CN102155507B - 一种单活塞三腔气动复位式制动器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单活塞三腔气动复位式制动器，属于水力发电机组的制动技术领域，主要解决了现有技术中制动器密封圈性能不稳定、上下腔容易串气的问题。该制动器包括内置有活塞的活塞缸，活塞缸上端设置有与活塞固定连接的制动装置，在活塞与活塞缸之间设置有衬套，该衬套上端通过衬套固定板与活塞缸连接，在衬套、活塞、活塞缸两两之间分别设置有密封圈，在活塞缸外壁上还设置有锁定装置，所述活塞与活塞缸之间还设置有与外部大气连通的隔离腔。本发明中还提供了该制动器的实现方法，通过该实现方法与制动器结构的巧妙配合，不仅大大提高了密封性能，还有效地避免了制动器上腔与下腔的串气，保证制动器具有良好的工作性能。

Description

一种单活塞三腔气动复位式制动器及其实现方法

技术领域

    本发明涉及一种制动器，具体地说，是涉及一种用于水力发电机组中的单活塞三腔气动复位式制动器及其实现方法。

背景技术

制动器（俗称风闸）是水力发电机组制动系统的核心组件，其结构主要包括带活塞的活塞缸，以及活塞缸上方的制动板，在活塞顶起制动板与复位状态下，活塞底部将与活塞缸之间形成一个空腔，简称下腔，而活塞顶部与制动板之间形成的空腔，简称上腔。制动器在水力发电机组工作过程中主要有制动和顶起两个功能：① 在机组停机过程中，当转速下降到较低转速时，制动器中的活塞迅速顶起，制动加闸，避免机组长时间在低转速下运行致使推力瓦与导轴瓦因干摩擦而损坏，此后在机组停机备用状态下，制动器保持制动加闸状态，避免因导叶漏水而导致机组蠕动；②在机组开机过程中，制动器复位松闸为机组开机流程的一个重要判断依据，此后在机组并网发电状态下，制动器保持复位松闸状态，机组在水力作用下得以自由转动。此外，在机组安装或检修期间，用高压油泵向制动器的下腔泵入液压油，可用作千斤顶顶起转子。

目前，国内外大型水力发电机组普遍采用的制动器为单活塞双腔气动复位式制动器。现有的这种单活塞双腔气动复位式制动器主要存在以下问题或缺陷：单活塞双腔气动复位式制动器普遍采用圆形密封圈，而圆形密封圈因长时间受挤压、磨损很容易使其密封性能降低，进而导致制动器的上腔与下腔串气。在机组开机过程中，当制动器的上腔接通压缩空气、下腔接通排气管时，部分密封性能欠佳的制动器上腔压缩空气将串入下腔，受长管路系统排气能力尤其是自动控制电磁阀通径的制约，下腔将不可避免地存在一定的残压，而且由于下腔的圆形面积远大于上腔的环形面积（一般为2～3倍），因此作用于活塞下端的压力将与作用于上端的压力相当甚至会略大于作用于上端的压力，此外，由于受到摩擦阻力的影响，将会导致部分甚至全部制动器无法复位。此问题将直接影响机组开机速度和自动开机成功率，致使停机备用的机组无法按系统需要及时并网发电。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种单活塞三腔气动复位式制动器，解决现有技术中存在的问题，避免制动器上腔的空气直接串入下腔，确保下腔气压为零，保证制动器顺利复位。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种单活塞三腔气动复位式制动器，包括内置有活塞的活塞缸，该活塞缸上端设置有与活塞固定连接的制动装置，在活塞与活塞缸之间设置有衬套，该衬套上端通过衬套固定板与活塞缸连接，在衬套、活塞缸、活塞两两之间分别设置有密封圈，在活塞缸外壁上还设置有锁定装置，所述活塞与活塞缸之间还设置有与外界大气连通的隔离腔。 

进一步地，所述隔离腔由活塞缸内壁与设置于活塞侧壁上的环状凹槽构成，该活塞缸侧壁上还设置有连通隔离腔与外界大气的通孔。

更进一步地，所述通孔正对于凹槽，其走向与活塞缸底面平行。

密封圈的设置形式包括以下两种：一.所述密封圈为圆形密封圈或分叉式密封圈，且分叉式密封圈的数量至少为一个。所述分叉式密封圈为“Y”型密封圈、“U”型密封圈、“V”型密封圈、“X” 型密封圈或“Yx”型密封圈。二.所述密封圈为分叉式密封圈。所述分叉式密封圈为“Y”型密封圈、“U”型密封圈、“V”型密封圈、“X” 型密封圈或“Yx”型密封圈。

再进一步地，所述制动装置包括制动板座，以及位于制动板座上端并与之嵌合的制动板，所述活塞上端通过螺栓与制动板座固定连接，而活塞上端通过螺栓与该制动板座固定连接。

在上述部件的基础上，本发明还提供了该单活塞三腔气动复位式制动器的实现方法，包括以下步骤：（1）在活塞与衬套、衬套与活塞缸之间至少分别设置一个密封沟槽，在隔离腔的上下两端至少分别设置一个密封沟槽；（2）在每一个密封沟槽中分别设置一个密封圈，将活塞及衬套安装于活塞缸内；（3）安装制动板座，用螺栓固定活塞与制动板座，再安装制动板；

机组开机时

制动器的上腔连通压缩空气输送管，下腔连通排气管，隔离腔通过活塞缸侧壁上的通孔与外部大气连通；打开压缩空气输送管与排气管的控制阀，上腔内持续通入压缩空气，活塞在压缩空气产生的压力作用下向下运动，将下腔内的空气排除，直到制动器实现复位操作，此后制动器保持复位松闸状态；

机组停机时

制动器的上腔连通排气管，下腔连通压缩空气输送管，隔离腔通过活塞缸侧壁上的通孔与外部大气连通；打开压缩空气输送管与排气管的控制阀，下腔内持续通入压缩空气，活塞在压缩空气产生的推力作用下向上运动，将上腔内的空气排除，并顶起制动板，此后制动器保持制动加闸状态。

在上述单活塞三腔气动复位式制动器的实现方法中，所述步骤（2）中密封圈为圆形密封圈或“Y”型密封圈，且整个制动器中至少设有一个“Y”型密封圈。

进一步地，为了高密封性能，在隔离腔上下两端的多个密封沟槽中至少有一个密封沟槽设置有“Y”型密封圈，在活塞与衬套、衬套与活塞缸之间的多个密封沟槽中至少分别有一个密封沟槽设置有“Y”型密封圈。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明设计巧妙，结构简单，操作方便。

2.本发明通过在活塞侧壁上增设凹槽，并与活塞缸内侧壁共同形成空腔，然后通过设置于活塞缸侧壁上的通孔与外界空气连通，在这种设置下，即便密封失效，也能避免制动器的上下腔之间出现串气。

3.本发明在现有的圆形密封圈的基础上，再增设了分叉式密封圈作为备用，不仅保证了改进后的密封效果不低于改进前，还进一步提高了密封效果：当密封圈受压时，分叉式密封圈的分支将紧贴活塞缸与活塞的侧壁上，从而有效地防止上、下腔气体泄漏，避免下腔内残留气体对活塞产生压力，阻碍制动器复位。

4.本发明优选的“Y”型密封圈能够在制动器复位时有效地保证其分支紧密贴合于活塞缸、活塞侧壁上，而在制动器制动刹车时，又缩回密封沟槽内，避免受到挤压、磨损，从而既保证了密封效果，又延长了密封圈的使用寿命，使制动器的实用价值大大提高。

5.通过对制动器各个腔体排气状况的监测，能及时掌握各个腔体之间的串气状况，而通过选择性的开关制动器各个腔体接口处的阀门，能够实现对故障点的快速定位，从而达到提高检修、维护效率的目的。

附图说明

图1为现有技术中制动器复位状态的结构示意图。

图2为现有技术中制动器顶起状态的结构示意图。

图3为现有技术中密封圈的结构示意图。

图4为本发明中制动器复位状态的结构示意图。

图5为本发明中制动器顶起状态的结构示意图。

图6为本发明中“Y”型密封圈的结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的名称为：1-制动板，2-制动板座，3-衬套固定板，4-锁定装置，5-衬套，6-活塞缸，7-活塞，8-圆形密封圈，9-“Y”型密封圈，10-隔离腔，11-通孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的保护范围包括但不限于下述实施例。

现有制动器的工作状态如图1～图3所示，在图1和图2中可以看出，不仅制动器的上腔与下腔之间没有其他可以连通外部大气的结构，而且密封圈也完全是圆形密封圈，因此，在密封圈受到损坏致使密封性能降低时，上腔的气体将可能直接串入下腔，导致下腔残留气体对活塞形成压力，阻碍制动器复位。而在水力发电机组制动系统的工作过程中，制动器一旦无法顺利复位，将会产生十分严重的后果。

实施例

如图4～图6所示，一种单活塞三腔气动复位式制动器，包括内置有活塞7的活塞缸6，该活塞缸6上端设置有与活塞7固定连接的制动装置，在活塞7与活塞缸6之间设置有衬套5，该衬套5上端通过衬套固定板3与活塞缸6连接，在活塞7与活塞缸6、活塞7与衬套5、衬套5与活塞缸6之间还分别设置有圆形密封圈8和“Y”型密封圈9，在活塞缸6外壁上还设置有锁定装置4，所述活塞7与活塞缸6之间还设置有与外界大气连通的隔离腔10，隔离腔10正对的活塞缸6侧壁上设置有通孔11，利用该通孔11，便实现了隔离腔10与外部大气的连通。

