專利名稱：多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種多噴嘴沖擊式水輪機的控制，特別是多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法。
背景技術(shù)：
沖擊式水輪機是屬于高水頭機組，通過噴嘴來控制調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的出力，對高水頭機組的引水壓力鋼管長，水輪機的額定轉(zhuǎn)速高。為保證安全運行，一方面要采用多噴嘴，調(diào)節(jié)射流直徑大小，使水輪轉(zhuǎn)速加速，另一方面在甩負(fù)荷時機組要求噴嘴關(guān)閉要快，以免產(chǎn)生機組過速，但引水壓力鋼管又要求噴嘴關(guān)閉要慢，以避免產(chǎn)生水錘而破壞引水壓力鋼管。人們?yōu)榻鉀Q這一矛盾，采用了控制噴嘴及偏流器的方法，目前控制噴嘴和偏流器的方法有采用機械式杠桿、凸輪等，在甩負(fù)荷時先由偏流器很快將射流偏離轉(zhuǎn)輪，以防止機組轉(zhuǎn)速升高，同時緩慢地關(guān)閉噴嘴，以使引水壓力鋼管不產(chǎn)生大的水壓上升，但由于機械杠桿等的操作較復(fù)雜，易出故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種成本低，管控布置相對簡單的多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，控制回路包括調(diào)速器、噴嘴、反饋機構(gòu)，噴嘴主要包括噴嘴管、噴針、偏流器、操作腔、反饋錐套，其特征是(1)控制回路還包括一個協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置，協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置的輸入控制與調(diào)速器連接，其輸出與噴針?biāo)畨翰僮鳈C構(gòu)連接；(2)機組正常運行當(dāng)協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置在調(diào)速器自動控制或人工操作下向開啟方向轉(zhuǎn)動時，在噴針尖端在水壓作用下，噴針操作腔排油(或水)泄壓，噴針就向開啟方向移動，同時，噴針開啟時的反饋作用通過調(diào)速器驅(qū)動協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置向噴針操作腔注入壓力油或壓力水，于是噴針向關(guān)閉方向移動，直到協(xié)聯(lián)板停止轉(zhuǎn)動為止，當(dāng)用電量與發(fā)電量相等時，噴針就停留在與調(diào)速器開度相對應(yīng)的某個平衡位置上；(3)噴針關(guān)閉協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置朝關(guān)閉方向移動的速度快，與偏流器關(guān)閉速度相等；(4)機組運行中突然甩負(fù)荷時，首先偏流器快速動作，切入射流，使射流偏離轉(zhuǎn)輪，不再做功，同時噴針緩慢關(guān)閉，以防止壓力鋼管產(chǎn)生水錘壓力。
同時，機組運行正常時，負(fù)荷變化小或緩慢，噴針與偏流器保持協(xié)聯(lián)關(guān)系，偏流器刃口始終與射流保持一定的距離，不干涉射流做功，主要由噴針的移動來進行流量的調(diào)節(jié)。
所述的多噴嘴沖擊式水輪機協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置包括協(xié)聯(lián)板、滑動塞、活塞、活塞缸、節(jié)流針、節(jié)流塞、回油電磁閥、壓力油電磁閥，滑動塞、活塞和活塞缸組裝在一起，形成兩個液壓腔即緩沖腔和噴針緊急事故關(guān)閉腔，緩沖腔與壓力油箱相通，噴針緊急事故關(guān)閉腔與回油箱相通，但通過回油電磁閥和壓力油電磁閥的切換，緩沖腔和噴針緊急事故關(guān)閉腔可分別與回油箱和壓力油箱接通，節(jié)流針上設(shè)有節(jié)流孔，節(jié)流塞通過節(jié)流孔與噴針操作腔構(gòu)成噴針位置調(diào)節(jié)回路。
節(jié)流塞連接傳動臂，傳動臂在調(diào)速器的控制下，調(diào)節(jié)節(jié)流塞的位移。
