CN110344999A - 一种水轮机调速器及进水阀联动保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液压控制技术领域，具体提供了一种水轮机调速器及进水阀联动保护装置及方法，包括先导电磁换向阀、水轮机接力器开侧换向阀、水轮机接力器关侧换向阀、进水阀接力器开侧换向阀、进水阀接力器关侧换向阀及机械过速保护阀。在水轮机调速器故障而不动作或出现其他极端事件需要关闭水轮机导叶使机组停机并关闭进水阀时，可由水电站监控系统经过机组的转速判断或由人工干预直接作用本装置的先导电磁换向阀，使水轮机接力器和进水阀接力器同时关闭，从而使机组停机和进水阀关闭。避免因调速器故障不动作时，造成水轮机失控，从而使机组飞逸。
Description
技术领域
本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种水轮机调速器及进水阀联动保护装置及方法。
背景技术
随着国内中小水电站建设进入晚期，前期投运的水电站设备陆续进入设备更新或技术改造期，经过多年的水电站运行经验积累，水电站运行管理方对安全运行的要求越来越高，在不更换现有设备的基础上对现有设备进行安全性能升级就显得尤为重要。
由于受当时的技术和设计理念局限性的影响，大批水电站投入运行的调速器主要满足的是水电站的基本功能性需求，即满足水电站并网发电进入商业运营的要求，而对水轮机组乃至整个水电站的安全保护考虑的不多，一旦调速器发生故障不能动作，现场运行人员又无法快速应对去关闭进水阀时，将会对水电站的运行设备及人员生命安全产生极大的威胁。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中水轮机调速器故障后无法快速高效关闭进水阀的问题。
为此，本发明提供了一种水轮机调速器及进水阀联动保护装置，包括水轮机接力器，包括先导电磁换向阀、水轮机接力器开侧换向阀及水轮机接力器关侧换向阀，所述水轮机接力器开侧换向阀的x2接口及所述水轮机接力器关侧换向阀的x3接口均与所述先导电磁换向阀的B1接口连通，所述水轮机接力器开侧换向阀的B2接口与所述水轮机接力器的开侧端油路连通，所述水轮机接力器关侧换向阀的A3接口与所述水轮机接力器的关侧端油路连通。
优选地，所述装置还包括第一单向阀和第二单向阀；
所述第一单向阀一端与所述水轮机接力器开侧端油路连通，另一端与所述B2接口连通；
所述第二单向阀一端与所述水轮机接力器关侧端油路连通，另一端与所述A3接口连通。
优选地，所述装置还包括进水阀接力器、进水阀接力器开侧换向阀及进水阀接力器关侧换向阀；
所述进水阀接力器开侧换向阀的x4接口及所述进水阀接力器关侧换向阀的x5接口均与所述先导电磁换向阀的B1接口连通，所述进水阀接力器开侧换向阀的B4接口与所述进水阀接力器的开侧端油路连通，所述进水阀接力器关侧换向阀的A5接口与所述进水阀接力器的关侧端油路连通。
优选地，所述装置还包括第三单向阀和第四单向阀；
所述第三单向阀一端与所述进水阀接力器开侧端油路连通，另一端与所述B4接口连通；
所述第四单向阀一端与所述进水阀接力器关侧端油路连通，另一端与所述A5接口连通。
优选地，所述装置还包括水轮机调速器及进水阀门控制装置，
所述水轮机调速器开侧端与所述P2接口连通，所述水轮机调速器的关侧端与所述T3接口连通；
所述进水阀门控制装置的开侧端与所述P4接口连通，所述进水阀门控制装置的关侧端与所述T5接口连通。
优选地，所述装置还包括机械过速保护阀，所述机械过速保护阀的B 接口与所述先导电磁换向阀的P1接口连通。
优选地，所述先导电磁换向阀为两位四通电磁换向阀。
本发明实施例还提供了一种水轮机调速器及进水阀联动保护方法，包括：
S1：先导电磁换向阀控制水轮机接力器开侧换向阀及水轮机接力器关侧换向阀分别换向；
S2：水轮机接力器的开侧端通过所述水轮机接力器开侧换向阀接通回油通路，水轮机接力器的关侧端通过水轮机接力器关侧换向阀接通高压油，水轮机接力器实现关闭。
