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CN104265545B - 水轮机导水机构整体摆动式接力器 - Google Patents

水轮机导水机构整体摆动式接力器 Download PDF

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CN104265545B CN201410477177.0A CN201410477177A CN104265545B CN 104265545 B CN104265545 B CN 104265545B CN 201410477177 A CN201410477177 A CN 201410477177A CN 104265545 B CN104265545 B CN 104265545B
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郭文成
王学武
王炳豹
曾威
刘兵
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Wuhan University WHU
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Wuhan University WHU
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种水轮机导水机构整体摆动式接力器，包括伺服电机、伺服电动缸、推拉杆和底座，伺服电机驱动伺服电动缸；推拉杆一端设于伺服电动缸的内设活塞上，其另一端穿出伺服电动缸外，推拉杆位于伺服电动缸外的一端连接拐臂，拐臂另一端连接控制环；伺服电动缸底部设有竖向轴，伺服电动缸通过径向止推轴承置于底座上，底座上与竖向轴对应位置开有与竖向轴尺寸匹配的弧形槽，竖向轴穿过弧形槽。本发明集成度高、结构简单、工作效率高，控制精密，便于整合现代运动控制技术、数控技术及总线（网络）技术，实现程序化、总线（网络）化控制，可有效的完成水轮机导水机构的启闭控制工作，适用于大中小型常规水电站机组和抽水蓄能电站机组。

Description

水轮机导水机构整体摆动式接力器
技术领域
本发明属于水轮机技术领域，具体涉及一种水轮机导水机构整体摆动式接力器。
背景技术
接力器作为水轮机导水机构传动系统中的动力部件，是调速器的执行机构，其工作性能的优劣关系到水电站机组的安全稳定可靠运行。传统接力器是一种由单个直缸和活塞构成，简称直缸接力器。当水轮机负荷发生变化时，由调速器主配压阀控制的压力油进入接力器的油缸推动接力器活塞；当活塞移动时，通过推拉杆转动控制环；控制环再通过连杆、转臂达到控制导叶（或喷针、桨叶、折向器）的目的。
传统直缸接力器存在如下缺陷与不足：（1）活塞在缸体内作直线运动，推拉杆绕活塞相对转动而实现活塞的直线运动与控制环的圆弧运动的衔接。由于推拉杆在缸体内的摆动，使得活塞作用在推拉杆上的推/拉力与推拉杆直线运动不在同一方向上，即活塞的输出功率只有一部分施加在了导叶上，另有一部分功率被自身消耗掉。这一方面会降低接力器的效率，增加能耗；另一方面使活塞受力不合理，容易致其产生变形、卡塞、漏油等问题；（2）采用液压伺服系统，此系统难于实现对推力、速度和位置的精密控制，同时也不便于同现代运动控制技术、数控技术及总线（网络）技术集成联合，实现接力器的程序化、总线（网络）化控制；（3）由于（1）、（2）两点缺陷与不足，致使接力器行程的测量较为困难，所以传统接力器上一般不安放行程测量与反馈装置，不便于调速器对于机组运行的调节。
传统接力器的以上缺陷与不足，制约了调速器功能的发挥。因此，为实现水轮机导水机构安全、可靠、快速、灵敏的控制，有必要克服以上缺陷与不足，设计更先进、更实用和更高效的接力器。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种水轮机导水机构整体摆动式接力器，该接力器在保证控制环的圆弧运动与推拉杆的直线运动合理衔接的前提下，还可以明显提高接力器效率，改善推拉杆受力条件，提高接力器的控制精密度。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
水轮机导水机构整体摆动式接力器，包括伺服电机、伺服电动缸、推拉杆和底座，伺服电机驱动伺服电动缸；推拉杆一端设于伺服电动缸的内设活塞上，其另一端穿出伺服电动缸外，推拉杆位于伺服电动缸外的一端连接拐臂，拐臂另一端连接控制环；伺服电动缸底部设有竖向轴，伺服电动缸通过径向止推轴承置于底座上，底座上与竖向轴对应位置开有与竖向轴尺寸匹配的弧形槽，竖向轴穿过弧形槽。
上述推拉杆位于伺服电动缸外的一端通过叉头及匹配的叉头销与拐臂相连。
上述拐臂或控制环上设有限位销和限位传感器。
为实现接力器行程的精密测量与反馈，本发明的优选方案中还包括行程传感器，所述的行程传感器包括行程传感器缸体和设于行程传感器缸体端头的行程杆，行程传感器缸体设于伺服电动缸上，行程杆与推拉杆同步运动。
上述行程杆与推拉杆平行，且行程杆未与行程传感器缸体连接的端头与推拉杆固定连接。
和传统直缸接力器相比，本发明具有如下特点和有益效果：
1、本发明接力器中推拉杆受到的推力和拉力始终与推拉杆直线运动方向一致，一方面可降低能耗，提高接力器效率；另一方面，使得推拉杆具有良好的受力条件，避免了由于受理不合理导致的活塞变形、卡塞、漏油等现象。
2、采用电动伺服系统，可实现对推拉杆的推拉力、速度和位置的精密控制。
3、采用行程传感器实现接力器行程的实时测量，便于根据实际情况调节调速器。
4、结构简单，集成度高，工作效率高，控制精密，便于整合现代运动控制技术、数控技术及总线（网络）技术，实现程序化、总线（网络）化控制，可有效地完成水轮机导水机构的启闭控制工作，适用于大中小型常规水电站机组和抽水蓄能电站机组。
附图说明
图1为本发明接力器的具体结构示意图；
图2为图1中接力器的俯视图；
图3为图1中接力器的侧视图；
图4为图1中接力器的底视图。
图中，1-伺服电机，2-伺服电动缸，3-推拉杆，4-行程传感器缸体，5-行程杆，6-叉头，7-叉头销，8-拐臂，9-限位销，10-控制环，11-底座，12-竖向轴，13-弧形槽，14-径向止推轴承，15-信号线，16-限位传感器。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明技术方案。
见图1~4，本具体实施中，接力器包括伺服电机（1）、伺服电动缸（2）、推拉杆（3）、行程传感器和底座（11），行程传感器包括行程传感器缸体（4）和设于行程传感器缸体（4）端头的行程杆（5）。伺服电机（1）、伺服电动缸（2）、推拉杆（3）顺次连接，且三者中心轴线共线。伺服电机（1）位于接力器后部，推拉杆（3）位于接力器前部，伺服电动缸（2）居中，其两端分别连接伺服电机（1）和推拉杆（3），伺服电机（1）用来驱动伺服电动缸（2），推拉杆（3）一端设于伺服电动缸（2）的内设活塞上，另一端穿出伺服电动缸（2）外。
行程传感器缸体（4）固定于伺服电动缸（2）顶部，行程杆（5）未与行程传感器缸体（4）连接的一端固定于推拉杆（3）位于伺服电动缸（2）外的一端，当推拉杆（3）直线运动时，行程杆（5）随推拉杆（3）同步运动，行程杆（5）行程即推拉杆（3）行程。接力器工作时，伺服电机（1）和伺服电动缸（2）的位置相对固定，推拉杆（3）则相对伺服电机（1）和伺服电动缸（2）做直线伸缩运动。
伺服电动缸（2）底部末端设有竖向轴（12），底座（11）上与竖向轴（12）对应位置开设有弧形槽（13），弧形槽（13）略大于竖向轴（12）直径，伺服电动缸（2）通过径向止推轴承（14）置于底座（11）上，径向止推轴承（14）位于伺服电动缸（2）底部前端，设于伺服电动缸（2）底座末端的竖向轴（12）穿过弧形槽（13）。伺服电动缸（2）可绕径向止推轴承（14）相对底座（11）摆动，弧形槽（13）用来规整接力器绕径向止推轴承（14）的整体摆动。
推拉杆（3）末端通过叉头（6）及匹配的叉头销（7）连接拐臂（8），拐臂（8）另一端连接控制环（10），控制环（10）还连接连杆和转臂，通过连杆和转臂带动导叶转动。
行程传感器通过信号线（15）将采集数据反馈至控制器，基于反馈数据获得实时行程，并可根据反馈数据调整调速器命令。
作为优选，可在拐臂（8）或控制环（10）上设置限位销（9）和限位传感器（16），以避免接力器的过推和过拉，从而导致导叶的损坏。
本发明接力器的工作原理如下：
水轮机负荷发生变化时，由调速器向行程传感器下达推拉杆的运动规律，即行程与时间的关系。伺服电机根据推拉杆的运动规律，通过伺服电动缸中的电动驱动系统和直线执行器，将伺服电机的旋转运动通过丝杆和丝杆副的机械运动转换为推拉杆的直线运动，再利用伺服电机的闭环控制特性，对推力、速度和位置进行精密控制。推拉杆相对伺服电动缸作直线运动推动拐臂作圆弧运动的同时，伺服电动缸会自动绕径向止推轴承摆动，以实现推拉杆的直线运动向拐臂圆弧运动的转化和推拉力的传递。
上述过程中，推拉杆受到的推力和拉力始终与推拉杆直线运动方向一致，故推拉杆受力条件良好，可提高伺服电机工作效率，降低能耗。