協(xié)聯(lián)板連接轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂在調(diào)速器的控制下，順時針或逆時針轉(zhuǎn)動協(xié)聯(lián)板。
本發(fā)明的工作過程為所述的協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置中的協(xié)聯(lián)板，借助調(diào)速器保證偏流器和噴針之間的動作保持如下的協(xié)聯(lián)關(guān)系偏流器跟隨噴針按一定規(guī)律移動，保證機組正常運行時，偏流器始終位于射流上方邊緣，但又不接觸射流，不妨礙射流作功。
協(xié)聯(lián)板通過活塞動作來改變節(jié)流針和節(jié)流塞之間的間隙而改變噴針操作腔的液壓，控制噴針的開啟和關(guān)閉，滑動塞、活塞、缸和壓蓋組裝在一起，形成兩個液壓腔即緩沖腔和噴針緊急事故關(guān)閉腔。
正常運行時，噴針緊急事故關(guān)閉腔經(jīng)回油電磁閥接通回油箱，緩沖腔經(jīng)電磁閥接通壓力油箱，同時另一來源的壓力油(或水)還經(jīng)過節(jié)流孔接通噴針操作腔。當(dāng)協(xié)聯(lián)板向(順時針)開啟方向轉(zhuǎn)動時，緩沖腔內(nèi)的油壓克服構(gòu)件重量和摩擦阻力使活塞緊隨協(xié)聯(lián)板的轉(zhuǎn)動而向上移動，增大了節(jié)流針和節(jié)流塞之間的間隙，于是，在噴針尖端在水壓作用下，噴針操作腔排油(或水)泄壓，噴針就向開啟方向移動，同時，噴針開啟時的反饋作用通過控制機構(gòu)的傳動臂使節(jié)流塞向上移動，于是節(jié)流針與節(jié)流塞間隙減小，壓力油(或水)經(jīng)節(jié)流孔流入噴針操作腔，于是噴針向關(guān)閉方向移動，直到協(xié)聯(lián)板停止轉(zhuǎn)動為止。同樣，由于噴針關(guān)閉的反饋作用，當(dāng)節(jié)流塞與節(jié)流針之間間隙的排油(或水)量與通過節(jié)流孔的壓力油(或水)量相等時，噴針就停留在與調(diào)速器開度相對應(yīng)的某個平衡位置上(此時用電量與發(fā)電量相等)。由于協(xié)聯(lián)板朝關(guān)閉方向移動的速度快(與偏流器關(guān)閉速度相等)，而活塞向下移動速度較慢(與噴針關(guān)閉速度相等)，所以在關(guān)閉時，首先是滑動塞快速向下移動(與活塞作相對運動)，將緩沖腔的油壓回壓力油箱，然后，在油壓的作用下，活塞繼續(xù)向下緩慢移動，因此，協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置的緩沖腔壓力油起了油壓緩沖作用。
在事故情況下，電磁閥動作，切換油路，壓力油進入噴針緊急事故關(guān)閉腔，而緩沖腔通回油箱，于是活塞在油壓作用下脫離協(xié)聯(lián)板向下移動，實現(xiàn)噴針的關(guān)閉。關(guān)閉噴嘴電磁閥可通過自動化系統(tǒng)控制，亦可機旁或遙控手動操作。非事故情況下，噴針的開關(guān)由協(xié)聯(lián)板控制，電磁閥不動作。多噴嘴機組在低負(fù)荷運行時，為獲得最佳運行工況，根據(jù)上述原理，可通過功率繼電器等裝置利用電磁閥關(guān)閉部分噴嘴。由此可見，協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置，不但能保證噴針和偏流器的協(xié)聯(lián)動作和噴嘴的正常開關(guān)，而且，當(dāng)調(diào)速器或球閥失靈時，還可以作為非?？煽康氖鹿逝鋲洪y使用。
通過上面的敘述可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點選用普通型水輪機調(diào)速器，成本低，管控布置簡單，沖擊式水輪機固有的開關(guān)機特性完全由協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置實現(xiàn)，該發(fā)明適用于容量較小的臥式機及轉(zhuǎn)輪直徑小于1.3米的立式機。


圖1本發(fā)明的控制回路圖2協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置結(jié)構(gòu)示意中1-協(xié)聯(lián)板，2-滑動塞，3-活塞，4-活塞缸，5-節(jié)流針，6-節(jié)流塞，7-回油電磁閥，8-壓力油電磁閥，9-緩沖腔，10-噴針緊急事故關(guān)閉腔，11-節(jié)流孔，12-噴針操作腔，13-傳動臂，14-轉(zhuǎn)臂，15-壓力油(水)閥。
具體實施例方式
下面通過具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的描述如圖1，多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，控制回路包括調(diào)速器、噴嘴、反饋機構(gòu)，噴嘴主要包括噴嘴管、噴針、偏流器、操作腔、反饋錐套，以及一個協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置，協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置的輸入控制與調(diào)速器連接，其輸出與噴針?biāo)畨翰僮鳈C構(gòu)連接。
如圖2，所述的多噴嘴沖擊式水輪機協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置包括協(xié)聯(lián)板1、滑動塞2、活塞3、活塞缸4、節(jié)流針5、節(jié)流塞6、回油電磁閥7、壓力油電磁閥8，滑動塞2、活塞3和活塞缸4組裝在一起，形成兩個液壓腔即緩沖腔9和噴針緊急事故關(guān)閉腔10，緩沖腔9與壓力油箱相通，噴針緊急事故關(guān)閉腔10與回油箱相通，但通過回油電磁閥7和壓力油電磁閥8的切換，緩沖腔9和噴針緊急事故關(guān)閉腔10可分別與回油箱和壓力油箱接通，節(jié)流針5上設(shè)有節(jié)流孔11，節(jié)流塞6通過節(jié)流孔11與噴針操作腔12構(gòu)成噴針位置調(diào)節(jié)回路，所用壓力油由壓力油(水)閥15提供。
節(jié)流塞6連接傳動臂13，傳動臂13在調(diào)速器的控制下，調(diào)節(jié)節(jié)流塞6的位移。
協(xié)聯(lián)板1連接轉(zhuǎn)臂14，轉(zhuǎn)臂14在調(diào)速器的控制下，順時針或逆時針轉(zhuǎn)動協(xié)聯(lián)板1。
多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法(1)機組運行正常，負(fù)荷變化小或緩慢，這時噴針與偏流器保持協(xié)聯(lián)關(guān)系，偏流器刃口始終與射流保持一定的距離，不干涉射流作功，主要由噴針的移動來進行流量的調(diào)節(jié)。
(2)機組運行中突然甩負(fù)荷時，首先偏流器快速動作，切入射流，使射流偏離轉(zhuǎn)輪，不再作功(保證機組轉(zhuǎn)速的暫態(tài)速率上升值在允許范圍內(nèi))，同時噴針緩慢關(guān)閉，以防止壓力鋼管產(chǎn)生水錘壓力(同樣，也保證壓力鋼管的暫態(tài)壓力上升值在允許的范圍內(nèi))。這種功能的實現(xiàn)是由協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置的緩沖作用來保證的。此外，噴針后還裝設(shè)有碟形彈簧，用以平衡噴嘴尖端的水壓力，使噴針開啟與關(guān)閉的力特性在全行程范圍內(nèi)比較均勻，保證噴針不發(fā)生卡塞現(xiàn)象。彈簧力的設(shè)計應(yīng)作仔細(xì)的水力計算，根據(jù)噴嘴尖端的最大水壓力選擇碟簧，再計算碟簧的最大壓緊力，使該力略小于噴針尖端的最大水壓力，否則容量造成噴針不能完全打開，或是全開時沖擊力較大。
當(dāng)用油操作時，操作噴針的壓力油來自調(diào)速器的油壓裝置，若是水操作，則從壓力鋼管前池取水，經(jīng)雙濾水器過濾后引入。為提高液壓處密封的可靠性，噴針移動部位常設(shè)有三道新型、優(yōu)質(zhì)密封，該密封具有自動補償功能，密封中間設(shè)置一平壓腔，該腔與大氣相通，既能平衡兩端的壓力，又可對密封的滲漏情況實施有效的監(jiān)測。
為保證噴嘴經(jīng)久耐用，噴針、噴嘴口均采用不銹鋼材料制作，并經(jīng)表面硬化處理，偏流器的工作面應(yīng)堆焊不銹鋼以提高其抗沖刷的能力。此外，設(shè)計時還應(yīng)考慮在不拆噴嘴管和噴嘴蓋的情況下，在機殼內(nèi)能拆出噴針等全部零件，以便檢修和更換。
權(quán)利要求