优选地，所述方法还包括：
先导电磁换向阀控制进水阀接力器开侧换向阀及进水阀接力器关侧换向阀分别换向；
进水阀接力器的开侧端通过所述进水阀接力器开侧换向阀接通回油通路，进水阀接力器的关侧端通过进水阀接力器关侧换向阀接通高压油，进水阀接力器实现关闭。
本发明的有益效果：本发明提供的这种水轮机调速器及进水阀联动保护装置及方法，包括先导电磁换向阀、水轮机接力器开侧换向阀、水轮机接力器关侧换向阀、进水阀接力器开侧换向阀、进水阀接力器关侧换向阀及机械过速保护阀。在水轮机调速器故障而不动作或出现其他极端事件需要关闭水轮机导叶使机组停机并关闭进水阀时，可由水电站监控系统经过机组的转速判断或由人工干预直接作用本装置的先导电磁换向阀，使水轮机接力器和进水阀接力器同时关闭，从而使机组停机和进水阀关闭；甚至在更为极端的情况下，即水轮机调速器和监控系统同时失灵时，完全不依赖于电信号和人工干预，由水轮机主轴上安装的机械过速保护阀动作，使水轮机接力器和进水阀接力器同时关闭，从而使机组停机和进水阀关闭，避免因调速器故障不动作时，造成水轮机失控，从而使机组飞逸。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明水轮机调速器及进水阀联动保护装置的控制回路示意图；
图2是本发明水轮机调速器及进水阀联动保护装置的带有过速保护的控制回路示意图。
附图标记说明：水轮机调速器100，进水阀门控制装置200，先导电磁换向阀1，水轮机接力器开侧换向阀2，水轮机接力器关侧换向阀3，进水阀接力器开侧换向阀4，进水阀接力器关侧换向阀5，机械过速保护阀6，第一单向节流阀7，第二单向节流阀8，第三单向节流阀9，第四单向节流阀10，水轮机接力器11，进水阀接力器12。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明实施例提供了一种水轮机调速器及进水阀联动保护装置，包括水轮机接力器11，包括先导电磁换向阀1、水轮机接力器开侧换向阀2及水轮机接力器关侧换向阀3，所述水轮机接力器开侧换向阀2的x2接口及所述水轮机接力器关侧换向阀3的x3接口均与所述先导电磁换向阀1的B1 接口连通，所述水轮机接力器开侧换向阀2的B2接口与所述水轮机接力器 11的开侧端油路连通，所述水轮机接力器关侧换向阀3的A3接口与所述水轮机接力器11的关侧端油路连通。
本发明实施例中的换向阀的各个阀口都是通过A、B、P及T进行表示， x及Y用来表示换向阀的控制口。如水轮机接力器开侧换向阀2的阀口包括 A2、B2、P2及T2接口，控制口包括x2和y2接口。
由此可知，如图1所示，当水轮机调速器故障需要关闭水轮机接力器 11时，先导电磁换向阀1的电磁铁失电，使得其B1口和T1口接通回油，水轮机接力器开侧换向阀2的x2接口及水轮机接力器关侧换向阀3的x3 的高压油实现回油作用力退去，此时水轮机接力器开侧换向阀2与水轮机接力器关侧换向阀3在弹簧力的回复下实现换向，使得B2接口与T2接口导通，则水轮机接力器11的开侧端油路与B2接口连通实现回油，同时A3 接口与P3接口导通，高压油进入到水轮机接力器11的关侧端油路做功完成水轮机接力器11的关闭。
优选的方案，所述装置还包括第一单向阀7和第二单向阀8；
所述第一单向阀7一端与所述水轮机接力器11开侧端油路连通，另一端与所述B2接口连通；
所述第二单向阀8一端与所述水轮机接力器11关侧端油路连通，另一端与所述A3接口连通。
由此可知，如图2所示，单向阀起到限流的作用，保证油路压力发生骤变而影响水轮机接力器11的使用寿命。
优选的方案，所述装置还包括进水阀接力器12、进水阀接力器开侧换向阀4及进水阀接力器关侧换向阀5；
所述进水阀接力器开侧换向阀4的x4接口及所述进水阀接力器关侧换向阀5的x5接口均与所述先导电磁换向阀1的B1接口连通，所述进水阀接力器开侧换向阀4的B4接口与所述进水阀接力器12的开侧端油路连通，所述进水阀接力器关侧换向阀5的A5接口与所述进水阀接力器12的关侧端油路连通。
