專利名稱:高壓化水力機(jī)械操作器的制作方法
本實(shí)用新型是用于水電站自動(dòng)控制的高壓化水力機(jī)械操作器，該操作器由供油裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置和指示裝置構(gòu)成。
現(xiàn)有水力機(jī)械操作器的供油裝置，一般用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)兩臺(tái)低壓油泵，通過壓力罐，向控制裝置供油。低壓油泵產(chǎn)生的油壓很低，國內(nèi)一般為2×106至4×106帕〔斯卡〕，國外一般也不超過7×106帕〔斯卡〕。另外，還需附設(shè)高壓空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等設(shè)備?？刂蒲b置由開度控制手輪、開度控制針塞、斜板、主配壓閥、輔助接力器等非標(biāo)準(zhǔn)專用件組成，其正常手動(dòng)控制、遠(yuǎn)動(dòng)控制與非正?？刂?即緊急停機(jī))，分屬兩套機(jī)構(gòu)，即另置緊急故障停機(jī)電磁閥，由于它平常不動(dòng)作，緊急停機(jī)有時(shí)會(huì)失靈，不能完全得到故障保護(hù)，而且，控制裝置無法實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)。在執(zhí)行裝置中，由于接力器(即油缸)與操作器的本體布置在一起，即為合成式結(jié)構(gòu)，所以，還需配置調(diào)速軸、拐臂，推拉桿等笨重的機(jī)械傳動(dòng)件，才能將其控制扭矩傳到水輪機(jī)的調(diào)速環(huán)上。
現(xiàn)有水力機(jī)械操作器，由于供油裝置選用低壓油泵，油壓很低，故操作器的體積龐大、笨重，它的大部分組成零件，均為各廠自行設(shè)計(jì)制作的專用件，用大量的油管路和接頭等機(jī)械方式連結(jié)組裝在一起，其三化(即標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化)水平低，制造周期長，成本高、漏油、跑氣、浪費(fèi)能源。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種水力機(jī)械操作器，該操作器使用了高壓油泵、三位四通電磁閥及微處理機(jī)，這樣可降低操作器的重量，減小體積，提高操作器的可靠性，并可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)，同時(shí)其系統(tǒng)裝置均可選用標(biāo)準(zhǔn)的液壓元器件，縮短生產(chǎn)周期，降低造價(jià)，改善漏油跑氣現(xiàn)象，節(jié)約能源。
本實(shí)用新型的目的是通過以下措施來完成的。
(a)供油裝置的高壓油泵一頭接電動(dòng)機(jī)一頭通過單向閥與蓄能器和三位四通電磁閥相接，在油路上裝有兩個(gè)壓力繼電器，與高壓油泵相接的還有溢流閥，在通向蓄能器的油路上還裝有一個(gè)壓力表，(b)控制裝置有一個(gè)微處理機(jī)與水輪發(fā)電機(jī)的出線端相連接，利用水輪發(fā)電機(jī)的殘壓，測出本機(jī)之頻率，并網(wǎng)前，自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)并測出其頻率，兩者同時(shí)送入微處理機(jī)后相減，當(dāng)頻差大于某一數(shù)值時(shí)，由微處理機(jī)發(fā)出指令至三位四通電磁閥，并連續(xù)地向開啟側(cè)供油，操作油缸操縱調(diào)速環(huán)，快速打開水輪機(jī)的導(dǎo)水葉，直到頻差小于某一數(shù)值后，微處理機(jī)自動(dòng)地按PID調(diào)節(jié)規(guī)律，斷續(xù)地控制三位四通電磁閥，使被控發(fā)電機(jī)的頻率逐漸地接近電網(wǎng)頻率，微處理機(jī)另一頭與三位四通電磁閥接通，三位四通電磁閥的兩條油路的油腔各與一個(gè)單向調(diào)速閥相連接，還可以各與一個(gè)液控單向閥相接，在一條油路的液控單向閥與操作油缸之間的油路上還可裝有一個(gè)單向減速閥，(c)執(zhí)行裝置有兩個(gè)操作油缸，分別與控制裝置的兩條油路上的液控單向閥相接，在一條油路的操作油缸的活塞桿上安裝一個(gè)多段關(guān)閉機(jī)構(gòu)，還有一個(gè)鎖定油缸，它與蓄能器用管路連接，在通向鎖定油缸的油路上還裝有減壓閥和二位三通電磁閥。
