CN111734575B - 用于水轮机的后摆式电动接力器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于水轮机的后摆式电动接力器装置。本发明的装置具有占用空间较小、自由度灵活、行程范围大、控制方便等优点，能有效避免水轮机导叶运动过程中的死区、卡死、活动限位等问题。本发明作为一种后摆式电动接力器装置可广泛应用于各类型水轮机、抽水蓄能机组的模型试验装置中；亦可根据导叶驱动力要求，灵活选择伺服电机及电动缸，应用于实际水电站及抽水蓄能电站中。

Description

用于水轮机的后摆式电动接力器装置

技术领域

本发明属于水力发电技术领域，具体的是指一种用于水轮机的后摆式电动接力器装置。

背景技术

接力器是水电站及抽水蓄能电站不可或缺的部分，是调速器控制导叶启闭的主要部件。传统水电机组或水轮机模型试验装置中的接力器多采用油压操作，占用空间大，且油路结构复杂，不易控制接力器运动速度，检修繁琐且可靠性差。部分轴流、贯流转浆式水轮机的接力器的铸件结构复杂，焊接难度高，成本较高。常规接力器位置固定，本身无法旋转，活塞杆与导叶执行机构的推拉杆靠万向轴连接，由于推拉杆沿蜗壳圆周方向运行，接力器仅能沿直线方向运动，故经常出现死区、运动卡死等现象，并且限制了推拉杆的运动范围。上述问题的存在为水电机组的灵活控制、安全稳定高效运行带来了不利影响。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的技术问题或改进需求而提供一种用于水轮机的后摆式电动接力器装置。本发明可广泛应用于各类型水轮机、抽水蓄能机组的模型试验装置中，亦可根据导叶驱动力要求，灵活选择伺服电机及电动缸，应用于实际水电站及抽水蓄能电站中。本发明作为一种后摆式电动接力器装置可广泛应用于各类型水轮机、抽水蓄能机组的模型试验装置中；亦可根据导叶驱动力要求，灵活选择伺服电机及电动缸，应用于实际水电站及抽水蓄能电站中。

为实现上述目的，本发明提供一种用于水轮机的后摆式电动接力器装置，其特征在于：包括伺服电机、旋转底座、电动缸、支座、可伸缩连接杆和直线位移传感器；

所述电动缸包括缸体和丝杠；所述伺服电机的输出端与电动缸的缸体连接；所述缸体的表面设有滑轨，接力器的耳轴可沿滑轨移动；还设有若干定位螺栓，所述支座通过若干个定位螺栓固定耳轴位置；

所述旋转底座包括顶板、垂直轴杆、上轴承和下轴承；所述支座包括上支座和下支座；所述顶板上设有若干个旋转底座定位螺孔，所述顶板通过若干个旋转底座定位螺孔固定于水轮机顶盖或水轮机层平台上；还包括第二锁紧螺母和若干个内六角螺栓；所述上支座与下支座通过2个内六角螺栓夹紧耳轴，将电动缸的缸体固定在旋转底座上使得电动缸可沿圆周方向摆动；所述上轴承置于上支座上面，所述下轴承置于上支座下面；所述垂直轴杆的一端穿过下轴承、上支座、上轴承和顶板并由第二锁紧螺母锁紧，垂直轴杆的另一端与支座连接，使支座能围绕垂直轴杆灵活转动；

所述可伸缩连接杆包括螺栓、设有连接孔的空心连接杆、第一锁紧螺母和导向套；所述螺栓的一端与空心连接杆的螺纹孔连接；所述螺栓的另一端与丝杠连接，所述空心连接杆可通过旋进旋出调节长度，并用第一锁紧螺母固定螺栓位置；所述导向套置于空心连接杆的连接孔中将空心连接杆与水轮机导叶执行机构的推拉杆相连接，并通过第三锁紧螺母固定；

还包括用于传感器信号传输第一信号线和第二信号线；所述直线位移传感器固定在电动缸上，测量丝杠行程并将模拟量信号通过第二信号线实时反馈给调速器；所述调速器通过第一信号线发送脉冲信号给伺服电机，使丝杠推动推拉杆沿蜗壳圆周方向灵活运动。

作为优选方案，还包括机械限位盘；所述机械限位盘由刻度盘和2个限位螺栓组成；所述2个限位螺栓通过螺母分别固定在刻度盘的两端对称位置上，旋进旋出限位螺栓可调节推拉杆的运动范围，以避免接力器的误动作损坏水轮机导叶。

