CN207526633U - 水轮机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种水轮机控制系统，包括减速箱，传动机构，喷针或导叶，以及依次电连接的水轮机转速检测装置、控制器、带外磁刹车的电机，所述带外磁刹车的电机、减速箱、传动机构、喷针或导叶依次连接，所述传动机构将电机的旋转运动变换为可控制喷咀开口大小或导叶开度大小的直线运动。本实用新型的控制精度可达到1/10mm以内，完全满足水轮机控制需求。而且相比于普遍采用的接近上万元的液压控制系统、步进电机或伺服电机控制系统，本实用新型采用的外磁刹车电机仅仅千元以内，大大降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型属于水轮机技术领域，具体涉及一种能自动调整水轮机喷咀或导叶的开度的控制系统。
背景技术
水轮机的转速控制与调节是通过改变导水叶片或喷咀开度的大小来实现的。水轮机启动时打开关闭着的导叶或喷咀，水轮机上游来水经打开的导叶或喷咀冲击推动水轮机叶轮转盘从而带动发电机旋转并发电。在水轮机发电机组负荷发生变化时其转速就会发生升高或降低的改变，这时就要通过调速器对导叶或喷咀的开度进行调节。水轮机转速高于设定转速则要通过调速器将导叶或喷咀的开度减小以减少上游来水流量从而使水轮机转速降低。反之，当水轮机转速低于设定转速则要通过调速器将导叶或喷咀的开度增加以使水轮机的转速增加以恢复到设定的转速。
小型水轮机设置的调速器是一种在水电行业内称之为“手电操”的调速器，它具有人工摇动的摇轮与手摇轮联动的电动机和减速箱系统。其调速过程是由电动机较快速的开启导叶或喷咀到一定的开度，再由人工手动摇动摇轮调整导叶或喷咀的开度到预定开度，此时上游来水冲击水轮机叶轮使叶轮在设定的转速下转动。如果转速变快或变慢，一般仍由人工摇动摇轮调整导叶或喷咀的开度保持水轮机的转速维持在设定的转速上。另外一种操作方式就是手控电机开关对调速电机进行直接手动操作而实现的对水轮机导叶或喷咀的开度控制。根据上述描述，可以看到这种“手动电动操作调速器”是无法实现自动调整导叶或喷咀的开度的。在电机的运转中喷咀或导叶的开度的精度是无法控制的。
国家正在积极推动中小型水电站的改造，替换掉老式水轮机调控系统，使中小型水电站发的电符合并入国家电网的条件。由于液压控制系统、步进电机和伺服电机的控制精度很高，因而被技术人员广泛采用来改造老式电机，改造后的控制精度可达到1/100mm，其控制过程可参见图1、图2。
虽然采用液压控制系统、步进电机和伺服电机可提高控制精度，但是成本也较高，另外对于水轮机来说其控制精度没有必要1/100mm这么高。
实用新型内容
为了通过一种廉价的方式实现中小型水轮机导叶或喷咀开度的自动调节，本实用新型提供一种水轮机喷咀或导叶开度控制系统。
为了实现上述目的，其技术解决方案是：
一种水轮机喷咀或导叶开度控制系统，包括减速箱，传动机构，喷针或导叶，以及依次电连接的水轮机转速检测装置、控制器、带外磁刹车的电机，所述带外磁刹车的电机、减速箱、传动机构、喷针或导叶依次连接，所述传动机构将电机的旋转运动变换为可控制水轮机喷咀开口大小或导叶开度大小的直线运动。调节水轮机喷咀开口大小或导叶开度大小的精度是由电机外磁刹车系统在控制指令的指挥下进行刹车或释放刹车实现的，消除机械传动系统的运转惯性。
进一步，所述传动机构包括滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的螺母连接到减速箱，滚珠丝杠副的丝杠连接所述喷针或导叶。采用丝杠或滚珠丝杠副可以减小转动惯量。
进一步，所述传动机构包括蜗轮蜗杆机构和摇臂，减速箱的输出轴连接蜗杆，蜗轮的轴连接摇臂的一端，摇臂另一端连接所述喷针或导叶。
本实用新型的有益效果：水轮机转速检测装置和控制器对外磁刹车电机进行控制，控制精度可达到1/10mm，完全满足水轮机控制需求。而且相比于普遍采用的接近上万元的液压控制系统、步进电机或伺服电机控制系统，本实用新型采用的外磁刹车电机仅仅千元以内，大大降低了成本。
附图说明
图1为现有技术中液压控制系统控制水轮机转速的控制原理图。
图2为现有技术中步进电机或伺服电机控制水轮机转速的控制原理图。
图3为本实用新型中冲击式水轮机的一种喷咀开度控制系统结构示意图。
图4为本实用新型中冲击式水轮机的另一种喷咀开度控制系统结构示意图。
图5为本实用新型中以冲击式水轮机为例说明带外磁刹车电机控制水轮机转速的控制原理图。
图中：1、水轮叶片，2、上游来水管，3、丝杠，4、丝杠螺母，5、减速箱， 6、三相异步电动机，7、外磁刹车，8、喷针，9、喷咀，10、蜗杆，11、蜗轮， 12、蜗轮轴，13、摇臂。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种水轮机喷咀或导叶开度控制系统，包括减速箱，传动机构，喷针或导叶，以及依次电连接的水轮机转速检测装置、控制器、带外磁刹车的电机，所述带外磁刹车的电机、减速箱、传动机构、喷针或导叶依次连接，所述传动机构将电机的旋转运动变换为可控制喷咀开口大小或导叶开度大小的直线运动。
