CN105370414B - 一种基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，包括啮合油管路(10)和动力油管路(20)；啮合油供油管路(11)依次连接有第一可调节流阀(16)、供油电磁阀(14)；动力油供油管路(21)依次连接有第二可调节流阀(26)、供油伺服阀(24)。该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统可以实现三大功能：第一，驱动盘车装置带动燃气轮机转子由静止状态升速至盘车稳定转速，维持于120rpm。第二，在燃气轮机转子转速高于盘车装置齿轮转速时，盘车装置能够及时脱开并降速至零转速。第三，在燃气轮机转子由高速状态惰走时，盘车装置能够及时启动并啮合转子至成功盘车。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机控制技术领域，特别是一种基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统。
背景技术
燃气轮机液压盘车装置是燃气轮机发电机组启动前及停机后带动轴系旋转的驱动装置。燃气轮机液压盘车装置位于燃机压气机轴承座端盖外侧，由外壳、液压马达、液压油缸、压缩弹簧、齿轮组、枢轴臂、电磁阀、限位开关和转速传感器等部件组成，使用顶轴油作为动力源。液压马达将油压力转换为扭矩，带动主动齿轮旋转。从动齿轮安装在枢轴臂上，与主动齿轮啮合。枢轴臂可通过液压油缸或压缩弹簧的驱动往复摆动，使从动齿轮与主轴齿圈处于啮合、脱开状态，并通过限位开关反映出来。
燃气轮机盘车装置是燃气轮机发电机组启动前及停机后带动轴系旋转的驱动装置。燃气轮机液压盘车装置一般安装在燃机压气机轴承座端盖外侧，由外壳、液压马达、液压油缸、压缩弹簧、齿轮组、枢轴臂、电磁阀、限位开关和转速传感器等部件组成，使用顶轴油作为动力源。液压马达将油压力转换为扭矩，带动主动齿轮旋转。从动齿轮安装在枢轴臂上，与主动齿轮啮合。枢轴臂可通过液压油缸或压缩弹簧的驱动往复摆动，使从动齿轮与主轴齿圈处于啮合、脱开状态，并通过限位开关反映出来。
燃气轮机盘车装置主要有如下作用：
1、燃气轮机发电机组冲转前盘车，使转子连续转动，消除因转子静置导致的非永久性弯曲，并同时检查动静部分是否存在摩擦。
2、燃气轮机发电机组的启动程序依次为盘车、冷拖、点火。燃气轮机冷拖明确要求，必须在燃气轮机盘车的基础上进行。燃气轮机一旦进入冷拖状态或者转速高于盘车转速，盘车装置必须及时自动脱开。
3、燃气轮机发电机组停运时盘车，可以保证燃气轮机均匀的冷却，防止缸体变形和转子弯曲。
现有燃气轮的机盘车装置30的外形图1所示：液压油缸1通过枢纽臂5推动枢轴齿轮4与中间轴上的传动齿轮啮合。枢轴齿轮和传动齿轮的完全啮合由限位开关7指示(啮合信号)。液压马达3的驱动力通过驱动装置和枢轴齿轮传递到转轴上。速度传感器2测量枢轴齿轮的转速。随着转子的转动，枢轴齿轮4被挤压到固定在中间轴的齿轮环上，它们仍旧保持啮合。然而，如果燃机启动，安装在枢轴上的枢轴齿轮4被燃机驱动。这种情况下，齿上所受到的力使枢轴齿轮4从它的啮合位置上挤压出来。对液压油缸1供油中断，此时由于弹簧8的作用安装在枢轴上的小齿轮从啮合位置退出。如果枢轴臂退出啮合位置，限位开关6发出“退出啮合”的信号。3个限位开关为冗余设置，确保安全。
燃气轮机盘车装置的运行状态有以下三种：
1、静止状态自动启动
枢轴齿轮被推动到啮合位置。如果小齿轮上的齿与齿圈上的齿尚未啮合，液压马达带动枢轴小齿轮低速转动。在完全啮合后限位开关发出啮合信号。此后，液压马达满功率启动，转子被加速到盘车转速。
2、燃机减速滑行时的自动盘车
当转子达到指定的转速时(大约为盘车速度的二倍)，控制装置启动液压马达。控制器比较枢轴齿轮和传动齿轮的转速。在此期间，安装在枢轴上的枢轴齿轮处在“锁定”位置。当达到盘车速度时，液压缸推动枢轴齿轮啮合。盘车装置带动转子以盘车速度转动。
3、关闭盘车装置
控制装置中断液压缸的供油。枢轴上的小齿轮退出啮合位置。限位开关发出“退出啮合”信号。液压马达关闭。
发明内容
为了解决液压盘车装置的控制问题。本发明提供了一种基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统可以实现三大功能：第一，驱动盘车装置带动燃气轮机转子由静止状态升速至盘车稳定转速，维持于120rpm。第二，在燃气轮机转子转速高于盘车装置齿轮转速时，盘车装置能够及时脱开并降速至零转速。第三，在燃气轮机转子由高速状态惰走时，盘车装置能够及时启动并啮合转子至成功盘车。
