CN113090596A - 一种具有热冗余备份供油的油动机系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种具有热冗余备份供油的油动机系统及其控制方法，涉及液压技术控制领域，解决了现有系统可靠性低、容错性能差的问题。该系统包括油箱、主供油油路、热冗余备份供油油路、快速补油单元和油动机，供油系统由两套油泵供油系统组成，每个供油系统均包括一个油泵、一个油泵驱动电机、一个蓄能器、一个比例溢流阀、一个单向阀和一个电磁换向阀。所述油泵一端接在油箱，一端的油口经单向阀、电磁换向阀分别连接一蓄能器和油缸，所述主蓄能器分别经一个快速开关阀和一个普通开关阀连接供油油路和油箱，所述卸荷阀为一快速开关阀,分别连接油缸工作腔和油箱。本发明提供的系统可靠性高、容错性能好、响应速度快。

Description

一种具有热冗余备份供油的油动机系统及其控制方法

技术领域

本发明属于到液压控制技术领域，涉及到如燃气轮机进气导叶、燃料调节阀等一类需要油动机驱动的伺服机构，具体涉及一种具有热冗余备份供油的油动机系统及其控制方法。

背景技术

油动机是燃气轮机中进气导叶、燃料调节阀等的主要执行机构，通过控制液压油的流向和流量，进而控制油动机的活塞进行动作。

燃气轮机中常用的伺服系统是伺服阀控制的油动机系统，这种系统通过油泵、单向阀、换向阀等组成的供油系统给油动机供油，通过控制换向阀的开关控制油动机的位移。但是在控制的过程中如果出现部件损坏，油动机系统便无法正常工作。于是在此基础上出现了具有冷冗余备份的油动机系统，这种系统具有两套供油系统，正常工作时，主供油系统供油，备份供油系统待机，主供油系统出现故障时停机，切换到备份供油系统供油，但是这种带有冷冗余备份的油动机系统也存在一定的问题，例如：(1)主供油系统供油出现故障时，油动机系统在一定的故障阈值内不采取措施，因此故障不严重的时候可能会存在阈值以内的误差；(2)主供油系统和冗余供油系统切换需要将主供油系统完全关掉，之后开启冗余备份供油系统，切换的过程中容易出现较大的供油压力和供油流量的波动。

发明内容

本发明的目的是针对现有油动机系统所存在的可靠性低、容错性能差等缺点和不足，而提供一种具有热冗余备份供油的油动机系统及其控制方法，具有可靠性高、容错性能好、响应速度快等优点。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案为：

一种具有热冗余备份供油的油动机系统，至少包括一油箱、一主供油油路、一热冗余备份供油油路、一快速补油单元和一油动机，其特征在于：

所述主供油油路，至少包括一第一油泵、一第一换向阀、一第一蓄能器和一第一比例溢流阀，其中，所述第一油泵的进油管路与所述油箱连通、出油管路与所述第一换向阀的进口连通，所述第一油泵的出油管路还通过所述第一比例溢流阀与所述油箱连通，所述第一蓄能器通过一带有开关阀K1的管路与所述第一油泵的出油管路连通，所述第一蓄能器还通过一带有开关阀K2的管路与所述油箱连通，

所述热冗余备份供油油路，至少包括一第二油泵、一第二换向阀、一第二蓄能器和一第二比例溢流阀，其中，所述第二油泵的进油管路与所述油箱连通、出油管路与所述第二换向阀的进口连通，所述第二油泵的出油管路还通过所述第二比例溢流阀与所述油箱连通，所述第二蓄能器通过一带有开关阀K5的管路与所述第二油泵的出油管路连通，所述第二蓄能器还通过一带有开关阀K6的管路与所述油箱连通，

所述快速补油单元，至少包括一主蓄能器、一快速开关阀，所述主蓄能器通过一带有开关阀K4的管路与所述第一换向阀、第二换向阀的第一出口连通，通过一带有开关阀K3的管路与所述油箱连通，还通过带有所述快速开关阀的管路与所述油动机的进油管路连通，

