CN103711634A - 磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水轮机浆叶行程反馈装置，特别是一种磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置，其结构要点在于，还包括有转轴和磁性环，转轴安装在操作油管的上端面，与操作油管同轴分布，转轴的轴心线上设置有导轨芯腔；磁性环安装在转轴上端面，并与转轴同轴分布，反馈杆的一端穿过磁性环中心并位于转轴的导轨芯腔中，反馈杆的另一端则沿着导轨芯腔的延伸方向向上穿过反馈装置外罩，并与位移行程传感器连接。本发明的技术效果在于：工作可靠，可以提高使用寿命，减少检修次数，节省大量的人力、财力，并且消除了传统换向轴承型反馈装置受机组不利工况的影响，易发生缺陷、甚至导致机组事故停机的重大安全隐患，确保机组安全、稳定运行。

Description

磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置

技术领域

本发明涉及一种水轮机浆叶行程反馈装置，特别是一种磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置。

背景技术

水轮机浆叶行程反馈装置是用以测量轴流转浆式水轮机浆叶行程(开度)的一种装置，位于机组的最上方。传统的水轮机桨叶行程反馈装置一般为换向轴承型结构，由轴节3、换向滚动轴承4（简称换向轴承）、滑轴5、滑套6、行程刻度板7、行程指示针8、位移行程传感器10及其反馈杆9等部件组成，如附图1所示。换向轴承4向上与滑轴5联接，向下通过换向轴承内端盖固定螺栓12与轴节3连接，并通过轴节3与机组操作油管1顶端头联接，当水轮机浆叶进行关或开操作时，换向轴承4将操作油管1的垂直上下运动及转动转变（换向）成与滑轴5连接的反馈杆9单一的垂直上下运动。一方面通过与滑轴5连接行程指示针8随着滑轴5的上下移动为桨叶行程提供机械指示；另一方面通过位移行程传感器10（感应磁性环与传感器一体构造）获取反馈杆9的上下位移信号为桨叶行程提供自动控制信号。观察孔2能够观察到换向轴承4、滑轴5的运动状况。

然而，上述装置的不足之处在于：机组运行过程中反馈装置滑轴摆动大，现场检测其摆度值最大达到0.90mm；滑轴与滑套配合面易磨损、烧毛及啃蚀现象，特别是滑轴导向键与滑套键槽配合面犹为严重；换向轴承内钢珠易磨损，甚至有的会脱落。在现场曾经发生机组多次停机事故，均因桨叶行程反馈装置的滑轴与滑套配合面烧毛、啃蚀直到最终抱死，导致换向轴承内端盖固定螺栓(在反馈装置部件中强度最弱部位)被拉断或扭断，机组失去浆叶行程自动控制信号。这边需要指出的是滑轴与滑套最终抱死并非配合面一、两次烧毛导致的结果，而是多次烧毛的积累，直到配合面严重啃蚀后才最终发生。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提出一种避免部件磨损、脱落，长期、准确、可靠地提供浆叶自动控制信号的磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置。

本发明是通过以下途径来实现的：

磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置，包括有操作油管、位移行程传感器、反馈杆以及外罩，其结构要点在于，还包括有转轴和磁性环，转轴安装在操作油管的上端面，与操作油管同轴分布，转轴的轴心线上设置有导轨芯腔；磁性环安装在转轴上端面，并与转轴同轴分布，反馈杆的一端穿过磁性环中心并位于转轴的导轨芯腔中，反馈杆的另一端则沿着导轨芯腔的延伸方向向上穿过反馈装置外罩，并与位移行程传感器连接。

这样，所述的位移行程传感器不再与磁性环一体构造，而是一分为二，成为独立构件。所述的反馈杆相对操作油管是固定不动的，由现有技术的直接晕倒改变为间接远动，当操作油管转动并上下运动时，带动转轴上下运动，此时，位于转轴上端面的磁性环将根据在转轴的导轨芯腔中相对移动的反馈杆提供感应信号，然后由位移行程传感器获取该感应信号，并转换为位移信号，为浆叶行程提供自动控制信号。

