气液联动驱动装置的液压控制系统的制作方法

1.本发明涉及液压控制系统，用于气液联动驱动装置的控制，实现气液联动驱动装置慢开、慢关、快关以及部分关闭和开启的功能要求，属于机械领域。


背景技术：

2.大口径快速关闭隔离阀是电站等管路系统的关键设备之一，承担着重要的安全功能，在系统出现事故工况等特殊工况下，需要实现在5s内快速关闭，隔离控制管线，从而保证系统的安全的功能。大口径快速关闭隔离阀的驱动装置通常使用气液联动驱动装置来实现快速关闭，现有的气液联动驱动装置的液压控制回路主要由国外控制垄断，并且有一定的控制缺陷，可靠性不高，存在误操作风险。
3.气液联动驱动装置需要在控制逻辑上需要从安全可靠性及独立性方面进行设计。


技术实现要素：

4.本发明主要解决气液联动驱动装置大推力、长行程的慢开、慢关、快关两列电控制方式，使控制简单、安全、可靠；慢开时间小于600s，慢关时间小于360s，快关时间小于5s；快速关闭驱动抗震、噪音、老化、抗辐照、电磁兼容、安全可靠性等技术课题。保证气液联动驱动装置满足正常，异常，事故工况＜5s快速关闭能力，以及在湿热、辐照、地震和失电等严重事故工况环境下的可靠运行。
5.为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是气液联动驱动装置的液压控制系统，适用于高温、高压大口径快速关闭（2～5s内快速关闭）主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其包括：与气液联动驱动装置分别连接的a通道液压系统和b通道液压系统；a通道液压系统、b通道液压系统分别通过其各自的供油油路向气液联动驱动装置输送液压油，气液联动驱动装置驱动阀门开启；气液联动驱动装置中的液压油分别通过a通道液压系统、b通道液压系统的回油油路回油，驱动阀门关闭；进一步的，a通道液压系统设置于气液联动驱动装置的一侧，b通道液压系统设置于气液联动驱动装置的另一侧；进一步的，所述的a通道液压系统和b通道液压系统为气液联动驱动装置的液压控制系统的完全独立双通道方式，满足单一故障准则的要求，同时具有冗余设计，保证功能安全可靠性；进一步的，所述的气液联动驱动装置为气液联动液压缸，所述气液联动液压缸包括：活塞缸、无杆腔、活塞和活塞杆；活塞和活塞杆设在活塞缸内，活塞下部、活塞杆与活塞缸内壁形成有杆腔，活塞上部与活塞缸内壁形成无杆腔；无杆腔内用于通氮气，无杆腔顶部两侧通过管路分别连接一个蓄气罐，用于存储氮气能量，通过蓄气罐存储的能力为驱动装置提供推力；所述有杆腔内用于通入液压油；进一步的，所述的气液联动液压缸的有杆腔通过管路连接有蓄能器，即压力平衡储能器，存储氮气，以适应高温下液压流体的热膨胀；
进一步的，所述的a通道液压系统、b通道液压系统分别通过其各自的供油油路连接于气液联动液压缸的两侧并且分别连通于有杆腔中。
6.进一步的，所述的气液联动驱动装置的液压控制系统，还包括油泵组件，所述的油泵组件包括：油箱、电机、定量柱塞泵；a通道液压系统和b通道液压系统分别通过各自的回油油路与油箱连接；a通道液压系统和b通道液压系统分别通过管路连接各自的定量柱塞泵，两个定量柱塞泵分别通过管路连接于油箱中，两个定量柱塞泵上分别连接一个电机；上述对气液联动驱动装置的液压控制系统中各个电机、a通道液压系统、b通道液压系统进行电路的独立设置，并保证完全的物理隔离；进一步的，两个定量柱塞泵连接于油箱内的管路的一端还分别连接一个吸油过滤器，用于对油箱内的液压油过滤后供向供油油路；进一步的，所述的a通道液压系统包括：供油油路、回油油路、控制油路及其各自的控制阀组；所述供油油路一端通过定量柱塞泵及电机连接于油箱，供油油路的另一端连通于活塞缸，所述供油油路上的控制阀组包括：第一单向阀、第二单向阀，出自于油箱的液压油通过供油油路分别流经第一单向阀、第二单向阀后进入活塞缸；位于供油油路的第二单向阀后端位置引出回油油路，所述回油油路上的控制阀组包括：截止阀、常闭二通阀、常开二通阀，回油油路从供油油路上引出分别依次