在制动器复位松闸过程中，制动器的上腔通入压缩空气，下腔与排气管连通，而隔离腔则保持与外部大气连通。当打开压缩空气输送管和排气管的控制阀之后，上腔中压缩空气对活塞7产生向下的推力，使活塞7向下运动，直至制动器复位完成，下腔内的空气通过排气管排除至活塞缸外部，此时，制动器复位松闸完成。在这一过程中，密封圈的密封性能保证了上腔具有良好的气密性，进而保证了上腔压缩空气有效地对活塞7形成向下的推力；同时，隔离腔10的存在，更进一步地保证了上腔中的压缩空气无法直接串入下腔，导致下腔内产生向上的作用力，阻碍活塞7向下运动，其原理在于：如果上腔下部存在密封圈密封性能不良的情况，由此泄漏的压缩空气将通过隔离腔10直接排入大气。

在制动器制动加闸的活塞7顶起过程中，制动器的上腔与排气管连通，下腔与压缩空气输送管连通，而隔离腔则与外界空气保持连通。当打开压缩空气输送管和排气管的控制阀之后，压缩空气进入下腔，对活塞7产生向上的作用力，使活塞7迅速向上运动，并利用活塞7与制动板座2的连接关系，顶起制动板1，完成制动加闸工作。在这一过程中，密封圈的密封性能直接影响到活塞受到的作用力大小，如果密封性能太差，无法保证制动板对其上方的转子抗磨板之间形成足够的接触压力，甚至无法顶起制动板。本发明在采用现有技术的圆形密封圈8的同时，还增设了“Y”型密封圈9，由于“Y”型密封圈9的分支能够完全紧贴于活塞缸6、活塞7的侧壁上，因此，密封圈的密封性能保证了下腔具有良好的气密性，进而保证了下腔内的压缩空气对活塞的作用力。

本发明的优选实例为：在隔离腔10的上下两端分别设置两个密封圈，其中一个为圆形密封圈，另一个为“Y”型密封圈；在活塞与衬套之间设置一个圆形密封圈和“Y”型密封圈；在衬套与活塞缸之间设置一个圆形密封圈和“Y”型密封圈。

在本发明中，“Y”型密封圈9可以用其他带分支的密封圈替换，如“U”型密封圈、“V”型密封圈、“X”型密封圈或“Yx”型密封圈，而密封圈的数量也可以根据实际需要确定。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (5)

1.一种单活塞三腔气动复位式制动器，包括内置有活塞（7）的活塞缸（6），该活塞缸（6）上端设置有与活塞（7）固定连接的制动装置，在活塞（7）与活塞缸（6）之间设置有衬套（5），该衬套（5）上端通过衬套固定板（3）与活塞缸（6）连接，在衬套（5）、活塞缸（6）、活塞（7）两两之间分别设置有密封圈，在活塞缸（6）外壁上还设置有锁定装置（4），其特征在于，所述活塞（7）与活塞缸（6）之间还设置有与外界大气连通的隔离腔（10）；所述密封圈为圆形密封圈和分叉式密封圈，且分叉式密封圈的数量至少为一个，所述分叉式密封圈为“Y”型密封圈（9）、“U”型密封圈、“V”型密封圈、“X”型密封圈或“Yx”型密封圈。

2.根据权利要求1所述的一种单活塞三腔气动复位式制动器，其特征在于，所述隔离腔（10）由活塞缸（6）内壁与设置于活塞（7）侧壁上的环状凹槽构成，该活塞缸（6）侧壁上还设置有连通该隔离腔与外界大气的通孔（11）。

3.根据权利要求2所述的一种单活塞三腔气动复位式制动器，其特征在于，所述通孔（11）正对于所述环状凹槽，其走向与活塞缸（6）底面平行。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种单活塞三腔气动复位式制动器，其特征在于，所述制动装置包括制动板座（2），以及位于制动板座（2）上端并与之嵌合的制动板（1），而活塞（7）上端通过螺栓与该制动板座（2）固定连接。

5.一种单活塞三腔气动复位式制动器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在活塞与衬套、衬套与活塞缸之间至少分别设置一个密封沟槽，在隔离腔的上下两端至少分别设置一个密封沟槽；

（2）在每一个密封沟槽中分别设置一个密封圈，将活塞及衬套安装于活塞缸内；

（3）安装制动板座，用螺栓固定活塞与制动板座，再安装制动板；

机组开机时：

制动器的上腔连通压缩空气输送管，下腔连通排气管，隔离腔通过活塞缸侧壁上的通孔与外部大气连通；打开压缩空气输送管与排气管的控制阀，上腔内持续通入压缩空气，活塞在压缩空气产生的推力作用下向下运动，将下腔内的空气排除，直到制动器实现复位操作，此后制动器保持复位松闸状态；

机组停机时：

制动器的上腔连通排气管，下腔连通压缩空气输送管，隔离腔通过活塞缸侧壁上的通孔与外部大气连通；打开压缩空气输送管与排气管的控制阀，下腔内持续通入压缩空气，活塞在压缩空气产生的推力作用下向上运动，将上腔内的空气排除，并顶起制动板，此后制动器保持制动加闸状态。

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