本发明首先根据现有技术的不足进行深入的研究：

由于反馈装置极易发生滑轴、滑套配合面烧毛、啃蚀甚至抱死；换向轴承钢珠易磨损、脱落、卡磕、内端盖固定螺栓被拉断或扭断等问题，而且反复发生，就是更换后过段时期又会出现。发明人以福建水口水电站机组为对象，对机组原始安装技术资料、历年来机组的运行状况和检修技术资料做了大量细致的调查和分析，发现引起反馈装置发生上述问题的原因主要有两方面：其一是换向轴承工作异常；其二是机组存在不利工况，是根本原因。这里所指的工况：1、机组在运行过程中的状况或工艺条件；2、机组在各种负荷状态下的运行状态。

首先是换向轴承的工作异常：换向轴承内钢珠都会出现不同程度的磨损、分布不均甚至挤靠、有的则会脱落。此缺陷使得换向轴承转动不灵活、运行过程易发生卡磕，引起滑轴扭转（滑轴被导向键限定为垂直上下滑动）、憋卡（特别是在机组不利工况条件下，机组振动、摆度大，滑轴更容易发生憋卡），增大滑轴滑动摩擦力，加速滑轴与滑套配合面烧毛。另一方面如果换向轴承转动不灵活、卡磕特别严重，换向功能失效，其内端盖固定螺栓将被旋转中的轴节扭断。

而机组的不利工况主要体现在：

1、 作用于水轮机转轮的水力不平衡：除了尺寸误差、安装误差外，机组频繁操作（频繁调节负荷）水压脉动大，对转轮室、尾水管产生较大冲击，破坏整个水轮机的过流流道；或者过流通道有杂物堵塞等。将造成水流失去轴对称，使机组承受一个不平衡的径向力, 随着转轮的旋转而引起机组振动、摆度变大。

2、 作用于发电机转子的电磁力不平衡：发电机定子、水轮机支持盖、转轮室等机组固定部件由于制造和安装上的误差，使它们的中心不在同一条垂直的中心线上，当安装或检修过程调整机组转动部分中心时，由于水轮机转轮与转轮室之间、转轮联接螺栓保护罩与支持盖导流锥之间、发电机转子与定子之间间隙值的分配，将造成发电机空气间隙不均匀。

3、 机组转动部分重量不平衡：机组的转动部分主要包括转轮、转轴和发电机转子。现以质量为M的发电机转子失衡来讲，由于使用的材质不均匀、加工质量不好、装配时转子重心不在旋转中心线上，将造成转子重量不平衡，使转子重心S对其中心（也是转轴中心）产生一个偏心距。

4、 机组自动发电控制运行：由于担负着系统调峰及调频任务，机组负荷调节频繁，运行工况变化范围大，常在低负荷区（非稳定工况）下运行，造成机组振动、摆度变大。

从上述原因分析可以看出，机组运行时存在不利工况，并且这些工况引起转动部分中心变化、摆度变大。如此，便引起滑轴摆动（因为反馈装置是在机组安装或检修过程中转动部分处在静态中心的情况下与操作油管垂直对接安装的），影响滑轴原本的垂直工作状态，使滑轴处在倾斜的状态下工作。因此，当水轮机浆叶操作时，滑轴滑动摩擦力增大，滑轴与滑套（配合间隙为0.10－0.17mm，设计目的是保证滑轴工作时的垂直度和平稳性）配合面容易发生烧毛，特别是浆叶在全开位往关位操作时滑轴倾斜度最大，烧毛现象最易发生。随着多次烧毛的积累，滑轴与滑套配合面便发生啃蚀，最终引发滑轴与滑套抱死，当浆叶往开位操作时，换向轴承内端盖固定螺栓便被拉断,反馈装置无法工作，机组失去浆叶行程自动控制信号后发生停机。

