CN100526637C - 水轮机筒阀电液同步控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水轮机筒阀电液同步控制系统，系统由控制阀组、分流马达和配油模块三部分组成，控制阀组油路的输出分别接于六个同步分流马达及相应的六个配油模块。在每个配油模块末端分别设有一个接力器，作为液压系统的执行装置。分流马达采用径向柱塞式，对液压油进行分流，以保证每个接力器液压缸进出油量的基本相等。同时配油模块上配备两个微调粗调电磁球阀，通过PLC精确控制进入接力器的流量，保证六个接力器的同步控制达到设计要求。本发明的有益效果体现在，在功能齐全，安全可靠的基础上，通过控制电液比例方向阀的流量控制接力器的速度，实现了高精度机械液压电气同步控制和速度控制要求。

Description

水轮机筒阀电液同步控制系统

技术领域

本发明属于机电液压一体化控制技术，具体涉及一种多液压缸同步升降电液控制系统，尤其涉及到用于水轮机筒阀开启和关闭的水轮机筒阀的电液同步控制系统。

背景技术

筒阀作为一种断开阀，安装在水轮机固定导叶和活动导叶之间。筒阀关闭时，起到止水阀的作用，阻止水流通过，以防导叶由于泥沙磨损而漏水过大；筒阀开启时，整个筒体缩进水轮机支撑环和顶盖之间的腔室内，对过机水流不造成干扰。此外，筒阀还具有在水轮机飞逸时起到事故关闭的功能。因筒阀直径大、重量重，其开启和关闭均由多执行机构完成。由于筒阀操作过程中本体结构需水平、平稳地运动，不能发生发卡现象，因此需要有可靠的同步系统保证多执行机构的同步运行。目前，筒阀同步机构广泛采用的方式有两种：机械同步和电液同步。

机械同步主要由接力器驱动链条实现，接力器活塞运动时，通过固定在其上的滚动旋转螺母带动丝杠旋转，丝杠端部连接齿轮，将筒阀接力器上下运动变为齿轮的旋转运动，通过链条带动其它接力器上的齿轮同速旋转，从而带动其它丝杠，实现多接力器同步运动。虽然机械同步控制简单、操作方便，但存在接力器速度不能调节、链条易于胀断、布置空间大和噪声大等缺点，因此，其应用受到一定的局限。

现有的电液同步控制主要由电液伺服(比例)阀、接力器和位移传感器组成闭环控制系统实现，电液伺服阀控制接力器的运行速度，位移传感器测得的误差传给控制器，对伺服(比例)阀做出调整，从而实现多接力器同步运动。电液同步控制系统占地空间小、噪音低、运动速度可控，但由于系统在失电的状态下不能工作，所以其应用也受到一定的局限。本发明针对现有水轮机筒阀同步控制系统中存在的问题，提出了一种机械、液压、电气共同控制的模块化布置方案，使问题得到满意的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种由多液压缸同步升降电液控制的水轮机筒阀控制装置。

以下结合附图1-3对本发明的技术方案予以说明。水轮机筒阀电液同步控制系统，具有：电液比例方向阀1、平衡阀2、单向减压阀3、初始启动电磁阀4、控制模块液控单向阀5、液动换向阀6、梭阀7、电磁换向阀8、手动换向阀9、飞逸液动换向阀10、马达11、配油模块液控单向阀12、单向阀13、节流阀14、粗调电磁球阀15、微调电磁球阀16、回油电磁换向阀17、位移传感器18、接力器19和筒阀20等。电液同步控制系统主要由控制阀组、六个同步分流马达和六个配油模块三部分组成。其中控制阀组由电液比例方向阀1、平衡阀2、单向减压阀3、初始启动电磁阀4、控制模块液控单向阀5、液动换向阀6、梭阀7、电磁换向阀8、手动换向阀9和飞逸液动换向阀10组成。每个配油模块均由配油模块液控单向阀12、单向阀13、节流阀14、粗调电磁球阀15、微调电磁球阀16和回油电磁换向阀17、位移传感器18和接力器19组成。控制阀组油路的输出分别接于六个同步分流马达11-1～11-6及相应的六个配油模块，即每个分流马达均配有一个配油模块。

