专利名称:高压化水力机械操作器的制作方法
本实用新型是用于水电站自动控制的高压化水力机械操作器，该操作器由供油装置、控制装置、执行装置和指示装置构成。
现有水力机械操作器的供油装置，一般用两台电动机拖动两台低压油泵，通过压力罐，向控制装置供油。低压油泵产生的油压很低，国内一般为2×106至4×106帕〔斯卡〕，国外一般也不超过7×106帕〔斯卡〕。另外，还需附设高压空气压缩机、储气罐等设备。控制装置由开度控制手轮、开度控制针塞、斜板、主配压阀、辅助接力器等非标准专用件组成，其正常手动控制、远动控制与非正常控制(即紧急停机)，分属两套机构，即另置紧急故障停机电磁阀，由于它平常不动作，紧急停机有时会失灵，不能完全得到故障保护，而且，控制装置无法实现机组自动并网。在执行装置中，由于接力器(即油缸)与操作器的本体布置在一起，即为合成式结构，所以，还需配置调速轴、拐臂，推拉杆等笨重的机械传动件，才能将其控制扭矩传到水轮机的调速环上。
现有水力机械操作器，由于供油装置选用低压油泵，油压很低，故操作器的体积庞大、笨重，它的大部分组成零件，均为各厂自行设计制作的专用件，用大量的油管路和接头等机械方式连结组装在一起，其三化(即标准化、通用化、系列化)水平低，制造周期长，成本高、漏油、跑气、浪费能源。
本实用新型的目的在于提供一种水力机械操作器，该操作器使用了高压油泵、三位四通电磁阀及微处理机，这样可降低操作器的重量，减小体积，提高操作器的可靠性，并可实现发电机组自动并网，同时其系统装置均可选用标准的液压元器件，缩短生产周期，降低造价，改善漏油跑气现象，节约能源。
本实用新型的目的是通过以下措施来完成的。
(a)供油装置的高压油泵一头接电动机一头通过单向阀与蓄能器和三位四通电磁阀相接，在油路上装有两个压力继电器，与高压油泵相接的还有溢流阀，在通向蓄能器的油路上还装有一个压力表，(b)控制装置有一个微处理机与水轮发电机的出线端相连接，利用水轮发电机的残压，测出本机之频率，并网前，自动跟踪电网并测出其频率，两者同时送入微处理机后相减，当频差大于某一数值时，由微处理机发出指令至三位四通电磁阀，并连续地向开启侧供油，操作油缸操纵调速环，快速打开水轮机的导水叶，直到频差小于某一数值后，微处理机自动地按PID调节规律，断续地控制三位四通电磁阀，使被控发电机的频率逐渐地接近电网频率，微处理机另一头与三位四通电磁阀接通，三位四通电磁阀的两条油路的油腔各与一个单向调速阀相连接，还可以各与一个液控单向阀相接，在一条油路的液控单向阀与操作油缸之间的油路上还可装有一个单向减速阀，(c)执行装置有两个操作油缸，分别与控制装置的两条油路上的液控单向阀相接，在一条油路的操作油缸的活塞杆上安装一个多段关闭机构，还有一个锁定油缸，它与蓄能器用管路连接，在通向锁定油缸的油路上还装有减压阀和二位三通电磁阀。
本操作器的高压油泵为齿轮式或柱塞式高压油泵，可将液压系统的操作油压提高到1.6×107至3×107帕。
本实用新型所选用的皮囊式蓄能器，内充高压惰性气体，皮囊能将油气分开。
为提高控制系统的可靠性和准确性，本实用新型将正常手动控制、远动控制与非正常控制(即紧急停机)，均由一个三位四通电磁阀控制，同时引入微处理机控制发电机组自动并网。
本操作器是将三位四通电磁阀控制的操作油缸，布置在水轮机的顶盖上面，可直接操作调速环。
本操作器在于用单向减速阀和多段关闭机构来实现多段关闭规律。
