CN107524640B - 轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制方法和装置，所述控制装置包括流量泵、试压泵、油路和油压控制机构；流量泵、试压泵经油路与需进行试验的轴流转桨式水轮机转轮相连，所述油压控制机构包括电液换向组件；所述电液换向组件包括控制用电液换向阀、业务用电液换向阀和蓄能器；所述控制用电液换向阀与业务用电液换向阀相连以放大油路驱动力；业务用电液换向阀至水轮机转轮段的油路包括正摆油路和负摆油路；所述业务用电液换向阀的输出端设有触发状态互斥的正摆开关组和负摆开关组；正摆开关组和负摆开关组均包括油压触发和手动触发两种工作模式；本发明能安全、便利地对轴流转桨式水轮机转轮进行检测。

Description

轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制方法和装置
技术领域
本发明涉及发电设备技术领域，尤其是轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制方法和装置。
背景技术
大型水电站的轴流转桨式水轮发电机组，需定期进行机组的A级检修。由于轴流转桨式水轮机的转轮结构复杂，内部操作机构安装要求较高，因此转轮解体检修一直是机组A修的重点项目。为检验安装质量，根据国家相关标准要求，转轮整体安装后，必须进行转轮操作机构的试验。试验主要包括叶片的操作试验和活塞缸体的耐压试验。
叶片操作试验需要不停的操作桨叶全开全关。操作时间为8 小时。试验过程中主要检验转轮叶片动密封的情况，并校验桨叶角度与活塞的行程。
活塞缸体的耐压试验，分为转轮开腔和关腔的耐压试验，耐压压力为额定压力的1.25倍，耐压过程中开、关腔各耐压2个小时。
以往试验过程中，所有管路系统均采用阀门手动操作，需要4～6人配合，由于试验一般连夜进行，人员长期工作容易导致误操作。特别是操作试验过程中，需要同时操作四个阀门切换油路，操作人员需要坚持8个小时。在试验过程中，还需要防止油路中压力突然升高。一旦压力突然升高，就会导致转轮各部件密封超过试验压力，直接威胁密封件的密封性能。如果密封件损坏，将导致转轮返修，返修成本非常高；另由于压力升高，还会导致系统管路接头崩坏，往年的试验过程中，经常会发生接头崩坏喷油。喷油后，需要重新连接管路，并需要10多人清理现场油迹。
因此，综合考虑各种不安全因素，研制了一套全自动的转轮试验系统。该系统采用液压与电气控制相结合的形式，在保障系统安全性的同时，解放人力，进行全自动试验，无需人员配合及操作。
液压系统采用组合阀形式，配备溢流阀、蓄能器、节流阀、电液换向阀等结构。电控系统采用继电器、压力开关等相结合，通过系统的设计，主要实现以下功能，一是如果系统超压即卸掉多余压力。二是桨叶试验自动开关，并能调节开关的速度，且无需人为操作；三是活塞缸体耐压无需额外连接管路，直接用该系统即可。
发明内容
本发明提出轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制方法和装置，能安全、便利地对轴流转桨式水轮机转轮进行检测。
本发明采用以下技术方案。
轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，所述控制装置包括流量泵、试压泵、油路和油压控制机构；流量泵的输出压力小于试压泵；所述流量泵、试压泵经油路与需进行试验的轴流转桨式水轮机转轮相连，所述油压控制机构设于油路处；所述油压控制机构包括电液换向组件；所述电液换向组件包括控制用电液换向阀、业务用电液换向阀和蓄能器；所述控制用电液换向阀与业务用电液换向阀相连以放大油路驱动力；所述蓄能器分别与控制用电液换向阀、业务用电液换向阀相连；所述业务用电液换向阀至水轮机转轮段的油路包括正摆油路和负摆油路；所述业务用电液换向阀的输出端设有触发状态互斥的正摆开关组和负摆开关组；正摆开关组和负摆开关组均包括油压触发和手动触发两种工作模式；当进行转轮叶片摆动试验的自动模式时，所述流量泵负责油路输入，正、负摆开关组被油压触发且循环启闭，使正摆油路、负摆油路的通断状态循环切换，让水轮机转轮桨叶来回摆动；当进行转轮缸体耐压试验时，试压泵负责油路输入，正、负摆开关组被手动触发以导通正摆油路或负摆油路，对水轮机转轮桨叶的开关腔施以高油压以进行试验。
手动模式时，通过调节控制用电液换向阀和业务用电液换向阀，来调整水轮机转轮桨叶的摆动角度。当进行转轮叶片摆动试验的自动模式时，通过调节控制用电液换向阀和业务用电液控制阀来实现水轮机转轮桨叶自动开关试验。
所述业务用电液换向阀为DN32通径的换向阀，业务用电液换向阀的切换油压不小于1MPa；所述蓄能器提供业务用电液换向阀切换油压；所述流量泵输出端处设有摆动试验溢流阀，所述摆动试验溢流阀为先导式溢流阀；试压泵输出端处设有耐压试验溢流阀；所述正摆开关组和负摆开关组均内置节流阀。
正摆开关组和负摆开关组的油压触发阈值均为1.5MPa。
所述业务用电液换向阀油路输出口处设有换向用压力开关。
所述正摆开关组和负摆开关组采用24V控制电源，所述正摆开关组和负摆开关组内设两个压力开关和两个与压力开关对应的手动开关按钮；所述两个压力开关以油路油压触发并分别与继电器A和继电器B相连。
所述流量泵、试压泵和油压控制机构固定于带刹车装置的重型平板小车上。
节流阀、溢流阀采用组合阀形式，阀块位于最底层；蓄能器安装于小车扶手侧面；所述控制装置还包括安装于小车扶手正面的电控箱。
控制方法中的转轮叶片摆动试验采用轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，转轮叶片摆动试验依次包括以下步骤；
A1、将摆动试验溢流阀的压力整定为0，启动流量泵，调整流量泵的输出压力至1.8MPa；启动蓄能器进行充能
A2、把正摆开关组和负摆开关组设为油压触发模式，蓄能器向控制用电液换向阀、业务用电液换向阀输出油压；启动控制用电液换向阀，控制用电液换向阀与业务用电液换向阀相连以放大油路驱动力；
A3、业务用电液换向阀启动换向作业；水轮机转轮桨叶动作到位且油压到达1.5MPa后，正、负摆开关组被油压触发且循环启闭，使正摆油路、负摆油路的通断状态循环切换，把压力油轮替通入水轮机转轮的不同部位，让水轮机转轮桨叶来回摆动。
控制方法中的转轮缸体耐压试验采用轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，转轮缸体耐压试验依次包括以下步骤；
B1、将耐压试验溢流阀的压力整定为0，启动试压泵，调整将耐压试验溢流阀的压力至5MPa；
B2、压力油经油路进入水轮机转轮；按所需测试耐压度的水轮机转轮部位，选择性地开启正摆开关组的节流阀或是负摆开关组内置的节流阀，使高压力的压力油停留于测试部位的时间达到测试所需时间。
本发明实现了转轮桨叶操作试验全自动化，解放人力；原来进行试验，需要长时间（操作试验8小时、耐压试验4小时）人为控制四个阀门一个油泵，并且需要互相配合才能保证压力不发生异常升高；现转轮试验装置采用电—液控制的方式，根据压力的情况，即可切换系统油路，实现桨叶的自动全开全关，无需人为操作及监视。通过优化整个系统结构，只要经过初次调试之后，即可实现操作泵的无载启动，无需安装额外的无载启动装置，因此无需人员启动操作油泵。
本发明通过系统设计，能够保证试验的压力不发生异常升高，从而保证了转轮密封的安全性，并有效防止管路接头崩坏；系统中采用2套溢流阀，一套用于耐压试验的，整定后能保持试验压力稳定在5MPa；另一套用于叶片摆动操作试验，能够保证泵的出口压力不超压，防止切换油路及阀组关闭过程中，泵烧毁。通过两套安全装置，即使人为误操作，或是系统被破坏，也能够绝对保证转轮的耐压安全，并且不再发生管路接头密封失效或崩坏事故。
本发明对试验过程中对压力、流量和时间均有严格规定，通过合理设计，引入蓄能器，校核压力上升值，实现低油压高流量系统的操作难题；如试验中，转轮桨叶操作的压力较小，仅为0.18MPa；操作流量较大，流量为12立方米/时。根据国标每小时必须操作2到3次；因此给设计遇到了难题：一是在这么低的压力下，无法操作任何执行机构进行切换油路。二是原管路为DN50，市面上无DN50的电液转换器，如果需要放大机构，将会使系统非常庞大。因此，为了能够实现功能，整个系统必须将压力提高，管路通径减小。而这将会影响桨叶的整体动作时间，同时会提升油泵的负荷。流量、压力、时间三者互相制约，综合考虑，很有可能达不到国家相关标准的要求。因此，必须对流量、压力、时间进行协调，找到平衡点，使流量、时间都达到国家标准要求，并且压力达到泵无载启动的要求；通过合理设计，引入蓄能器，使蓄能器起到增压作用，并加装一台普通的控制用电液换向阀以放大油压，更改动作逻辑，校核系统流量及压力，最终完成设计，成功应用。
本发明技术成熟，应用效果良好，不仅可应用轴流转桨式水轮机转轮的试验过程中，也可以应用于大型液压接力器检修过程中，可进行接力器动作试验；由于每个泵都采用了溢流阀，能够保证整个系统不会发生压力突然升高的情况，因此能够安全的完成试验任务。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的连接示意图；
附图2是本发明的正、负摆开关组的示意图；
附图3是本发明的另一示意图；
图中：1-流量泵；2-试压泵；3-耐压试验溢流阀；4-摆动试验溢流阀；5-蓄能器；6-控制用电液换向阀；7-负摆油路；8-业务用电液换向阀；9-正摆油路；10-正摆开关组；11-负摆开关组；12-需进行试验的轴流转桨式水轮机转轮；13-重型平板小车；14-刹车装置。
具体实施方式
如图1-3所示，轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，所述控制装置包括流量泵1、试压泵2、油路和油压控制机构；流量泵1的输出压力小于试压泵2；所述流量泵、试压泵经油路与需进行试验的轴流转桨式水轮机转轮12相连，所述油压控制机构设于油路处；所述油压控制机构包括电液换向组件；所述电液换向组件包括控制用电液换向阀6、业务用电液换向阀8和蓄能器5；所述控制用电液换向阀6与业务用电液换向阀8相连以放大油路驱动力；所述蓄能器5分别与控制用电液换向阀、业务用电液换向阀相连；所述业务用电液换向阀8至水轮机转轮12段的油路包括正摆油路9和负摆油路7；所述业务用电液换向阀的输出端设有触发状态互斥的正摆开关组10和负摆开关组11；正摆开关组10和负摆开关组11均包括油压触发和手动触发两种工作模式；当进行转轮12叶片摆动试验的自动模式时，所述流量泵负责油路输入，正、负摆开关组被油压触发且循环启闭，使正摆油路、负摆油路的通断状态循环切换，让水轮机转轮桨叶来回摆动；当进行转轮缸体耐压试验时，试压泵负责油路输入，正、负摆开关组被手动触发以导通正摆油路或负摆油路，对水轮机转轮桨叶的开关腔施以高油压以进行试验。
手动模式时，通过调节控制用电液换向阀和业务用电液换向阀，来调整水轮机转轮桨叶的摆动角度。当进行转轮叶片摆动试验的自动模式时，通过调节控制用电液换向阀和业务用电液控制阀8来实现水轮机转轮桨叶自动开关试验。
所述业务用电液换向阀为DN32通径的换向阀，业务用电液换向阀的切换油压不小于1MPa；所述蓄能器提供业务用电液换向阀切换油压；所述流量泵输出端处设有摆动试验溢流阀4，所述摆动试验溢流阀4为先导式溢流阀；试压泵输出端处设有耐压试验溢流阀3；所述正摆开关组和负摆开关组均内置节流阀。
正摆开关组和负摆开关组的油压触发阈值均为1.5MPa。
所述业务用电液换向阀油路输出口处设有换向用压力开关。
所述正摆开关组和负摆开关组采用24V控制电源，所述正摆开关组和负摆开关组内设两个压力开关和两个与压力开关对应的手动开关按钮；所述两个压力开关以油路油压触发并分别与继电器A和继电器B相连。
所述流量泵、试压泵和油压控制机构固定于带刹车装置14的重型平板小车13上。
节流阀、溢流阀采用组合阀形式，阀块位于最底层；蓄能器安装于小车扶手侧面；所述控制装置还包括安装于小车扶手正面的电控箱。
控制方法中的转轮叶片摆动试验采用轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，转轮叶片摆动试验依次包括以下步骤；
A1、将摆动试验溢流阀的压力整定为0，启动流量泵，调整流量泵的输出压力至1.8MPa；启动蓄能器进行充能
A2、把正摆开关组和负摆开关组设为油压触发模式，蓄能器向控制用电液换向阀、业务用电液换向阀输出油压；启动控制用电液换向阀，控制用电液换向阀与业务用电液换向阀相连以放大油路驱动力；
A3、业务用电液换向阀启动换向作业；水轮机转轮桨叶动作到位且油压到达1.5MPa后，正、负摆开关组被油压触发且循环启闭，使正摆油路、负摆油路的通断状态循环切换，把压力油轮替通入水轮机转轮的不同部位，让水轮机转轮桨叶来回摆动。
控制方法中的转轮缸体耐压试验采用根据权利要求3所述的轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，转轮缸体耐压试验依次包括以下步骤；
B1、将耐压试验溢流阀的压力整定为0，启动试压泵，调整将耐压试验溢流阀的压力至5MPa；
B2、压力油经油路进入水轮机转轮；按所需测试耐压度的水轮机转轮部位，选择性地开启正摆开关组的节流阀或是负摆开关组内置的节流阀，使高压力的压力油停留于测试部位的时间达到测试所需时间。
本例中，各器材的型号如下表

Claims (5)

1.轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，其特征在于：所述控制装置包括流量泵、试压泵、油路和油压控制机构；流量泵的输出压力小于试压泵；所述流量泵、试压泵经油路与需进行试验的轴流转桨式水轮机转轮相连，所述油压控制机构设于油路处；所述油压控制机构包括电液换向组件；所述电液换向组件包括控制用电液换向阀、业务用电液换向阀和蓄能器；所述控制用电液换向阀与业务用电液换向阀相连以放大油路驱动力；所述蓄能器分别与控制用电液换向阀、业务用电液换向阀相连；所述业务用电液换向阀至水轮机转轮段的油路包括正摆油路和负摆油路；所述业务用电液换向阀的输出端设有触发状态互斥的正摆开关组和负摆开关组；正摆开关组和负摆开关组均包括油压触发和手动触发两种工作模式；当进行转轮叶片摆动试验的自动模式时，所述流量泵负责油路输入，正、负摆开关组被油压触发且循环启闭，使正摆油路、负摆油路的通断状态循环切换，让水轮机转轮桨叶来回摆动；当进行转轮缸体耐压试验时，试压泵负责油路输入，正、负摆开关组被手动触发以导通正摆油路或负摆油路，对水轮机转轮桨叶的开关腔施以高油压以进行试验；
手动模式时，通过调节控制用电液换向阀和业务用电液换向阀，来调整水轮机转轮桨叶的摆动角度；
当进行转轮叶片摆动试验的自动模式时，通过调节控制用电液换向阀和业务用电液控制阀来实现水轮机转轮桨叶自动开关试验；
所述蓄能器起到增压作用，配合控制用电液换向阀以放大油压；
所述业务用电液换向阀油路输出口处设有换向用压力开关；
所述正摆开关组和负摆开关组采用24V控制电源，所述正摆开关组和负摆开关组内设两个压力开关和两个与压力开关对应的手动开关按钮；所述两个压力开关以油路油压触发并分别与继电器A和继电器B相连。
2.根据权利要求1所述的轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，其特征在于：所述业务用电液换向阀为DN32通径的换向阀，业务用电液换向阀的切换油压不小于1MPa；所述蓄能器提供业务用电液换向阀切换油压；所述流量泵输出端处设有摆动试验溢流阀，所述摆动试验溢流阀为先导式溢流阀；试压泵输出端处设有耐压试验溢流阀；所述正摆开关组和负摆开关组均内置节流阀。
3.根据权利要求2所述的轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，其特征在于：正摆开关组和负摆开关组的油压触发阈值均为1.5MPa。
4.根据权利要求2所述的轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，其特征在于：所述流量泵、试压泵和油压控制机构固定于带刹车装置的重型平板小车上。
5.根据权利要求4所述的轴流转桨式水轮机转轮试验电液控制装置，其特征在于：节流阀、溢流阀采用组合阀形式，阀块位于最底层；蓄能器安装于小车扶手侧面；所述控制装置还包括安装于小车扶手正面的电控箱。
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