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水轮机调节 机械液压系统培训,★、概 述 水轮机调速系统主要有以下部分组成： □ 微机调速器 □ 油压装置 □ 事故配压阀（或重锤关机） □ 分段关闭装置 □ 主接力器,水轮机调速系统机械液压部分专题,一、调速器电液随动系统 二、油压装置 三、机组过速保护 四、典型调速器 五、高油压调速器 六、常见故障及故障处理 七、我国调速器机械液压部分的现状及发展趋势 八、其它： 常用阀类液压元件的结构几点值得注意的问题,一、调速器电液随动系统,1-1 调速器电液随动系统的二种基本系统结构 1) 电子调节器型的电液随动系统 2) 中间接力器型机械液压随动系统 1-2 电液转换装置 1) 电液比例阀 2) 电液伺服阀 3) 数字阀 4) 电机转换器 1-3 主配压阀 1) 位移型主配压阀 2) 流量型主配压阀 3)进口主配压阀,1-1 调速器电液随动系统的二种基本系统结构,国内外调速器的形式很多，种类也很繁杂,从根 本上看调速器的组成、原理和功用基本上无大差 异 现代国内外微机调速器大多属于下面的二种 系统结构： 1）一种是电子调节器＋电液随动系统（电 子调节器）； 2）一种是电子调节器＋电机伺服装置＋机 械液压随动装置（中间接力器型）。

1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,主要特点： □ 采用具有复中特性电液转换元件 □ 采用电气反馈，取消机械反馈 □ 转速死区小 主要方式： □ 流量输出型 □ 位移输出型,1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,流量输出型主要特点： □ 采用具有复中特性、流量输出型电液转换元件 如电液比例阀、比例伺服阀、数字阀 或流量输 出电液转换器 □ 控制流量输入型放大执行件或直接控制主接力器 □ 标准化程度高，易于集成流量输出类系统框图（比例阀、伺服阀、数字阀）,1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,例1：比例阀控制的大型调速器液压系统,1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,例2：比例阀控制的高油压调速器液压系统,1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,例3：比例阀控制的高油压调速器液压系统,1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,位移输出型主要特点： □ 采用具有复中特性、位移输出型电液转换元件 如交流伺服电机、直流伺服电机等 □ 控制位移输入型放大执行件 □ 无油结构，彻底规避油液污染问题，整机可性得到大幅提高1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,位移输出类系统框图（伺服电机控制),1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,例1：电机控制的大型调速器液压系统,1）电子调节器＋电液随动系统(电子调节器型）,主要特点： □电液转换元件采用直流伺服电机或交流伺服电 机构成电机伺服装置 □ 导叶位置采用机械反馈（钢丝、钢带、杠杆） □无油结构，规避油质污染问题 □ 耗油量小，减少了油泵启动次数 主要方式： □ 位移输出,2）电子调节器＋电机伺服装置＋机械液压随动装置 （中间接力器型）,系统框图（伺服电机控制),2）电子调节器＋电机伺服装置＋机械液压随动装置 （中间接力器型）,例1：带中间接力器的大型调速器液压系统(座式调速器),2）电子调节器＋电机伺服装置＋机械液压随动装置 （中间接力器型）,例2：带中间接力器的大型调速器液压系统,2）电子调节器＋电机伺服装置＋机械液压随动装置 （中间接力器型）,例2：电机控制的小型调速器液压系统,2）电子调节器＋电机伺服装置＋机械液压随动装置 （中间接力器型）,1-2电液转换装置,电液转换装置的功能是将电子调节器微弱的电气 信号线性地转换成具有一定操作力的机械位移或转换 为具有一定压力的流量输出。