本操作器的高壓油泵為齒輪式或柱塞式高壓油泵，可將液壓系統(tǒng)的操作油壓提高到1.6×107至3×107帕。
本實(shí)用新型所選用的皮囊式蓄能器，內(nèi)充高壓惰性氣體，皮囊能將油氣分開。
為提高控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，本實(shí)用新型將正常手動(dòng)控制、遠(yuǎn)動(dòng)控制與非正?？刂?即緊急停機(jī))，均由一個(gè)三位四通電磁閥控制，同時(shí)引入微處理機(jī)控制發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)。
本操作器是將三位四通電磁閥控制的操作油缸，布置在水輪機(jī)的頂蓋上面，可直接操作調(diào)速環(huán)。
本操作器在于用單向減速閥和多段關(guān)閉機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多段關(guān)閉規(guī)律。
本操作器在于加設(shè)了鎖定油缸，當(dāng)停機(jī)后，二位三通電磁閥斷電，來自減壓閥的壓力油進(jìn)入鎖定油缸上腔，迫使其鎖定頭嵌入水輪機(jī)的調(diào)速環(huán)。
本實(shí)用新型所使用的供油裝置可以為水輪機(jī)操作器和蝴蝶閥(或球閥)操作器的公共供油裝置。
與現(xiàn)有操作器相比，本實(shí)用新型具有十分明顯的優(yōu)點(diǎn)或積極效果?，F(xiàn)以YC－－3000操作器為例，說明如下(a)體積小、重量輕；現(xiàn)有操作器的體積約為6.3立方米，重約2噸；本實(shí)用新型的體積約為0.54立方米，重約0.4噸。
(b)節(jié)約鋼材，降低造價(jià)現(xiàn)有操作器的執(zhí)行裝置中有一根調(diào)速軸，重800公斤；本實(shí)用新型用操作油缸直接操縱調(diào)速環(huán)，省掉了粗大笨重的調(diào)速軸等機(jī)械傳動(dòng)件，成本低。
(c)制造容易，生產(chǎn)周期短現(xiàn)有操作器采用非標(biāo)準(zhǔn)件專用件，并用油管路和接頭等機(jī)械方式連接；
本實(shí)用新型均可采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元器件，并可用標(biāo)準(zhǔn)的組合塊疊加組裝，易獲得備件，容易組裝，生產(chǎn)周期較短。并且減少了漏油和跑氣。
(d)省掉了附加設(shè)備現(xiàn)有操作器需附設(shè)高壓空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等設(shè)備；本實(shí)用新型采用皮囊式蓄能器，內(nèi)充高壓惰性氣體，油氣分開，為半永久性的，充一次氣可使用四至八年。無需上述附加設(shè)備。
(e)節(jié)約能源現(xiàn)有操作器使用兩臺(tái)7.5千瓦電動(dòng)機(jī)；本實(shí)用新型僅用一臺(tái)2.2千瓦電動(dòng)機(jī)。
(f)可靠性高現(xiàn)有操作器的正?？刂婆c非正?？刂?即緊急停機(jī))分屬兩套機(jī)構(gòu)，有時(shí)緊急停機(jī)會(huì)失靈，而且，控制裝置不能實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)；本實(shí)用新型的正常控制與非正常控制(即緊急停機(jī))，均由同一個(gè)三位四通電磁閥及微處理機(jī)控制，緊急停機(jī)不會(huì)失靈，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)。