本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于，所述基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统包括啮合油管路和动力油管路；啮合油管路包括啮合油供油管路和啮合油回油管路，啮合油供油管路的一端与啮合液压缸的无杆腔连通，啮合油供油管路的另一端与供油主管路连通，从啮合油供油管路的一端向啮合油供油管路另一端的方向，啮合油供油管路依次连接有第一可调节流阀、供油电磁阀；
动力油管路包括动力油供油管路和动力油回油管路，动力油供油管路的一端与盘车装置的液压马达连通，动力油供油管路的另一端与供油主管路连通，从动力油供油管路的一端向动力油供油管路另一端的方向，动力油供油管路依次连接有第二可调节流阀、供油伺服阀。
啮合油回油管路的一端与啮合液压缸的有杆腔连通，啮合油回油管路的另一端与回油主管路连通。
啮合油供油管路还含有第一泄压电磁阀和第一筒式二通阀，第一泄压电磁阀的入口端与供油电磁阀的入口端连通，第一泄压电磁阀的出口端与第一筒式二通阀的上腔室连通，第一筒式二通阀的出口端与啮合液压缸的有杆腔连通，第一筒式二通阀的入口端与啮合液压缸的无杆腔连通，第一泄压电磁阀能够通过控制向第一筒式二通阀的上腔室的供油来控制第一筒式二通阀的开关。
啮合油供油管路上还有并联设置的第一过滤器组，第一过滤器组设置在供油电磁阀和供油主管路之间。
动力油供油管路还含有第二泄压电磁阀和第二筒式二通阀，第二泄压电磁阀的入口端与供油伺服阀的入口端连通，第二泄压电磁阀的出口端与第二筒式二通阀的上腔室连通，第二筒式二通阀的入口端与盘车装置的液压马达连通，第二泄压电磁阀能够通过控制向第二筒式二通阀的上腔室的供油来控制第二筒式二通阀的开关。
动力油回油管路的一端与第二筒式二通阀的出口端连通，动力油回油管路的另一端与回油主管路连通。
动力油供油管路上还有并联设置的第二过滤器组，第二过滤器组设置在供油伺服阀和供油主管路之间。
该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统还包括转速控制器、设置于盘车装置的主动齿轮的第一测速传感器和设置于燃气轮机转子齿轮的第二测速传感器，第一测速传感器、第二测速传感器和供油伺服阀均与该转速控制器连接。
转速控制器为PID控制器。
该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统还包括用于控制电磁阀开关的控制单元，该控制单元与该转速控制器连接，该控制单元还与供油电磁阀连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明的啮合油管路可以可靠、快速的实现燃气轮机液压盘车装置的啮合、脱开功能。
2、本发明的动力油管路可以可靠、快速的实现燃气轮机液压盘车装置的转速调节功能。
3、本发明可以实现燃气轮机自动盘车的三大功能：第一，驱动盘车装置带动燃气轮机转子由静止状态升速至盘车稳定转速，维持于120rpm；第二，在燃气轮机转子转速高于盘车装置齿轮转速时，盘车装置能够及时脱开并降速至零转速；第三，在燃气轮机转子由高速状态惰走时，盘车装置能够及时启动并啮合转子至成功盘车。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统作进一步详细的描述。
图1是基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统的装配图。
图2是滚压单元体部分的放大示意图。
图3是筒式二通阀的结构示意图。
其中1.液压油缸，2.速度传感器，3.液压马达，4.枢轴齿轮，5.枢轴臂，6.限位开关，7.限位开关，8.弹簧；
10.啮合油管路，11.啮合油供油管路，12.啮合油回油管路，13.第一过滤器组，14.供油电磁阀，15.第一筒式二通阀，151.上腔室，152.下腔室，153.锥形面，154.活塞，16.第一可调节流阀，17.第一泄压电磁阀；
20.动力油管路，21.动力油供油管路，22.动力油回油管路，23.第二过滤器组，24.供油伺服阀，25.第二筒式二通阀，26.第二可调节流阀，27.第二泄压电磁阀；
30.盘车装置；
40.啮合液压缸，41.盘车从动齿轮，42.转子齿轮；
50.回油主管路，60.供油主管路，
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统作进一步详细的说明。一种基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，包括啮合油管路10模块和动力油管路20模块，如图2中虚线所示；啮合油管路10包括啮合油供油管路11和啮合油回油管路12，啮合油供油管路11的一端与啮合液压缸40的无杆腔连通，啮合油供油管路11的另一端与供油主管路60连通，从啮合油供油管路11的一端向啮合油供油管路11另一端的方向，啮合油供油管路11依次连接有第一可调节流阀16、供油电磁阀14；动力油管路20包括动力油供油管路21和动力油回油管路22，动力油供油管路21的一端与盘车装置30的液压马达3连通，动力油供油管路21的另一端与供油主管路60连通，从动力油供油管路21的一端向动力油供油管路21另一端的方向，动力油供油管路21依次连接有第二可调节流阀26、供油伺服阀24。
如图2所示，第一可调节流阀16和第二可调节流阀26可以调节流量，动力油供油管路21的一端与盘车装置30的液压马达3连通，从而使动力油驱动液压马达3，液压马达3带动盘车主动齿轮及盘车从动齿轮41转动，油供油管路11向啮合液压缸40的无杆腔内注入液压油后可以使盘车从动齿轮41向转子齿轮42移动，并使盘车从动齿轮41与转子齿轮42啮合。在图2中，啮合油供油管路11和动力油供油管路21用黑色实线表示，啮合油回油管路12和动力油回油管路22为黑色点划线表示。本实施例中的盘车装置与图1中的相同。
啮合油回油管路12的一端与啮合液压缸40的有杆腔连通，啮合油回油管路12的另一端与回油主管路50连通。
啮合油供油管路11还含有第一泄压电磁阀17和第一筒式二通阀15，第一泄压电磁阀17的入口端与供油电磁阀14的入口端连通，第一泄压电磁阀17的出口端与第一筒式二通阀15的上腔室连通，第一筒式二通阀15的出口端与啮合液压缸40的有杆腔连通，第一筒式二通阀15的入口端与啮合液压缸40的无杆腔连通，第一泄压电磁阀17能够通过控制向第一筒式二通阀15的上腔室的供油来控制第一筒式二通阀15的开关。
第一筒式二通阀15的结构如图3所示，第一筒式二通阀15的壳体内由活塞154分割成上腔室151和下腔室152，当活塞154向下腔室152移动时，活塞154与下腔室152下部的锥形面153相接触，从而将下腔室152分为第一下腔分室和第二下腔分室，第一筒式二通阀15的控制端与第一筒式二通阀15的上腔室151连通，第一筒式二通阀15的入口端和出口端分别与第一下腔分室和第二下腔分室连通。这样当向上腔室151中注入压力液后，活塞154与下腔室152下部的锥形面153相接触，第一筒式二通阀15的入口端和出口端之间不能再连通，相反，上腔室151泄压，活塞154不与下腔室152下部的锥形面153相接触，第一筒式二通阀15的入口端和出口端之间则可以导通。这样第一泄压电磁阀17能够通过控制向第一筒式二通阀15的上腔室的供油来控制第一筒式二通阀15的开关。
啮合油供油管路11上还有并联设置的第一过滤器组13，即如图2所示，第一过滤器组13含有两个并联设置的过滤器，第一过滤器组13设置在供油电磁阀14和供油主管路60之间。
动力油供油管路21还含有第二泄压电磁阀27和第二筒式二通阀25，第二泄压电磁阀27的入口端与供油伺服阀24的入口端连通，第二泄压电磁阀27的出口端与第二筒式二通阀25的上腔室连通，第二筒式二通阀25的入口端与盘车装置30的液压马达3连通，第二泄压电磁阀27能够通过控制向第二筒式二通阀25的上腔室的供油来控制第二筒式二通阀25的开关。
动力油回油管路22的一端与第二筒式二通阀25的出口端连通，动力油回油管路22的另一端与回油主管路50连通。第二筒式二通阀25的结构和工作过程均与第一筒式二通阀15的相同，这里不再详细描述。
动力油供油管路21上还有并联设置的第二过滤器组23，即如图2所示，第二过滤器组23含有两个并联设置的过滤器，第二过滤器组23设置在供油伺服阀24和供油主管路60之间。
第一过滤器组13和第二过滤器组23可以过滤液压油中杂质，防止电磁阀或伺服阀堵塞；且过滤器组均有两路过滤器，前后有手动截止阀，互为备用，若一路堵塞，可切换到另外一路正常使用。
该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统还包括转速控制器、设置于盘车装置30的主动齿轮的第一测速传感器2和设置于燃气轮机转子齿轮42的第二测速传感器，第一测速传感器2、第二测速传感器和供油伺服阀24均与该转速控制器连接。转速控制器为PID控制器。
动力供油经过供油伺服阀24，供油伺服阀24是通过接收转速控制器发出的信号电流来工作的。转速控制器接收实际转速信号(由第一测速传感器2和第二测速传感器测量的)并与目标转速比对，将转速偏差转变为信号电流的大小传递给供油伺服阀24，正向电流越大，则供油伺服阀24开度增大，供油量增加越多，盘车装置的液压马达3转速增大；反向电流越大，则供油伺服阀24开度减小，供油量减少更多，盘车装置的液压马达3转速减小。因此，供油伺服阀24、转速控制器以及就地的测速传感器形成一套精确的盘车转速调节系统。
该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统还包括用于控制电磁阀开关的控制单元，该控制单元与该转速控制器连接，该控制单元还与供油电磁阀14、第一泄压电磁阀17和第二泄压电磁阀27连接。
在本发明中，啮合液压缸40供油通过第一供油电磁阀14供油，电磁阀一旦通电，可以迅速打开并提供啮合所需油量；电磁阀一旦失电，也可以迅速截断啮合供油。
啮合液压缸40的供油入口处经过第一可调节流阀16，通过第一可调节流阀16，可以调节进入啮合液压缸40无杆腔的油量，从而可以调整盘车装置从动齿轮啮合燃气轮机转子齿轮的速度。
动力油供油入口处经过第二可调节流阀26，通过调节该第二可调节流阀26，可以调节盘车齿轮的供油量，从而可以调整盘车转速。
供油电磁阀14、第一泄压电磁阀17和第二泄压电磁阀27均匀两位三通电磁阀。第一泄压电磁阀17、第一筒式二通阀15以及第二泄压电磁阀27、第二筒式二通阀25组成的阀组模块可以完成可靠、快速的泄压功能，筒式二通阀内弹簧预紧的关闭力作用在控制活塞十分之低，由此可使筒式二通阀在上下压差极微小时能够启闭大流量的油。泄压电磁阀一旦失电，筒式二通阀上腔室迅速泄压，几乎同时使得供油管路内液压油经由筒式二通阀进入回油管路泄压。对于啮合油管路来说，就是可以迅速及时的脱开盘车；对于动力油管路来说，就是可以迅速及时的停止盘车。
另外，盘车装置处设有一个啮合信号限位开关和一个脱开信号限位开关。
该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统的工作过程是：啮合油管路10是实现燃气轮机液压盘车啮合、脱开功能的阀组模块。当有啮合指令时，第一泄压电磁阀17通电，供油经过第一过滤器组13、第一泄压电磁阀17，最后到达第一筒式二通阀15的上腔室151加压，从而关闭第一筒式二通阀15，防止液压油通过第一筒式二通阀15从执行机构(啮合液压缸40)的上腔室(无杆腔)漏出至啮合液压缸40的下半腔室(有杆腔)或进入回油管路。随后，供油电磁阀14通电，然后供油依次通过第一过滤器组13、供油电磁阀14、第一可调节流阀16，并最终到达啮合液压缸40的无杆腔。啮合液压缸40的活塞克服弹簧阻力下行并推动盘车从动齿轮41啮合燃气轮机转子齿轮42。在完全啮合后，限位开关7发出啮合信号。当有脱开指令时，供油电磁阀14失电，切断供油；同时第一泄压电磁阀17失电，作用于第一筒式二通阀15的上半腔室的液压油减压至啮合油回油管路12，第一筒式二通阀15迅速打开，使得啮合液压缸40上半腔室的液压油经第一可调节流阀16、第一筒式二通阀15进入啮合液压缸40下半腔室或啮合油回油管路12，啮合液压缸40上半腔室泄压也使得蝶形弹簧组能够迅速上推啮合液压缸活塞，并最终使得盘车从动齿轮41脱开燃气轮机转子齿轮42，限位开关发出脱开信号。
动力油管路20是实现燃气轮机液压盘车转速调节功能的阀组模块，主要由供油伺服阀24、第二泄压电磁阀27和第二筒式二通阀25构成。当盘车正常运行时，第二泄压电磁阀27通电，供油经过第二过滤器组23、第二泄压电磁阀27，最后到达第二筒式二通阀25的上腔室加压，从而关闭第二筒式二通阀25，防止液压油供油通过第二筒式二通阀25进入动力油回油管路22。随后，供油伺服阀24接收转速控制器发出的信号电流并按照一定比例来改变液压油供油流量，该转速控制器输出的正向电流打开供油伺服阀24，而反向电流则关闭它。电流越大，供油伺服阀24打开或关闭速度越快。该转速控制器，是通过比对实际转速和目标转速来给出指令的。在盘车装置带动燃气轮机转子42由静止状态加速至额定盘车转速120rpm时，目标转速为120rpm。当盘车齿轮转速低于120rpm时，转速控制器通过比对两者差值输出对应正向电流，直至盘车齿轮转速接近120rpm并稳定于该转速。在燃气轮机转子惰走时，该转速控制器根据当前燃气轮机转子转速，加速盘车齿轮至低于该转子转速某一值时等待，直至转子转速惰走至和盘车齿轮转速一致并啮合成功后，目标转速设定为120rpm，该转速控制器输出正向电流，加速盘车带动转子至额定转速。当盘车需要停止时，供油伺服阀24接收反向电流信号关闭；同时，第二泄压电磁阀27失电，作用于第二筒式二通阀25上半腔室的液压油减压至动力油回油管路22，第二筒式二通阀25迅速打开，使得液压油动力供油经第二可调节流阀26、第二筒式二通阀25进入动力油回油管路22，盘车齿轮失去动力油，最终降至零转速。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (8)