进一步地，所述电动缸的缸体上还设有用以控制PLC控制器电气限位的电气限位开关，以避免PLC控制器的误动作损坏水轮机导叶。

更进一步地，所述定位螺栓设有4个；所述旋转底座定位螺孔设有4个；所述内六角螺栓设有2个。

更进一步地，所述导向套为铜质材料并采用黄油润滑使用。

本发明的方案中，上述伺服电机接收调速器脉冲信号，驱动电动缸的丝杠运动，上述电动缸固定在旋转底座上，可以沿圆周方向摆动，上述旋转底座固定在水轮机顶盖上或水轮机层平台上，上述可伸缩连接杆一端通过螺栓连接电动缸丝杠，另一端通过导向套连接水轮机导叶执行机构的推拉杆，上述直线位移传感器采集丝杠行程信号并实时反馈至调速器，上述后摆式电动接力器装置可以根据调速器指令，推动推拉杆沿蜗壳圆周方向灵活运动，上述后摆式电动接力器装置在旋转底座的作用下可以灵活摆动，可伸缩连接杆与推拉杆连接处在导向套作用下亦可灵活转动，有效避免推拉杆带动导叶运动过程中的死区、卡死、活动限位等问题。

上述电动缸包括缸体、丝杠、耳轴及定位螺栓，其中缸体表面有滑轨，耳轴可根据现场安装环境沿丝杠运动方向灵活移动，待移动完成后用定位螺栓固定耳轴。上述旋转底座由顶板、垂直轴杆、滚动轴承、上支座、下支座组成，顶板固定于水轮机顶盖或水轮机层平台上，上支座与下支座通过内六角螺栓夹紧电动缸的耳轴，将电动缸固定在旋转底座上，滚动轴承置于上支座上下两面，由垂直轴杆穿过上支座、滚动轴承、顶板，使上下支座能围绕垂直轴杆灵活转动。

上述可伸缩连接杆包括螺栓、空心连接杆、锁紧螺母，螺栓用于连接电动缸的丝杠和空心连接杆，空心连接杆可以通过旋进旋出调节长度，并用锁紧螺母固定螺栓位置。上述可伸缩连接杆与水轮机导叶执行机构的推拉杆通过导向套连接，螺母锁紧。上述导向套采用铜质材料，黄油润滑。上述直线位移传感器固定在电动缸上，测量丝杠行程并将模拟量信号实时反馈给调速器。上述机械限位盘包括刻度盘、限位螺栓，通过限位螺栓可以调节推拉杆的运动范围，采用机械限位避免接力器的误动作损坏水轮机导叶。

与现有技术相比，本发明有如下优点和效果：

(1)本发明具有灵活的自由度，除丝杠的直线运动外，在圆周方向上，接力器在旋转底座的作用下可以灵活摆动，可伸缩连接杆与推拉杆连接处在导向套作用下亦可灵活转动；在沿丝杠水平方向上，电动缸的耳轴可以前后调节，可伸缩连接杆也可以通过旋进旋出螺栓调节伸缩长度。这些自由度均可以有效避免推拉杆带动导叶运动过程中的可能出现的死区、卡死、活动限位等问题。

(2)本发明采用伺服电机驱动电动缸的丝杠运动，将伺服电机的最佳优点，精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制，实现高精度直线运动，在精准控制导叶启闭位置的前提下，还可以灵活调节启闭速度。推拉杆圆周方向活动范围大，无复杂油路，结构简单，布置方便，且占用空间较小，能适应现场复杂的安装环境。

附图说明

图1为导叶全开时本发明结构示意图。

图2为导叶全关时本发明结构示意图。

图3为本发明旋转底座底座左视图。

图4为本发明旋转底座底座主视图。

图5为本发明耳轴滑轨示意图。

图6为本发明可伸缩连接杆结构示意图。

图7为本发明可伸缩连接杆与推拉杆通过导向套连接示意图。

图8为本发明装置的主视图。

图中：1、伺服电机，2、电气限位开关，3、旋转底座，4、电动缸，5、支座，6、耳轴，7、丝 杠，8、第一锁紧螺母，9、螺栓，10、空心连接杆，11、推拉杆，12、导向套，13、刻度盘，14、限位 螺栓，15、控制环，16、连杆，17、拐臂17，18、蜗壳，19、水轮机层平台，20、直线位移传感器， 21、顶板，22、垂直轴杆，23、第二锁紧螺母，24、上轴承，25、下轴承，26、下支座，27、上支座， 28、滑轨，29、内六角螺栓，30、第一信号线，31、第二信号线，32、第三锁紧螺母，33、旋转底座 定位螺孔，34、定位螺栓。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细阐述。

