CN2864145Y - 液压控制型主配压阀多功能操作机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液压控制型主配压阀多功能操作机构。涉及水轮发电机的调节机构，尤其是一种采用液压控制形式的适用于大型水轮机组的比例伺服阀微机调速器机构。在主配压阀控制腔油路中串接了液控阀、急停液控阀、手动操作阀，其中液控阀、急停液控阀分别与紧急停机阀组有油路相连，手动操作阀与液控功能阀有油路相连；主配压阀活塞的自动定位机构与液控功能阀有油路相连；液控阀还与手自动切换阀、液控功能阀、手动操作阀有油路相连；液控功能阀与紧急停机阀组有油路相连，以上元件之间的油路相互连通组成多功能操作机构。本实用新型是一种全液压的多功能操作机构，设计了严谨的液压逻辑回路，能正确地实现多种操作功能。

Description

液压控制型主配压阀多功能操作机构

技术领域

本实用新型涉及水轮发电机的调节机构，尤其是一种采用液压控制形式的适用于大型水轮机组的比例伺服阀微机调速器机构

背景技术

随着现代水电技术的发展，对水轮机调速器的性能及功能提出了许多新的更严格的要求，特别要求调速器的功能越齐全越好。但是，现有技术中的一些大型水轮机组的操作系统主要是全自动调速器，一旦出现故障，就立即全部关机，这往往带来电网频率波动等一系列的问题。所以，在我国，水轮机调速器一般均要求有手动操作功能，为实现手动功能常采用钢丝绳和杠杆反馈的方式，这种方式结构复杂，安装困难，并或多或少影响自动操作系统的可靠性。尤其是目前调速器多使用流量输出的电液转换器，要实现手动功能与自动功能并存难度更大。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种液压控制型主配压阀多功能操作机构，它结构新颖，安装容易，具有严谨的液压逻辑回路，使操作机构具有多种操作功能。它能保证自动操作的可靠性，当水轮机出现故障时，又能无条件自动切换到手动操作机构使接力器不动并保持原有开度；具有手动开停机操作和负荷调整操作功能；机组甩负荷时能自动关机到空载；还有多重保护功能等。

本实用新型的技术方案是这样的：液压控制型主配压阀多功能操作机构含有液压控制型主配压阀和与其接口实现电液转换的比例伺服阀，主配压阀输出端与水轮机的接力器相连，接力器还与导叶位置开关相连，与主配压阀相连的还有精双滤油器。在主配压阀控制腔油路中串接了液控阀、急停液控阀、手动操作阀，其中液控阀、急停液控阀分别与紧急停机阀组有油路相连，手动操作阀与液控功能阀有油路相连；设置了主配压阀活塞的自动定位机构，自动定位机构与液控功能阀有油路相连；液控阀还与手自动切换阀、液控功能阀、手动操作阀有油路相连；液控功能阀与紧急停机阀组有油路相连，以上元件之间的油路相互连通组成多功能操作机构。

液控功能阀是一个特殊设计的两位四通的液控阀，阀芯与三路控制油路相连通，其中面积最大的A腔与紧急停机阀组或手动操作阀的控制油路相连，面积次之的B腔与手自动切换阀的控制油路相连，面积最小的C腔与压力油油路相连；其中有一个工作腔连接于自动定位机构；与液控功能阀B腔相连的手自动切换阀还与液控阀有油路相连，并设置有手动按钮。

所述的紧急停机阀组由手动紧急停机阀和电动紧急停机阀两个阀串连而成，其输出端油路与液控阀、液控功能阀以及急停液控阀相连。

所述的串接在主配压阀控制腔油路中的液控阀是一个两位四通的液控阀，其阀芯与手自动切换阀或紧急停机阀组有油路相连，它还与急停液控阀和切换阀有油路相连。

手动操作阀是改进的设置有手动操作柄的电磁换向阀，其一个工作腔油路连于急停液控阀，一个工作腔油路连接于液控功能阀，一个工作腔油路连接于压力油，一个工作腔油路连接于回油。

本实用新型的多功能操作机构是一种全液压的多功能操作机构，它突破了传统，采用了全新的结构，设计了严谨的液压逻辑回路，使本多功能操作机构能正确地实现多种操作功能。其突出的特点简述如下：

