CN105387099B - 大流量斜、卧式水泵机组的制动装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大流量斜、卧式水泵机组的制动装置及应用方法,属于水利工程泵站技术领域。其特征是:采用对大流量斜、卧式水泵机组电机转子进行制动的方法防止其停机时发生飞逸;大流量斜、卧式水泵机组制动装置由停机制动器、编码式转速转向检测器和控制回路等3个部分组成;停机制动器由铸铁制动轮和一对卡钳活塞机构组成,编码式转速转向检测器由编码齿盘、磁电传感器和转速转向测算仪组成,控制回路由电路和气路组成;在水泵机组电机转子的转速对时间的变化率为负且转速小于其额定转速的0.05倍时对其进行制动。本发明具有结构简单、使用方便、制动及时可靠和造价低等优点,可有效消除水泵机组停机时因转动部件发生飞逸而带来的安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于水利工程泵站技术领域,具体涉及大流量斜、卧式水泵机组的制动装置及应用方法,主要用于大流量斜、卧式水泵机组停机过程中的制动,防止因水流倒灌造成水泵机组的电动机转子飞逸转速过大而损坏。
背景技术
大流量斜、卧式水泵机组广泛应用于我国平原地区,确保水泵机组的电动机转子在停机过程中不发生飞逸损坏是大流量泵站的一项关键技术。大流量水泵机组停机后,在泵站上、下游水头差的作用下水流倒灌,水泵机组电动机转子的转速、转向会发生一系列变化:由刚停机时的正向额定转速迅速降低至零,紧接着开始发生反转,若用于断流的大型液压闸门不能在规定时间内及时关闭,则其反向转速会快速达到最大值且持续长时间反转。此时所述反向转速的最大值即为飞逸转速;如该飞逸转速超过所述电动机转子的结构强度所允许的最大值,则将造成该电动机转子的损坏。近些年来,由于大流量斜、卧式水泵机组配备的进、出水流道水力性能显著提高,大大提高了泵装置效率,但同时也带来了大流量斜、卧式水泵机组的飞逸转速较大的问题。目前大流量斜、卧式水泵机组的飞逸转速大多达到其额定转速的2倍以上,而国产大型电动机转子允许的最大反向转速普遍为电动机额定转速的1.8倍,不能满足大流量水泵机组对飞逸转速的要求。为应对这种情况,常用的方法是通过额外增加大型液压闸门的重量来加快用于断流的液压闸门的下落速度、缩短闭门时间,但同时又可能因闸门下落速度较快而在其落到底时产生较大的撞击力。
发明内容
本发明的目的就是针对上述方法的缺陷,提供了大流量斜、卧式水泵机组的制动装置及应用方法。本发明的特征是,采用对大流量斜、卧式水泵机组的电动机转子进行制动的方法防止其在停机过程中因水流倒灌而发生飞逸;大流量斜、卧式水泵机组的制动装置由停机制动器、编码式转速转向检测器和控制回路等3个部分组成,在水泵机组电动机的转速对时间的变化率为负且转速小于其额定转速的0.05倍时对其进行制动。本发明的斜、卧式水泵机组制动装置具有结构简单、使用方便、制动及时可靠和造价低等优点,可有效消除水泵机组在停机过程中因发生飞逸而带来的安全隐患。
为实现本发明的目的,采用如下技术方案:
大流量斜、卧式水泵机组的制动装置,其特征是,由停机制动器、编码式转速转向检测器和控制回路组成;
所述停机制动器由铸铁制动轮和一对用于卡紧铸铁制动轮的卡钳活塞机构组成,铸铁制动轮安装在水泵机组的电动机轴末端;所述一对卡钳活塞机构由左侧卡钳活塞机构和右侧卡钳活塞机构组成,两卡钳活塞机构左右对称地安装在紧靠电动机轴两侧的地面上;
所述编码式转速转向检测器由编码齿盘、磁电传感器和转速转向测算仪组成;编码齿盘设置在电动机轴上,沿编码齿盘的圆周布置两组矩形齿,每组矩形齿均按从水泵向所述电动机方向看的逆时针方向布置单齿、双连齿和三连齿;磁电传感器紧靠编码齿盘安装在电动机的端盖上,用于与编码齿盘的矩形齿配合,通过磁电感应产生脉冲信号;转速转向测算仪用于接收磁电传感器所感应出的脉冲信号并对其进行整理、运算和判断;
所述控制回路分为电路和气路两个部分,其中,电路主要由中间继电器、制动指令输出触点、复位按钮和二位三通空气阀的励磁线圈组成;气路主要由二位三通空气阀、左侧压力调节阀、右侧压力调压阀和压缩空气储气罐组成;压缩空气储气罐提供驱动两卡钳活塞机构的动力;转速转向测算仪发出的制动指令通过制动指令输出触点与所述电路联系;
所述控制回路的电路采用直流电源供电,当出现事故停电情况时,可自动切换至备用应急电源以确保水泵机组停机过程中的安全;
