液压流体机械的制作方法

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的液压流体机械，尤其水轮机、抽水涡轮或水泵。在这里它可以涉及混流式或轴同辐流式(francis)结构设计或转桨式(kaplan)结构设计的机械或其他机械。重要的是涉及具有导向器的机械。

背景技术：

作为示例可参见us1706372。

这种流体机械的导向器包括多个围绕着转轮的导向叶片。各导向叶片可旋转地支承并能分别围绕平行于转轮轴线延伸的轴线摆动。以此方式可以调整通过液压流体机械的水流量。在这里导向叶片借助杠杆和铰链固定在调整环上。调整环可同心于转轮轴线旋转地支承。若调整环旋转，则导向叶片绕其各自的旋转轴线转动。调整环的旋转借助至少一个液压伺服马达实现，它在调整环与固定不动的外壳之间固定为，当伺服马达的活塞运动时使调整环旋转。

由于为了运动必须根据工作状态使用大的力，所以液压伺服马达通常尺寸很大并因而也很昂贵。此外，通常使用矿物油作为液压液。基于伺服马达的尺寸，为了运行需要大量液压油。在产生故障的情况下这种油会导致环境污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于，将前言所述类型的液压流体机械设计为，能降低成本和减少因不希望的泄油而引起的对环境的危害。为达到此目的，通过按本发明的设备一方面能将伺服马达设计得较小，以及另一方面能减少所需要的油量，由此降低在损坏的情况下对环境的危害。与所需要的油量成比例，还可随之降低(例如在活塞式蓄能器或蓄气器中)用于油设备的费用。

所述目的通过独立权利要求的特征达到。在从属权利要求中说明其他有利的实施形式。

发明人认识到，用于调整环调整所使用的伺服马达的尺寸取决于出现在导向叶片上的最大力矩。这一力矩决定伺服马达的直径或活塞面积。伺服马达的活塞面积必须如此大，亦即当给定最低的液压液压力时，这一活塞面积能施加所述的力矩。发明人还认识到，所述最大力矩只在调整环调整行程的一个终端出现。

附图说明

下面应借助附图说明所述本发明实质内容及本发明的解决办法。

其中：

图1表示按现有技术用于旋转液压机械调整环的液压伺服马达；

图2表示按本发明用于旋转液压机械调整环的液压伺服马达在第一终端位置；

图3表示按本发明用于旋转液压机械调整环的液压伺服马达在中间位置；

图4表示按本发明用于旋转液压机械调整环的液压伺服马达在第二终端位置；以及

图5表示按本发明另一种实施形式的液压伺服马达。

具体实施方式

图1表示一种按现有技术的液压机械内的伺服马达的剖面图。此伺服马达有圆柱形外壳10，活塞11和与活塞11形状配合式连接的杆12处于外壳10内。在这里，活塞11和杆12可自由移动地安装在外壳10内部。活塞11沿圆周与外壳紧密闭合，所以在外壳内部形成两个腔室，它们可分别充填处于压力状态的液压液。按已知的方式活塞11与杆12一起可借助液压液往复运动。

伺服马达在液压机械内部以这样的方式安装在机器的调整环与固定不动的外壳之间，亦即通过移动活塞11可以旋转调整环。不过这在图1中没有表示。

在给定所使用的液压液最大压力时，能由伺服马达传递给调整环的最大力矩与活塞11的面积成比例，从而如已说明的那样，伺服马达的圆柱形外壳必须按照需要的最大力矩来确定尺寸。相应地，于是伺服马达的容积也大，并因而所需要的液压油量也大。

现在本发明的思想在于，将伺服马达以特别恰当的方式设计为多级式的，此时对于在其中只需要小的力矩的工作区，只使用伺服马达的一级，而在需要较大力矩的工作区内其他级逐渐参与。其他级的设计原则上与主级无关，也就是说，工作压力和直径不与主级相关联。

特别简单的情况是，将整个工作区只分成两个分区。按本发明这在多种液压机械中是标准的情况。它们大多有一个大的只要求较小力矩的区域，以及有一个较小的在其中需要一个直至两倍这么大力矩的区域。在前文中的术语“大”和“小”在这里涉及伺服马达在提及的这些区域内要完成的调整行程。

对于在后面的段落中提及的情况，按本发明的伺服马达结构设计为两级。图2表示一种可能的实施形式剖面图。按本发明的伺服马达有两个互相连接的部分外壳20和30，它们分别围绕一个活塞(21和31)和一根与各自的活塞形状配合式连接的杆(22和32)。在这里，在左边的外壳20比在右边的外壳30长得多。如后面还要说明的那样，外壳长度与在两个工作分区内大小不同的调整行程相应。图2所示按本发明的伺服马达处于一个位置，在此位置从整个外壳伸出的杆22最大可能地移入，这相应于工作区的一个终端。若现在部分外壳20和30的这两个分别位于活塞21和31右边的腔室充填处于恰当压力状态的液压液，则活塞21和31分别向左运动，以及杆22从整个外壳向外运动。此时活塞21与31配合作用，亦即两者施加的力叠加，并相应地提高了传递给调整环的力矩。以此方式能施加的最大力矩与活塞21与31有效的液压面积之和成比例。

