CN110985744B - 用于环状门关闭优化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

该发明特别地公开一种用于控制液压机器的环状门(40)的移动的促动缸(10)，所述促动缸(10)包括本体(18)，该本体(18)形成设有第一管道(26)的第一室(22)和设有第二管道(28)的第二室(24)，第一室(22)和第二室(24)设计成通过所述第一管道(26)和所述第二管道(28)接纳促动流体，所述室通过活塞(20)彼此分开，该活塞(20)连接到促动杆(14)且能够在所述本体中在第一方向上和在第二方向上移动，在第一方向上第二室的容积增加而第一室的容积减小，在第二方向上第二室的容积减小而第一室的容积增加，所述活塞设有杆(30)，该杆(30)在所述第二室中连接到朝所述第二室转变的活塞的区域(20b)，所述区域(20b)具有比朝第一室转变的活塞的区域(20a)小的表面。

Description

用于环状门关闭优化的装置和方法
技术领域
本发明涉及水电工业领域。
背景技术
环状门是涡轮、泵或水泵水轮机的可选的机械构件，用来在停机状态下、在维护中和在导叶关闭或主要机械故障的默认的情况下将机器与上游水隔离开，且能够切断通流。
环状门主要是圆柱形壳，该圆柱形壳沿着其纵向轴线以固定行程从打开位置向关闭位置移动，且反之亦然。
圆柱形壳的线性行程适合于其中装配环状门的涡轮、泵或水泵水轮机。
操作环状门的众所周知的解决方案是使用围绕环状门的一端的圆周分布的若干液压缸，这些液压缸的轴线平行于圆柱形壳的纵向轴线。
液压缸的本体由涡轮、泵或水泵水轮机的固定部分支承，且液压缸的操作杆的端部附接到圆柱形壳的圆形边缘。
数字和/或液压系统控制液压缸的操作杆的同时线性移动来移动圆柱形壳，而没有过度的摆动和变形，以便避免圆柱形壳卡在固定的周围部分中且避免损坏液压缸、圆柱形壳和固定部分。
大体上，环状门是“高压釜”或自密封的，且两个不同的压力水平用来操作缸。
-高压水平，以打开环状门，因为缸必须克服环状门的重量以及当环状门关闭时环状门的上游与下游压力之间的压差来操作；
-低压水平，以避免当环状门关闭时损坏向下移动中的部分的风险，因为环状门由其自身重量自然地关闭且低压在摩擦点的情况下将帮助关闭且在由环状门中竖起的外部元件阻挡的情况下将通过减小作用力来避免机械损坏。
需要减小施加到控制环状门的缸的力或作用力。
现有技术的系统构造来自液压系统的两个压力水平。不同的解决方案是可能的，且要求许多构件来构造两个压力水平，基本是通过使用两个压力储箱(每个压力水平一个)。
那些解决方案复杂、昂贵且要求高水平的维护。
发明内容
本发明首先涉及一种缸，该缸包括本体，该本体形成设有第一管道的第一室和设有第二管道的第二室，第一室和第二室设计成通过所述第一管道和所述第二管道接纳促动流体，所述室通过活塞彼此分开，该活塞连接到促动杆且能够在所述本体中在第一方向上和在第二方向上移动，在第一方向上第二室的容积增加而第一室的容积减小，在第二方向上第二室的容积减小而第一室的容积增加，所述活塞在所述第二室中设有额外元件，例如杆或缸。
所述额外元件在所述第二室中连接到朝所述第二室转变的活塞的区域，所述区域具有比朝第一室转变的活塞的区域小的表面。
所述额外部件可为中空的，仅由壁界定。
在根据本发明的促动缸中，所述额外元件(例如所述杆)在所述本体的顶部上延伸通过水密开口。
本发明还涉及一种液压系统，该液压系统可在液压机器的环状门的移动的控制中实现，所述液压系统包括根据本发明的至少一个促动缸，以及用于以相同压力下的流体通过所述第一管道供给所述第一室且通过所述第二管道供给所述第二室的相同的液压回路。
因此，根据本发明的缸允许一个高压水平仅用于打开和关闭，这减小液压构件的数量，增加稳健性且降低整个系统的成本。
