專利名稱：水輪機(jī)筒閥電液同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)電液壓一體化控制技術(shù)，具體涉及一種多液壓缸同步升降電液控制系 統(tǒng)，尤其涉及到用于水輪機(jī)筒閥開(kāi)啟和關(guān)閉的水輪機(jī)筒閥的電液同步控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
筒閥作為一種斷開(kāi)閥，安裝在水輪機(jī)固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉之間。筒閥關(guān)閉時(shí)，起到 止水閥的作用，阻止水流通過(guò)，以防導(dǎo)葉由于泥沙磨損而漏水過(guò)大；筒閥開(kāi)啟時(shí)，整個(gè) 筒體縮進(jìn)水輪機(jī)支撐環(huán)和頂蓋之間的腔室內(nèi)，對(duì)過(guò)機(jī)水流不造成干擾。此外，筒閥還具 有在水輪機(jī)飛逸時(shí)起到事故關(guān)閉的功能。因筒閥直徑大、重量重，其開(kāi)啟和關(guān)閉均由多 執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成。由于筒閥操作過(guò)程中本體結(jié)構(gòu)需水平、平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)，不能發(fā)生發(fā)卡現(xiàn)象， 因此需要有可靠的同步系統(tǒng)保證多執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同步運(yùn)行。目前，筒閥同步機(jī)構(gòu)廣泛采用 的方式有兩種機(jī)械同步和電液同步。機(jī)械同步主要由接力器驅(qū)動(dòng)鏈條實(shí)現(xiàn)，接力器活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)固定在其上的滾動(dòng) 旋轉(zhuǎn)螺母帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠端部連接齒輪，將筒閥接力器上下運(yùn)動(dòng)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，通過(guò)鏈條帶動(dòng)其它接力器上的齒輪同速旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)其它絲杠，實(shí)現(xiàn)多接力器同 步運(yùn)動(dòng)。雖然機(jī)械同步控制簡(jiǎn)單、操作方便，但存在接力器速度不能調(diào)節(jié)、鏈條易于脹 斷、布置空間大和噪聲大等缺點(diǎn)，因此，其應(yīng)用受到一定的局限?，F(xiàn)有的電液同步控制主要由.電液伺服(比例)閥、接力器和位移傳感器組成閉環(huán)控 制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，電液伺服閥控制接力器的運(yùn)行速度，位移傳感器測(cè)得的誤差傳給控制器， 對(duì)伺服(比例)閥做出調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)多接力器同步運(yùn)動(dòng)。電液同步控制系統(tǒng)戰(zhàn)地空間 小、噪音低、運(yùn)動(dòng)速度可控，但由于系統(tǒng)在失電的狀態(tài)下不能工作，所以其應(yīng)用也受到 一定的局限。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有水輪機(jī)筒閥同步控制系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，提出了一種機(jī)械、 液壓、電氣共同控制的模塊化布置方案，使問(wèn)題得到滿意的解決。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種由多液壓缸同步升降電液控制的水輪機(jī)筒閥控制裝置。 以下結(jié)合附圖1-3對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案予以說(shuō)明。水輪機(jī)筒閥電液同步控制系統(tǒng)，具有電液比例方向閥l、平衡閥2、單向減壓閥3、初始啟動(dòng)電磁閥4、控制模塊液控 單向閥5、液動(dòng)換向閥6、梭閥7、電磁換向閥8、手動(dòng)換向閥9、飛逸液動(dòng)換向閥IO、馬達(dá)11、配油模塊液控單向閥12、單向閥13、節(jié)流閥14、粗調(diào)電磁球閥15、微調(diào)電磁 球閥16、回油電磁換向閥17、位移傳感器18、接力器19和筒閥20等。