CN109236803B - 一种用于具有冗余保护功能的液压系统 - Google Patents

一种用于具有冗余保护功能的液压系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于具有冗余保护功能的液压系统,包括液压油源、伺服比例阀、主配压阀和导叶接力器,在伺服比例阀与主配压阀之间设置有差压式液控换向阀,差压式液控换向阀的一个控制腔与液压油源相连,其压力始终恒定;另一个控制腔通过第一电磁阀、第二电磁阀和控制电磁阀与液压油源相连;其中第一电磁阀和第二电磁阀的入口端同时与控制电磁阀相连,第一电磁阀的的出口端与第二电磁阀的一个入口端相连;第二电磁阀的出口端与差压式液控换向阀相连;本发明实现了对发电机组的得电保护和失电保护,同时还具有反应速度快、可靠度高、运行稳定等优点。

Description

一种用于具有冗余保护功能的液压系统
技术领域
本发明涉及液压装置技术领域,具体涉及一种用于具有冗余保护功能的液压系统。
背景技术
现有技术中水电站常常通过液压调速系统调整机组的运转速度,以目前国内外水电站液压调速系统为例,当机组要求实现掉电停机功能时,现有系统一般是在调速系统中设置一个两位单线圈电磁阀来实现。但如果出现该电磁阀线圈突然损坏或者异常失电情况下,由于单线圈电磁阀上的弹簧作用,该电磁阀换向,系统控制油路发生改变,导致调速系统主配压阀活塞异常运动,进而造成机组异常事故停机;因此基于保证水电站机组安全运行的考虑,要求水电站的液压控制系统具有以下功能:既能够在有电源的情况下实现“得电关闭”;又能够在电源均消失的情况下实现“失电关闭”,同时也要求当具有重要控制功能的电磁阀卡死或控制失灵的时能及时关闭机组,以保证机组运行安全。
申请号为CN201420668762.4的中国实用新型专利公开了一种液压系统失电保护装置,包括由油泵、溢流阀和油箱依次串联组成的油路,以及由第一单向阀、第一电磁换向阀、蓄能器、液压缸、第二电磁换向阀、第二单向阀和溢流阀依次串联组成的正常工作回路,还包括外接外部电源的控制器、用于向控制器不间断供电的UPS电源以及并接在第二电磁换向阀上的比例溢流阀,控制器的信号输出端与比例溢流阀的控制信号接口相连,控制器内部设置可编程控制器PLC。本发明在液压系统突然失电时,通过UPS电源不间断的向控制器供电,根据用户选择的泄压模式,控制比例溢流阀使液压缸自动或手动泄压,能够避免液压系统发生危险动作,大大提高了安全性。
发明内容
针对现有水电站液压调速技术中存在的安全控制能力差、液压系统故障率高、控制精度低的缺陷,本发明公开了一种具有冗余保护功能的液压系统,本发明实现了对系统的得电关闭和失电关闭,同时在重要控制元件失灵的情况下能够及时关闭机组,保证了设备的正常、平稳、安全运行。
本发明通过以下技术方案实现上述目的:
一种用于具有冗余保护功能的液压系统,包括液压油源、伺服比例阀、主配压阀和导叶接力器,所述主配压阀的进油口和出油口分别与液压油源和导叶接力器相连,主配压阀的上控制腔与液压油源直接相连,下控制腔通过伺服比例阀与液压油源相连,其特征在于:还包括第一电磁阀、第二电磁阀和控制电磁阀,所述控制电磁阀的入口端与液压油源相连,其出口端分别与第一电磁阀和第二电磁阀的入口端相连,所述第一电磁阀的出口端与第二电磁阀的入口端相连;所述伺服比例阀与主配压阀之间还设置有差压式液控换向阀,所述差压式液控换向阀的左、右控制腔分别与液压油源和第二电磁阀相连。
所述控制电磁阀与液压油源之间还设置有液压油过滤器。
所述第一电磁阀和第二电磁阀均为二位三通电磁阀,所述控制电磁阀为二位四通电磁阀。
所述第二电磁阀的出口端设置有压力继电器。
所述控制电磁阀、第一电磁阀和第二电磁阀的出口端均设置有测压接头。
