專利名稱：一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制動器，具體地說，是涉及一種用于水力發(fā)電機(jī)組中的單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
制動器(俗稱風(fēng)閘)是水力發(fā)電機(jī)組制動系統(tǒng)的核心組件，其結(jié)構(gòu)主要包括帶活塞的活塞缸，以及活塞缸上方的制動板，在活塞頂起制動板與復(fù)位狀態(tài)下，活塞底部將與活塞缸之間形成一個空腔，簡稱下腔，而活塞頂部與制動板之間形成的空腔，簡稱上腔。制動器在水力發(fā)電機(jī)組工作過程中主要有制動和頂起兩個功能①在機(jī)組停機(jī)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到較低轉(zhuǎn)速時，制動器中的活塞迅速頂起，制動加間，避免機(jī)組長時間在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行致使推力瓦與導(dǎo)軸瓦因干摩擦而損壞，此后在機(jī)組停機(jī)備用狀態(tài)下，制動器保持制動加閘狀態(tài)，避免因?qū)~漏水而導(dǎo)致機(jī)組蠕動；②在機(jī)組開機(jī)過程中，制動器復(fù)位松間為機(jī)組開機(jī)流程的一個重要判斷依據(jù)，此后在機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)下，制動器保持復(fù)位松間狀態(tài)，機(jī)組在水力作用下得以自由轉(zhuǎn)動。此外，在機(jī)組安裝或檢修期間，用高壓油泵向制動器的下腔泵入液壓油，可用作千斤頂頂起轉(zhuǎn)子。目前，國內(nèi)外大型水力發(fā)電機(jī)組普遍采用的制動器為單活塞雙腔氣動復(fù)位式制動器?，F(xiàn)有的這種單活塞雙腔氣動復(fù)位式制動器主要存在以下問題或缺陷單活塞雙腔氣動復(fù)位式制動器普遍采用圓形密封圈，而圓形密封圈因長時間受擠壓、磨損很容易使其密封性能降低，進(jìn)而導(dǎo)致制動器的上腔與下腔串氣。在機(jī)組開機(jī)過程中，當(dāng)制動器的上腔接通壓縮空氣、下腔接通排氣管時，部分密封性能欠佳的制動器上腔壓縮空氣將串入下腔，受長管路系統(tǒng)排氣能力尤其是自動控制電磁閥通徑的制約，下腔將不可避免地存在一定的殘壓， 而且由于下腔的圓形面積遠(yuǎn)大于上腔的環(huán)形面積(一般為2 3倍)，因此作用于活塞下端的壓力將與作用于上端的壓力相當(dāng)甚至?xí)源笥谧饔糜谏隙说膲毫?，此外，由于受到摩擦阻力的影響，將會?dǎo)致部分甚至全部制動器無法復(fù)位。此問題將直接影響機(jī)組開機(jī)速度和自動開機(jī)成功率，致使停機(jī)備用的機(jī)組無法按系統(tǒng)需要及時并網(wǎng)發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，避免制動器上腔的空氣直接串入下腔，確保下腔氣壓為零，保證制動器順利復(fù)位。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，包括內(nèi)置有活塞的活塞缸，該活塞缸上端設(shè)置有與活塞固定連接的制動裝置，在活塞與活塞缸之間設(shè)置有襯套，該襯套上端通過襯套固定板與活塞缸連接，在襯套、活塞缸、活塞兩兩之間分別設(shè)置有密封圈，在活塞缸外壁上還設(shè)置有鎖定裝置，所述活塞與活塞缸之間還設(shè)置有與外界大氣連通的隔離腔。進(jìn)一步地，所述隔離腔由活塞缸內(nèi)壁與設(shè)置于活塞側(cè)壁上的環(huán)狀凹槽構(gòu)成，該活塞缸側(cè)壁上還設(shè)置有連通隔離腔與外界大氣的通孔。更進(jìn)一步地，所述通孔正對于凹槽，其走向與活塞缸底面平行。密封圈的設(shè)置形式包括以下兩種一.所述密封圈為圓形密封圈或分叉式密封圈，且分叉式密封圈的數(shù)量至少為一個。所述分叉式密封圈為“Y”型密封圈、“U”型密封圈、 “V”型密封圈、“X”型密封圈或“Yx”型密封圈。二.所述密封圈為分叉式密封圈。所述分叉式密封圈為“Y”型密封圈、“U”型密封圈、“V”型密封圈、“X”型密封圈或“Yx”型密封圈。再進(jìn)一步地，所述制動裝置包括制動板座，以及位于制動板座上端并與之嵌合的制動板，所述活塞上端通過螺栓與制動板座固定連接，而活塞上端通過螺栓與該制動板座固定連接。在上述部件的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供了該單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟(1)在活塞與襯套、襯套與活塞缸之間至少分別設(shè)置一個密封溝槽，在隔離腔的上下兩端至少分別設(shè)置一個密封溝槽；(2)在每一個密封溝槽中分別設(shè)置一個密封圈，將活塞及襯套安裝于活塞缸內(nèi)；(3)安裝制動板座，用螺栓固定活塞與制動板座，再安裝制動板；