附圖1、2和3分別描述了本實(shí)用新型的兩個(gè)不同的實(shí)施例；附圖1高壓化水輪機(jī)操作器液壓系統(tǒng)圖；附圖2高壓化水輪機(jī)操作器總體布置圖；附圖3高壓化蝴蝶閥(或球閥)操作器液壓系統(tǒng)圖。
高壓化水輪機(jī)操作器的總體布置(附圖2)，是將供油裝置(25)、控制裝置(26)、指示裝置(27)、安裝在發(fā)電機(jī)樓板(28)之上；執(zhí)行裝置(29)的操作油缸布置在水輪機(jī)的頂蓋上面，油管自控制裝置穿過樓板接到執(zhí)行裝置的操作油缸上，可直接操縱調(diào)速環(huán)(12)。
該操作器的液壓系統(tǒng)(附圖1)的四部件包括(a)供油裝置由電動(dòng)機(jī)(6)、高壓油泵(3)、濾油網(wǎng)(4)、油箱(5)、單向閥(2)、溢流閥(1)、壓力繼電器(19)、(20)、蓄能器(8)和壓力表(7)等組成。
(b)控制裝置由三位四通電磁閥(18)、單向減速閥(15)、單向調(diào)速閥(9)、(21)、液控單向閥(10)、(22)和微處理機(jī)(24)等組成。
(c)執(zhí)行裝置由操作油缸(11)、(23)、多階關(guān)閉機(jī)構(gòu)(14)、減壓閥(17)、二位三通電磁閥(16)、鎖定油缸(13)等組成。
(d)指示裝置有導(dǎo)葉開度指示(0－100％)等。
該操作器(附圖1)的工作原理1、高油壓的產(chǎn)生與儲(chǔ)存電動(dòng)機(jī)(6)直接驅(qū)動(dòng)高壓油泵(3)，并向蓄能器(8)和三位四通電磁閥(18)供油，高壓油泵(3)的起動(dòng)和停止，受壓力繼電器(19)和(20)的控制；蓄能器(8)用來儲(chǔ)存高壓油，其作用與常規(guī)的壓力罐相同；溢流閥(1)起過壓安全保護(hù)作用；由于鎖定機(jī)構(gòu)所需操作力較小，同時(shí)考慮到，水輪機(jī)組還需使用少量低壓元器件，故增加了一個(gè)減壓閥(17)，以備需用。
2、控制裝置及執(zhí)行裝置的動(dòng)作原理(a)開啟三位四通電磁閥(18)的右側(cè)線圈，接到微處理機(jī)(24)的開啟指令后，立即動(dòng)作。此時(shí)，壓力油自左路經(jīng)單向調(diào)速閥(9)、液控單向閥(10)，進(jìn)入操作油缸(11)、(23)之開啟腔；關(guān)閉腔的油經(jīng)右路液控單向閥(22)和單向調(diào)速閥(21)與回油相通。與此同時(shí)，當(dāng)左路有壓力油時(shí)，壓力油通過虛線所示之通路，自動(dòng)到達(dá)右路液控單向閥(22)的下面，使液控單向閥(22)之活塞上升，故此時(shí)，右路回油能順利通過。
(b)關(guān)閉三位四通電磁閥(18)的左側(cè)線圈，接到微處理機(jī)(24)的關(guān)閉指令后，自動(dòng)勵(lì)磁關(guān)閉，壓力油進(jìn)入右路，左路回油，其動(dòng)作原理與開啟相同，方向相反。
(c)任意停止位置按照需要，機(jī)組能被停留在由0－100％開度范圍的任意位置。此時(shí)，三位四通電磁閥(18)的兩側(cè)線圈均不帶電，其活塞處于正中位置，將操作油缸(11)、(23)兩腔的壓力油與回油隔開。為了確保操作油缸(11)、(23)，能長時(shí)間地停留在所處之開度位置，防止操作油缸兩腔內(nèi)的壓力油外泄，特增設(shè)了液控單向閥(10)、(22)，起液壓鎖的作用。
串于左、右兩路中的單向調(diào)速閥(9)、(21)，可以分別整定該水輪機(jī)操作器的開啟與關(guān)閉之速度。
單向減速閥(15)和多段關(guān)閉機(jī)構(gòu)(14)，用來實(shí)現(xiàn)多段關(guān)閉規(guī)律。故該操作器還具有加設(shè)多段關(guān)閉規(guī)律的功能。
為了確保停機(jī)安全，特加設(shè)了鎖定油缸(13)。當(dāng)停機(jī)后，二位三通電磁閥(16)斷電，來自減壓閥(17)的壓力油，進(jìn)入鎖定油缸(13)上腔，迫使其鎖定頭嵌入水輪機(jī)的調(diào)速環(huán)(12)，從而確保機(jī)組的停機(jī)安全。