1、当调速器的自动调节系统发生故障时，本操作机构能使调速器无条件自动切换到手动操作机构，并使接力器不动，保持故障前的开度。

2、本全液压多功能操作机构具有开停机操作和负荷调整操作功能，保证机组稳定运行。

3、在手动操作工况下，万一机组甩负荷，本全液压多功能操作机构能使机组自动关机到空载。

4、本全液压多功能操作机构能使主配压阀自动液压定位，正确复中，使接力器不动。

5、本全液压多功能操作机构具有多重保护功能，能保证机组运行的可靠性。

6、本全液压多功能操作机构的液控功能阀，采用液压定位、双向差压控制，能可靠地实现功能的转换。

附图说明

附图1是普通液压控制主配压阀液压操作系统原理图；

附图2是本实用新型液压操作系统原理图；

附图3是急停液控阀连接示意图；

附图4是液控功能阀连接示意图；

附图5是手自动切换阀连接示意图；

附图6是紧急停机阀组连接示意图；

附图7是手动操作阀连接示意图；

附图8是液控阀连接示意图；

附图9是自动定位机构连接示意图；

附图10是梭阀连接示意图。

附图中标记分述如下：1——精双滤油器；2——来自油源的压力油；3——导叶开机时间调整；4——直线位移传感器；5——导叶接力器；6——导叶位置开关；7——主配压阀；8——导叶关机时间调整；9——自动定位机构；10——比例伺服阀A；11——液控功能阀；12——手自动切换阀；13——比例伺服阀B；14——切换阀；15——手动操作阀；16——急停液控阀；17——液控阀；18——梭阀A；19——梭阀B；20——手动紧急停机阀；21——电动紧急停机阀；22——手动控钮；23——压力油；24——回油；25——控制油。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，这是一个典型的液控型主配压阀构成的水轮机调速器机械液压系统，主配压阀7的控制是由恒压腔(小腔、通压力油)和控制腔(大腔、通控制油)实现的。与主配压阀7接口的电液转换器为比例伺服阀10、13，其输出引至主配压阀7的控制腔。

调速器在自动工况时，比例伺服阀将输入的电气信号，按比例转换为压力/流量信号输出，驱动主配压阀，经液压放大最终操作水轮机的接力器。

电动或手动紧急停机阀动作时，将比例伺服阀控制油切除，同时撤出主配压阀控制腔的油液，使主配压阀的活塞向关机方向运动，接力器紧急停机。调速器保证了紧急停机优先功能。

现有技术的调速器只能实现自动运行，当电源消失或比例伺服阀发生故障时，主配压阀将使接力器全关。这样不利于保证电网的安全，为了保证电网的安全，一般要求主配压阀能够自复中，接力器保持在当时开度，并且能够手动运行或安全关机。另外，机组在安装和调试过程中也需要进行手动操作。

如图2所示，本液压控制型主配压阀多功能操作机构在原有的液压系统基础上，在主配压阀7控制腔油路中串联了液控阀17，它由附加的液压元件控制。在保证了紧急停机功能处于优先级状态的条件下，使系统新增了主配压阀自复中功能、手自动切换功能和手动操作功能。

增加的液压元件中有自行设计的主配压阀活塞自动定位机构9，以及一种特殊的液控功能阀11。其余均为标准的液压元件。

本液压控制型主配压阀多功能操作机构组成的主要元件有：手动紧急停机阀20、电动紧急停机阀21、手动操作阀15、液控阀17、液控功能阀11、急停液控阀16、手自动切换阀12、梭阀18、19等。

本多功能操作机构具有的功能分述如下：

1、液压自动开关机操作功能：如图2所示为自动控制工况，作为电液转换元件的比例伺服阀接受电气信号，成比例地转换为流量控制信号，经过切换阀14、液控阀17进入主配压阀7的控制腔，控制主配压阀运动，实现接力器的开关机控制，其余阀类均处于正常位(a位)。

2、液压手自动切换功能：此功能即自动模式切换到手动模式。此时，手自动切换阀断电或手动操作使阀芯换位(至b位)，压力油通过手自动切换阀12进入液控阀17，液控阀17的阀芯受压(至b位)切断了比例伺服阀的控制油路，并且使主配压阀7的控制腔通回油，使主活塞有向关机方向运动的趋势；同时液控功能阀11的阀芯受压换位(至b位)，压力油进入主配压阀7的自动定位机构9，将主活塞顶回中位，主配压阀7关闭了工作窗口，接力器5停止在当时的开度；实现了接力器自动向手动无扰动的液压切换。

3、液压自复中功能：如上第2点所述，在电源消失和故障时，手自动切换阀12断电换位(至b位)，能将主配压阀7的主活塞顶回中位，即实现电站提出的在交直流电消失时主配压阀7复中，接力器停止在当时开度的要求。

