专利名称：多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法
所属领域本发明涉及一种多喷嘴冲击式水轮机的控制，特别是多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法。
背景技术：
冲击式水轮机是属于高水头机组，通过喷嘴来控制调节水轮发电机组的出力，对高水头机组的引水压力钢管长，水轮机的额定转速高。为保证安全运行，一方面要采用多喷嘴，调节射流直径大小，使水轮转速加速，另一方面在甩负荷时机组要求喷嘴关闭要快，以免产生机组过速，但引水压力钢管又要求喷嘴关闭要慢，以避免产生水锤而破坏引水压力钢管。人们为解决这一矛盾，采用了控制喷嘴及偏流器的方法，目前控制喷嘴和偏流器的方法有采用机械式杠杆、凸轮等，在甩负荷时先由偏流器很快将射流偏离转轮，以防止机组转速升高，同时缓慢地关闭喷嘴，以使引水压力钢管不产生大的水压上升，但由于机械杠杆等的操作较复杂，易出故障。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种成本低，管控布置相对简单的多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，控制回路包括调速器、喷嘴、反馈机构，喷嘴主要包括喷嘴管、喷针、偏流器、操作腔、反馈锥套，其特征是(1)控制回路还包括一个协联与关闭装置，协联与关闭装置的输入控制与调速器连接，其输出与喷针水压操作机构连接；(2)机组正常运行当协联与关闭装置在调速器自动控制或人工操作下向开启方向转动时，在喷针尖端在水压作用下，喷针操作腔排油(或水)泄压，喷针就向开启方向移动，同时，喷针开启时的反馈作用通过调速器驱动协联与关闭装置向喷针操作腔注入压力油或压力水，于是喷针向关闭方向移动，直到协联板停止转动为止，当用电量与发电量相等时，喷针就停留在与调速器开度相对应的某个平衡位置上；(3)喷针关闭协联与关闭装置朝关闭方向移动的速度快，与偏流器关闭速度相等；(4)机组运行中突然甩负荷时，首先偏流器快速动作，切入射流，使射流偏离转轮，不再做功，同时喷针缓慢关闭，以防止压力钢管产生水锤压力。
同时，机组运行正常时，负荷变化小或缓慢，喷针与偏流器保持协联关系，偏流器刃口始终与射流保持一定的距离，不干涉射流做功，主要由喷针的移动来进行流量的调节。
所述的多喷嘴冲击式水轮机协联与关闭装置包括协联板、滑动塞、活塞、活塞缸、节流针、节流塞、回油电磁阀、压力油电磁阀，滑动塞、活塞和活塞缸组装在一起，形成两个液压腔即缓冲腔和喷针紧急事故关闭腔，缓冲腔与压力油箱相通，喷针紧急事故关闭腔与回油箱相通，但通过回油电磁阀和压力油电磁阀的切换，缓冲腔和喷针紧急事故关闭腔可分别与回油箱和压力油箱接通，节流针上设有节流孔，节流塞通过节流孔与喷针操作腔构成喷针位置调节回路。
节流塞连接传动臂，传动臂在调速器的控制下，调节节流塞的位移。
协联板连接转臂，转臂在调速器的控制下，顺时针或逆时针转动协联板。
本发明的工作过程为所述的协联与关闭装置中的协联板，借助调速器保证偏流器和喷针之间的动作保持如下的协联关系偏流器跟随喷针按一定规律移动，保证机组正常运行时，偏流器始终位于射流上方边缘，但又不接触射流，不妨碍射流作功。
协联板通过活塞动作来改变节流针和节流塞之间的间隙而改变喷针操作腔的液压，控制喷针的开启和关闭，滑动塞、活塞、缸和压盖组装在一起，形成两个液压腔即缓冲腔和喷针紧急事故关闭腔。