所述左侧卡钳活塞机构由左侧橡胶摩擦垫、左侧圆弧形卡钳、左侧弹性联轴器、左侧活塞杆、左侧活塞、左侧复位弹簧、左侧气缸、左侧支座架和左侧压缩空气接管组成;左侧圆弧形卡钳通过左侧弹性联轴器与左侧活塞杆的一端联结,左侧活塞杆的另一端与左侧活塞连接,左侧复位弹簧、左侧活塞位于左侧气缸内,左侧复位弹簧套在左侧活塞杆上,左侧橡胶摩擦垫固定于左侧圆弧形卡钳的内表面;
右侧卡钳活塞机构由右侧橡胶摩擦垫、右侧圆弧形卡钳、右侧弹性联轴器、右侧活塞杆、右侧活塞、右侧复位弹簧、右侧气缸、右侧支座架和右侧压缩空气接管组成;右侧圆弧形卡钳通过右侧弹性联轴器与右侧活塞杆的一端联结,右侧活塞杆的另一端与右侧活塞连接,右侧复位弹簧、右侧活塞位于右侧气缸内,右侧复位弹簧套在右侧活塞杆上,右侧橡胶摩擦垫固定于右侧圆弧形卡钳的内表面;
左侧气缸和右侧气缸分别通过左侧支座架和右侧支座架左右对称地安装在紧靠电动机轴两侧的地面上;
所述转速转向测算仪发出制动指令后,中间继电器和二位三通空气阀相继动作,将压缩空气同时通入左侧气缸和右侧气缸;
左侧活塞在压缩空气作用下克服左侧复位弹簧的弹力将左侧圆弧形卡钳推向铸铁制动轮并将其卡紧;右侧活塞在压缩空气作用下克服右侧复位弹簧的弹力将右侧圆弧形卡钳推向铸铁制动轮并将其卡紧;左侧圆弧形卡钳和右侧圆弧形卡钳同时卡紧铸铁制动轮,实现对它的制动;
所述水泵机组停机过程结束后,通过人工操作复位按钮使二位三通空气阀复位,左侧气缸和右侧气缸内的压缩空气经二位三通空气阀的常闭通道进入大气;左侧圆弧形卡钳和左侧活塞及左侧活塞杆在左侧复位弹簧的作用下复位,右侧圆弧形卡钳和右侧活塞及右侧活塞杆在右侧复位弹簧的作用下复位,解除对电动机轴的制动;
所述铸铁制动轮的直径和厚度分别为2D电动机轴和0.4D电动机轴,D电动机轴为电动机轴的直径,单位为mm;
所述编码齿盘采用导磁率较高的钢板制作,其直径和厚度分别为1.5D电动机轴和0.02D电动机轴;
所述各矩形齿的高度和宽度均为0.0523D齿盘,D齿盘为编码齿盘的直径,单位为mm;双连齿和三连齿的齿间距均为0.0523D齿盘,单齿、双连齿、三连齿之间均相距0.3663D齿盘。
大流量斜、卧式水泵机组的制动装置的应用方法,其特征是:
1)采用对大流量斜、卧式水泵机组的电动机转子进行制动的方法防止水泵机组在停机过程中因水流倒灌而发生飞逸;
2)大流量斜、卧式水泵机组的制动装置由停机制动器、编码式转速转向检测器和控制回路组成;
3)所述停机制动器由铸铁制动轮和一对用于卡紧铸铁制动轮的卡钳活塞机构组成,铸铁制动轮安装在水泵机组的电动机轴的末端;所述一对卡钳活塞机构由左侧卡钳活塞机构、右侧卡钳活塞机构组成,两卡钳活塞机构左右对称地安装在紧靠电动机轴两侧的地面上;
4)所述编码式转速转向检测器由编码齿盘、磁电传感器和转速转向测算仪组成;编码齿盘采用导磁率较高的钢板制作,设置在电动机轴上;沿编码齿盘的圆周布置两组矩形齿,每组矩形齿均按从水泵向所述电动机方向看的逆时针方向布置单齿、双连齿和三连齿;磁电传感器紧靠编码齿盘安装在电动机的端盖上,用于与编码齿盘的矩形齿配合,通过磁电感应产生脉冲信号;转速转向测算仪用于接收磁电传感器所感应出的脉冲信号并对其进行整理、运算和判断;
5)所述编码式转速转向检测器的工作原理如下:
在电动机运转过程中,编码齿盘随其转动,当编码齿盘上的矩形齿经过磁电传感器附近时,由于所述矩形齿对磁电传感器的导磁作用,磁电传感器便产生脉冲信号送至转速转向测算仪;单齿经过磁电传感器时,转速转向测算仪接收到单脉冲;双连齿经过磁电传感器时,转速转向测算仪接收到双连脉冲;三连齿经过磁电传感器时,转速转向测算仪接收到三连脉冲;转速转向测算仪对所接收的脉冲信号进行整理、运算和判断;约定:电动机正转时,其转速n>0,反之,n<0;当电动机的转速对时间t的变化率且转速0<n<0.05n0(n0为所述电动机的额定转速)时,转速转向测算仪输出端的制动指令输出触点闭合,发出对所述电动机轴进行制动的指令;
6)转速转向测算仪对转速、转向脉冲信号进行如下运算处理:
①当转速转向测算仪接收到的脉冲信号的循环顺序为单脉冲→双连脉冲→三连脉冲时,说明所述电动机的转向为正转(n>0);当转速转向测算仪接收到的脉冲信号的循环顺序为单脉冲→三连脉冲→双连脉冲时,说明所述电动机的转向为反转(n<0);
②电动机轴每转动一圈,转速转向测算仪对应地接收到两组完整的脉冲信号,根据对该两组完整脉冲信号的计时计算所述电动机的转速;
③转速转向测算仪根据连续两次电动机转速的计算结果对其转速随时间t的变化率进行计算和判断:若则说明水泵机组处于启动过程;若则说明水泵机组处于停机过程;
④若判断结果为且0<n<0.05n0,则转速转向测算仪便发出对电动机轴进行制动的指令;