本发明还涉及一种用于控制环状门的移动的系统，该系统包括各自根据本发明的多个促动缸。
本发明还涉及一种用于控制环状门的移动的系统，该系统包括多组促动缸，每组至少包括：
-根据本发明的第一促动缸；
-第二促动缸，第二促动缸包括形成第一室和第二室的本体，第一室和第二室设计成接纳促动流体，所述室通过活塞彼此分开，该活塞连接到促动杆且能够在第一方向上和在第二方向上移动所述本体，在第一方向上第二室的容积增加而第一室的容积减小，在第二方向上第二室的容积减小而第一室的容积增加；
-液压同步部件，该液压同步部件连接所述第一促动缸的所述第一室和所述第二促动缸的所述第二室。
本发明还涉及涡轮、泵或水泵水轮机类型的液压机器，该液压机器包括流道和环状门，该环状门能够在打开以水供应所述流道的至少一个通道的位置与关闭该至少一个通道的位置之间移动，以及：
-根据本发明的多个促动缸，每个促动杆与所述环状门联结以使它在所述打开位置与所述关闭位置之间移动；
-或根据本发明的用于控制所述环状门的移动的系统。
本发明还涉及一种操作根据本发明的促动缸的方法，其中带有预定压力(P)的流体通过所述第一管道供给到所述第一室，以在所述第二方向上移动所述活塞，且带有所述相同的预定压力(P)的相同流体通过所述第二管道供给到所述第二室，以在所述第一方向上移动所述活塞。
附图说明
-图1A示出根据本发明的缸；
-图1B是在根据本发明的缸中实现的额外元件的截面；
-图1C示出根据现有技术的缸；
-图2示出环状门和它的缸的视图；
-图3示出作为同步部件连接的成组的2个缸；
-图4示出环状门和3组缸的示意图，每组包括根据本发明的缸。
-图5是本发明可应用于的液压机器的截面。
具体实施方式
根据本发明的缸10在图1A上示出。
它包括形成第一室22和第二室24的本体18，第一室22和第二室24各自设计成通过管道26、28接纳和排空促动流体，诸如油。所述室通过活塞20彼此分开。活塞连接到促动杆14，促动杆14自身连接到环状门，以用于在其打开位置与其关闭位置之间促动它。第一室22相对于活塞20处于杆的侧部上，第二室24相对于活塞20处于杆相反的侧部上。
管道26、28用于将每个室连接到液压回路和促动流体源，该液压回路包括流体加压器件，例如至少一个泵。控制单元控制液压回路的促动，该液压回路包括流体加压器件。所述控制单元可例如包括处理器或微处理器，或能够实现或编程为促动液压回路的电气或电子回路。
所述活塞20能够在本体中在第一方向I上且然后在第二方向II上移动，在第一方向I上第二室24的容积增加而第一室22的容积减小，在第二方向II上第一室22的容积增加而第二室24的容积减小。
活塞20具有两个区域20a和20b，两个区域20a和20b各自垂直于方向I和II，两个区域20a和20b标明“下活塞区域”和“上活塞区域”且分别处于促动杆14的侧部上和相反侧部上。缸10可在任何位置中使用，且“下”和“上”标记不应解释为本发明的限制性特征。
上活塞区域20b暴露于压力P，以在所述第一方向I上移动活塞20(当连接到环状门时，在所述第一方向I上的所述移动用于关闭环状门)。
下活塞区域20a暴露于压力，以在所述第二方向II上移动活塞20(当连接到环状门时，在所述第二方向II上的所述移动用于打开环状门)。
第二室24包括连接到所述上区域20b的额外元件30，例如杆。所述额外元件30未机械地连接到任何促动机构。它与活塞20一起移动。
该额外元件30减小暴露于压力P的活塞区域20b的表面S：特别地，上活塞区域20b具有比下活塞区域20a的表面小的表面；与其中无额外元件30实现的缸(像图1B上那样)相比，在方向I上施加到所述上活塞区域20b的对应力F也减小(由于关系P=F/S)。例如，如果所述元件30是杆，作用力的值通过所述杆的直径来调整。
结果，相同压力P可施加到上室24(当活塞20在本体中在第一方向I上移动时)和下室22(当活塞20在本体中在第二方向II上移动时)：所述相同压力将导致施加到上活塞区域20b和下活塞区域20a的不同的力或作用力。
因此，可实现相同的液压回路50(图1A)以相同压力P下的相同流体供给两个室，这在泵、储箱、阀...等中实现相当大的节省。通过阀51，相同的液压回路50连接到管道28(从而以压力P下的流体供给上室24)或管道26(从而以相同压力P下的所述相同流体供给下室22)。
这还减小用来控制活塞20的移动的促动流体的量，这意味着简化连接到管道28的液压回路。
额外元件30的高度h略微高于环状门的高度或杆的行程。
元件30延伸超出本体18的顶部部分21；当它在缸中其最低位置中时，它也可延伸超出顶部21或与其齐平。在所述顶部部分中制成开口，使得元件30可与活塞20一起向上和向下移动。所述开口是水密的(例如利用接头23)，使得元件30可向上和向下移动，而没有任何流体损失。
优选地，额外元件30在垂直于方向I或II中任一个的平面中具有圆形截面。但所述截面的其它形状也可实现。例如，它是圆柱形的杆，优选为中空的，这导致较小的重量。图1B示出此类空杆在垂直于方向I或II中任一个的平面中的截面，参考符号31标明界定中空内部空间33的其壁。
取决于在方向I上促动活塞20时必须施加的力F，计算所述截面的宽度d(其在圆形截面的情况下为直径)。
关闭连接到促动杆14的环状门由环自身的重量促进，但必须向区域20b施加力，以便控制杆14的移动，特别是使得它不弯曲。如上文解释的，使用根据本发明的缸10，这可以以与打开环状门时相同的压力实现。
根据现有技术的缸10’在图1C上示出。它具有与图1A相同的参考标号，设有“ ’ ”。区域20b’在第二室24’中不具有额外元件30，且区域20b’的表面大于区域20a’的表面。因此，对于施加到区域20b’和区域20b(图1A)的相同压力P，在第一方向I上移动活塞20’时必须施加的力比在相同的第一方向上移动图1A的活塞20时施加到图1A的活塞20的力更大。这示出在根据现有技术实现缸时必须在两个方向上使用需要不同液压系统50’1、50’2(见图1C)的不同压力P’1、P’2。
图2示出根据本发明的若干缸10a、10b、...可如何(通过图上未示出的它们的促动杆)在围绕环状门40周边的多个位置处连接到环状门40。环状门40具有例如在2m与15m之间的直径。它例如由钢制成。图5示出每个缸10可如何连接到环状门40以及液压机器的其它部分。
根据US 2013/0098237，控制环状门的促动的系统可包括若干组缸，每组包括至少2个缸，相同组的缸由至少一个同步部件连接。
可在此类成组的缸中使用根据本发明的缸。图3示出成组的2个缸10、10’，其中缸10为根据本发明的缸，缸10’具有根据图1C的结构。缸10的第一室22由管道32连接到缸10’的活塞20’的第二室24’。优选地，缸10的活塞20的面积20a大约等于缸10’的活塞20’的面积20b’。参考符号40标明促动杆14、14’所连接到的环。
元件30减小控制两个缸10、10’的移动所必要的力，活塞20、20’同时在相同方向上移动。
如图4上示出的，此类3组缸10、10’、11、11’、12、12’位于环状门40的周边C上，两个连续的位置对应于属于不同组的缸，相同组的两个缸在环的周边上沿直径相反设置。缸10、11、12为根据本发明的缸(图1A)，缸10、11、12各自在其第二室中包括额外元件30，缸10’、11’、12’为根据图1C的缸，不具有此类额外元件。
在US 2013/0098237中给出控制不同组缸的液压回路的示例。
在变型中，如US 2013/0098237中解释的，相同组的缸10、10’具有大约相同的尺寸。