正常运行时，喷针紧急事故关闭腔经回油电磁阀接通回油箱，缓冲腔经电磁阀接通压力油箱，同时另一来源的压力油(或水)还经过节流孔接通喷针操作腔。当协联板向(顺时针)开启方向转动时，缓冲腔内的油压克服构件重量和摩擦阻力使活塞紧随协联板的转动而向上移动，增大了节流针和节流塞之间的间隙，于是，在喷针尖端在水压作用下，喷针操作腔排油(或水)泄压，喷针就向开启方向移动，同时，喷针开启时的反馈作用通过控制机构的传动臂使节流塞向上移动，于是节流针与节流塞间隙减小，压力油(或水)经节流孔流入喷针操作腔，于是喷针向关闭方向移动，直到协联板停止转动为止。同样，由于喷针关闭的反馈作用，当节流塞与节流针之间间隙的排油(或水)量与通过节流孔的压力油(或水)量相等时，喷针就停留在与调速器开度相对应的某个平衡位置上(此时用电量与发电量相等)。由于协联板朝关闭方向移动的速度快(与偏流器关闭速度相等)，而活塞向下移动速度较慢(与喷针关闭速度相等)，所以在关闭时，首先是滑动塞快速向下移动(与活塞作相对运动)，将缓冲腔的油压回压力油箱，然后，在油压的作用下，活塞继续向下缓慢移动，因此，协联与关闭装置的缓冲腔压力油起了油压缓冲作用。
在事故情况下，电磁阀动作，切换油路，压力油进入喷针紧急事故关闭腔，而缓冲腔通回油箱，于是活塞在油压作用下脱离协联板向下移动，实现喷针的关闭。关闭喷嘴电磁阀可通过自动化系统控制，亦可机旁或遥控手动操作。非事故情况下，喷针的开关由协联板控制，电磁阀不动作。多喷嘴机组在低负荷运行时，为获得最佳运行工况，根据上述原理，可通过功率继电器等装置利用电磁阀关闭部分喷嘴。由此可见，协联与关闭装置，不但能保证喷针和偏流器的协联动作和喷嘴的正常开关，而且，当调速器或球阀失灵时，还可以作为非常可靠的事故配压阀使用。
通过上面的叙述可以看出，本发明具有以下优点选用普通型水轮机调速器，成本低，管控布置简单，冲击式水轮机固有的开关机特性完全由协联与关闭装置实现，该发明适用于容量较小的卧式机及转轮直径小于1.3米的立式机。
图1本发明的控制回路图2协联与关闭装置结构示意中1-协联板，2-滑动塞，3-活塞，4-活塞缸，5-节流针，6-节流塞，7-回油电磁阀，8-压力油电磁阀，9-缓冲腔，10-喷针紧急事故关闭腔，11-节流孔，12-喷针操作腔，13-传动臂，14-转臂，15-压力油(水)阀。
具体实施例方式
下面通过具体实施方式
对本发明做进一步的描述如图1，多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，控制回路包括调速器、喷嘴、反馈机构，喷嘴主要包括喷嘴管、喷针、偏流器、操作腔、反馈锥套，以及一个协联与关闭装置，协联与关闭装置的输入控制与调速器连接，其输出与喷针水压操作机构连接。
如图2，所述的多喷嘴冲击式水轮机协联与关闭装置包括协联板1、滑动塞2、活塞3、活塞缸4、节流针5、节流塞6、回油电磁阀7、压力油电磁阀8，滑动塞2、活塞3和活塞缸4组装在一起，形成两个液压腔即缓冲腔9和喷针紧急事故关闭腔10，缓冲腔9与压力油箱相通，喷针紧急事故关闭腔10与回油箱相通，但通过回油电磁阀7和压力油电磁阀8的切换，缓冲腔9和喷针紧急事故关闭腔10可分别与回油箱和压力油箱接通，节流针5上设有节流孔11，节流塞6通过节流孔11与喷针操作腔12构成喷针位置调节回路，所用压力油由压力油(水)阀15提供。
节流塞6连接传动臂13，传动臂13在调速器的控制下，调节节流塞6的位移。
协联板1连接转臂14，转臂14在调速器的控制下，顺时针或逆时针转动协联板1。
多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法(1)机组运行正常，负荷变化小或缓慢，这时喷针与偏流器保持协联关系，偏流器刃口始终与射流保持一定的距离，不干涉射流作功，主要由喷针的移动来进行流量的调节。
(2)机组运行中突然甩负荷时，首先偏流器快速动作，切入射流，使射流偏离转轮，不再作功(保证机组转速的暂态速率上升值在允许范围内)，同时喷针缓慢关闭，以防止压力钢管产生水锤压力(同样，也保证压力钢管的暂态压力上升值在允许的范围内)。这种功能的实现是由协联与关闭装置的缓冲作用来保证的。此外，喷针后还装设有碟形弹簧，用以平衡喷嘴尖端的水压力，使喷针开启与关闭的力特性在全行程范围内比较均匀，保证喷针不发生卡塞现象。弹簧力的设计应作仔细的水力计算，根据喷嘴尖端的最大水压力选择碟簧，再计算碟簧的最大压紧力，使该力略小于喷针尖端的最大水压力，否则容量造成喷针不能完全打开，或是全开时冲击力较大。
当用油操作时，操作喷针的压力油来自调速器的油压装置，若是水操作，则从压力钢管前池取水，经双滤水器过滤后引入。为提高液压处密封的可靠性，喷针移动部位常设有三道新型、优质密封，该密封具有自动补偿功能，密封中间设置一平压腔，该腔与大气相通，既能平衡两端的压力，又可对密封的渗漏情况实施有效的监测。
为保证喷嘴经久耐用，喷针、喷嘴口均采用不锈钢材料制作，并经表面硬化处理，偏流器的工作面应堆焊不锈钢以提高其抗冲刷的能力。此外，设计时还应考虑在不拆喷嘴管和喷嘴盖的情况下，在机壳内能拆出喷针等全部零件，以便检修和更换。
权利要求
1.多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，控制回路包括调速器、喷嘴、反馈机构，喷嘴主要包括喷嘴管、喷针、偏流器、操作腔、反馈锥套，其特征在于(1)所述的控制回路还包括一个协联与关闭装置，协联与关闭装置的输入控制与调速器连接，其输出与喷针水压操作机构连接；(2)机组正常运行当协联与关闭装置向开启方向转动时，在喷针尖端在水压作用下，喷针操作腔排油(或水)泄压，喷针就向开启方向移动，同时，喷针开启时的反馈作用通过调速器驱动协联与关闭装置向喷针操作腔注入压力油或压力水，于是喷针向关闭方向移动，直到协联板停止转动为止，当用电量与发电量相等时，喷针就停留在与调速器开度相对应的某个平衡位置上；(3)喷针关闭协联与关闭装置朝关闭方向移动的速度快，与偏流器关闭速度相等；(4)机组运行中突然甩负荷时，首先偏流器快速动作，切入射流，使射流偏离转轮，不再做功，同时喷针缓慢关闭，以防止压力钢管产生水锤压力。
2.根据权利要求1所述的多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，其特征在于机组运行正常时，负荷变化小或缓慢，喷针与偏流器保持协联关系，偏流器刃口始终与射流保持一定的距离，不干涉射流做功，主要由喷针的移动来进行流量的调节。
3.根据权利要求1所述的多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，其特征在于所述的多喷嘴冲击式水轮机协联与关闭装置包括协联板(1)、滑动塞(2)、活塞(3)、活塞缸(4)、节流针(5)、节流塞(6)、回油电磁阀(7)、压力油电磁阀(8)，滑动塞(2)、活塞(3)和活塞缸(4)组装在一起，形成两个液压腔即缓冲腔(9)和喷针紧急事故关闭腔(10)，缓冲腔(9)与压力油箱相通，喷针紧急事故关闭腔(10)与回油箱相通，但通过回油电磁阀(7)和压力油电磁阀(8)的切换，缓冲腔(9)和喷针紧急事故关闭腔(10)可分别与回油箱和压力油箱接通，节流针(5)上设有节流孔(11)，节流塞(6)通过节流孔(11)与喷针操作腔(12)构成喷针位置调节回路。
4.根据权利要求1或3所述的多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，其特征在于节流塞(6)连接传动臂(13)，传动臂(13)在调速器的控制下，调节节流塞(6)的位移。
5.根据权利要求1或3所述的多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，其特征在于协联板(1)连接转臂(14)，转臂(14)在调速器的控制下，顺时针或逆时针转动协联板(1)。
全文摘要
本发明公开了多喷嘴冲击式水轮机针状节流式液压随动放大控制方法，包括由调速器、喷嘴、反馈机构和协联与关闭装置组成的控制回路，实现对喷针与偏流器双重调节和喷嘴的正常开关，具有结构简单、安全可靠、成本低廉的特点。
文档编号F03B1/00GK1888419SQ20061002147
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者何成刚, 奉军 申请人:四川东风电机厂有限公司