7)所述左侧卡钳活塞机构由左侧橡胶摩擦垫、左侧圆弧形卡钳、左侧弹性联轴器、左侧活塞杆、左侧活塞、左侧复位弹簧、左侧气缸、左侧支座架和左侧压缩空气接管组成;左侧圆弧形卡钳通过左侧弹性联轴器与左侧活塞杆的一端联结,左侧活塞杆的另一端与左侧活塞连接,左侧复位弹簧、左侧活塞位于左侧气缸内,左侧复位弹簧套在左侧活塞杆上,左侧橡胶摩擦垫固定于左侧圆弧形卡钳的内表面;
所述右侧卡钳活塞机构由右侧橡胶摩擦垫、右侧圆弧形卡钳、右侧弹性联轴器、右侧活塞杆、右侧活塞、右侧复位弹簧、右侧气缸、右侧支座架和右侧压缩空气接管组成;右侧圆弧形卡钳通过右侧弹性联轴器与右侧活塞杆的一端联结,右侧活塞杆的另一端与右侧活塞连接,右侧复位弹簧、右侧活塞位于右侧气缸内,右侧复位弹簧套在右侧活塞杆上,右侧橡胶摩擦垫固定于右侧圆弧形卡钳的内表面;
所述左侧气缸和右侧气缸分别通过左侧支座架和右侧支座架左右对称地安装在紧靠电动机轴两侧的地面上;
8)所述控制回路分为电路和气路两个部分,其中,电路主要由中间继电器、制动指令输出触点、复位按钮和二位三通空气阀的励磁线圈组成,气路主要由二位三通空气阀、左侧压力调节阀、右侧压力调节阀和压缩空气储气罐组成;压缩空气储气罐提供驱动两卡钳活塞机构的动力;转速转向测算仪发出的制动指令通过制动指令输出触点与所述电路联系;
9)所述控制回路的电路采用直流电源供电,当出现事故停电情况时,可自动切换至备用应急电源以确保水泵机组停机过程中的安全;
10)转速转向测算仪发出制动指令后,中间继电器和二位三通空气阀相继动作,将压缩空气同时通入左侧气缸和右侧气缸;左侧活塞在压缩空气作用下克服复位左侧弹簧的弹力将左侧圆弧形卡钳推向铸铁制动轮并将其卡紧;右侧活塞在压缩空气作用下克服右侧复位弹簧的弹力将右侧圆弧形卡钳推向铸铁制动轮并将其卡紧;左侧圆弧形卡钳和右侧圆弧形卡钳同时卡紧铸铁制动轮,实现对它的制动;
11)所述水泵机组停机过程结束后,通过人工操作复位按钮使二位三通空气阀复位,左侧气缸和右侧气缸内的压缩空气经二位三通空气阀的常闭通道进入大气;左侧圆弧形卡钳和左侧活塞及左侧活塞杆在左侧复位弹簧的作用下复位,右侧圆弧形卡钳和右侧活塞及右侧活塞杆在右侧复位弹簧的作用下复位,解除对电动机轴的制动;
12)所述停铸铁制动轮的直径和厚度分别为2D电动机轴和0.4D电动机轴,D电动机轴为电动机轴的直径,单位为mm;所述编码齿盘的直径和厚度分别为1.5D电动机轴和0.02D电动机轴;
13)所述各矩形齿的高度和宽度均为0.0523D齿盘,D齿盘为编码齿盘的直径,单位为mm;双连齿和三连齿的齿间距均为0.0523D齿盘,单齿、双连齿、三连齿之间均相距0.3663D齿盘。
与现有方法相比,本发明具有以下有益效果:
第一,本发明可有效实现对大流量斜、卧式水泵机组电动机转子的制动,对于消除水泵机组停机过程中可能发生的安全隐患具有十分重要的意义。
第二,本发明的执行元件采用压缩空气提供动力,控制回路采用直流电源供电,即使在因事故停电而导致水泵机组停机的情况下,也可避免水泵机组的电动机转子发生飞逸损坏。
第三,本发明具有结构简单、使用方便、制动及时可靠和造价低等一系列优点,避免了为缩短大型液压闸门关闭时间而带来的撞击力较大等问题。
附图说明
图1是本发明的停机制动器纵剖面示意图;
图2是本发明的转速转向检测回路示意图;
图3是本发明的控制回路电路示意图;
图4是本发明的控制回路气路示意图;
图5是本发明安装在大流量卧式水泵机组的示意图;
图6是本发明安装在大流量斜式水泵机组的示意图;
图中:1电动机轴,2铸铁制动轮,3左侧橡胶摩擦垫,4右侧橡胶摩擦垫,5左侧圆弧形卡钳,6右侧圆弧形卡钳,7左侧弹性联轴器,8右侧弹性联轴器,9左侧活塞杆,10右侧活塞杆,11左侧复位弹簧,12右侧复位弹簧,13左侧活塞,14右侧活塞,15左侧气缸,16右侧气缸,17左侧支架座,18右侧支架座,19左侧压缩空气接管,20右侧压缩空气接管,21编码齿盘,22磁电传感器,23转速转向测算仪,24单齿,25双连齿,26三连齿,27制动指令输出触点,28复位按钮,29中间继电器,30压缩空气储气罐,31二位三通空气阀,32左侧压力调节阀,33右侧压力调节阀,34触点一,35触点二,36电动机,37出水流道,38进水流道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置及应用方法如下:
1.大流量斜、卧式水泵机组的制动装置由停机制动器、编码式转速转向检测器和控制回路等3个部分组成;
2.如图1所示,所述停机制动器由铸铁制动轮2和一对卡钳活塞机构组成;铸铁制动轮2安装在电动机轴1的末端,其直径和厚度分别为2D电动机轴和0.4D电动机轴,D电动机轴为电动机轴1的直径,单位为mm;