4、液压纯手动操作功能：在液压手自动切换后(手自动切换阀12、液控功能阀11、液控阀17均处于b位)，可操作手动操作阀15，手动操作阀15在b位时压力油进入主配压阀7的控制腔，接力器5开启，松开手柄，手动操作阀15回中位，主配压阀7控制腔通回油，活塞回到中位，接力器5停止在预定开度。当手动操作阀15在a位时，主配压阀7控制腔通回油，手动操作阀15另一条压力油进入液控功能阀11，液控功能阀11阀芯至a位，主配压阀自动定位机构9通回油，不影响主活塞向关闭方向运动，接力器5关闭至预定开度时，松开手柄，接力器5停止。

5、液压紧急停机操作功能：(1)在自动工况下，除了比例伺服阀，其余阀类均处于正常位(均在a位)，手动紧急停机阀20或电动紧急停机阀21中任一个阀动作，阀芯处于b位时，压力油由紧急停机阀进入液控功能阀11、液控阀17，使液控功能阀11处于a位，液控阀17处于b位，接力器5迅速可靠关机。(2)在手动工况下，液控功能阀11在b位，液控阀17在b位，手动操作阀15在中位。当紧急停机阀动作处于b位时，液控功能阀11换至a位，液控阀17处于b位，主配压阀7活塞向关机方向运动，接力器5迅速可靠关机。因此，无论调速器处于何种工况，紧急停机阀具有优先功能，能手动或电动可靠地关机。

6、液压保护功能：由于手动操作阀既可手动操作，又可电气控制，因此在纯手动控制方式下，万一机组甩负荷，电气控制手动操作阀15，能使机组自动关机至空载运行。

综上所述，本多功能操作机构是一个液压控制的全新回路，用液压方式实现了调速器的多种功能，特别适用于当前大型水轮机组的控制。它能满足机组要求的自动运行模式、纯机械液压手动运行模式、失电自复中、紧急停机优先等。

如图3所示，急停液控阀16是一个标准的两位四通阀，它的作用是在紧急停机时，切断手动操作阀15的控制油，使调速器能够顺利地实现紧急停机。阀的一个工作腔连与手动操作阀15；一个工作腔连与回油24；一个工作腔连与液控阀17。正常运行时，此阀处于a位，不起作用。紧急停机时，紧急停机阀20、21的压力油使它换位至b位，它切断了手动操作阀15的控制油，并使液控阀17的控制油通回油，接力器5关机。

图4所示此阀是一个特殊设计的两位四通的液控功能阀11，液控功能阀11是一种液压定位，双向差压控制的特殊阀，它控制自动定位机构9，可靠地实现功能的转换。它的作用是向自动定位机构9输出控制油。阀本身又受三路控制油控制：A腔受紧急停机阀组20、21的控制油或手动操作阀15控制油的控制；B腔受手自动切换阀12控制油控制；C腔始终通油压力油23。A腔的面积最大、B腔的面积次之，C腔的面积最小。它的一个工作腔连接于压力油；一个工作腔连接于回油；一个工作腔连接于自动定位机构9。

阀处于b位时，压力油进入自动定位机构9，自动定位机构9迫使主配压阀7活塞回到零位，接力器5停止运动；阀处于a位时，压力油撤出自动定位机构9，自动定位机构9不起作用，即不限制主配压阀7活塞的运动。下面的表格清楚地表示了此阀的功能转换：

	紧急停机状态	自动运行	主配压阀自复中或手动运行
				A控制腔	压力油	回油	回油
B控制腔	回油或压力油	回油	压力油
				C控制腔	压力油	压力油	压力油

图5所示是手自动切换阀12，此阀是一个单线圈的两位四通电磁换向阀，它的作用是向液控功能阀及液控阀输出控制油。此阀的一个工作腔连接于压力油；一个工作腔连接于回油；一个工作腔连接于液控阀17和液控功能阀11。如图所示为线圈得电时状态，阀芯处于a位，这时它输出的控制油接通回油，被控制的两个阀均处于a位，系统处于自动运行状态。b位为弹簧位，电磁阀断电时阀芯处于这个位，这时输出的控制油接通压力油，被控制的两个阀在压力油的作用下换位，处于b位，如果这时手动操作阀15不动作处于a位，接力器5就停止在当时的开度，实现自动运行工况切换至手动运行工况，或断电主配压阀7自复中功能。阀芯装有手动按钮22，可手动操作阀芯换位。

图6所示紧急停机阀组20、21，它有两个阀串连而成。在正常工作状态，均处于a位，紧急停机阀组不影响调速器的正常工作；需要紧急停机时，其中的任何一个阀处于b位，其输出的压力油将液控阀17、急停液控阀16切至b位，液控功能阀11切至a位，就可以切断正常工况的控制油路(比例伺服阀或手动操作阀)，同时使主配压阀7控制腔通回油，接力器5迅速关闭。恢复运行时，必须使本阀组复位。