图1、图2中的实线均为工作油路管线；虚线为控制油路管线。

各阀组具体的连接方式为：电液比例方向阀1的A口与平衡阀2的A口相接；电液比例方向阀1的B口和平衡阀2的X口接于单向减压阀3的进口；电液比例方向阀1的T口分别接于初始启动电磁阀4的T口和控制模块液控单向阀5的出油口；电液比例方向阀1的P口分别并联接于初始启动电磁阀4、液动换向阀6、电磁换向阀8、手动换向阀9、飞逸液动换向阀10的P口。电磁换向阀8、手动换向阀9、飞逸液动换向阀10三个阀的T口接在一起。控制阀组中的梭阀设有两个，第一个梭阀7-1的PP口接于配油模块液控单向阀12的控油口；第一个梭阀7-1的A口接于电磁换向阀8的A口；第一个梭阀7-1的B口通过控油管线分别与第二个梭阀7-2PP口和液动换向阀6的X口连接。第二个梭阀7-2的A口接于手动换向阀9的A口；第二个梭阀7-2的B口接于飞逸液动换向阀10的A口。配油模块中的单向阀13与节流阀14串联、并且与配油模块液控单向阀12的出油口、粗调电磁球阀15的进油口、微调电磁球阀16进油口通过管路接至接力器19的下腔。设计两个粗调、微调电磁球阀，其目的是作为电气同步调整环节。位移传感器18接收接力器19的位移信号，接力器19带动筒阀20做同步运动。初始启动电磁阀4的A口均与各自对应配油模块中的单向阀13相接，控制模块液控单向阀5的出油口并行连接六个分流马达11-1～11-6，每个分流马达均与各自相对应的配油模块液控单向阀12的进油口相接。即图2所示的配油模块结构共计为六组。液动换向阀6的A口与单向减压阀3的出口油路并联后与所对应配油模块中的回油电磁换向阀17的P口以及接力器19的上腔相接。回油电磁换向阀17的A口接于粗调电磁球阀15的出油口和微调电磁球阀16出油口及回油管线。

上述所言及的电液比例方向阀1为三位四通阀；初始启动电磁阀4、液动换向阀6、电磁换向阀8、手动换向阀9、飞逸液动换向阀10均为两位四通阀；回油电磁换向阀17为两位三通阀。其中：初始启动电磁阀4作两位三通用；液动换向阀6作两位两通用；电磁换向阀8、手动换向阀9和飞逸液动换向阀10均作两位三通用。回油电磁换向阀17作两位两通用。

本发明采用机械液压电气同步控制方式。液压系统采用同步分流马达11实现液压同步，所有电磁阀均采用PLC(可编程控制器)控制，实现精确同步和速度控制。其工作过程是：筒阀20上升或下降过程中，每个接力器顶端的位移传感器18实时地将接力器的位置信号反馈至PLC，由PLC比较六个接力器的位置，将位置最低的接力器的位置作为基准位置。然后分别将其它接力器的位置与之相比较，得出每个接力器的位置偏差。同时根据接力器允许位置偏差曲线得出基准位置的允许偏差。如果某个接力器的位置偏差超过允许偏差的30％但小于70％时，对应的微调电磁球阀16励磁，将接力器19下腔的油适量的排回油箱；当位置偏差超过允许偏差的70％时，粗调电磁球阀15励磁，将该接力器下腔更多的油排回油箱。通过排油，减缓该接力器上升速度或加快其下降速度，与其他接力器运动速度渐趋一致，从而保证六个接力器运动过程中的同步。

筒阀在全关位置时，由于水力因素，需要较大的提升力才能使其开始运动，因此初始启动时，运动速度较小。同时为了防止筒阀在其行程的起始段和终止段产生发卡或撞击相邻部件，在每个接力器的起始段和终止段，筒阀的运动速度远小于中间段的运动速度。在筒阀的运动过程中，PLC按照相应速度曲线向电磁比例方向阀发送调节信号，比例阀根据接收到的调节信号，控制开启侧或关闭侧的油口开度，进而控制接力器的开启和关闭速度。