3、微處理機(jī)的工作原理利用水輪發(fā)電機(jī)的殘壓，測出本機(jī)之頻率；并網(wǎng)前，自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)并測出其頻率，兩者同時(shí)送入微處理機(jī)后相減。當(dāng)頻差大于某一數(shù)值時(shí)，由微處理機(jī)(24)發(fā)出指令至三位四通電磁閥(18)，并連續(xù)地向開啟側(cè)供油，操作油缸操縱調(diào)速環(huán)，快速打開水輪機(jī)的導(dǎo)水葉，直到頻差小于某一數(shù)值后，微處理機(jī)自動(dòng)地按PID調(diào)節(jié)規(guī)律，斷續(xù)地控制三位四通電磁閥(18)，使被控發(fā)電機(jī)組的頻率，逐漸接近電網(wǎng)頻率，為準(zhǔn)同期并網(wǎng)提供條件。
附圖3是本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)例。
高壓化蝴蝶閥(或球閥)操作器(附圖3)的部件包括(a)供油裝置由溢流閥(1)、單向閥(2)、高壓油泵(3)、濾油網(wǎng)(4)、油箱(5)、電動(dòng)機(jī)(6)、壓力表(7)、蓄能器(8)、壓力繼電器(19)、(20)等組成。
(b)控制裝置由三位四通電磁閥(9)、(18)、單向調(diào)速閥(10)、(15)、(21)、(24)等組成。
(c)執(zhí)行裝置由操作油缸(11)、(14)、(22)、減壓閥(17)、二位三通電磁閥(16)、鎖定油缸(13)等組成。
本操作器(附圖3)可對(duì)蝴蝶閥(或球閥)的控制環(huán)(12)和旁通閥(23)進(jìn)行控制。
本操作器(附圖3)的工作原理由于蝴蝶閥(或球閥)只需停留在兩個(gè)極端點(diǎn)，即全開或全關(guān)位置，故本系統(tǒng)取消液壓鎖裝置和多段關(guān)閉機(jī)構(gòu)。另外，由于操作器的控制程序很簡單，勿需引入微處理機(jī)控制。其控制裝置及執(zhí)行裝置的動(dòng)作原理(a)開啟三位四通電磁閥(9)的右側(cè)線圈，接到控制信號(hào)后，立即動(dòng)作，此時(shí)，壓力油自左路經(jīng)單向調(diào)速閥(10)進(jìn)入操作油缸(11)、(14)之開啟腔；關(guān)閉腔的油經(jīng)右路單向調(diào)速閥(15)與回油相通。
(b)關(guān)閉三位四通電磁閥(9)的左側(cè)線圈，接到控制信號(hào)后，自動(dòng)關(guān)閉，壓力油進(jìn)入右路，左路回油，其動(dòng)作原理與開啟相同，方向相反。
開啟蝴蝶閥(或球閥)之前，來自高壓油泵(3)或蓄能器(8)的高壓油，使二位三通電磁閥(18)動(dòng)作，壓力油經(jīng)單向調(diào)速閥(24)，進(jìn)入操作油缸(22)的開啟腔，將旁通閥(23)打開，待水充滿蝴蝶閥(或球閥)的后腔后，再打開蝴蝶閥(或球閥)，從而確保蝴蝶閥(或球閥)平穩(wěn)地、無振動(dòng)地正常工作。
為了確保蝴蝶閥(或球閥)停留在全開或全關(guān)位置的可靠性和安全性，加設(shè)了鎖定油缸(13)。當(dāng)全部開啟和全部關(guān)閉以后，來自減壓閥(17)的壓力油，使二位三通閥(16)開啟，壓力油進(jìn)入鎖定油缸(13)的上腔，使其鎖定頭嵌入蝴蝶閥(或球閥)的控制環(huán)(12)，從而確保機(jī)組的可靠工作和停機(jī)安全。
高壓化水力機(jī)械操作器，可按發(fā)電機(jī)組的不同容量之需，選用不同規(guī)格的液壓元器件，用標(biāo)準(zhǔn)的組合塊疊加組裝成系列化產(chǎn)品。