本操作器在于加设了锁定油缸，当停机后，二位三通电磁阀断电，来自减压阀的压力油进入锁定油缸上腔，迫使其锁定头嵌入水轮机的调速环。
本实用新型所使用的供油装置可以为水轮机操作器和蝴蝶阀(或球阀)操作器的公共供油装置。
与现有操作器相比，本实用新型具有十分明显的优点或积极效果。现以YC－－3000操作器为例，说明如下(a)体积小、重量轻；现有操作器的体积约为6.3立方米，重约2吨；本实用新型的体积约为0.54立方米，重约0.4吨。
(b)节约钢材，降低造价现有操作器的执行装置中有一根调速轴，重800公斤；本实用新型用操作油缸直接操纵调速环，省掉了粗大笨重的调速轴等机械传动件，成本低。
(c)制造容易，生产周期短现有操作器采用非标准件专用件，并用油管路和接头等机械方式连接；
本实用新型均可采用标准液压元器件，并可用标准的组合块叠加组装，易获得备件，容易组装，生产周期较短。并且减少了漏油和跑气。
(d)省掉了附加设备现有操作器需附设高压空气压缩机、储气罐等设备；本实用新型采用皮囊式蓄能器，内充高压惰性气体，油气分开，为半永久性的，充一次气可使用四至八年。无需上述附加设备。
(e)节约能源现有操作器使用两台7.5千瓦电动机；本实用新型仅用一台2.2千瓦电动机。
(f)可靠性高现有操作器的正常控制与非正常控制(即紧急停机)分属两套机构，有时紧急停机会失灵，而且，控制装置不能实现机组自动并网；本实用新型的正常控制与非正常控制(即紧急停机)，均由同一个三位四通电磁阀及微处理机控制，紧急停机不会失灵，并可实现机组自动并网。
附图1、2和3分别描述了本实用新型的两个不同的实施例；附图1高压化水轮机操作器液压系统图；附图2高压化水轮机操作器总体布置图；附图3高压化蝴蝶阀(或球阀)操作器液压系统图。
高压化水轮机操作器的总体布置(附图2)，是将供油装置(25)、控制装置(26)、指示装置(27)、安装在发电机楼板(28)之上；执行装置(29)的操作油缸布置在水轮机的顶盖上面，油管自控制装置穿过楼板接到执行装置的操作油缸上，可直接操纵调速环(12)。
该操作器的液压系统(附图1)的四部件包括(a)供油装置由电动机(6)、高压油泵(3)、滤油网(4)、油箱(5)、单向阀(2)、溢流阀(1)、压力继电器(19)、(20)、蓄能器(8)和压力表(7)等组成。
(b)控制装置由三位四通电磁阀(18)、单向减速阀(15)、单向调速阀(9)、(21)、液控单向阀(10)、(22)和微处理机(24)等组成。
(c)执行装置由操作油缸(11)、(23)、多阶关闭机构(14)、减压阀(17)、二位三通电磁阀(16)、锁定油缸(13)等组成。
(d)指示装置有导叶开度指示(0－100％)等。
该操作器(附图1)的工作原理1、高油压的产生与储存电动机(6)直接驱动高压油泵(3)，并向蓄能器(8)和三位四通电磁阀(18)供油，高压油泵(3)的起动和停止，受压力继电器(19)和(20)的控制；蓄能器(8)用来储存高压油，其作用与常规的压力罐相同；溢流阀(1)起过压安全保护作用；由于锁定机构所需操作力较小，同时考虑到，水轮机组还需使用少量低压元器件，故增加了一个减压阀(17)，以备需用。
2、控制装置及执行装置的动作原理(a)开启三位四通电磁阀(18)的右侧线圈，接到微处理机(24)的开启指令后，立即动作。此时，压力油自左路经单向调速阀(9)、液控单向阀(10)，进入操作油缸(11)、(23)之开启腔；关闭腔的油经右路液控单向阀(22)和单向调速阀(21)与回油相通。与此同时，当左路有压力油时，压力油通过虚线所示之通路，自动到达右路液控单向阀(22)的下面，使液控单向阀(22)之活塞上升，故此时，右路回油能顺利通过。