電液同步控制 系統(tǒng)主要由控制閥組、六個(gè)同步分流馬達(dá)和六個(gè)配油模塊三部分組成。其中控制閥組由 電液比例方向閥l、平衡閥2、單向減壓閥3、初始啟動(dòng)電磁閥4、控制模塊液控單向閥 5、液動(dòng)換向閥6、梭閥7、電磁換向閥8、手動(dòng)換向閥9和飛逸液動(dòng)換向閥IO組成。每 個(gè)配油模塊均由配油模塊液控單.向閥12、單向閥13、節(jié)流閥14、粗調(diào)電磁球閥15、微 調(diào)電磁球閥16和回油電磁換向閥17、位移傳感器18和接力器19組成?？刂崎y組油路 的輸出分別接于六個(gè)同步分流馬達(dá)11-1 11-6及相應(yīng)的六個(gè)配油模塊，即每個(gè)分流馬 達(dá)均配有一個(gè)配油模塊。圖l、圖2中的實(shí)線均為工作油路管線；虛線為控制油路管線。 各閥組具體的連接方式為電液比例方向閥1的A口與平衡閥2的A口相接；電 液比例方向閥l的B 口和平衡閥2的X口接于單向減壓閥3的進(jìn)口；電液比例方向閥l 的T 口分別接于初始啟動(dòng)電磁閥4的T 口和控制模塊液控單向閥5的出油口 ；電液比例 方向閥1的P 口分別并聯(lián)接于初始啟動(dòng)電磁閥4、液動(dòng)換向閥6、電磁換向閥8、手動(dòng) 換向閥9、飛逸液動(dòng)換向閥10的P 口。電磁換向閥8、手動(dòng)換向闊9、飛逸液動(dòng)換向閥 IO三個(gè)閥的T 口接在一起?？刂崎y組中的梭閥設(shè)有兩個(gè)，第一個(gè)梭閥7-1的PP 口接于 配油模塊液控單向閥12的控油口；第一個(gè)梭閥7-1的A 口接于電磁換向閥8的A 口； 第一個(gè)梭閥7-1的B 口通過(guò)控油管線分別與第二個(gè)梭閥7-2 PP 口和液動(dòng)換向閥6的X 口 連接。第二個(gè)梭閥7-2的A 口接于手動(dòng)換向閥9的A 口 ；第二個(gè)梭閥7-2的B 口接于飛 逸液動(dòng)換向閥10的A 口。配油模塊中的單向閥13與節(jié)流閥14串聯(lián)、并且與配油模塊 液控單向閥12的出油口、粗調(diào)電磁球閥15的進(jìn)油口、微調(diào)電磁球閥16進(jìn)油口通過(guò)管 路接至接力器19的下腔。設(shè)計(jì)兩個(gè)粗調(diào)、微調(diào)電磁球閥，其目的是作為電氣同步調(diào)整 環(huán)節(jié)。位移傳感器18接收接力器19的位移信號(hào)，接力器19帶動(dòng)筒閥20做同步運(yùn)動(dòng)。 初始啟動(dòng)電磁闊4的A 口均與各自對(duì)應(yīng)配油模塊中的單向閥13相接，控制模塊液控單 向閥5的出油口并行連接六個(gè)分流馬達(dá)11-1 11-6，每個(gè)分流馬達(dá)均與各自相對(duì)應(yīng)的配 油模塊液控單向閥12的進(jìn)油口相接。即圖2所示的配油模塊結(jié)構(gòu)共計(jì)為六組。液動(dòng)換 向閥6的A 口與單向減壓閥3的出口油路并聯(lián)后與所對(duì)應(yīng)配油模塊中的回油電磁換向閥 17的P 口以及接力器19的上腔相接。回油電磁換向閥17的A 口接于粗調(diào)電磁球閥15 的出油口和微調(diào)電磁球閥16出油口及回油管線。上述所言及的電液比例方向閥1為三位四通閥；初始啟動(dòng)電磁閥4、液動(dòng)換向閥6、 電磁換向閥8、手動(dòng)換向閥9、飛逸液動(dòng)換向闊IO均為兩位四通閥；回油電磁換向閥17 為兩位三通閥。其中初始啟動(dòng)電磁閥4作兩位三通用；液動(dòng)換向閥6作兩位兩通用；電磁換向閥8、手動(dòng)換向閥9和飛逸液動(dòng)換向閥10均作兩位三通用?；赜碗姶艙Q向閥 17作兩位兩通用。本發(fā)明采用機(jī)械液壓電氣同步控制方式。液壓系統(tǒng)釆用同步分流馬達(dá)11實(shí)現(xiàn)液壓同步，所有電磁閥均采用PLC(可編程控制器)控制，實(shí)現(xiàn)精確同步和速度控制。其工作 過(guò)程是筒閥20上升或下降過(guò)程中，每個(gè)接力器頂端的位移傳感器18實(shí)時(shí)地將接力器 的位置信號(hào)反饋至PLC，由PLC比較六個(gè)接力器的位置，將位置最低的接力器的位置作 為基準(zhǔn)位置。然后分別將其它接力器的位置與之相比較，得出每個(gè)接力器的位置偏差。 同時(shí)根據(jù)接力器允許位置偏差曲線得出基準(zhǔn)位置的允許偏差。如果某個(gè)接力器的位置偏 差超過(guò)允許偏差的30%但小于70%時(shí)，對(duì)應(yīng)的微調(diào)電磁球閥16勵(lì)磁，將接力器19下腔 的油適量的排回油箱；當(dāng)位置偏差超過(guò)允許偏差的70%時(shí)，粗調(diào)電磁球閥15勵(lì)磁，將該 接力器下腔更多的油排回油箱。