专利名称：一种水轮机进水阀的混合驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水轮机进水阀的混合驱动系统，尤其涉及一种用于驱动水电站进水阀的混合驱动系统。
背景技术：
随着社会经济的不断发展，对电能的需求日益增加，水力发电站正发挥着越来越重要的作用。水轮机可以将水流的能量转换为旋转的机械能，输出扭矩，从而带动发电机发电，是水力发电站的重要设备。进水阀作为进口处截断水流的阀门，是水轮机中的关键部件，对水轮机的性能有着重要影响。现有技术中，水轮机进水阀系统包括主阀、旁通阀及操作机构，安装在水电站或抽
水蓄能电站蜗壳进口前的压力钢管上。当水轮机需要检修时，关闭进水阀，截断水轮机进水；当水轮机组调速系统发生故障，机组转速升高到整定值的情况下，能动水紧急关阀，防止水轮机飞逸，减免水锤现象，保证机组安全。水电站水轮机进水阀的结构形式可以是液控蝶阀，液控球阀、液控半球阀等。以蝶阀为例，在进水阀工作过程中，液压站电磁阀控制液压油，通过液压油或重锤驱动油缸动作，油缸带动拐臂绕阀轴转动90度，阀轴带动活门旋转，实现蝶阀的启闭。进水阀根据驱动方式的不同可分为气体压力蓄能式和重锤的位置势能蓄能式两大类。重锤的位置势能蓄能式驱动方式，其控制原理简单可靠，重锤的位置势能直观，蓄积的能量恒定；但是，重锤安装空间较大，安装空间确定的情况下关阀的驱动力矩基本不可调，电机功率大，油泵排量大，开阀时间较长，同时，重锤机构自身不具备自启动能力，必须借助外部的手动油泵或直流电机驱动的油泵才能实现启动。气体压力蓄能式驱动方式，其驱动机构安装空间较小，关阀力矩裕度相对较大；自身具备启动能力；但是，液压控制系统较复杂；采用压缩空气的压力油罐需要空压机组配套，其增加水电站投资，加大后期运行维护的难度和复杂程度；而皮囊式氮气罐内的橡皮囊寿命不可预估，一旦破裂，油气混合，进水阀随即失去动力源，氮气压力需定期检测，补充气压。因此，提供一种可以实现多种驱动模式混合驱动的混合驱动系统，提高进水阀操作可靠性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水轮机进水阀的混合驱动系统，可以实现多种驱动模式混合驱动，从而增加运行可靠性。为了实现上述第一个目的，本发明提供一种水轮机进水阀的混合驱动系统，包括可控制进水阀的主阀开闭的操作机构、至少一个蓄能器、可提供压力流体的动力单元、重锤，具有至少三种驱动模式
第一驱动模式，所述动力单元或蓄能器提供压力流体驱动所述操作机构运动，所述操作机构带动所述水轮机进水阀关闭和/或开启；第二驱动模式，所述动力单元驱动所述重锤提升，使其获得位置势能，所述重锤可在重力势能作用下，带动所述水轮机进水阀关闭。第三驱动模式，所述蓄能器和重锤，根据设计的混合比例，混合驱动所述操作机构带动所述水轮机进水阀关闭。优选地，所述操作机构带动所述水轮机进水阀开启时，同时带动所述重锤升起，使得所述重锤获得势能。优选地，所述动力单元包括电机和油泵，所述电机输出轴与所述油泵主轴连接，并驱动所述油泵旋转，产生高压油；
和/或，所述动力机构包括手动油泵，外力驱动所述手动油泵，产生高压油。优选地，压力油的动力单元包括电机和油泵等，可以集中在水轮机调速器系统中，而不会影响水轮机进水阀系统的混合驱动功能。
优选地，液压回路上可设置液控球阀，通过接受水轮机系统发出的液压信号，实现动水关闭水轮机进水阀。优选地，所述蓄能器与所述动力单元的高压油路相连通，所述动力单元可以提供液压能给所述蓄能器。与现有技术相比，本发明所提供的水轮机进水阀的混合驱动系统，包括可控制进水阀的主阀开闭的操作机构、至少一个蓄能器、可提供压力流体的动力机构、重锤，具有至少三种驱动模式
第一驱动模式，所述动力单元或蓄能器提供压力流体驱动所述操作机构运动，所述操作机构带动所述水轮机进水阀关闭和/或开启；
第二驱动模式，所述动力单元驱动所述重锤提升，使其获得位置势能，所述重锤可在重力势能作用下，带动所述水轮机进水阀关闭。第三驱动模式，所述蓄能器和重锤，根据设计的混合比例，混合驱动所述操作机构带动所述水轮机进水阀关闭。因此，可以通过第一、第二、第三驱动模式之间的切换，适应不同工况下的需求。本发明所提供的水轮机进水阀的混合驱动系统，既可以由蓄能器提供的压力流体驱动操作机构直接开闭阀门，也可以通过动力单元提供压力流体驱动操作机构直接开闭阀门，还可以通过重锤蓄能进行阀门的关闭。各种开阀、关阀方式可以互为补充备用，大大提高了开阀与关阀的可靠性与速度。在进一步地优选地实施方式中，所述操作机构带动所述水轮机进水阀开启时，同时带动所述重锤升起，使得所述重锤获得势能。因此，可以利用重锤的势能驱动操作机构进行阀门的关闭，同时，还可以通过蓄能器和/或动力单元提供压力流体驱动操作机构进行阀门的关闭。在进一步地优选地实施方式中，所述动力单元包括电机和油泵，所述电机输出轴与所述油泵主轴连接，并驱动所述油泵旋转，产生高压油；和/或，所述动力单元包括手动油泵，外力驱动所述手动油泵，产生高压油。因此，既可以通过电动机驱动油泵产生高压油，也可以根据需要，通过配置手动油泵，采用手动油泵的方式，产生高压油。在进一步地优选地实施方式中，所述压力油的动力单元包括电机和油泵，所述压力油的动力单元集成在水轮机调速器系统中，因此不会影响水轮机进水阀系统的混合驱动功能。在进一步优选地实施方式中，液压回路上设置有可关闭油路的液压阀，通过接受水轮机系统发出的液压信号，实现动水关闭水轮机进水阀，从而可以实现机组过速保护的液压信号关阀。在进一步优选地实施方式中，所述蓄能器与所述动力单元的高压油路相连通，所述动力单元可以提供液压能给所述蓄能器。因此，可以将动力单元提供液压能存储于所述蓄能器中，开关阀时动力单元先提供高压油将蓄能器充压，直到油压触发压力开关的补油上限停止提供高压油，然后通过蓄能器提供的油压驱动进水阀开关，或，可以由蓄能器与动力机构共同提供高压油驱动的进水阀开关，这样可以降低对 动力单元的电动机功率要求，同时，开、关阀速度任意可调。
图I是本发明提出的一种水轮机进水阀的混合驱动系统的液压动力原理 图2是本发明提出的一种水轮机进水阀的混合驱动系统的液压控制原理 图3是本发明提出的一种水轮机进水阀的混合驱动系统的油缸控制原理图。
具体实施例方式本发明的目的是提供一种水轮机进水阀的混合驱动系统，可以实现多种驱动模式混合驱动，从而增加运行可靠性。为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。请参考图I和图2，以液压驱动系统为例，在一种实施例中，本发明所提供的一种水轮机进水阀的混合驱动系统，包括有2个蓄能器构成的蓄能器组I、由油泵7和电机8组成的油泵电机组2、手动油泵3、压力开关4、第一单向阀5、油箱6、滤油器9、重锤10、油缸11、第二单向阀12、第一节流阀13、第二节流阀14、第一液控单向阀15、第一电磁阀16、第一插装阀17、第二液控单向阀18、第三节流阀19、第二电磁阀20、液控球阀21、第三电磁阀22、第二插装阀23、手动阀24、第三单向阀25、第一高压胶管26、第二高压胶管27 ；
具有第一驱动模式所述电机8驱动所述油泵7，使得所述油泵7产生高压油，高压油经过所述第一单向阀5进入高压油路P或由蓄能器组I提供的高压油进入高压油路P ;
所述第二电磁阀20得电打开所述第一液控单向阀15，高压油经过所述第一液控单向阀15、所述第二节流阀14、所述第二高压胶管27、所述第二单向阀12进入所述油缸11的无杆腔，从而驱动所述油缸11的活塞杆运动而实现进水阀的开阀和所述重锤10的举升，所述油缸11的有杆腔回油经过所述所述第一高压胶管26、所述第一插装阀17进入低压油路T，并经过所述滤油器9流回所述油箱6 ;或，所述第一电磁阀16得电打开所述第二液控单向阀18，高压油经过所述第二液控单向阀18、所述第三节流阀19、所述第一高压胶管26进入所述油缸2的有杆腔，高压油与所述重锤10共同驱动所述油缸11活塞杆下降，从而实现进水阀的关阀操作，所述第三电磁阀22得电控制所述第二插装阀23打开，所述油缸11的无杆腔回油经过所述第一节流阀13、所述第二高压胶管27、所述第二插装阀23进入低压油路T，并经过所述滤油器9流回所述油箱6 ；
具有第二驱动模式进水阀阀门位于全开位置，所述重锤10被所述油缸11举升而具有重力势能时；
所述第三电磁阀22得电控制所述第二插装阀23打开；所述重锤10在重力势能的作用下下降，驱动所述油缸11活塞杆下降，从而实现进水阀的关阀操作；所述油缸11的无杆腔回油经过所述第一节流阀13、所述第二高压胶管27、所述第二插装阀23进入低压油路Τ，并经过所述滤油器9流回所述油箱6，所述第一节流阀13可以调节关阀速度，实现阻尼作用，防止压力钢管的水锤事故发生，保护水轮机的安全；所述油缸11的有杆腔通过所述第三单向阀25和所述第一高压胶管26实现自动吸油；或，打开所述手动阀24，所述重锤10在重力势能的作用下下降，驱动所述油缸11活塞杆下降，从而实现进水阀的关阀操作；所述油缸11的无杆腔回油经过所述第一节流阀13、所述第二高压胶管27、所述第二插装阀23 进入低压油路Τ，并经过所述滤油器9流回所述油箱6，所述第一节流阀13可以调节关阀速度，实现阻尼作用，防止压力钢管的水锤事故发生，保护水轮机的安全；所述油缸11的有杆腔通过所述第三单向阀25和所述第一高压胶管26实现自动吸油；
具有第三驱动模式所述蓄能器组I的压力在设定的油压范围内时，所述蓄能器组I提供高压油进入高压油路P;
所述第一电磁阀16得电控制所述第二液控单向阀18打开和所述第一插装阀17关闭，高压油经过所述第二液控单向阀18、所述第三节流阀19、所述第一高压胶管26进入所述油缸11的有杆腔，高压油和所述重锤10共同驱动所述油缸11活塞杆下降，从而实现进水阀的关阀操作；所述第三电磁阀22的得电控制所述第二插装阀23打开，所述油缸11的无杆腔回油经过所述第一节流阀13、所述第二高压胶管27、所述第二插装阀23进入低压油路Τ，并经过所述滤油器9流回所述油箱6，所述第一节流阀13可以调节关阀速度，实现阻尼作用，防止压力钢管的水锤事故发生，保护水轮机的安全；
因此，可以通过第一、第二、第三驱动模式之间的切换，适应不同工况下的需求，各种开阀、关阀方式可以互为补充备用，大大提高了开阀与关阀的可靠性与安全系数。需要说明的是，本发明并不对蓄能器组的结构形式、规格和其蓄能器的个数进行限定，可以根据开闭阀的功率对蓄能器组的结构形式、规格和其蓄能器的个数进行设计；本发明也不对压力流体的类型进行限制，可以是液压油，也可以是高压水等其他压力流体；本发明也不对操作机构的类型进行限制，可以是油缸也可以是其他驱动部件；因此，使用一个或多个、蓄能器；使用各种压力流体介质；使用其他驱动部件均应在本发明的保护范围之内。需要说明的是，本发明并不对高压油的来源进行限定，根据需要，可以通过手动油泵和油泵电机组共同产生高压油，也可以只使用手动油泵或油泵电机组提供高压油，因此，采用一种或多种动力方式获取具有液压能的高压油，均应在本发明的保护范围之内；本发明并不对油缸的数量进行限制，可以由一个或多个油缸组成油缸组，共同构成液压操作机构，因此，只要具有至少一个油缸机构构成液压操作机构，均应在本发明保护范围之内。请结合图3，在一种实施例中，本发明所提供的一种水轮机进水阀的混合驱动系统，还包括第四节流阀28和行程阀29，因此，可以由所述第二单向阀12、所述第一节流阀13、所述第四节流阀28和所述行程阀29 —起进行多阶段关阀速度控制所述油缸11。
需要说明的是，本发明并不对油缸附属的功能进行限制，可以由所述第一节流阀控制所述油缸单阶段匀速关阀，也可以由多个节流阀、行程阀构成的多阶段关阀速度控制所述油缸，因此，只要油缸具有关阀速度调节功能，均应在本发明保护范围之内；
本发明提供的混合驱动系统还可以增加旁通阀油缸组和旁通阀，通过旁通阀油缸组控制旁通阀作用，这样，可以平衡进水阀前后水压，减小开阀时水压差导致的开启阻力，本发明并不对是否含有旁通阀油缸组和旁通阀进行限制，因此，存在或不存在旁通阀油缸组和旁通阀以及旁通阀油缸组和旁通阀的数量不进行限制，均应在本发明保护范围之内。
