CN214221267U - 一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，包括控制器、液压油缸、油缸控制机构、位移传感器和阀门运动机构，所述油缸控制机构包括比例式电液转换器、弹簧复位式断流滑阀、电磁换向阀、插装卸荷阀和脉动油道，其中，通过特定的连接结构将控制器、液压油缸、比例式电液转换器、弹簧复位式断流滑阀、电磁换向阀、插装卸荷阀、脉动油道、位移传感器和阀门运动机构连接起来，就能够提高工业驱动汽轮机的控制精度和动态特性，从而保证工业驱动汽轮机能够长期稳定运行。

Description

一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置

技术领域

本实用新型涉及工业驱动汽轮机技术领域，具体涉及一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置。

背景技术

在工业生产中，直接用汽轮机作为原动机来驱动一些大型的机械设备，如大型风机、给水泵压缩机等功率比较大的设备，这种用途的汽轮机叫工业汽轮机。工业汽轮机既可使用燃料或利用各类工业生产流程中副产热能在锅炉中产生的蒸汽，也可利用生产流程中的余汽。

在工业驱动汽轮机控制领域中，蒸汽阀门油动机是其中一个重要执行机构。目前工业驱动汽轮机因自身条件和安全性考虑，主要采用低压全电调控制技术进行控制。但受成本影响，通常控制油与汽轮机润滑油都共用一套设备，因此导致汽轮机调速系统的控制油压值比较低（一般小于2MPa），最终造成目前常规的基于低压全电调控制技术油动机存在着调节品质差、故障率高等缺点。基于此，有必要对现有技术进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，本实用新型提高了工业驱动汽轮机的控制精度和动态特性，保证工业驱动汽轮机能够长期稳定运行。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：包括控制器、液压油缸、油缸控制机构、位移传感器和阀门运动机构，所述油缸控制机构包括比例式电液转换器、弹簧复位式断流滑阀、电磁换向阀、插装卸荷阀和脉动油道，电磁换向阀分别与安全油口、回油口和插装卸荷阀的控制腔相连，比例式电液转换器分别与压力油口、回油口和弹簧复位式断流滑阀的控制端相连，插装卸荷阀的工作腔分别与回油口和脉动油道的第一端相连，脉动油道的第二端连接在比例式电液转换器与弹簧复位式断流滑阀之间；所述液压油缸包括有杆腔、无杆腔和活塞杆，有杆腔通过弹簧复位式断流滑阀的控制油腔与回油口相连，无杆腔通过弹簧复位式断流滑阀的控制油腔与压力油口相连，活塞杆与阀门运动机构相连；所述位移传感器设置在活塞杆上，所述控制器分别与位移传感器、比例式电液转换器和电磁换向阀连接。

所述插装卸荷阀与安全油口之间设置有与电磁换向阀并联的单向阀。

所述油缸控制机构还包括测压接头，测压接头分别设置在脉动油道的第二端、弹簧复位式断流滑阀与有杆腔之间、弹簧复位式断流滑阀与无杆腔之间和回油口的油口端。

所述电磁换向阀与安全油口之间设置有液压阻尼器。

所述压力油口包括第一压力油口和第二压力油口，比例式电液转换器与第一压力油口相连，液压油缸的无杆腔通过弹簧复位式断流滑阀的控制油腔与第二压力油口相连。

所述活塞杆通过杠杆机构与阀门运动机构相连。

所述杠杆机构包括杠杆体，杠杆体的两端分别与活塞杆和阀门运动机构活动连接，杠杆体上靠近阀门运动机构处设置有用于安装杠杆体的支撑轴承。

采用本实用新型的优点在于：

1、本实用新型将基于电液比例控制技术的低压全电调油动机应用到工业驱动汽轮机阀门控制中，可通过比例式电液转换器来线性控制弹簧复位式断流滑阀控制侧的脉动油压值，进而控制弹簧复位式断流滑阀的阀芯运动，从而控制液压缸两腔室的进排油，以达到最终实现液压油缸行程控制的目的。同时本实用新型还配置了单独的快速遮断电磁换向阀，可与汽轮机危急遮断装置一起冗余配置。以满足工业驱动汽轮机在紧急工况下，多手段可靠地快速关闭阀门切断蒸汽进入汽缸的目的。