機(jī)組開機(jī)時
制動器的上腔連通壓縮空氣輸送管，下腔連通排氣管，隔離腔通過活塞缸側(cè)壁上的通孔與外部大氣連通；打開壓縮空氣輸送管與排氣管的控制閥，上腔內(nèi)持續(xù)通入壓縮空氣，活塞在壓縮空氣產(chǎn)生的壓力作用下向下運(yùn)動，將下腔內(nèi)的空氣排除，直到制動器實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，此后制動器保持復(fù)位松間狀態(tài)； 機(jī)組停機(jī)時
制動器的上腔連通排氣管，下腔連通壓縮空氣輸送管，隔離腔通過活塞缸側(cè)壁上的通孔與外部大氣連通；打開壓縮空氣輸送管與排氣管的控制閥，下腔內(nèi)持續(xù)通入壓縮空氣，活塞在壓縮空氣產(chǎn)生的推力作用下向上運(yùn)動，將上腔內(nèi)的空氣排除，并頂起制動板，此后制動器保持制動加間狀態(tài)。在上述單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器的實(shí)現(xiàn)方法中，所述步驟(2)中密封圈為圓形密封圈或“Y”型密封圈，且整個制動器中至少設(shè)有一個“Y”型密封圈。進(jìn)一步地，為了高密封性能，在隔離腔上下兩端的多個密封溝槽中至少有一個密封溝槽設(shè)置有“Y”型密封圈，在活塞與襯套、襯套與活塞缸之間的多個密封溝槽中至少分別有一個密封溝槽設(shè)置有“Y”型密封圈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果 1.本發(fā)明設(shè)計巧妙，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。2.本發(fā)明通過在活塞側(cè)壁上增設(shè)凹槽，并與活塞缸內(nèi)側(cè)壁共同形成空腔，然后通過設(shè)置于活塞缸側(cè)壁上的通孔與外界空氣連通，在這種設(shè)置下，即便密封失效，也能避免制動器的上下腔之間出現(xiàn)串氣。3.本發(fā)明在現(xiàn)有的圓形密封圈的基礎(chǔ)上，再增設(shè)了分叉式密封圈作為備用，不僅保證了改進(jìn)后的密封效果不低于改進(jìn)前，還進(jìn)一步提高了密封效果當(dāng)密封圈受壓時，分叉式密封圈的分支將緊貼活塞缸與活塞的側(cè)壁上，從而有效地防止上、下腔氣體泄漏，避免下腔內(nèi)殘留氣體對活塞產(chǎn)生壓力，阻礙制動器復(fù)位。4.本發(fā)明優(yōu)選的“Y”型密封圈能夠在制動器復(fù)位時有效地保證其分支緊密貼合于活塞缸、活塞側(cè)壁上，而在制動器制動剎車時，又縮回密封溝槽內(nèi)，避免受到擠壓、磨損， 從而既保證了密封效果，又延長了密封圈的使用壽命，使制動器的實(shí)用價值大大提高。5.通過對制動器各個腔體排氣狀況的監(jiān)測，能及時掌握各個腔體之間的串氣狀況，而通過選擇性的開關(guān)制動器各個腔體接口處的閥門，能夠?qū)崿F(xiàn)對故障點(diǎn)的快速定位，從而達(dá)到提高檢修、維護(hù)效率的目的。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中制動器復(fù)位狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中制動器頂起狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中密封圈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中制動器復(fù)位狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明中制動器頂起狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明中“Y”型密封圈的結(jié)構(gòu)示意圖。上述附圖中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的名稱為1-制動板，2-制動板座，3-襯套固定板， 4-鎖定裝置，5-襯套，6-活塞缸，7-活塞，8-圓形密封圈，9- “Y”型密封圈，10-隔離腔， 11-通孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍包括但不限于下述實(shí)施例?