由此可知，如图2所示，在上述方案的基础上加了一个进水阀接力器 12的关闭功能模块，其控制原理与上述水轮机接力器11的控制原理一样，在此不再赘述。
优选的方案，所述装置还包括第三单向阀9和第四单向阀10；
所述第三单向阀9一端与所述进水阀接力器12开侧端油路连通，另一端与所述B4接口连通；
所述第四单向阀10一端与所述进水阀接力器12关侧端油路连通，另一端与所述A5接口连通。
由此可知，单向阀起到保护进水阀接力器12的作用。
优选的方案，所述装置还包括水轮机调速器100及进水阀门控制装置 200，
所述水轮机调速器100开侧端与所述P2接口连通，所述水轮机调速器 100的关侧端与所述T3接口连通；
所述进水阀门控制装置200的开侧端与所述P4接口连通，所述进水阀门控制装置200的关侧端与所述T5接口连通。
优选的方案，所述装置还包括机械过速保护阀6，所述机械过速保护阀 6的B接口与所述先导电磁换向阀1的P1接口连通。
由此可知，如图2所示，在更为极端的情况下，即水轮机调速器100 和监控系统同时失灵时，完全不依赖于电信号和人工干预，由水轮机主轴上安装的机械过速保护阀6动作，通过机械过速保护阀6来自动控制先导电磁换向阀1，从而使水轮机接力器和进水阀接力器同时关闭，实现机组停机和进水阀关闭。
优选的方案，所述先导电磁换向阀1为两位四通电磁换向阀。也可以是其他类型的换向阀。
本发明实施例还提供了一种水轮机调速器及进水阀联动保护方法，其特征在于，包括：
S1：先导电磁换向阀1控制水轮机接力器开侧换向阀2及水轮机接力器关侧换向阀3分别换向；
S2：水轮机接力器11的开侧端通过所述水轮机接力器开侧换向阀2接通回油通路，水轮机接力器11的关侧端通过水轮机接力器关侧换向阀3接通高压油，水轮机接力器11实现关闭。
优选的方案，所述方法还包括：
先导电磁换向阀1控制进水阀接力器开侧换向阀4及进水阀接力器关侧换向阀5分别换向；
进水阀接力器12的开侧端通过所述进水阀接力器开侧换向阀4接通回油通路，进水阀接力器12的关侧端通过进水阀接力器关侧换向阀5接通高压油，进水阀接力器12实现关闭。
下面结合图2对本方案进行解释：水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5均为两位四通液控换向阀。当压力油到达液控端接口x时，如x2接口、x3接口等，对应的两位四通液控换向阀开始换向，其工作原理与电磁阀的工作原理类似。其中，水轮机调速器100的事故配压阀采用水轮机接力器开侧换向阀2和水轮机接力器关侧换向阀3，水轮机接力器开侧换向阀 2的P2口与水轮机调速器100的开机管路相连，水轮机接力器关侧换向阀 3的T3口与水轮机调速器100的关机管路相连；其进水阀事故配压阀采用进水阀接力器开侧换向阀4和进水阀接力器关侧换向阀5，进水阀接力器开侧换向阀4的P4口与进水阀控制装置200的开阀管路相连，进水阀接力器关侧换向阀5的T5口与进水阀控制装置200的关阀管路相连；所有液控换向阀的液控端接口x与先导电磁换向阀1的B1口相连，经过机械过速保护阀6的B口接通压力油Px，所有液控换向阀的液控端y直接回油至油箱；第一单向节流阀7、第二单向节流阀8、第三单向节流阀9及第四单向节流阀10用于调整水轮机接力器11及进水阀接力器12的速度。
下面针对图2进行三种状态的缝隙：