本发明针对现有技术的反馈装置不适应在机组存在不利工况所引起的机组转动部分中心变化、摆度大的条件下工作，但这些工况在机组运行过程又无法避免的情况，设计出了本发明所述的技术方案——磁性环行程型的反馈装置，其改变位移行程传感器的工作式，将反馈杆由原来的直接运动改变为间接运动，取消换向轴承。现有技术中的换向轴承型结构反馈装置的位移行程传感器与磁性感应体组合一体, 反馈杆独立，从直接上下运动的反馈杆上获取其位移(即浆叶行程)信号；而本发明所述的磁性环行程感应型结构反馈装置的位移行程传感器则与反馈杆组合一体，感应体即磁性环独立，从固定不动的反馈杆上获取其间接位移(即浆叶行程)信号，即：为浆叶行程提供自动控制信号的位移行程传感器反馈杆垂直固定外罩顶部，下部伸入转轴导轨芯孔内足以测量浆叶行程的长度（视不同容量的轴流转浆式水轮发电机组设备实际尺寸大小而定）,运用相对(非直接)运动原理，由安装在转轴顶部的磁性环随着转轴的垂直上下运动感应反馈杆，这样，位移行程传感器便可获取反馈杆的间接位移（即浆叶行程）信号，为桨叶行程提供自动控制信号。

其次本发明还改变轴节的尺寸、结构和作用。换向轴承型反馈装置中的轴节是作为反馈装置与操作油管的连接件；而磁性环行程感应型反馈装置中的轴节即转轴，则带动安装在其顶部的磁性环上下运动感应伸入其中心孔内的反馈杆，这样位移行程传感器便可获取反馈杆的间接位移（浆叶行程）信号，即参与浆叶行程信号获取。

因此本发明所述反馈装置工作可靠，可以提高使用寿命，减少检修次数，节省大量的人力、财力，并且消除了传统换向轴承型反馈装置受机组不利工况的影响，易发生缺陷、甚至导致机组事故停机的重大安全隐患，确保机组安全、稳定运行。

本发明可以进一步具体为：

在操作油管上部环周侧上设置有行程指示线，而行程刻度板则安装在于操作油管轴向平行的位置上，与该行程指示线对应，在该行程刻度板的一侧外罩上设置有观察孔。

本发明取消现有技术中换向轴承型反馈装置中的滑轴、滑套、行程指示针，直接通过刻在靠近上操作油管顶端环周长的行程指示线机械指示桨叶行程，结构简单，查看方便。

转轴的导轨芯腔的孔径比反馈杆的直径大3─5mm。

由于机组转动部分中心、摆度变化幅度不会超过1mm，这样转轴内壁与反馈杆不会发生刮碰现象，运动灵活，反馈装置工作过程不会受到机组不利工况的影响。

综上所述，本发明提供了一种磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置，改变传统换向轴承型反馈装置获取行程信号的工作方式；工作过程不会受到机组不利工况的影响；能够准确、可靠测量水轮机浆叶行程；使用寿命，减少检修次数，节省大量的人力、财力，确保机组安全、稳定运行。

附图说明

图1所示为本发明背景技术所述换向轴承型结构反馈装置的结构示意图；

图2所示为本发明所述磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置的结构示意图。

具体实施方式

最佳实施例：

参照附图2，磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置，包括有操作油管1、位移行程传感器10、反馈杆9以及外罩11，还包括有转轴13和磁性环14，转轴13安装在操作油管1的上端面，与操作油管1同轴分布（即轴心线重合），转轴13的轴心线上设置有导轨芯腔15；磁性环14安装在转轴13上端面，并与转轴13同轴分布，反馈杆9的一端穿过磁性环14中心并位于转轴13的导轨芯腔15中，反馈杆9的另一端则沿着导轨芯腔15轴心线的延伸方向向上穿过反馈装置外罩11，固定连接在外罩11上，并在外罩11的上端面上与位移行程传感器10连接。转轴13的导轨芯腔15的孔径比反馈杆9的直径大3─5mm。在操作油管1上部环周侧上设置有行程指示线16，而行程刻度板7则安装在于操作油管1轴向平行的位置上，与该行程指示线16对应，在该行程刻度板7的一侧外罩上设置有观察孔2。