1.一种基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于，所述基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统包括啮合油管路(10)和动力油管路(20)；
啮合油管路(10)包括啮合油供油管路(11)和啮合油回油管路(12)，啮合油供油管路(11)的一端与啮合液压缸(40)的无杆腔连通，啮合油供油管路(11)的另一端与供油主管路(60)连通，从啮合油供油管路(11)的一端向啮合油供油管路(11)另一端的方向，啮合油供油管路(11)依次连接有第一可调节流阀(16)、供油电磁阀(14)；
啮合油回油管路(12)的一端与啮合液压缸(40)的有杆腔连通，啮合油回油管路(12)的另一端与回油主管路(50)连通，啮合油供油管路(11)还含有第一泄压电磁阀(17)和第一筒式二通阀(15)，第一泄压电磁阀(17)的入口端与供油电磁阀(14)的入口端连通，第一泄压电磁阀(17)的出口端与第一筒式二通阀(15)的上腔室连通，第一筒式二通阀(15)的出口端与啮合液压缸(40)的有杆腔连通，第一筒式二通阀(15)的入口端与啮合液压缸(40)的无杆腔连通，第一泄压电磁阀(17)能够通过控制向第一筒式二通阀(15)的上腔室的供油来控制第一筒式二通阀(15)的开关；
动力油管路(20)包括动力油供油管路(21)和动力油回油管路(22)，动力油供油管路(21)的一端与盘车装置(30)的液压马达(3)连通，动力油供油管路(21)的另一端与供油主管路(60)连通，从动力油供油管路(21)的一端向动力油供油管路(21)另一端的方向，动力油供油管路(21)依次连接有第二可调节流阀(26)、供油伺服阀(24)；
该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统还包括用于控制电磁阀开关的控制单元，该控制单元与供油电磁阀(14)和第一泄压电磁阀(17)连接。
2.根据权利要求1所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于：啮合油供油管路(11)上还有并联设置的第一过滤器组(13)，第一过滤器组(13)设置在供油电磁阀(14)和供油主管路(60)之间。
3.根据权利要求1所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于：动力油供油管路(21)还含有第二泄压电磁阀(27)和第二筒式二通阀(25)，第二泄压电磁阀(27)的入口端与供油伺服阀(24)的入口端连通，第二泄压电磁阀(27) 的出口端与第二筒式二通阀(25)的上腔室连通，第二筒式二通阀(25)的入口端与盘车装置(30)的液压马达(3)连通，第二泄压电磁阀(27)能够通过控制向第二筒式二通阀(25)的上腔室的供油来控制第二筒式二通阀(25)的开关。
4.根据权利要求3所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于：动力油回油管路(22)的一端与第二筒式二通阀(25)的出口端连通，动力油回油管路(22)的另一端与回油主管路(50)连通。
5.根据权利要求3所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于：动力油供油管路(21)上还有并联设置的第二过滤器组(23)，第二过滤器组(23)设置在供油伺服阀(24)和供油主管路(60)之间。
6.根据权利要求1所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于：该基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统还包括转速控制器、设置于盘车装置(30)的主动齿轮的第一测速传感器和设置于燃气轮机转子齿轮的第二测速传感器，第一测速传感器、第二测速传感器和供油伺服阀(24)均与该转速控制器连接。
7.根据权利要求6所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于：转速控制器为PID控制器。
8.根据权利要求6所述的基于燃气轮机液压盘车装置的控制系统，其特征在于：该控制单元与该转速控制器连接。
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