如图1所示的用于水轮机的后摆式电动接力器装置，由伺服电机1、电动缸4、旋转底座3、可伸缩连接杆、导向套12、直线位移传感器20及机械限位盘组成。如图3和图4所示，旋转底座3包括顶板21、垂直轴杆22、上轴承24和25、上支座27、下支座26组成，顶板21由4个螺栓通过旋转底座定位螺孔33固定于水轮机顶盖或水轮机层平台19上，上支座27与下支座26通过内六角螺栓29夹紧耳轴6，将电动缸4固定在旋转底座3上，上轴承24置于上支座27上面，滚下轴承25置于上支座27下面，由垂直轴杆22穿过滚下轴承25、上支座27、上轴承24、顶板21，并由第二锁紧螺母23锁紧，使支座5能围绕垂直轴杆22灵活转动。如图5所示，电动缸4表面设有滑轨28，耳轴6可以沿滑轨28移动，从而根据现场安装环境灵活调节旋转底座3前后接力器的长度比例，待耳轴6移动完毕，定位螺栓34固定耳轴位置。如图6所示，可伸缩连接杆包括螺栓9、空心连接杆10、第一锁紧螺母8，螺栓9用于连接电动缸的丝杠7和空心连接杆10，空心连接杆10可以通过旋进旋出调节长度，并用第一锁紧螺母8固定螺栓9位置。如图7所示，空心连接杆10与水轮机导叶执行机构的推拉杆11通过导向套12连接，并通过第三锁紧螺母32固定，导向套12采用铜质材料，黄油润滑。如图8所示，直线位移传感器20固定在电动缸4上，测量丝杠7行程并将模拟量信号通过第二信号线31实时反馈给调速器。如图1和2所示，机械限位盘包括刻度盘13、限位螺栓14，限位螺栓14通过螺母固定在刻度盘13上，旋进旋出限位螺栓14可以调节推拉杆11的运动范围，采用机械限位避免接力器的误动作损坏水轮机导叶。如图1和2所示，电气限位开关2作用是调速器的PLC控制器的电气限位，避免PLC控制器的误动作损坏水轮机导叶。

为说明本发明效果，以武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室抽水蓄能试验大厅的可变速抽水蓄能模型试验平台为实施例，对本发明的工作过程进行详细说明：

本发明在安装时，根据现场的实际安装环境，将耳轴6沿滑轨28移动到理想位置，并用定位螺栓34固定。通过旋进旋出螺栓9，调节可伸缩连接杆至理想位置，并分别用第一锁紧螺母8固定螺栓9位置。

本发明在运行时，推动导叶从全开位置运动到全关位置的实施过程如图1和2所示。如图1所示，导叶处于全开位置，调速器接到监控系统关机令后立即通过第一信号线30发送关导叶脉冲信号给伺服电机1，伺服电机1驱动丝杠7回拉，拉力通过螺栓9、空心连接杆10、导向套12传至推拉杆11，推拉杆11沿蜗壳18圆周方法顺时针转动，控制环15在推拉杆11的作用下转动，控制环15上的连杆16带动拐臂17运动，拐臂17直接带动导叶关闭。由于推拉杆11是沿圆周方向转动，而丝杠仅能直线运动，故空心连接杆在导向套10的作用下与推拉杆11相对转动，电动缸4在旋转底座3的作用下顺时针旋转。直线位移传感器20采集丝杠7的行程信号并通过第二信号线31反馈给调速器，调速器根据反馈信号进行计算，发送不同脉冲信号至伺服电机1，通过对伺服电机1的精确转速控制、精确转数控制转变成丝杠7的精确速度控制、精确位置控制。当推拉杆11运动至导叶全关位置时，直线位移传感器采集丝杠7的位置信号通过第二信号线31反馈给调速器，调速器发送停机指令给伺服电机1，后摆式电动接力器停止动作，此时本发明的结构示意图如图2所示。

