专利名称：水轮发电机组的过速限制和两段关闭装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水轮发电机组的控制系统，具体地说，是一种水轮发电机组的过速限制和两段关闭装置。
背景技术：
在水轮发电机组发生紧急事故，机组紧急停机时，若水轮机调速器失灵，无法及时关闭导叶接力器切断水流时，水轮发电机组的转速就可能上升到飞逸转速。为了限制机组过速，避免发生飞逸事故，设置过速限制装置，在水轮机调速器失灵时紧急关闭导叶接力器是保护机组安全的重要措施。尤其在水轮机引水系统未设置水轮机进水阀或快速闸门的水电站，过速限制装置的设置尤为重要。此外，调速器或过速限制装置紧急关闭水轮机导叶接力器时，由于水流的惯性和转轮的水泵作用，在转轮室内可能产生较高真空，引起下游水流反冲，产生很大的冲击力，严重的会导致机组发生抬机现象，造成设备损坏。设置两段关闭装置，在导叶接力器紧急关闭到适当开度时，投入两段关闭装置，改变水轮机接力器关闭速度，延长关闭时间，来控制水轮机引水系统的压力上升，避免发生抬机现象。
通常，过速限制及两段关闭装置串联于调速器主配压阀和水轮机导叶接力器之间的控制油管路中，如图1所示，它包括由事故配压阀SP、电磁配压阀1DP、油阀YF组成的过速保护装置和由两段关闭阀DG、电磁配压阀2DP组成的两段关闭装置。机组正常运行时，该装置仅作为控制油的通道，串接在调速器主配压阀ZP到接力器JL的控制油路中。当事故配压阀SP动作后，来自油阀YF的压力油直接作用于接力器JL关闭导叶，其关闭时间通过整定事故配压阀开口来确定；当机组紧急关闭、两段关闭阀DG动作后，其第二段关闭时间通过整定两段关闭阀节流孔大小来确定。但是，这种传统的过速限制及两段关闭装置，存在的问题较多1.由于各种功能的控制阀都是专用的、相互分离的，需现场配置管网，把几个专用阀连接起来，组成一个系统，才能完成过速限制和两段关闭的功能。管网配置复杂，油路的行程长，执行器响应慢，系统接口多，容易泄漏，稳定性、可靠性低。有时，因电站管网布置不恰当，回油不畅，还会造成事故配压阀难以复归，无法正常工作；且维修工作量大，运行成本高。
2.传统的事故配压阀、两段关闭阀和油阀是6.3MPa以下等级(2.5或4.0MPa)的，其阀体均为铸铁件，尺寸大，结构复杂。随着液压技术的发展，现代水轮发电机组液压系统已提高到6.3MPa等级，而6.3MPa的阀体则须用铸钢浇注，由于钢水流动性差，要铸造这样复杂结构的阀体并保证质量合格是非常困难的，加工成本也非常高。
实用新型内容本实用新型的目的意在提供一种可靠性高、稳定性好、结构合理、使用维护方便的水轮发电机组的过速限制和两段关闭装置。
本实用新型的技术方案是一种水轮发电机组的过速限制和两段关闭装置，它由若干插装阀、换向阀和一阀块体组成，所述插装阀插装于阀块体上，所述阀块体内设有若干控制油通道，将各插装阀的相应油口分别连通，所述换向阀叠装于插装阀上，其控制油口分别与插装阀的相应油口连通。
所述过速限制装置由插装阀C1、C2、C3、C4、换向阀1DP组成，两段关闭装置由插装阀C5、C6、换向阀2DP组成，所述阀块体内控制油通道分别将-插装阀C1的油口b、插装阀C4的油口a连通；-插装阀C2的油口b、插装阀C3的油口a、插装阀C5的油口a、插装阀C6的油口b连通；-插装阀C5的油口b、插装阀C6的油口a连通。
所述换向阀1DP的油口B与插装阀C3、C4的油口c连通，油口A与插装阀C1、C2的油口c连通；所述换向阀2DP油口A/油口B与插装阀C6的油口c连通；换向阀1DP、2DP的油口T、P分别并联，其中，油口P与插装阀C4的油口b连通；换向阀2DP的油口B/油口A封堵。