所述第一换向阀、第二换向阀的第二出口均通过管路与所述油动机的进油管路连通，所述油动机的卸荷油路上设有卸荷阀并与所述油箱连通。

优选地，所述第一、二油泵分别由第一、二交流伺服电机驱动。

优选地，所述第一、二换向阀的进口管路上分别设有第一、二单向阀，所述第一、二单向阀用以防止油液回流。

进一步地，所述第一、二蓄能器分别设置于供油油路的油泵和单向阀之间，用于吸收高频脉动分量和补充大流量液压油。

优选地，所述油动机上还设有位移传感器LVDT。

本发明的具有热冗余备份供油的油动机系统中，包括主供油油路和热冗余备份供油油路两套供油油路，每个供油油路均包括一个油泵、一个驱动油泵的交流伺服电机、一个蓄能器、一个比例溢流阀、一个单向阀和一个换向阀，蓄能器通过两个开关阀分别连接供油油路和油箱；油泵通过比例溢流阀与油箱相连；比例溢流阀连接供油油路和油箱；两供油油路通过换向阀分别连接主蓄能器和油动机；主蓄能器通过一个快速开关阀和两个普通开关阀分别连接供油油路和油箱，快速开关阀可以给油动机快速提供液压油，普通开关阀可以实现放油检修；油动机的卸荷阀连接油箱。

本发明的另一个发明目的还在于提供一种上述具有热冗余备份供油的油动机系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法至少包括如下步骤：

当所述油动机需要进入准备工作状态时，启动所述第一、二油泵，关闭开关阀K1、K6、K3和快速开关阀，打开开关阀K2、K5、K4，并将所述第一、二换向阀的进口切换至与其第一出口连通，对各蓄能器进行充油，使得各蓄能器达到目标压力，进入工作准备状态；

当需要所述油动机动作时，关闭开关阀K1、K6、K3、K4和快速开关阀，打开开关阀K2、K5，将所述第一、二换向阀的进口切换至与其第二出口连通，启动所述第一、二液压泵供油，液压油经所述第一、二蓄能器对高频脉冲分量进行吸收，经过所述第一、二换向阀进入所述油动机的进油管路，其中所述主供油油路供给的液压油大于所述热冗余备份供油油路，推动所述油动机动作。

优选地，通过位移传感器LVDT对所述油动机的信号反馈，控制所述第一、二换向阀的位置调整所述油动机停留在目标位置。

优选地，所述油动机处于工作状态时，当所述油动机在固定工况出现油液泄漏时，打开所述快速开关阀并通过所述主蓄能器对所述油动机的进油管路进行快速补油，保证所述油动机稳定在固定的位置。

优选地，所述油动机处于工作状态时，当所述油动机需要快速动作时，可以提高所述第二油泵的供油量，同时打开所述快速开关阀，通过所述主蓄能器对所述油动机的进油管路进行快速补油，实现所述油动机的快速动作。

优选地，所述油动机处于工作状态时，当所述主供油油路供油窄幅波动，可以通过调整所述第二油泵的供油量以调整热所述冗余备份供油油路的供油比例，保证供油油量稳定。

优选地，所述油动机处于工作状态时，当所述主供油油路大幅波动时，可以通过调整所述第一比例溢流阀的溢流压力实现对所述主供油油路的逐步卸荷，同时逐步提升所述热冗余备份供油油路的供油量，并打开快速开关阀，对所述油动机的进油管路进行补油，保证切换的平稳过度。

优选地，所述油动机处于工作状态时，当出现故障需要快速卸荷时，关闭所述快速开关阀，以防止所述主蓄能器中的液压油流入所述油动机的工作腔，同时关闭所述第一、二换向阀，并接通所述快速开关阀，实现快速卸荷，卸掉所述油动机工作腔中的液压油。

