CN111164262A - 具有用于操作水闸的电气驱动装置的水力设备 - Google Patents

具有用于操作水闸的电气驱动装置的水力设备 Download PDF

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Abstract

一种水力设备，包括上部水池、下部水池、连接所述上部水池与下部水池的具有多个子水路的水路系统、布置在所述水路系统中的液力机械、布置在子水路中的水闸，和用于操作所述水闸的电气驱动装置，其中，所述电气驱动装置构造为，使得所述电气驱动装置即使在停电的情况下也确保可靠地关闭水闸，而不必为此设置紧急供电装置。

Description

具有用于操作水闸的电气驱动装置的水力设备
本发明涉及一种具有用于操作水闸的电气驱动装置的水力设备。
出于安全原因，许多水力设备都具有水闸，借助所述水闸能够在故障情况下安全地使装置停止运行。传统地借助液压的伺服发动机和液压设备操作这种水闸。为此需要大量对环境产生风险的液压油。由现有技术还已知用于水力设备的水闸的驱动装置，所述驱动装置电气地操作。专利文献DE 10 2012 224 188 A1公开了一种用于操作水力设备的水闸的电气驱动装置，所述驱动装置包括电机和风扇制动器。所述驱动装置还包括两条电流支路：用于常规运行的第一电流支路和用于紧急运行的第二电流支路。所述第二电流支路构造用于在发电的隔离操作中自发地运行电机。所述驱动装置也适用于在停电时运行，而不需要为运行紧急供电。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种备选的用于操作水力设备的水闸的电气驱动装置，所述电气驱动装置更简单地构造并且即使在停电的情况下也确保关闭水闸，而不必为此设置紧急供电装置或者类似装置。
发明人认为，所述技术问题能够通过具有权利要求1的特征的水力设备解决。有利的实施方式由权利要求1的从属权利要求得出。
以下根据附图阐述按照本发明的解决方案。在附图中详细地示出了以下内容：
图1示出了水力设备；
图2示出了水闸；
图3示出了按照本发明的用于操作水闸的驱动装置。
图1示出了水力设备的示意性的构造。所述水力设备包括由1标注的上部水池和由2标注的下部水池，其中，上部水池1的水平面位于下部水池2的水平面之上。水池1和2也可以是自然水体、例如湖、河流或者海湾。水力设备还包括水路系统，所述水路系统由3标注并且将上部水池1与下部水池2连接。在水路系统3的至少一个子水路中布置有由4标注的液力机械。位于液力机械4上方的子水路、即压力管路由31标注，并且位于液力机械4下方的子水路、即抽吸管道由32标注。所述液力机械4可以是涡轮机、泵或者泵涡轮。在压力管路31的入流区域中布置有由5标注的水闸。布置在压力管路31中的水闸5通常用作用于使水力设备停止运行的安全装置。在抽吸管路32中布置有另一个水闸，所述水闸同样由5标注。抽吸管路32中的水闸5通常用于使液力机械4完全干燥，这对于维修工作是必要的。在故障情况下通常也将抽吸管路32中的水闸5关闭，以便防止水从下部水池2倒灌回水力设备的机械室中，这尤其对于为了避免气穴而较深地埋入地下的发电设备是重要的。也存在仅在抽吸管路32中具有水闸5的水力设备，所述水闸因此单独地在故障情况下使水力设备停止运行。按照本发明的水力设备可以在压力管路31、抽吸管路32或者在这两个管路中具有水闸5。
至此所述的布置在压力管路31和/或抽吸管路32中的水闸5在按照本发明的水力发电设备的常规运行状态中处于打开位置中。然而对于确定的水力发电设备还存在其他附加的水闸5，所述附加的水闸仅在特殊的运行状况下移动至打开位置中。一些发电设备具有其他的将上部水池1直接与下部水池2连接的子水路。也就是说在该子水路中，水不是流动通过液力机械4而是从所述液力机械旁流过。这种子水路在图1中示出并且将压力管路31与抽吸管道32连接并且由33标注。该旁路33能够同样良好地直接通入下部水池2中。在旁路33中布置有在常规运行时关闭的水闸5。在许多情况下，所述水闸5持续地或者暂时地、例如仅在高水位时被溢流或者欠流。这种水闸5也被称为溢流闸(“Spillway”)。有时、例如在维修液力机械4时也将这种溢流闸5移入打开位置中。图1示出了另一个由34标注的子水路，所述另一个子水路将上部水池1与旁路33连接。涉及的是所谓的底部排水装置，所述底部排水装置大多布置在下部水池的堤堰中并且上部水池1的水能够借助所述底部排水装置在所述上部水池的底部附近排出。在底部排水装置中也布置有水闸5，所述水闸同样仅在一定的情况下、例如在为了从上部水池1中移除沉积物(Geschiebe)时打开。在这一段中描述的附加的水闸5通常也必须具有紧急关闭功能。
图2在极其简化的示意图中示出了按照本发明的水闸5。所述水闸5位于由31、32、33标注的子水路中。水闸5包括由51标注的闸板，和由55标注的驱动装置。闸板51能够沿着竖直方向在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置中子水路关闭，在所述第二位置中子水路打开。在图2中，闸板51位于第一位置中。为了确保这种功能，子水路具有适宜的导引器件，所述导引器件在图2中未详细示出。驱动装置55沿着竖直方向这样布置在闸板51上方，使得所述驱动装置能够沿着竖直方向在所述位置之间移动闸板51。水路为此具有建筑装置，驱动装置55的壳体能够固定在所述建筑装置上。驱动装置55与闸板51连接。驱动装置55原则上也可以与图2所示不同地布置并且与闸板51连接。因此驱动装置55例如可以水平地定向并且经由转向的绳索与闸板51连接。
应当说明的是，也存在针对水闸的其他可行的与按照本发明的思路兼容的实施方式、例如所谓的径向闸，在所述径向闸中，闸板不是平面地，而是弯曲地设计并且能够围绕轴转动地支承。这种径向闸通常用于溢洪道。因此，驱动装置55不是直接地作用在闸板上，而是作用在与所述闸板连接的偏转臂上。此外存在其他实施方式，其中，闸板尽管平面地设计，然而所述闸板不能够沿着纯粹的竖直方向移动，而是沿着倾斜的方向打开和关闭。在任何情况下，与本发明的思路兼容的实施方式具有的共同点在于，闸板51设计成，使得所述闸板能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置中子水路关闭，在所述第二位置中子水路打开，并且水闸5设计成，使得所述水闸能够仅通过重力的作用关闭。
图3极其简化地示出了按照本发明的驱动装置55。所述驱动装置55包括由551标注的电动的发动机、由552标注的具有能调节的制动力的机械的制动装置、由553标注的锁止单元、由554标注的传动装置和由555标注的不具有自锁装置的丝杠传动装置。发动机551与传动装置554和丝杠传动装置555连接成，使得能够通过发动机551的转动将丝杠传动装置555的丝杠移入和移出。在水闸5的按照图2的实施方式中，丝杠传动装置555的丝杠的自由端部与闸板51连接。上述部件在所有情况下都设计成，使得能够通过驱动装置施加必要的力，以便使水闸5到达打开位置中。传动装置554在此这样作用，使得由发动机551提供的旋转运动-在相对较低的转矩时相对较高的转速-转化为具有更低转速和更高扭矩的旋转运动并且传递至丝杠传动装置555。由于丝杠传动装置555不具有自锁装置，因此将发动机551切换为无电流或者无电压就足以关闭水闸5，因为水闸5设计为能够仅通过重力到达关闭位置中。具有能调节的制动力的机械的制动装置552在此用于调节水闸5的关闭时间-制动力越高，则关闭时间越长。制动装置552布置成，使得所述制动装置能够制动驱动装置55内的驱动线路的旋转运动。为了达到该目的，制动装置552可以位于不同的位置、例如在图3中所示的那样位于发动机551和传动装置554之间，或者位于传动装置554和丝杠传动装置555之间。所述制动装置也可以集成在发动机551中，或者位于传动装置554内。然而有利的是，制动装置制动地作用在线路的位于传动装置554的发动机侧的位置上，因为在那里较小的制动力就足以抵抗那里较小的扭矩。驱动装置55还包括能电控的锁止单元，所述锁止单元由553标注并且设计成，使得所述锁止单元能够在第一状态中完全地阻止驱动线路的旋转运动并且在第二状态中完全地解锁旋转运动，其中，当所示单元553接收到电信号时达到所述第一状态，并且当不存在电信号时达到所述第二状态。针对制动装置552所述的内容类似地适用于锁止单元553的位置。存在多种适用于锁止单元553的可行的实施方案。因此例如可以涉及能控制的制动装置，所述制动装置的制动力在关闭的第一状态中的大小为，使得闸板51的重力不足以克服所述制动装置的静摩擦力。例如可以涉及棘爪结构，所述棘爪结构与(例如传动装置中的)相应的齿轮啮合，以便完全地阻止驱动线路的旋转运动。或者也可以是具有能移入和移出的销钉的装置，所述销钉如图3中所示的那样嵌接到例如驱动线路的驱动轴中的相应的开口中或者传动装置554的轮中的开口中。所描述的控制锁止单元553的功能在此例如可以分别通过电磁铁、永磁铁和/或机械弹簧的共同作用来实现。锁止单元553的目的在于，能够在水闸5的打开状态中锁定驱动装置55，从而能够关闭发动机551。由于水闸5在多数时间中处于该状态，因此能够节省能量，因为锁止单元553在锁定的第一状态中仅消耗少量的电能。另一方面通过所描述的开关逻辑确保了在停电时锁止单元553达到第二状态并且由此解锁驱动线路，从而能够以通过制动装置552设置的关闭时间关闭水闸5。本发明的驱动装置实现了在闸板51的几乎任意位置中锁止所述闸板51。因此例如也可以在关闭状态中锁定水闸5，这例如提高了维修工作的安全性。
在水闸5打开时通过发动机551的转速调节打开的时间。发动机551在此通常以恒定的转速运行。如果制动装置552持续地制动地干预驱动线路，则发动机551在此逆着制动力做功。选择性地可以在打开时降低能量消耗，方式是能够电控地去激活制动装置552，即制动装置552在第一状态中以预设的制动力制动地干预驱动线路并且所述制动装置552在第二状态中完全解锁驱动线路。制动装置552在此设计为，使得当接通电控制信号时达到第二状态并且当未接通电控制信号时达到第一状态。由此确保了，即使在停电时也能够可靠地以设置的关闭时间关闭水闸5。备选地也可以这样设计制动装置552，使得所述制动装置仅沿着驱动线路的旋转方向制动地干预所述驱动线路。即，仅在驱动线路沿着关闭方向旋转时(其中，闸板51下降)所述制动装置552才制动地干预所述驱动线路，并且所述驱动线路能够沿着打开方向(其中，闸板51升高)无阻碍地旋转。
水闸5的关闭能够以两种方式实现。一种方式是在制动器552激活时将发动机551切换为无电流，另一种方式是借助发动机551将丝杠传动装置移入。在两种情况下锁定单元553自然都必须解锁驱动线路。在第二种情况下通过发动机551的转速调节关闭时间并且可以在必要时去激活制动装置552，以便节省能量。
由上述内容明确的是，当发动机551工作时、即通电时，则始终可以去激活制动装置552。因此特别适宜的是，必要时能控制的制动装置552集成在发动机中，因为对制动装置552的控制能够通过对发动机551的电流供给实现。因此所需的构件更少并且进一步简化了驱动装置的结构。
针对丝杠传动装置555可以使用滚珠丝杠传动装置或者行星滚柱丝杠传动装置，因为所述滚珠丝杠传动装置或者行星滚柱丝杠传动装置不具有自锁装置。
还应当提到的是，多个单独的部件在图3中的布置应当仅理解为示例性的。例如可以通过使用适宜的锥齿轮或者类似构件使驱动线路偏转并且因此能够缩短地设计驱动装置55的长度。然而在驱动线路中始终规定以下顺序：发动机551、传动装置554、丝杠传动装置555。