所述伺服比例阀与液压油源之间、差压式液控换向阀控制腔与液压油源之间均设置有测压接头。
所述伺服比例阀和差压式液控换向阀之间还设置有手自动液控换向阀,所述手自动液控换向阀的控制腔通过手自动电磁换向阀与伺服比例阀的入口端相连。
所述手自动液控换向阀的控制腔还通过手动电磁换向阀和流量反馈阀与液压油源相连,所述流量反馈阀的出口端还与手自动液控换向阀的进口端相连。
所述手自动电磁换向阀的出口端设置有压力继电器。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果:
1、本发明在伺服比例阀与主配压阀之间设置有差压式液控换向阀,差压式液控换向阀的一个控制腔与液压油源相连,其压力始终恒定;另一个控制腔通过第一电磁阀、第二电磁阀和控制电磁阀与液压油源相连;其中第一电磁阀和第二电磁阀的入口端同时与控制电磁阀相连,第一电磁阀的的出口端与第二电磁阀的一个入口端相连;由控制图可知,当控制电磁阀得电时,差压式液控换向阀右侧的控制油路通过第一电磁阀和控制电磁阀连通回油箱,进而实现主配压阀活塞上部的主阀控制腔内的油液的回油,主阀活塞快速向下运动及时关闭导叶接力器;而当控制电磁阀发生故障无法换向时通过同时切换第一电磁阀和第二电磁阀实现控制油路回油的方式关闭导叶接力器;当第一电磁阀或第二电磁阀中任意一个失电时,油路均能够通过另一个正常的电磁阀保证油路的畅通,当两个电磁阀均失电时差压式液控换向阀工作状态发生切换,主配压阀上与伺服比例阀相连的控制油路内的液压油通过差压式换向阀直接回流到回油箱,从而实现导叶接力器的快速关闭;本发明能够保证在电磁阀得电、失电以及控制电磁阀故障的情况下保证发电机组及时关闭或正常运行,从而实现了对发电机组的失电保护、得电保护和重要控制元件发生故障时的冗余保护,大大提高了对水电机组的保护质量,保证设备的安全、持续运行。
2、本发明在液压油源出口端设置有液压油过滤器,保证液压油路中的液压油质量,避免大量杂质进入到液压系统中,从而保证液压系统的持续、稳定工作,提高系统的稳定性和安全性。
3、本发明在控制电磁阀、第一电磁阀和第二电磁阀的出口端均设置有测压接头,在伺服比例阀和液压油源之间、差压式液控换向阀和液压油源之间均设置有测压接头,方便工作人员在现场实时监测系统的压力状态,从而方便对系统的故障进行分析判断,从而提高设备的维护及维修效率,保证系统的持续安全运行。
4、本发明在第二电磁阀的出口端和手动电磁换向阀的出口端设置有压力继电器,方便监控压力信号油液的切换状态,并将监测信号反馈到控制系统,提高控制的精确性,保证设备的安全运行。
5、本发明的手自动切换电磁阀,可以实现对导叶接力器手自动运行状态切换;电磁阀线圈激磁为自动运行状态,失磁为手动运行状态;在自动运行中,当操作电源消失时,能自动切换到手动运行,防止机组运行失控或不必要的停机,扩展了调速系统控制功能。
6、本发明的手动操作电磁阀,是一只三位四通双电磁铁换向阀,该阀在两端电磁铁失磁时,在左右端弹簧作用下,具有自复中功能。同时,将液控单向阀的控制油路与回油连通,保证系统控制油腔可靠密封。
7、本发明的流量反馈阀是调速系统手动运行操作的控制关键元件,其输出的液压信号控制主配压阀,在手动操作过程中实现主配压阀的自动复中,使接力器保持在一固定位置,利用液压流量负反馈原理,实现了手动操作状态下对执行元件位置的精确控制,自动运行时,流量反馈阀为跟踪元件,跟踪接力器的位移,保证手、自动互相切换时,能够做到接力器位置无扰动切换,保证机组运行平稳。
附图说明
图1为本发明控制油路图;
图2为本发明控制电磁阀得电关闭控制油路图;
图3为本发明控制电磁阀失控状态控制油路图;
图4为本发明第一电磁阀异常失电状态控制油路图;
图5为本发明第二电磁阀异常失电状态控制油路图;
图6为本发明两个电磁阀同时失电状态控制电路图;
附图标记:1、液压油源,2、伺服比例阀,3、主配压阀,4、导叶接力器,5、第一电磁阀,6、第二电磁阀,7、控制电磁阀,8、差压式液控换向阀,9、液压油过滤器,10、压力继电器,11、测压接头,12、手自动液控换向阀,13、手自动电磁换向阀,14、手动电磁操作阀,15、流量反馈阀,16、回油箱。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明做具体描述:
实施例1
本实施例作为本发明的较佳实施例,其公开了一种用于用于具有冗余保护功能的液压系统,具体结构如图1所示,包括液压油源1、伺服比例阀2、主配压阀3和导叶接力器4,所述主配压阀3为三位四通换向阀,且主配压阀上还设置有控制活塞,且控制活塞的两侧各设置有一个控制腔,其中上部的控制腔面积小于下部的控制腔面积,上部控制腔通过液压油过滤器9与液压油源1直接连通,从而形成恒压控制腔;下部控制腔通过差压式液控换向阀与伺服比例阀的出口端相连;所述主配压阀3上还设置有4个油口,其中2个油口与导叶接力器4直接连接,一个油口直接与液压油源1相连,另一个油口与回油箱16直接相连;所述液压油过滤器9的出口端还分别与伺服比例阀2和控制电磁阀7相连;所述控制电磁阀7为二位四通电磁阀、第一电磁阀5和第二电磁阀6均为二位三通电磁阀,其中控制电磁阀7的P口与液压油过滤器9相连,其T口连接回油箱16,其A口被截断,B口分别与第一电磁阀5和第二电磁阀6的B口相连,所述第一电磁阀5的A口连接回油箱16,其P口连接第二电磁阀6的A口,第二电磁阀6的P口与差压式液控换向阀8的右控制腔相连,差压式液控换向阀8的左控制腔直接与液压油过滤器9出口端相连形成恒压控制腔,且差压式液控换向阀8的左、右两控制腔结构与主配压阀3的两控制腔相似,均是恒压控制腔的作用面积较小。
实施例2
本实施例作为本发明的最佳实施例,其公开了一种用于具有冗余保护功能的液压系统,具体结构如图1所示,包括液压油源1、伺服比例阀2、主配压阀3和导叶接力器4,所述主配压阀3为三位四通换向阀,且主配压阀上还设置有控制活塞,且控制活塞的两侧各设置有一个控制腔,其中上部的控制腔面积小于下部的控制腔面积,上部控制腔通过液压油过滤器9与液压油源1直接连通,从而形成恒压控制腔;下部控制腔通过差压式液控换向阀8与伺服比例阀2的出口端相连;所述主配压阀3上还设置有4个油口,其中2个油口与导叶接力器4直接连接,一个油口直接与液压油源1相连,另一个油口与回油箱16直接相连;所述液压油过滤器9的出口端还分别与伺服比例阀2和控制电磁阀7相连;所述伺服比例阀2的出口端依次连接有手自动液控换向阀12和差压式液控换向阀8,所述差压式液控换向阀8的出口端与主配压阀3的一个控制腔相连;所述控制电磁阀7为二位四通电磁阀、第一电磁阀5和第二电磁阀6均为二位三通电磁阀,其中控制电磁阀7的P口与液压油过滤器9相连,其T口连接回油箱16,其A口被截断,B口分别与第一电磁阀5和第二电磁阀6的B口相连,所述第一电磁阀5的A口连接回油箱16,其P口连接第二电磁阀6的A口,第二电磁阀6的P口与差压式液控换向阀8的右侧控制腔(有效作用面积大)相连,差压式液控换向阀8左侧控制腔直接与液压油过滤器9出口端相连形成恒压控制腔;所述手自动液控换向阀12为二位三通换向阀,如前所述其一个进口端与伺服比例阀2的出口端相连,出口端与差压式液控换向阀8相连;所述手自动液控换向阀12的左侧控制腔通过手动电磁换向阀13与伺服比例阀2的入口端相连;所述手自动液控换向阀12的控制腔还通过手动电磁换向阀13和流量反馈阀15与液压油源1相连,且流量反馈阀15的出口端还与手自动液控换向阀12的另一入口相连;
所述控制电磁阀7、第一电磁阀5和第二电磁阀6的出口端均设置有测压接头11。
所述伺服比例阀2与液压油源1之间、差压式液控换向阀8控制腔与液压油源1之间均设置有测压接头11。
所述第二电磁阀6的出口端设置有压力继电器10,所述手动电磁换向阀13的出口端设置有压力继电器10。
本发明的工作过程:如图1所示为本发明正常工作状态下的液压控制图,液压油源的油液在控制电磁阀前实现分流,其一部分油液直接连通主配压阀控制活塞上部的控制腔,该部分油液压力恒定;另一部分油液通过伺服比例阀和差压式液控换向阀连接控制活塞下部的控制腔,由于主配压阀控制活塞两端的控制腔的受压面积不等,在主配压阀的两控制腔之间形成压力差,从而控制主配压阀控制活塞上下移动;同时第三部分油液被分别接入到差压式液控换向阀的左、右控制腔,其中左侧控制腔为恒压端,右侧控制腔则连接有控制电磁阀、第一电磁阀和第二电磁阀;通过差压式液控换向阀工作状态的切换实现对主配压阀两控制腔控制油路通断状态的改变,推动主配压阀控制活塞的上下运动,进而控制导叶接力器的关闭或开启状态。
本发明的工作状态如下:当控制电磁阀异常得电时,控制电磁阀换向,由图2可知,差压式液控换向阀右侧的控制油路通过第二电磁阀的P口和B口直接联通控制电磁阀的B口和回油箱,导致差压式液控换向阀左右两侧的控制腔之间形成压差,差压式液控换向阀在左侧恒压油液的作用下换向,将关闭伺服比例阀与主配压阀之间的油路,而将主配压阀控制活塞下侧控制腔与回油箱连通,主配压阀在恒压控制腔内的恒压油的控制下实现换向,从而控制导叶接力器按照方向A运动关闭。
当控制电磁阀发生故障失控而无法正常换向时,只需要同时切换第一电磁阀和第二电磁阀的工作状态,此时差压式液控换向阀右侧的控制腔通过第二电磁阀和第一电磁阀与回油箱连通(如图3所示),导致差压式液控换向阀左右两侧的控制腔之间形成压差,差压式液控换向阀在左侧恒压油液的作用下换向,将关闭伺服比例阀与主配压阀之间的油路,而将主配压阀控制活塞下部控制腔与回油箱连通,主配压阀在控制活塞上部恒压控制腔内的恒压油的控制下实现换向,从而控制导叶接力器按照方向A运动关闭。
当第一电磁阀处于异常失电状态时,在弹簧的作用下,电磁阀换向(如图4所示),控制电磁阀与第一电磁阀之间的油路被截断,而第二电磁阀正常工作,差压式液控换向阀右侧控制腔与液压油源正常连通,从而保证差压式液控换向阀处于正常工作状态。
当第二电磁阀处于异常失电状态时,在弹簧的作用下,电磁阀换向(如图5所示),控制电磁阀与第二电磁阀之间的油路被截断,而第一电磁阀正常工作,由于第一电磁阀的P口与第二电磁阀的A口连通,因此保证了在该状态下差压式液控换向阀右侧控制腔与液压油源之间正常连通,从而保证差压式液控换向阀处于正常工作状态。
当第一电磁阀和第二电磁阀同时失电时,如图6所示,其工作状态同时发生切换,控制电磁阀与第一电磁阀和第二电磁阀之间的油路均被截断,差压式液控换向阀右侧控制腔通过第一电磁阀和第二电磁阀与回油箱连通,导致差压式液控换向阀左右两侧的控制腔之间形成压差,差压式液控换向阀在左侧控制腔内的恒压油液的作用下换向,将关闭伺服比例阀与主配压阀之间的油路,而将主配压阀控制活塞下部的控制腔与回油箱连通,主配压阀在恒压控制腔内的恒压油的控制下实现换向,从而控制导叶接力器按照方向A运动关闭。
综上所述本发明能够在控制电磁阀正常或异常损坏、第一或第二电磁阀任何一个异常损坏和全厂失电等各种情况下均能够保证液压调速系统设备的正常运行或对导叶接力器及时关闭,从而保证发电机组的安全、持续运行。同时本发明还具有可靠性高、适应性强、反应灵敏等优点。

Claims (9)

1.一种用于具有冗余保护功能的液压系统,包括液压油源(1)、伺服比例阀(2)、主配压阀(3)和导叶接力器(4),所述主配压阀(3)的进油口和出油口分别与液压油源(1)和导叶接力器(4)相连,主配压阀(3)的上控制腔与液压油源(1)直接相连,下控制腔通过伺服比例阀(2)与液压油源(1)相连,其特征在于:还包括第一电磁阀(5)、第二电磁阀(6)和控制电磁阀(7),所述控制电磁阀(7)的入口端与液压油源(1)相连,其出口端分别与第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)的入口端相连,所述第一电磁阀(5)的出口端与第二电磁阀(6)的入口端相连;所述伺服比例阀(2)与主配压阀(3)之间还设置有差压式液控换向阀(8),所述差压式液控换向阀(8)的左、右控制腔分别与液压油源(1)和第二电磁阀(6)相连;当控制电磁阀(7)发生故障无法换向时通过同时切换第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)实现差压式液控换向阀(8)的右控制腔与回油箱连通;当第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)中任意一个失电时,均能够通过第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)中的另一个保证差压式液控换向阀(8)的右控制腔与液压油源(1)正常连通;当第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)均失电时差压式液控换向阀(8)工作状态发生切换,主配压阀(3)下控制腔的液压油通过差压式液控换向阀(8)直接回流到回油箱,从而实现导叶接力器(4)的快速关闭。
2.根据权利要求1所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述控制电磁阀(7)与液压油源(1)之间还设置有液压油过滤器(9)。
3.根据权利要求1所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)均为二位三通电磁阀,所述控制电磁阀(7)为二位四通电磁阀。
4.根据权利要求1所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述第二电磁阀(6)的出口端设置有压力继电器(10)。
5.根据权利要求1所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述控制电磁阀(7)、第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)的出口端均设置有测压接头(11)。
6.根据权利要求1所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述伺服比例阀(2)与液压油源(1)之间、差压式液控换向阀(8)控制腔与液压油源(1)之间均设置有测压接头(11)。
7.根据权利要求1所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述伺服比例阀(2)和差压式液控换向阀(8)之间还设置有手自动液控换向阀(12),所述手自动液控换向阀(12)的控制腔通过手自动电磁换向阀(13)与伺服比例阀(2)的入口端相连。
8.根据权利要求7所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述手自动液控换向阀(12)的控制腔还通过手动电磁换向阀(14)和流量反馈阀(15)与液压油源(1)相连,所述流量反馈阀(15)的出口端还与手自动液控换向阀(12)的进口端相连。
9.根据权利要求7所述的一种用于具有冗余保护功能的液压系统,其特征在于:所述手自动电磁换向阀(13)的出口端设置有压力继电器(10)。
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