，F(xiàn)有制動器的工作狀態(tài)如圖1 圖3所示，在圖1和圖2中可以看出，不僅制動器的上腔與下腔之間沒有其他可以連通外部大氣的結(jié)構(gòu)，而且密封圈也完全是圓形密封圈， 因此，在密封圈受到損壞致使密封性能降低時，上腔的氣體將可能直接串入下腔，導(dǎo)致下腔殘留氣體對活塞形成壓力，阻礙制動器復(fù)位。而在水力發(fā)電機(jī)組制動系統(tǒng)的工作過程中，制動器一旦無法順利復(fù)位，將會產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。
實(shí)施例如圖4 圖6所示，一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，包括內(nèi)置有活塞7的活塞缸6，該活塞缸6上端設(shè)置有與活塞7固定連接的制動裝置，在活塞7與活塞缸6之間設(shè)置有襯套5，該襯套5上端通過襯套固定板3與活塞缸6連接，在活塞7與活塞缸6、活塞7與襯套5、襯套5與活塞缸6之間還分別設(shè)置有圓形密封圈8和“Y”型密封圈9，在活塞缸6 外壁上還設(shè)置有鎖定裝置4，所述活塞7與活塞缸6之間還設(shè)置有與外界大氣連通的隔離腔 10，隔離腔10正對的活塞缸6側(cè)壁上設(shè)置有通孔11，利用該通孔11，便實(shí)現(xiàn)了隔離腔10與外部大氣的連通。在制動器復(fù)位松間過程中，制動器的上腔通入壓縮空氣，下腔與排氣管連通，而隔離腔則保持與外部大氣連通。當(dāng)打開壓縮空氣輸送管和排氣管的控制閥之后，上腔中壓縮空氣對活塞7產(chǎn)生向下的推力，使活塞7向下運(yùn)動，直至制動器復(fù)位完成，下腔內(nèi)的空氣通過排氣管排除至活塞缸外部，此時，制動器復(fù)位松間完成。在這一過程中，密封圈的密封性能保證了上腔具有良好的氣密性，進(jìn)而保證了上腔壓縮空氣有效地對活塞7形成向下的推力；同時，隔離腔10的存在，更進(jìn)一步地保證了上腔中的壓縮空氣無法直接串入下腔，導(dǎo)致下腔內(nèi)產(chǎn)生向上的作用力，阻礙活塞7向下運(yùn)動，其原理在于如果上腔下部存在密封圈密封性能不良的情況，由此泄漏的壓縮空氣將通過隔離腔10直接排入大氣。在制動器制動加閘的活塞7頂起過程中，制動器的上腔與排氣管連通，下腔與壓縮空氣輸送管連通，而隔離腔則與外界空氣保持連通。當(dāng)打開壓縮空氣輸送管和排氣管的控制閥之后，壓縮空氣進(jìn)入下腔，對活塞7產(chǎn)生向上的作用力，使活塞7迅速向上運(yùn)動，并利用活塞7與制動板座2的連接關(guān)系，頂起制動板1，完成制動加間工作。在這一過程中，密封圈的密封性能直接影響到活塞受到的作用力大小，如果密封性能太差，無法保證制動板對其上方的轉(zhuǎn)子抗磨板之間形成足夠的接觸壓力，甚至無法頂起制動板。本發(fā)明在采用現(xiàn)有技術(shù)的圓形密封圈8的同時，還增設(shè)了 “Y”型密封圈9，由于“Y”型密封圈9的分支能夠完全緊貼于活塞缸6、活塞7的側(cè)壁上，因此，密封圈的密封性能保證了下腔具有良好的氣密性，進(jìn)而保證了下腔內(nèi)的壓縮空氣對活塞的作用力。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例為在隔離腔10的上下兩端分別設(shè)置兩個密封圈，其中一個為圓形密封圈，另一個為“Y”型密封圈；在活塞與襯套之間設(shè)置一個圓形密封圈和“Y”型密封圈；在襯套與活塞缸之間設(shè)置一個圓形密封圈和“Y”型密封圈。在本發(fā)明中，“Y”型密封圈9可以用其他帶分支的密封圈替換，如“U”型密封圈、 “V”型密封圈、“X”型密封圈或“Yx”型密封圈，而密封圈的數(shù)量也可以根據(jù)實(shí)際需要確定。按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，包括內(nèi)置有活塞(7)的活塞缸(6)，該活塞缸(6)上端設(shè)置有與活塞(7)固定連接的制動裝置，在活塞(7)與活塞缸(6)之間設(shè)置有襯套 (5)，該襯套(5)上端通過襯套固定板(3)與活塞缸(6)連接，在襯套(5)、活塞缸(6)、活塞(7)兩兩之間分別設(shè)置有密封圈，在活塞缸(6)外壁上還設(shè)置有鎖定裝置(4)，其特征在于， 