(b)关闭三位四通电磁阀(18)的左侧线圈，接到微处理机(24)的关闭指令后，自动励磁关闭，压力油进入右路，左路回油，其动作原理与开启相同，方向相反。
(c)任意停止位置按照需要，机组能被停留在由0－100％开度范围的任意位置。此时，三位四通电磁阀(18)的两侧线圈均不带电，其活塞处于正中位置，将操作油缸(11)、(23)两腔的压力油与回油隔开。为了确保操作油缸(11)、(23)，能长时间地停留在所处之开度位置，防止操作油缸两腔内的压力油外泄，特增设了液控单向阀(10)、(22)，起液压锁的作用。
串于左、右两路中的单向调速阀(9)、(21)，可以分别整定该水轮机操作器的开启与关闭之速度。
单向减速阀(15)和多段关闭机构(14)，用来实现多段关闭规律。故该操作器还具有加设多段关闭规律的功能。
为了确保停机安全，特加设了锁定油缸(13)。当停机后，二位三通电磁阀(16)断电，来自减压阀(17)的压力油，进入锁定油缸(13)上腔，迫使其锁定头嵌入水轮机的调速环(12)，从而确保机组的停机安全。
3、微处理机的工作原理利用水轮发电机的残压，测出本机之频率；并网前，自动跟踪电网并测出其频率，两者同时送入微处理机后相减。当频差大于某一数值时，由微处理机(24)发出指令至三位四通电磁阀(18)，并连续地向开启侧供油，操作油缸操纵调速环，快速打开水轮机的导水叶，直到频差小于某一数值后，微处理机自动地按PID调节规律，断续地控制三位四通电磁阀(18)，使被控发电机组的频率，逐渐接近电网频率，为准同期并网提供条件。
附图3是本实用新型的另一个实例。
高压化蝴蝶阀(或球阀)操作器(附图3)的部件包括(a)供油装置由溢流阀(1)、单向阀(2)、高压油泵(3)、滤油网(4)、油箱(5)、电动机(6)、压力表(7)、蓄能器(8)、压力继电器(19)、(20)等组成。
(b)控制装置由三位四通电磁阀(9)、(18)、单向调速阀(10)、(15)、(21)、(24)等组成。
(c)执行装置由操作油缸(11)、(14)、(22)、减压阀(17)、二位三通电磁阀(16)、锁定油缸(13)等组成。
本操作器(附图3)可对蝴蝶阀(或球阀)的控制环(12)和旁通阀(23)进行控制。
本操作器(附图3)的工作原理由于蝴蝶阀(或球阀)只需停留在两个极端点，即全开或全关位置，故本系统取消液压锁装置和多段关闭机构。另外，由于操作器的控制程序很简单，勿需引入微处理机控制。其控制装置及执行装置的动作原理(a)开启三位四通电磁阀(9)的右侧线圈，接到控制信号后，立即动作，此时，压力油自左路经单向调速阀(10)进入操作油缸(11)、(14)之开启腔；关闭腔的油经右路单向调速阀(15)与回油相通。
(b)关闭三位四通电磁阀(9)的左侧线圈，接到控制信号后，自动关闭，压力油进入右路，左路回油，其动作原理与开启相同，方向相反。
开启蝴蝶阀(或球阀)之前，来自高压油泵(3)或蓄能器(8)的高压油，使二位三通电磁阀(18)动作，压力油经单向调速阀(24)，进入操作油缸(22)的开启腔，将旁通阀(23)打开，待水充满蝴蝶阀(或球阀)的后腔后，再打开蝴蝶阀(或球阀)，从而确保蝴蝶阀(或球阀)平稳地、无振动地正常工作。
