轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统及操作方法与流程

本发明涉及轴流式水轮机设备，特别涉及一种轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统及操作方法。

背景技术

目前轴流转桨式水轮发电机组桨叶操作系统均采用传统的分体式设计，如图2所示，即将液压控制系统及压油装置布置在厂房区域，液压执行机构布置于水轮机转动部件内部。压油装置提供操作动力油源，液压控制系统根据调速器调节指令，通过电液转换装置将动力油源经过受油器通入操作油管，控制开、关腔油路的油压，从而驱动液压执行机构，控制桨叶进行转动。液压执行机构由活塞、操作架、连杆、转臂和枢轴组成，控制油进入操作油管，控制活塞上、下腔的油压，继而控制活塞沿轮毂向上或向下运动，带动操作架向上或向下运动，牵引连杆运动，带动转臂和枢轴围绕枢轴中心线做圆周运动，驱动桨叶进行转动。

传统的设计方法采用桨叶操作系统与导叶操作系统共用一套压油装置（包括油箱、油罐、气罐、压油泵组），液压控制系统及压油装置布置在独立于机组运转部件之外的厂房区域。透平油从压油装置出发，通过液压控制系统去驱动液压执行机构，中间须经过电液转换装置、受油器和较长的操作管路。根据实际工作发现，该布置结构存在许多问题：

1、传统的桨叶操作系统设计有受油器、操作油管、溅油盆等部件，结构复杂，渗漏点多，维护难度大，维护成本高；

2、液压控制系统及压油装置布置在厂房区域，而液压执行机构布置于水轮机转动部件内部。透平油从压油装置出发，通过液压控制系统到达液压执行机构，中间油路太长，导致系统用油量大，调节速动性差；

3、操作油管的开、关腔油路之间的密封完全依靠受油器浮动瓦与操作油管之间的间隙密封。由于操作油管运转时存在摆度，密封间隙不能设计的过小，且受油器的浮动瓦在长期运行过程中极易被磨损，因此开、关腔窜油现象严重，单位时间系统用油量较大，导致油泵频繁启动，油温升高；

4、桨叶操作系统与导叶操作系统共用一套压油装置，由于桨叶操作系统用油受污染情况普遍较重，在很大程度上影响了导叶操作系统的用油质量，危及机组安全性；

5、溅油盆内形成的油雾会污染集电环，影响机组安全性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统及操作方法，实现桨叶操作系统与水轮机轴转动部件集成化的设计，从根本上解决分体式桨叶操作系统所存在的系列问题，同时大大降低了设备维护难度和维护成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统，包括从上到下依次设置的水轮机轴、轮叶接力器以及转轮体，轮叶接力器中设有活塞，活塞底部通过活塞杆与设置在转轮体内的操作架连接，操作架与连杆通过销轴连接，连杆的另一端与转臂通过销轴连接，转臂与枢轴、桨叶通过螺栓和销轴连接，所述水轮机轴内设有油箱，所述油箱通过压油泵组将油输送至压油罐内，压油罐内设有气囊，压油罐通过配压阀与设置在活塞上侧和下侧的两个油腔连通。

优选的方案中，所述转轮体内的轮毂的常压油腔通过联络管与油箱连通。

优选的方案中，所述水轮机轴内设有电液转换器，电液转换器与配压阀连接。

进一步的方案中，所述压油罐连接压力传感器。

更进一步的方案中，所述水轮机轴内设有控制器，控制器与电液转换器、电磁阀组以及压力传感器电性连接，控制器通过通信模块与调速器电气柜和油压装置控制柜无线连接。

优选的方案中，所述压油泵组的动力电源采用电刷的方式从集电环引入。

一种轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统的操作方法，首先压油泵组从油箱中吸取油液，经加压后泵入压油罐，压油罐内的气囊被油液压缩后进行储压，电液转换装置接收调速器电气柜的调节指令，操作配压阀，控制活塞上、下两个油腔的油压，控制活塞向上或向下运动，带动操作架向上或向下运动，牵引连杆运动，带动转臂和枢轴围绕枢轴中心线做圆周运动，驱动桨叶进行转动。