Claims (9)

1.一种水力设备，包括上部水池(1)、下部水池(2)、连接所述上部水池(1)与下部水池(2)的包括多个子水路(31、32、33、34)的水路系统(3)、布置在所述水路系统(3)中的液力机械(4)，和布置在子水路(31、32、33、34)中的水闸(5)，其中，所述水闸(5)包括能移动的闸板(51)，所述闸板布置为，使得所述闸板(51)能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置中子水路(31、32、33、34)关闭，在所述第二位置中子水路(31、32、33、34)打开，所述水闸还包括能电控的用于锁止闸板(51)的锁止单元(553)和电气驱动装置(55)，其中，所述水闸(5)设计为，所述水闸能够仅通过重力到达关闭位置中，并且其中，所述电气驱动装置(55)设计为，所述电气驱动装置能够使水闸(5)到达打开和关闭位置中，并且其中，所述电气驱动装置(55)包括驱动线路，所述驱动线路包括电动的发动机(551)和传动装置(554)，其特征在于，所述驱动线路还包括丝杠传动装置(555)，其中，驱动线路的部件以上述顺序布置，使得能够通过运行发动机(551)将丝杠传动装置的丝杠移入或者移出，以便使水闸(5)到达打开位置和关闭位置中，其中，所述锁止单元(553)集成在驱动装置(55)中并且设计为，使得所述锁止单元能够在接通电控制信号时锁定驱动线路，并且能够在未接通电控制信号时解锁驱动线路，并且驱动装置(55)还包括具有能调节的制动力的机械的制动装置(552)，所述制动装置构造为能够制动地干预驱动线路。
2.根据权利要求1所述的水力设备，其中，所述制动装置(552)布置成，使得所述制动装置能够在驱动线路的作用有很小扭矩的位置上干预。
3.根据权利要求1或2所述的水力设备，其中，所述锁止单元(553)布置成，使得所述锁止单元能够在驱动线路的作用有很小扭矩的位置上干预。
4.根据权利要求1至3之一所述的水力设备，其中，所述制动装置(552)设计成能电控的，从而所述制动装置(552)能够在第一状态中以预设的制动力制动地干预驱动线路，并且在第二状态中能够完全地解锁驱动线路，其中，在接通电控制信号时能够达到第二状态，并且在未接通电控制信号时能够达到第一状态。
5.根据权利要求1至3之一所述的水力设备，其中，所述制动装置(552)设计成，使得所述制动装置仅能沿着驱动线路的使水闸(5)关闭的旋转方向制动地干预所述驱动线路并且所述驱动线路能够沿着其他旋转方向不受所述制动装置(552)阻碍地旋转。
6.根据权利要求1至5之一所述的水力设备，其中，所述制动装置(552)设计为集成在发动机(551)中。
7.根据权利要求1至6之一所述的水力设备，其中，所述锁止单元(553)设计为集成在传动装置(554)中。
8.根据权利要求1至7之一所述的水力设备，其中，所述丝杠传动装置(555)设计为滚珠丝杠传动装置。
9.根据权利要求1至7之一所述的水力设备，其中，所述丝杠传动装置(555)设计为行星滚柱丝杠传动装置。
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