CN100532831C - 控制头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制头，它是用于水轮发电机组调速器机械液压系统中的一个新型多功能控制部件。控制头具有四项功能：(1)辅助接力器功能。它把电液比例阀的液压输出转为位移输出。(2)自复中功能。这个功能使纯手动控制时，取消繁杂的操纵机构得以实现。(3)纯手动功能。它与手动电磁阀配合，实现调速器的纯手动控制。(4)紧急停机。它与紧急停机电磁阀配合，在机组或输电系统等产生故障时，实现机组紧急停机。将获得以下益处：(1)简化了调速器机械液压系统，降低了制造费用。(2)便于调速器的调整和试验，便于分别地查找调速器电气部分和机械液压部分的故障和问题。(3)避免了机组不必要停机，提高了调速器的可靠性。(4)确保调速器手—自动切换时，机组无负荷变化。(5)优化了调速器的各项技术指标。

Description

控制头

技术领域：

本发明涉及一种用于水轮机调速器机械液压系统中的控制头。

技术背景：

随着世界的科技进步，在国际上，水轮机调速器机械液压系统的电气液压信号转换元件电液转换器，被调节精度高、抗油污性能好的电液比例阀(如德国博世公司的电液比例阀)所取代。

在国外调速器的机械液压系统和调速器的电气控制系统，现在通常融为一体(如三峡电站左岸法国阿斯通公司的调速器)，机械液压系统不能单独控制，当电气控制系统故障或厂用电消失时，水轮发电机组必须停机。机械液压系统和电气控制系统融为一体的调速器，也不便于调速器的静态调整和各种试验。三峡右岸机组不用这样的调速器，改用机械液压系统可以独立纯手动工作的调速器。

在国内采用电液比例阀或流量输出的电液转换器的机械液压系统，是可以独立手动工作的；它是由水轮机导叶接力器引出杆件或纲丝绳及重块等组成繁杂的操作机构。这个机械液压系统，在解决了上述电气故障必须停机和不便于静态调整及试验的两个不足的同时，产生了三个不足，一是操作机构需要来自导叶接力器的杆件、纲丝绳和重块等，繁杂笨重，给电站设备的布置带来不方便。二是机组自动运行转为纯手动运行时，会产生负荷波动，即做到无扰动切换有困难。三是接力器不动时间达到国家标准0.2秒有困难。

中国的水电机组，特别是大型或巨型水电机组(三峡机组)提出，要配置机械液压系统可以独立纯手动工作而又不需要来自导叶反馈的繁杂的操作机构的调速器。国内尚没有让用户满意的电液比例阀做为转换元件的纯手动控制，能让用户满意。

发明内容：

一种控制头是用于电液比例阀控制的水轮发电机组调速器的机械液压系统，主要包括：壳体1、短细孔2、针塞衬套3、针塞4、控制头活塞5、上盖6、压盖7、特殊螺母8、弹簧9、厚壁短细孔10、螺塞11，针塞4通过上端的特殊螺母8，被弹簧9定位于外定位板之下；控制头活塞5动作后，回复到由针塞4定位的中间位置；短细孔2和厚壁短细孔10的位置设置及其尺寸，决定控制头活塞5的动作精度；螺塞11驱动主配压阀活塞与其一起上下移动，控制头活塞5上腔的控制油压力，由电液比例阀控制，螺塞11的上下移动驱动主配压阀活塞相应移动。

控制头有如下四项控制功能：

(1)辅助接力器功能。它的上腔是控制油腔，控制油腔的压力受电液比例阀控制，它的下腔是常压腔，用以产生平衡控制油腔的力；它把电液比例阀的液压输出转为位移输出；也就是辅助接力器功能，它与电液比例阀构成一级液压放大。

(2)自复中功能。它的结构设计保证了在接受液压信号后，控制头活塞立即回复到中间位置，这个液压反馈取代了主阀的电气反馈。这个功能使纯手动控制取消繁杂的操作机构得以实现。

(3)手动控制功能。在需要纯手动控制运行时，手动电磁切换阀动作，把电液比例阀控制的油路，切换到由手动电磁阀控制。手动电磁阀的动作，控制着控制头活塞上下移动，实现纯手动控制。控制头与手动电磁阀配合，实现调速器的纯手动控制功能。

(4)紧急停机。当机组或输电系统等发生故障时，紧急停机电磁阀动作，控制头活塞上腔控制油立即排出，控制头活塞上移至上端，带动主配压阀活塞上移至最大开口，机组迅速关机。

在发明实验中获得：在控制头活塞5下方的常压腔通往其上方控制腔的油孔中，即在控制头活塞5接近常压腔处，设置短细孔2。在控制头活塞5上方接近控制腔处，设置厚壁短细孔10。是发明成功的关键。