通過(guò)排油，減緩該接力器上升速度或加快其下降速度， 與其他接力器運(yùn)動(dòng)速度漸趨一致，從而保證六個(gè)接力器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的同步。筒閥在全關(guān)位置時(shí)，由于水力因素，需要較大的提升力才能使其開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，因此初 始啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度較小。同時(shí)為了防止筒閥在其行程的起始段和終止段產(chǎn)生發(fā)卡或撞 擊相鄰部件，在每個(gè)接力器的起始段和終止段，筒閥的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于中間段的運(yùn)動(dòng)速 度。在筒閥的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，PLC按照相應(yīng)速度曲線向電磁比例方向閥發(fā)送調(diào)節(jié)信號(hào)，比 例闊根據(jù)接收到的調(diào)節(jié)信號(hào)，控制開(kāi)啟側(cè)或關(guān)閉側(cè)的油口開(kāi)度，進(jìn)而控制接力器的開(kāi)啟 和關(guān)閉速度。


附圖1為本發(fā)明控制閥組各部件組成結(jié)構(gòu)圖。附圖2為本發(fā)明配油模塊各部件組成結(jié)構(gòu)圖。附圖3為水輪機(jī)筒閥立體效果圖。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。 系統(tǒng)采用機(jī)械液壓同步和電氣同步共同控制的方式以實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)筒閥的同步提升 和速度控制要求。本實(shí)施例采用六個(gè)接力器作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行裝置，為實(shí)現(xiàn)接力器液壓缸的同步控 制技術(shù)要求，通過(guò)保證每個(gè)接力器液壓缸進(jìn)出相等的油量來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)本實(shí)施例采用的馬達(dá)為徑向柱塞液壓馬達(dá)對(duì)液壓油進(jìn)行分流，以保證每個(gè)接力器液壓缸進(jìn)出油量的基本 相等。每個(gè)分流馬達(dá)有兩個(gè)輸油管，其中一個(gè)單獨(dú)連至與其相應(yīng)的接力器下腔，另一油 管引向控制閥組。由于六個(gè)分流馬達(dá)通過(guò)齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)同轉(zhuǎn)速，所以可保證每個(gè)分流馬 達(dá)輸出相同的流量。該類型馬達(dá)是可逆式的，所以無(wú)論在筒閥開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，均可 實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，液壓泵產(chǎn)生的壓力油經(jīng)過(guò)由電液比例方向閥1、平衡閥2、單向減壓 閥3、初始啟動(dòng)電磁閥4、控制模塊液控單向閥5、液動(dòng)換向閥6、梭閥7、電磁換向閥 8、手動(dòng)換向閥9和飛逸液動(dòng)換向閥IO組成的控制閥組和六個(gè)分流馬達(dá)，產(chǎn)生六路等流 量的液壓油，進(jìn)A"配油模塊"(由配油模塊液控單向閥12、單向閥13、節(jié)流閥14、 粗調(diào)電磁球閥15、微調(diào)電磁球閥16和回油電磁換向閥17組成)進(jìn)行精確流量調(diào)整，最 后進(jìn)入接力器19，實(shí)現(xiàn)筒閥20的開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作。接力器19的運(yùn)動(dòng)主要可以分為初 始提升、正常開(kāi)啟、正常關(guān)閉、斷電關(guān)閉和機(jī)組飛逸緊急關(guān)閉等。具體工作過(guò)程如下(1) 初始提升初始提升時(shí)，由于有液動(dòng)力的存在，提升力較正常時(shí)大，這時(shí)通過(guò)控制初始啟動(dòng)電 磁閥4、回油電磁換向閥17使其開(kāi)啟，這時(shí)油液經(jīng)初始啟動(dòng)電磁閥4、單向闊13、節(jié)流 閥14直接進(jìn)入接力器下腔；接力器上腔油液經(jīng)回油電磁換向閥17直接回油箱， 一定位 移后完成初始提升，使筒閥20下端密封脫離。(2) 正常開(kāi)啟筒閥20和下端密封脫離后進(jìn)入正常開(kāi)啟，此時(shí)初始啟動(dòng)電磁閥4、回油電磁換向閥 17關(guān)閉，油液經(jīng)電液比例方向閥l、平衡閥2進(jìn)入分流馬達(dá)，再經(jīng)配油模塊液控單向閥 12進(jìn)入接力器下腔；接力器上腔油液經(jīng)過(guò)單向減壓閥3的單向閥、電液比例方向閥1 返回油箱。(3) 正常關(guān)閉正常關(guān)閉時(shí)，電液比例方向閥l換向，反向供油，油液經(jīng)單向減壓闊3進(jìn)入接力器 上腔；同時(shí)平衡閥2通過(guò)液動(dòng)力將自身的平衡閥切換到反向節(jié)流狀態(tài)；配油模塊液控單 向閥12通過(guò)電磁換向閥8打開(kāi)，接力器下腔油液經(jīng)液控單向閥12、分流馬達(dá)14、平衡 闊2、電液比例方向閥l返回油箱。(4) 斷電關(guān)閉在斷電情況下，手動(dòng)操作手動(dòng)換向閥9，油液經(jīng)梭閥7開(kāi)啟配油模塊液控單向閥12， 此時(shí)第二個(gè)油液經(jīng)梭閥7-2打開(kāi)控制模塊液控單向閥5，接力器下腔油液經(jīng)配油模塊液控單向閥12、分流馬達(dá)、控制模塊液控單向闊5返回油箱。與此同時(shí)手動(dòng)換向閥9開(kāi)啟 液動(dòng)閥6，壓力油經(jīng)液動(dòng)閥6進(jìn)入接力器上腔，接力器19在壓力油作用下關(guān)閉筒閥20。 (5)機(jī)組飛逸緊急關(guān)閉當(dāng)機(jī)組過(guò)速保護(hù)裝置發(fā)出油壓信號(hào)時(shí)，飛逸液動(dòng)換向閥10換向，油液經(jīng)第一個(gè)梭 閥7-1開(kāi)啟配油模塊液控單向閥12、經(jīng)第二個(gè)梭閥7-2打開(kāi)控制模塊液動(dòng)單向閥5，接 力器19下腔油液經(jīng)配油模塊液控單向閥12、分流馬達(dá)、控制模塊液控單向閥5返回油 箱；飛逸液動(dòng)液動(dòng)閥10的動(dòng)作同時(shí)打開(kāi)液動(dòng)換向閥6，此時(shí)壓力油經(jīng)液動(dòng)閥6進(jìn)入接力 器上腔，接力器19在壓力油的作用下關(guān)閉筒閥20。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果體現(xiàn)于(1)由于采用電液比例方向閥，水輪機(jī)筒閥開(kāi)啟 和關(guān)閉的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可調(diào)；(2)接力器同步運(yùn)動(dòng)可由分流馬達(dá)和電氣同步調(diào)整電磁閥兩級(jí) 保證，同步運(yùn)動(dòng)精度高；(3)在系統(tǒng)失電的情況下，仍可手動(dòng)關(guān)閉水輪機(jī)筒閥，系統(tǒng)同 步可由分流馬達(dá)保證；(4)在機(jī)組飛逸、系統(tǒng)失電的情況下也可動(dòng)水關(guān)閉水輪機(jī)筒閥， 系統(tǒng)同步可由分流馬達(dá)保證；(5)水輪機(jī)筒閥啟閉的噪音較機(jī)械同步系統(tǒng)小。其有益效 果體現(xiàn)在，在功能齊全，安全可靠的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制電液比例方向閥的流量控制接力 器的速度，實(shí)現(xiàn)了高精度機(jī)械液壓電氣同步控制和速度控制要求。
權(quán)利要求
1.水輪機(jī)筒閥電液同步控制系統(tǒng)，具有電液比例方向閥(1)、平衡閥(2)、單向減壓閥(3)、初始啟動(dòng)電磁閥(4)、控制模塊液控單向閥(5)、液動(dòng)換向閥(6)、梭閥(7)、電磁換向閥(8)、手動(dòng)換向閥(9)、飛逸液動(dòng)換向閥(10)、馬達(dá)(11)、配油模塊液控單向閥(12)、單向閥(13)、節(jié)流閥(14)、粗調(diào)電磁球閥(15)、微調(diào)電磁球閥(16)、回油電磁換向閥(17)、位移傳感器(18)和接力器(19)，其特征是所述電液同步控制系統(tǒng)主要由控制閥組、六個(gè)同步分流馬達(dá)和六個(gè)配油模塊三部分組成，控制閥組由電液比例方向閥(1)、平衡閥(2)、單向減壓閥(3)、初始啟動(dòng)電磁閥(4)、控制模塊液控單向閥(5)、液動(dòng)換向閥(6)、梭閥(7)、電磁換向閥(8)、手動(dòng)換向閥(9)和飛逸液動(dòng)換向閥(10)組成；每個(gè)配油模塊均由配油模塊液控單向閥(12)、單向閥(13)、節(jié)流閥(14)、粗調(diào)電磁球閥(15)、微調(diào)電磁球閥(16)和回油電磁換向閥(17)、位移傳感器(18)和接力器(19)組成，控制閥組油路的輸出分別接于六個(gè)同步分流馬達(dá)(11-1～11-6)及相應(yīng)的六個(gè)配油模塊，電液比例方向閥(1)的A口與平衡閥(