CN219549251U - 一种三冗余调速器机械液压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种三冗余调速器机械液压系统，其包括主配压阀、比例阀，主配压阀内设置有引导阀与执行器控制腔，所述引导阀延伸至执行器控制腔内；比例阀连通执行器控制腔，用于向执行器控制腔送油或回油；还包括伺服电机与数字阀，伺服电机安装在主配压阀上，用于驱动引导阀进行移动；数字阀连通执行器控制腔，用于向执行器控制腔送油或回油；所述比例阀、伺服电机与数字阀择一对引导阀进行控制。该三冗余调速器机械液压系统，通过设置比例阀、数字阀和伺服电机形成三冗余控制结构，提高主配压阀的控制稳定，并可应对多种故障情况的出现，同时兼具有电机式、比例阀式和数字阀式的优点，其可靠性和调节品质远优于单通道与双通道结构。

Description

一种三冗余调速器机械液压系统

技术领域

本实用新型涉及液压控制系统技术领域，尤其涉及一种三冗余调速器机械液压系统。

背景技术

主配压阀是水轮机调速器机械液压系统的功率级液压放大器，它通过电液转换器或电机将电信号转换放大成相应方向的、与其成比例的、满足接力器流量要求的液压信号，控制接力器的开启或关闭，主配压阀推动接力器进而推动水轮机进水口导叶，以实现对水轮机进水流量的控制，从而达到控制水轮机转速的目的，目前行业内常见的主配压阀驱动方式有两种，其一为使用比例阀/伺服比例阀推动液压油推动主配阀芯进行轴向移动，其二为使用伺服电机/步进电机带动滚珠丝杠将旋转转变为直线位移带动主配阀芯进行轴向移动。

例如授权公告号为CN201412264Y的“大通径液压控制型主配压阀”，其就是通过伺服比例阀进行主配压阀阀芯控制，但是在使用过程中，比例阀故障或者连接比例阀的传感器故障后，比例阀均无法正常作业，该方案通过设置一个冗余比例阀，在比例阀故障后切换比例阀，但是在传感器故障或比例阀由于油污堵塞后，切换比例阀已无法完全解决问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种三冗余调速器机械液压系统，通过设置比例阀、伺服电机与数字阀，形成多冗余结构，对主配压阀进行控制，保障主配压阀的正常作业。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种三冗余调速器机械液压系统，其包括主配压阀、比例阀，其中，

主配压阀包括阀体与引导阀，所述引导阀可活动的设置在阀体上，所述阀体内设置有执行器控制腔，所述引导阀延伸至执行器控制腔内，当液压油进入或排出所述执行器控制腔时，所述引导阀配合移动；

比例阀连通执行器控制腔，用于向执行器控制腔送油或回油；

还包括伺服电机与数字阀，其中，

伺服电机安装在主配压阀上，并与引导阀传动连接，用于推动引导阀相对于阀体进行移动；

数字阀连通执行器控制腔，用于向执行器控制腔送油或回油；

所述比例阀、伺服电机与数字阀择一控制引导阀进行移动。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括滤油器，所述滤油器的输入端连通供油管路，输出端与比例阀和数字阀连通。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括比例数字切换单元，所述比例数字切换单元连通执行器控制腔，并与比例阀和数字阀连通，用于选择比例阀或数字阀连通执行器控制腔。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括控制阀切换单元，所述控制阀切换单元连通执行器控制腔，并与比例阀和数字阀连通，用于比例阀、数字阀和执行器控制腔间的通断控制。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括断电关机阀，所述断电关机阀连通执行器控制腔，并与比例阀和数字阀连通，用于比例阀、数字阀和执行器控制腔间的通断控制。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括紧急停机单元，所述紧急停机单元连通执行器控制腔，并与比例阀和数字阀连通，用于比例阀、数字阀和执行器控制腔间的通断控制。

