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专利名称：一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210896993.X

专利申请（专利权）人：东方电气自动控制工程有限公司,东方电气集团东方电机有限公司
权利人地址：四川省德阳市庐山南路三段18号

专利发明（设计）人：发明人:贾小平,陈金鹏,李勇,伍英岩,彭博,邓芳辉,陈智勇

专利摘要：本发明涉及水轮发电机组进水阀控制技术领域，特别是涉及一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，包括若干组用于实现电液控制的液压控制组件、机械过速保护装置、第一掉电停机保护电磁阀、第二掉电停机保护电磁阀、液控换向阀和马达组件，所述马达组件用于驱动所有数字缸同步转动；所述第一掉电停机保护电磁阀和第二掉电停机保护电磁阀用于选择液压缸是执行机械过速保护停机关闭动作或保持由数字缸控制；所述液控换向阀具有正常工作位置和过速保护停机位置。通过本系统，能有效解决现有电液控制系统不具备纯机械液压过速保护停机功能的问题。

主权利要求：
1.一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，包括若干组用于实现电液控制的液压控制组件，每组液压控制组件包括液压缸（1）、数字缸（2）和液控单向阀（3）；其特征在于：还包括机械过速保护装置（4）、第一掉电停机保护电磁阀（5）、第二掉电停机保护电磁阀（6）、液控换向阀（7）和马达组件，所述马达组件用于驱动所有数字缸（2）同步转动；所述机械过速保护装置（4）的A口与第一掉电停机保护电磁阀（5）的T口相连，第一掉电停机保护电磁阀（5）和第二掉电停机保护电磁阀（6）的P口与压力油源相连，第一掉电停机保护电磁阀（5）的A口与第二掉电停机保护电磁阀（6）的T口相连，第二掉电停机保护电磁阀（6）的A口与液控换向阀（7）的X口相连；液控换向阀（7）的P口与压力油源、数字缸（2）的P口相连，A口与马达组件的A口相连，马达组件的B口通回油；所述液控换向阀（7）具有正常工作位置和过速保护停机位置，这两个位置的切换由其控制油口X的压力变化来实现：在正常工作位置时，马达组件的A口和B口均通回油，不影响数字缸（2）的正常动作；在过速保护停机位置时，压力油进入马达组件的A口，B口流出接通回油。
2.根据权利要求1所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：所述马达组件包括若干并联设置且与数字缸（2）一一对应的液压马达（8），每个液压马达（8）都分别配置有用于使所有液压马达（8）转速相同的调速阀（9）；所述液控换向阀（7）的A口分别与每个调速阀（9）的A口相连，每个调速阀（9）的B口与对应液压马达（8）的A口相连，液压马达（8）的B口通回油。
3.根据权利要求1所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：所述马达组件包括马达（10）和同步链条，所述马达（10）的输出轴上设有第一链轮（18），所述数字缸（2）的中心轴上分别设有第二链轮（19），利用同步链条将每个第二链轮（19）与第一链轮（18）依次连接，所述液控换向阀（7）的A口与马达（10）的A口相连，马达（10）的B口通回油，马达（10）带动同步链条运动。
4.根据权利要求3所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：还包括第一节流阀（11），所述液控换向阀（7）的A口与第一节流阀（11）的A口相连，第一节流阀（11）的B口与马达（10）的A口相连，马达（10）的B口通回油。
5.根据权利要求1所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：所述马达组件包括若干串联设置且与数字缸（2）一一对应的变量马达（12），所述液控换向阀（7）的A口与第一个变量马达（12）的A口相连，第一个变量马达（12）的B口与下一个变量马达（12）的A口相连，最后一个变量马达（12）的B口通回油。
6.根据权利要求5所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：还包括第二节流阀（13），液控换向阀（7）的A口与第二节流阀（13）的A口相连；第二节流阀（13）的B口与第一个变量马达（12）的A口相连；第一个变量马达（12）的B口与下一个变量马达（12）的A口相连，最后一个变量马达（12）的B口通回油。