左侧的卡钳活塞机构由左侧橡胶摩擦垫3、左侧圆弧形卡钳5、左侧弹性联轴器7、左侧活塞杆9、左侧活塞13、左侧复位弹簧11、左侧气缸15、左侧支座架17和左侧压缩空气接管19组成,左侧圆弧形卡钳5通过左侧弹性联轴器7与左侧活塞杆9的一端联结,左侧活塞杆9的另一端与左侧活塞13连接,左侧复位弹簧11、左侧活塞13位于左侧气缸15内,左侧复位弹簧11套在左侧活塞杆9上,左侧橡胶摩擦垫3固定于左侧圆弧形卡钳5的内表面;
右侧的卡钳活塞机构由右侧橡胶摩擦垫4、右侧圆弧形卡钳6、右侧弹性联轴器8、右侧活塞杆10、右侧活塞14、右侧复位弹簧12、右侧气缸16、右侧支座架18和右侧压缩空气接管20组成,右侧圆弧形卡钳6通过右侧弹性联轴器8与右侧活塞杆10的一端联结,右侧活塞杆10的另一端与右侧活塞14连接,右侧复位弹簧12、右侧活塞14位于右侧气缸16内,右侧复位弹簧12套在右侧活塞杆10上,右侧橡胶摩擦垫4固定于右侧圆弧形卡钳6的内表面;左侧气缸15和右侧气缸16分别通过左侧支座架17和右侧支座架18左右对称地安装在紧靠电动机轴1两侧的地面上;
3.如图2所示,所述编码式转速转向检测器由编码齿盘21、磁电传感器22和转速转向测算仪23组成;编码齿盘21采用导磁率较高的钢板制作,其直径和厚度分别为1.5D电动机轴和0.02D电动机轴,设置在所述水泵机组的电动机与铸铁制动轮2之间的电动机轴1上;沿编码齿盘21的圆周布置两组矩形齿,每组矩形齿均按从水泵向所述电动机方向看的逆时针方向布置单齿24、双连齿25和三连齿26;各矩形齿的高度和宽度均为0.0523D齿盘,D齿盘为编码齿盘21的直径,单位为mm;双连齿25和三连齿26的齿间距均为0.0523D齿盘,单齿24、双连齿25、三连齿26之间均相距0.3663D齿盘;磁电传感器22紧靠编码齿盘21安装在所述电动机的端盖上,用于与编码齿盘21的所述矩形齿配合,通过磁电感应产生脉冲信号;转速转向测算仪23用于接收磁电传感器22所感应出的脉冲信号并对其进行整理、运算和判断;
4.所述编码式转速转向检测器的工作原理如下:
在所述电动机运转过程中,编码齿盘21随其转动,当编码齿盘21的矩形齿经过磁电传感器22附近时,由于所述矩形齿对磁电传感器22的导磁作用,磁电传感器22便产生脉冲信号送至转速转向测算仪23;单齿24经过磁电传感器22时,转速转向测算仪23接收到单脉冲;双连齿25经过磁电传感器22时,转速转向测算仪23接收到双连脉冲;三连齿26经过磁电传感器22时,转速转向测算仪23接收到三连脉冲;转速转向测算仪23对所接收的脉冲信号进行整理、运算和判断;当所述电动机的转速对时间t的变化率且转速0<n<0.05n0(n0为所述电动机的额定转速)时,转速转向测算仪23的制动指令输出触点27闭合,发出对电动机轴1进行制动的指令。
5.转速转向测算仪23对转速、转向脉冲信号进行如下运算处理:
(1)当转速转向测算仪23接收到的脉冲信号的循环顺序为单脉冲→双连脉冲→三连脉冲时,说明所述电动机的转向为正转(n>0);当转速转向测算仪23接收到的脉冲信号的循环顺序为单脉冲→三连脉冲→双连脉冲时,说明所述电动机的转向为反转(n<0);
(2)电动机轴1每转动一圈,转速转向测算仪23对应地接收到两组完整的脉冲信号,根据对该两组完整脉冲信号的计时计算所述电动机的转速;
(3)转速转向测算仪23根据连续两次电动机转速的计算结果对所述电动机的转速随时间t的变化率进行计算和判断:若则说明水泵机组处于启动过程;若则说明水泵机组处于停机过程;
(4)若判断结果为且0<n<0.05n0,则转速转向测算仪23便发出对水泵机组电动机轴1进行制动的指令;
6.所述控制回路分为电路和气路;如图3所示,所述电路由复位按钮28、中间继电器29、转速转向测算仪制动指令触点27和二位三通空气阀31的励磁线圈组成,所述控制回路的电路采用直流电源供电;如图4所示,所述气路由压缩空气储气罐30、二位三通空气阀31、左侧压力调节阀32和右侧压力调节阀33组成;转速转向测算仪23发出的制动指令通过其制动指令输出触点27与所述电路联系;
7.转速转向测算仪23发出的制动指令让中间继电器29动作,其触点一34和触点二35同时闭合,前者使中间继电器29自保持,后者使二位三通空气阀31动作,其常开通道接通,低压压缩空气由储气罐30经该通道同时进入所述制动器左侧的气缸15和右侧的气缸16;左侧压力调节阀32和右侧压力调节阀33用于调节进入左、右两侧气缸的压力,使进入所述两侧气缸的压力保持相等;左侧活塞13在压缩空气作用下克服左侧复位弹簧11的弹力将左侧圆弧形卡钳5推向铸铁制动轮2并将其卡紧,同时右侧活塞14在压缩空气作用下克服右侧复位弹簧12的弹力将右侧圆弧形卡钳6推向铸铁制动轮2并将其卡紧;左侧圆弧形卡钳5和右侧圆弧形卡钳6同时卡紧铸铁制动轮2,实现对它的制动;