附图说明

图1：控制头结构简图

图2：巨型机组调速器机械液压系统图。

具体实施方式

如图1所示，控制头是用于水轮发电机组调速器机械液压系统中的控制部件，主要包括：壳体1、短细孔2、针塞衬套3、针塞4、控制头活塞5、上盖6、压盖7、特殊螺母8、弹簧9、厚壁短细孔10、螺塞11，针塞4通过上端的特殊螺母8，被弹簧9定位于外定位板之下；控制头活塞5动作后，回复到由针塞4定位的中间位置；短细孔2和厚壁短细孔10的位置设置及其尺寸，决定控制头活塞5的动作精度；螺塞11驱动主配压阀活塞与其一起上下移动。在控制头活塞5下方的常压腔通往其上方控制腔的油孔中，细孔2的位置在控制头活塞5接近常压腔处，短细孔的内径是1.2mm～2.5mm，短细孔的长度与它的内径的比值是1～3。控制头是通用的，可用于任何油压、任何主配压阀容量的调速器，根据调速器的工作油压和主配压阀阀塞直径，在上述范围内选配短细孔的内径和长度。在控制头活塞5下方的常压腔通往其上方控制腔的油孔中，即在控制头活塞5接近控制腔处，装入厚壁短细孔10，厚壁短细孔的内径是0.8mm～2mm，厚壁短细孔的长度与它的内径的比值是0.8～4。

控制头是通用的，可用于任何油压、任何主配压阀容量的调速器。根据调速器的工作油压和主配压阀阀塞直径，在上述范围内选配厚壁短细孔的内径和长度。

电液比例阀控制的调速器在中国必将得到广泛应用，取消繁杂的来自导叶的回复机构，实现纯手动操作，是客观实际的需要。控制头的发明，为制造上述调速器创造了条件。图2是控制头用于巨型水轮发电机组(如三峡机组)的双冗余电液比例阀控制的机械液压系统图。

现在已经完成了控制头的结构和性能试验。它的发明和应用会获得以下益处。

1.简化了调速器机械液压系统，降低了制造费用。

图2是用来控制巨型水轮发电机组的双冗余电液比例阀控制的调速器的机械液压系统图，它只有8个控制部件：主配压阀1、控制头2、电液比例阀3、备用电液比例阀4、切换电磁阀5、手动切换电磁阀6、手动电磁阀7、紧急停机电磁阀8。由于使用了控制头(项2；KZT)，取消了主配压阀的反馈传感器，取消了繁杂的导叶接力器回复结构，降低了调速器和主机的制造费用，使厂房的布置更为简化合理。

2.便于调速器的调整和试验，便于分别查找调速器电气部分和机械液压部分的故障和问题。

由于使用了控制头，用电液比例阀控制的调速器的机械液压系统可以独立的工作，调速器的电气部分和机械部分的功能界定非常清楚，它们可以分别地调整，可以分别地查找在调整和试验中出现的问题：对于调速器的初始调整和试验非常方便。

3.避免了机组不必要的停机，提高了调速器的可靠性。

由国外进口调速器的液压系统(法国ALSTOM系统、美国GE系统等)不能独立工作，在调速器电气部分故障或电厂厂用电消失时，调速器退出工作，机组停机。在液压系统使用控制头后，在调速器电气部分产生故障或电厂厂用电消失时，电磁阀断电，自动切换到调速器纯手动工作状态，机组照常发电，待电气部分故障排除或厂用电恢复后，调速器恢复到自动运行状态。由于控制头的应用，避免了机组不必要停机，提高了调速器的可靠性。

4.确保调速器手—自动控制切换时，机组无负荷扰动。

有手—自动切换的调速器，在由手动运行切换到自动运行(或相反的切换)时，很难做到机组负荷不变化。用控制头作为控制部件的调速器，可以做到在运行状态切换时，机组负荷不变化。即可实现无扰动切换。

5.能保证接力器不动时间在0.2秒以内。

控制头的发明和使用，使调速器机械液压系统的技术得到发展，使国产的调速器的机械液压系统，在调整性能、可靠性、方便使用上好于进口调速器的机械液压系统。国产的液压系统的价格约是进口的价格的八分之一。

Claims (3)

1.一种控制头，它是用于水轮发电机组调速器机械液压系统中的控制部件，主要包括：壳体(1)、短细孔(2)、针塞衬套(3)、针塞(4)、控制头活塞(5)、上盖(6)、压盖(7)、特殊螺母(8)、弹簧(9)、厚壁短细孔(10)、螺塞(11)，其特征在于：针塞(4)通过上端的特殊螺母(8)，被弹簧(9)定位于外定位板之下；控制头活塞(5)动作后，回复到由针塞(4)定位的中间位置；短细孔(2)和厚壁短细孔(10)的位置设置及其尺寸，决定控制头活塞(5)的动作精度；螺塞(11)驱动主配压阀活塞与其一起上下移动。

2.按权利要求1所述的控制头，其特征在于：在控制头活塞(5)下方的常压腔通往其上方控制腔的油孔中，细孔(2)的位置在控制头活塞(5)接近常压腔处，短细孔的内径是1.2mm～2.5mm，短细孔的长度与它的直径的比值是1～3，控制头是通用的，可用于任何油压、任何主配压阀容量的调速器，根据调速器的工作油压和主配压阀阀塞直径，在上述范围内选配短细孔的直径和长度。

3.按权利要求1所述的控制头，其特征在于：在控制头活塞(5)下方的常压腔通往其上方控制腔的油孔中，即在控制头活塞(5)接近控制腔处，装入厚壁短细孔(10)，厚壁短细孔的内径是0.8mm～2mm，厚壁短细孔的长度与它的内径的比值是0.8～4。

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