7.根据权利要求6所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：还包括手动阀门（14），所述变量马达（12）的B口与下一个变量马达（12）的A口、手动阀门（14）的A口相连，手动阀门（14）的B口通回油。
8.根据权利要求2或3或7所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：
还包括第一单向阀（15），所述第一单向阀（15）的A口与压力油源相连，B口与数字缸（2）的P口相连。
9.根据权利要求8所述的一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，其特征在于：还包括第二单向阀（16），所述第二单向阀（16）的A口与数字缸（2）的T口相连，B口与回油相连。 说明书 : 一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统技术领域[0001] 本发明涉及水轮发电机组进水阀控制技术领域，特别是涉及一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统。背景技术[0002] 在水电站水轮发电机组进水阀门之一，即筒形阀的使用中，除筒形阀本体的设计、制造、安装外，筒形阀的控制，即如何保证多只接力器的同步，成为筒形阀控制的关键技术问题。目前，国内筒形阀同步机构广泛采用的同步方式有两种：分别是机械同步方式和电液同步方式。电液同步方式由液压控制系统和电气控制系统组成，这两个控制系统缺一不可。液压控制系统必须由电气控制系统精密控制，电气控制系统必须通过液压控制系统执行，才能操作接力器，带动筒形阀开启与关闭。[0003] 现有技术中，提出了公开号为CN101581326A，公开日为2009年11月18日的中国发明专利文件，该专利文献所公开的技术方案如下：全数字集成式筒形阀电液同步控制系统，液压控制系统为数字量化缸，所述的数字量化缸包括缸体、活塞、机械反馈机构、接力器位移传感器、反馈耦合机构、耦合齿轮、数字阀、液控单向阀、步进电机，数字阀与步进电机相连，耦合齿轮安装在反馈耦合机构与数字阀阀芯之间，耦合齿轮上安装有接力器位移检测传感器，机械反馈机构连接反馈耦合机构和活塞。[0004] 上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：上述全数字集成式筒形阀电液同步控制系统虽然具有结构简单、同步精度高和自保持功能等优点，也具有在无电源时纯机械手动操作的功能，但该手动操作功能仅适用于调整、修理筒形阀，并不能起到在紧急情况下关闭筒形阀的作用。在机械过速保护动作时，只能依靠电气保护操作进行紧急停机，不具备纯机械液压过速保护停机的功能。在电源出现故障的情况下，虽然有机械过速保护装置，但该装置的油路没有接入到筒形阀的控制系统中，此时由于数字缸没有驱动电源，出现事故，也只能保持筒形阀处于当前状态，不会起到保护机组的目的。发明内容[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，能有效解决现有电液控制系统不具备纯机械液压过速保护停机功能的问题。[0006] 本发明是通过采用下述技术方案实现的：[0007] 一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，包括若干组用于实现电液控制的液压控制组件，每组液压控制组件包括液压缸、数字缸和液控单向阀；其特征在于：还包括机械过速保护装置、第一掉电停机保护电磁阀、第二掉电停机保护电磁阀、液控换向阀和马达组件，所述马达组件用于驱动所有数字缸同步转动；所述机械过速保护装置的A口与第一掉电停机保护电磁阀的T口相连，第一掉电停机保护电磁阀和第二掉电停机保护电磁阀的P口与压力油源相连，第一掉电停机保护电磁阀的A口与第二掉电停机保护电磁阀的T口相连，第二掉电停机保护电磁阀的A口与液控换向阀的X口相连；液控换向阀的P口与压力油源、数字缸的P口相连，A口与马达组件的A口相连，马达组件的B口通回油；所述液控换向阀具有正常工作位置和过速保护停机位置，这两个位置的切换由其控制油口X的压力变化来实现：在正常工作位置时，马达组件的A口和B口均通回油，不影响数字缸的正常动作；在过速保护停机位置时，压力油进入马达组件的A口，B口流出接通回油。[0008] 所述马达组件包括若干并联设置且与数字缸一一对应的液压马达，每个液压马达都分别配置有用于使所有液压马达转速相同的调速阀；所述液控换向阀的A口分别与每个调速阀的A口相连，每个调速阀的B口与对应液压马达的A口相连，液压马达的B口通回油。[0009] 所述马达组件包括马达和同步链条，所述马达的输出轴上设有第一链轮，所述数字缸的中心轴上分别设有第二链轮，利用同步链条将每个第二链轮与第一链轮依次连接，所述液控换向阀的A口与马达的A口相连，马达的B口通回油，马达带动同步链条运动。