为了确保蝴蝶阀(或球阀)停留在全开或全关位置的可靠性和安全性，加设了锁定油缸(13)。当全部开启和全部关闭以后，来自减压阀(17)的压力油，使二位三通阀(16)开启，压力油进入锁定油缸(13)的上腔，使其锁定头嵌入蝴蝶阀(或球阀)的控制环(12)，从而确保机组的可靠工作和停机安全。
高压化水力机械操作器，可按发电机组的不同容量之需，选用不同规格的液压元器件，用标准的组合块叠加组装成系列化产品。
本实用新型的两个实施例，即高压化水轮机操作器和高压化蝴蝶阀(或球阀)操作器，在必要时，它们可使用公共的供油装置，这样，可进一步缩小设备的体积，便于操作和维修，降低造价，提高经济效益。
权利要求
1.用于水电站自动控制的水力机械操作器，它是由供油装置、控制装置，执行装置和指示装置构成，其特征是(a)供油装置的高压油泵一头接电动机一头通过单向阀与蓄能器和三位四通电磁阀相接，在油路上装有两个压力继电器，与高压油泵相接的还有溢流阀，在通向蓄能器的油路上还装有一个压力表，(b)控制装置有一个微处理机与水轮发电机的出线端相连接，利用水轮发电机的残压，测出本机之频率，并网前，自动跟踪电网并测出其频率，两者同时送入微处理机后相减，当频差大于某一数值时，由微处理机发出指令至三位四通电磁阀，并连续地向开启侧供油，操作油缸操纵调速环，快速打开水轮机的导水叶，直到频差小于某一数值后，微处理机自动地按PID调节规律，断续地控制三位四通电磁阀，使被控发电机的频率，逐渐地接近电网频率，微处理机另一头与三位四通电磁阀接通，三位四通电磁阀的两条油路的油腔各与一个单向调速阀相连接，还可以各与一个液控单向阀相接，在一条油路的液控单向阀与操作油缸之间的油路上还可装有一个单向减速阀，(c)执行装置有两个操作油缸，分别与控制装置的两条油路上的液控单向阀相接，在一条油路的操作油缸的活塞杆上安装一个多段关闭机构，还有一个锁定油缸，它与蓄能器用管路连接，在通向锁定油缸的油路上还装有减压阀和二位三通电磁阀。
2.按照权利要求
1所述的操作器，其特征在于所述的高压油泵为齿轮式或柱塞式高压油泵。
3.按照权利要求
1或2所述的操作器，其特征在于选用皮囊式蓄能器，内充高压惰性气体，皮囊能将油气分开。
4.按照权利要求
1或2所述的操作器，其特征在于正常手动、远动控制与非正常控制(即紧急停机)，均由同一个三位四通电磁阀控制，同时，引入微处理机控制发电机组自动并网。
5.按照权利要求
4所述的操作器，其特征在于三位四通电磁阀控制的操作油缸，布置在水轮机的顶盖上面，可直接操作调速环。
6.按照权利要求
1或2所述的操作器，其特征在于用单向减速阀和多段关闭机构来实现多段关闭规律。
7.按照权利要求
6所述的操作器，其特征在于加设了锁定油缸，当停机后，二位三通电磁阀断电，来自减压阀的压力油进入锁定油缸上腔，迫使其锁定头嵌入水轮机的调速环。
8.按照权利要求
1或2所述的操作器，其特征在于所述供油装置为水轮机操作器和蝴蝶阀(或球阀)操作器的公共供油装置。
专利摘要
一种用于水电站自动控制的高压化水力机械操作器。其供油装置选高压油泵，可将液压系统的操作油压，提高到1.6×10
文档编号F03B15/00GK86204211SQ86204211
公开日1987年8月12日 申请日期1986年6月20日
发明者郭中枹, 刘惠英 申请人:郭中枹导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan