一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置的制作方法

文档序号:11213329阅读:1866来源:国知局
一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置的制造方法

本发明涉及汽轮机发电调节系统油动机的测试领域,特别涉及一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置。



背景技术:

发电厂发电基本过程是通过将水加热至蒸汽状态,推动汽轮机发电。汽轮机发电也是我国主要的发电形式。在发电过程中,需要通过调节汽轮机蒸汽的进汽量来保持汽轮机转子3000转每分钟的转速。同时由于发电过程中电力不能大量储存,发电量由用户需求来决定。以此也需要控制汽轮机蒸汽的进气量来调节发电功率满足用电需求。汽轮机调节系统的主要作用就是转速调节与功率调节。

汽轮机调节系统,通过调节汽轮机进汽量来调节汽轮机转子的转速与发电功率。其执行机构就是油动机,在油动机的带动下调节进汽阀门的开度,达到调节进汽量目的。油动机的另外一个主要功能是,在液压系统中安全油(即插装阀上腔控制油)卸荷后,在弹簧力的作用下实现快速关闭。

油动机,也称为液压伺服马达,由油缸、伺服阀、电磁阀、卸荷阀、位移传感器、行程开关、单向阀和测压接头等组成。结合附图可以看到油动机工作原理。油动机具有液压系统控制精度高、输出力矩大、行程速度快、便于实现频繁换向的优点。在汽轮机进汽阀门调节中具有广泛的应用。对于汽轮机中使用的油动机通常具有精度要求高,功率及体积大。由于汽轮机发电需要高度的可靠性,油动机的性能检测是不可缺少的。当前,对于油动机进行的专用检测装置进行研发设计具有重要意义。

油动机的检测试验,通常是油动机开启、关闭汽门试验,在紧急情况下快速开启、快速关闭。对于油动机功能检测需要模拟实际工况条件进行试验。在实际汽轮机中使用,还需要给出延迟时间、缓冲时间、终端速度、阀门起始位弹簧弹力、阀门全开位弹簧弹力、摩擦力、开启时间、关闭时间等参数。这些参数可以用来检测油动机是否合格,也可以用于整体评估汽轮机发电的性能,提高汽轮机系统建模的准确性。同时对于这些基本参数的检测,也可以为油动机的设计提供指导。

本发明的方案便是针对上述问题对现有油动机测试装置进行的改进。



技术实现要素:

为了克服现有技术中的不足,本发明提供一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置,解决现有油动机测试装置测试不方便、测量精度不高的问题。

为了达到上述发明目的,解决其技术问题所采用的技术方案如下:

一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置,包括第一快关电磁阀、第二快关电磁阀、第一插装阀、第二插装阀、伺服阀、过滤器、油泵、油箱、阀门、弹簧、油缸、放油口、缓冲油口、位移传感器、工控机和伺服卡,其中:

所述油泵经所述过滤器后分别与所述第一快关电磁阀、第二快关电磁阀及伺服阀的p口连通;

所述油箱分别与所述第一快关电磁阀和第二快关电磁阀的t口及油缸的进油口连通;

所述第一插装阀和第二插装阀的b口分别与所述伺服阀的t口以及所述油缸的进油口连通,所述第一插装阀和第二插装阀的a口分别与所述伺服阀的b口以及所述放油口和缓冲油口连通;

所述弹簧套设在所述油缸的活塞杆外,所述阀门设置于所述活塞杆顶端;

所述位移传感器分别与所述油缸的活塞杆及所述工控机连接,用于测量油动机活塞的行程变化,并将行程变化量转换成行程信号输送至所述工控机;

所述工控机的输入端分别与所述位移传感器和油缸放油口连接,用于接收所述位移传感器输送过来的行程信号以及所述放油口输送过来的油压信号,输出端与所述伺服卡连接,用于输出电控制信号至所述伺服卡;

所述伺服阀一端连接所述伺服卡,另一端连接所述第一插装阀和第二插装阀,用于将来自所述伺服卡的电控制信号转换为电压信号,进而控制进油口的进油量。

进一步的,在正常工况下,第一快关电磁阀和第二快关电磁阀均保持带电,高压液压油经过过滤器,通过两个带电的第一快关电磁阀和第二快关电磁阀,到达第一插装阀和第二插装阀,由于油压很高,第一插装阀和第二插装阀均关闭,第一插装阀和第二插装阀的a和b口不通,所述油缸的进油口与油箱之间的通路处于断开状态,

当所述伺服阀从所述伺服卡中获得开启阀门的控制信号后,所述伺服阀的阀芯右移,高压液压油从所述伺服阀经过放油口和缓冲油口进入所述油缸的入口处,所述油缸的进油压力升高,高压液压油克服弹簧和摩擦阻力,通过所述油缸中的活塞杆带动所述阀门运动,实现所述阀门的开度打开;

当所述伺服阀从所述伺服卡中获得关闭阀门的控制信号,所述伺服阀的阀芯左移,所述油缸的进油口与所述油箱相连,所述阀门关闭。

进一步的,当出现紧急情况时,所述阀门快速关闭,通过断开第一快关电磁阀或者第二快关电磁阀或者二者均断开,所述油泵的高压液压油经过所述过滤器,通过第一快关电磁阀和第二快关电磁阀,使得第一插装阀和第二插装阀的上部保持高压,第一插装阀和第二插装阀的a和b口之间接通,所述油缸的进油口和所述油箱相连,实现快速泄油,并在弹簧力的作用下,所述油缸中的活塞杆迅速右移,带动所述阀门关闭,从而实现快关。

进一步的,还包括缓冲装置,所述缓冲装置设置于所述油缸的活塞杆上,用于降低活塞杆的运动速度以此实现所述阀门的低速关闭。

进一步的,还包括压力传感器,所述压力传感器与所述油缸连接,用于测量所述油动机的缓冲腔压力、进油口压力和回油口压力。

进一步的,所述工控机还包括控制输出模块、数据采集模块、滤波处理模块、算法计算模块、数据显示模块、报表生成模块和打印模块。

优选的,所述数据采集模块为数据采集卡,所述数据采集卡采用带隔离功能的多功能数据采集卡。

优选的,所述第一快关电磁阀和第二快关电磁阀为2位2通电磁阀,所述伺服阀为2位3通电磁阀。

优选的,所述位移传感器采用lvdt型直线式差动位移传感器,所述lvdt型直线式差动位移传感器包括铁芯和线圈骨架,所述铁芯连接于所述油动机的活塞上,所述线圈骨架连接于所述油动机的壳体上。

本发明由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:

本发明性能测试装置用于测试油动机的快关时间、开启关闭性能、油动机的弹簧力大小、油动机活塞与油缸之间摩擦力大小的参数,并将这些参数进行分析计算之后以报表的形式保存在装置中,方便存取。本发明对油动机的测试功能完善,所测数据准确,实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中:

图1是本发明一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置中的油动机工作原理图;

图2是本发明一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置中的油动机伺服控制方框图;

图3是本发明一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置中的油动机快关试验程序框图;

图4是本发明一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置中的软件设计模块框图。

【主要符号说明】

1-第一快关电磁阀;2-第二快关电磁阀;3-第一插装阀;4-第二插装阀;5-伺服阀;6-过滤器;7-油泵;8-油箱;9-阀门;10-弹簧;11-油缸;12-放油口;13-缓冲油口;14-位移传感器;15-工控机;16-伺服卡。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论,显然,这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例,并不是全部的实例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。

本发明主要给出了用于油动机性能检测的测试装置,包括硬件设计及软件设计。主要用于检测油动机的快关特性、弹簧力大小、油动机摩擦力大小、油动机行程中的过冲量与过冲时间。其测试装置能够完成的试验有:快关试验、油压试验、开启关闭试验。该测试装置的搭建,主要通过下述技术方案解决的:

如图1所示,本发明公开了一种汽轮机组专用的油动机性能测试装置,包括第一快关电磁阀1、第二快关电磁阀2、第一插装阀3、第二插装阀4、伺服阀5、过滤器6、油泵7、油箱8、阀门9、弹簧10、油缸11、放油口12、缓冲油口13、位移传感器14、工控机15和伺服卡16,其中:

所述油泵7经所述过滤器6后分别与所述第一快关电磁阀1、第二快关电磁阀2及伺服阀5的p口连通;

所述油箱8分别与所述第一快关电磁阀1和第二快关电磁阀2的t口及油缸11的进油口连通;

所述第一插装阀3和第二插装阀4的b口分别与所述伺服阀5的t口以及所述油缸11的进油口连通,所述第一插装阀3和第二插装阀4的a口分别与所述伺服阀5的b口以及所述放油口12和缓冲油口13连通;

所述弹簧10套设在所述油缸11的活塞杆外,所述阀门9设置于所述活塞杆顶端;

所述位移传感器14分别与所述油缸11的活塞杆及所述工控机15连接,用于测量油动机活塞的行程变化,并将行程变化量转换成行程信号输送至所述工控机15;

