磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種水輪機漿葉行程反饋裝置，特別是一種磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置，其結(jié)構(gòu)要點在于，還包括有轉(zhuǎn)軸和磁性環(huán)，轉(zhuǎn)軸安裝在操作油管的上端面，與操作油管同軸分布，轉(zhuǎn)軸的軸心線上設(shè)置有導(dǎo)軌芯腔；磁性環(huán)安裝在轉(zhuǎn)軸上端面，并與轉(zhuǎn)軸同軸分布，反饋桿的一端穿過磁性環(huán)中心并位于轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)軌芯腔中，反饋桿的另一端則沿著導(dǎo)軌芯腔的延伸方向向上穿過反饋裝置外罩，并與位移行程傳感器連接。本實用新型的技術(shù)效果在于：工作可靠，可以提高使用壽命，減少檢修次數(shù)，節(jié)省大量的人力、財力，并且消除了傳統(tǒng)換向軸承型反饋裝置受機組不利工況的影響，易發(fā)生缺陷、甚至導(dǎo)致機組事故停機的重大安全隱患，確保機組安全、穩(wěn)定運行。
【專利說明】磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種水輪機漿葉行程反饋裝置，特別是一種磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水輪機漿葉行程反饋裝置是用以測量軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機漿葉行程(開度)的一種裝置，位于機組的最上方。傳統(tǒng)的水輪機槳葉行程反饋裝置一般為換向軸承型結(jié)構(gòu)，由軸節(jié)
3、換向滾動軸承4 (簡稱換向軸承)、滑軸5、滑套6、行程刻度板7、行程指示針8、位移行程傳感器10及其反饋桿9等部件組成，如附圖1所示。換向軸承4向上與滑軸5聯(lián)接，向下通過換向軸承內(nèi)端蓋固定螺栓12與軸節(jié)3連接，并通過軸節(jié)3與機組操作油管I頂端頭聯(lián)接，當(dāng)水輪機衆(zhòng)葉進行關(guān)或開操作時，換向軸承4將操作油管I的垂直上下運動及轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變(換向)成與滑軸5連接的反饋桿9單一的垂直上下運動。一方面通過與滑軸5連接行程指示針8隨著滑軸5的上下移動為槳葉行程提供機械指示；另一方面通過位移行程傳感器10(感應(yīng)磁性環(huán)與傳感器一體構(gòu)造)獲取反饋桿9的上下位移信號為槳葉行程提供自動控制信號。觀察孔2能夠觀察到換向軸承4、滑軸5的運動狀況。
[0003]然而，上述裝置的不足之處在于:機組運行過程中反饋裝置滑軸擺動大，現(xiàn)場檢測其擺度值最大達到0.90mm ;滑軸與滑套配合面易磨損、燒毛及啃蝕現(xiàn)象，特別是滑軸導(dǎo)向鍵與滑套鍵槽配合面猶為嚴(yán)重；換向軸承內(nèi)鋼珠易磨損，甚至有的會脫落。在現(xiàn)場曾經(jīng)發(fā)生機組多次停機事故，均因槳葉行程反饋裝置的滑軸與滑套配合面燒毛、啃蝕直到最終抱死，導(dǎo)致?lián)Q向軸承內(nèi)端蓋固定螺栓(在反饋裝置部件中強度最弱部位)被拉斷或扭斷，機組失去漿葉行程自動控制信號。這邊需要指出的是滑軸與滑套最終抱死并非配合面一、兩次燒毛導(dǎo)致的結(jié)果，而是多次燒毛的積累，直到配合面嚴(yán)重啃蝕后才最終發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提出一種避免部件磨損、脫落，長期、準(zhǔn)確、可靠地提供漿葉自動控制信號的磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置。
[0005]本實用新型是通過以下途徑來實現(xiàn)的:
[0006]磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置，包括有操作油管、位移行程傳感器、反饋桿以及外罩，其結(jié)構(gòu)要點在于，還包括有轉(zhuǎn)軸和磁性環(huán)，轉(zhuǎn)軸安裝在操作油管的上端面，與操作油管同軸分布，轉(zhuǎn)軸的軸心線上設(shè)置有導(dǎo)軌芯腔；磁性環(huán)安裝在轉(zhuǎn)軸上端面，并與轉(zhuǎn)軸同軸分布，反饋桿的一端穿過磁性環(huán)中心并位于轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)軌芯腔中，反饋桿的另一端則沿著導(dǎo)軌芯腔的延伸方向向上穿過反饋裝置外罩，并與位移行程傳感器連接。
[0007]這樣，所述的位移行程傳感器不再與磁性環(huán)一體構(gòu)造，而是一分為二，成為獨立構(gòu)件。所述的反饋桿相對操作油管是固定不動的，由現(xiàn)有技術(shù)的直接暈倒改變?yōu)殚g接遠動，當(dāng)操作油管轉(zhuǎn)動并上下運動時，帶動轉(zhuǎn)軸上下運動，此時，位于轉(zhuǎn)軸上端面的磁性環(huán)將根據(jù)在轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)軌芯腔中相對移動的反饋桿提供感應(yīng)信號，然后由位移行程傳感器獲取該感應(yīng)信號，并轉(zhuǎn)換為位移信號，為漿葉行程提供自動控制信號。
[0008]本實用新型首先根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足進行深入的研究:
[0009]由于反饋裝置極易發(fā)生滑軸、滑套配合面燒毛、啃蝕甚至抱死；換向軸承鋼珠易磨損、脫落、卡磕、內(nèi)端蓋固定螺栓被拉斷或扭斷等問題，而且反復(fù)發(fā)生，就是更換后過段時期又會出現(xiàn)。發(fā)明人以福建水口水電站機組為對象，對機組原始安裝技術(shù)資料、歷年來機組的運行狀況和檢修技術(shù)資料做了大量細致的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)引起反饋裝置發(fā)生上述問題的原因主要有兩方面:其一是換向軸承工作異常；其二是機組存在不利工況，是根本原因。這里所指的工況:1、機組在運行過程中的狀況或工藝條件；2、機組在各種負荷狀態(tài)下的運行狀態(tài)。
[0010]首先是換向軸承的工作異常:換向軸承內(nèi)鋼珠都會出現(xiàn)不同程度的磨損、分布不均甚至擠靠、有的則會脫落。此缺陷使得換向軸承轉(zhuǎn)動不靈活、運行過程易發(fā)生卡磕，引起滑軸扭轉(zhuǎn)(滑軸被導(dǎo)向鍵限定為垂直上下滑動)、憋卡(特別是在機組不利工況條件下，機組振動、擺度大，滑軸更容易發(fā)生憋卡)，增大滑軸滑動摩擦力，加速滑軸與滑套配合面燒毛。另一方面如果換向軸承轉(zhuǎn)動不靈活、卡磕特別嚴(yán)重，換向功能失效，其內(nèi)端蓋固定螺栓將被旋轉(zhuǎn)中的軸節(jié)扭斷。
[0011 ] 而機組的不利工況主要體現(xiàn)在:
[0012]1、作用于水輪機轉(zhuǎn)輪的水力不平衡:除了尺寸誤差、安裝誤差外，機組頻繁操作(頻繁調(diào)節(jié)負荷)水壓脈動大，對轉(zhuǎn)輪室、尾水管產(chǎn)生較大沖擊，破壞整個水輪機的過流流道；或者過流通道有雜物堵塞等。將造成水流失去軸對稱，使機組承受一個不平衡的徑向力，隨著轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)而引起機組振動、擺度變大。
[0013]2、作用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子的電磁力不平衡:發(fā)電機定子、水輪機支持蓋、轉(zhuǎn)輪室等機組固定部件由于制造和安裝上的誤差，使它們的中心不在同一條垂直的中心線上，當(dāng)安裝或檢修過程調(diào)整機組轉(zhuǎn)動部分中心時，由于水輪機轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室之間、轉(zhuǎn)輪聯(lián)接螺栓保護罩與支持蓋導(dǎo)流錐之間、發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子之間間隙值的分配，將造成發(fā)電機空氣間隙不均勻。