电液转换装置是调速器电气部分与机械液压部 分的接合体是电液随动系统十分重要的部件，对调 速器的可靠性及调节品质起着至关重大作用1-2电液转换装置,电液转换装置一般与主配压阀相接口: □与带引导阀的机械位移输入型主配压阀相配合，控制引导阀 □与带辅助接力器的流量控制型主配压阀接口，控制辅助接力器 目前，调速器的电液转换部件大多以如下三种方式存在： A、电液转换器（包括双锥式、环喷式） B、电液比例阀（包括电液伺服阀、数字阀） C、电机转换器（包括步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、摆线电机等）,这里提到的电液转换器是指依赖调速器制造厂家研制生 产的专用电液转换元件，如早期的控制套式电液转换器，八 十年代的双锥式、环喷式等电液转换器双锥式、环喷式电 液转换器这两种伺服阀是从工作原理上和结构上保证没有卡 阻和失效的可能而沿用至今 虽然，它们的共同之处对油质污染非常敏感，但至今可 以说仍然是一种响应性很好的电液转换元件 由于，目前应用很少，略述1-2电液转换装置 ---电液转换器,特点： □ 液压工业成熟的电液转换控制元件 □ 具有较好的调节性能指标，完全满足水轮机调速系统 的调节要求。

□ 抗油污能力比电液伺服阀强，滤油精度≤20μm □ 批量和规格化生产，避免了自制电液转换元件因小批 量加工工艺难度和加工设备引起的制造缺陷 □ 集成度和标准化程度高，机构简单并且互换性好1-2电液转换装置 ---电液比例阀（包括电液伺服阀、数字阀）,电液比例方向阀,电液比例控制阀是七十年代初人们为了解决液压控制系 统在工业环境中的应用，并克服伺服阀在工业应用中的一些 缺点，在伺服阀的基础上才发展起来的 它是介于比例伺服阀和开关阀的控制元件，具有伺服阀 良好的工作性能和开关阀的抗油污能力 除仍保留了中位死区，以减小中位（无信号状态时阀芯 的自然位置）泄漏，其稳态特性已与伺服阀不相上下，频宽 达10～25Hz1-2电液转换装置 ---电液比例阀（包括电液伺服阀、数字阀）,电液比例阀方向结构示意图,1-2电液转换装置 ---电液比例阀、包括电液伺服阀、数字阀）,比例伺服阀,比例伺服阀，又称高频响比例阀，是比例技术与伺服技 术进一步结合的产物它是在比例阀的基础上，将比例阀中 的比例电磁铁和伺服阀的阀芯+阀套加工技术有机结合起来 获得的与比例阀相比，他最重要的特征就是当阀芯处于中 位时，阀口是零开口（发口的遮程几乎为零），这意味着比 例伺服阀的控制特性具有死区为零的特点。

由于阀口的零开 口特性，故比例伺服阀在零位的线性好1-2电液转换装置 ---电液比例阀、包括电液伺服阀、数字阀）,比例伺服阀结构示意图,1-2电液转换装置 ---电液比例阀、包括电液伺服阀、数字阀）,数字阀,数字阀严格说，是用脉宽调制控制的高速开关阀，也称脉冲阀 并非一简单的开关信号，而是通常用计算机进行控制，利用来调整 单位时间内高（低）电平所占的比例来控制阀的流量大小，进而控 制调速器接力器的线性工作，这一过程称之为断续工作的线性化 通常采用座阀式电磁换向阀，也称为电磁换向球阀采用钢球 与阀座的接触密封，所以避免了滑阀式换向阀的内部泄漏座阀式 电磁换向阀在工作过程中受液流作用力影响小，不易产生径向卡紧 故动作可靠，且在高油压下也可正常使用；换向速度也比一般电磁 换向滑阀快1-2电液转换装置 ---电液比例阀、包括电液伺服阀、数字阀）,数字阀结构,1-2电液转换装置 ---电液比例阀、包括电液伺服阀、数字阀）,电机转换器作为水轮机微机调速器转换元件的应用是在 20世纪九十年代初，是为了解决长期困扰水轮机微机调速器 液压系统的抗油污问题应运而生的它不但彻底规避了油液 污染，同时还发挥了控制电机技术的优势，可以说在很大程 度降低了调速器转换元件的故障率，提高了可靠性。

是水轮 机微机调速器行业的一次成功的技术革命和巨大的技术成果 电/机转换器，它是采用伺服电机驱动装置+机械传动部 件的构成的电气－机械转换部件一般有步进电机、直流伺 服电机、交流伺服电机和摆动电机等，放大部分采用螺杆传 动1-2电液转换装置---电机转换器,电机伺服装置（本身不具备复中功能）,1-2电液转换装置---电机转换器,具有自复中特性的电机转换器,,1-2电液转换装置 ---电机转换器,应用环境 ---油质问题 水轮机形式 ---常规机组和特殊机组 操作力和输出流量,1-2电液转换装置 ----选择与应用,1-3主配压阀,主配压阀是水轮机调速器专用的、不可缺少的 重要液压放大部件，亦是水轮机控制设备中体积较 大，加工精度较高的部件 目前，主配压阀按其前置级的反馈方式不同有 二种结构 一种是流量控制型主配压阀（流量输入）； 一种是位移控制型主配压阀（位移输入）流量输入型的主配压阀的特点 前置级输入为流量的主配压阀，是将引导阀固定于中位，以流量输入方式作用于辅助接力器的上腔（即控制腔），使辅助接力器运动而辅助接力器的运动，又通过引导阀衬套（引导阀衬套与辅助接力器联为一体）产生一个与输入流量相反的流量进入辅助接力器上腔构成内反馈，当输入流量与反馈流量相等时，辅助接力器停止运动，构成了一个液压内反馈的闭环系统，具有主配自复中功能。

这是一个很有特点的结构形式，国内外好多厂家为了达到这个目的，是靠在主配上加装位移传感器才得以实现主配的复中的与其接口的电液转换装置必须是电液比例阀、比例伺服阀和数字阀等流量输出对它进行控制1-3主配压阀 ---流量输入型,1-3主配压阀---流量输入型,前置级为流量输入的主配压阀,前置级为流量输入的主配压阀,1-3主配压阀 ---流量输入型,前置级输入为位移的主配压阀，是以机械位移输入方式作用于引导阀针塞使之离开过流窗口引导阀针塞产生的输出流量控制辅助接力器的运动，其输出通过引导阀衬套（引导阀衬套与辅助接力器联为一体）构成1：1的内反馈，当输入流量与反馈流量相等时，辅助接力器停止运动 很多伺服电机控制的调速器都是采用这种方式，是一个机械位置反馈的闭环系统1-3主配压阀 ---位移输入型,1-3主配压阀 ---位移输入型,1-3主配压阀 ---位移输入型,,进口主配压阀（美国GE公司）,进口主配压阀（法国阿尔斯通）,主配压阀的选择原则,与调速器相配的外部管道中的设计流速一般不超过5m/s； 计算调速器容量的油压，应按正常工作油压的下限考虑； 选择的主配压阀的直径和最大窗口，应使接力器最短关闭时间应满足机组提出的要求，且主配压阀最大工作行程应合理。

主配压阀几个重要参数 搭叠量：引导阀单边：0.1~0.15毫米 活塞单边：0.3~0.4毫米 配合间隙：0.02~0.03毫米,二、油压装置,油压装置是向水轮发电机的调速系统供给压力油的能源设备，是调苏系统的重要组成部分同时也可作为进水阀的压力油源油压装置的工作能力是由压力容器的额定工作油压及总容积来标志 油压装置主要包括回油箱、压力油罐、油泵－电机、阀组和测控元件油压装置系统构成,,二、油压装置,油压装置主要包括回油箱、压力油罐、油泵－ 电机、阀组和测控元件这里主要介绍 （1）压力容器 （2）油泵---电机 （3）组合组 （4）测控元件 （5）其它 各种压力整定值和油位的确定（供参考）,二、油压装置,二、油压装置---压力油罐,压力油罐，是在有压力的条件下工作的一种容器在水轮机调速系统油压装置中，压力油罐使用的正常工作压力等级，按型谱规定有2.5Mpa，4.0Mpa，6.3Mpa三种规格 它的工作介质是压缩空气和汽轮机透平油 压力油罐为钢制容器，它主要由筒体，封头，法兰，密封元件，开孔与接管及支座组成其设计、制造、试验、探伤、验收均按GB150《钢制压力容器》中的要求进行，也可根据需要执行美国ASIM标准的。

罐体顶部和侧壁安装有安全阀及液位和压力的测量、传感等自动化元件二、油压装置,二、油压装置---囊式蓄能器,囊式蓄能器是液压行业执行。