[0010] 还包括第一节流阀，所述液控换向阀的A口与第一节流阀的A口相连，第一节流阀的B口与马达的A口相连，马达的B口通回油。[0011] 所述马达组件包括若干串联设置且与数字缸一一对应的变量马达，所述液控换向阀的A口与第一个变量马达的A口相连，第一个变量马达的B口与下一个变量马达的A口相连，最后一个变量马达的B口通回油。[0012] 还包括第二节流阀，液控换向阀的A口与第二节流阀的A口相连；第二节流阀的B口与第一个变量马达的A口相连；第一个变量马达的B口与下一个变量马达的A口相连，最后一个变量马达的B口通回油。[0013] 还包括手动阀门，所述变量马达的B口与下一个变量马达的A口、手动阀门的A口相连，手动阀门的B口通回油。[0014] 还包括第一单向阀，所述第一单向阀的A口与压力油源相连，B口与数字缸的P口相连。[0015] 还包括第二单向阀，所述第二单向阀的A口与数字缸的T口相连，B口与回油相连。[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：[0017] 1、水轮机在控制系统的作用下，保持额定的转速，如果转速到达了机械过速保护的设定值，说明水轮机的控制系统已失效，需要紧急关闭以保护机组。在水轮机的大轴上安装机械过速保护装置，其飞摆装置在转速达到设定值后伸出，触动机械过速保护装置的机动阀，使之从机组的正常工作工位切换为紧急停机工位。通过本发明，增加了机械过速保护停机的功能，满足了现在要求的水轮机进水阀必需具备的纯机械过速保护停机的要求。[0018] 2、在实现筒形阀关闭过程中，本发明将同步精度最高的数字缸和不同的马达组件相配合，实现筒形阀的各液压缸同步关闭，以防止筒形阀在关闭过程中卡阻甚至卡死而不能实现保护机组的目的。在电源系统正常工作的情况下，利用数字缸关闭的方式来关闭筒形阀，在电源系统不正常的情况下，使用马达组件来关闭筒形阀，能使筒形阀关闭动作且筒形阀各液压缸的同步性在一个关闭全行程内满足要求。[0019] 3、第一掉电停机保护电磁阀和第二掉电停机保护电磁阀用于在机械过速保护装置动作后，判断电源系统是否正常，以决定筒形阀的关闭方式。并且第一掉电停机保护电磁阀和第二掉电停机保护电磁阀之间采用特殊的油路连接方式，能防止因电磁阀的线圈因意外烧毁、断线等，造成电磁阀在弹簧复位的情况下，误工作于失电停机关闭工位，在任意一个电磁阀处于失电停机关闭工位的情况下，系统仍处于正常关闭工作状态，只有在两电磁阀均处于失电停机关闭工位的情况下，系统才处于失电停机关闭工位。[0020] 4、所述马达组件包括若干并联设置且与数字缸一一对应的液压马达，液压马达可以在数字缸断电的情况下，液压马达旋转驱动数字缸的中心轴旋转。所有的液压马达并联连接，每个液压马达的入口设置一个调速阀，调整调速阀的开口，使所有液压马达的转速相同，达到所有液压缸同步关闭的功能。[0021] 5、所述马达组件包括马达和同步链条，在马达旋转时，能驱动所有的链轮同步旋转，控制所有液压缸同步关闭动作。[0022] 6、所述马达组件包括若干串联设置且与数字缸一一对应的变量马达，通过调整变量马达的排量，使变量马达的转速相同，控制所有液压缸同步关闭动作。[0023] 7、第一节流阀和第二节流阀用于调节过速保护停机时，液压缸的关闭速度。[0024] 8、设置手动阀门，用于检修或调试时，可以手动旋转数字缸的中心轴，调整液压缸动作，而不会影响其他液压缸。附图说明[0025] 下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：[0026] 图1为本发明的结构示意图一；[0027] 图2为本发明的结构示意图二；[0028] 图3为本发明的结构示意图三；[0029] 图中标记：[0030] 1、液压缸，2、数字缸，3、液控单向阀，4、机械过速保护装置，5、第一掉电停机保护电磁阀，6、第二掉电停机保护电磁阀，7、液控换向阀，8、液压马达，9、调速阀，10、马达，11、第一节流阀，12、变量马达，13、第二节流阀，14、手动阀门，15、第一单向阀，16、第二单向阀，17、过滤器，18、第一链轮，19、第二链轮。具体实施方式[0031] 实施例1[0032] 作为本发明基本实施方式，本发明包括一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，包括机械过速保护装置4、第一掉电停机保护电磁阀5、第二掉电停机保护电磁阀6、液控换向阀7、马达组件和若干组用于实现电液控制的液压控制组件。每组液压控制组件包括液压缸1、数字缸2和液控单向阀3。其中，该液压缸1、数字缸2和液控单向阀3之间的连接关系为本领域的常规技术手段，故不再进行过多描述。