[0014]3、機組轉(zhuǎn)動部分重量不平衡:機組的轉(zhuǎn)動部分主要包括轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子?，F(xiàn)以質(zhì)量為M的發(fā)電機轉(zhuǎn)子失衡來講，由于使用的材質(zhì)不均勻、加工質(zhì)量不好、裝配時轉(zhuǎn)子重心不在旋轉(zhuǎn)中心線上，將造成轉(zhuǎn)子重量不平衡，使轉(zhuǎn)子重心S對其中心(也是轉(zhuǎn)軸中心)產(chǎn)生一個偏心距。
[0015]4、機組自動發(fā)電控制運行:由于擔(dān)負著系統(tǒng)調(diào)峰及調(diào)頻任務(wù)，機組負荷調(diào)節(jié)頻繁，運行工況變化范圍大，常在低負荷區(qū)(非穩(wěn)定工況)下運行，造成機組振動、擺度變大。
[0016]從上述原因分析可以看出，機組運行時存在不利工況，并且這些工況引起轉(zhuǎn)動部分中心變化、擺度變大。如此，便引起滑軸擺動(因為反饋裝置是在機組安裝或檢修過程中轉(zhuǎn)動部分處在靜態(tài)中心的情況下與操作油管垂直對接安裝的)，影響滑軸原本的垂直工作狀態(tài)，使滑軸處在傾斜的狀態(tài)下工作。因此，當(dāng)水輪機漿葉操作時，滑軸滑動摩擦力增大，滑軸與滑套(配合間隙為0.10 - 0.17mm，設(shè)計目的是保證滑軸工作時的垂直度和平穩(wěn)性)配合面容易發(fā)生燒毛，特別是漿葉在全開位往關(guān)位操作時滑軸傾斜度最大，燒毛現(xiàn)象最易發(fā)生。隨著多次燒毛的積累，滑軸與滑套配合面便發(fā)生啃蝕，最終引發(fā)滑軸與滑套抱死，當(dāng)漿葉往開位操作時，換向軸承內(nèi)端蓋固定螺栓便被拉斷，反饋裝置無法工作，機組失去漿葉行程自動控制信號后發(fā)生停機。
[0017]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的反饋裝置不適應(yīng)在機組存在不利工況所引起的機組轉(zhuǎn)動部分中心變化、擺度大的條件下工作，但這些工況在機組運行過程又無法避免的情況，設(shè)計出了本實用新型所述的技術(shù)方案——磁性環(huán)行程型的反饋裝置，其改變位移行程傳感器的工作式，將反饋桿由原來的直接運動改變?yōu)殚g接運動，取消換向軸承。現(xiàn)有技術(shù)中的換向軸承型結(jié)構(gòu)反饋裝置的位移行程傳感器與磁性感應(yīng)體組合一體，反饋桿獨立，從直接上下運動的反饋桿上獲取其位移(即漿葉行程)信號；而本實用新型所述的磁性環(huán)行程感應(yīng)型結(jié)構(gòu)反饋裝置的位移行程傳感器則與反饋桿組合一體，感應(yīng)體即磁性環(huán)獨立，從固定不動的反饋桿上獲取其間接位移(即漿葉行程)信號，即:為漿葉行程提供自動控制信號的位移行程傳感器反饋桿垂直固定外罩頂部，下部伸入轉(zhuǎn)軸導(dǎo)軌芯孔內(nèi)足以測量漿葉行程的長度(視不同容量的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組設(shè)備實際尺寸大小而定)，運用相對(非直接)運動原理，由安裝在轉(zhuǎn)軸頂部的磁性環(huán)隨著轉(zhuǎn)軸的垂直上下運動感應(yīng)反饋桿，這樣，位移行程傳感器便可獲取反饋桿的間接位移(即漿葉行程)信號，為槳葉行程提供自動控制信號。
[0018]其次本實用新型還改變軸節(jié)的尺寸、結(jié)構(gòu)和作用。換向軸承型反饋裝置中的軸節(jié)是作為反饋裝置與操作油管的連接件；而磁性環(huán)行程感應(yīng)型反饋裝置中的軸節(jié)即轉(zhuǎn)軸，則帶動安裝在其頂部的磁性環(huán)上下運動感應(yīng)伸入其中心孔內(nèi)的反饋桿，這樣位移行程傳感器便可獲取反饋桿的間接位移(漿葉行程)信號，即參與漿葉行程信號獲取。
[0019]因此本實用新型所述反饋裝置工作可靠，可以提高使用壽命，減少檢修次數(shù)，節(jié)省大量的人力、財力，并且消除了傳統(tǒng)換向軸承型反饋裝置受機組不利工況的影響，易發(fā)生缺陷、甚至導(dǎo)致機組事故停機的重大安全隱患，確保機組安全、穩(wěn)定運行。
[0020]本實用新型可以進一步具體為:
[0021]在操作油管上部環(huán)周側(cè)上設(shè)置有行程指示線，而行程刻度板則安裝在于操作油管軸向平行的位置上，與該行程指示線對應(yīng)，在該行程刻度板的一側(cè)外罩上設(shè)置有觀察孔。
[0022]本實用新型取消現(xiàn)有技術(shù)中換向軸承型反饋裝置的滑軸、滑套、行程指示針，直接通過刻在靠近上操作油管頂端環(huán)周長的行程指示線機械指示槳葉行程，結(jié)構(gòu)簡單，查看方便。
[0023]轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)軌芯腔的孔徑比反饋桿的直徑大3 — 5mm。
[0024]由于機組轉(zhuǎn)動部分中心、擺度變化幅度不會超過1_，這樣轉(zhuǎn)軸內(nèi)壁與反饋桿不會發(fā)生刮碰現(xiàn)象，運動靈活，反饋裝置工作過程不會受到機組不利工況的影響。
[0025]綜上所述，本實用新型提供了一種磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置，改變傳統(tǒng)換向軸承型反饋裝置獲取行程信號的工作方式；工作過程不會受到機組不利工況的影響；能夠準(zhǔn)確、可靠測量水輪機漿葉行程；使用壽命，減少檢修次數(shù)，節(jié)省大量的人力、財力，確保機組安全、穩(wěn)定運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1所示為本實用新型【背景技術(shù)】所述換向軸承型結(jié)構(gòu)反饋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2所示為本實用新型所述磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0028]最佳實施例:
[0029]參照附圖2，磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置，包括有操作油管1、位移行程傳感器10、反饋桿9以及外罩11，還包括有轉(zhuǎn)軸13和磁性環(huán)14，轉(zhuǎn)軸13安裝在操作油管I的上端面，與操作油管I同軸分布(即軸心線重合)，轉(zhuǎn)軸13的軸心線上設(shè)置有導(dǎo)軌芯腔15 ;磁性環(huán)14安裝在轉(zhuǎn)軸13上端面，并與轉(zhuǎn)軸13同軸分布，反饋桿9的一端穿過磁性環(huán)14中心并位于轉(zhuǎn)軸13的導(dǎo)軌芯腔15中，反饋桿9的另一端則沿著導(dǎo)軌芯腔15軸心線的延伸方向向上穿過反饋裝置外罩11，固定連接在外罩11上，并在外罩11的上端面上與位移行程傳感器10連接。轉(zhuǎn)軸13的導(dǎo)軌芯腔15的孔徑比反饋桿9的直徑大3 - 5mm。在操作油管I上部環(huán)周側(cè)上設(shè)置有行程指示線16，而行程刻度板7則安裝在于操作油管I軸向平行的位置上，與該行程指示線16對應(yīng)，在該行程刻度板7的一側(cè)外罩上設(shè)置有觀察孔2。
[0030]本實用新型相對現(xiàn)有技術(shù)做了如下的創(chuàng)新性改造:
[0031]1、改變位移行程傳感器的工作式，將反饋桿由原來的直接運動改變?yōu)殚g接運動。磁性環(huán)行程感應(yīng)型結(jié)構(gòu)反饋裝置的位移行程傳感器則與反饋桿組合一體，感應(yīng)體即磁性環(huán)獨立，從固定不動的反饋桿上獲取其間接位移(即漿葉行程)信號，即:為漿葉行程提供自動控制信號的位移行程傳感器反饋桿垂直固定外罩頂部，下部伸入轉(zhuǎn)軸中心孔內(nèi)足以測量漿葉行程的長度(視不同容量的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組設(shè)備實際尺寸大小而定)，運用相對(非直接)運動原理，由安裝在轉(zhuǎn)軸頂部的磁性環(huán)隨著轉(zhuǎn)軸的垂直上下運動感應(yīng)反饋桿，這樣，位移行程傳感器便可獲取反饋桿的間接位移(即漿葉行程)信號，為槳葉行程提供自動控制信號。
[0032]2、改變軸節(jié)的尺寸、結(jié)構(gòu)和作用。換向軸承型反饋裝置中軸節(jié)是作為反饋裝置與操作油管的連接件；而磁性環(huán)行程感應(yīng)型反饋裝置中的軸節(jié)即轉(zhuǎn)軸則帶動安裝在其頂部的磁性環(huán)上下運動感應(yīng)伸入其中心孔內(nèi)的反饋桿，這樣位移行程傳感器便可獲取反饋桿的間接位移(漿葉行程)信號，即參與漿葉行程信號獲取。