优选地，当所述第一、二蓄能器需要检修时,可以通过关闭开关阀K2、K5与主油路断开，打开开关阀K1、K6进行卸油检修。

优选地，当所述主蓄能器需要检修时，关闭开关阀K4和快速快关阀与主油路断开，打开开关阀K3卸油检修。

同现有技术相比，本发明提供的具有热冗余备份供油的油动机系统及其控制方法具有以下优点：1)采用热冗余备份供油系统，提高了系统的可靠性，在主供油油路轻微故障时，可以通过调节热备份供油油路进行补油；2)比例溢流阀在主供油油路的油泵出现严重故障时可以调节溢流压力直接实现逐步卸荷，同时逐步提高热冗余备份供油油路的供油流量，直至完全替换为热冗余备份供油油路，保证系统的正常工作；3)单向阀后的蓄能器可以吸收液压泵产生的脉动分量，保证平稳供油；4)与油动机相邻的蓄能器可以直接为油动机补充泄露液压油或者快速动作所需液压油。

附图说明

图1是本发明实施例的具有热冗余备份供油的油动机系统示意图。

图中，附图标记说明：

油箱X1，油动机H5，主蓄能器N1，卸荷阀H4，油动机H5，第一油泵D1，第二油泵D2，第一交流伺服电机M1，第二交流伺服电机M2，第一比例溢流阀H6，第二比例溢流阀H7，第一单向阀C1，第二单向阀C2，主蓄能器N1，第一蓄能器N2，第二蓄能器N3，第一换向阀H1，第二换向阀H2，开关阀K1～K6，位移传感器LVDT

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。

如图1所示，本发明提供了一种具有热冗余备份供油的油动机系统，该系统至少包括一油箱X1、一主供油油路、一热冗余备份供油油路、一快速补油单元和一油动机H5，油动机H5优选为活塞式油动机。

本发明的具有热冗余备份供油的油动机系统中，主供油油路至少包括一第一油泵D1、一第一换向阀H1、一第一蓄能器N2和一第一比例溢流阀H6，其中，第一油泵D1的进油管路与油箱X1连通、出油管路与第一换向阀H1的进口连通，第一油泵D1的出油管路还通过第一比例溢流阀H6与油箱X1连通，第一蓄能器N2通过一带有开关阀K1的管路与第一油泵D1的出油管路连通，第一蓄能器N2还通过一带有开关阀K2的管路与油箱X1连通。

本发明的具有热冗余备份供油的油动机系统中，热冗余备份供油油路至少包括一第二油泵D2、一第二换向阀H2、一第二蓄能器N3和一第二比例溢流阀H3，其中，第二油泵D2的进油管路与油箱X1连通、出油管路与第二换向阀H2的进口连通，第二油泵D2的出油管路还通过第二比例溢流阀H7与油箱X1连通，第二蓄能器N3通过一带有开关阀K5的管路与第二油泵D2的出油管路连通，第二蓄能器N3还通过一带有开关阀K6的管路与油箱X1连通。

本发明的具有热冗余备份供油的油动机系统中，快速补油单元至少包括一主蓄能器N1、一快速开关阀H3，主蓄能器N1通过一带有开关阀K4的管路与第一换向阀H1、第二换向阀H2的第一出口连通，通过一带有开关阀K3的管路与油箱X1连通，还通过带有快速开关阀H3的管路与油动机H5的进油管路连通。

本发明的具有热冗余备份供油的油动机系统中，第一换向阀H1、第二换向阀H2的第二出口均通过管路与油动机H5的进油管路连通，油动机H5的卸荷油路上设有卸荷阀H4并与油箱X1连通。