[0033] 所述液控换向阀7具有正常工作位置和过速保护停机位置，这两个位置的切换由其控制油口X的压力变化来实现。在正常工作位置时，马达组件的A口和B口均通回油，不影响数字缸2的正常动作。在过速保护停机位置时，压力油进入马达组件的A口，B口流出接通回油，使得该马达组件能驱动所有数字缸2同步转动。其中，本实施例并不限于马达组件的具体的实方式，只要能实现该功能即可。[0034] 所述机械过速保护装置4的A口与第一掉电停机保护电磁阀5的T口相连，第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6的P口与压力油源相连，第一掉电停机保护电磁阀5的A口与第二掉电停机保护电磁阀6的T口相连，第二掉电停机保护电磁阀6的A口与液控换向阀7的X口相连。液控换向阀7的P口与压力油源、数字缸2的P口相连，A口与马达组件的A口相连，马达组件的B口通回油。所述液控单向阀3的B口与液压缸1的下腔相连，Y口通回油，A口与数字缸2的A口相连，X口与压力油源相连；所述数字缸2的P口与压力油源相连，T口通回油，B口与液压缸1的上腔相连。[0035] 实施例2[0036] 作为本发明一较佳实施方式，参照说明书附图1，本发明包括一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，包括机械过速保护装置4、第一掉电停机保护电磁阀5、第二掉电停机保护电磁阀6、液控换向阀7、马达组件以及若干组用于实现电液控制的液压控制组件。每组液压控制组件包括液压缸1、数字缸2、液控单向阀3、第一单向阀15、第二单向阀16和过滤器17。所述马达组件包括若干并联设置且与数字缸2一一对应的液压马达8，所述液压马达8的排量相同，每个液压马达8都分别配置有调速阀9。每个液压马达8驱动一个数字缸2，进而在机械过速保护装置4动作后，由液控换向阀7输出的压力油流经所有液压马达8后回油，调整调速阀9的开度，使所有液压马达8的转速相同。[0037] 所述控制系统一般有5个或6个液压缸1，以下省略为两个液压缸1的系统图，描述时只对一个液压缸1的系统进行描述说明。[0038] 所述机械过速保护装置4的A口与第一掉电停机保护电磁阀5的T口相连，第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6的P口与压力油源相连，第一掉电停机保护电磁阀5的A口与第二掉电停机保护电磁阀6的T口相连，第二掉电停机保护电磁阀6的A口与液控换向阀7的X口相连。液控换向阀7的P口、第一单向阀15的A口、液控单向阀3的X口与过滤器17的B口相连，过滤器17的A口与压力油源相连。液控换向阀7的A口与调速阀9的A口相连，调速阀9的B口与对应液压马达8的A口相连，液压马达8的B口通回油。第一单向阀15的B口与数字缸2的P口相连。液控单向阀3的Y口、第二单向阀16的B口通回油，液控单向阀3的B口与液压缸1的下腔相连，液控单向阀3的A口与数字缸2的A口相连；数字缸2的B口与液压缸1的上腔相连，数字缸2的T口与第二单向阀16的A口相连。[0039] 所述液控换向阀7具有正常工作位置和过速保护停机位置，这两个位置的切换由其控制油口X的压力变化来实现：在正常工作位置时，液压马达8的A口和B口均通回油，不影响数字缸2的正常动作；在过速保护停机位置时，压力油进入马达组件的A口，B口流出接通回油。[0040] 第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6设置个阀芯位置开关，用于在机械过速保护装置4动作后，选择液压缸1是执行机械过速保护停机关闭动作或保持由数字缸2控制。具体为：此两个开关均掉电时，可以控制继电器，使数字缸2强制断电，以保证液压马达8能驱动数字缸2的中心轴旋转。[0041] 机械过速保护装置4动作后，如果第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6均不切换，或第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6中只有一个阀切换，经第二掉电停机保护电磁阀6的A口均输出压力油，进入液控换向阀7的X口，保持液控换向阀7处于数字缸2工作位置，液压缸1保持由数字缸2控制。[0042] 机械过速保护动作后，机械过速保护装置4的机动阀换向，如果第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6均切换，经机械过速保护装置4的机动阀的A口的压力油切换为回油，经过第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6后，在数字缸2断电的情况下，直接驱动数字缸2的中心轴旋转，数字缸2输出的压力油进入液压缸1上腔，同时将液压缸1的下腔通回油，实现液压缸1的机械过速保护停机。