1、正常运行工况下，压力油经过机械过速保护阀6到达先导电磁换向阀1的P1口，先导电磁换向阀1的电磁铁处于得电状态，使得先导电磁换向阀1的P1口接通B1口，压力油分别作用在水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5的一侧的x口上，以压缩水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5的另一侧的弹簧，使上述四个液控换向阀换向，水轮机接力器开侧换向阀2的P2口与B2口接通，水轮机接力器关侧换向阀3的T3口与A3 口接通，进水阀接力器开侧换向阀4的P4口与B4口接通，进水阀接力器关侧换向阀5的T5口与A5口接通，此时水轮机接力器开侧换向阀2和水轮机接力器关侧换向阀3配合水轮机接力器11形成油路通道，进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5配合进水阀接力器12形成油路通道，正常运行工况下，水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5作为油路通道使用，水轮机接力器11由调速器进行正常控制，进水阀接力器 12由阀门控制装置正常控制。
2、当水轮机调速器故障需要同时关闭水轮机接力器11和进水阀接力器12时，先导电磁换向阀1的电磁铁失电，使得其B1口和T1口接通，从而水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5的一侧的x口均接通回油，同时水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5在各自另一侧弹簧力的作用下进行换向，水轮机接力器开侧换向阀2的P2口截断调速器的开侧油路，其B2口与T2口接通，使得水轮机接力器11的开侧接通回油，同时水轮机接力器关侧换向阀3的P3口截断调速器的关侧油路，其B3与T3接通，使得水轮机接力器11的关侧接通压力油，水轮机接力器11在压力油的作用下关闭，即水轮机接力器11的左侧经过第一单向节流阀7回油，油侧接通压力油通过第二单向节流阀8进入到水轮机接力器11使其关闭；进水阀接力器开侧换向阀4的P4口截断进水阀控制装置的开侧油路，其B4口与T4 口接通，使得进水阀接力器12的开侧通过第三单向节流阀9接通回油，同时进水阀接力器关侧换向阀5的P5口截断进水阀控制装置的关侧油路，其B5与T5接通，使得进水阀接力器12的关侧通过第四单向节流阀10接通压力油，进水阀接力器12在压力油的作用下关闭。
3、当先导电磁换向阀1故障不能动作时，无法实现同时关闭水轮机接力器11和进水阀接力器12，此时先导电磁换向阀1成为了油路通道，B1 口与T1口接通开通回油通道，当机械过速保护阀6动作后，水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5的一侧的x口经过机械过速保护阀6接通回油。同时水轮机接力器开侧换向阀2、水轮机接力器关侧换向阀3、进水阀接力器开侧换向阀4以及进水阀接力器关侧换向阀5在各自另一侧弹簧力的作用下换向，水轮机接力器开侧换向阀2的P2口截断调速器的开侧油路，其B2口与T2口接通，使得水轮机接力器11的开侧接通回油，同时水轮机接力器关侧换向阀3的P3口截断调速器的关侧油路，其B3与T3接通，使得水轮机接力器11的关侧接通压力油，水轮机接力器11在压力油的作用下关闭；进水阀接力器开侧换向阀4的P4口截断进水阀控制装置的开侧油路，其B4口与T4口接通，使得进水阀接力器12的开侧接通回油，同时进水阀接力器关侧换向阀5的P5口截断进水阀控制装置的关侧油路，其B5 与T5接通，使得进水阀接力器12的关侧接通压力油，进水阀接力器12在压力油的作用下关闭。
