ПРИВОД НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области гидроэнергетики и может быть использована в качестве привода для управления направляющим аппаратом гидроагрегатов, в частности гидротурбин.
Известно устройство для управления лопатками направляющего аппарата гидромашины, включающее силовой привод, выполненный в виде гидроцилиндра, и предохранительный узел для регулировки работы устройства в аварийном режиме, выполненный в виде гибкой тяги, установленной на роликовых опорах (авторское свидетельство СССР №577308, опубл. 25.10.77).
Также известно устройство аварийной защиты гидротурбины, выполненное в виде связанной системы гидрораспределительных устройств, включающее исполнительный гидрораспределитель с гидравлическим управлением. Устройство позволяет управлять исполнительным двигателем (сервомотором) направляющего аппарата, в том числе в условиях работы в аварийном режиме, (патент РФ №2171396, опубл. 27.07.2001).
Недостаток известных устройств заключается, прежде всего, в использовании в качестве исполнительного двигателя гидроцилиндра и обусловлен свойствами рабочей жидкости (среды). Это сравнительно невысокий КПД и большие потери энергии при ее передаче на большие расстояния, а также снижение КПД по мере выработки гидроцилиндром эксплуатационного ресурса. Кроме того, от условий эксплуатации (температуры и давления) зависит вязкость рабочей жидкости, а низкое давление часто является причиной возникновения кавитации в гидросистеме или выделения из жидкости растворенных газов. Также высока вероятность загрязнения рабочей жидкости абразивными частицами, что приводит к быстрому износу элементов гидроцилиндра и выходу их из строя.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является автоматический регулятор скорости гидротурбины, управляющий направляющим аппаратом гидроагрегата (гидротурбины) (патент РФ №2012826, опубл. 15.05.1994), включающий исполнительный двигатель, выполненный в виде гидроцилиндра, блок управления исполнительным двигателем, выполненный в виде системы кинематических связей между отдельными узлами блока управления и ограничивающий открытие направляющего аппарата до положения, соответствующего оптимальному КПД гидротурбины, что при высоком напоре не позволяет мощности гидротурбины повыситься до опасных значений.
Недостатками указанного направляющего аппарата являются выполнение исполнительного двигателя в виде гидроцилиндра, а также отсутствие возможности ограничения силы, действующей на привод, вследствие чего снижается надежность привода.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы и долговечности привода направляющего аппарата за счет отсутствия рабочей жидкости, применяемой в гидроцилиндрах, а также ограничения силы исполнительного двигателя.
Технический результат достигается тем, что привод направляющего аппарата гидроагрегата, включающий исполнительный двигатель и блок управления исполнительным двигателем, также снабжен предохранительным узлом ограничения силы исполнительного двигателя и механизмом передачи силы от исполнительного двигателя к направляющему аппарату гидроагрегата, выполненным в виде входного и выходного валов, двух пар рычагов, каждая из которых жестко закреплена на соответствующем валу, и стержневого элемента, при этом исполнительный двигатель выполнен в виде электроцилиндра, один из рычагов входного вала шарнирно сочленен со штоком электроцилиндра, стержневой элемент шарнирно сочленен одним концом со вторым рычагом входного вала, а вторым концом с одним из рычагов выходного вала, и второй рычаг выходного вала шарнирно сочленен с тягой направляющего аппарата.
Технический результат достигается также тем, что предохранительный узел ограничения силы исполнительного двигателя выполнен в виде предварительно деформированной пружины, размещенной между двумя упорами, установленными с возможностью взаимного перемещения в направлении деформации пружины.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на чертежах представлены:
- фиг. 1 - структурная схема привода направляющего аппарата гидроагрегата;
- фиг. 2 - вариант конструктивной схемы привода направляющего аппарата гидроагрегата;
- фиг. 3 - фиг. 2, вид сверху;
- фиг. 4 - упругая характеристика предохранительного узла ограничения силы исполнительного двигателя.
На неподвижном основании (раме) 1 в подшипниковых опорах 2 установлены следующие элементы привода: входной вал 3, выходной вал 4 и ось 5. На входном валу 3 жестко закреплены рычаги 6 и 7, на выходном валу 4 жестко закреплены рычаги 8 и 9. Рычаг 7 шарнирно сочленен с концом стержневого элемента 10. Второй конец стержневого элемента 10 шарнирно сочленен с рычагом 8, а рычаг 9 выходного вала 4 шарнирно сочленен с тягой 11 направляющего аппарата (НА). Валы 3, 4 в совокупности с рычагами 6, 7, 8, 9 и стержневым элементом 10 образуют механизм передачи силы от исполнительного двигателя к направляющему аппарату. Рычаг 6 является входным рычагом этого механизма, а рычаг 9 - выходным. В стержневой элемент 10 встроен силоизмеритель 12.
Исполнительный двигатель выполнен в виде электроцилиндра 13, содержащего шток 14, корпус 15, силовую винтовую передачу 16 (ВП), электродвигатель 17 (ЭД) и блок датчиков положения 18 (ДП). Блок управления 19 (БУ) исполнительным двигателем электрически связан с электродвигателем 17 и блоком датчиков положения 18.
Со штоком 14 электроцилиндра шарнирно сочленен рычаг 6 входного вала 3, при этом корпус 15 электроцилиндра шарнирно сочленен с одним из плеч углового рычага 20, жестко закрепленного на оси 5. Второе плечо рычага 20 шарнирно сочленено с предохранительным узлом ограничения силы исполнительного двигателя 21 (фиг. 1).
Учитывая, что электроцилиндр 13 включает чувствительные к перегрузкам элементы, наличие предохранительного узла ограничения силы исполнительного двигателя 21 позволяет гарантированно ограничить действующие на электроцилиндр 13 нагрузки, возникающие в процессе работы привода направляющего аппарата.
Предохранительный узел ограничения силы исполнительного двигателя 21 выполнен в виде предварительно деформированной пружины 22, размещенной между двумя упорами 23 и 24. Упоры 23 и 24 установлены с возможностью взаимного перемещения в направлении деформации пружины 22. В частном случае, при использовании пружины сжатия, как показано на чертеже (фиг. 1), указанное направление деформации соответствует сближению торцов пружины 22. Взаимному удалению упоров 23 и 24, а соответственно, и торцов предварительно поджатой пружины 22 препятствует втулка 25. Втулка 25 установлена на упоре 24 с возможностью изменения и фиксации их взаимного расположения, например, с помощью резьбового соединения. Тем самым обеспечиваются создание и регулировка предварительной деформации пружины 22. Один из упоров предохранительного узла ограничения силы исполнительного двигателя 21, например упор 23, механически связан с рычагом 20, а второй упор 24 - с неподвижным основанием 1.
На чертежах фиг. 2 и фиг. 3 неподвижное основание 1 конструктивно выполнено в виде рамы, на которой установлены подшипниковые опоры 2 для валов 3, 4 и оси 5, с закрепленными на них рычагами 6, 7, 8, 9 и 20. Силоизмеритель 12 стержневого элемента 10, шарнирно сочлененного с рычагами 7 и 8, выполнен в виде тензорезисторного датчика растяжения-сжатия, имеющего электронный блок индикации силы (на чертежах не показан). Электроцилиндр 13 своим штоком шарнирно сочленен с рычагом 6 входного вала 3. Подшипниковые опоры 26 цапф 27 корпуса электроцилиндра обеспечивают шарнирное сочленение корпуса 15 электроцилиндра с рычагом 20.
На чертеже (фиг. 2) показан вариант конструктивного исполнения предохранительного узла ограничения силы исполнительного двигателя, отличный от варианта, представленного на схеме (фиг. 1). Предохранительный узел ограничения силы исполнительного двигателя 21 содержит предварительно деформированную пружину 22 сжатия и упоры 28 и 29. Упор 28 механически связан с рычагом 20, а упор 29 через шпильку 30 с гайками 31, сферические шайбы 32 и планку 33 механически связан с неподвижным основанием (рамой) 1. Регулирование предварительной деформации пружины осуществляется с помощью гаек 31. Рычаг 9 шарнирно сочленен с тягой направляющего аппарата (на чертежах фиг. 2 и фиг. 3 тяга не показана).
эц
эц
пд
При перемещении штока 14 электроцилиндра 13 приводится в движение рычаг 6 и через вал 3 и рычаг 7 движение передается через стержневой элемент 10 с силоизмерителем 12 на рычаг 8. Перемещение тяги 11 направляющего аппарата осуществляется от рычага 9 за счет поворота вала 4. При работе электроцилиндр 13 развивает силу Р, при этом на предохранительный узел ограничения силы исполнительного двигателя 21 действует сила Р, пропорциональная силе Р с учетом геометрических характеристик рычага 20. Предварительная деформация (предварительное сжатие) пружины 22 обеспечивает неподвижность оси 5 и рычага 20 до достижения силой Р, действующей на предохранительный узел ограничения силы исполнительного двигателя 21, величины, равной силе Р предварительной деформации пружины 22 (фиг. 4). При дальнейшем увеличении нагрузки Р пружина 22 получает дополнительную деформацию X, за счет чего происходит поворот оси 5 с жестко закрепленным на ней рычагом 20 за счет деформации пружины и, соответственно, ограничение силы, развиваемой электроцилиндром 13.
Настройка величины силы предварительной деформации пружины для конструкции на фиг. 1 обеспечивается с помощью втулки 25, а для конструкции на фиг. 2 - за счет гаек 31.
Использование электроцилиндра в качестве исполнительного двигателя в совокупности с механизмом передачи силы от электроцилиндра к направляющему аппарату при одновременном наличии предохранительного узла ограничения силы исполнительного двигателя позволяет повысить надежность работы и долговечность привода направляющего аппарата.