串联连接截止阀、常闭二通阀、常开二通阀后连接于油箱内；位于回油油路的截止阀和常闭二通阀之间的位置引出控制油路，控制油路以分支形式分别连接于回油油路的常闭二通阀和常开二通阀上，所述控制油路上的控制阀组包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀以串联方式连接于与常闭二通阀连接的控制油路的分支上，第三电磁阀连接于与常开二通阀连接控制油路的分支上；所述的第一单向阀和第二单向阀均为止回阀；进一步的，位于第一单向阀和第二单向阀之间位置的供油油路上设有过滤器；进一步的，在第一单向阀与过滤器之间位置的供油油路上通过管路连接第一溢流阀，第一溢流阀通过管路连接至油箱；进一步的，在第二单向阀末端位置的供油油路上还设有节流阀，通过节流阀来调节驱动装置的开启时间；进一步的，在节流阀末端位置的供油油路上通过管路连接有第二溢流阀；进一步的，所述的常闭二通阀、常开二通阀均为二通插装阀，为回油油路的先导式设计，常开二通阀采用大小流量设计结构，能同时满足驱动装置慢开和快关的需要；进一步的，所述的常开二通阀上还设有位置开关，通过检测位置开关的状态来判断常开二通阀的大小流量，使a通道液压系统在慢关操作期间常开二通阀处于小流量状态。
7.进一步的，所述的b通道液压系统的结构与a通道液压系统相同，并且a通道液压系统与b通道液压系统对称设置。
8.采用本发明的技术手段的原理在于：液压模块集成化设计，经过不同的逻辑控制，快关件采用先导式控制，先导电磁阀失电时，保持开启功能，保证气液联动驱动装置的可靠运行；先导电磁阀得电时，气液联动驱动装置快速关闭；液压控制原理主回路设计采用常闭二通阀和常开二通阀串联设计的方式，由阀上开关反馈信号控制，实现驱动装置在线慢开调试、检维和快关控制，保证电站等
管路系统的正常运行；本发明的有益效果：采用整体模块化设计，结构紧凑，体积小，重量轻。
9.本发明的主要特点如下：（1）大推力、长行程，5秒内快速关闭。
10.（2）液压控制采用两列电控制；使控制简单、可靠。
11.（3）采用完全独立双通道液压控制系统，即满足单一故障准则的要求，又同时具有冗余设计，保证功能安全可靠性。
12.（4）液压模块集成化、模块化、小型化设计，减少了各液压件之间的管路连接，降低了泄漏风险，提高了液压部分的密封可靠性；并且将液压系统部分的体积、重量和结构减小，从而降低对整机重量、重心的影响。
13.（5）气液联动驱动装置正常运行时，先导电磁阀处于失电状态，保证气液联动驱动装置的可靠运行；（6）通过控制可以实现气液联动驱动装置部分慢开和慢关，在不影响装置运行时对装置进行动作，以检验装置的有效性；（7）通过数字化检测技术实现对气液联动驱动装置的无间断监控，保证了对阀门的安全可靠性控制。
14.（8）满足事故工况下温度、辐照和地震环境下电站等管路系统的可靠运行。
附图说明
15.图1为本发明的气液联动驱动装置的液压控制系统原理示意图。
16.图2为图1的局部结构图。
17.图3为本发明的控制逻辑图。
18.图中，1、活塞缸、1.1、无杆腔、1.2、活塞、1.3、活塞杆、1.4、有杆腔、gv1、蓄气罐、gv2、蓄气罐、lv、蓄能器、2、油箱、m2、a通道电机、m1、b通道电机、d2、a通道定量柱塞泵、d1、b通道定量柱塞泵、flt2、a通道吸油过滤器、flt1、b通道吸油过滤器、v2、a通道第一单向阀、v6、a通道第二单向阀、v11、a通道截止阀、ce11、a通道常闭二通阀、he12、a通道常开二通阀、yv11、a通道第一电磁阀、yv12、a通道第二电磁阀、yv13、a通道第三电磁阀、flt4、a通道过滤器、v4、a通道第一溢流阀、v8、a通道节流阀、v10、a通道第二溢流阀、sq1、a通道位置开关、v1、b通道第一单向阀、v5、b通道第二单向阀、v21、b通道截止阀、ce21、b通道常闭二通阀、he22、b通道常开二通阀、yv21、b通道第一电磁阀、yv22、b通道第二电磁阀、yv23、b通道第三电磁阀、flt3、b通道过滤器、v3、b通道第一溢流阀、v7、b通道节流阀、v20、b通道第二溢流阀、sq2、b通道位置开关。
具体实施方式
19.如图1-图3所示，本发明提供的技术方案是一种适用于高温、高压超大口径快速关闭（2～5s内快速关闭）的气液联动驱动装置的液压控制系统,下面结合附图对本发明进行详细说明。
20.气液联动驱动装置的液压控制系统，包括：与气液联动驱动装置分别连接的a通道液压系统和b通道液压系统；
a通道液压系统设置于气液联动驱动装置的一侧，b通道液压系统设置于气液联动驱动装置的另一侧；所述的气液联动驱动装置为气液联动液压缸，所述气液联动液压缸包括：活塞缸1、无杆腔1.1、活塞1.2和活塞杆1.3；活塞1.2和活塞杆1.3设在活塞缸1内，活塞1.2下部、活塞杆1.3与活塞缸1内壁形成有杆腔1.4，活塞1.2上部与活塞缸1内壁形成无杆腔1.1；无杆腔1.1内用于通氮气，无杆腔1.1顶部两侧通过管路分别连接一个蓄气罐gv1、gv2、，用于存储氮气能量，通过蓄气罐gv1、gv2存储的能力为驱动装置提供推力；所述有杆腔1.4内用于通入液压油；所述的气液联动液压缸的无杆腔1.1顶部通过管路连接有蓄能器lv，即压力平衡储能器，存储氮气，以适应高温下液压流体的热膨胀；所述的a通道液压系统、b通道液压系统分别通过其各自的供油油路连接于气液联动液压缸的两侧并且分别连通于有杆腔1.4中。
21.所述的气液联动驱动装置的液压控制系统，还包括油泵组件，所述的油泵组件包括：油箱2、电机m1、m2、定量柱塞泵d1、d2；a通道液压系统和b通道液压系统分别通过各自的回油油路与油箱2连接；a通道液压系统和b通道液压系统分别通过管路连接各自的定量柱塞泵d1、d2，两个定量柱塞泵d1、d2分别通过管路连接于油箱2中，两个定量柱塞泵d1、d2上分别连接一个电机m1、m2；两个定量柱塞泵d1、d2连接于油箱2内的管路的一端还分别连接一个吸油过滤器flt1、flt2，用于对油箱2内的液压油过滤后供向供油油路；所述的a通道液压系统包括：供油油路、回油油路、控制油路及其各自的控制阀组；所述供油油路一端通过定量柱塞泵d2及电机m2连接于油箱2，供油油路的另一端连通于活塞缸1，所述供油油路上的控制阀组包括：第一单向阀v2、第二单向阀v6，出自于油箱2的液压油通过供油油路分别流经第一单向阀v2、第二单向阀后v6进入活塞缸1；位于供油油路的第二单向阀v6后端位置引出回油油路，所述回油油路上的控制阀组包括：截止阀v11、常闭二通阀ce11、常开二通阀he12，回油油路从供油油路上引出分别依次串联连接截止阀v11、常闭二通阀ce11、常开二通阀he12后连接于油箱2内；位于回油油路的截止阀v11和常闭二通阀ce11之间的位置引出控制油路，控制油路以分支形式分别连接于回油油路的常闭二通阀ce11和常开二通阀he12上，所述控制油路上的控制阀组包括：第一电磁阀yv11、第二电磁阀yv12、第三电磁阀yv13，第一电磁阀yv11和第二电磁阀yv12以串联方式连接于与常闭二通阀ce11连接的控制油路的分支上，第三电磁阀yv13连接于与常开二通阀he12连接控制油路的分支上；所述的第一单向阀v2和第二单向阀v6均为止回阀；位于第一单向阀v2和第二单向阀v6之间位置的供油油路上设有过滤器flt4；在第一单向阀v2与过滤器flt4之间位置的供油油路上通过管路连接第一溢流阀v4，第一溢流阀v4通过管路连接至油箱2；在第二单向阀v6末端位置的供油油路上还设有节流阀v8，通过节流阀v8来调节驱动装置的开启时间；在节流阀v8末端位置的供油油路上通过管路连接有第二溢流阀v10；所述的常闭二通阀ce11、常开二通阀he12均为二通插装阀，为回油油路的先导式
设计，常开二通阀he12采用大小流量设计结构，能同时满足驱动装置慢开和快关的需要；所述的常开二通阀he12上还设有位置开关sq1，通过检测位置开关sq1的状态来判断常开二通阀he12的大小流量，使a通道液压系统在慢关操作期间常开二通阀he12处于小流量状态。
22.所述的b通道液压系统包括：供油油路、回油油路、控制油路及其各自的控制阀组；所述供油油路一端通过定量柱塞泵d1及电机m1连接于油箱2，供油油路的另一端连通于活塞缸1，所述供油油路上的控制阀组包括：第一单向阀v1、第二单向阀v5，出自于油箱2的液压油通过供油油路分别流经第一单向阀v1、第二单向阀v5后进入活塞缸1；位于供油油路的第二单向阀v5后端位置引出回油油路，所述回油油路上的控制阀组包括：截止阀v21、常闭二通阀ce21、常开二通阀he22，回油油路从供油油路上引出分别依次串联连接截止阀v21、常闭二通阀ce21、常开二通阀he22后连接于油箱2内；位于回油油路的截止阀v21和常闭二通阀之ce21间的位置引出控制油路，控制油路以分支形式分别连接于回油油路的常闭二通阀ce21和常开二通阀he22上，所述控制油路上的控制阀组包括：第一电磁阀yv21、第二电磁阀yv22、第三电磁阀yv23，第一电磁阀yv21和第二电磁阀yv22以串联方式连接于与常闭二通阀ce21连接的控制油路的分支上，第三电磁阀yv23连接于与常开二通阀he22连接控制油路的分支上；所述的第一单向阀v1和第二单向阀v5均为止回阀；位于第一单向阀v1和第二单向阀v5之间位置的供油油路上设有过滤器flt3；在第一单向阀v1与过滤器flt3之间位置的供油油路上通过管路连接第一溢流阀v3，第一溢流阀v3通过管路连接至油箱2；在第二单向阀v5末端位置的供油油路上还设有节流阀v7，通过节流阀v7来调节驱动装置的开启时间；在节流阀v7末端位置的供油油路上通过管路连接有第二溢流阀v20；所述的常闭二通阀ce21、常开二通阀he22均为二通插装阀，为回油油路的先导式设计，常开二通阀he22采用大小流量设计结构，能同时满足驱动装置慢开和快关的需要；所述的常开二通阀he22上还设有位置开关sq2。
23.对上述的结构进行进一步的说明：1、气液联动驱动装置液压模块采用a、b完全独立双通道液压控制系统，满足单一故障准则的要求，同时具有冗余设计，保证功能安全可靠性。
24.2、液压模块设计；通过集成化设计对液压控制进行模块化、小型化设计，将液压件合理的布置在一个集成块上，减少了各液压件之间的管路连接，降低了泄漏风险，提高了液压部分的密封可靠性；并且将液压系统部分的体积、重量和结构减小，从而降低对整机重量、重心的影响。
25.3、液压原理设计；3.1液压控制采用两列电控制；使控制简单、可靠。
26.3.2液压控制系统设计采用独立双通道液压控制系统，分别设有a,b通道液压控制系统，实现独立的慢开、慢关、快关功能，保证其在执行安全功能时满足单一故障准则的要求；3.3 液压系统主回路采用先导式大流量常闭二通阀和大流量常开二通阀串联设
计，常开二通阀采用大小流量设计结构，能同时满足驱动装置慢开和快关的需要；3.3独立的双系统结构实现整机在线检修；数字式模拟信号输出功能，实现全过程在线无间断监测和智能化控制。
27.4、控制逻辑；从安全可靠性及独立性方面进行控制逻辑设计，通过分别控制电机及电磁阀的得电和失电实现对驱动装置a通道、b通道、a+b通道的慢开、慢关、快速关闭以及部分关闭和开启功能的控制。保证气液联动装置在正常、异常、事故工况下＜5s快速关闭功能的控制。
28.5、电气控制设计；通过数字化检测的方式对驱动装置温度、压力、液位等进行检测和控制；控制功能采用a通道、b通道、a+b通道分别控制，保证驱动装置的安全可靠性。
29.6、根据1e级设备和电路独立性原则，分别对电机a、电机b、a通道、b通道进行独立设置，并保证完全的物理隔离；1e级设备、控制线缆和接插件符合1e级鉴定标准要求。满足电站使用，事故工况下温度、辐照和地震环境下可靠运行。
30.根据上述说明本发明的气液联动驱动装置的液压控制系统的具体原理：驱动装置的推力来源于充氮罐体存储的能量。启动液压油泵，高压油推动活塞缩回并压缩氮气储能。快关电磁阀得电会打开相应的流量控制阀，从而释放油压，同时罐体压缩氮气推动活塞向下运动，从而关闭阀门。通过调节流量控制阀的开度，可以将快速关闭时间调整为少于2s~5s。
31.操作模式在任何操作之前，驱动装置应已经正确地预充了氮气。
32.驱动装置控制逻辑说明如下：在任何操作之前，驱动装置应已经正确地预充了氮气。控制电磁阀处于失电状态。
33.1）开启启动液压泵电机m1/ m2，液压油通过吸油过滤器flt1/flt2进入液压泵；当液压油液位过低时，液位开关lvl将改变状态。
34.通过液压泵的液压油经过止回阀v1、v2 过滤器flt3、flt4止回阀v5、v6进入活塞缸1，同时压缩氮气给蓄气罐gv1、gv2储能。
35.与此同时，液压油经二通插装阀（ce11 / ce21），进入a、b通道，通过失电状态的控制电磁阀（a通道:yv11/yv12,b通道:yv21/yv22）在二通插装阀（ce11 和ce21）上施加先导压力，关闭二通插装阀，从而截止回油路径。
36.当回油路径被关闭时，系统开始增加压力并推动活塞杆1.3收缩，直到活塞杆1.3达到完全缩回位置，停止泵电机m1/ m2，开启过程结束。
37.驱动装置的开启时间可以通过节流阀v7、v8调节。
38.利用单独的电机、泵也可实现驱动装置的慢开。
39.如果在开启过程中启动了快速关闭功能，则驱动装置将在规定时间内快速关闭。
40.2）慢关在慢关操作期间，驱动装置活塞杆1.3处在完全收缩状态。
41.慢关包括a通道慢关和b通道慢关；慢关操作时，可以通过在线检测二通插装阀上位置开关sq1/sq2的状态，判断大小流量二通阀在小流量状态；慢关操作时，可以选择任意一个通道进行慢关操作。
42.●
a通道慢关操作：a通道慢关操作时，先给电磁阀yv13通电，通过仪控系统检测sq1状态，确定二通插装阀he12动作在节流状态，同时证明电磁阀yv13和二通插装阀he12动作有效；然后给电磁阀yv11和yv12送电，二通插装阀ce11应打开，液压油经he12回到油箱，活塞杆向下缓慢移动，证明电磁阀yv11、yv12和二通插装阀ce11动作有效；保持现有状态，直到活塞杆1.3达到完全延伸位置，慢关操作结束；如果要实现部分慢关操作，可以给电磁阀yv11和yv12断电，二通插装阀ce11关闭，阻断液压油回路，主阀保持开启状态，结束慢关。在此期间，关闭液压泵电机m2，以防止液压泵对系统压力进行补偿。
43.慢关功能与安全无关，如果在慢关过程中启动了快速关闭功能，则驱动装置将在规定时间内快速关闭。
44.●
b通道慢关操作：b通道慢关操作与a通道慢关操作类同。在b通道慢关操作时，可以在线检测电磁阀yv21、yv22、yv23和二通插装阀ce21、he22的状态。
45.3)a通道快速关闭（单列电）a通道快速关闭操作时，yv13保持失电状态，给电磁阀yv11、yv12送电，则二通插装阀ce11打开，蓄气罐的压缩氮气推动活塞向下运动，活塞下方的液压油将通过二通插装阀（ce11 和he12）回到油箱，活塞杆1.3快速伸出，直到活塞杆1.3达到完全延伸位置，a通道快速关闭操作结束。
46.二通插装阀ce11带有一个手动调节旋钮， 可以调节a通道快速闭时间。
47.如果电磁阀yv11、yv12的任意一个故障，二通插装阀ce11仍将打开，实现主阀快速关闭。4)b通道快速关闭（单列电）b通道快速关闭操作时，yv23保持失电状态，给电磁阀yv21、yv22送电，则二通插装阀ce21打开，蓄气罐的压缩氮气推动活塞向下运动，活塞下方的液压油将通过二通插装阀（ce21 和he22）回到油箱2，活塞杆1.3快速伸出，直到活塞杆1.3达到完全延伸位置，b通道快速关闭操作结束。
48.二通插装阀ce21带有一个手动调节旋钮， 可以调节b通道快速闭时间。
49.如果电磁阀yv21、yv22的任意一个故障，二通插装阀ce21仍将打开，实现主阀快速关闭。
50.5)a+b通道快速关（两列电）此操作模式同时涉及a通道快速关闭和b通道快速关闭，这将导致两倍的油量返回油箱。 正常操作时应同时使用a通道快速关闭和b通道快速关闭，但在危急情况下，单独的快速关闭通道操作也可以实现快速关闭的目的。
51.以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。