Claims (5)

1.水轮机导水机构整体摆动式接力器，其特征在于，包括：
伺服电机、伺服电动缸、推拉杆和底座，伺服电机驱动伺服电动缸；推拉杆一端设于伺服电动缸的内设活塞上，其另一端穿出伺服电动缸外，推拉杆位于伺服电动缸外的一端连接拐臂，拐臂另一端连接控制环；伺服电动缸底部设有竖向轴，伺服电动缸通过径向止推轴承置于底座上，底座上与竖向轴对应位置开有与竖向轴尺寸匹配的弧形槽，竖向轴穿过弧形槽。
2.如权利要求1所述的水轮机导水机构整体摆动式接力器，其特征在于：
所述的推拉杆位于伺服电动缸外的一端通过叉头及匹配的叉头销与拐臂相连。
3.如权利要求1所述的水轮机导水机构整体摆动式接力器，其特征在于：
所述的拐臂或控制环上设有限位销和限位传感器。
4.如权利要求1所述的水轮机导水机构整体摆动式接力器，其特征在于：
还包括行程传感器，所述的行程传感器包括行程传感器缸体和设于行程传感器缸体端头的行程杆，行程传感器缸体设于伺服电动缸上，行程杆与推拉杆同步运动。
5.如权利要求4所述的水轮机导水机构整体摆动式接力器，其特征在于：
所述的行程杆与推拉杆平行，且行程杆的未与行程传感器缸体连接的端头与推拉杆固定连接。
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