2、本实用新型能使整个工业驱动汽轮机阀门执行机构的设备大大简化，节约成本。在实际运行中可靠性高，维护方便。并且基于电液比例控制技术的低压全电调油动机通过比例式电液转换器实时动态控制的脉动油压与其比例电磁铁接受的电流信号成线性比例关系，通过控制电流信号产生的响应比例的电磁力推动比例式电液转换器阀芯产生相应比例的位移进而产生相应比例的脉动油压值，此时在脉动油压的作用下弹簧复位式断流滑阀阀芯产生相应比例的位移直至与复位弹簧力平衡。进而控制液压油缸的无杆腔和有杆腔分别接通压力油和排油，驱动汽轮机阀门产生运动。最终使工业驱动汽轮机阀门的控制精度和响应速度与传统的低压全电调油动机控制的阀门相比较均得到了大幅度提升，保证了工业驱动汽轮机调节系统长期稳定运行。

3、本实用新型结合基于电液比例控制技术的低压全电调油动机设计原理并将其控制方法编制成相应控制逻辑，下装到工业驱动汽轮机控制系统的控制器中即可实现工业驱动汽轮机的可靠安全运行。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中标记为：1、比例式电液转换器，2、弹簧复位式断流滑阀，3、电磁换向阀，4、插装卸荷阀，5、液压油缸，6、位移传感器，7、单向阀，8、液压阻尼器，9、测压接头，10、有杆腔，11、无杆腔，12、活塞杆，13、第一压力油口，14、第二压力油口，15、安全油口，16、回油口，17、杠杆体，18、阀门运动机构，19、脉动油道，20、控制器，21、支撑轴承。

具体实施方式

实施例1

本实施例公开了一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，包括控制器20、液压油缸5、油缸控制机构、位移传感器6和阀门运动机构18，所述油缸控制机构包括比例式电液转换器1、弹簧复位式断流滑阀2、电磁换向阀3、插装卸荷阀4和脉动油道19，电磁换向阀3分别与安全油口15、回油口16和插装卸荷阀4的控制腔相连，且电磁换向阀3与安全油口15之间设置有液压阻尼器8。比例式电液转换器1分别与压力油口、回油口16和弹簧复位式断流滑阀2的控制端相连。插装卸荷阀4的工作腔分别与回油口16和脉动油道19的第一端相连，脉动油道19的第二端连接在比例式电液转换器1与弹簧复位式断流滑阀2之间；所述液压油缸5包括有杆腔10、无杆腔11和活塞杆12，活塞杆12与阀门运动机构18相连，用于控制阀门运动机构18动作；有杆腔10通过弹簧复位式断流滑阀2的控制油腔与回油口16相连，无杆腔11通过弹簧复位式断流滑阀2的控制油腔与压力油口相连；使用时，通过制弹簧复位式断流滑阀2阀芯在控制油腔中的位置，就能够实现有杆腔10与无杆腔11的进行进油与排油，进而使活塞杆12运动，实现阀门运动机构18的控制；所述位移传感器6设置在活塞杆12上，所述控制器20分别与位移传感器6、比例式电液转换器1和电磁换向阀3连接，用于对装置进行总体控制。

进一步的，所述插装卸荷阀4与安全油口15之间设置有单向阀7，该单向阀7与电磁换向阀3并联设置在安全油口15与电磁换向阀3之间。

更进一步的，所述油缸控制机构还包括多个测压接头9，多个测压接头9分别设置在脉动油道19的第二端、弹簧复位式断流滑阀2与有杆腔10之间、弹簧复位式断流滑阀2与无杆腔11之间和回油口16的油口端。压力接头上可安装压力表，用于检测各处的压力是否达到设定值，以保证装置的稳定运动。

更进一步的，所述压力油口包括第一压力油口13和第二压力油口14，比例式电液转换器1与第一压力油口13相连，液压油缸5的无杆腔11通过弹簧复位式断流滑阀2的控制油腔与第二压力油口14相连。