本发明提供的一种轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统及操作方法，将桨叶操作系统除电气柜、控制柜以外的所有部件集成于水轮机轴内部，并取消了复杂的受油器、溅油盆和冗长的操作油管，在结构设计上大为简化，从根本上解决了传统分体式桨叶操作系统所存在的系列问题，同时大大降低了设备维护难度和维护成本，具体优势如下：

1、由于取消了冗长的操作油管，能够极大程度上缩短操作油路，大大减少操作系统用油量，提高桨叶调节速动性。

2、由于取消了复杂的受油器结构，能够彻底解决控制油管开、关腔窜油问题。

3、由于取消了溅油盆，可以完全避免对集电环造成的油雾污染。

4、由于桨叶操作系统采用独立的压油装置，可以完全避免与导叶操作系统油质相互污染。

5、设计采用较高的额定工作油压等级，可以缩小液压执行机构的尺寸，相应可以减小转轮体的体积，提高转轮的过流能力，增加水轮机出力，产生巨大的经济效益。

6、结构设计上大为简化，取消了复杂的易损件，渗漏点减少，大大降低了设备维护难度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为现有技术的结构示意图。

图3为本发明的控制图。

图中：水轮机轴1，轮叶接力器2，转轮体3，活塞4，活塞杆5，操作架6，连杆7，转臂8，枢轴9，桨叶10，油箱11，压油罐12，气囊13，配压阀14，电液转换器15，压油泵组16，联络管17，轮毂18。

具体实施方式

如图1中，一种轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统，包括从上到下依次设置的水轮机轴、轮叶接力器以及转轮体，轮叶接力器中设有活塞，活塞底部通过活塞杆与设置在转轮体内的操作架连接，操作架与连杆通过销轴连接，连杆的另一端与转臂通过销轴连接，转臂与枢轴、桨叶通过螺栓和销轴连接，所述水轮机轴内设有油箱，所述油箱通过压油泵组将油输送至压油罐内，压油罐内设有气囊，压油罐通过配压阀与设置在活塞上侧和下侧的两个油腔连通。

所述转轮体内的轮毂的常压油腔通过联络管与油箱连通，起到注油和平压的作用。

所述水轮机轴内设有电液转换器，电液转换器与配压阀连接。

所述压油泵组的动力电源采用电刷的方式从集电环引入。

所述压油罐连接压力传感器。压力传感器可以选用keller科勒生产的pa-23s/80565.55型号的压力传感器，将压力传感器安装在与压油罐连通的管道上测量压油罐内的油压。

如图3所示，所述水轮机轴内设有控制器，控制器与电磁阀组、压力传感器以及电液转换器电性连接，控制器通过通信模块与调速器电气柜和油压装置控制柜无线连接。控制器选用at89s52单片机，通信模块可以选用4g通信模块或gprs通信模块进行无线传输。

压力传感器测得的压油罐内压力通过控制器处理后通过通信模块传送至油压装置控制柜，油压装置控制柜通过测得的压油罐的压力值控制压油泵组的启停。

当需要对水轮机进行调速时，调速器电气柜的调节指令通过通信模块传送至控制器，电液转换装置接收调节指令，操作配压阀。

所述压油装置采用较高的额定工作油压等级，以此提高单位体积油液的做功能力，可以大幅缩小压油装置的体积，方便布置于水轮机轴内部，同时能缩小液压执行机构的尺寸，相应可以减小转轮体的体积，提高转轮的过流能力，增加水轮机出力。

具体的，轴流转桨式水轮发电机一体化桨叶操作系统的操作方法为：首先压油泵组从油箱中吸取油液，经加压后泵入压油罐，压油罐内的气囊被油液压缩后进行储压，电液转换装置接收调速器电气柜的调节指令，操作配压阀，控制活塞上、下两个油腔的油压，控制活塞向上或向下运动，带动操作架向上或向下运动，牵引连杆运动，带动转臂和枢轴围绕枢轴中心线做圆周运动，驱动桨叶进行转动。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。