机械液压型调速器

机械液压型调速器主要内容1、测量元件（离心摆）2、比较元件（引导阀）3、放大元件（液压放大装置）4、反馈元件（缓冲器）5、操作控制机构6、

油压装置第二章机械液压调速器离心摆引导阀缓冲器辅助接力器、主配压阀主接力器2.1测量元件（离心摆）1.离心摆结构及工作原理主要内容：2.离心摆运动方程和动态特性3.离心摆工作参数2.1测量元件（1）作用：把机组的转速信号转换为机械位移信号。（2）结构：菱形钢带结构，上与飞摆电动机转轴相连（输入），下与引导阀转动套相连（输出）。离心飞摆结构①上支持块输入②钢带③限位架④重块⑤调节螺母⑥弹簧⑦下支持块（3）动作：a.初始为某一平衡位置，折算离心力与弹簧力相等；b.当飞摆转速升高时，折算离心力大于弹簧力向外张开，下支持块向上处于较高位置；c.当飞摆转速下降时，折算离心力小于弹簧力向内收缩，下支持块向下处于较低位置；可见稳态时，下支持块的上下位置就反映了转速的高低。离心摆受力及动作（4）离心摆特性

1.运动方程——由二阶简化为比例方程

2.离心摆的不均衡度——表征离心摆的测速范围3.离心摆的放大系数K：转速偏差1%时,下支持块的位移偏差。放大系数K的倒数称为单位不均衡度δu4.静特性

直线性：实践表明菱形钢带式离心摆的静特性在一定范围内线性度很好。转速死区：静特性曲线离心摆运动方程：方框图：传递函数：2.2放大元件（液压放大装置）1.放大元件动作原理主要内容：3.放大元件静态特性4.放大元件动态特性2.放大元件结构5.放大元件方块图2.2.1放大元件动作原理（1）作用：将飞摆的输出位移量放大到足以操作笨重的导水机构。（2）结构a．第一级液压放大（引导阀→辅助接力器）引导阀由三层结构组成，外层为引导阀固定套，里层为引导阀针塞，中间层为引导阀转动套。

转动套与离心摆下支持块相连，和离心摆一同旋转；引导阀针塞与辅助接力器、主接力器反馈杠杆相连；固定套与阀体相连，阀体上接通三个油管路。辅助接力器与引导阀中间控制油路相连。引导阀结构b．第二级液压放大（主配压阀→主接力器）主配位于辅接下面，由外层的阀套与中间的阀芯组成。阀芯两个阀盘，上大下小。阀套与阀体相连，阀体上有4个油管路。主接由缸体、活塞及活塞杆组成，活塞两侧接通主配两个控制油路，活塞杆与导水机构相连。第一级液压压放大第二级液压压放大（3）动作平衡位置受受力分析辅助接力器器向上力：：辅助接力器器向下力：：静止时满足足：转速升高时时：转速降低时时：2.2.2放大元件结构1.配压阀型式式结构形式分分类：（按遮程/搭叠量分））hs——衬套孔口高高度hv——阀盘高度a.通流式：正开口阀b.断流式：负开口阀零开口阀通流式配压压阀断流式配压压阀a.四通阀——双作用油缸缸有两个控控制油路主配压阀―→主接力器b.三通阀——单作用油缸缸只有一个个控制油路路引导阀―→辅助接力器器2.液压放大的的型式2.2.3放大元件静态特性液压放大装装置原理图图接力器在静静止时，有有b.配压阀漏油油量或压力损失在在遮程上。。由于间隙隙很小（（0.01mm~0.02mm），流速较较低为层流流，压力损损失与流量量的一次方方成正比例例，设压力力油罐油压压为p0，回油箱油油压为“0”，则有kT—与阀盘和阀阀套之间间间隙相关的的液体摩阻阻系数。漏油量q与工作油压压p0成正比，与与遮程l、kt成反比。a.接力器静止止平衡方程程c.几何中间位位置即衬套孔口口两侧遮程程相等情况况下，主配配压阀两个个控制油口口油压相等等，油压合合力此时为为零。即d.工作（实际际）中间位位置阻力不为零零，故活塞塞两侧的油油压力不相相等。能够够保持接力力器静止不不动的主配配压阀阀芯芯位置，称称之为工作作（实际））中间位置置，以几何何中间位置置为基准，，设主配压压阀阀芯向向下位移S1，则有：可见，工作作中间位置置与阻力R大小成正比比，由于水水力阻力的的大小和方方向随导叶叶开度位置置变化。因因此主配压压阀工作中中间位置的的大小和方方向也在变变化。d.配压阀死区区由于作用在在接力器活活塞杆上的的力除水推推力RW之外，还有有干摩擦力力T。若要向开启启方向移动动，油压为为主动力，，阻力R=RW+T，配压阀向向下位移S11若要向关闭闭方向移动动，水推力力RW为主动力，，阻力R=(PI-PII)F+T，配压阀向向上位移移S12则在S11到S12之间移动动时，主主接力器器保持不不动。称为配压压阀死区区2.2.4放大元件件动态特性性一旦配压压阀偏离离了工作作中间位位置，设设在此基基础上主主配压阀阀偏离一一个量△△S，接力器器就开始始运动。。接力器器活塞的的运动方方程为式中：m接力器活活塞及一一起移动动的零部部件质量量（包括括与接力力器活塞塞一起运运动的所所有零部部件，如如推拉杆杆、控制制环、连连杆、拐拐臂和导导叶等））；D为液体阻阻尼系数数；Y为接力器器位移量量。当调节系系统波动动较小时时，△S亦较小，，接力器器移动速速度较慢慢，运动动质量力力、液体体摩擦阻阻力相对对于水阻阻力、油油压力小小的多，，运动方方程可近近似认为为或与静止式式相同，，但内涵涵不同上式说明明，为液液压放大大元件提提供压力力油的油油压，一一部分用用于克服服接力器器上静止止阻力所所需油压压R/F，另一部部分用于于克服接接力器运运动所引引起的油油流动在在过油部部件产生生的油压压损失，，这一损损失油压压称为储储备油压压△p。在小波动动条件下下，接力力器速度度较慢，，管道中中的油流流速较慢慢，所有有沿程损损失可忽忽略不计计，油压压损失△△p主要集中中在配压压阀口。。设配压阀阀窗口形形状为矩矩形，根根据不可可压缩流流体的连连续性方方程，流流过该窗窗口的油油流量等等于通过过接力器器的油流流量。式中：v通过配压压阀窗口口油的流流速，b为配压阀阀窗口宽宽度，△△S为配压阀阀的偏移移量。通常以接接力器活活塞最大大位移Ymax（YM）及配压压阀阀芯芯最大位位移Smax为基准，，写成相相对值形形式（注注：以下下运动方方程、传传递函数数中的物物理量均均以偏差差相对值值表示）），有上式称为为接力器器运动方方程，Ty称为接力力器反应应时间常常数，单单位为秒秒（s）。液压放大大装置的的传递函函数为可见，液液压放大大装置是是一个积积分环节节。其中可见，当当配压阀阀有一开开口时，，接力器器以一直直线运动动。或者者说，要要想让接接力器停停止运动动，配压压阀开口口必须为为“0”，这说明明液压放放大装置置无自平平衡能力力。在单位阶跃输入信号作用下，其时域相应输出为接力器单单位阶跃跃响应曲曲线接力器反反应时间间常数TyTy是表征接接力器运运动的一一个重要要参数，，不同的的配压阀阀结构，，油路布布置不同同，则Ty不同，但其输入入/输出关系系为非线线性，一一般常根根据实验验数据求求得，画画出接力力器的速速度特性性曲线。。水轮机调调速器技技术条件件规定，，Ty是指接力力器带一一定负载载，其相相对运动动速度与与配压阀阀相对位位移关系系曲线斜斜率的倒倒数。接力器速速度特性性曲线2.2.5放大元件件方框图图液压放大大装置是是一个积积分环节节，无自自平衡能能力。为为了保证证其输入入、输出出在稳态态情况下下保持确确定的关关系，将将接力器器的位移移输出以以负反馈馈形式反反馈到配配压阀的的输入端端，从而而构成液液压随动动系统。。①第一级级液压放放大装置置的传递递函数：：式中：为辅助接接力器行行程；为引导阀阀开口相相对位移移，为辅助助接力器器反应时时间常数数。②局部反反馈：取相对值值：传递函数数：为局部反反馈系数数。式中：为局部反反馈引起起的引导导阀针塞塞相对位位移量；；③综合比比较元件件——引导阀引导阀开开口：设计时取取：离心飞摆摆方框图图第一级液液压放大大随动系系统传函函为液压随动动系统方方框图传函简化化为④辅助接接力器→→主配压压阀取相对值值设计时：：传递函数数：⑤放大元元件总体体方块图图作业题1：YT型调速器器主配压压阀单边边遮程为为0.2mm，正常工工作油压压下限22kg/cm2，接力器器活塞直直径170mm，活塞杆杆直径50mm，导水机机构的干干摩擦力力为1000kg，辅助接接力器至至引导阀阀的局部部反馈杠杠杆尺寸寸如图所所示，试试求主配配压阀所所造成的的转速死死区为多多少（以以转速变变化的相相对值表表示。））？已知知飞摆的的放大系系数K=0.3mm/%，即ZM*=30mm。2.4反馈元件件（缓冲冲器）1.缓冲器作作用主要内容容：3.缓冲器运运动方程程4.缓冲器的的特性2.缓冲器组组成5.暂态反馈馈机构6.调节系统统特性及及动作过过程分析析2.4.1反馈元件件作用设置反馈馈元件的的目的是是对放大大元件进进行校正正，改变变调速器器的控制制规律，，以保证证水轮机机调节系系统动态态的稳定定性。专专有名词词称暂态态转差机机构。2.4.2缓冲器的的组成a.缓冲杯（（主动活活塞）；；b.缓冲活塞塞（从动动活塞））；c.缓冲弹簧簧；d.节流阀。。缓冲器1.主动活塞塞；2.从动活塞塞；4.缓冲弹簧簧；3.节流阀。。2.4.3缓冲器的的运动方程程作用在缓缓冲活塞塞上的力力有：油油压力和和弹簧力力，其他他力较小小忽略不不计。通过节流流阀孔口口的流量量由于油油流速较较小，可可按层流流公式计计算。也可表示示为活塞塞下腔油油的体积积变化。。整理后得得设：2.4.4缓冲器的的回中特特性设△N为一阶跃跃输入，，观察△△K的变化规规律。在t=0时，△K0=△N0当t＞0时，求解微分分方程缓冲器回回中特性性曲线当t=Td时缓冲常数数Td被定义为为：缓冲冲活塞从从阶跃输输入撤出出到恢复复至36.8%初始偏移移量为止止所经历历的时间间。2.4.5暂态反馈馈机构设主接力力器到缓缓冲杯的的杠杆传传递系数数为α1，缓冲活活塞到引引导阀针针塞的杠杠杆传递递系数为为α2，引导阀阀针塞位位移△Zd，主接力力器位移移变化量量△Y，则有：：代入缓冲冲器运动动方程用相对值值可化为为：式中：暂态转差差机构运运动方程程传递函数数：暂态转差差系数（（缓冲强强度）bt可理解为为，相当当于缓冲冲器截流流孔全关关（认为为Td=∞∞）情况下下，接力力器走完完全行程程YM所引起的的反馈量量，相当当于转速速变化的的百分数数。2.4.6调节系统统特性及及动作过过程分析析分三种情情况来讨讨论调节节系统的的静态与与动态特特性。（一）、、无反馈馈作用时时Td=0（二）、、硬反馈馈作用时时Td=∞（三）、、软反馈馈作用时时Td=有限值（1）调节系系统静态态特性以机组出出力P为横坐标标，机组组转速n为纵坐标标，可画画出调节节系统静静特性曲曲线①无反馈馈（Td=0）要使调调节系统统稳定的的3个必要条条件：a.主动力矩矩等于阻阻力矩（（Mt=Mg）；b.配压阀开开口为零零（△S=0，△SB=0）；c.反馈量不不在变化化（△K=常数）。。无差静态态特性，，调节结结束输出出没有误误差无反馈调调节系统统静态特特性②.硬反馈（（Td=∞∞）硬反馈调调节系统统静态特特性③.软反馈（（Td=有限值））软反馈调调节系统统静态特特性（2）调节系系统动态态特性a.第一级液液压放大大为比例例环节；；b.第二级液液压放大大为积分分环节;（主接力力器速度度与主配配压阀开开口成正正比例，，忽略非非线性））c.主动力矩矩与主接接力器开开度成正正比例。。（忽略略转速、、水击压压力等对对主动力力矩的影影响）d.机组运动动方程，，忽略转转速对阻阻力矩Mg影响①无反馈馈（Td=0）初始处于于稳态，，当t=t0时，n=n0，S=0，Y=Y0Mt=Mt0=Mg0=Mg=M0当t＞t0时，Mg=Mg1=M1＜M0=Mt0进入到动动态。无反馈作作用时调调节系统统动态过过程②.硬反馈（（Td=∞∞）曲线Sn代表机组组转速对对主配压压阀影响响，假设设Z点不动；；曲线Sy代表主接接力器反反馈对主主配压阀阀影响，，假设X点不动；；红线代表表二者对对主配压压阀影响响之和，，即主配配压阀的的实际位位置变化化曲线。。是一个衰衰减振荡荡过程，，分析见见后。硬反馈作作用时调调节系统统动态过过程无反馈作作用时硬反馈作作用时表示动态态过程中中杠杆位位置变化化的关系系。初始平衡衡状态，，Y0、Z0、S0杠杆处于于水平位位置。S0点主配压压阀开口口的大小小。Y0点反馈量量的大小小，Z0点转速的的高低，，有反馈时时可以使使主配压压阀提前前回中，，不必等等到转速速变化后后。无反馈时时杠杆的的动作位位置有反馈时时杠杆的的动作位位置③软反馈馈（Td=有限值））当采用软软反馈时时，在调调节系统统动态过过程中，，反馈量量是存在在的，可可保证动动态过程程能够稳稳定，其其动态过过程曲线线见图。。软反馈馈相当于于速度反反馈，动动态有、、静态无无；硬反反馈为位位置反馈馈，动态态有、静静态也有有。软反馈作作用时调调节系统统动态过过程无反馈作作用时软反馈作作用时作业题2、YT-600型调速器器的软反反馈机构构信号传传递系统统尺寸如如下图所所示，试试求可调调支点在在b=15mm时的暂态态转差系系数bt。已知飞飞摆的放放大系数数K=0.3mm/%，即ZM*=30mm。2.5操作控制制机构1.转速调整整机构（（略）主要内容容：3.手动、自自动切换换阀4.紧急停机机电磁阀阀2.开度限制制机构2.5.2、开度限限制机构构1.开度限制制作用正常运行行时开限限针塞的的中间阀阀盘高于于阀套的的中部油油孔，引引导阀与与辅助接接力器之之间的油油路保持持畅通。。引导阀阀输出的的油压控控制信号号可到达达辅助接接力器。。接力器开开至一定定开度时时，针塞塞的中阀阀盘使通通向辅助助接力器器的油孔孔封闭，，此时无无论引导导阀窗口口开多大大，压力力油也无无法流向向辅助接接力器，，接力器器的开度度也就受受到限制制不能再再增大。。换句话话说开限限阀起了了限制开开度的作作用。2.开停机作作用（1）开机机。起动动前接力力器全关关，转动动套在最最低位，，引导阀阀输出压压力油，，但开限限阀切断断了通往往使辅助助接力器器上腔的的油路。。人为动作作电动机机或手轮轮使开限限螺母上上升，则则开限针针塞上升升，压力力油流入入辅助接接力器上上腔，接接力器从从全关逐逐步开大大，机组组起动。。起动过程程中辅助助接力器器的下降降、主接接力器的的开大都都经过杠杠杆使开开限针塞塞降低，，即传回回与人为为动作方方向相反反的反馈馈位移。。由于杠杠杆的比比例特性性，使接接力器的的行程与与开限螺螺母上升升的距离离成正比比。转速达到到额定值值时，系系统进入入自动调调节状态态。（2）停机机。机组组运行当当中如果果人为使使开限螺螺母下降降（即即减小限限制开度度），在在开限针针塞中阀阀盘堵住住中间油油孔（此此时开度度表上两两针重合合）以后后继续使使它下降降，则会会使辅助助接力器器经开限限阀的排排油孔排排油，造造成接力力器关小小以至最最后完全全关闭。。2.5.3手动、自动动切换阀阀2.工作原理理——液压手动动系统2.5.4紧急停机机电磁阀工作原理理：当发发生本机机事故时时,电气信号号送至电电磁阀线线圈中,紧急停机机电磁阀阀上移,使辅助接接力器上上腔接通通排油,主配压阀阀上移,导叶关闭闭。1—离心摆电电动机；；2—离心摆；；3—重块；4—调节螺母母；5—离心摆弹弹簧；6—引导阀；；7—引导阀转转动套；；8—引导阀针针塞；9、10—拉紧弹簧簧；11、13、14、17、29、31、68—杠杆；12、40、64、65、69—连杆；15—调节螺钉钉；16—销子；18—手钮；19—内弹簧；；20—外弹簧；；21—针塞；22—从动活塞塞；23—缓冲器主主动活塞塞；24—主配压阀阀衬套；；25—主配压阀阀阀体；；26—辅助接力力器活塞塞；27—限位螺母母；28—调整螺钉钉；30—支持架；；32—锁母；33—开度限制制阀；34—开度限制制阀衬套套；35—切换阀；；36—紧急停机机电磁阀阀；37—电磁阀弹弹簧；38—电磁阀活活塞；39、76—弹簧；41—滚轮；42—锥体活塞塞；43—接力器活活塞杆；；44—接力器活活塞；45—活塞环；；46—旋塞；47—手柄；48—锁母；49—手轮；50—推力轴承承；51—滑环；52—法兰；53—套筒；54—转轴；55—框架；56—指针；57—调整螺杆杆；58、6l—缓冲螺母母；59—调整螺杆杆；60—连杆；62—滑轮；63—滤油器；；66—转速调整整螺母；；67—转速调整整螺杆；；70—开度限制制螺杆；；71—开度限制制螺母；；72、74—主动齿轮轮；73、75—从动齿轮轮；77—转速调整整机构手手轮；78—开度限制制机构手手轮；79、80—限位开关关档块；；81、82—限位开关关；83—开度限制制机构减减速器；；84—开度限制制机构电电动机；；85—转速调整整机构减减速器；；86—转速调整机机构电动机机；87—压力表；88—节门；89—开度限制指指针(红针)；90—转速调整机机构指针；；91—导水机构开开度指针(黑针)；92—滑轮装置；；93—压力信号器器，94—压力表；95—压力油箱；；96—止回阀；97—中间油箱；；98—补气阀；99—补气阀活塞塞；100—安全阀；101—油泵电动机机；102—螺杆泵；103—回油箱油位位指示器；；104—滤油网；105—吸气管；106—压力油箱油油位指示器器；107—放油阀；108—球阀；109—滑块；110—十字头；111—臂柄；112—调速轴2.6油压装置1.油压装置的的作用和分分类主要内容：：2.油压装置的的组成和工工作原理一、油压装装置的作用和分类类油压装置是