УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАТВОРОМ ДЛЯ НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ГИДРОМАШИН Российский патент 1997 года по МПК F15B11/12 F03B11/00 

Изобретение относится к области гидротурбинного оборудования и непосредственно к устройству управления затвором для напорных трубопроводов, преимущественно крупных гидротурбин и обратимых гидромашин для ГЭС и ГАЭС.

Известны устройства управления затвором, в частности дисковым, с использованием основного и дополнительного сервомоторов, из которых последний включается на рабочий режим только на последней стадии закрытия затвора, когда значительно увеличивается момент гидросопротивления. Основными элементами подобного устройства являются напорная и сливная магистрали, гидрораспределитель с реверсивными распределительными каналами, связанными с полостями основного сервомотора, двухпозиционный золотник, связанный с полостями дополнительного сервомотора, обеспечивая их сообщение между собой в одном из положений и подключение к напорной и сливной магистралям в другом, средства переключения указанного золотника и командный блок с электропитанием для пуска устройства с переключением гидрораспределителя.

Применение описанных устройств для управления затвором позволяет существенно уменьшить расход масла и использовать менее мощную маслонапорную установку, чем в традиционных устройствах управления затвором с синхронной работой двух сервомоторов и в рабочих режимах на всех стадиях операций открытия и закрытия затвора. Однако, если золотник дополнительного сервомотора окажется неисправным и не будет способен к нормальному переключению с байпасированием полостей дополнительного сервомотора при открытии затвора, мощности маслонапорной установки по подаче масла окажется недостаточно для осуществления последующего закрытия затвора, что не позволит осуществить оперативное перекрытие напорного трубопровода.

Причиной неисправности золотника дополнительного сервомотора, выполненного с управляющей полостью у одного торца и с нажимной пружиной у другого (1), может быть разрушение пружины. Другой причиной неисправности этого же золотника или золотника с двумя управляющими торцевыми полостями может быть задир перемещаемого золотникового органа. Известные устройства управления затвором с использованием основного и дополнительного сервомоторов не предусматривают каких-либо средств контроля нормального переключения золотника дополнительного сервомотора, а поэтому и не способны предотвратить пуск устройства на открытие затвора с включенным на рабочий режим дополнительным сервомотором.

В основу изобретения поставлена задача создания такого устройства управления затвором, которое было бы оснащено средствами для предотвращения пуска устройства, если золотник дополнительного сервомотора в результате его неисправности не будет способен переключиться в положение, при котором осуществляется байпасирование полостей этого сервомотора.

Эта задача решена в устройстве управления затвором для напорных трубопроводов гидромашин, содержащем указанные выше основные элементы, в котором в соответствии с сущностью изобретения золотник дополнительного сервомотора выполнен с выступающим штоком, а командный блок для пуска устройства с блокировочной цепочкой, включающей электроконтактное средство, расположенное у торца штока золотника дополнительного сервомотора для взаимодействия с ним.

В зависимости от нормального положения рабочих органов командного блока и золотника дополнительного сервомотора перед осуществлением открытия или закрытия затвора блокировочная цепь с электроконтактным средством может иметь различное исполнение. Однако благодаря наличию блокировочной цепочки в командном блоке и взаимодействию электроконтактного средства со штоком золотника дополнительного сервомотора, согласно изобретению, в случае неправильного положения последнего сервомоторы не приведутся в действие и тем самым предотвратится избыточный расход масла от маслонапорной установки.

Сущность изобретения будет более понятна из подробного описания одного из примеров его осуществления. На чертеже изображен общий вид устройства управления дисковым затвором для напорных гидроприводов гидромашин.

Устройство, изображенное на чертеже, может быть использовано для напорных трубопроводов крупных гидротурбин или обратимых гидромашин, перекрываемых дисковым затвором. Дисковый затвор 1 для осуществления его поворота связан с двумя приводными сервомоторами основным 2 и дополнительным 3, через полости которых 4 и 5, соответственно, давление масла действует на закрытие затвора, а через полости 6 и 7 на его открытие.

Полости 4 и 6 основного сервомотора 2 сообщены трубопроводами 8 и 9, соответственно, с распределительными окнами 10 и 11 гидрораспределителя 12, окна 13 и 14 которого подключены к напорной 15 и сливной 16 магистралям, соответственно связанным с маслонапорной установкой (на чертеже не показана). Полости 5 и 7 дополнительного сервомотора 3 сообщены трубопроводами 17 и 18, соответственно, с выходными окнами 19 и 20 двухпозиционного золотника 21, входные окна 22 и 23 которого подключены к распределительным окнам 10 и 11, соответственно, гидрораспределителя 12. Золотник 21 выполнен таким, что в одном из его положений (нижнем по чертежу) выходные окна 19 и 20 сообщаются с одной соединительной полостью, осуществляя байпасирование полостей 5 и 7 дополнительного сервомотора 3, а в другом положении (верхнем по чертежу) окна 19 и 20 сообщаются с раздельными соединительными полостями с входными окнами 22 и 23, которые связаны с распределительными окнами 10 и 11 гидрораспределители 12.