所述活塞(7)與活塞缸(6)之間還設(shè)置有與外界大氣連通的隔離腔(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，其特征在于，所述隔離腔(10)由活塞缸(6)內(nèi)壁與設(shè)置于活塞(7)側(cè)壁上的環(huán)狀凹槽構(gòu)成，該活塞缸(6)側(cè)壁上還設(shè)置有連通該隔離腔與外界大氣的通孔(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，其特征在于，所述通孔 (11)正對于凹槽，其走向與活塞缸(6)底面平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，其特征在于，所述密封圈為圓形密封圈(8)或分叉式密封圈，且分叉式密封圈的數(shù)量至少為一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，其特征在于，所述分叉式密封圈為“Y”型密封圈(9)、“U”型密封圈、“V”型密封圈、“X”型密封圈或“Yx”型密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，其特征在于，所述密封圈為分叉式密封圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，其特征在于，所述分叉式密封圈為“Y”型密封圈(9)、“U”型密封圈、“V”型密封圈、“X”型密封圈或“Yx”型密封圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，其特征在于，所述制動裝置包括制動板座(2)，以及位于制動板座(2)上端并與之嵌合的制動板(1)，而活塞(7) 上端通過螺栓與該制動板座(2)固定連接。
9.一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在活塞與襯套、襯套與活塞缸之間至少分別設(shè)置一個密封溝槽，在隔離腔的上下兩端至少分別設(shè)置一個密封溝槽；(2)在每一個密封溝槽中分別設(shè)置一個密封圈，將活塞及襯套安裝于活塞缸內(nèi)；(3)安裝制動板座，用螺栓固定活塞與制動板座，再安裝制動板； 機(jī)組開機(jī)時制動器的上腔連通壓縮空氣輸送管，下腔連通排氣管，隔離腔通過活塞缸側(cè)壁上的通孔與外部大氣連通；打開壓縮空氣輸送管與排氣管的控制閥，上腔內(nèi)持續(xù)通入壓縮空氣，活塞在壓縮空氣產(chǎn)生的推力作用下向下運(yùn)動，將下腔內(nèi)的空氣排除，直到制動器實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，此后制動器保持復(fù)位松間狀態(tài)； 機(jī)組停機(jī)時制動器的上腔連通排氣管，下腔連通壓縮空氣輸送管，隔離腔通過活塞缸側(cè)壁上的通孔與外部大氣連通；打開壓縮空氣輸送管與排氣管的控制閥，下腔內(nèi)持續(xù)通入壓縮空氣，活塞在壓縮空氣產(chǎn)生的推力作用下向上運(yùn)動，將上腔內(nèi)的空氣排除，并頂起制動板，此后制動器保持制動加間狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟(2)中密封圈為圓形密封圈或“Y”型密封圈，且整個制動器中至少設(shè)有一個 “Y”型密封圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單活塞三腔氣動復(fù)位式制動器，屬于水力發(fā)電機(jī)組的制動技術(shù)領(lǐng)域，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中制動器密封圈性能不穩(wěn)定、上下腔容易串氣的問題。該制動器包括內(nèi)置有活塞的活塞缸，活塞缸上端設(shè)置有與活塞固定連接的制動裝置，在活塞與活塞缸之間設(shè)置有襯套，該襯套上端通過襯套固定板與活塞缸連接，在襯套、活塞、活塞缸兩兩之間分別設(shè)置有密封圈，在活塞缸外壁上還設(shè)置有鎖定裝置，所述活塞與活塞缸之間還設(shè)置有與外部大氣連通的隔離腔。本發(fā)明中還提供了該制動器的實(shí)現(xiàn)方法，通過該實(shí)現(xiàn)方法與制動器結(jié)構(gòu)的巧妙配合，不僅大大提高了密封性能，還有效地避免了制動器上腔與下腔的串氣，保證制動器具有良好的工作性能。
文檔編號F16D65/18GK102155507SQ20111004826
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者任開福, 任澤民, 張海濱, 李攀光, 栗建峰, 鄧林森, 陳玉林 申請人:國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司龔嘴水力發(fā)電總廠