8.所述水泵机组停机过程结束后,通过人工操作复位按钮28使二位三通空气阀31复位,左侧气缸15和右侧气缸16内的压缩空气经二位三通空气阀31的常闭通道进入大气;左侧圆弧形卡钳5和左侧活塞13及左侧活塞杆9在左侧复位弹簧11的作用下复位,右侧圆弧形卡钳6和右侧活塞14及右侧活塞杆10在右侧复位弹簧12的作用下复位,解除对电动机轴1的制动。
实施例1
某大流量卧式水泵机组电动机的额定转速为125r/min,电动机轴的直径D电动机轴为400mm;根据模型试验结果,该水泵机组的飞逸转速为255r/min,为其额定转速的2.04倍,超过该水泵机组电动机允许的1.8倍的最大反向转速。为防止该水泵机组停机时因水流倒灌而发生飞逸损坏,采用本发明对所述大流量卧式水泵机组的电动机轴进行制动。
1.将本发明的停机制动器安装于所述大流量卧式水泵机组的电动机36的末端,如图5所示;铸铁制动轮2的直径和厚度分别为800mm和160mm;
2.将本发明的编码式转速转向检测器设置在铸铁制动轮2与电动机36之间,磁电传感器22紧靠编码齿盘21安装在电动机36的端盖上,如图5所示;编码齿盘21的直径和厚度分别为600mm和8mm,各矩形齿的高度和宽度均为31.38mm,双连齿25和三连齿26的齿间距均为31.38mm,单齿24、双连齿25、三连齿26之间均相距219.8mm;
3.当所述大流量卧式水泵机组停机时,水流由出水流道37经水泵向进水流道38倒灌,电动机36的转速将由额定转速n0=125r/min开始降低,当电动机36的转速对时间t的变化率且转速0<n<6.25r/min时,转速转向测算仪23输出端的制动指令输出触点27闭合,发出对电动机轴1进行制动的指令;
4.转速转向测算仪23发出的制动指令通过制动指令输出触点27与所述控制回路的电路联系,转速转向测算仪23发出的制动指令让中间继电器29动作,中间继电器29的触点一34和触点二35同时闭合,前者使中间继电器29自保持,后者使二位三通空气阀31动作,其常开通道接通,如图3所示;
5.二位三通空气阀31的常开通道接通后,低压压缩空气由储气罐30经该通道同时进入所述制动器左侧气缸15和右侧气缸16,如图4所示;左侧压力调节阀32和右侧压力调节阀33用于调节进入左、右两侧气缸的压力,使进入所述两侧气缸的压力保持相等;左侧气缸15的左侧活塞13在压缩空气作用下克服左侧复位弹簧11的弹力将左侧圆弧形卡钳5推向铸铁制动轮2并将其卡紧,同时右侧气缸16的右侧活塞14在压缩空气作用下克服右侧复位弹簧12的弹力将右侧圆弧形卡钳6推向铸铁制动轮2并将其卡紧;左侧圆弧形卡钳5和右侧圆弧形卡钳6同时卡紧铸铁制动轮2,实现对它的制动;
6.所述大流量卧式水泵机组停机过程结束后,通过人工操作复位按钮28使二位三通空气阀31复位,左侧气缸15和右侧气缸16内的压缩空气经二位三通空气阀31的常闭通道进入大气;左侧圆弧形卡钳5和左侧活塞13及左侧活塞杆9在左侧复位弹簧11的作用下复位,右侧圆弧形卡钳6和右侧活塞14及右侧活塞杆10在右侧复位弹簧12的作用下复位,解除对电动机轴1的制动。
实施例2
某大流量斜式水泵机组采用齿轮箱间接传动,其电动机的转速额定和轴的直径分别为750r/min和230mm,所述齿轮箱的传动比为6.5:1;根据模型试验结果,该水泵机组飞逸时电动机的转速为1456r/min,为其额定转速的1.94倍,超过电动机允许的1.8倍的最大反向转速。为防止该水泵机组停机时因水流倒灌而发生飞逸损坏,采用本发明对其电动机轴进行制动。
1.将本发明的停机制动器安装于所述大流量斜式水泵机组的电动机36的末端,如图6所示;铸铁制动轮2的直径和厚度分别为460mm和92mm;
2.将本发明的编码式转速转向检测器设置在铸铁制动轮2与电动机36之间,磁电传感器22紧靠编码齿盘21安装在电动机36的端盖上,如图6所示;编码齿盘21的直径和厚度分别为345mm和4.6mm,各矩形齿的高度和宽度均为18.04mm,双连齿25和三连齿26的齿间距均为18.04mm,单齿24、双连齿25、三连齿26之间均相距126.37mm;
