器壓力的值計(jì)算該第一液壓機(jī)、該第二液壓機(jī)的排量以及該馬達(dá)功率?？山柚刂乒こ填I(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的多種方法中的一種方法來設(shè)計(jì)用于此目的的控制器。主開環(huán)控制器可被設(shè)定如下
權(quán)利要求
1.一種用于從致動(dòng)器(6)回收液壓能的裝置(16)，在該裝置中，第一液壓機(jī)(18)的第一驅(qū)動(dòng)裝置(22)和第二液壓機(jī)(20)的第二驅(qū)動(dòng)裝置(26)以機(jī)械方式連接，該第一液壓機(jī)(18)與致動(dòng)器(6)液壓連通，而該第二液壓機(jī)(20)與蓄能器(34)液壓連通，其特征在于，第一閥(38)與該第二液壓機(jī)(20)、該致動(dòng)器(6)以及該蓄能器(34)液壓連通，并且該第一閥(38)能在第一位置與第二位置之間操作，其中在該第一位置該第二液壓機(jī)(20)連接到該蓄能器(34)，而在該第二位置該第二液壓機(jī)(20)連接到該致動(dòng)器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置(22、26)連接到電動(dòng)馬達(dá)(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，一第二閥(40)與該致動(dòng)器(6)及該蓄能器(34)液壓連通，并且其中該第二閥(40)能在打開位置與關(guān)閉位置之間操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在至少該第一液壓機(jī)(18)或該第二液壓機(jī)(20)與該儲(chǔ)液器(28)之間以液壓方式設(shè)置第三閥(54)，該第三閥(54)與該儲(chǔ)液器(28)連通并且能在如下兩個(gè)位置之間操作在所述兩個(gè)位置中的一個(gè)位置中，現(xiàn)行的所述液壓機(jī)(18、20)與該儲(chǔ)液器(28)之間的回流是打開的，而與蓄能器(34)的連通是關(guān)閉的；而在所述兩個(gè)位置中的另一個(gè)位置中，來自現(xiàn)行的所述液壓機(jī)(18、20)的流體被轉(zhuǎn)向該蓄能器(34)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，一控制器(42)控制該第一液壓機(jī)和該第二液壓機(jī)(18、20)的排量及該電動(dòng)馬達(dá)(24)的功率，該控制器(42)接收至少載荷(4)的相對(duì)位置和該蓄能器(34)中的液壓的信息。
6.一種用于在部分負(fù)載工況期間從致動(dòng)器(6)回收液壓能的方法,在該方法中，多于一個(gè)的液壓泵(12)被設(shè)計(jì)為將液壓流體供給到該致動(dòng)器(6)，其特征在于，該方法包括-將至少兩個(gè)泵(12)以機(jī)械方式接合，以便在所述泵之間傳遞扭矩，由此一個(gè)泵成為第一液壓機(jī)(18)而另一個(gè)泵(12)成為第二液壓機(jī)(20)；-將第一閥(38)設(shè)置在該致動(dòng)器(6)與該第二液壓機(jī)(20)之間的致動(dòng)器管(30)中；-當(dāng)該致動(dòng)器(6)向該第一液壓機(jī)(18)供給液壓流體時(shí)，啟動(dòng)該第一閥(38)以使來自于該第二液壓機(jī)(20)的液壓流體轉(zhuǎn)向離開該致動(dòng)器(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該第一液壓機(jī)(18)的第一驅(qū)動(dòng)裝置(22)與該第二液壓機(jī)(20)的第二驅(qū)動(dòng)裝置(26)被以機(jī)械方式連接，并且被連接到電動(dòng)馬達(dá)(24)，并且其中該第一液壓機(jī)(18)與致動(dòng)器(69)液壓連通，其特征在于，該方法包括-將該第二液壓機(jī)(20)以液壓方式連接到蓄能器(34)；-將控制器(42)連接到所述液壓機(jī)和馬達(dá)，其中該控制器(42)被設(shè)計(jì)用于控制該第一液壓機(jī)(18)和該第二液壓機(jī)(20)的排量以及該電動(dòng)馬達(dá)(24)的功率；-將載荷(4)的位置、該致動(dòng)器(6)的壓力以及該蓄能器(34)的壓力的值提供給該控制器(42);以及-基于該載荷(4)的位置、該致動(dòng)器(6)中的壓力以及該蓄能器(34)中的壓力的值，計(jì)算該第一液壓機(jī)(18)和該第二液壓機(jī)(20)的排量以及該電動(dòng)馬達(dá)(24)的功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，該方法還包括-識(shí)別循環(huán)的類型；-進(jìn)入控制回路-評(píng)估回收潛力；-重新配置所述第一液壓機(jī)和第二液壓機(jī)以及電動(dòng)馬達(dá)功率；-監(jiān)控和控制蓄能器充載；-結(jié)束循環(huán)。
全文摘要
一種用于從致動(dòng)器(6)回收液壓能的裝置(16)和方法，其中，第一液壓機(jī)(18)的第一驅(qū)動(dòng)裝置(22)與第二液壓機(jī)(20)的第二驅(qū)動(dòng)裝置(26)以機(jī)械方式連接，第一液壓機(jī)(18)與致動(dòng)器(6)液壓連通，而第二液壓機(jī)(20)與蓄能器(34)液壓連通。
文檔編號(hào)F15B21/14GK102939465SQ201180025020
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者戴維·本特·約翰·安卡格倫, 約亨·波爾 申請(qǐng)人:挪威國立奧伊威爾瓦克有限公司