进一步优选的，所述比例数字切换单元包括第一阀块与第一切换阀，其中，

第一阀块连通执行器控制腔，并与比例阀和数字阀连通，所述第一阀块用于连通比例阀和执行器控制腔，或者数字阀和执行器控制腔；

第一切换阀与第一阀块的控制端连通，用于切换第一阀块的工作状态。

进一步优选的，所述控制阀切换单元包括第二阀块与第二切换阀，其中，

第二阀块连通执行器控制腔，并与比例阀或数字阀连通，用于切断比例阀或数字阀与执行器控制腔的连通状态；

第二切换阀与第二阀块的控制端连通，用于切换第二阀块的工作状态。

进一步优选的，所述紧急停机单元包括第三阀块与急停控制阀，其中，

第三阀块连通执行器控制腔，并与比例阀或数字阀连通，用于切断比例阀或数字阀与执行器控制腔的连通状态；

急停控制阀与第三阀块的控制端连通，用于切换第三阀块的工作状态。

本实用新型的三冗余调速器机械液压系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置比例阀、数字阀和伺服电机形成三冗余控制结构，提高主配压阀的控制稳定，并可应对多种故障情况的出现，同时兼具有电机式、比例阀式和数字阀式的优点，其可靠性和调节品质远优于单通道与双通道结构；

(2)设置断电关机阀与紧急停机单元，使得断电后或接收到紧急停机信号后，执行器控制腔通过急停控制阀或断电关机阀与排油接通，主配压阀可自动复位，提高主配压阀使用的稳定性，同时可避免较多意外情况的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的三冗余调速器机械液压系统的结构示意图；

图2为本实用新型的三冗余调速器机械液压系统的控制油路示意图；

图3为本实用新型的三冗余调速器机械液压系统的主配压阀结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，本实用新型的三冗余调速器机械液压系统，其包括主配压阀1、比例阀2、伺服电机3与数字阀4。

主配压阀1包括阀体12、主活塞、执行器缸体与引导阀11，同时执行器缸体上设置了执行器控制腔101，引导阀11活动设置在阀体12上，执行器缸体与阀体12固定，主活塞设置在阀体12内，且可跟随引导阀11进行动作，引导阀11一端延伸至执行器控制腔101，且该端部在执行器控制腔101内形成活塞结构，通过向执行器控制腔101进行送油或回油，即可带动引导阀11相对于执行器缸体进行移动。

比例阀2连通执行器控制腔101与供油油路，其具有三种工作状态，第一种为断开执行器控制腔101与供油油路的连通，第二种为连通执行器控制腔101与供油油路，第三种为断开执行器控制腔101与供油油路的连通，并将执行器控制腔101连接回油油路，比例阀2在第二种与第三种工作状态时，均可通过液压油推动引导阀11在执行器控制腔101内移动。

比例阀2是电液转换器，它是一种电气控制的高响应高精度流量控制阀，在大型和特大型数字式调速器中得到广泛的应用，由比例阀2作为电液转换器组成的数字式电液调速器在电站的试验运行结果表明，水轮机调节系统具有优秀的静态和动态性能。比例阀2的功能是把微机调节器输出的电气控制信号转换为与其成比例的流量输出信号，用于控制带辅助接力器的液压控制型主配压阀。

伺服电机3安装在主配压阀1上，并通过滚珠丝杆进行动力转换，实现引导阀11的推动作业，同时滚珠丝杆也是主配压阀1复中装置的一部分。

需要说明的是，在采用伺服电机3进行控制时，需要引导阀11在执行器控制腔101内动作时，油液可自动补充或回油，以适应引导阀11的动作，且在比例阀2进行控制的过程中，伺服电机3无法进行控制动作。

在伺服电机3上设置有可人工控制的手轮，比例阀2在未故障时，也可切换至伺服电机3由人工进行控制。

伺服电机3优选为直流伺服电机，直流伺服电机是电液转换器，它是一种综合了步进电机及交流伺服电机两者优点的伺服定位控制器件，直流伺服电机上配置了编码器，实现了位置和速度的闭环控制，其控制性能更为稳定可靠。同时具有以下优点：1、取消了引导阀位移传感器，提高了系统可靠性；2、细分设置范围200-51200步/转，控制精度高；3、编码器分辨率为20000脉冲/圈；4、可编程驱动器，具有8路数字量输入、4路数字量输出、2路12位模拟量输入，拥有先进的电流控制算法，更辅以强大的编程软件和控制逻辑，可编写运动控制程序驻留其中，在多轴系统中只需要简单数字信号或开关信号就可以调用驻留的程序，使系统更加简单，并具有过压、欠压、过温、过流、电机绕组开路保护，更重要的是整个控制部件无需任何调整。