3.当所述大流量斜式水泵机组停机时,水流由出水流道37经水泵向进水流道38倒灌,电动机36的转速将由额定转速n0=750r/min开始降低,当电动机36的转速对时间t的变化率且转速0<n<37.5r/min时,转速转向测算仪23输出端的制动指令输出触点27闭合,发出对电动机轴1进行制动的指令;
4.转速转向测算仪23发出的制动指令通过制动指令输出触点27与所述控制回路的电路联系,转速转向测算仪23发出的制动指令让中间继电器29动作,继电器29的触点一34和触点二35同时闭合,前者使继电器29自保持,后者使二位三通空气阀31动作,其常开通道接通,如图3所示;
5.二位三通空气阀31的常开通道接通后,低压压缩空气由储气罐30经该通道同时进入所述制动器左侧气缸15和右侧气缸16,如图4所示;左侧压力调节阀32和右侧压力调节阀33用于调节进入左、右两侧气缸的压力,使进入所述两侧气缸的压力保持相等;左侧气缸15的左侧活塞13在压缩空气作用下克服左侧复位弹簧11的弹力将左侧圆弧形卡钳5推向铸铁制动轮2并将其卡紧,同时右侧气缸16的右侧活塞14在压缩空气作用下克服右侧复位弹簧12的弹力将右侧圆弧形卡钳6推向铸铁制动轮2并将其卡紧;左侧圆弧形卡钳5和右侧圆弧形卡钳6同时卡紧铸铁制动轮2,实现对它的制动;
6.所述大流量斜式水泵机组停机过程结束后,通过人工操作复位按钮28使二位三通空气阀31复位,左侧气缸15和右侧气缸16内的压缩空气经二位三通空气阀31的常闭通道进入大气;左侧圆弧形卡钳5和左侧活塞13及左侧活塞杆9在左侧复位弹簧11的作用下复位,右侧圆弧形卡钳6和右侧活塞14及右侧活塞杆10在右侧复位弹簧12的作用下复位,解除对电动机轴1的制动。
Claims (9)
1.大流量斜、卧式水泵机组的制动装置,其特征是,
由停机制动器、编码式转速转向检测器和控制回路组成;
所述停机制动器由铸铁制动轮(2)和一对用于卡紧铸铁制动轮(2)的卡钳活塞机构组成,铸铁制动轮(2)安装在水泵机组的电动机轴(1)末端;所述一对卡钳活塞机构由左侧卡钳活塞机构和右侧卡钳活塞机构组成,两卡钳活塞机构左右对称地安装在紧靠电动机轴(1)两侧的地面上;
所述编码式转速转向检测器由编码齿盘(21)、磁电传感器(22)和转速转向测算仪(23)组成;编码齿盘(21)设置在电动机轴(1)上,沿编码齿盘(21)的圆周布置两组矩形齿,每组矩形齿均按从水泵向所述电动机方向看的逆时针方向布置单齿(24)、双连齿(25)和三连齿(26);磁电传感器(22)紧靠编码齿盘(21)安装在电动机(36)的端盖上,用于与编码齿盘(21)的矩形齿配合,通过磁电感应产生脉冲信号;转速转向测算仪(23)用于接收磁电传感器(22)所感应出的脉冲信号并对其进行整理、运算和判断;
所述控制回路分为电路和气路两个部分,其中,电路主要由中间继电器(29)、制动指令输出触点(27)、复位按钮(28)和二位三通空气阀(31)的励磁线圈组成;气路主要由二位三通空气阀(31)、左侧压力调节阀(32)、右侧压力调压阀(33)和压缩空气储气罐(30)组成;压缩空气储气罐(30)提供驱动两卡钳活塞机构的动力;转速转向测算仪(23)发出的制动指令通过制动指令输出触点(27)与所述电路联系。
2.根据权利要求1所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置,其特征是,所述左侧卡钳活塞机构由左侧橡胶摩擦垫(3)、左侧圆弧形卡钳(5)、左侧弹性联轴器(7)、左侧活塞杆(9)、左侧活塞(13)、左侧复位弹簧(11)、左侧气缸(15)、左侧支座架(17)和左侧压缩空气接管(19)组成;
左侧圆弧形卡钳(5)通过左侧弹性联轴器(7)与左侧活塞杆(9)的一端联结,左侧活塞杆(9)的另一端与左侧活塞(13)连接,左侧复位弹簧(11)、左侧活塞(13)位于左侧气缸(15)内,左侧复位弹簧(11)套在左侧活塞杆(9)上,左侧橡胶摩擦垫(3)固定于左侧圆弧形卡钳(5)的内表面;
右侧卡钳活塞机构由右侧橡胶摩擦垫(4)、右侧圆弧形卡钳(6)、右侧弹性联轴器(8)、右侧活塞杆(10)、右侧活塞(14)、右侧复位弹簧(12)、右侧气缸(16)、右侧支座架(18)和右侧压缩空气接管(20)组成;
右侧圆弧形卡钳(6)通过右侧弹性联轴器(8)与右侧活塞杆(10)的一端联结,右侧活塞杆(10)的另一端与右侧活塞(14)连接,右侧复位弹簧(12)、右侧活塞(14)位于右侧气缸(16)内,右侧复位弹簧(12)套在右侧活塞杆(10)上,右侧橡胶摩擦垫(4)固定于右侧圆弧形卡钳(6)的内表面;
左侧气缸(15)和右侧气缸(16)分别通过左侧支座架(17)和右侧支座架(18)左右对称地安装在紧靠电动机轴(1)两侧的地面上。