本发明的有益效果：本发明提供的这种水轮机调速器及进水阀联动保护装置及方法，包括先导电磁换向阀、水轮机接力器开侧换向阀、水轮机接力器关侧换向阀、进水阀接力器开侧换向阀、进水阀接力器关侧换向阀及机械过速保护阀。在水轮机调速器故障而不动作或出现其他极端事件需要关闭水轮机导叶使机组停机并关闭进水阀时，可由水电站监控系统经过机组的转速判断或由人工干预直接作用本装置的先导电磁换向阀，使水轮机接力器和进水阀接力器同时关闭，从而使机组停机和进水阀关闭；甚至在更为极端的情况下，即水轮机调速器和监控系统同时失灵时，完全不依赖于电信号和人工干预，由水轮机主轴上安装的机械过速保护阀动作，使水轮机接力器和进水阀接力器同时关闭，从而使机组停机和进水阀关闭，避免因调速器故障不动作时，造成水轮机失控，从而使机组飞逸。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水轮机调速器及进水阀联动保护装置，包括水轮机接力器(11)，其特征在于：包括先导电磁换向阀(1)、水轮机接力器开侧换向阀(2)及水轮机接力器关侧换向阀(3)，所述水轮机接力器开侧换向阀(2)的x2接口及所述水轮机接力器关侧换向阀(3)的x3接口均与所述先导电磁换向阀(1)的B1接口连通，所述水轮机接力器开侧换向阀(2)的B2接口与所述水轮机接力器(11)的开侧端油路连通，所述水轮机接力器关侧换向阀(3)的A3接口与所述水轮机接力器(11)的关侧端油路连通。
2.根据权利要求1所述的水轮机调速器及进水阀联动保护装置，其特征在于：所述装置还包括第一单向阀(7)和第二单向阀(8)；
所述第一单向阀(7)一端与所述水轮机接力器(11)开侧端油路连通，另一端与所述B2接口连通；
所述第二单向阀(8)一端与所述水轮机接力器(11)关侧端油路连通，另一端与所述A3接口连通。
3.根据权利要求1所述的水轮机调速器及进水阀联动保护装置，其特征在于：所述装置还包括进水阀接力器(12)、进水阀接力器开侧换向阀(4)及进水阀接力器关侧换向阀(5)；
所述进水阀接力器开侧换向阀(4)的x4接口及所述进水阀接力器关侧换向阀(5)的x5接口均与所述先导电磁换向阀(1)的B1接口连通，所述进水阀接力器开侧换向阀(4)的B4接口与所述进水阀接力器(12)的开侧端油路连通，所述进水阀接力器关侧换向阀(5)的A5接口与所述进水阀接力器(12)的关侧端油路连通。
4.根据权利要求3所述的水轮机调速器及进水阀联动保护装置，其特征在于：所述装置还包括第三单向阀(9)和第四单向阀(10)；
所述第三单向阀(9)一端与所述进水阀接力器(12)开侧端油路连通，另一端与所述B4接口连通；
所述第四单向阀(10)一端与所述进水阀接力器(12)关侧端油路连通，另一端与所述A5接口连通。
5.根据权利要求3所述的水轮机调速器及进水阀联动保护装置，其特征在于：所述装置还包括水轮机调速器(100)及进水阀门控制装置(200)，
所述水轮机调速器(100)开侧端与所述P2接口连通，所述水轮机调速器(100)的关侧端与所述T3接口连通；
所述进水阀门控制装置(200)的开侧端与所述P4接口连通，所述进水阀门控制装置(200)的关侧端与所述T5接口连通。
6.根据权利要求1或3所述的水轮机调速器及进水阀联动保护装置，其特征在于：所述装置还包括机械过速保护阀(6)，所述机械过速保护阀(6)的B接口与所述先导电磁换向阀(1)的P1接口连通。
7.根据权利要求1所述的水轮机调速器及进水阀联动保护装置，其特征在于：所述先导电磁换向阀(1)为两位四通电磁换向阀。
8.一种水轮机调速器及进水阀联动保护方法，其特征在于，包括：
S1：先导电磁换向阀(1)控制水轮机接力器开侧换向阀(2)及水轮机接力器关侧换向阀(3)分别换向；
S2：水轮机接力器(11)的开侧端通过所述水轮机接力器开侧换向阀(2)接通回油通路，水轮机接力器(11)的关侧端通过水轮机接力器关侧换向阀(3)接通高压油，水轮机接力器(11)实现关闭。
9.根据权利要求8所述的水轮机调速器及进水阀联动保护方法，其特征在于，所述方法还包括：
先导电磁换向阀(1)控制进水阀接力器开侧换向阀(4)及进水阀接力器关侧换向阀(5)分别换向；
进水阀接力器(12)的开侧端通过所述进水阀接力器开侧换向阀(4)接通回油通路，进水阀接力器(12)的关侧端通过进水阀接力器关侧换向阀(5)接通高压油，进水阀接力器(12)实现关闭。
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