附图说明

附图1为本发明控制阀组各部件组成结构图。

附图2为本发明配油模块各部件组成结构图。附图3为水轮机筒阀立体效果图。

具体实施方式

以下通过具体实施例并参照附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

系统采用机械液压同步和电气同步共同控制的方式以实现水轮机筒阀的同步提升和速度控制要求。

本实施例采用六个接力器作为液压系统的执行装置，为实现接力器液压缸的同步控制技术要求，通过保证每个接力器液压缸进出相等的油量来实现。同时本实施例采用的马达为径向柱塞液压马达对液压油进行分流，以保证每个接力器液压缸进出油量的基本相等。每个分流马达有两个输油管，其中一个单独连至与其相应的接力器下腔，另一油管引向控制阀组。由于六个分流马达通过齿轮啮合实现同转速，所以可保证每个分流马达输出相同的流量。该类型马达是可逆式的，所以无论在筒阀开启和关闭过程中，均可实现机械同步。

系统运行时，液压泵产生的压力油经过由电液比例方向阀1、平衡阀2、单向减压阀3、初始启动电磁阀4、控制模块液控单向阀5、液动换向阀6、梭阀7、电磁换向阀8、手动换向阀9和飞逸液动换向阀10组成的控制阀组和六个分流马达，产生六路等流量的液压油，进入“配油模块”(由配油模块液控单向阀12、单向阀13、节流阀14、粗调电磁球阀15、微调电磁球阀16和回油电磁换向阀17组成)进行精确流量调整，最后进入接力器19，实现筒阀20的开启和关闭动作。接力器19的运动主要可以分为：初始提升、正常开启、正常关闭、断电关闭和机组飞逸紧急关闭等。具体工作过程如下：

(1)初始提升

初始提升时，由于有液动力的存在，提升力较正常时大，这时通过控制初始启动电磁阀4、回油电磁换向阀17使其开启，这时油液经初始启动电磁阀4、单向阀13、节流阀14直接进入接力器下腔；接力器上腔油液经回油电磁换向阀17直接回油箱，一定位移后完成初始提升，使筒阀20下端密封脱离。

(2)正常开启

筒阀20和下端密封脱离后进入正常开启，此时初始启动电磁阀4、回油电磁换向阀17关闭，油液经电液比例方向阀1、平衡阀2进入分流马达，再经配油模块液控单向阀12进入接力器下腔；接力器上腔油液经过单向减压阀3的单向阀、电液比例方向阀1返回油箱。

(3)正常关闭

正常关闭时，电液比例方向阀1换向，反向供油，油液经单向减压阀3进入接力器上腔；同时平衡阀2通过液动力将自身的平衡阀切换到反向节流状态；配油模块液控单向阀12通过电磁换向阀8打开，接力器下腔油液经液控单向阀12、分流马达14、平衡阀2、电液比例方向阀1返回油箱。

(4)断电关闭

在断电情况下，手动操作手动换向阀9，油液经梭阀7开启配油模块液控单向阀12，此时第二个油液经梭阀7-2打开控制模块液控单向阀5，接力器下腔油液经配油模块液控单向阀12、分流马达、控制模块液控单向阀5返回油箱。与此同时手动换向阀9开启液动阀6，压力油经液动阀6进入接力器上腔，接力器19在压力油作用下关闭筒阀20。

(5)机组飞逸紧急关闭

当机组过速保护装置发出油压信号时，飞逸液动换向阀10换向，油液经第一个梭阀7-1开启配油模块液控单向阀12、经第二个梭阀7-2打开控制模块液动单向阀5，接力器19下腔油液经配油模块液控单向阀12、分流马达、控制模块液控单向阀5返回油箱；飞逸液动液动阀10的动作同时打开液动换向阀6，此时压力油经液动阀6进入接力器上腔，接力器19在压力油的作用下关闭筒阀20。

本发明的特点及有益效果体现于：(1)由于采用电液比例方向阀，水轮机筒阀开启和关闭的运动规律可调；(2)接力器同步运动可由分流马达和电气同步调整电磁阀两级保证，同步运动精度高；(3)在系统失电的情况下，仍可手动关闭水轮机筒阀，系统同步可由分流马达保证；(4)在机组飞逸、系统失电的情况下也可动水关闭水轮机筒阀，系统同步可由分流马达保证；(5)水轮机筒阀启闭的噪音较机械同步系统小。其有益效果体现在，在功能齐全，安全可靠的基础上，通过控制电液比例方向阀的流量控制接力器的速度，实现了高精度机械液压电气同步控制和速度控制要求。