[0043] 实施例3[0044] 作为本发明另一较佳实施方式，参照说明书附图2，本发明包括一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，包括机械过速保护装置4、第一掉电停机保护电磁阀5、第二掉电停机保护电磁阀6、液控换向阀7、马达组件、第一节流阀11以及若干组用于实现电液控制的液压控制组件。每组液压控制组件包括液压缸1、数字缸2、液控单向阀3、第一单向阀15、第二单向阀16和过滤器17。所述马达组件包括马达10和同步链条，所述马达10的输出轴上设有第一链轮18，所述数字缸2的中心轴上分别设有第二链轮19，利用同步链条将每个第二链轮19与第一链轮18依次连接。每个链轮驱动一个数字缸2，进而在机械过速保护装置4动作后，由液控换向阀7输出的压力油流经所有马达10后回油，马达10旋转驱动链轮转动，从而带动所有的链轮转动，链轮再控制数字缸2中心轴旋转，控制液压缸1向下动作，实现机械过速保护停机。[0045] 所述控制系统一般有5个或6个液压缸1，以下省略为两个液压缸1的系统图，描述时只对一个液压缸1的系统进行描述说明。[0046] 所述机械过速保护装置4的A口与第一掉电停机保护电磁阀5的T口相连，第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6的P口与压力油源相连，第一掉电停机保护电磁阀5的A口与第二掉电停机保护电磁阀6的T口相连，第二掉电停机保护电磁阀6的A口与液控换向阀7的X口相连。[0047] 液控换向阀7的P口、第一单向阀15的A口、液控单向阀3的X口与过滤器17的B口相连，过滤器17的A口与压力油源相连。液控换向阀7的A口与第一节流阀11的A口相连，液控换向阀7的T口通回油；第一节流阀11的B口与马达10的A口相连，马达10的B口通回油；马达10带动同步链条运动。第一单向阀15的B口与数字缸2的P口相连。液控单向阀3的Y口、第二单向阀16的B口通回油，液控单向阀3的B口与液压缸1的下腔相连，液控单向阀3的A口与数字缸2的A口相连；数字缸2的B口与液压缸1的上腔相连，数字缸2的T口与第二单向阀16的A口相连。[0048] 实施例4[0049] 作为本发明又一较佳实施方式，参照说明书附图3，本发明包括一种用于水轮机筒形阀的电液控制系统，包括机械过速保护装置4、第一掉电停机保护电磁阀5、第二掉电停机保护电磁阀6、液控换向阀7、马达组件、第二节流阀13以及若干组用于实现电液控制的液压控制组件。每组液压控制组件包括液压缸1、数字缸2、液控单向阀3、第一单向阀15、第二单向阀16、过滤器17和手动阀门14。所述马达组件包括若干串联设置且与数字缸2一一对应的变量马达12。每个变量马达12驱动一个数字缸2，进而在机械过速保护装置4动作后，由液控换向阀7输出的压力油流经所有变量马达12后回油。调整变量马达12的排量，使变量马达12的转速相同。[0050] 所述控制系统一般有5个或6个液压缸1，以下省略为两个液压缸1的系统图，描述时只对一个液压缸1的系统进行描述说明。[0051] 所述机械过速保护装置4的A口与第一掉电停机保护电磁阀5的T口相连，第一掉电停机保护电磁阀5和第二掉电停机保护电磁阀6的P口与压力油源相连，第一掉电停机保护电磁阀5的A口与第二掉电停机保护电磁阀6的T口相连，第二掉电停机保护电磁阀6的A口与液控换向阀7的X口相连。液控换向阀7的P口、第一单向阀15的A口、液控单向阀3的X口与过滤器17的B口相连，过滤器17的A口与压力油源相连。液控换向阀7的A口与第二节流阀13的A口相连，液控换向阀7的T口通回油；第二节流阀13的B口与第一个变量马达12的A口相连；第一个变量马达12的B口与下一个变量马达12的A口、手动阀门14的A口相连，手动阀门14的B口通回油。[0052] 第一单向阀15的B口与数字缸2的P口相连；液控单向阀3的Y口、第二单向阀16的B口通回油，液控单向阀3的B口与液压缸1的下腔相连，液控单向阀3的A口与数字缸2的A口相连；数字缸2的B口与液压缸1的上腔相连，数字缸2的T口与第二单向阀16的A口相连。[0053] 设置第二节流阀13，用于调节过速保护停机时，液压缸1的关闭速度。设置手动阀门14，用于检修或调试时，可以手动旋转数字缸2的中心轴，调整液压缸1动作。[0054] 综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

专利地区：四川

专利申请日期：2022-07-28

专利公开日期：2024-10-22

专利公告号：CN115264158B