水利工程论文-石头河坝后水电站应用的强驱动、力反馈集成式水轮机调速器.doc

水利工程论文石头河坝后水电站应用的强驱动、力反馈集成式水轮机调速器摘要介绍陕西省石头河水库坝后水电站应用的强驱动、力反馈式水轮机调速器的组成特点和运行效果，着重介绍该型调速器电液随动系统采用的新颖关键组成部分强驱动、力反馈集成式电液主配压阀。关键词水轮机调速器电液随动系统集成式电液主配压阀１概述石头河坝后电站装机四台，４号机配备西安启元自控技术研究所研制的ＱＹＤＴ／１００００型调速器１、２、３号机原配备ＣＴ／４０型调速器，２０００年起由该所先后对３号和１号机调速器进行改造。这三台调速器的整体结构均属电子调节器＋电液随动系统类型，其中电子调节器３号和４号机为数字模拟混合型，１号机为ＰＣＣ（可编程计算机控制器）型电液随动系统均为强驱动、力反馈集成式。三台调速器突出的特点是采用了新型强驱动、力反馈集成式电液主配压阀，大大简化了电液随动控制系统的结构，有效地提高了系统的随动精度、反应速度和工作的可靠性，为水轮机调速器整机性能指标的进一步提高奠定了优良的基础。该随动系统是一种新式辅助接力器型电液随动系统。它不仅具有传统的辅助接力器型电液随动系统可以取消中间接力器型随动系统中必设的主接力器的机械反馈机构、消除或减小其机械反馈机构的刚度和主配压阀的死区对控制精度所产生的不利影响等优点，而且由于所采用的强驱动、力反馈集成式电液主配压阀是集电机转换器、液压先导级、辅助接力器、主配压阀和事故停机机构于一体的电液集成块，替代了传统系统中多个分散布置的元件和机构，因而在系统的结构上更加简单、合理同时由于该系统的中间环节较少，各环节给系统造成的误差就更小，信号传递所需的时间就更短，故障率也就更低，因而系统的随动精度、反应速度和工作可靠性更高。具有广泛的推广应用前景。２电液随动系统电液随动系统框图如图１所示。由图可见，这是一种非常简单的电液随动系统，它将由调节器输入的电气指令信号精确地转换为主接力器的机械位移输出。其中关键的组成部分是强驱动、力反馈集成式电液主配压阀，以下予以重点介绍。３强驱动、力反馈集成式电液主配压阀强驱动、力反馈集成式电液主配压阀伺服部分的原理框图如图２所示。在图中，摆动电机将从驱动放大器输入的功率驱动信号转变为相应的力去驱动先导阀先导阀在该力作用下输出流量，使辅助接力器产生位移辅助接力器的位移一方面使主配压阀输出流量，去推动主接力器，另一方面通过位移力变换器将其位移变换为力，反馈给先导阀，促使先导阀复中稳定后先导阀所受辅助接力器的反馈力与摆动电机的驱动力大小相等、方向相反，从而处于中位，辅助接力器及主配压阀则处于与驱动力成正比的位移位置。在这个过程中，先导阀的位移量实际上很小，因而可以应用输出位移虽然不大但输出力却很大的电机转换器，如摆动电机、比例电磁铁、步进电机等，以产生很强的驱动力，进一步提高其抗油污能力而辅助接力器及主配压阀的位移量并不受先导阀位移量的限制，可以在相当大的范围内根据需要进行设计因为在同样的驱动力下辅助接力器及主配压阀所对应的位移量与反馈弹簧的刚度有关，刚度大位移量小，刚度小则位移量大。因而该方案具有宽广的适用范围。下面结合图３较详细地介绍该方案的基本结构和工作原理。图３是强驱动、力反馈集成式电液主配压阀的原理结构图。图中，主配压阀及其与辅助接力器的连接、开机时间及关机时间的调整机构等都是常规的，不再赘述。核心部分的基本结构是摆动电机（其本体部分未在图中示出）的偏心输出轴通过滚动轴承、连接件、轴销与先导阀阀芯的上端连接先导阀的输出油路通辅助接力器的上腔辅助接力器活塞的上部同心的装有位移力变换器位移力变换器由反馈弹簧、上弹簧座、下弹簧座和反馈杆组成，反馈杆的上端与先导阀阀芯的下端固接。核心部分的工作原理是摆动电机在功率驱动信号的作用下产生相应的角位移，通过其偏心输出轴、滚动轴承、连接件、轴销使先导阀阀芯产生对应的轴向直线位移，例如摆动电机在视图的顺时针方向上产生角位移，那么先导阀阀芯则产生向下的直线位移，先导阀阀芯的控制阀盘上沿开启，将辅助接力器的上腔与回油接通，辅助接力器活塞在主配压阀阀芯向上作用力的推动下产生向上的位移，位移力变换器的上弹簧座与内螺套分离，反馈弹簧的压缩力即通过反馈杆反馈给先导阀阀芯，该反馈力是向上的，将使先导阀阀芯向中位方向移动，稳定后反馈力与驱动力相等，先导阀阀芯恢复到中位，控制阀盘将阀口关闭，此时辅助接力器活塞及主配压阀阀芯向上的的位移量与先导阀阀芯所受向下的驱动力成正比。反之，摆动电机在反时针方向上产生角位移先导阀阀芯向上位移先导阀阀芯的控制阀盘下沿开启辅助接力器的上腔与压力油接通辅助接力器活塞在上腔油压的作用下克服主配压阀阀芯向上的作用力而产生向下的位移位移力变换器的下弹簧座与辅助接力器活塞中安装位移力变换器的腔体下部台阶分离反馈弹簧的压缩力通过反馈杆以向下的方向反馈给先导阀阀芯先导阀阀芯向中位移动稳定后反馈力与驱动力相等，先导阀阀芯恢复到中位，控制阀盘将阀口关闭，此时辅助接力器活塞及主配压阀阀芯向下的位移量与先导阀阀芯所受向上的驱动力成正比。