УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЮЩИМ ОРГАНОМ ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F03B15/12 

Изобретение относится к области гидротурбиностроения и может быть использовано в устройстве управления регулирующим органом гидротурбины, преимущественно малой гидротурбины.

В большинстве известных устройств управления регулирующим органом, в частности направляющим аппаратом гидротурбины, предусмотрена возможность как автоматического, так и ручного управления сервомотором. При этом управление сервомотором в обоих этих режимах осуществляется через главный управляющий золотник с использованием прямых и обратных связей, выполненных с помощью жестких рычажных передач и/или с использованием гибких тросовых передач [1,2] Однако такие кинематические передачи снижают надежность устройств управления, усложняют обеспечение оптимальной компоновки устройств управления, а кроме того, увеличивают их металлоемкость, трудоемкость изготовления и обслуживания.

Известны более простые устройства управления регулирующими органами малой гидротурбины, в частности устройство для пуска и останова гидротурбины, в котором сервомотор так же, как и в описанных выше устройствах, связан с главным управляющим золотником, но управление последним предусмотрено только вручную или дистанционно с помощью электромагнита, и кинематические связи между сервомотором и главным управляющим золотником отсутствует [3] Такое устройство управления значительно проще указанных выше, однако оно не обеспечивает автоматического регулирования частоты вращения и мощности гидротурбины, что не позволяет ее использовать при работе на изолированную нагрузку вдали от мощных энергосистем.

Ближайшим аналогом изобретения следует считать современные устройства управления, обеспечивающие работу гидротурбины как в автоматическом режиме, в том числе при пуске и остановке, так и при ручном управлении этими операциями. К ним относится устройство управления регулирующим органом гидротурбины, содержащее электрогидравлический преобразователь, связанный с ним главный управляющий золотник, подключенный к нему сервомотор, электрическую обратную связь между ними и электрогидравлическим преобразователем, золотник переключения режимов работы "Ручное-Автомат", механизм ручного управления и индикаторный прибор указания положения регулирующего органа [4] В этом известном устройстве, как и в других описанных выше, золотник переключения режимов работы связан с главным управляющим золотником, а механизм ручного управления в виде механической передачи с кинематической обратной связью между сервомотором и главным управляющим золотником. При этом эта обратная связь является механической и содержит на рычажные передачи, так и гибкую тросовую передачу. Однако, как было указано, механические передачи обладают недостаточно высокой надежностью, значительно увеличивают металлоемкость устройств управления, а также трудоемкость при их изготовлении, монтаже и обслуживании. Кроме того, в процессе эксплуатации в результате увеличения зазоров в шарнирных соединениях рычажных передач и вытягивания троса снижается четкость передачи управляющих воздействий.

В основе изобретения задача создания устройства управления регулирующим органом гидротурбины, способного обеспечить выполнение всех необходимых функций как в ручном, так и в автоматическом режимах, но которое было бы полностью основано на элементах электрогидравлических систем регулирования и не содержало механических кинематических связей.

Эта задача решена в устройстве управления, содержащем электрогидравлический преобразователь, связанный с ним главный управляющий золотник, подключенный к нему сервомотор, электрически связанный обратной связью с электрогидравлическим преобразователем, золотник переключения режимов "Ручное-Автомат", индикаторный прибор указания положения регулирующего органа и механизм ручного управления устройством, в котором в соответствии с сущностью изобретения в гидравлическом тракте между главным управляющим золотником и сервомотором установлен отсечной золотник и к его управляющей полости подключен золотник переключения режимов, а механизм ручного управления выполнен в виде золотника и подключен своими управляющими линиями к гидравлическому тракту (линиям) между отсечным золотником и сервомотором.

При таком исполнении управление сервомотором регулирующего органа в автоматическом режиме осуществляется через главный управляющий золотник, а в ручном режиме через золотник ручного управления, что обеспечивает переключение отсечного золотника в соответствующее положение. Это устраняет использование кинематической обратной связи между сервомотором и главным управляющим золотником, являющейся необходимой в известных устройствах управления. Таким образом, по своей сущности изобретение позволяет перейти с гидромеханических устройств управления на современные электрогидравлические устройства.

На чертеже показана электрогидравлическая схема устройства для управления направляющим аппаратом малой гидротурбины.

Устройство служит для управления направляющим аппаратом малой гидротурбины, способной работать на изолированную нагрузку с регулируемой частотой вращения.

Устройство управления содержит следующие основные функциональные элементы: электрогидравлический преобразователь 1, главный управляющий золотник 2, полость управления которого соединена с выходом преобразователя 1 гидравлической линией 3, и сервомотор 4, соединенный с золотником 2 гидравлическим трактом 5, состоящим из линий 5¹ и 5², соединенными с противоположными полостями сервомотора 4. Со штоком 6 сервомотора 4 связан датчик 7 с электрическим выходным сигналом, подключенный к командному входу электрогидравлического преобразователя 1, обеспечивая обратную связь к нему от сервомотора 4. Датчик 7 подключен также к электрическому индикаторному прибору 8 на пульте управления для обеспечения возможности контроля положения направляющего аппарата в случае обесточивания электрических цепей. Шток 6 сервомотора 4 связан также с механическим индикаторным прибором 9.

В тракте 5 установлен отсечной золотник 10, а его управляющая полость соединена гидравлической линией 11 с золотником 12 переключения режимов "Ручное-Автомат". С трактом 5 между отсечным золотником 10 и сервомотором 4 соединен гидравлическим трактом 13, состоящим из линий 13¹ и 13² управления механизм ручного управления в виде золотника 14. Шток золотника 12 переключения режимов связан с кнопкой 15 ручного управления и электромагнитом 16 дистанционного управления. Шток золотника 14 ручного управления связан с рукояткой 17, которая имеет нейтральное положение и положение "Закрытое" и "Открытое".

Описываемой устройство сообщено с маслонапорной установкой (не показана) линиями давления 18 и слива 19. Эти линии связаны с входами электрогидравлического преобразователя 1, главного управляющего золотника 2, золотника 12 переключения режимов и золотника 14 ручного управления.

Работа устройства происходит следующим образом.

В автоматическом режиме при номинальной частоте вращения и рабочем диапазоне мощности положение описанных элементов соответствует тому, которое изображено на чертеже, а именно. Электрогидравлический преобразователь 1 соединен с линиями 18 и 19 от маслонапорной установки, его электрический командный вход электрической системой регулятора и датчиком 7 обратной связи, а его управляющей линией 3 с полостью управления главного управляющего золотника 2. При этом золотник 12 переключения режимов находится в положении "Автоматическое", а золотник 14 ручного управления в нейтральном положении. В этот период времени отсечной золотник 10 занимает положение, при котором главный управляющий золотник 2 через гидравлический тракт 5 непосредственно соединен с сервомотором 4. В таком положении функциональных элементов устройства управления согласно изобретению работает в обычном автоматическом режиме как и в известных устройствах.

Работа устройства в автоматическом режиме при пуске и остановке принципиально не отличается от описанного.

При ручном управлении золотник 12 переключения режимов устанавливается в положении "Ручное". При этом перекрывается сообщение линии 11 с полостью управления отсечного золотника 10 и он переходит в положение, при котором отсекается гидравлическая связь между главным управляющим золотником 2 и сервомотором 4. Далее рукояткой 17 золотника 14 ручного управления осуществляют сообщение линий 18 и 19 через линии 13¹ и 13² с соответствующими полостями сервомотора 4 и тем самым обеспечивают открытие или закрытие направляющего аппарата.

Устройство в соответствии с изобретением обеспечивает надежное функционирование как в автоматическом, так и в ручном режиме. Вместе с тем оно не содержит механических кинематических связей и может быть исполнено в виде модульной блочной единицы.

Использование: в гидротурбиностроении для управления регулирующим органом гидротурбины. Сущность: устройство управления регулирующим органом (РО) гидротурбины, в частности направляющим аппаратом, содержит электрогидравлический преобразователь (ЭГП), соединенный с ним главный золотник (ГЗ), управляющий сервомотором РО, и электрическую обратную связь ЭГП по положению РО, образующие автоматическую часть системы управления. Кроме того, имеется механизм ручного управления (МРУ), золотник переключения режимов "Ручное-Автомат" (ЗПР) и индикаторный прибор указания положения РО. Для переключения гидравлических линий с автоматического режима на ручной и наоборот в тракте между ГЗ и сервомотором установлен отсечной золотник (ОЗ), а к тракту между ними и сервомотором подключены гидравлические линии МРУ, выполненного в виде золотника. При этом управление ОЗ осуществляется ЗПР. 1 ил.

Устройство управления регулирующим органом гидротурбины, содержащее электрогидравлический преобразователь, связанный с ним главный управляющий золотник, подключенный к нему сервомотор, электрически связанный обратной связью с электрогидравлическим преобразователем, золотник переключения режимов "ручное-автомат", индикаторный прибор указания положения регулирующего органа и механизм ручного управления, отличающееся тем, что в гидравлическом тракте между главным управляющим золотником и сервомотором установлен отсечной золотник и к его управляющей полости подключен золотник переключения режимов, а механизм ручного управления выполнен в виде золотника и подключен своими управляющими линиями к гидравлическому тракту между отсечным золотником и сервомотором.