基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统

本发明涉及一种重力势能回收系统，具体涉及一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统。

背景技术：

1、‌我国是世界上最大能源消费国，煤炭是我国能源主要结构特征。在煤炭开采体系中，矿井提升系统是矿山行业的咽喉设备，负担运输矿物、人员和设备的重要功能。矿井容器容量达吨级，如单绳箕斗容量一般为3~16吨，多绳箕斗容量4~30吨，则若能回收矿井容器的重力势能，对实现矿井能量回收具有重要的意义。

2、现有技术中，一种单绳缠绕式矿井提升机能量回收系统（申请号：202310316278.9），将飞轮储能系统与矿井提升系统的卷筒机械连接，将下落过程中矿井容器的重力势能或制动能量转化为飞轮的动能，并配合换向机构用来辅助提升矿井容器。矿井提升机提升机罐笼自发电装置（申请号：202122779076.7），通过增设滚轮罐耳机构，罐笼带动摩擦轮以传递机械能，再通过传动机构带动发电机完成发电工作，该方案增设发电系统来收集罐笼的摩擦无用功，发电系统的发电量有限。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，在不影响在役矿井钢丝绳提升系统正常运行的前提下，高效回收矿井提升系统下放侧的重力势能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，包括提升系统、直线电机发电系统、能量输送系统和控制系统；提升系统包括提升电机、提升滚筒、摩擦天轮、钢丝绳、制动器、液压站和两个容器，两个容器分别设置在两个竖井中，提升电机和提升滚筒设置在井口的地面上，提升电机的输出轴与提升滚筒连接，提升滚筒两侧设有制动器，制动器与液压站连接，提升滚筒上上缠和下缠两根钢丝绳，两个竖井的顶部分别设有一个摩擦天轮，两根钢丝绳的另一端分别绕过一个摩擦天轮后与对应竖井中的容器顶部连接；

3、直线电机发电系统包括直线电机初级、滚轮罐耳组、直线电机次级和内嵌式直线导轨；能量输送系统包括逆变器、双向变换器、储能设备、变压器和电网；控制系统主要包括控制器、plc和变频器；

4、容器的两个侧面均设有滚轮罐耳组和直线电机初级，滚轮罐耳组纵向设置在容器侧面的中间位置，直线电机初级设置在滚轮罐耳组的两侧；直线电机初级与逆变器电连接；

5、井壁上设有井架，内嵌式直线导轨和直线电机次级纵向布置于井架的两个侧面上，内嵌式直线导轨设置在井架的中间位置，直线电机次级设置在内嵌式直线导轨的两侧；

6、变压器、电网设置在地面，变压器与电网电连接，双向变换器与储能设备电连接，逆变器分别与变压器和双向变换器电连接；plc、逆变器、双向变换器均与控制器连接，变频器、液压站均与plc连接，提升电机与变频器连接。

7、进一步的，所述提升电机输出轴上设有转矩转速传感器，转矩转速传感器与plc连接。

8、进一步的，所述滚轮罐耳组包括多个滚轮罐耳，多个滚轮罐耳纵向间隔设置。

9、进一步的，所述滚轮罐耳位置与内嵌式直线导轨位置对应，滚轮罐耳与内嵌式直线导轨连接。

10、进一步的，所述容器的顶部设有钢丝绳连接器，钢丝绳通过钢丝绳连接器与容器的顶部连接。

11、与现有技术相比，本发明在不影响在役矿井钢丝绳提升系统正常运行的前提下，充分利用矿井井架与容器之间的空余空间加装直线电机，通过直线电机来对下放侧容器进行制动能量回收，实现容器的减速下放运动。与此同时，直线电机可提供电磁制动力，进而减少了矿井提升系统中制动器的摩擦损耗，进而提高了系统的安全性。

技术特征：

1.一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，包括提升系统、直线电机发电系统、能量输送系统和控制系统；提升系统包括提升电机（3）、提升滚筒（5）、摩擦天轮（9）、钢丝绳（8）、制动器（6）、液压站（7）和两个容器（13），两个容器（13）分别设置在两个竖井中，提升电机（3）和提升滚筒（5）设置在井口的地面上，提升电机（3）的输出轴与提升滚筒（5）连接，提升滚筒（5）两侧设有制动器（6），制动器（6）与液压站（7）连接，提升滚筒（5）上上缠和下缠两根钢丝绳（8），两个竖井的顶部分别设有一个摩擦天轮（9），两根钢丝绳（8）的另一端分别绕过一个摩擦天轮（9）后与对应竖井中的容器（13）顶部连接；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，其特征在于：所述提升电机（3）输出轴上设有转矩转速传感器（4），转矩转速传感器（4）与plc（22）连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，其特征在于：所述滚轮罐耳组（17）包括多个滚轮罐耳，多个滚轮罐耳纵向间隔设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，其特征在于：所述滚轮罐耳位置与内嵌式直线导轨（18）位置对应，滚轮罐耳与内嵌式直线导轨（18）连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，其特征在于：所述容器（13）的顶部设有钢丝绳连接器（10），钢丝绳（8）通过钢丝绳连接器（10）与容器（13）的顶部连接。

技术总结
本发明公开了一种基于直线电机的矿井提升系统下放侧重力势能回收系统，包括提升系统、直线电机发电系统、能量输送系统和控制系统；提升系统是钢丝绳在提升滚筒上缠上和缠下来实现两个容器在矿井中做相反的直线运动，即提升和下放运动；直线电机发电系统是在井架和容器之间加装垂直式直线电机，直线电机对下放过程的容器进行制动能量回收；能量输送系统是将回收的电能存储至储能设备或输送至电网，即离网和并网能量输送模式；控制系统是根据容器的运行速度来切换离/并网能量输送模式。在不影响矿井提升系统正常运行的前提下，本发明实现了矿井提升系统下放侧重力势能的回收，减少了矿井提升系统中制动器的摩擦损耗，提高了系统的安全性。

技术研发人员：鲍久圣,曹靖雨,阴妍,刘帅,吴杞康,王祥赛,唐彬展
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15