所述插装阀C3、C5采用行程可调的插装阀。
所述阀块体上设有用于检测接力器开启腔、关闭腔的油压的快速测试接头，该接头分别通过外接油口及油管与接力器开启腔、关闭腔相通。
所述阀块体上设有单向阀。该单向阀的油口A连通插装阀C3、C5的油口a、插装阀C2、C6的油口b；油口B连通插装阀C5的油口b、插装阀C6的油口a和外接油口6。
本实用新型采用上述结构，取得了以下良好的技术、经济效果(1).采用叠装、插装技术和一体式阀块体，代替管路实现元件间的连接，构成集成式控制装置，控制油路的行程大大缩短，缩短了执行器响应时间，提高了控制精度；对外只有6-8个外接油口，减少了泄漏机会，提高了装置的可靠性、稳定性；装配方便，大幅度减少了维修工作量，降低装置运行成本。
(2).采用两个方向控制换向阀，能自动控制过速限制保护及两段关闭保护的投入，且快速测试接头能监测接力器开启腔、关闭腔中的油压，装置的整体自动化程度高、安全性好。
(3).插装阀的关闭时间范围连续可调，应用范围广，可满足机组的现场设定要求，调试、使用方便。
(4).装置采用的都是可靠的、批量生产的、单一功能的元件，经过合理的配置，组成一无外泄漏的装置，其互换性、实用性、标准化程度都非常高，而且压力等级可提高至20MPa，更安全。
图1是现有过速限制和两段关闭装置的结构、原理图。
图2是本过速限制和两段关闭装置的一种结构图。
图3是本过速限制和两段关闭装置的另一种结构图。
图4是本过速限制和两段关闭装置的再一种结构图。
图5是本装置阀块体内的主油管路布置示意图。
图6是插装阀在阀块体上的安装示意图。
具体实施方式
参见图2、图5、图6本过速限制和两段关闭装置由六只插装阀C1、C2、C3、C4、C5、C6和两只换向阀1DP、2DP组成，全部液压元件集中安装在一个阀块体KT上，插装阀插装于阀块体KT上，换向阀叠装于插装阀上。
阀块体KT内设有控制油通道，这些通道分别将插装阀C1的油口b、插装阀C4的油口a连通；将插装阀C2的油口b、插装阀C3的油口a、插装阀C5的油口a、插装阀C6的油口b连通；将插装阀C5的油口b、插装阀C6的油口a连通。
阀块体KT内主油管布置参见图5，为了便于加工，难免留有工艺油口Q，这些工艺油口Q全部封堵。
换向阀叠装于插装阀上，换向阀1DP的油口B与插装阀C3、C4的油口c连通；油口A与插装阀C1、C2的油口c连通；换向阀2DP油口A与插装阀C6的油口c连通；1DP、2DP的油口T、P分别并联，其中，油口P与插装阀C4的油口b连通；2DP的油口B封堵。
这样，插装阀C1、C2、C3、C4、换向阀1DP构成过速限制装置，插装阀C5、C6、换向阀2DP构成两段关闭装置。
本装置有六个外接油口1、2、3、4、5、6，其中外接油口1、2对内分别连通插装阀C1、C2的油口a，对外接通来自调速器主配压阀ZP的控制油；外接油口3对内连通插装阀C4的油口b、换向阀1DP、2DP的油口P，对外接通来自液压油箱的压力油；外接油口4对内连通插装阀C3的油口b、插装阀C5的油口c、换向阀1DP、2DP的油口T，用于向回油箱排除回油；外接油口5、6对内分别连通插装阀C6的油口a、插装阀C5的油口b和插装阀C4的油口a、插装阀C1的油口b，对外接通接力器JL开启腔、关闭腔，输出控制油，驱动接力器JL的活塞动作。
另外，为了便于监测过速限制装置的工作状态，本装置还设有压力开关PS，压力开关PS接通插装阀C1、C2的油口c。还设有两个用于机组调试时监视导叶接力器JL开启腔、关闭腔油压的速测试接头TP1、TP2，该接头分别与外接油口5、6连通。