本實(shí)用新型的兩個(gè)實(shí)施例，即高壓化水輪機(jī)操作器和高壓化蝴蝶閥(或球閥)操作器，在必要時(shí)，它們可使用公共的供油裝置，這樣，可進(jìn)一步縮小設(shè)備的體積，便于操作和維修，降低造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.用于水電站自動(dòng)控制的水力機(jī)械操作器，它是由供油裝置、控制裝置，執(zhí)行裝置和指示裝置構(gòu)成，其特征是(a)供油裝置的高壓油泵一頭接電動(dòng)機(jī)一頭通過單向閥與蓄能器和三位四通電磁閥相接，在油路上裝有兩個(gè)壓力繼電器，與高壓油泵相接的還有溢流閥，在通向蓄能器的油路上還裝有一個(gè)壓力表，(b)控制裝置有一個(gè)微處理機(jī)與水輪發(fā)電機(jī)的出線端相連接，利用水輪發(fā)電機(jī)的殘壓，測出本機(jī)之頻率，并網(wǎng)前，自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)并測出其頻率，兩者同時(shí)送入微處理機(jī)后相減，當(dāng)頻差大于某一數(shù)值時(shí)，由微處理機(jī)發(fā)出指令至三位四通電磁閥，并連續(xù)地向開啟側(cè)供油，操作油缸操縱調(diào)速環(huán)，快速打開水輪機(jī)的導(dǎo)水葉，直到頻差小于某一數(shù)值后，微處理機(jī)自動(dòng)地按PID調(diào)節(jié)規(guī)律，斷續(xù)地控制三位四通電磁閥，使被控發(fā)電機(jī)的頻率，逐漸地接近電網(wǎng)頻率，微處理機(jī)另一頭與三位四通電磁閥接通，三位四通電磁閥的兩條油路的油腔各與一個(gè)單向調(diào)速閥相連接，還可以各與一個(gè)液控單向閥相接，在一條油路的液控單向閥與操作油缸之間的油路上還可裝有一個(gè)單向減速閥，(c)執(zhí)行裝置有兩個(gè)操作油缸，分別與控制裝置的兩條油路上的液控單向閥相接，在一條油路的操作油缸的活塞桿上安裝一個(gè)多段關(guān)閉機(jī)構(gòu)，還有一個(gè)鎖定油缸，它與蓄能器用管路連接，在通向鎖定油缸的油路上還裝有減壓閥和二位三通電磁閥。
2.按照權(quán)利要求
1所述的操作器，其特征在于所述的高壓油泵為齒輪式或柱塞式高壓油泵。
3.按照權(quán)利要求
1或2所述的操作器，其特征在于選用皮囊式蓄能器，內(nèi)充高壓惰性氣體，皮囊能將油氣分開。
4.按照權(quán)利要求
1或2所述的操作器，其特征在于正常手動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)控制與非正?？刂?即緊急停機(jī))，均由同一個(gè)三位四通電磁閥控制，同時(shí)，引入微處理機(jī)控制發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)。
5.按照權(quán)利要求
4所述的操作器，其特征在于三位四通電磁閥控制的操作油缸，布置在水輪機(jī)的頂蓋上面，可直接操作調(diào)速環(huán)。
6.按照權(quán)利要求
1或2所述的操作器，其特征在于用單向減速閥和多段關(guān)閉機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多段關(guān)閉規(guī)律。
7.按照權(quán)利要求
6所述的操作器，其特征在于加設(shè)了鎖定油缸，當(dāng)停機(jī)后，二位三通電磁閥斷電，來自減壓閥的壓力油進(jìn)入鎖定油缸上腔，迫使其鎖定頭嵌入水輪機(jī)的調(diào)速環(huán)。
8.按照權(quán)利要求
1或2所述的操作器，其特征在于所述供油裝置為水輪機(jī)操作器和蝴蝶閥(或球閥)操作器的公共供油裝置。
專利摘要
一種用于水電站自動(dòng)控制的高壓化水力機(jī)械操作器。其供油裝置選高壓油泵，可將液壓系統(tǒng)的操作油壓，提高到1.6×10
文檔編號(hào)F03B15/00GK86204211SQ86204211
公開日1987年8月12日 申請(qǐng)日期1986年6月20日
發(fā)明者郭中枹, 劉惠英 申請(qǐng)人:郭中枹導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan