CN109416013B

CN109416013B - 用于优化至少一个液力涡轮机的闸门的调节的方法

Info

Publication number: CN109416013B
Application number: CN201780041595.7A
Authority: CN
Inventors: 奥利维尔·穆塞夫; 埃里克·希迪克斯
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2037-07-04
Also published as: US10788008B2; WO2018007390A1; ES2808024T3; FR3053739B1; FR3053739A1; EP3482066B1; EP3482066A1; CN109416013A; CA3029160A1; US20190309723A1

Abstract

本发明涉及一种用于优化液力涡轮机(1)的闸门的调节的方法，该涡轮机(1)设置有一组导叶门(2)，这些导叶门(2)能够借助运动连接到这些导叶门(2)中的每一者的控制环(4)在它们彼此压靠的闭合位置与它们彼此分开的打开位置之间以单一结合运动移动，该控制环(4)自身通过至少一个致动器(3)旋转运动，该致动器(3)包括用于调节其杆(30)的行程的装置(31)，特点是，它包括至少以下步骤，所述涡轮机(1)预先停止并且排干，并且所述致动器(3)的杆(30)设置有至少一个应变仪：1/计算要施加到所述致动器(3)以获得所述导叶门(2)的水密闭合的理论力；2/经由所述应变仪测量施加到所述致动器(3)的力，所述致动器未工作；3/在启动所述致动器(3)之后，移动其杆(30)，直到所述导叶门(2)采取所述闭合位置并测量被称为“测量的力”的相对应的力；4/将测量的力与在步骤1/中计算的理论力进行比较。

Description

用于优化至少一个液力涡轮机的闸门的调节的方法

技术领域

本发明涉及一种用于优化至少一个液力涡轮机的闸门的调节的方法。

背景技术

本发明属于通过水电装置发电的领域。

在水坝中和在现有的水门设施中，所产生的电力基本上取决于由于水坝所保持的水的高度而获得的压力，水坝所保持的水相应地下拉到水门的内部。

通过挡水坝或通过在高度处建立水库来确保获得水的高度。水流过涡轮机，涡轮机驱动交流发电机发电。

容易理解的是，出于安全的原因，控制和流动中断装置安装在涡轮机的上游。

以下参考附图1以说明该控制和中断装置的结构和操作。

在该图中，在前视图中看到围绕涡轮机1(未示出)的装置。

控制和停止装置，在专业术语中也称为“闸门”或“闸门装置”，其由被称为“导叶门”的叶片2组成，每个叶片能够围绕其自身的轴20以相同的结合运动移动，当导叶门占据在其闭合位置(如图所示)时，它们压靠在彼此上(双箭头h)。

“闸门环”的存在使得该移动成为可能，该“闸门环”实际上具有环4的形式，并且运动地连接到每个导叶门2。

因此，每个导叶门2配备有曲柄销6，曲柄销6自身附接到拉杆5的一端。该拉杆就其本身铰接到闸门环4。

为了便于查阅附图，许多拉杆/曲柄销对都未示出。

此外，闸门环4与一对缸3相关联。该对缸彼此平行地延伸，在直径上相对并且是彼此的镜像。

它们的杆30具有在环4上的铰接的自由端。假设两个缸3被同步地并且以相同的方向被致动，则这导致了闸门环4的旋转(参见双箭头g)。

然后通过下面的运动链来确保导叶门2的所述结合运动：

/缸3(箭头f)到闸门环4(箭头g)到拉杆5(箭头j)到曲柄销6(箭头k)到导叶门2/(箭头h)。

当然，在这里未示出的其他实施例中，可以仅存在图1的两个缸中的一者，或者存在设置有撒布机且具有单个(或两个)致动臂的单个缸。

另一替代方案将是具有两个缸，但不是相对地安装的(因此这需要在一个缸延伸其杆时，另一个使其杆缩回)。

为了确保闸门系统和涡轮机1的完整性，特别是例如在一个或多个导叶门2被碎片阻挡的情况下，拉杆5具有用作“机械熔丝”的功能并因此用以在超过限制力的情况下断裂。

为了保证涡轮机1在导叶门2处的水密性，涡轮机1的构造者通过向控制缸施加过度运动而在闸门系统上施加过载。

因此，在这里示出的示例中，缸3的杆30的行程是可调节的并且可以通过直接布置在杆30上的装置31(用于改变所述杆的长度)来调节。

这种过载导致导叶门、曲柄销和拉杆的过早磨损，最坏的情况是，它会导致导叶门的劣化和/或拉杆的破裂，这致使操作者承担相当多的维护工作。

液压单元的分配器在启动和停止阶段期间负载很重。

它们的功能如下：

1.水力发电的调节：

它们管理旋转直到液压单元联接到网络。此外，它们控制单元的动力从零到全动力。

2.水力发电的分离：

它们将水力发电单元分隔开并通过正常或快速闭合在非常合适的受控时间内停止单元。

在由安全装置引起的紧急停止期间，分配器的快速机动时间必须在控制上游供水部分中的过压(对水门上的液压安全的影响)的同时允许避免使所述单元超速运转。

3.水力发电的隔离：

闭合的分配器必须足够防水以避免由于泄漏而使单元重新启动。

当各个单元被停止并且它们没有配备安全阀时，泄漏产生水损失并且因此产生操作损失。

(一个或多个)控制缸的力必须足以保持闸门闭合并且抵抗倾向于打开其的流体静压力。

因此，分配器的机动力和闭合力很重要，因为它们不可以在运动链的全部或一部分上产生过早磨损，过早磨损会引起异常摩擦，从而引起机动时间的偏差并且影响单元的闸门系统停止时的水密性。

本发明旨在减轻这种困难。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于优化至少一个液力涡轮机的闸门的调节的方法，该涡轮机设有一系列的导叶门，这些导叶门能够经由运动地连接到这些导叶门中的每一者的闸门环而在它们两个两个地压靠在彼此之上的闭合位置与它们彼此远离的打开位置之间以相同的结合运动移动，该闸门环自身通过至少一个缸围绕其自身旋转运动，该缸包括用于调节其杆的行程的装置，

特点在于，其至少包括以下步骤，所述涡轮机预先停止并排出水，并且所述缸的杆设置有至少一个应变仪：

1/计算要施加到所述缸以获得所述导叶门的水密闭合的理论力；

2/经由所述应变仪测量施加到所述缸的力，所述缸未工作；

3/在所述缸的启动之后，其杆移动，直到所述导叶门占据所述闭合位置并测量被称为“测量的力”的相对应的力；

4/比较测量的力与在步骤1/中计算的理论力；

5/如果观察到在完成步骤4/时在两个力之间的差异，则关停所述缸；

6/借助于所述调节装置改变所述缸的杆的行程；

7/在致动所述导叶门以使它们占据所述打开位置之后，只要所述测量的力未达到理论力，就重复步骤3/到6/。

预加载的调节使得可以对抗闭合的闸门系统的流体静压力，而不会导致过度的应变和变形，过度的应变和变形会引起过度磨损。

预加载的调节的优化还允许：

-消除熔丝构件的频繁断裂；

-通过降低维护操作的频率来提高单元的生产率；

-通过减少泄漏和因此的操作损耗来限制水的损失；

-确保操纵力并且因此确保闭合时间相对于液压安全性的连续性。

此外，根据该方法的其他非限制性和有利的特征：

-当在所述导叶门和所述闸门环之间使用熔丝拉杆时，这些拉杆还设置有至少一个应变仪；

-它包括最终的测试步骤，其中，在所述涡轮机处于操作状态时重复步骤3/至步骤5/；

-通过装置使用至少一个垫片或至少一个螺钉/螺母系统来调节所述缸的杆。

-其经由加载到计算机中的程序实现。

附图说明

本发明的其他特征和优点将在阅读以下对本发明的优选实施例的描述时显现出来。参考附图进行本描述，在附图中：

如上所述，图1是可应用根据本发明的方法的液力涡轮机的调节和中断装置的前部的示意图；

图2是示出配备有应变仪的图1的设施的缸的示意图。

具体实施方式

下面将参考上面已经提到的图1描述根据本发明的方法的实施例。

该方法的第一个具有区别性的步骤(即步骤1/上述的)包括计算将施加于缸3以获得导叶门2的水密闭合的理论力。

通过考虑现有闸门的不同技术的计算文件中的静态力学来实现理论力的计算。该文件必须已经知悉各种特征，这些特征将成为下面解释的a)、b)、c)和d)段的主题。

力的传递根据两个原理实现，即线性地或通过扭矩传递力。

杆和拉杆5传递线性力。它们具有到其他部件的连接，它们在它们的每个端部处通过铰接轴连接到所述其他部件。

另一方面，撒布机、闸门环4和曲柄销6执行旋转运动并以扭矩的形式传递力。

因此，作为示例，每个缸3(图1的)及其相关联的杆30将线性力传递到闸门环4。闸门环传递扭矩，该扭矩转换成拉杆5上的线性力，拉杆5本身将该线性力传递到曲柄销6，曲柄销6最终将扭矩传递到导叶门2。

这些部件的特定尺寸和特定角度是通过制图程序中的计算和通过三角计算来确定的。

这些角度实际上是扭矩传递的计算所必需的。

这特别是缸3相对于闸门环4的情况(同样在环4与拉杆5之间以及在拉杆5与曲柄销6之间)。

它们允许确定切向半径，即施加力的最小实际半径，换言之，在一端垂直于力和在另一端在相关部件的旋转中心的区段的长度。

扭矩的计算通过施加力的切向半径与所述力的值的乘积来实现。然后用若干米-十牛顿(m.daN)表示力。因此，1m.daN的扭矩是半径为1米时1daN的力的结果。

前述特性如下：

a)控制行程：

-缸的液压控制系统的最小压力；

-活塞的经受缸的液压影响的表面区域的尺寸；

-F＝P×S，其中：

F＝力，以十牛顿为单位；

P＝压力，以巴为单位；

S＝活塞的表面积，以m²为单位。

b)确定用于闭合导叶门的控制扭矩：

-形成从缸3到导叶门2的运动力传递链的不同的互连部件的尺寸。

–特定部件的几何位置；

–以度数为单位的彼此传递被转换成扭矩的力的部件之间的角度；

-以米为单位的用于传递扭矩的部件4的半径。

需要根据不同的技术、并且特别是根据撒布机的存在、相关联的臂的数量以及缸3的数量来给具体部分提供信息。

c)确定导叶门经受的在水的压力(流体静推力)下的扭矩：

–设施的最大净落差的高度H(以米表示)，目的是获知以巴表示的流体静压力P。

-导叶门的经受流体静压力的被湿润表面区域的几何形状，即：

S1＝R1×H，其中R1是前缘的半径，并且表面积以m²表示；

S2＝R2×H，其中R2是后缘的半径，并且表面积以m²表示；

-F＝P×(S1-S2)，残余力(以daN为单位)，其具有打开(如果S1<S2)或闭合(如果S1>S2)导叶门的效果。当然，当S1＝S2时，F＝0；

-Rm＝(R1-R2)/2，应用F的中间半径，以米为单位；

-C＝F×Rm，流体静扭矩(m.daN)，其具有根据S1<S2或S1>S2打开或闭合导叶门的效果。

d)必要的预加载：

提供前述特征，根据所述方法的准确性，自动计算允许确定在通过缸3的拉杆5闭合时需要施加到环4的预加载力。该自动计算将闭合扭矩与流体静压扭矩进行比较并且应用具有调节公差的裕度。

一旦执行该理论计算，就启动该方法的第二步骤的实施，即经由应变仪测量施加到涡轮机所配备的所述至少一个缸(该缸未工作)的力。

如图2所示，该仪表7布置在每个缸3的杆30上。作为指示，诸如由HBM公司以参考号1XY31-6/350或由VISHAY MICROMESURE公司以参考号06-CEA-125UT-350销售的双向仪表是完全合适的。

因此，该方法包括具有应变仪7的设备，以便测量闸门环4的每个缸3的杆30和连接构件中的力。

缸3的伺服马达的控制压力的测量和它们的运动的测量允许确保其正确操作并验证所施加的预加载实际上对应于缸的正确动力。

更确切地说，当在每个缸的杆30上以及在必要的情况下在熔丝拉杆5上安装至少一个应变仪7之后，如下地完成预加载的控制和调节：

a.停止设施，所述机器排出水；

b.各个导叶门2的闭合的最佳控制和/或调节，即彼此接触；

c.经由应变仪7在没有负载的情况下测量施加到每个缸3的力，缸不施加任何力；

d.重新开始缸3的液压控制；

e.在所述缸3的重新起动之后，其杆30移动，直到各个导叶门2占据它们的闭合位置，并测量相应的力。这种力称为“测量的力”；

f.将该测量的力与预先测量的理论力进行比较；

g.如果观察到这两个力之间存在差异，则停止每个缸3的液压控制并使其停止操作；

h.借助于调节装置31改变每个缸3的杆30的行程(该装置31可包括至少一个垫片或螺钉/螺母系统)；

i.在致动所述导叶门2以使它们占据其打开位置之后，只要所述测量的力未达到理论力，重复步骤e)和随后的步骤。

最后的测试步骤包括当所述涡轮机1处于操作状态时重复所述步骤e)到g)。

优选地，计算机允许解释力的测量以与理论力计算文件进行比较。

本发明的方法的实施特别提供了以下优点：

-将闭合力调节到严格必要的值。

-对应于闭合的闸门环位置的预加载值的准确、直接测量。

-由于操纵期间的摩擦引起的力的测量。

-在实际液压推力下的水中的测量以及获得最佳结果的验证。

-力在每个控制元件中的分布(在使用若干操纵臂的情况下)。

本发明适用于所有水电涡轮机，无论是FRANCIS、KAPLAN、灯泡型、推进器型还是可逆性的(意味着它可以作为涡轮机或作为泵操作)。

该方法可应用于所有动力级别和所有落差的单元。

当将该方法应用于以上涡轮机中的一者或另一者时，获得以下优点：

-生产率提高；

-维护的减少

-磨损和引导部件的寿命增加；

-运动链中的力的控制；

-随着时间的经过，运动链的操作可靠性的改进，以及由此操纵时间的改进(因此对液压安全性的积极影响)；

-通过在其操纵之前更好地平衡压力而减少防护阀的磨损(闸门的水密性影响在包括在阀与闸门之间的区域中的平衡压力)。

Claims

1.一种用于优化至少一个液力涡轮机(1)的闸门的调节的方法，该涡轮机(1)设置有一系列导叶门(2)，这些导叶门(2)能够经由运动地连接到这些导叶门(2)中的每一者的闸门环(4)在它们两个两个地压靠在彼此之上的闭合位置与它们彼此远离的打开位置之间以相同的结合运动移动，所述闸门环(4)自身通过至少一个缸(3)而绕其自身旋转，所述缸(3)包括用于调节其杆(30)的行程的调节装置(31)，

其特征在于，所述方法包括至少以下步骤，所述涡轮机(1)预先停止并排出水，并且所述缸(3)的杆(30)设置有至少一个应变仪(7)：

1/计算将施加在所述缸(3)上以实现所述导叶门(2)的水密闭合的理论力；

2/经由所述应变仪(7)测量施加到所述缸(3)的力，所述缸未工作；

3/在所述缸(3)的启动之后，其杆(30)移动，直到所述导叶门(2)占据所述闭合位置，并且测量被称为“测量的力”的相对应的力；

4/比较所述测量的力与在步骤1/中计算的所述理论力；

5/如果观察到在完成步骤4/时两个力之间存在差异，则关停所述缸(3)；

6/借助于所述调节装置改变所述缸(3)的杆(30)的行程；

7/在致动所述导叶门(2)以使它们占据所述打开位置之后，只要所述测量的力未达到理论力，就重复步骤3/至步骤6/。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述导叶门(2)与所述闸门环(4)之间使用熔丝拉杆(5)，这些拉杆还设置有至少一个应变仪。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括最终的测试步骤，其中，在所述涡轮机(1)处于操作状态时重复步骤3/至步骤5/。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，通过调节装置(31)使用至少一个垫片或至少一个螺钉/螺母系统来调节所述缸(3)的杆(30)的行程。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法经由加载到计算机中的程序来实现。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法经由加载到计算机中的程序来实现。