本实施例中，控制器20用于接收汽轮机系统发送的阀门开闭指令并生成电流信号进行控制。具体的，控制器20在接收到开闭指令后与位移传感器6进行比较，比较后产生4-20mA的电流信号并发送给比例式电液转换器1，比例式电液转换器1接收到4-20mA电流信号后，通过其线性比例产生Pn-Px的脉动油压值，当脉动油压值为Pn时，在该油压下的液压力刚好与弹簧复位式断流滑阀2的阀芯另一侧预加弹簧力、阀芯自重及摩擦力平衡；此时控制器20输出的电流值为4mA。当脉动油压值为Px时，在该油压下的液压力刚好与弹簧复位式断流滑阀2的阀芯克服弹簧力、阀芯自重及摩擦力平衡；控制器20输出的电流值为20mA。当控制器20接受到的指令信号和位移传感器6反馈信号差值为零时，控制器20输出的电流值为12mA，弹簧复位式断流滑阀2的阀芯处于中间平衡位置，同时阻断压力油进入液压油缸5的有杆腔10/无杆腔11和使无杆腔11/有杆腔10的油液与回油口16接通。

本实施例的实施原理如下：

1、装置组装完成并在汽轮机调速系统挂闸完成后，整个系统的安全油压建立，系统中的安全油通过安全油口15、液压阻尼器8和电磁换向阀3进入插装卸荷阀4的控制腔，在安全油的作用下，插装卸荷阀4的阀芯向工作腔移动，使脉动油道19与回油口16切断。此时就可以通过控制器20给定指令电流信号使比例式电液转换器1产生相应比例的脉动油压值，在脉动油压的作用下弹簧复位式断流滑阀2阀芯产生相应比例的位移直至与复位弹簧力平衡。进而控制液压油缸5的无杆腔11和有杆腔10分别接通压力油和排油，驱动汽轮机阀门产生运动。同时控制器20实时接受位移传感器6的反馈信号并与指令信号做比较，直至差值为零，最终实现了工业驱动汽轮机阀位控制的要求。

2、在正常调节阀门位置的过程中，控制器20接受到汽轮机阀门位置指令信号后，与位移传感器6的实际位置信号比较，比较后控制器20产生一个4-20mA的电流信号作用于比例式电液转换器1的比例电磁铁上，比例电磁铁产生一个按线性比例放大的电磁力，使比例式电液转换器1按线性比例控制弹簧复位式断流滑阀2控制端的脉动油压值，从而控制弹簧复位式断流滑阀2的阀芯位移。通过控制弹簧复位式断流滑阀2的阀芯位移进一步液压油缸5的无杆腔11或者有杆腔10中的油液接通压力油口或回油口16，进而使活塞杆12产生运动对阀门运动机构18进行控制。同时通过控制器20采集位移传感器6的实时信号与指令信号做差值比较，直至差值为零时，完成阀门开度的控制。

3、当汽轮机需要单独快速关闭此阀门时，控制系统向控制器20下发关闭指令，控制器20指令电磁换向阀3带电动作可将插装卸荷阀4控制腔的安全油与回油口16接通，卸掉安全油压，插装卸荷阀4迅速开启进而使插装卸荷阀4工作腔的脉动油与回油口16接通，进而卸掉脉动油道19中的脉动油压，弹簧复位式断流滑阀2的阀芯在复位弹簧力的作用下迅速向一侧完全偏移，此时弹簧复位式断流滑阀2的通流能力达到最大，从而使液压油缸5的无杆腔11接通压力油，有杆腔10接通回油，进而快速驱动该汽轮机阀门关闭。