以上是本装置的基本结构，适合没有配置机械液压过速装置的机组，该结构中，换向阀1DP、2DP均采用电磁换向阀。
参见图3如果机组控制系统配置有机械液压过速装置JYG，本控制装置的换向阀2DP采用电磁换向阀，而1DP则采用电液换向阀，并须增加接通机械液压过速装置的外接油口7。外接油口7为外控油口，对内连通电液换向阀1Dp的先导阀油口X，对外连通机械液压过速装置JYG的机动换向阀JP的油口A；外接油口3对内连通电液换向阀IDP的油口P，对外连通压力油；外接油口4对内连通电液换向阀1DP的主阀油口T和电磁换向阀2DP的油口T，对外连通回油。
参见图4如果机组控制系统配置有机械液压过速装置JYG，并且机组接力器操作系统又配置有两段关闭凸轮拐点切换装置(该装置包括凸轮TL和由凸轮TL控制的机动换向阀2JP)，则本装置在图3的基础上还须做如下改进1.换向阀2DP也采用电液换向阀，其油口B与插装阀C6的油口c连通，油口A封堵。
2.增加接通两段关闭凸轮拐点切换装置的外接油口8。
3.在阀块体KT上增设单向阀DF，用于当两段关闭投入时，提高接力器的开启速度。
外接油口8为外控油口，对内连通电液换向阀2DP的先导阀油口X，对外连通两段关闭凸轮拐点切换装置的机动换向阀2JP的油口A；外接油口3对内连通电液换向阀1DP、2DP的主阀油口P，对外连通压力油；外接油口4对内连通电液换向阀1DP、2DP的主阀油口T，对外连通回油；单向阀DF的油口A连通插装阀C3、C5的油口a、插装阀C2、C6的油口b；DF的油口B连通插装阀C5的油口b、C6的油口a和外接油口6。
本装置的工作原理是机组正常运行时，导叶接力器JL的开、关操作，由调速器主配压阀ZP控制，过速限制和两段关闭装置仅作为调速器主配压阀ZP控制油的通道。当机组甩负荷时，调速器发生事故、拒动，机组转速上升至额定转速的115％，经0.5s延时后，需紧急关闭导叶接力器JL，避免事态扩大。此时，换向阀1DP激磁，油路发生切换，关闭了来自调速器主配压阀ZP两操作油管的液压油，接通压力油进入接力器JL关闭腔，接力器JL开启腔接通回油。此时，接力器JL活塞两边形成压力差，使接力器JL紧急关闭。机组紧急关闭的时间需要根据水轮发电机组的性能参数进行调保计算来确定，机组性能参数不同，关闭的时间也不同。现场调整过速限制时间调节阀开口的大小，从而达到调节流量、调整紧急关闭时间的目的。
如果水轮发电机组控制系统配置了机械液压过速保护装置JYG，机械液压过速保护装置JYG可以直接控制过速限制装置关闭水轮机导叶接力器JL。电液换向阀1DP的外控油口7接到机械液压过速保护装置JYG的机动换向阀JP的油口A。正常运行时，电液换向阀1DP的外供控制油经过外接油口7、机动换向阀JP接通压力油的。
当水轮发电机组发生了二级过速，例如机组转速上升到150％额定转速，使机械液压过速保护装置JYG动作后，机动换向阀JP油路发生切换，电液换向阀1DP的外供控制油通过机动换向阀JP与回油相通，使电液换向阀1DP主阀动作，直接控制过速限制装置关闭水轮机导叶接力器JL。达到机械液压过速保护装置直接控制过速限制装置关闭水轮机导叶接力器JL的目的。
机组正常运行时，两段关闭的功能切除，两段关闭装置仅作为调速器主配压阀ZP控制油的通道。一旦机组甩负荷，调速器或过速限制装置紧急关闭，导叶接力器JL关闭至预先设定的拐点开度时，电磁换向阀2DP激磁，两段关闭投入；当调速器主配压阀ZP紧急关闭时，接力器JL开启腔液压油经调速器主配压阀ZP接通回油；当调速器故障、过速限制装置紧急关闭时，接力器JL开启腔液压油经过速限制装置接通回油。通过调整两段关闭时间调节阀开口的大小，改变流过的流量，使导叶接力器JL因活塞两边形成的压力差较两段关闭投入前减小，流量减小，关闭速度减慢，关闭时间延长。这样，在整个关机过程中，机组引水系统的压力变化比较平缓，从而避免了发生抬机现象，保证了机组运行的安全可靠性。
机组两段关闭时间和拐点开度的位置需根据水轮发电机组的性能参数进行调保计算确定。
如果机组接力器操作系统还配置有两段关闭凸轮拐点切换装置，当水轮机接力器行程位置处于拐点以下时，由凸轮TL控制的机动换向阀2JP发生切换，电液换向阀2DP的外供油口通过机动换向阀2JP与回油相通，使电液换向阀2DP的主阀动作，两段关闭即处于投入状态。
设置单向阀DF的目的，是在两段关闭处于投入状态(接力器行程位置处于拐点以下)，当机组开机时，可以提高接力器的开启速度。
权利要求1.一种水轮发电机组的过速限制和两段关闭装置，其特征在于它由若干插装阀、换向阀和一阀块体组成，所述插装阀插装于阀块体上，所述阀块体内设有若干控制油通道，将各插装阀的相应油口分别连通，所述换向阀叠装于插装阀上，其控制油口分别与插装阀的相应油口连通。
2.根据权利要求1所述的过速限制和两段关闭装置，其特征在于所述过速限制装置由插装阀(C1、C2、C3、C4)、换向阀(1DP)组成，两段关闭装置由插装阀(C5、C6)、换向阀(2DP)组成，所述阀块体内控制油通道分别将-插装阀(C1)的油口(b)、插装阀(C4)的油口(a)连通；-插装阀(C2)的油口(b)、插装阀(C3)的油口(a)、插装阀(C5)的油口(a)、插装阀(C6)的油口(b)连通；-插装阀(C5)的油口(b)、插装阀(C6)的油口(a)连通；所述换向阀(1DP)的油口(B)与插装阀(C3、C4)的油口(c)连通，油口(A)与插装阀(C1、C2)的油口(c)连通；所述换向阀(2DP)油口(A)/油口(B)与插装阀(C6)的油口(c)连通；换向阀(1DP、2DP)的油口(T、P)分别并联，其中，油口(P)与插装阀(C4)的油口(b)连通；换向阀(2DP)的油口(B)/油口(A)封堵。
3.根据权利要求2所述的过速限制和两段关闭装置，其特征在于所述插装阀(C3、C5)采用行程可调的插装阀。
4.根据权利要求1或2或3其中任一项所述的过速限制和两段关闭装置，其特征在于所述阀块体上设有用于检测接力器开启腔、关闭腔的油压的快速测试接头，该接头分别通过外接油口及油管与接力器开启腔、关闭腔相通。
5.根据权利要求1或2或3其中任一项所述的过速限制和两段关闭装置，其特征在于所述阀块体上设有单向阀，该单向阀的油口(A)连通插装阀(C3、C5)的油口(a)、插装阀(C2、C6)的油口(b)，油口(B)连通插装阀(C5)的油口(b)、插装阀(C6)的油口(a)和外接油口(6)。
专利摘要本实用新型提供了一种水轮发电机组的过速限制和两段关闭装置，其特点是由若干插装阀、换向阀和一阀块体组成集成结构，所述插装阀插装于阀块体上，所述阀块体内设有若干控制油通道，将各插装阀的相应油口分别连通，所述换向阀叠装于插装阀上，其控制油口分别与插装阀的相应油口连通。优点是控制油路的行程大大缩短，缩短了执行器响应时间，外接油口少，减少了泄漏机会，提高了装置的可靠性、稳定性。
文档编号F03B15/18GK2881138SQ20062003317
公开日2007年3月21日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者王声国, 刘时贵, 刘青, 甘福珍 申请人:东方电机股份有限公司