1.多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，控制回路包括調(diào)速器、噴嘴、反饋機構(gòu)，噴嘴主要包括噴嘴管、噴針、偏流器、操作腔、反饋錐套，其特征在于(1)所述的控制回路還包括一個協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置，協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置的輸入控制與調(diào)速器連接，其輸出與噴針?biāo)畨翰僮鳈C構(gòu)連接；(2)機組正常運行當(dāng)協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置向開啟方向轉(zhuǎn)動時，在噴針尖端在水壓作用下，噴針操作腔排油(或水)泄壓，噴針就向開啟方向移動，同時，噴針開啟時的反饋作用通過調(diào)速器驅(qū)動協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置向噴針操作腔注入壓力油或壓力水，于是噴針向關(guān)閉方向移動，直到協(xié)聯(lián)板停止轉(zhuǎn)動為止，當(dāng)用電量與發(fā)電量相等時，噴針就停留在與調(diào)速器開度相對應(yīng)的某個平衡位置上；(3)噴針關(guān)閉協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置朝關(guān)閉方向移動的速度快，與偏流器關(guān)閉速度相等；(4)機組運行中突然甩負(fù)荷時，首先偏流器快速動作，切入射流，使射流偏離轉(zhuǎn)輪，不再做功，同時噴針緩慢關(guān)閉，以防止壓力鋼管產(chǎn)生水錘壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，其特征在于機組運行正常時，負(fù)荷變化小或緩慢，噴針與偏流器保持協(xié)聯(lián)關(guān)系，偏流器刃口始終與射流保持一定的距離，不干涉射流做功，主要由噴針的移動來進行流量的調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，其特征在于所述的多噴嘴沖擊式水輪機協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置包括協(xié)聯(lián)板(1)、滑動塞(2)、活塞(3)、活塞缸(4)、節(jié)流針(5)、節(jié)流塞(6)、回油電磁閥(7)、壓力油電磁閥(8)，滑動塞(2)、活塞(3)和活塞缸(4)組裝在一起，形成兩個液壓腔即緩沖腔(9)和噴針緊急事故關(guān)閉腔(10)，緩沖腔(9)與壓力油箱相通，噴針緊急事故關(guān)閉腔(10)與回油箱相通，但通過回油電磁閥(7)和壓力油電磁閥(8)的切換，緩沖腔(9)和噴針緊急事故關(guān)閉腔(10)可分別與回油箱和壓力油箱接通，節(jié)流針(5)上設(shè)有節(jié)流孔(11)，節(jié)流塞(6)通過節(jié)流孔(11)與噴針操作腔(12)構(gòu)成噴針位置調(diào)節(jié)回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，其特征在于節(jié)流塞(6)連接傳動臂(13)，傳動臂(13)在調(diào)速器的控制下，調(diào)節(jié)節(jié)流塞(6)的位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，其特征在于協(xié)聯(lián)板(1)連接轉(zhuǎn)臂(14)，轉(zhuǎn)臂(14)在調(diào)速器的控制下，順時針或逆時針轉(zhuǎn)動協(xié)聯(lián)板(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了多噴嘴沖擊式水輪機針狀節(jié)流式液壓隨動放大控制方法，包括由調(diào)速器、噴嘴、反饋機構(gòu)和協(xié)聯(lián)與關(guān)閉裝置組成的控制回路，實現(xiàn)對噴針與偏流器雙重調(diào)節(jié)和噴嘴的正常開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、成本低廉的特點。
文檔編號F03B1/00GK1888419SQ20061002147
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者何成剛, 奉軍 申請人:四川東風(fēng)電機廠有限公司