本发明提供的混合驱动系统还可以增加液压油缸驱动的锁锭销，通过液压油缸驱动的锁锭销，提高系统运行的安全性，本发明并不对是否含有液压油缸驱动的锁锭销进行限制，因此，存在或不存在液压油缸驱动的锁锭销，均应在本发明保护范围之内。进一步地，液压动力元件可以全部集成在水轮机调速器系统中，因此，不会影响水轮机进水阀系统的混合驱动功能。 进一步地，油缸11及油缸附属的节流阀、单向阀组成油缸机构，所述油缸机构布置于水轮机调速器系统外，本发明提供的混合驱动系统中其他液压部件，则可以全部集成在水轮机调速器系统中，因此不会影响水轮机进水阀系统的混合驱动功能。进一步，进水阀的阀门位于全开位置，所述重锤10被所述油缸11举升而具有重力势能时，所述液控球阀21在机组过速保护系统发出的液压信号的控制下动作，使得所述第二插装阀23打开；所述重锤10在重力势能的作用下下降，驱动所述油缸11活塞杆下降，从而实现进水阀关阀操作；所述油缸11的无杆腔回油经过所述第一节流阀13、所述第二高压胶管27、所述第二插装阀23进入低压油路T，并经过所述滤油器9流回所述油箱6，所述第一节流阀13可以调节关阀速度，实现阻尼作用，防止压力钢管的水锤事故发生，保护水轮机的安全；所述油缸11的有杆腔通过所述第三单向阀25和所述第一高压胶管26实现自动吸油；从而可以实现机组过速保护的液压信号关阀。需要说明的是，本发明并不对液压阀的类型进行限制，可以是液压球阀，也可以是其他类型的液压阀，因此，只要是设置于关阀回路上起到改变油路通断状态的液压阀均应在本发明保护范围之内。进一步地，所述蓄能器组I与所述油泵7的高压油路相连通，所述电机8驱动所述油泵7产生高压油，高压油经过所述第一单向阀5充入所述蓄能器组I，所述蓄能器组I达到所述压力开关4设定的油压后，所述电动机8停止运行。因此，可以将所述油泵电机组2提供的液压能存储于所述蓄能器组I中，开关阀时所述油泵电机组2先提供高压油将所述蓄能器组I充压，直到油压触发所述压力开关4的补油上限时，停止提供高压油，然后通过所述蓄能器组I提供的高压油驱动进水阀的阀门开关，或，可以由所述蓄能器组I与所述油泵电机组2共同提供高压油驱动的进水阀开关，这样可以降低对所述油泵电机组2的所述电机8的功率要求，同时，开、关阀速度任意可调。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序、而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种水轮机进水阀的混合驱动系统，用于驱动水轮机进水阀，其特征在于，包括，可控制进水阀的主阀开闭的操作机构、至少一个蓄能器(I)、可提供压力流体的动力单元、重锤(10)，具有至少三种驱动模式 第一驱动模式，所述动力单元或蓄能器(I)提供压力流体驱动所述操作机构运动，所述操作机构带动所述水轮机进水阀关闭和/或开启； 第二驱动模式，所述动力单元驱动所述重锤(10)提升，使其获得位置势能，所述重锤(10)可在重力势能作用下，带动所述水轮机进水阀关闭。
2.第三驱动模式，所述蓄能器(I)和重锤(10)，根据设计的混合比例，混合驱动所述操作机构带动所述水轮机进水阀关闭。
3.根据权利要求I所述的水轮机进水阀的混合驱动系统，其特征在于，所述操作机构带动所述水轮机进水阀开启时，同时带动所述重锤(10)升起，使得所述重锤(10)获得势倉泛。
4.根据权利要求I所述的水轮机进水阀的混合驱动系统，其特征在于，所述动力单元包< 括电机(8)和油泵(7)组成的油泵电机组(2)，所述电机(8)输出轴与所述油泵(7)主轴连接，并驱动所述油泵(7)旋转，产生高压油； 和/或，所述动力机构包括手动油泵(3)，外力驱动所述手动油泵(3)，产生高压油。
5.根据权利要求I所述的水轮机进水阀的混合驱动系统，其特征在于，所述动力单元可以集成在水轮机调速器系统中。
6.根据权利要求I所述的水轮机进水阀的混合驱动系统，其特征在于，液压回路上可设置液控球阀(21 )，通过接受水轮机系统发出的过速保护液压信号，实现油路通断状态的改变。
7.根据权利要求3所述的水轮机进水阀的混合驱动系统，其特征在于，所述蓄能器(I)与所述动力单元的高压油路相连通，所述动力单元可以提供液压能给所述蓄能器(I )。
全文摘要
本发明公开了一种水轮机进水阀的混合驱动系统，包括可控制进水阀的主阀开闭的操作机构、至少一个蓄能器、可提供压力流体的动力单元、重锤，具有多种驱动模式。可以实现多种驱动模式混合驱动，从而增加运行可靠性。
文档编号F16K31/04GK102797902SQ20121029622
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者袁邦, 童成彪, 李捷 申请人:中阀科技(长沙)阀门有限公司