所述工控机15的输入端分别与所述位移传感器14和油缸放油口12连接,用于接收所述位移传感器14输送过来的行程信号以及所述放油口12输送过来的油压信号,输出端与所述伺服卡16连接,用于输出电控制信号至所述伺服卡16;

所述伺服阀5一端连接所述伺服卡16,另一端连接所述第一插装阀3和第二插装阀4,用于将来自所述伺服卡16的电控制信号转换为电压信号,进而控制进油口的进油量。

结合附图1,油动机试验台的工作原理图。在正常工况下,第一快关电磁阀1和第二快关电磁阀2均保持带电,高压液压油经过滤器6,通过带电的第一快关电磁阀1和第二快关电磁阀2,到达第一插装阀3和第二插装阀4,由于油压很高,第一插装阀3和第二插装阀4均关闭,因此第一插装阀3和第二插装阀4的a和b口不通,所述油缸11的进油口与油箱8之间的通路处于断开状态。与此同时,当所述伺服阀5从所述伺服卡16中获得开启阀门9的控制信号后,所述伺服阀5的阀芯右移,高压液压油从所述伺服阀5经过放油口12和缓冲油口13进入所述油缸11的入口处,所述油缸11的进油压力升高,高压液压油克服弹簧10和摩擦阻力,通过所述油缸11中的活塞杆带动所述阀门9运动,实现所述阀门9的开度打开;当所述伺服阀5从所述伺服卡16中获得关闭阀门9的控制信号,所述伺服阀5的阀芯左移,所述油缸11的进油口与所述油箱8相连,所述阀门9关闭。

当出现紧急情况,如甩负荷,需要所述阀门9快速关闭,此时通过断开第一快关电磁阀1或者第二快关电磁阀2,或者二者均断开,如图1,此时所述油泵7的高压液压油经过所述过滤器6,通过第一快关电磁阀1和第二快关电磁阀2,使得第一插装阀3和第二插装阀4的上部保持高压,第一插装阀3和第二插装阀4的a和b口之间接通,因此,所述油缸11的进油口和所述油箱8相连,实现快速泄油,并在弹簧力的作用下,所述油缸11中的活塞杆迅速右移,带动所述阀门9关闭,从而实现快关。

快关时,由于所述弹簧10的作用力通常很大,会使得所述阀门9剧烈撞击门壁,如果不采取措施,势必会对所述阀门9和整个系统造成很大的损失,同时存在巨大的安全隐患。所以,设计缓冲装置是必须的,即,所述测试装置还包括缓冲装置(未图示),所述缓冲装置设置于所述油缸11的活塞杆上,用于降低活塞杆的运动速度以此实现所述阀门9的低速关闭。在图1中,当活塞快关右移时,开始活塞中的液压油可以从放油口12和缓冲油口13两处节流阀同时出油,活塞快速关闭,当活塞的缓冲柱塞运动到关闭节流阀时,液压油只能从缓冲油口13出油,由于缓冲油口13明显的节流作用,剩余的油形成强烈的反作用力,迫使活塞继续右移,从而降低活塞运动速度,实现所述阀门9低速关闭。

该测试装置的控制原理如附图2所示,本测试装置的硬件平台系统除了建立复杂的数据采集、分析、显示,以便对油动机的性能进行反映和研究外,还通过使用伺服卡16,对整个油动机系统实现闭环控制,从而实现对阀门9开度的任意控制,以设计完成我们相关参数测量实验。其控制原理方框图如附图2所示。

进一步的,所述测试装置还包括压力传感器(未图示),所述压力传感器与所述油缸11连接,用于测量所述油动机的缓冲腔压力、进油口压力和回油口压力。本实施例中,所述压力传感器的压力测量范围覆盖0-250bar,输出信号4-20ma。根据实际使用中油动机型号不同,其内入油压范围也不同,需要根据实际情况选用不同测量等级的液压传感器。

优选的,所述数据采集模块为数据采集卡,所述数据采集卡采用带隔离功能的多功能数据采集卡,用于提供精确的测量和精准控制。其中,隔离性能包括:瞬间安全、去噪、降低接地循环、抑制共模电压。本实施例中,所述数据采集卡采用与上位机软件接口兼容性强的高速采集卡,为适应高速采集的要求,这里要求采样率高于1000hz的数据采集卡。

优选的,所述第一快关电磁阀1和第二快关电磁阀2为2位2通电磁阀,所述伺服阀5为2位3通电磁阀。

优选的,所述位移传感器14采用lvdt(linearvariabledifferentialtransformer,线性可变差动变压器)型直线式差动位移传感器,所述lvdt型直线式差动位移传感器包括铁芯和线圈骨架,所述铁芯连接于所述油动机的活塞上,所述线圈骨架连接于所述油动机的壳体上。在测量油动机活塞位置时工作原理为:当油动机活塞运动时,使得铁芯与线圈产生相对位移,在其内部产生感应电动势,该电压大小取决于位移量的大小。感应电动势的输出也可以得出油动机活塞的位移。本实施例中采用所述lvdt型直线式差动位移传感器进行测量,在于该位移传感器测量精度高,量程也适于油动机活塞的行程。

在电气控制部分,所述伺服卡16在油动机控制系统中具有重要作用,利用pid控制算法,对油动机的伺服阀5进行控制,由于控制闭环为负反馈控制,所以在伺服卡16和伺服阀5的共同作用下,可实现油动机活塞停留在任意位置上。

本实施例中,所述伺服卡16包括两部分,一部分是i/o卡,包括了整个伺服卡16的输入和输出部分,具有lvdt反馈、deh输入部分经通道切换至adc模数转换部分,以及后面的dac数模转换到电流输出,同时也包含了短线检测环节。另一部分是cpu板,主要包括了可编程逻辑器件及单片机到cpu环节、4-20ma阀位输出显示、电源电压转换模块等。所述伺服卡16是基于arm板设计的单片机。其能接收输入信号、运算的到输出数据,其内部程序可以在对于arm板卡设计的单片机编程平台上进行修改。

油动机使用现场一般环境恶劣,震动与噪声较大,温度变化也大,信号传递的导线一般比较长,导致信号在传递过程中容易收到干扰,为了保住采集卡件安全和信号的稳定性,在测试装置的搭建中,需要使用信号隔离器。通过采用信号隔离器能有效提高输入、输出和电源之间的电气隔离性能。本实施例中,所述信号隔离器(未图示)通常采用带有屏蔽功能的电缆、隔离放大器等。

在完成油动机测试装置的硬件部分的设计之后,还需要对软件进行设计。本发明实现控制程序与交互界面的软件编程。软件设计可以分为以下几个部分:控制输出、数据采集保存、滤波处理、算法计算、数据显示、报表生成、打印,具体的软件设计流程图如附图3所示。该些软件功能模块主要设置于所述工控机中。即,所述工控机14还包括控制输出模块、数据采集模块、滤波处理模块、算法计算模块、数据显示模块、报表生成模块和打印模块。

在油动机性能测试装置中,我们需要测量行程信号、缓冲腔压力信号和一些监测信号,这些路信号均为模拟电流信号;同时,为了对油动机测试装置进行控制,我们要输出一些控制信号:如电磁阀的开关信号、伺服阀的控制信号等,这里需要三路do信号用于控制三个电磁阀和一路ao信号用于控制伺服阀。数据采集卡每块使用两路的ai通道,所以在硬件上需要rtsi总线电缆,该电缆可连接测量、视觉、运动和can板卡上的rtsi总线连接器,硬件上连接后还需要在软件上编程实现连接。

附图4显示快关试验设计的流程框图。从流程图可以看出,软件设计可以分为如下几个部分:控制输出、数据采集保存、滤波处理、算法计算、数据显示、报表生成、打印等。

首先,程序会执行一系列初始代码,提醒用户输入各种数据存储路径、报表保存路径等。同时,在做不同的实验时,均需要输入不同的初始设置,这种强大的交互性操作界面方便易用。

其次,初始化之后,整个程序将等待数据采集,此时,程序需要产生电磁阀、伺服阀等控制执行件的控制信号。

第三,控制信号驱使快关、油压、开启关闭、步响应不同的实验模式开始,采集卡采集完数据后,一方面把原始数据进行保存,以便后续离线运算,另一方面,进行在线的参数计算和分析。在线分析过程中,先要对原始数据进行滤波处理,之后,在八种不同的采集模式下,进行算法的运算,计算出实验模式下的测量参数,并进行保存。

第四,利用采集到的数据,进行离线分析处理,特别是波形处理,波形需要平滑,这里程序中可以采用不同种滤波方法,如一阶滞后滤波法、巴斯沃通滤波法等。得到不同模式下的图形图像并保存。

最后,利用报表系统模块把实验测得的油动机参数和图形图像分别导入已有的模板报表中,得到完整的实验报告。模版报表根据设计为excel报表,方便打印及在其他电脑设备上的保存查阅。最后,打印生成报告。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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