Claims (3)

1.水轮机筒阀电液同步控制系统，具有电液比例方向阀(1)、平衡阀(2)、单向减压阀(3)、初始启动电磁阀(4)、控制模块液控单向阀(5)、液动换向阀(6)、梭阀(7)、电磁换向阀(8)、手动换向阀(9)、飞逸液动换向阀(10)、马达(11)、配油模块液控单向阀(12)、单向阀(13)、节流阀(14)、粗调电磁球阀(15)、微调电磁球阀(16)、回油电磁换向阀(17)、位移传感器(18)和接力器(19)，其特征是所述电液同步控制系统主要由控制阀组、六个同步分流马达和六个配油模块三部分组成，控制阀组由电液比例方向阀(1)、平衡阀(2)、单向减压阀(3)、初始启动电磁阀(4)、控制模块液控单向阀(5)、液动换向阀(6)、梭阀(7)、电磁换向阀(8)、手动换向阀(9)和飞逸液动换向阀(10)组成；每个配油模块均由配油模块液控单向阀(12)、单向阀(13)、节流阀(14)、粗调电磁球阀(15)、微调电磁球阀(16)和回油电磁换向阀(17)、位移传感器(18)和接力器(19)组成，控制阀组油路的输出分别接于六个同步分流马达(11-1～11-6)及相应的六个配油模块，电液比例方向阀(1)的A口与平衡阀(2)的A口相接；电液比例方向阀(1)的B口和平衡阀(2)的X口接于单向减压阀(3)的进口；电液比例方向阀(1)的T口分别接于初始启动电磁阀(4)的T口和控制模块液控单向阀(5)的出油口；电液比例方向阀(1)的P口分别并联接于初始启动电磁阀(4)、液动换向阀(6)、电磁换向阀(8)、手动换向阀(9)、飞逸液动换向阀(10)的P口，电磁换向阀(8)、手动换向阀(9)、飞逸液动换向阀(10)三个阀的T口接在一起，控制阀组中的梭阀设有两个，第一个梭阀(7-1)的PP口接于配油模块液控单向阀(12)的控油口；第一个梭阀(7-1)的A口接于电磁换向阀(8)的A口；第一个梭阀(7-1)的B口通过控油管线分别与第二个梭阀(7-2)的PP口和液动换向阀(6)的X口连接，第二个梭阀(7-2)的A口接于手动换向阀(9)的A口，第二个梭阀(7-2)的B口接于飞逸液动换向阀(10)的A口，配油模块中的单向阀(13)与节流阀(14)串联、并且与配油模块液控单向阀(12)的出油口、粗调电磁球阀(15)的进油口、微调电磁球阀(16)的进油口通过管路接至接力器(19)的下腔，位移传感器(18)接收接力器(19)的位移信号，接力器(19)带动筒阀(20)做同步运动，初始启动电磁阀(4)的A口均与各自对应配油模块中的单向阀(13)相接，控制模块液控单向阀(5)的出油口并接六个分流马达(11-1～11-6)，每个分流马达均与各自所对应的配油模块液控单向阀(12)的进油口相接，液动换向阀(6)的A口与单向减压阀(3)的出口油路并联后与所对应配油模块中的回油电磁换向阀(17)的P口以及接力器(19)的上腔相接，回油电磁换向阀(17)的A口接于粗调电磁球阀(15)的出油口和微调电磁球阀(16)的出油口及回油管线。

2.按照权利要求1所述的水轮机筒阀电液同步控制系统，其特征是所述电液比例方向阀(1)、初始启动电磁阀(4)、液动换向阀(6)、电磁换向阀(8)、手动换向阀(9)、飞逸液动换向阀(10)均为两位四通阀；回油电磁换向阀(17)为两位三通阀。

3.按照权利要求1所述的水轮机筒阀电液同步控制系统，其特征是所述接力器(19)均匀布置在筒阀(20)上，接力器的同步运动带动筒阀同步运动。

Images