4、当工业驱动汽轮机在危急遮断工况时，汽轮机控制系统指令危急遮断装置动作快速卸掉整个系统的安全油压，此时插装卸荷阀4控制腔的安全油压则通过单向阀7和安全油口15快速卸掉。则插装卸荷阀4迅速开启进而使插装卸荷阀4工作腔的脉动油与回油口16接通，进而卸掉脉动油道19中的脉动油压，弹簧复位式断流滑阀2的阀芯在复位弹簧力的作用下迅速向一侧完全偏移，此时弹簧复位式断流滑阀2的通流能力达到最大，从而使液压油缸5的无杆腔11接通压力油，有杆腔10接通回油，进而快速驱动该汽轮机阀门关闭。从而满足汽轮机在危急工况下控制系统指令危急遮断装置动作来达到快速关闭所有汽轮机阀门的目的。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，主要区别在于：

所述活塞杆12通过杠杆机构与阀门运动机构18相连。其中，所述杠杆机构包括杠杆体17，杠杆体17的两端分别与活塞杆12和阀门运动机构18活动连接，杠杆体17上靠近阀门运动机构18处设置有用于安装杠杆体17的支撑轴承21。通过杠杆机构与工业驱动汽轮机阀门连接，杠杆机构固定的杠杆比能够实现在较小液压出力下获得较大的安全裕度，进而能克服阀门蒸汽力和弹簧力达到控制阀位的目的。

本实施例在实际实施时，在杠杆体17的两端、液压油缸5的底端和活塞杆12顶端均设计成关节轴承型式，将液压油缸5的安装在支架上，再通过活塞杆12与杠杆体17一端连接，杠杆体17的另一端与阀门运动机构18连接。最终保证液压油缸5和阀门分别只在一个自由度上运动，进而保证了整个机构的可靠性和安全性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (7)

1.一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：包括控制器（20）、液压油缸（5）、油缸控制机构、位移传感器（6）和阀门运动机构（18），所述油缸控制机构包括比例式电液转换器（1）、弹簧复位式断流滑阀（2）、电磁换向阀（3）、插装卸荷阀（4）和脉动油道（19），电磁换向阀（3）分别与安全油口（15）、回油口（16）和插装卸荷阀（4）的控制腔相连，比例式电液转换器（1）分别与压力油口、回油口（16）和弹簧复位式断流滑阀（2）的控制端相连，插装卸荷阀（4）的工作腔分别与回油口（16）和脉动油道（19）的第一端相连，脉动油道（19）的第二端连接在比例式电液转换器（1）与弹簧复位式断流滑阀（2）之间；所述液压油缸（5）包括有杆腔（10）、无杆腔（11）和活塞杆（12），有杆腔（10）通过弹簧复位式断流滑阀（2）的控制油腔与回油口（16）相连，无杆腔（11）通过弹簧复位式断流滑阀（2）的控制油腔与压力油口相连，活塞杆（12）与阀门运动机构（18）相连；所述位移传感器（6）设置在活塞杆（12）上，所述控制器（20）分别与位移传感器（6）、比例式电液转换器（1）和电磁换向阀（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：所述插装卸荷阀（4）与安全油口（15）之间设置有与电磁换向阀（3）并联的单向阀（7）。

3.根据权利要求1所述的一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：所述油缸控制机构还包括测压接头（9），测压接头（9）分别设置在脉动油道（19）的第二端、弹簧复位式断流滑阀（2）与有杆腔（10）之间、弹簧复位式断流滑阀（2）与无杆腔（11）之间和回油口（16）的油口端。

4.根据权利要求1所述的一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：所述电磁换向阀（3）与安全油口（15）之间设置有液压阻尼器（8）。

5.根据权利要求1所述的一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：所述压力油口包括第一压力油口（13）和第二压力油口（14），比例式电液转换器（1）与第一压力油口（13）相连，液压油缸（5）的无杆腔（11）通过弹簧复位式断流滑阀（2）的控制油腔与第二压力油口（14）相连。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：所述活塞杆（12）通过杠杆机构与阀门运动机构（18）相连。

7.根据权利要求6所述的一种基于电液比例控制技术的汽轮机阀门控制装置，其特征在于：所述杠杆机构包括杠杆体（17），杠杆体（17）的两端分别与活塞杆（12）和阀门运动机构（18）活动连接，杠杆体（17）上靠近阀门运动机构（18）处设置有用于安装杠杆体（17）的支撑轴承（21）。

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