2)的A口相接；電液比例方向閥(1)的B口和平衡閥(2)的X口接于單向減壓閥(3)的進(jìn)口；電液比例方向閥(1)的T口分別接于初始啟動(dòng)電磁閥(4)的T口和控制模塊液控單向閥(5)的出油口；電液比例方向閥(1)的P口分別并聯(lián)接于初始啟動(dòng)電磁閥(4)、液動(dòng)換向閥(6)、電磁換向閥(8)、手動(dòng)換向閥(9)、飛逸液動(dòng)換向閥(10)的P口，電磁換向閥(8)、手動(dòng)換向閥(9)、飛逸液動(dòng)換向閥(10)三個(gè)閥的T口接在一起，控制閥組中的梭閥設(shè)有兩個(gè)，第一個(gè)梭閥(7-1)的PP口接于配油模塊液控單向閥(12)的控油口；第一個(gè)梭閥(7-1)的A口接于電磁換向閥(8)的A口；第一個(gè)梭閥(7-1)的B口通過(guò)控油管線分別與第二個(gè)梭閥(7-2)的PP口和液動(dòng)換向閥(6)的X口連接，第二個(gè)梭閥(7-2)的A口接于手動(dòng)換向閥(9)的A口，第二個(gè)梭閥(7-2)的B口接于飛逸液動(dòng)換向閥(10)的A口，配油模塊中的單向閥(13)與節(jié)流閥(14)串聯(lián)、并且與配油模塊液控單向閥(12)的出油口、粗調(diào)電磁球閥(15)的進(jìn)油口、微調(diào)電磁球閥(16)的進(jìn)油口通過(guò)管路接至接力器(19)的下腔，位移傳感器(18)接收接力器(19)的位移信號(hào)，接力器(19)帶動(dòng)筒閥(20)做同步運(yùn)動(dòng)，初始啟動(dòng)電磁閥(4)的A口均與各自對(duì)應(yīng)配油模塊中的單向閥(13)相接，控制模塊液控單向閥(5)的出油口并接六個(gè)分流馬達(dá)(11-1～11-6)，每個(gè)分流馬達(dá)均與各自所對(duì)應(yīng)的配油模塊液控單向閥(12)的進(jìn)油口相接，液動(dòng)換向閥(6)的A口與單向減壓閥(3)的出口油路并聯(lián)后與所對(duì)應(yīng)配油模塊中的回油電磁換向閥(17)的P口以及接力器(19)的上腔相接，回油電磁換向閥(17)的A口接于粗調(diào)電磁球閥(15)的出油口和微調(diào)電磁球閥(16)的出油口及回油管線。
2. 按照權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)筒閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征是所述電液比例方 向閥(1)、初始啟動(dòng)電磁閥(4)、液動(dòng)換向閥(6)、電磁換向閥(8)、手動(dòng)換向閥(9)、 飛逸液動(dòng)換向閥(10)均為兩位四通閥；回油電磁換向閥(17)為兩位三通閥。
3. 按照權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)筒閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征是所述接力器(19) 均勻布置在筒閥(20)上，接力器的同步運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)筒閥同步運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水輪機(jī)筒閥電液同步控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由控制閥組、分流馬達(dá)和配油模塊三部分組成，控制閥組油路的輸出分別接于六個(gè)同步分流馬達(dá)及相應(yīng)的六個(gè)配油模塊。在每個(gè)配油模塊末端分別設(shè)有一個(gè)接力器，作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行裝置。分流馬達(dá)采用徑向柱塞式，對(duì)液壓油進(jìn)行分流，以保證每個(gè)接力器液壓缸進(jìn)出油量的基本相等。同時(shí)配油模塊上配備兩個(gè)微調(diào)粗調(diào)電磁球閥，通過(guò)PLC精確控制進(jìn)入接力器的流量，保證六個(gè)接力器的同步控制達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在，在功能齊全，安全可靠的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制電液比例方向閥的流量控制接力器的速度，實(shí)現(xiàn)了高精度機(jī)械液壓電氣同步控制和速度控制要求。
文檔編號(hào)F03B15/12GK101251081SQ200810052510
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者宋偉科, 李曉奇, 鷹 洪, 王國(guó)棟, 肖聚亮 申請(qǐng)人:天津大學(xué)