На одной из цапф затвора 1, в частности связанной с дополнительным сервомотором 3, закреплено кулачковое кольцо 24, которое служит средством для слежения за углом поворота затвора. С кулачковым кольцом 24 взаимодействуют два щупа 25 и 26 двуплечего рычага 27. Другой конец этого рычага 27 служит для управления переключающим золотником 28, управляющее окно 29 которого соединено с одной из управляющих полостей (верхней по чертежу) золотника 21, противоположная управляющая полость которого подключена к напорной магистрали. Два других окна 30 и 31 переключающего золотника 28 подключены к трубопроводам 8 и9, соответственно. Через один из торцев золотника 28 выходит шток 32, шарнирно соединенный с соответствующим концом двуплечего рычага 27. При этом шток 32 выполнен с двумя кольцевыми канавками, с которыми взаимодействует подпружиненный штифтовой фиксатор 33.

Для пуска устройства оно оснащено командным блоком, основным исполнительным элементом которого является золотник 34, управляющий положением гидрораспределителя 12. Этот золотник выполнен в виде переключающего золотника с управляющим окном 35, соединенным с одной из управляющих полостей (верхней по чертежу) гидрораспределителя 12, противоположная управляющая полость которого соединена с напорной магистралью 15. Два других окна 36 и 37 золотника 34 соединены с напорной 15 и сливной 16 магистралями, соответственно. Золотник 34 выполнен с выступающим штоком 38, нагруженным возвратной пружиной 39 и охваченным соленоидом электромагнита 40. При этом шток 38 выполнен с пазом для штифтовой защелки 41, управляемой электромагнитом 4.

Описанные элементы устройства управления затвором соответствуют одной из более ранних разработок, связанных с уменьшением расхода масла на операции по открытию и закрытию затвора путем включения дополнительного сервомотора на рабочий режим только в период значительного роста гидросопротивления, что для дискового затвора соответствует перекрытию напорного трубопровода на 60-65% при операции закрытия затвора.

В соответствии с изобретением в систему электропитания командного блока введена блокировочная цепочка, содержащая нормально закрытый электроконтакт 43 и реле 44, последовательно включенные в цепь питания электромагнита 40. При этом золотник 21 дополнительного сервомотора 3 выполнен с выступающим штоком 45, торец которого расположен напротив электроконтакта 43, так что при выдвижении штока 45 происходит размыкание указанного электроконтакта.

Работа устройства происходит следующим образом.

В открытом положении затвора 1 описанные выше элементы устройства находятся в положении, соответствующем изображению на чертеже. Затвор удерживается в этом положении обоими сервомоторами 2 и 3, полости 6 и 7 которых связаны с напорной 15, а полости 4 и 5 со сливной магистралью 16. При этом выступ кулачкового кольца 24 через рычаг 27 выставляет шток 32 переключающего золотника 28 в выдвинутое положение. В этом положении управляющее окно 29 золотника 28 связано с трубопроводом 8, работающим на слив, а следовательно, в управляющей полости золотника 21, связанной с окном 29, давление отсутствует, а шток 45 находится во втянутом состоянии, не оказывая влияния на нормально закрытый электроконтакт 43. Система электропитания командного блока при этом обесточена, а шток 38 золотника 34 под действием возвратной пружины 39 находится во втянутом положении.

При закрытии затвора включают систему электропитания командного блока и через определенный промежуток времени, задаваемый реле времени 44, сработает электромагнит 4 и вытянет шток 38, а его положение будет зафиксировано защелкой 41. При этом управляющее окно 35 переключается на слив и в связанной с этим окном управляющей полости гидрораспределителя 12 давление падает. В результате этого гидрораспределитель 12 переходит в положение, при котором трубопровод 8 будет связан с напорной 15, а трубопровод 9 со сливной 16 магистралью, и, следовательно, поршень сервомотора 2 будет перемещаться на закрытие затвора. Т. к. в этот период шток 32 переключающего золотника 28, удерживаемый фиксатором 33, будет оставаться в прежнем положении, через управляющее окно 29 давление напора от трубопровода 8 будет передаваться в соответствующую управляющую полость золотника 21. Переход этого золотника в новое положение осуществит сообщение окон 19 и 20 и тем самым байпасирование полостей 5 и 7 дополнительного сервомотора 2. При этом выдвинутый шток 45 золотника 21 своим торцом разомкнет электроконтакт 43 и цепь питания электромагнита 40. Однако шток 32 золотника 34 останется в прежнем положении, удерживаемый защелкой 41.