本发明优选的实例中，第一油泵D1、第二油泵D2分别由第一、二交流伺服电机M1、M2驱动。

本发明优选的实例中，第一换向阀H1、第二换向阀H2的进口管路上分别设有第一、二单向阀C1、C2。

本发明优选的实例中，油动机H5上还设有位移传感器LVDT。

更加具体地，如图1所示，本发明的具有热冗余备份供油的油动机系统，包括第一、二油泵D1、D2，第一、二油泵D1、D2由第一、二交流伺服电机M1、M2驱动，第一、二油泵D1、D2的出油管路均通过第一、二比例溢流阀H6、H7与油箱X1连通，第一、二油泵D1、D2的出油管路上均设有第一、二单向阀C1、C2，第一、二油泵D1、D2的出油管路分别通过一带有开关阀K2、K5的管路与第一、二蓄能器N2、N3连通，第一、二油泵D1、D2的出油管路分别与第一、二换向阀H1、H2的进口连通；第一、二蓄能器N2、N3分别通过带有开关阀K1、K6的管路连接油箱X1；主蓄能器N1通过带有开关阀K4的管路与第一、二换向阀H1、H2的第一出口相连，通过带有开关阀K3的管路与油箱X1相连，通过带有快速开关阀H3的管路与油动机H5的进油管路相连，油动机H5的卸荷油路上设有卸荷阀H4并与所述油箱X1连通。

本发明的具有热冗余备份供油的油动机系统，其工作流程如下：

当需要进入准备工作状态时，先启动第一、二交流伺服电机M1、M2驱动第一、二油泵D1、D2运行，同时关闭开关阀K1、K6、K3和快速开关阀H3,打开开关阀K2、K5、K4，并将第一、二换向阀H1、H2的进口切换至与其第一出口连通，对各蓄能器N1、N2、N3进行充油，使得各蓄能器N1、N2、N3达到目标压力，进入工作准备状态。

当需要油动机H5动作时，关闭开关阀K1、K6、K3、K4和快速开关阀H3，打开开关阀K2、K5，将第一、二换向阀H1、H2的进口切换至与其第二出口连通，第一、二交流伺服电机M1、M2驱动第一、二液压泵D1、D2供油，液压油经过第一、二单向阀C1、C2，由第一、二蓄能器N2、N3对高频脉冲分量进行吸收，经过第一、二换向阀H1、H2进入油动机H5的进油管路，其中主供油油路和热冗余备份供油油路分别供给80％和20％的液压油，推动油动机H5动作，通过位移传感器LVDT对信号反馈，控制第一、二换向阀H1、H2的位置调整油动机H5停留在目标位置，第一、二单向阀C1、C2防止油液回流。主蓄能器N1与主油路断开，卸荷阀通电关闭，与主油路断开。当油动机H5在固定工况出现油液泄漏时，可以打开快速开关阀H3通过主蓄能器N1进行快速补油，保证油动机H5稳定在固定的位置。

当油动机H5需要快速动作时，可以提高第二油泵D2的供油量，同时打开快速开关阀H3，通过主蓄能器N1对油动机H5的进油管路进行快速补油，实现油动机H5的快速动作。

当主供油油路供油窄幅波动，可以通过调整第二交流伺服电机M2的转速调整热冗余备份供油油路的供油比例，保证供油油量稳定。

当主供油油路大幅波动时，可以通过调整第一比例溢流阀H6的溢流压力实现对主供油油路的逐步卸荷，同时逐步提升热冗余备份供油油路的供油量，打开快速开关阀H3，对油动机H5的进油管路进行补油，保证切换的平稳过度。

当故障需要快速卸荷时，关闭快速开关阀H3，防止主蓄能器N1中的液压油流入油动机H5的工作腔，同时关闭第一、二换向阀H1、H2，并接通快速开关阀H4，实现快速卸荷，卸掉油动机H5工作腔中的液压油。

当第一、二蓄能器N2、N3需要检修时,可以通过关闭开关阀K2、K5与主油路断开，打开开关阀K1、K6进行卸油检修；当主蓄能器N1需要检修时，关闭开关阀K4和快速快关阀H3与主油路断开，打开开关阀K3卸油检修。

通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种具有热冗余备份供油的油动机系统，至少包括一油箱、一主供油油路、一热冗余备份供油油路、一快速补油单元和一油动机，其特征在于：