图7是手动操作阀15，此阀是一个标准三位四通电磁换向阀，进行了简单的改造，使其既可手动操作，又可电气控制。主用是对调速器进行手动操作。它的一工作腔连于急停液控阀；一个工作腔连接于液控功能阀；一个工作腔连接于压力油；一个工作腔连接于回油。阀芯在中位(a位)时，去急停液控阀16和液控功能阀11的油液都通回油，这时接力器5停止。阀芯在b位时，液控功能阀11控制油通回油，急停液控阀16的油通压力油，这时接力器5开机。阀芯在c位时，液控功能阀11控制油通压力油，急停液控阀16的液压油通回油，接力器5关机。

图8是液控阀17，此阀的一个工作腔连接主配压阀7的控制腔；一个工作腔连接急停液控阀16；一个工作腔连于切换阀14。阀芯受手自动切换阀15或紧急停机阀组20、21的控制油控制。当阀的控制油都通回油时，弹簧使此阀处于a位，切换阀14的油液进入主配压阀7的控制腔，调速器处于自动运行状态；当阀的控制油是压力油时，此阀处于b位，手动操作阀15的控制油进入主配压阀7控制腔，调速器处于手动运行状态。

图9是自动定位机构9，图示中虚线所示是主配压阀7，自动定位机构9在液控功能阀11控制油的作用下，将主配压阀7的活塞限制或不限制在零位(窗口封闭位)，可以分别使接力器5停止运动或不影响接力器5关机。接力器5需要开启时，自动定位机构9不影响主活塞的运动，接力器5可以开启；当接力器5需要关闭时，使液控功能阀11处于a位，这时自动定位机构9的活塞退出对主配压阀7活塞的限制，不影响关机。自动定位机构9的中的活塞位置可以用螺母来进行调整，能够准确定位，并能可靠锁定，保证调整后的位置不变。

图10是梭阀18、19，梭阀具有三个腔室，a腔、b腔都连接于控制油，c腔是输出控制油的。当a腔进入压力控制油时，阀芯就会将b腔封死，让a腔与c腔连通，a腔的控制油进入了c腔。同理，当b腔进入压力控制油时，阀芯就会将a腔封死，让b腔与c腔连通，b腔的控制油进入了c腔。

Claims (5)

1、一种液压控制型主配压阀多功能操作机构，含有液压控制型主配压阀和与其接口实现电液转换的比例伺服阀，主配压阀输出端与水轮机的接力器相连，接力器还与导叶位置开关相连，与主配压阀相连的还有精双滤油器，其特征在于：在主配压阀(7)控制腔油路中串接了液控阀(17)、急停液控阀(16)、手动操作阀(15)，其中液控阀(17)、急停液控阀(16)分别与紧急停机阀组(20、21)有油路相连，手动操作阀(15)与液控功能阀(11)有油路相连；设置了主配压阀(7)活塞的自动定位机构(9)，自动定位机构(9)与液控功能阀(11)有油路相连；液控阀(17)还与手自动切换阀(12)、液控功能阀(11)、手动操作阀(15)有油路相连；液控功能阀(11)与紧急停机阀组(20、21)有油路相连，以上元件之间的油路相互连通组成多功能操作机构。

2、根据权利要求1所述的多功能操作机构，其特征在于：液控功能阀(11)是一个两位四通的液控阀，阀芯与三路控制油路相连通，其中面积最大的A腔与紧急停机阀组(20、21)或手动操作阀(15)的控制油路相连，面积次之的B腔与手自动切换阀(12)的控制油路相连，面积最小的C腔与压力油油路相连；其中有一个工作腔连接于自动定位机构(9)；与液控功能阀(11)B腔相连的手自动切换阀(12)还与液控阀(17)有油路相连，并设置有手动按钮(22)。

3、根据权利要求1所述的多功能操作机构，其特征在于：所述的紧急停机阀组由手动紧急停机阀(20)和电动紧急停机阀(21)两个阀串连而成，其输出端油路与液控阀(17)、液控功能阀(11)以及急停液控阀(16)相连。

4、根据权利要求1所述的多功能操作机构，其特征在于：所述的串接在主配压阀控制腔油路中的液控阀(17)是一个两位四通的液控阀，其阀芯与手自动切换阀(12)或紧急停机阀组(20、21)有油路相连，它还与急停液控阀(16)和切换阀(14)有油路相连。

5、根据权利要求1所述的多功能操作机构，其特征在于：手动操作阀(15)是设置有手动操作柄的电磁换向阀，其一个工作腔油路连接于急停液控阀(16)，一个工作腔油路连接于液控功能阀(11)，一个工作腔油路连接于压力油，一个工作腔油路连接于回油。

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