由图3、图4中可以看到，水轮机的桨叶转动是由图中所示上游来水管2将一定流量的压力水经由图中所示的喷咀9形成冲击水柱喷射在冲击水轮叶片1 上推动叶轮转动。而冲击力的大小则由喷针8的前后移动改变喷咀9的开度来控制。控制了喷咀9的开度可以改变喷出的水量，从而对冲击叶轮的转速实现了控制。
传动机构控制喷针的前后移动可采用以下两种技术方案来实现：
如图3所示的实施例，喷咀9中喷针8的前后移动是以与喷针8串接在一条直线上的丝杠3以及该丝杠上的丝杠螺母4的转动来实现的(丝杠不可转动)。丝杠螺母4的转动是由图中的电动机6通过在减速箱5内一系列减速系统后按减速要求转动的。当电机按某一方向(如顺时针)转动时喷针8和丝杠3在丝杠螺母4的推动下向一个方向运动，当电机按另一方向(如逆时针)转动时喷针8 和丝杠3在丝杠螺母4的推动下向另一方向移动，这样就实现了喷咀开度的可控变化。
如图4所示的实施例，传动机构包括蜗轮蜗杆机构和摇臂，减速箱5的输出轴连接蜗杆10，蜗轮轴12连接摇臂13的一端，摇臂13另一端连接水平设置的喷针8。蜗轮11的转动是由图中的电动机6通过在减速箱5内一系列减速系统后按减速要求转动的。当电机按某一方向(如顺时针)转动时喷针8在摇臂13 的推动下向一个方向运动，当电机按另一方向(如逆时针)转动时喷针8在摇臂 13的推动下向另一方向移动，这样就实现了喷咀开度的可控变化。
当然喷针的移动也可采用其他形式，但方法虽多条件必须是能使喷咀开度控制件喷针可实现左右移动。
导叶的开度控制方式与图3、图4所示的实施例一样，只是将传动机构连接到导叶。
发电机组的转动是受水轮机组带动，发电机功率的变化或水轮机水量的变化都会引起水轮机转速的变动。例如当水轮机的负荷发生变化时水轮机通过测频装置感知转速的变化，在计算机系统对这一变化量进行一定的(PID)运算后随即由控制器(PLC)向电机发出一个脉冲信号，这一信号经控制电路后形成一股能驱动电机向某方向转动的脉冲电流，电机即向某方向转动。当这股脉冲电流消失时电机失去动力，但由于电机转枢的质量旋转惯性，电机会在这一惯性作用下仍可向同一方向再转动。而这惯性旋转量是无法确定的。如果这样，将无法实现精准的喷针移动。因此当驱动电机6的脉冲电流消失的同时电机外磁刹车系统7 立即得电实现电机刹车，使喷针或导叶精确停止在所需开度上，控制过程可参见图5。
刹车电机的刹车超转量是有具体参数的。机电部出版的设计手册中电机超转量在空载条件下为0.2秒。这说明本发明采用普通(带刹车)电机调速器时喷咀开度调整量是可控的，同时也具备一定的控制精度。即若电机转速为1440转/ 分(普通异步电机)在电机空载刹车时它可超转4.8转。由于由电机转动到喷针的位移需要经几百级的减速以及丝杠螺母或蜗轮蜗杆的减速，在存在0.2秒的空载超转情况下，喷针的超位移量经测量在0.09mm以内，而且在有负载的条件下精度将更高。这样的超转误差足以实现对喷咀或导叶开度的控制要求。
Claims (3)
1.一种水轮机控制系统，其特征在于：包括减速箱，传动机构，喷针或导叶，以及依次电连接的水轮机转速检测装置、控制器、带外磁刹车的电机，所述带外磁刹车的电机、减速箱、传动机构、喷针或导叶依次连接，所述传动机构将电机的旋转运动变换为可控制喷咀开口大小或导叶开度大小的直线运动。
2.根据权利要求1所述的水轮机控制系统，其特征在于：所述传动机构包括滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的螺母连接到减速箱，滚珠丝杠副的丝杠连接所述喷针或导叶。
3.根据权利要求1所述的水轮机控制系统，其特征在于：所述传动机构包括蜗轮蜗杆机构和摇臂，减速箱的输出轴连接蜗杆，蜗轮的轴连接摇臂的一端，摇臂另一端连接所述喷针或导叶。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107100788A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-08-29 | 武汉武水电气技术有限责任公司 | 水轮机喷咀或导叶开度控制系统 |
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- 2017-06-30 CN CN201720783966.6U patent/CN207526633U/zh not_active Expired - Fee Related
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