При определенном угле поворота дискового затвора 1, заданным положением выступа кулачкового кольца 24, он нажмет на щуп 26 и при повороте рычага 27 произойдет перевод золотника 28 в новое положение, при котором его управляющее окно 29 будет связано с трубопроводом 9, работающим на слив. При этом в результате падения давления в управляющей полости золотника 21, связанной с окном 29 золотника 28, золотник 21 перейдет в положение, при котором его окна 19 и 20 через раздельные соединительные полости будут связаны с окнами 22 и 23, соответственно подключенными к окнам 10 и 11 гидрораспределителя 12. В соответствии с положением последнего полость 5 дополнительного золотника 3 будет связана с напором, а полость 7 со сливом и дополнительный золотник 3 начнет функционировать в рабочем режиме, помогая основному сервомотору 2 преодолевать возросший момент гидросопротивления. В этом положении шток 45 золотника 21 переместится во втянутое положение и электроконтакт 43 придет в нормальное замкнутое состояние (по чертежу).

Для открытия затвора включают систему электропитания командного блока и электромагнит 42. В то же время цепь питания электромагнита 40 будет разомкнута на время, определяемое реле времени 44. Под действием электромагнита 42 защелка 41 отожмется и возвратная пружина 39 переведет шток 38 золотника 34 в новое положение. При этом в результате переключения гидрораспределителя 12 полость 6 сервомотора 2 будет связана с напорной 15, а полость 4 со сливной магистралью 16. Это положение указанных элементов соответствует изображенному на чертеже. Вместе с тем в результате реверсирования состояния трубопроводов 8 и 9 управляющая полость золотника 21, связанная с окном 29 переключающего золотника 28, окажется под напором. В результате этого золотник 21 перейдет в положение, при котором через окна 19 и 20 будет осуществляться байпасирование полостей 5 и 7 дополнительного золотника 3, а шток 45, нажимая на электроконтакт 43, разомкнет его. При этом даже после срабатывания реле времени 44, настроенного на промежуток времени, несколько больший, чем это необходимо для указанных переключений, цепь питания электромагнита 40 останется разомкнутой.

Описанные режимы работы устройства управления относятся к его нормальному функционированию, когда осуществляется требуемое переключение положений золотника 21, управляющего режимом работы дополнительного сервомотора 3. Требуемый для таких нормальных режимов работы расход масла является определяющим для выбора типоразмера маслонапорной установки, которая рассчитывается на обеспечение двух последовательных операций на открытие и закрытие затвора. Если по каким-либо причинам золотник 21 не будет переключаться в правильное положение с отключением дополнительного сервомотора 3, расхода масла окажется недостаточным для осуществления необходимых операций. Это особенно опасно при открытии затвора для пуска гидроагрегата, т.к. не будет возможности осуществить оперативное аварийное перекрытие напорного трубопровода. Изобретение позволяет предотвратить это путем блокирования пуска устройства при неисправном состоянии золотника 21, когда он не переключается в правильное положение.

При пуске устройства на открытие затвора его блокирование происходит следующим образом. Если, в соответствии с описанными выше переключениями элементов устройства при пуске его на открытие затвора, золотник 21 не перейдет в нормальное положение, его шток 45 не разомкнет электромагнитный контакт 43. В результате этого по происшествии промежутка времени, задаваемого реле времени 44, последнее сработает и на электромагнит 40 поступит электропитание. При этом произойдет вытягивание штока 38 золотника 34 и его фиксация защелкой 41. При этом гидрораспределитель 12 осуществит подключение полостей 4 и 5 сервомоторов 2 и 3 к напорной магистрали и удержание тем самым затвора 1 в положении закрытия. Таким образом, при неисправном состоянии золотника 21 пуск устройства предотвращается.

Использование: изобретение относится к гидротурбинному оборудованию, в частности, к крупным гидротурбинам и обратимым гидромашинам для ГЭС и ГАЭС. Сущность изобретения: в устройстве управления затвором для напорных трубопроводов гидромашин, содержащее основной и дополнительный сервомоторы, напорную и сливную магистрали, гидрораспределитель с реверсивными распределительными каналами, связанными с полостями основного сервомотора, двухпозиционный золотник, связанный с полостями дополнительного сервомотора, средства переключения золотника и командный блок с электропитанием для пуска устройства с переключением гидрораспределителя, золотник дополнительного сервомотора выполнен с выступающим штоком, а командный блок для пуска устройства - с блокировочной цепочкой в системе электропитания, включающей электроконтактное средство, расположенное у торца штока золотника дополнительного сервомотора для взаимодействия с ним. 1 ил.

Устройство управления затвором для напорных трубопроводов гидромашин, содержащее основной и дополнительный сервомоторы, напорную и сливную магистрали, гидрораспределитель с реверсивными распределительными каналами, связанными с полостями основного сервомотора, двухпозиционный золотник, связанный с полостями дополнительного сервомотора, обеспечивая их сообщение между собой в одном из положений и подключение к напорной и сливной магистралям в другом, средства переключения указанного золотника и командный блок с электропитанием для пуска устройства с переключением гидрораспределителя, отличающееся тем, что золотник дополнительного сервомотора выполнен с выступающим штоком, а командный блок для пуска устройства с блокировочной цепочкой в системе электропитания, включающей электроконтактное средство, расположенное у торца штока золотника дополнительного сервомотора для взаимодействия с ним.