数字阀4连通执行器控制腔101，连通执行器控制腔101与供油油路，其具有三种工作状态，且与比例阀2的三种工作状态相同，在数字阀4进行引导阀11控制时，比例阀2与伺服电机3均停止对引导阀11的控制，在引导阀11的具体控制过程中，仅通过数字阀4、比例阀2和伺服电机3中的一个进行控制。

数字阀4相对于比例阀2具有能直接与计算机接口，不需D/A转换器，结构简单，抗污染能力强，工作可靠等优点，数字阀4的输出量能准确、可靠地由脉冲频率或宽度调节控制，抗干扰能力强，而且滞环小，重复精度高，可得到较高的开环控制精度。

通过比例阀2、数字阀4和伺服电机3形成三冗余控制结构，提高主配压阀1的控制稳定，并可应对多种故障情况的出现。

在本实施方式中，还包括滤油器5，所述滤油器5的输入端连通供油管路，输出端与比例阀2和数字阀4连通，在本系统中，供油管路所送入油液均首先通过滤油器5进行过滤，以避免油污中颗粒物过大导致阀门堵塞。

在本实施方式中，还设置了比例数字切换单元6，所述比例数字切换单元6连通执行器控制腔101，并与比例阀2和数字阀4连通，通过设置的比例数字切换单元6进行比例阀2与数字阀4间的切换动作，即对执行器控制腔101进行供油或回油的比例阀2与数字阀4进行相互切换。

具体的，比例数字切换单元6包括第一阀块61与第一切换阀62，第一阀块61连通执行器控制腔101，并与比例阀2和数字阀4连通，第一阀块61具有两种工作状态，第一种将比例阀2与执行器控制腔101进行连通，第二种将数字阀4与执行器控制腔101进行连通，通过改变第一阀块61的工作状态，实现比例阀2与数字阀4的切换，第一切换阀62与第一阀块61的控制端连通，同时第一切换阀62连通回油油路与供油油路，第一切换阀62通过连接第一阀块61的控制端，并控制回油或供油，实现第一阀块61工作状态的切换，第一切换阀62可选优为电磁阀，由按钮进行控制动作。

在本实施方式中，还设置了控制阀切换单元7，所述控制阀切换单元7连通执行器控制腔101，并与比例阀2和数字阀4连通，具体的，控制阀切换单元7通过比例数字切换单元6连接比例阀2和数字阀4，控制阀切换单元7可直接通过切断比例数字切换单元6与执行器控制腔101的连通状态，来断开比例阀2、数字阀4和执行器控制腔101的连通关系。

具体的，所述控制阀切换单元7包括第二阀块71与第二切换阀72，第二阀块71连通执行器控制腔101，并与比例数字切换单元6连通，具体连通比例数字切换单元6中的第一阀块61，第二阀块71具有两种工作状态，第一种将比例数字切换单元6与执行器控制腔101进行导通，此状态为比例阀2或数字阀4进行工作的模式，第二种将比例数字切换单元6与执行器控制腔101进行断开，即断开比例阀2、数字阀4和执行器控制腔101的连通，此状态为切换至伺服电机3进行控制，第二切换阀72与第二阀块71的控制端连通，与第一切换阀62相同的，第二切换阀72连接供油油路和回油油路，通过向第二阀块71的控制端进行供油或回油，改变第二阀块71的工作状态。

作为一种优选实施方式，还设置了断电关机阀8，所述断电关机阀8连通执行器控制腔101，并与比例阀2和数字阀4连通，具体与控制阀切换单元7中的第二阀块71连通，通过第二阀块71连接比例阀2和数字阀4，断电关机阀8可采用电磁阀，通电时连通第二阀块71与执行器控制腔101，断电后，断开第二阀块71与执行器控制腔101的连接，并将执行器控制腔101与回油油路连通，将执行器控制腔101内的液压油排出。

在上述实施方式中，还设置了紧急停机单元9，所述紧急停机单元9连通执行器控制腔101，并连通断电关机阀8，通过断电关机阀8连通比例阀2与数字阀4，紧急停机单元9在紧急情况下可实现调速器的快速关机。

具体的，所述紧急停机单元9包括第三阀块91与急停控制阀92，第三阀块91连通执行器控制腔101，并与通过断电关机阀8连通比例阀2或数字阀4，可切断比例阀2或数字阀4与执行器控制腔101的连通状态，急停控制阀92与第三阀块91的控制端连通，急停控制阀92与第二切换阀72的控制原理相同，在调速器接收到紧急停机命令时，急停控制阀92线圈带电，阀芯移动为急停状态，执行器控制腔101通过急停控制阀92与排油接通。

需要说明的是，本实施方式中的各个控制阀及控制单元均以阀块的形式固定在主配压阀1上，图1-2中的油路仅为方便展示所做的原理示意。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三冗余调速器机械液压系统，其包括主配压阀(1)、比例阀(2)，其中，

主配压阀(1)包括阀体(12)与引导阀(11)，所述引导阀(11)可活动的设置在阀体(12)上，所述阀体(12)内设置有执行器控制腔(101)，所述引导阀(11)延伸至执行器控制腔(101)内，当液压油进入或排出所述执行器控制腔(101)时，所述引导阀(11)配合移动；

比例阀(2)连通执行器控制腔(101)，用于向执行器控制腔(101)送油或回油；

其特征在于：还包括伺服电机(3)与数字阀(4)，其中，

伺服电机(3)安装在主配压阀(1)上，并与引导阀(11)传动连接，用于推动引导阀(11)相对于阀体(12)进行移动；

数字阀(4)连通执行器控制腔(101)，用于向执行器控制腔(101)送油或回油；

所述比例阀(2)、伺服电机(3)与数字阀(4)择一控制引导阀(11)进行移动。

2.如权利要求1所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：还包括滤油器(5)，所述滤油器(5)的输入端连通供油管路，输出端与比例阀(2)和数字阀(4)连通。

3.如权利要求1所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：还包括比例数字切换单元(6)，所述比例数字切换单元(6)连通执行器控制腔(101)，并与比例阀(2)和数字阀(4)连通，用于选择比例阀(2)或数字阀(4)连通执行器控制腔(101)。

4.如权利要求1所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：还包括控制阀切换单元(7)，所述控制阀切换单元(7)连通执行器控制腔(101)，并与比例阀(2)和数字阀(4)连通，用于比例阀(2)、数字阀(4)和执行器控制腔(101)间的通断控制。

5.如权利要求1所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：还包括断电关机阀(8)，所述断电关机阀(8)连通执行器控制腔(101)，并与比例阀(2)和数字阀(4)连通，用于比例阀(2)、数字阀(4)和执行器控制腔(101)间的通断控制。

6.如权利要求1所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：还包括紧急停机单元(9)，所述紧急停机单元(9)连通执行器控制腔(101)，并与比例阀(2)和数字阀(4)连通，用于比例阀(2)、数字阀(4)和执行器控制腔(101)间的通断控制。

7.如权利要求3所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：所述比例数字切换单元(6)包括第一阀块(61)与第一切换阀(62)，其中，

第一阀块(61)连通执行器控制腔(101)，并与比例阀(2)和数字阀(4)连通，所述第一阀块(61)用于连通比例阀(2)和执行器控制腔(101)，或者数字阀(4)和执行器控制腔(101)；

第一切换阀(62)与第一阀块(61)的控制端连通，用于切换第一阀块(61)的连通状态。

8.如权利要求4所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：所述控制阀切换单元(7)包括第二阀块(71)与第二切换阀(72)，其中，

第二阀块(71)连通执行器控制腔(101)，并与比例阀(2)或数字阀(4)连通，用于切断比例阀(2)或数字阀(4)与执行器控制腔(101)的连通状态；

第二切换阀(72)与第二阀块(71)的控制端连通，用于切换第二阀块(71)的连通状态。

9.如权利要求6所述的三冗余调速器机械液压系统，其特征在于：所述紧急停机单元(9)包括第三阀块(91)与急停控制阀(92)，其中，

第三阀块(91)连通执行器控制腔(101)，并与比例阀(2)或数字阀(4)连通，用于切断比例阀(2)或数字阀(4)与执行器控制腔(101)的连通状态；

急停控制阀(92)与第三阀块(91)的控制端连通，用于切换第三阀块(91)的连通状态。