如图5中示出的，实现本发明的液压机器100(其可为涡轮、泵或桨轮泵类型的)包括桨轮52、环状门40和根据本发明的若干促动缸10(其中仅一个在图5上可见)。环状门40可沿着方向Y在桨轮的水供应通道58的打开位置与阻挡位置(其在图5上示出)之间移动。环状门40安装在固定的导向静叶42与可移动的导叶41(其用来使水流朝桨轮定向)之间。

Claims (7)

1.一种用于控制液压机器的环状门(40)的移动的系统，所述系统包括多组促动缸，每组至少包括：
-用于控制所述环状门(40)的移动的第一促动缸(10)，所述促动缸(10)包括本体(18)，所述本体(18)形成设有第一管道(26)的第一室(22)和设有第二管道(28)的第二室(24)，所述第一室(22)和所述第二室(24)设计成通过所述第一管道(26)和所述第二管道(28)接纳促动流体，所述室通过活塞(20)彼此分开，所述活塞(20)连接到促动杆(14)且能够在所述本体中在第一方向上和在第二方向上移动，在所述第一方向上所述第二室的容积增加而所述第一室的容积减小，在所述第二方向上所述第二室的容积减小而所述第一室的容积增加，所述活塞设有杆(30)，所述杆(30)在所述第二室中连接到朝所述第二室转变的所述活塞的区域(20b)，所述区域(20b)具有比朝所述第一室转变的所述活塞的区域(20a)小的表面；
-第二促动缸(10’)，所述第二促动缸(10’)包括本体，所述本体形成第一室(22’)和第二室(24’)，所述第一室(22’)和所述第二室(24’)设计成接纳促动流体，所述室通过活塞(20’)彼此分开，所述活塞(20’)连接到促动杆(14’)且能够在第一方向上和在第二方向上移动所述本体，在所述第一方向上所述第二室的容积增加而所述第一室的容积减小，在所述第二方向上所述第二室的容积减小而所述第一室的容积增加；
-液压同步部件，所述液压同步部件连接所述第一促动缸(10)的所述第一室(22)和所述第二促动缸(10’)的所述第二室(24’)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述杆(30)包括缸。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述缸为中空的。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的系统，其特征在于，所述杆(30)在所述第一促动缸的所述本体(18)的顶部(21)上延伸通过水密开口。
5.一种用于控制液压机器的环状门(40)的移动的液压系统，包括根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的系统，以及用于以相同压力(P)下的流体通过所述第一管道(26)供给所述第一促动缸(10)的所述第一室(22)且通过所述第二管道(28)供给所述第一促动缸(10)的所述第二室(24)的相同的液压回路(50)。
6.一种涡轮、泵或水泵水轮机类型的液压机器，包括流道(52)和环状门(40)，所述环状门(40)能够在打开以水供应所述流道的至少一个通道(58)的位置与关闭所述至少一个通道(58)的位置之间移动，以及根据权利要求1-5中任一项所述的用于控制所述环状门(40)的移动的系统。
7.一种操作根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的系统或根据权利要求6所述的液压机器的方法，其中带有预定压力(P)的流体通过所述第一管道(26)供给到所述第一促动缸(10)的所述第一室(22)，以在所述第二方向(II)上移动所述活塞，且带有相同的所述预定压力(P)的相同流体通过所述第二管道(28)供给到所述第一促动缸(10)的所述第二室(26)，以在所述第一方向(I)上移动所述活塞。
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