本发明相对现有技术做了如下的创新性改造：

1、改变位移行程传感器的工作式，将反馈杆由原来的直接运动改变为间接运动。磁性环行程感应型结构反馈装置的位移行程传感器则与反馈杆组合一体，感应体即磁性环独立，从固定不动的反馈杆上获取其间接位移(即浆叶行程)信号，即：为浆叶行程提供自动控制信号的位移行程传感器反馈杆垂直固定外罩顶部，下部伸入转轴中心孔内足以测量浆叶行程的长度（视不同容量的轴流转浆式水轮发电机组设备实际尺寸大小而定）,运用相对(非直接)运动原理，由安装在转轴顶部的磁性环随着转轴的垂直上下运动感应反馈杆，这样，位移行程传感器便可获取反馈杆的间接位移（即浆叶行程）信号，为桨叶行程提供自动控制信号。

2、改变轴节的尺寸、结构和作用。换向轴承型反馈装置中轴节是作为反馈装置与操作油管的连接件；而磁性环行程感应型反馈装置中的轴节即转轴则带动安装在其顶部的磁性环上下运动感应伸入其中心孔内的反馈杆，这样位移行程传感器便可获取反馈杆的间接位移（浆叶行程）信号，即参与浆叶行程信号获取。

3、反馈装置工作过程不会受到机组不利工况的影响。转轴中心孔径较反馈杆直径大3─5mm，而机组转动部分中心、摆度变化幅度不会超过1mm，这样转轴内壁与反馈杆不会发生刮碰现象，运动灵活。

4、取消换向环节。换向轴承型反馈装置需经换向滚动轴承将操作油管的转动及垂直上下运动转变（换向）成单一的垂直上下运动后才能工作；而磁性环行程感应型反馈装置不需经换向环节便可工作，即：直接在设备的转动及垂直上下运动中对浆叶行程实现机械指示和提供自动控制信号。

5、取消传统换向轴承型结构反馈装置中的滑轴、滑套、行程指示针，直接通过刻在靠近上操作油管顶端的环周长行程指示线机械指示桨叶行程，结构简单。

本发明带来的经济效益体现如下：

因原换向轴承型结构反馈装置受机组振、摆度大，旋转中心交错变化等不利工况的影响，工作中极易发生滑轴、滑套配合面磨损、烧毛、啃蚀，换向轴承内钢珠易磨损、脱落、卡磕等缺陷，每台机组每年至少需要对该反馈装置更换一次，每台设备成本费用：F₁=1.47万元，每次更换需要停机1天，电价：0.278元/kWh，这样每台机组每年可挽回经济损失：F₂＝机组容量×检修时间×电价+F₁＝20×24×0.278/kwh+1.47＝134.91（万元），福建水口水电站共7台机组每年可挽回经济损失（即取得经济效益）：F= F₂×7=944.37（万元）。而新型磁性环行程感应型反馈装置每台成本费用1.62万元，改造7台机组设备成本费用一次性投入共计只需：F₃=1.62×7=11.34(万元)。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (3)

1.磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置，包括有操作油管、位移行程传感器、反馈杆以及外罩，其特征在于，还包括有转轴和磁性环，转轴安装在操作油管的上端面，与操作油管同轴分布，转轴的轴心线上设置有导轨芯腔；磁性环安装在转轴上端面，并与转轴同轴分布，反馈杆的一端穿过磁性环中心并位于转轴的导轨芯腔中，反馈杆的另一端则沿着导轨芯腔的延伸方向向上穿过反馈装置外罩，并与位移行程传感器连接。

2.根据权利要求1所述的磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置，其特征在于，在操作油管上部环周侧上设置有行程指示线，而行程刻度板则安装在于操作油管轴向平行的位置上，与该行程指示线对应，在该行程刻度板的一侧外罩上设置有观察孔。

3.根据权利要求1所述的磁性环行程感应型水轮机浆叶行程反馈装置，其特征在于，转轴的导轨芯腔的孔径比反馈杆的直径大3─5mm。

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