所述主供油油路，至少包括一第一油泵、一第一换向阀、一第一蓄能器和一第一比例溢流阀，其中，所述第一油泵的进油管路与所述油箱连通、出油管路与所述第一换向阀的进口连通，所述第一油泵的出油管路还通过所述第一比例溢流阀与所述油箱连通，所述第一蓄能器通过一带有开关阀K1的管路与所述第一油泵的出油管路连通，所述第一蓄能器还通过一带有开关阀K2的管路与所述油箱连通，

所述热冗余备份供油油路，至少包括一第二油泵、一第二换向阀、一第二蓄能器和一第二比例溢流阀，其中，所述第二油泵的进油管路与所述油箱连通、出油管路与所述第二换向阀的进口连通，所述第二油泵的出油管路还通过所述第二比例溢流阀与所述油箱连通，所述第二蓄能器通过一带有开关阀K5的管路与所述第二油泵的出油管路连通，所述第二蓄能器还通过一带有开关阀K6的管路与所述油箱连通，

所述快速补油单元，至少包括一主蓄能器、一快速开关阀，所述主蓄能器通过一带有开关阀K4的管路与所述第一换向阀、第二换向阀的第一出口连通，通过一带有开关阀K3的管路与所述油箱连通，还通过带有所述快速开关阀的管路与所述油动机的进油管路连通，

所述第一换向阀、第二换向阀的第二出口均通过管路与所述油动机的进油管路连通，所述油动机的卸荷油路上设有卸荷阀并与所述油箱连通。

2.根据上述权利要求所述的具有热冗余备份供油的油动机系统，其特征在于，所述第一、二油泵分别由第一、二交流伺服电机驱动。

3.根据上述权利要求所述的具有热冗余备份供油的油动机系统，其特征在于，所述第一、二换向阀的进口管路上分别设有第一、二单向阀，所述第一、二单向阀用以防止油液回流。

4.根据权利要求3所述的具有热冗余备份供油的油动机系统，其特征在于，所述第一、二蓄能器分别设置于供油油路的油泵和单向阀之间，用于吸收高频脉动分量和补充大流量液压油。

5.根据上述权利要求所述的具有热冗余备份供油的油动机系统，其特征在于，所述油动机上还设有位移传感器LVDT。

6.一种上述权利要求1至5任一项具有热冗余备份供油的油动机系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法至少包括如下步骤：

当所述油动机需要进入准备工作状态时，启动所述第一、二油泵，关闭开关阀K1、K6、K3和快速开关阀，打开开关阀K2、K5、K4，并将所述第一、二换向阀的进口切换至与其第一出口连通，对各蓄能器进行充油，使得各蓄能器达到目标压力，进入工作准备状态；

当需要所述油动机动作时，关闭开关阀K1、K6、K3、K4和快速开关阀，打开开关阀K2、K5，将所述第一、二换向阀的进口切换至与其第二出口连通，启动所述第一、二液压泵供油，液压油经所述第一、二蓄能器对高频脉冲分量进行吸收，经过所述第一、二换向阀进入所述油动机的进油管路，其中所述主供油油路供给的液压油大于所述热冗余备份供油油路，推动所述油动机动作。

7.根据上述权利要求所述的控制方法，其特征在于，通过位移传感器LVDT对所述油动机的信号反馈，控制所述第一、二换向阀的位置调整所述油动机停留在目标位置。

8.根据上述权利要求所述的控制方法，其特征在于，所述油动机处于工作状态时，当所述油动机在固定工况出现油液泄漏时，打开所述快速开关阀并通过所述主蓄能器对所述油动机的进油管路进行快速补油，保证所述油动机稳定在固定的位置。

9.根据上述权利要求所述的控制方法，其特征在于，所述油动机处于工作状态时，当所述油动机需要快速动作时，可以提高所述第二油泵的供油量，同时打开所述快速开关阀，通过所述主蓄能器对所述油动机的进油管路进行快速补油，实现所述油动机的快速动作。

10.根据上述权利要求所述的控制方法，其特征在于，所述油动机处于工作状态时，当所述主供油油路供油窄幅波动，可以通过调整所述第二油泵的供油量以调整所述热冗余备份供油油路的供油比例，保证供油油量稳定。

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