一体化自动控制油动机的制作方法
【专利摘要】一体化自动控制油动机，包括油箱以及分别经过供油过滤器和回油过滤器与油箱相连的供油管路和回油管路，供油管路经过油泵分别连接蓄能器和液压油缸，油泵连接用于驱动其动作的电机；油箱上设有用于采集油温的温度传感器及用于油液升温的加热控制装置，液压油缸的缸体上连接有用于采集缸内压力的压力传感器，液压油缸的输出轴上连接有位置传感器；温度传感器、压力传感器及位置传感器均连接中央控制器，中央控制器的信号输出端分别连接电机驱动器和电液转换阀，电机驱动器连接控制电机，电液转换阀连接控制液压油缸。本发明现场施工维护方便，按照安装位置进行一体化整体安装，降低了现场施工维护的要求，减少了故障出现的概率，能够实现自动控制。
【专利说明】
一体化自动控制油动机
技术领域
[0001 ]本发明涉及液压驱动领域，具体涉及一种一体化自动控制油动机，能够进行直线驱动或者旋转驱动，通过接收标准信号输入，对位置及载荷进行闭环控制，使之达到输入设定值。
【背景技术】
[0002]传统的液压伺服系统包括I台液压油源、2?4台液压执行机构(亦称油动机，分调门和主汽门两种功能品种)、过滤装置、蓄能装置、再生装置以及温控装置，各组成部件之间采用管路连接。其中，液压伺服系统中的液压油源为液压执行机构提供液压动力，输入油动机的液压动力转换为活塞杆的位移运动输出，控制汽轮机组的蒸汽阀门。蓄能装置吸收、储存和补充液压油源的液压能，以维持系统的压力恒定和流量需求，过滤、再生以及温控装置维持液压介质的清洁度和温度等各项质量指标。液压伺服系统的调门油动机实施闭环控制过程，接收控制中枢关于汽轮机运行设定的蒸汽阀门状态指令后，伺服控制汽轮机蒸汽阀门符合设定指令，并保持同步。液压伺服系统的主汽门油动机实施蒸汽阀门的关闭和开启。
[0003]汽轮机组的运行现场，液压伺服系统的油动机安装在汽轮机阀门处，其它的各部件沿地面平铺摆设，部件之间由管路连接，统称管路装置。管路装置(液压油管、冷却水管)纵横交错、占地面积大。液压伺服系统中油动机与液压油源之间的距离，有的汽轮机组运行现场达50米以上，有的机组现场甚至可达200米。需要铺设不同功能的液压油管4?5根，因此存在管路装置的接口和接头很多，系统的渗漏油现象时有发生。
[0004]传统的液压伺服系统主要存在以下技术问题:
[0005]1.液压油源提供2?4台油动机的液压动力，由于管路长等因素，液压油源配置的液压栗组，其液压栗排量是63升/分，驱动电机的功率达30KW。除大修期间液压伺服系统停止运行外，其余时间内则是长年累月、昼夜连续运行，通常液压油源配置两套液压栗组轮番运行；
[0006]2.传统系统油动机的故障率高，其原因是电液伺服阀对液压介质的清洁度要求非常敏感，清洁度下降就会导致电液伺服阀发生故障，造成油动机控制功能失效；
[0007]3.传统系统的管路长、接口接头较多，多项部件铺设面积大，极易出现液压介质渗漏，涉及到较大的区域。汽轮机运行区域高压、高温的蒸汽管路交错重叠，运行环境温度高，防火防爆要求严格，为确保安全生产，必须采用磷酸酯抗燃液压油，而磷酸酯抗燃液压油价格昂贵，此品种的液压介质使用要求高，由于属于合成油，对环境的污染比较严重；
[0008]为满足传统系统的高压、长管道、油温控制、长时间运行等要求，一方面需配置容积为1200升左右的油箱，另一方面则需采用水对液压介质实施强制冷却。传统系统部件项目多、体积大、管路长，系统现场安装工作量也大，投入运行前还必须经过复杂、繁琐的清洗过程，满足液压介质符合清洁度标准SAE2级或NAS6级后方可投入运行，所以传统系统的安装、清洗周期长、要求严、费用高。油动机运行的厂房内管路纵横交错，各种设施和装备的规格型号名目繁多，运行区域内呈上中下多层叠布，难以有序的排列，运行空间狭窄、区域面积和空间稀缺，设备维护比较困难。已有的改进系统有的简化了油源站以及液压缸之间的管路连接，并减小了液压缸的体积，但是仍存在如下问题:
[0009]1、液压回路并没有与外界空气隔离，在与空气长期接触的情况下，液压油会氧化变质，降低了液压油的寿命，增加维护量;2、仅包括液压与机械装置，无法进行智能化自动控制；3、需要现场专业人员进行维护，维护要求高，现场正常运行时并不需要专业人员，造成人力资源浪费;4、故障发生时，无法进行及时预警，会引起现场更大的损失。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种一体化自动控制油动机，能够将液压油源、液压控制机构、液压执行机构以及其他附件集成为一体，采用全封闭的循环油路提高了装置的使用寿命，实现油动机在不同状态下执行相应的动作策略。
[0011 ]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0012]包括油箱以及分别经过供油过滤器和回油过滤器与油箱相连的供油管路和回油管路，所述的供油管路经过油栗分别连接蓄能器和液压油缸，油栗连接用于驱动其动作的电机;所述的油箱上设有用于采集油温的温度传感器以及用于油液升温的加热控制装置，液压油缸的缸体上连接有用于采集缸内压力的压力传感器，液压油缸的输出轴上连接有位置传感器;所述的温度传感器、压力传感器及位置传感器均连接中央控制器，中央控制器的信号输出端分别连接电机驱动器和电液转换阀，电机驱动器连接控制电机，电液转换阀连接控制液压油缸。
[0013]所述的蓄能器通过常开进油球阀连接供油管路，同时通过常闭出油球阀连接回油管路。
[0014]所述油栗出口的供油管路上依次设置有单向阀、过滤器以及用于防止油栗停止时供油回灌的逆止阀，液压油缸连接过滤器和逆止阀之间的供油管路。
[0015]所述的供油管路依次经过溢流阀与背压阀连接电液转换阀，电液转换阀设置在液压油缸的进出口管路之间，压力传感器经电液转换阀与液压油缸的出口管路连接。
[0016]所述的液压油缸进出口管路上分别安装有杆腔测压接头以及无杆腔测压接头。
[0017]液压油缸进出口管路上设置有换向阀液压锁，锁闭合位置处于液压油缸与换向阀中间。
[0018]所述温度传感器选用测温范围在-40°C?85°C的数字式温度传感器，加热控制装置控温范围为20 0C?60 °C。
[0019]所述的中央控制器连接用于数据存储及分析的云端数据服务器。
[0020]所述的位置传感器选用LVDT、球栅、磁栅、磁致伸缩或者拉线位移传感器。
[0021]所述的电液转换阀选用伺服阀或者比例阀。
[0022]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:通过将液压油源、液压控制机构、液压执行机构以及其他附件集成为一体，结构紧凑，体积小，解决了以往油动机分立式系统的现场施工复杂、要求高、维护不便及故障率高等问题。采用全封闭的循环油路大大降低了油路设计复杂度，提高了油路使用寿命，延长了现场维护周期。通过中央控制器能够自动检测判断设备运行状态并形成标准的数据格式，通过网络输出，即能够跟据参数配置，自动在油动机不同状态下执行相关策略，满足现场需求。通过无线传感器技术的引入，简化了设备接线，并能够根据现场情况灵活布置监测点。本发明现场施工维护方便，只需按照安装位置进行整体安装，不需要专门进行液压系统的调试维护，大大降低了现场施工维护的要求，减少了故障出现的概率，同时自带自动控制功能，降低了对控制系统的要求。
[0023]进一步的，本发明中央控制器连接用于数据存储及分析的云端数据服务器，云服务的引入，油动机通过以太网或者2G/3G/4G等移动网络，将自身状态自动上传云端，供用户和制造商查看分析，通过消息推送，进行基本运行服务。在智能化云服务的基础上，分析云端数据，并对设备的实时运行状况建模，实现预测性维护，降低非计划停机的机会。
【附图说明】
[0024]图1本发明的整体结构示意图；
[0025]附图中:1.蓄能器;2-1.常开进油球阀；2-2.常闭出油球阀；3.压力传感器;4.逆止阀；5.过滤器;6.溢流阀；7.背压阀；8.电液转换阀；9.换向阀液压锁；1.有杆腔测压接头；
11.无杆腔测压接头；12.液压油缸;13.位置传感器;14.中央控制器;15.温度传感器;16.加热控制装置；17.单向阀；18.电机；19.电机驱动器;20.油栗;21.供油过滤器;22.回油过滤器;23.油箱;24.云端数据服务器。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0027]参见图1，本发明在结构上包括油箱23以及分别经过供油过滤器21和回油过滤器22与油箱23相连的供油管路和回油管路，供油管路经过油栗20分别连接蓄能器I和液压油缸12，蓄能器I通过常开进油球阀2-1连接供油管路，同时通过常闭出油球阀2-2连接回油管路。油栗20连接用于驱动其动作的电机18，油栗20出口的供油管路上依次设置有单向阀17、过滤器5以及用于防止油栗20停止时供油回灌的逆止阀4，液压油缸12连接过滤器5和逆止阀4之间的供油管路。油箱23上设有用于采集油温的温度传感器15及用于油液升温的加热控制装置16，液压油缸12的缸体上连接有用于采集缸内压力的压力传感器3，液压油缸12的输出轴上连接有位置传感器13;温度传感器15、压力传感器3及位置传感器13均连接中央控制器14，中央控制器14的信号输出端分别连接电机驱动器19和电液转换阀8，电机驱动器19连接控制电机18，电液转换阀8连接控制液压油缸12。供油管路依次经过溢流阀6与背压阀7连接电液转换阀8，电液转换阀8设置在液压油缸12的进出口管路之间，压力传感器3经电液转换阀8与液压油缸12的出口管路连接。液压油缸12的进出口管路上分别安装有杆腔测压接头10和无杆腔测压接头11，并且还设置有换向阀液压锁9，锁闭合位置处于液压油缸12与换向阀中间。中央控制器14连接用于数据存储及分析的云端数据服务器24。
[0028]本发明系统中各组件具体说明如下:
[0029]蓄能器I用做辅助动力源，启动电机18后，蓄能器I充满油液，当电机18停止后，蓄能器I充当应急能源，为电液转换阀8控制液压油缸12提供高压介质。
[0030]常开进油球阀2-1与常闭出油球阀2-2均为高压球阀。常开进油球阀2-1连接油栗20和蓄能器I，为常开状态;常闭出油球阀2-2连接蓄能器I和油箱23，为常关状态，当发生紧急状况时，能够快速打开，泄去蓄能器I中油液，保护系统安全。
[0031]压力传感器3用于测量管路内的压力，中央控制器14通过压力传感器3的信号决定是否启动电机18来补充压力，使系统时刻处于稳定工作的状态下，当油路压力最低时，保证油动机也能够完成1.5次的全行程满负荷动作。
[0032]逆止阀4当油路压力达到设计上限时，中央控制器14将停止电机18，此时通过逆止阀4能够保证油液不会出现回灌。
[0033]过滤器5采用叠加式高压过滤器，安装在电液伺服阀(或比例阀)后端，用于进一步清除或阻挡由于外界侵入或元件磨损产生的杂质进入电液伺服阀(或比例阀)。
[0034]溢流阀6用于设定油栗20的出口压力，恒定系统流量，起到安全保护作用，该安全值能够通过此阀进行手动调节。
[0035]背压阀7安装于回油管道中，用于保持管路所需压力，增加液压油缸12动作的平稳性。
[0036]电液转换阀8用于将中央控制器14的控制信号转换为阀芯位置，进而控制油动机动作，一般可采用伺服阀、比例阀等。
[0037]换向阀液压锁9的锁控位置安装于液压油缸12与换向阀的中间部位，当换向阀处于中位时，液压锁关闭，进而严密封闭液压缸两腔的油液。
[0038]有杆腔测压接头10与无杆腔测压接头11主要用于测试液压油缸12进出油缸的压力。
[0039]液压油缸12即油动机的执行部分。
[0040]位置传感器13在工业现场采用LVDT、球栅、磁栅、磁致伸缩、拉线等位移传感器。
[0041]中央控制器14为整个油动机的大脑，通过采集油动机的各种传感器信号，通过电机驱动器19控制电机18，通过电液转换阀8控制油缸12的动作，并将油动机的运行状态通过无线上传云端数据库。智能控制器采集的信息如下:
[0042]A:油路压力传感器3的信号、温度传感器15所测油箱温度、位置传感器13采集到的油缸位置、电液转换阀8的阀芯位置，此类信号为运行环境信号；
[0043]B:电机驱动器状态，驱动器内的标准诊断信息，用于判断电机18及油栗20工作状态；
[0044]C:自身通道诊断及工作状态，主要包括供电电源电压电流及输入通道、输出通道诊断；
[0045]D:运行数据计算，包括油栗20工作时压力的上升曲线，加热控制装置16工作时温度上升曲线，电液转换阀8工作时的阀芯位置及位置传感器13所测油缸位置的变化曲线；
[0046]以上四类数据上传至云端数据服务器24，用于油动机运行状态监视和远程维护。
[0047]温度传感器15用于测量油箱温度，可采用热电阻进行测量，也可采用数字式温度传感器，因为油动机工作环境一般在-40°C?85°C之间，选用这个范围的数字式温度传感器即能满足要求，并且数字式传感器便于做成低功耗无线传感器，可分布在多处进行更准确的温度采集。
[0048]加热控制装置16为选配件，为了保证系统工作效率，应保持系统温度在一定范围内(20°C?60°C)，因此当采集的温度低于20°C时，启动加热控制。
[0049]单向阀17设置在油栗20出口，主要是防止意外造成系统油液倒流，引起液压栗反转。
[0050]电机18为了小型化需求，采用启动力矩大不怕堵转的电机，如交流伺服电机，尽量缩小体积，电机主要用于提供动力，将油液通过油栗20增加储存在蓄能器I中，供系统使用，电机工作不需要精密控制，具备基本的速度、力矩控制能力就行。
[0051]电机驱动器19用于将智能控制器的控制信号转换为电机的控制信号。
[0052]油栗20选用齿轮栗或柱塞栗，用于液压油缸12加压，将电机18的机械能转换为液压能。
[0053]供油过滤器21安装于油栗吸油管道，用于滤除油箱内残余的污染物质。
[0054]回油过滤器22安装于系统回油管道，过滤由于元件磨损产生的颗粒污染物，从而使流回的油液保持清洁。
[0055]油箱23为密封设计，避免整个油路暴露在空气中。
[0056]云端数据服务器24通过采集中央控制器14上传的数据，监视油动机的运行状态，并通过后期数据分析为客户提供维护支持，改善油动机的设计
[0057]本发明现场施工维护方便，现场只需按照安装位置进行整体安装，不需要进行液压系统的调试维护，大大降低了现场施工维护的要求，减少了故障出现的概率；自带智能化控制，降低了对控制系统的要求;云服务的引入，从而大大降低设备现场维护的要求，现场无需专业人员维护;通过预测性维护，降低了客户非计划停机的概率;维护周期长，降低了现场维护的工作量;无线传感器简化了设备接线，并能够根据现场情况布置监测点，方便实用。
【主权项】
1.一体化自动控制油动机，其特征在于:包括油箱(23)以及分别经过供油过滤器(21)和回油过滤器(22)与油箱(23)相连的供油管路和回油管路，所述的供油管路经过油栗(20)分别连接蓄能器(I)和液压油缸(12)，油栗(20)连接用于驱动其动作的电机(18);所述的油箱(23)上设有用于采集油温的温度传感器(15)以及用于油液升温的加热控制装置(16)，液压油缸(I2)的缸体上连接有用于采集缸内压力的压力传感器(3)，液压油缸(I2)的输出轴上连接有位置传感器(13);所述的温度传感器(15)、压力传感器(3)及位置传感器(13)均连接中央控制器(14)，中央控制器(14)的信号输出端分别连接电机驱动器(19)和电液转换阀(8)，电机驱动器(19)连接控制电机(18)，电液转换阀(8)连接控制液压油缸(12)。2.根据权利要求1所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述的蓄能器(I)通过常开进油球阀(2-1)连接供油管路，同时通过常闭出油球阀(2-2)连接回油管路。3.根据权利要求1所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述油栗(20)出口的供油管路上依次设置有单向阀(17)、过滤器(5)以及用于防止油栗(20)停止时供油回灌的逆止阀(4)，液压油缸(12)连接过滤器(5)和逆止阀(4)之间的供油管路。4.根据权利要求1或3所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述的供油管路依次经过溢流阀(6)与背压阀(7)连接电液转换阀(8)，电液转换阀(8)设置在液压油缸(12)的进出口管路之间，压力传感器(3)经电液转换阀(8)与液压油缸(12)的出口管路连接。5.根据权利要求4所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述的液压油缸(12)进出口管路上分别安装有杆腔测压接头(10)以及无杆腔测压接头(11)。6.根据权利要求4所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述的液压油缸(12)进出口管路上设置有换向阀液压锁(9)，锁闭合位置处于液压油缸(12)与换向阀中间。7.根据权利要求1所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述温度传感器(15)选用测温范围在-40°C?85°C的数字式温度传感器，加热控制装置(16)控温范围为20°C?60Γ。8.根据权利要求1所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述的中央控制器(14)连接用于数据存储及分析的云端数据服务器(24)。9.根据权利要求1所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述的位置传感器(13)选用LVDT、球栅、磁栅、磁致伸缩或者拉线位移传感器。10.根据权利要求1所述的一体化自动控制油动机，其特征在于:所述的电液转换阀(8)选用伺服阀或者比例阀。
【文档编号】F15B21/08GK105937509SQ201610454025
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】罗永超, 马茗, 方红亮
【申请人】西安强源电气有限公司