[0033]3、反饋裝置工作過程不會受到機組不利工況的影響。轉(zhuǎn)軸中心孔徑較反饋桿直徑大3 — 5mm，而機組轉(zhuǎn)動部分中心、擺度變化幅度不會超過1mm，這樣轉(zhuǎn)軸內(nèi)壁與反饋桿不會發(fā)生刮碰現(xiàn)象，運動靈活。
[0034]4、取消換向環(huán)節(jié)。換向軸承型反饋裝置需經(jīng)換向滾動軸承將操作油管的轉(zhuǎn)動及垂直上下運動轉(zhuǎn)變(換向)成單一的垂直上下運動后才能工作；而磁性環(huán)行程感應(yīng)型反饋裝置不需經(jīng)換向環(huán)節(jié)便可工作，即:直接在設(shè)備的轉(zhuǎn)動及垂直上下運動中對漿葉行程實現(xiàn)機械指示和提供自動控制信號。
[0035]5、取消傳統(tǒng)換向軸承型結(jié)構(gòu)反饋裝置中的滑軸、滑套、行程指示針，直接通過刻在靠近上操作油管頂端的環(huán)周長行程指示線機械指示槳葉行程，結(jié)構(gòu)簡單。
[0036]本實用新型帶來的經(jīng)濟效益體現(xiàn)如下:
[0037]因原換向軸承型結(jié)構(gòu)反饋裝置受機組振、擺度大，旋轉(zhuǎn)中心交錯變化等不利工況的影響，工作中極易發(fā)生滑軸、滑套配合面磨損、燒毛、啃蝕，換向軸承內(nèi)鋼珠易磨損、脫落、卡磕等缺陷，每臺機組每年至少需要對該反饋裝置更換一次，每臺設(shè)備成本費用=F1=L 47萬元，每次更換需要停機I天，電價:0.278元/kWh，這樣每臺機組每年可挽回經(jīng)濟損失:F2=機組容量X檢修時間X電價+F1 = 20X24X0.278/kwh+l.47 = 134.91 (萬元)，福建水口水電站共7臺機組每年可挽回經(jīng)濟損失(即取得經(jīng)濟效益):F= F2X7=944.37 (萬元)。而新型磁性環(huán)行程感應(yīng)型反饋裝置每臺成本費用1.62萬元，改造7臺機組設(shè)備成本費用一次性投入共計只需=F3=L 62X7=11.34(萬元)。
[0038]本實用新型未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
【權(quán)利要求】
1.磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置，包括有操作油管、位移行程傳感器、反饋桿以及外罩，其特征在于，還包括有轉(zhuǎn)軸和磁性環(huán)，轉(zhuǎn)軸安裝在操作油管的上端面，與操作油管同軸分布，轉(zhuǎn)軸的軸心線上設(shè)置有導(dǎo)軌芯腔；磁性環(huán)安裝在轉(zhuǎn)軸上端面，并與轉(zhuǎn)軸同軸分布，反饋桿的一端穿過磁性環(huán)中心并位于轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)軌芯腔中，反饋桿的另一端則沿著導(dǎo)軌芯腔的延伸方向向上穿過反饋裝置外罩，并與位移行程傳感器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置，其特征在于，在操作油管上部環(huán)周側(cè)上設(shè)置有行程指示線，而行程刻度板則安裝在于操作油管軸向平行的位置上，與該行程指示線對應(yīng)，在該行程刻度板的一側(cè)外罩上設(shè)置有觀察孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性環(huán)行程感應(yīng)型水輪機漿葉行程反饋裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)軌芯腔的孔徑比反饋桿的直徑大3 - 5_。
【文檔編號】F03B15/06GK203742888SQ201320873737
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】劉宜陽, 肖秀祥, 潘春日, 黃曉廷 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 福建水口發(fā)電集團有限公司