机械式能量回收技术优化

机械能的回收方式主要是重力式、弹簧式和飞轮式三种。弹簧式能量回收系统的储能能力较差，而且弹簧工作时间长后容易发生疲劳断裂，所以弹簧很少作为能量回收的储能单元。弹簧通常作为减震或者复位的元件。

图4-19 节能型液压缸驱动系统

图4-20 柱塞缸带配重的液压电梯结构简图

1.配重式能量回收

重力式能量回收的主要储能元件是配重。配重式能量回收方法把可回收能量转化成配重的重力势能，当系统需要时，配重可以通过下放的形式释放重力势能。配重式能量回收系统结构较为简单，可以储存较多能量，但当储能总量需求较高时，设备会比较庞大，不适合在移动式工程机械上应用。此外，在加、减速阶段其能量转化性能较差，甚至会对系统的正常运行产生负面影响。目前，配重式能量回收的方法主要应用于液压电梯等往复运动的系统中。图4-20给出了一种柱塞缸带配重的液压电梯结构简图^[7]，由于配重结构抵消了液压电梯的一些优点（如井道结构不受力、井道面积小等），增加了井道结构的复杂性，提高了建筑成本，因此一直没有得到广泛应用。(www.xing528.com)

2.飞轮式能量回收

飞轮式能量回收方法主要利用高速旋转的飞轮来存储能量，通常适用于具有高速旋转的装置上，单独飞轮回收成本低，运行可靠^[8][9]。这种储能方式多数都是在系统中加入飞轮这种储能装置，因飞轮储存的能量和转速的二次方成正比，以前的储能飞轮材料多是铸铁和铸钢，飞轮的体积庞大笨重且最高转速受限，存储的能量有限。随着技术的进步和新材料的出现，现在出现了各种由碳纤维、玻璃纤维等制作而成的飞轮，这种飞轮能够达到很高的转速，因此储存的能量有了很大的提高。图4-21所示为飞轮式能量回收系统示意图，动臂下放时，液控单向阀逆向打开，动臂液压缸的无杆腔的压力油通过液控单向阀后，驱动泵/马达1（此时工作在马达模式）来实现飞轮加速上升储能的过程。

图4-21 飞轮式能量回收示意图

由于飞轮的储能能力较差，飞轮的储能的时效性较差，常规转速下能量密度较低，重量和体积大，抗震性能较差，噪声大，对工作环境要求苛刻，结构复杂，制造要求精度高，且飞轮的能量储存效率与飞轮中间怠速时间的大小成正比。因此单独采用在飞轮储能装置的能量回收系统中，提高飞轮的储能能量密度和能量的保存效率是主要的研究问题，适用于执行机构连续上升和下降的场合。目前主要用于改善其柴油机、汽轮机的工作状态、电网调频和电能质量保障。