在图3中表示图2所示按本发明的伺服马达处于另一个位置。这些零件与在图2中的相同，以及为了视图清晰起见将标记省略。由部分外壳30、活塞31和杆32组成的伺服马达级完全移出，也就是说活塞31现在完全处于部分外壳30的左侧。在处于图2与3中所示状态之间的状态下，活塞21与31配合作用。若杆22还应比图3中表示的更进一步向左运动，这只在活塞21独立于活塞31继续向左移动时才能实现。这只有在活塞21与杆32之间不存在形状配合式连接时才有可能。因此在图2和3中以及所有处于它们之间的状态下，活塞21与杆32均存在形状配合式连接。显然，以此方式只沿一个方向实现这两个伺服马达级的配合作用，而且在图2和3中表示的情况下仅仅当杆22从整个外壳移出时。在这里必须相应地选择在部分外壳20和30内液压液的压力，使活塞21与杆32持续处于摩擦配合式连接状态，这一点容易满足，只要使在活塞31右边的压力大于在其左边的压力。但使活塞21与杆32的配合工作只沿一个方向起作用，在按本发明的液压机械工作时并没有什么困难，因为只须沿一个方向传递最大力矩。为了沿另一个方向运动，在活塞21左边那个面积的力就够了，从而不需要活塞31的附加力。

图4表示按本发明的同一个伺服马达处于一个位置，在此位置杆22最大可能地从整个外壳移出，这相应于工作区的另一个终端(相对于在图2中表示的状态)。现在活塞21与杆32分离。在所有处于图3与图4所示状态之间的状态下，活塞21均与杆32分离。因此在这些状态活塞21独立于活塞31工作。传递的力矩因而只还单独与活塞21的面积成比例。

仅就在图2至4中表示的实施形式而言，在两个工作区内经过的调整行程不同大小，因为伺服马达级的长度不同。与在其中仅在左边的伺服马达级单独起作用(在图3与图4之间)的工作区相比，在其中两个级配合作用(在图2与图3之间)的工作区要经过的调整行程区小得多。这相应于在大多数液压机械中存在的状况，亦即大的扭矩只是经过一个较小的调整行程区才需要。然而还可以考虑一些情况，此时这两个区域(一个在其中两个级配合作用的区域以及一个在其中仅一个级单独起作用的区域)需要整个调整行程的大体同样大小的份额，或甚至存在相反的状况(亦即与在其中仅一个级单独起作用的区域相比，配合作用的区域包括调整行程的一个较大的份额)。此时必须相应地选择这些伺服马达级的长度。当在图示的示例中(图2至4)这两个伺服马达级有两个同样的长度时，则这两个级经过整个调整行程区配合作用。因此一个只应经过一个有限的调整行程区有效的级，始终短于那个经过整个或经过较大调整行程区起作用的级。在这里，较短的级的长度决定两个级配合作用所经过的调整行程的长度。

由此还得知，从必须传递的最大需要的力矩出发，按本发明的伺服马达只需要小得多的直径。因为两个活塞21和31的面积配合作用，与现有技术相比直径几乎可小因子1/根号(2)(在配合作用时，活塞21的液压有效面织比活塞31的液压有效面积小杆32的横截面积–因此因子不是整个1/根号(2))。所需要的液压油量也明显小于现有技术，因为两个伺服马达级的配合作用只经过部分调整行程延伸。

图5表示本发明的伺服马达另一种可能的实施形式。这两个伺服马达级在这里地点互换。当要传递的最大力矩出现在工作区另一侧时，这种实施形式是恰当的。在图2至4的情况下，最大力矩出现在杆22完全移入时。当杆22从这种状态出发移出时，这两个活塞在那里配合作用。在图5所示的情况下，最大力矩出现在杆22完全移出时。当杆22从这种状态出发移入时，这两个活塞在这里配合作用。在此时才有两个活塞的摩擦配合式连接。类似于图2中的杆32，在图5中由活塞31围绕着杆22的管状伸臂构成。在图5中表示的状态相应于一种仅活塞21起作用时的状态。

同样可以考虑多于两级的按本发明的伺服马达，并能进一步提升上面提及的那些改善。不过在大多数情况下采用两级的实施形式已经达到令人满意的改善。

此外同样可以设想以下述方式组合这两种实施形式(也就是说在图2至4中表示的与由图5所示的实施形式组合)，亦即不仅在持久有效的伺服马达级右边而且在其左边，分别安置一个仅在一个分区有效的伺服马达级。

就这方面来说具有转桨式类型转轮的水力发电站意味着是一种特殊情况，它们双重调整，也就是说，不仅通过打开或关闭导向器，而且还通过调整转轮叶片影响工作状态。为了调整转轮叶片，通常同样使用液压伺服马达，并在这种情况下如在迄今已说明的调整导向器用的伺服马达中那样，对相关的要施加的力矩提出类似的要求。因此按本发明已说明的伺服马达级的配置，可以完全类似地使用于调整转桨式转轮的转轮叶片。

最后还应提及，按本发明的设备还提供在工作可靠性方面的优点，例如当各伺服马达级彼此独立供给液压液时。例如一个仅在整个调整行程的一个分区起作用的伺服马达级由单独的蓄气器供给。以此方式获得水力发电站的一种附加的独立闭合系统。