3.根据权利要求2所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置,其特征是,所述转速转向测算仪(23)发出制动指令后,中间继电器(29)和二位三通空气阀(31)相继动作,将压缩空气同时通入左侧气缸(15)和右侧气缸(16);
左侧活塞(13)在压缩空气作用下克服左侧复位弹簧(11)的弹力将左侧圆弧形卡钳(5)推向铸铁制动轮(2)并将其卡紧;右侧活塞(14)在压缩空气作用下克服右侧复位弹簧(12)的弹力将右侧圆弧形卡钳(6)推向铸铁制动轮(2)并将其卡紧;左侧圆弧形卡钳(5)和右侧圆弧形卡钳(6)同时卡紧铸铁制动轮(2),实现对它的制动;
所述水泵机组停机过程结束后,通过人工操作复位按钮(28)使二位三通空气阀(31)复位,左侧气缸(15)和右侧气缸(16)内的压缩空气经二位三通空气阀(31)的常闭通道进入大气;左侧圆弧形卡钳(5)和左侧活塞(13)及左侧活塞杆(9)在左侧复位弹簧(11)的作用下复位,右侧圆弧形卡钳(6)和右侧活塞(14)及右侧活塞杆(10)在右侧复位弹簧(12)的作用下复位,解除对电动机轴(1)的制动。
4.根据权利要求1所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置,其特征是,所述铸铁制动轮(2)的直径和厚度分别为2D电动机轴和0.4D电动机轴,D电动机轴为电动机轴(1)的直径,单位为mm。
5.根据权利要求1所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置,其特征是,所述编码齿盘(21)采用导磁率较高的钢板制作,其直径和厚度分别为1.5D电动机轴和0.02D电动机轴。
6.根据权利要求1所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置,其特征是,所述各矩形齿的高度和宽度均为0.0523D齿盘,D齿盘为编码齿盘(21)的直径,单位为mm;双连齿(25)和三连齿(26)的齿间距均为0.0523D齿盘,单齿(24)、双连齿(25)、三连齿(26)之间均相距0.3663D齿盘。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置的应用方法,其特征是,
1)采用对大流量斜、卧式水泵机组的电动机转子进行制动的方法防止水泵机组在停机过程中因水流倒灌而发生飞逸;
2)大流量斜、卧式水泵机组的制动装置由停机制动器、编码式转速转向检测器和控制回路组成;
3)所述停机制动器由铸铁制动轮(2)和一对用于卡紧铸铁制动轮(2)的卡钳活塞机构组成,铸铁制动轮(2)安装在水泵机组的电动机轴(1)的末端;所述一对卡钳活塞机构由左侧卡钳活塞机构和右侧卡钳活塞机构组成,两卡钳活塞机构左右对称地安装在紧靠电动机轴(1)两侧的地面上;
4)所述编码式转速转向检测器由编码齿盘(21)、磁电传感器(22)和转速转向测算仪(23)组成;编码齿盘(21)采用导磁率较高的钢板制作,设置在电动机轴(1)上;沿编码齿盘(21)的圆周布置两组矩形齿,每组矩形齿均按从水泵向所述电动机方向看的逆时针方向布置单齿(24)、双连齿(25)和三连齿(26);磁电传感器(22)紧靠编码齿盘(21)安装在电动机(36)的端盖上,用于与编码齿盘(21)的矩形齿配合,通过磁电感应产生脉冲信号;转速转向测算仪(23)用于接收磁电传感器(22)所感应出的脉冲信号并对其进行整理、运算和判断;
5)所述编码式转速转向检测器的工作原理如下:
在电动机(36)运转过程中,编码齿盘(21)随其转动,当编码齿盘(21)上的矩形齿经过磁电传感器(22)附近时,由于所述矩形齿对磁电传感器(22)的导磁作用,磁电传感器(22)便产生脉冲信号送至转速转向测算仪(23);单齿(24)经过磁电传感器(22)时,转速转向测算仪(23)接收到单脉冲;双连齿(25)经过磁电传感器(22)时,转速转向测算仪(23)接收到双连脉冲;三连齿(26)经过磁电传感器(22)时,转速转向测算仪(23)接收到三连脉冲;转速转向测算仪(23)对所接收的脉冲信号进行整理、运算和判断;约定:电动机(36)正转时,其转速n>0,反之,n<0;当电动机(36)的转速对时间t的变化率<0且转速0<n<0.05n0(n0为所述电动机的额定转速)时,转速转向测算仪(23)输出端的制动指令输出触点(27)闭合,发出对所述电动机轴(1)进行制动的指令;
6)转速转向测算仪(23)对转速、转向脉冲信号进行如下运算处理:
①当转速转向测算仪(23)接收到的脉冲信号的循环顺序为单脉冲→双连脉冲→三连脉冲时,说明所述电动机的转向为正转(n>0);当转速转向测算仪(23)接收到的脉冲信号的循环顺序为单脉冲→三连脉冲→双连脉冲时,说明所述电动机的转向为反转(n<0);
②电动机轴(1)每转动一圈,转速转向测算仪(23)对应地接收到两组完整的脉冲信号,根据对该两组完整脉冲信号的计时计算所述电动机的转速;
③转速转向测算仪(23)根据连续两次电动机转速的计算结果对其转速随时间t的变化率进行计算和判断:若则说明水泵机组处于启动过程;若则说明水泵机组处于停机过程;
④若判断结果为且0<n<0.05n0,则转速转向测算仪(23)便发出对电动机轴(1)进行制动的指令;
7)所述左侧卡钳活塞机构由左侧橡胶摩擦垫(3)、左侧圆弧形卡钳(5)、左侧弹性联轴器(7)、左侧活塞杆(9)、左侧活塞(13)、左侧复位弹簧(11)、左侧气缸(15)、左侧支座架(17)和左侧压缩空气接管(19)组成;左侧圆弧形卡钳(5)通过左侧弹性联轴器(7)与左侧活塞杆(9)的一端联结,左侧活塞杆(9)的另一端与左侧活塞(13)连接,左侧复位弹簧(11)、左侧活塞(13)位于左侧气缸(15)内,左侧复位弹簧(11)套在左侧活塞杆(9)上,左侧橡胶摩擦垫(3)固定于左侧圆弧形卡钳(5)的内表面;
所述右侧卡钳活塞机构由右侧橡胶摩擦垫(4)、右侧圆弧形卡钳(6)、右侧弹性联轴器(8)、右侧活塞杆(10)、右侧活塞(14)、右侧复位弹簧(12)、右侧气缸(16)、右侧支座架(18)和右侧压缩空气接管(20)组成;右侧圆弧形卡钳(6)通过右侧弹性联轴器(8)与右侧活塞杆(10)的一端联结,右侧活塞杆(10)的另一端与右侧活塞(14)连接,右侧复位弹簧(12)、右侧活塞(14)位于右侧气缸(16)内,右侧复位弹簧(12)套在右侧活塞杆(10)上,右侧橡胶摩擦垫(4)固定于右侧圆弧形卡钳(6)的内表面;
所述左侧气缸(15)和右侧气缸(16)分别通过左侧支座架(17)和右侧支座架(18)左右对称地安装在紧靠电动机轴(1)两侧的地面上;
8)所述控制回路分为电路和气路两个部分,其中,电路主要由中间继电器(29)、制动指令输出触点(27)、复位按钮(28)和二位三通空气阀(31)的励磁线圈组成,气路主要由二位三通空气阀(31)、左侧压力调节阀(32)、右侧压力调节阀(33)和压缩空气储气罐(30)组成;压缩空气储气罐(30)提供驱动两卡钳活塞机构的动力;转速转向测算仪(23)发出的制动指令通过制动指令输出触点(27)与所述电路联系;
9)所述控制回路的电路采用直流电源供电,当出现事故停电情况时,可自动切换至备用应急电源以确保水泵机组停机过程中的安全;
10)转速转向测算仪(23)发出制动指令后,中间继电器(29)和二位三通空气阀(31)相继动作,将压缩空气同时通入左侧气缸(15)和右侧气缸(16);左侧活塞(13)在压缩空气作用下克服复位左侧弹簧(11)的弹力将左侧圆弧形卡钳(5)推向铸铁制动轮(2)并将其卡紧;右侧活塞(14)在压缩空气作用下克服右侧复位弹簧(12)的弹力将右侧圆弧形卡钳(6)推向铸铁制动轮(2)并将其卡紧;左侧圆弧形卡钳(5)和右侧圆弧形卡钳(6)同时卡紧铸铁制动轮(2),实现对它的制动;
11)所述水泵机组停机过程结束后,通过人工操作复位按钮(28)使二位三通空气阀(31)复位,左侧气缸(15)和右侧气缸(16)内的压缩空气经二位三通空气阀(31)的常闭通道进入大气;左侧圆弧形卡钳(5)和左侧活塞(13)及左侧活塞杆(9)在左侧复位弹簧(11)的作用下复位,右侧圆弧形卡钳(6)和右侧活塞(14)及右侧活塞杆(10)在右侧复位弹簧(12)的作用下复位,解除对电动机轴(1)的制动。
8.根据权利要求7所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置的应用方法,其特征是,所述停铸铁制动轮(2)的直径和厚度分别为2D电动机轴和0.4D电动机轴,D电动机轴为电动机轴(1)的直径,单位为mm;所述编码齿盘(21)的直径和厚度分别为1.5D电动机轴和0.02D电动机轴。
9.根据权利要求7所述的大流量斜、卧式水泵机组的制动装置的应用方法,其特征是,所述各矩形齿的高度和宽度均为0.0523D齿盘,D齿盘为编码齿盘(21)的直径,单位为mm;双连齿(25)和三连齿(26)的齿间距均为0.0523D齿盘,单齿(24)、双连齿(25)、三连齿(26)之间均相距0.3663D齿盘。
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