本发明推动导叶从全关位置运动到全开位置的实施过程除各部件运动方向不同外，均与上述过程一致。

需要指出的本发明技术方案中电动缸的执行部件不限于丝杠，任何可以通过伺服电机驱动的执行部件均可以，比如电动推杆。

本发明结构简单、占用空间小、对安装环境的适应性强，工作性能稳定可靠，操作方便、控制精度高，可以有效避免传统接力器在推拉杆带动导叶运动过程中可能出现的死区、卡死、活动限位等问题。本发明可广泛应用于各类型水轮机、抽水蓄能机组的模型试验装置中；亦可根据导叶驱动力要求，灵活选择伺服电机及电动缸，应用于实际水电站及抽水蓄能电站中。

Claims (6)

1.一种用于水轮机的后摆式电动接力器装置，其特征在于：包括伺服电机(1)、旋转底座(3)、电动缸(4)、支座(5)、可伸缩连接杆和直线位移传感器(20)；

所述电动缸(4)包括缸体和丝杠(7)；所述伺服电机(1)的输出端与电动缸(4)的缸体连接；所述缸体的表面设有滑轨(28)，接力器的耳轴(6)可沿滑轨(28)移动；还设有若干定位螺栓(34)，所述支座(5)通过若干个定位螺栓(34)固定耳轴(6)位置；

所述旋转底座(3)包括顶板(21)、垂直轴杆(22)、上轴承(24)和下轴承(25)；所述支座(5)包括上支座(27)和下支座(26)；所述顶板(21)上设有若干个旋转底座定位螺孔(33)，所述顶板(21)通过若干个旋转底座定位螺孔(33)固定于水轮机顶盖或水轮机层平台(19)上；还包括第二锁紧螺母(23)和若干个内六角螺栓(29)；所述上支座(27)与下支座(26)通过2个内六角螺栓(29)夹紧耳轴(6)，将电动缸(4)的缸体固定在支座(5)上使得电动缸(4)可沿圆周方向摆动；所述上轴承(24)置于上支座(27)上面，所述下轴承(25)置于上支座(27)下面；所述垂直轴杆(22)的一端穿过下轴承(25)、上支座(27)、上轴承(24)和顶板(21)并由第二锁紧螺母(23)锁紧，垂直轴杆(22)的另一端与支座(5)连接，使支座(5)能围绕垂直轴杆(22)灵活转动；

所述可伸缩连接杆包括螺栓(9)、设有连接孔的空心连接杆(10)、第一锁紧螺母(8)和导向套(12)；所述螺栓(9)的一端与空心连接杆(10)的螺纹孔连接；所述螺栓(9)的另一端与丝杠(7)连接，所述空心连接杆(10)可通过旋进旋出调节长度，并用第一锁紧螺母(8)固定螺栓(9)位置；所述导向套(12)置于空心连接杆(10)的连接孔中将空心连接杆(10)与水轮机导叶执行机构的推拉杆(11)相连接，并通过第三锁紧螺母(32)固定；

还包括用于传感器信号传输第一信号线(30)和第二信号线(31)；所述直线位移传感器(20)固定在电动缸(4)上，测量丝杠(7)行程并将模拟量信号通过第二信号线(31)实时反馈给调速器；所述调速器通过第一信号线(30)发送脉冲信号给伺服电机(1)，使丝杠(7)推动推拉杆(11)沿蜗壳(18)圆周方向灵活运动。

2.根据权利要求1所述的用于水轮机的后摆式电动接力器装置，其特征在于：还包括机械限位盘；所述机械限位盘由刻度盘(13)和2个限位螺栓(14)组成；所述2个限位螺栓(14)通过螺母分别固定在刻度盘(13)的两端对称位置上，旋进旋出限位螺栓(14)可调节推拉杆(11)的运动范围，以避免接力器的误动作损坏水轮机导叶。

3.根据权利要求1或2所述的用于水轮机的后摆式电动接力器装置，其特征在于：所述电动缸(4)的缸体上还设有用以控制PLC控制器电气限位的电气限位开关(2)，以避免PLC控制器的误动作损坏水轮机导叶。

4.如权利要求1或2所述的用于水轮机的后摆式电动接力器装置，其特征在于：所述定位螺栓(34)设有4个；所述旋转底座定位螺孔(33)设有4个；所述内六角螺栓(29)设有2个。

5.如权利要求3所述的用于水轮机的后摆式电动接力器装置，其特征在于：所述定位螺栓(34)设有4个；所述旋转底座定位螺孔(33)设有4个；所述内六角螺栓(29)设有2个。

6.如权利要求5所述的用于水轮机的后摆式电动接力器装置，其特征在于：所述导向套(12)为铜质材料并采用黄油润滑使用。

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