本实用新型属于水轮发电机技术领域，具体涉及一种全电驱动水轮机智能调速器。
背景技术：
目前市场上的水轮机调速器有手动、手电动、液压微机调速器等几种调速方式。纯手动的调速装置操作简单，但是调节精度低，操作费力，于是给手动调速装置加上电动机，就发展成了目前较广泛使用的手电动调速器，这种调速器兼具手动跟电动功能。机械方面，采用齿轮传动及铜螺母和螺杆导向带动转臂实现调节功能，但是齿轮设计安装是有间隙要求的，铜螺母不仅有间隙而且容易磨损，显然这种调速器精度极低，一旦磨损加大，甚至无法工作；电气上，调速器操作电源来自于市电，在停电情况下无法使用电动功能，加上没有人机操作界面，不具备与上位机通讯功能，不能实现自动化控制。液压微机调速器以数字阀、比例阀作为电液转换元件，以机械液压系统作为执行机构，具备上位机通讯能力，实现了自动化调节，但是这种调速器有三个致命的缺陷，第一，它利用压力油作为操作介质，首先不环保、不干净，其次压力油罐属特种设备，需定时检测；第二，它有各种电磁阀、密封件及仪表，故障率高，维护量大、成本高；第三，没有手动操作功能，一旦失电，油泵无法打油，油压不足，调速器就无法工作；第四，调速器的制造成本高。
目前水电行业渐趋于远程集控管理发展，水电站的值班方式向“无人值班少人值守”模式发展已势不可挡，这就要求水电站的设备不仅要能实现自动化控制，还要可靠，尽量降低故障率减少维护成本。因此，很有必要研发一种实用可靠、维护成本低、能实现自动化控制的调速器以满足水电行业发展的需求。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的问题是，针对目前中小水电站水轮机调速器存在的性能落后，可靠性低，售后服务及制造成本高，无法满足行业自动化发展的需求的问题，提供一种能满足水电行业自动化发展需求，性能高，可靠耐用，价格低廉的全电驱动水轮机智能调速器。
为解决上述问题，本实用新型一种全电驱动水轮机智能调速器，采用下述技术方案：
水轮机的控制其根本是控制导叶的开关大小，水轮机转速、负荷的调节是由导叶开关的大小决定的，因此水轮机调速器控制的目的就是调节控制导叶。本实用新型提供一种全电驱动水轮机智能调速器，通过以下方案达到调节控制水轮机导叶的目的：调速器工作全部依靠储能电源完成，在结构上分为机械部分及电气部分，机械部分借鉴电动缸技术，将电动机及推杆组合为一体；电气部分将控制系统及储能部件组合为一体，控制机械部分电动机的运转，电机的旋转运动转换成推杆的直线运动，推杆带动水轮机转臂沿轴心正向或反向转动，转臂的转动带动水轮机调速机构的推拉杆动作完成对水轮机导叶的控制。同时，在机械部分电动机输出端配手轮，在调速器操作电源全部消失的情况下也能手动操作调速器控制导叶开关。
全电驱动水轮机智能调速器利用电作为操作动力源，兼手动操作功能，既环保无污染，又保证了操作的可靠性；机械部分借鉴成熟的电动缸技术，没有易损件，不仅可以获得极高的控制精度又能获得较长的使用寿命；控制对象简单，极易实现自动化；各种信号及操作显示在触摸屏上，通过人机界面获得较好的用户体验。产品系列化及量产后可以获得低成本控制，完全满足现阶段小水电站对调速器的使用需求。
本调速器工作特点是全部由电力驱动，无需油源或气源；本调速器可以用可编程控制器或单片机作为控制方式，可以按需要设置不同的控制条件，也能与上位机通讯，能使水轮机在不同工况下稳定运行，可进行频率测量与调节，实现机组的自动和手动开/停机、并网运行、调节机组转速、负荷、事故紧急停机等功能。控制方式上实现全自动控制，满足水电站的自动化发展要求，所以本调速器称为全电驱动水轮机智能调速器。
在系统上，由充电模块为驱动电机提供工作电源，驱动电机工作输出转矩转换成推杆的直线运动，推杆运动末端连接水轮机调速机构的转臂，推杆带动水轮机转臂沿轴心正向或反向转动，转臂的转动带动水轮机调速机构的推拉杆动作完成对水轮机导叶的控制。
控制系统控制驱动电机的工作状态及参数。同时，在驱动电机转轴上配同轴旋转手轮，在调速器操作电源全部消失的情况下也能操作调速器控制导叶开关。
在结构上，由机械部分及电气部分组成，机械部分为执行部分，借鉴电动缸技术，将电动机及推杆组合为一体；电气部分将控制系统及储能部件组合为一体，控制部分控制执行部分的工作过程及状态，储能部件为执行部分提供可靠稳定的电源。
机械部分主要由驱动电机、减速机构、推杆三大部分组成。驱动电机的作用是为调速器提供工作的能量，一般是电动机，驱动电动机可以是普通交流电动机，或者普通直流电动机，或者伺服电机，或者步进电机中的任一种。减速机构的作用是将驱动电机输出的高转速变为低转速，通过转换获得推杆需要的直线运动速度，减速机构可以是齿轮减速器，或者蜗杆减速器，或者行星齿轮减速器中的任何一种。推杆的作用是将驱动电机输出的旋转运动转换为线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，推杆的主要部件可以采用行星滚柱丝杠，或者滚珠丝杠，或者梯形丝杠中的任一种。在机械部分的布置形式上，可以采用直线布置或者平行布置，直线布置采用联轴器将驱动电机与推杆连接起来；平行布置采用同步带及同步带轮将驱动电机与推杆连接起来。
电气部分由控制系统及储能部件组成。电气部分为调速器提供系统工作电源，特别是为驱动电机提供工作电源，驱动电机的工作电源可以是交流电，或者直流电中的任一种。控制系统控制驱动电机。控制系统可以是以可编程控制器为核心的控制方法，也可以是以单片机为核心的控制方法，这两种方法都能实现与上位机进行通讯，实现远距离自动化控制；也可以是最简单的手动按钮操作。储能部件的功能是储存电能，可随时投入工作，保障调速器可以获得不间断连续工作电源。储能部件一般采用蓄电池，蓄电池可以是普通蓄电池，或者干荷蓄电池，或者湿荷蓄电池，或者免维护蓄电池中的任一种。储能部件提供的是直流电，如果调速器需要交流电的时候可以加逆变器。
本实用新型一种全电驱动水轮机智能调速器，具体的技术方案说明如下：
1、一种全电驱动水轮机智能调速器，由机械部分及电气部分组成，在所述的机械部分中，驱动电机(4)经减速机构(2)连接推杆 (5)，将驱动电机(4)的旋转运动转换成推杆(5)直线运动，推杆(5)的末端连接水轮机调速机构的转臂(6)，转臂(6)的转动带动水轮机调速机构的推拉杆(7)动作完成对水轮机导叶的控制,在驱动电机(4)的转轴上设置有同轴旋转的手轮(1)，在调速器操作电源全部消失的情况下能手动操作调速器控制导叶；所述的电气部分由控制系统(8)、人机界面(9)及储能部件(10)组成，控制系统 (8)通过连接电缆(3)向驱动电机(4)发送控制命令，储能部件 (10)能储存驱动电机(4)工作所需的电源，在外部电源消失的情况下提供工作电源，人机界面(9)通过通讯网络与上位机连接，由上位机发送操作命令，实现远程自动控制及现地操作要求。
2、一种全电驱动水轮机智能调速器，所述的驱动电机(4)是普通交流电动机或者普通直流电动机或者伺服电机或者步进电机中的任一种。
3、一种全电驱动水轮机智能调速器，所述的减速机构(2)是齿轮减速器或者蜗杆减速器或者行星齿轮减速器中的任一种。
4、一种全电驱动水轮机智能调速器，所述的推杆(5)是行星滚柱丝杠电动推杆或者滚珠丝杠电动推杆或者梯形丝杠电动推杆中的任一种。
5、一种全电驱动水轮机智能调速器，所述的储能部件(10)是普通蓄电池或者干荷蓄电池或者湿荷蓄电池或者免维护蓄电池中的任一种。
6、一种全电驱动水轮机智能调速器，所述的储能部件(10)为 38Ah/48V的蓄电池，其连接充电模块输出的直流电源进行充电储能，平时储能部件(10)处于浮充状态，不参与调速器供电工作，当市电消失时自行放电投入调速器供电工作。
附图说明
附图1为本实用新型实施例一种全电驱动水轮机智能调速器的结构示意图；
附图2为本实用新型实施例一种全电驱动水轮机智能调速器的系统示意图；
附图中标注代号为：手轮1、减速机构2、连接电缆3、驱动电机4、推杆5、转臂6、推拉杆7、控制系统8、人机界面9、储能部件10。
具体实施方式
为使本实用新型的技术方案、创作特征、达成效果易于明了，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
参看附图1，图中所示为本实用新型一种全电驱动水轮机智能调速器结构图。它的结构及工作过程是：
在结构上，由机械部分及电气部分组成。机械部分为执行部分，主要由手轮1、减速机构2、驱动电机4、推杆5组成。他的工作过程是：驱动电机4工作输出转矩，经减速机构2减速，经推杆5将驱动电机4 的旋转运动转换成推杆5直线运动，推杆5的末端连接水轮机调速机构的转臂6，推杆5的直线运动带动转臂6沿轴心正向或反向转动，转臂6 的转动带动水轮机调速机构的推拉杆7动作完成对水轮机导叶的控制。电气部分由控制系统8、人机界面9及储能部件10组成，控制系统 8通过连接电缆3向驱动电机4发送控制命令，控制驱动电机4输出的转速、转矩、正转、反转、启动、停止等状态，经减速机构2转化，控制推杆5的升降及升降速度，经由转臂6就能实现对水轮机导叶的控制。储能部件10能储存驱动电机4工作所需的电源，在外部电源消失的情况下提供工作电源。手轮1能在任意情况下进行手动操作，在所有电源都消失或驱动电机4故障无法工作的情况下仍能保障调速器能手动操作，保证水轮机导叶处于可控制状态。同时，本实施例的驱动电机4为直流伺服电机，带有反馈装置，推杆5带上下限磁感应开关，可以将导叶实时开度及全开全关信号反馈显示在人机界面9上；本实施例同时配储能部件10，储能部件10为38Ah/48V的蓄电池，以及操作手轮1，它能使水轮机在各种工况下稳定运行。
参看附图1，本实施例机械部分借鉴电动缸技术，将电机与丝杠进行一体化设计，将电机4的旋转运动转换成推杆5直线运动，采用平行布置，采用同步带将驱动电机4与推杆5连接起来。主要由驱动电机 4、减速机构2、推杆5三大部分组成。驱动电机4的作用是为调速器提供工作的能量，本实施例驱动电机4采用伺服电机；本实施例减速机构2采用蜗轮蜗杆减速器，当驱动电机4得电旋转，就可以通过减速机构2减速并将运动传给推杆5，本实施例的推杆5采用滚珠丝杠，滚珠丝杆是工具机械和精密机械上常使用的传动元件，滚珠丝杆将驱动电机4旋转运动转为推杆5直线运动。滚珠丝杆同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点，具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
参看附图2，本实施例整个调速器的工作全部由电力提供。电源系统进线采用AC380V市电经充电模块输出的直流电源供电机驱动器(即驱动电机4)用，输出的直流电源同时接入38Ah/48V的电池(即储能部件10)进行充电储能，平时储能部件10处于浮充状态，不参与调速器供电工作，当市电消失的时候才会自行放电投入调速器供电工作。本实施例触摸屏控制模块(即控制系统8)采用PLC作为控制核心， PLC通过编写程序向电机驱动器发送控制指令，电机驱动器控制直流伺服电机4的工作，平时操作的时候，可以通过触摸屏(即人机界面9) 直接点击各种操作选项进行调速器的操作，也可以通过通讯与上位机进行通讯，由上位机发送操作命令控制，实现远程自动控制及现地操作要求。直流伺服电机将旋转运动传给推杆，推杆将旋转运动转化为直线运动从而推动导叶动作。直流伺服电机自带的反馈装置可以了解电机的旋转运动位置状态，从而反映了水轮机导叶的实时开度；推杆设置上限及下限反馈，反映了水轮机导叶全关位置与全开位置的信号。
本实用新型实施例全电驱动水轮机智能调速器通过减速机构2、驱动电机4、推杆5、转臂6、推拉杆7实现了推动导叶动作的功能，实现水轮机的开/停机、调节机组转速、负荷等功能；通过手轮1、控制系统8、储能部件10，实现水轮机的自动和手动开/停机等功能；通过人机界面9的按键可进行现场操作，以及显示设备运行参数、反馈信号、机组及调速器工作状态，并能记录各种操作及故障信息，信息包含发生时间及内容。
实施效果
本实用新型具有以下有益效果：
1、低成本：本实施例调速器在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，比液压系统减少了大量的售后服务成本；无需操作压力油，没有储气罐、油管路、电液转换元件、测量仪表等部件，比液压系统减少了大量的制造成本。
2、节能环保：本实施例调速器不需操作油，不会产生漏油，是液压调速器的最佳替代品，更环保，更节能，更干净。
3、安全可靠：本实施例调速器采用全电操作，而且增加了储能部件及手轮，不担心失电的情况下无法操作，也不担心电机出现故障无法操作。
4、自动化程度高：很容易与PLC等控制系统连接，相对传统的手电动调速器，更容易实现远程自动控制。