Электрогидравлическая колонка регулятора скорости вращения гидротурбины

Область техники, к которой относится полезная модель
Заявляемая полезная модель относится к гидромашиностроению и предназначена для преобразования электрических сигналов, поступающих от электрической части системы регулирования, в соответствующие перемещения регулирующих органов гидротурбины - сервомоторов направляющего аппарата. В случае наличия большего количества регулирующих органов в полезной модели предусматривается аналогичный набор оборудования для каждого регулирующего органа. Полезная модель может использоваться в системах управления гидротурбин любого типа.
Уровень техники
Известна система управления направляющим аппаратом гидротурбины (авторское свидетельство на изобретение SU 1351295, МПК F03B 15/06, опубл. 15.04.1994), содержащая реле частоты, главный золотник, связанный рычажной передачей с вспомогательным сервомотором, снабженным управляющим золотником, и масляными трубопроводами с сервомотором направляющего аппарата гидротурбины, соленоидный золотник, электрически связанный с реле частоты и гидравлически - с управляющим сервомотором дросселя, установленного в одном из масляных трубопроводов. Для того, чтобы сделать конструкцию проще, вспомогательный сервомотор снабжен соленоидным приводом, а управляющий сервомотор - контактом, включенным в электрическую цепь соленоидного привода.
Основным недостатком системы является малая функциональность, а также отсутствие обратной связи, что делает конструкцию ненадежной и неудобной в эксплуатации.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является известная из уровня техники гидромеханическая колонка электрогидравлического регулятора на Загорской ГАЭС (http://isup.ru/articles/5/5139/), содержащая пропорциональный гидравлический распределитель с датчиком обратной связи, механизм выбора тенденции, кран переключения «Автомат»/«Ручное», механизм пуска-останова, позволяющий сместить главный золотник в сторону закрытия независимо от положения других распределительных устройств, гидравлический распределитель управления блокировочным золотником, сдвоенный фильтр тонкой очистки, механизм обратной связи главного золотника, на сервомотор направляющего аппарата также был установлен механизм обратной связи.
Основными недостатками данного решения являются также малый функционал, в связи с тем, что устройство можно использовать только с маслонапорными установками, снабженными фильтром грубой очистки, иначе велика вероятность выхода из строя колонки, а также недостаточная надежность работы и недостаточная оценка отработки заданного сигнала.
Сущность полезной модели
Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в недостаточной надежности известных из уровня техники аналогов.
Техническая проблема решается за счет того, что электрогидравлическая колонка регулятора скорости вращения гидротурбины, содержащая по меньшей мере один фильтр тонкой очистки, пропорциональный гидравлический распределитель с электрической обратной связью, вход которого соединен с выходом фильтра тонкой очистки, блок пуска-останова, вход которого соединен с выходом фильтра тонкой очистки, гидравлический распределитель с ручным управлением, вход которого соединен с выходом фильтра тонкой очистки, кран выбора режима управления, первый вход которого соединен с выходом гидравлического распределителя с ручным управлением, а второй вход соединен с выходом пропорционального гидравлического распределителя, главный золотник, первый вход которого соединен с внешним источником давления, второй вход соединен с выходом блока пуска-останова, дополнительно содержит по меньшей мере один фильтр грубой отчистки, соединенный с внешним источником давления и фильтром тонкой очистки, при этом пропорциональный гидравлический распределитель, блок пуска-останова, гидравлический распределитель с ручным управлением и кран выбора режима управления выполнены на едином гидравлическом блоке, причем пропорциональный гидравлический распределитель выполнен с возможностью автоматического перевода ЭГК в состояние закрытия направляющего аппарата при потере управляющего сигнала, а блок пуска-останова - при потере электропитания.
В одном из вариантов осуществления настоящей полезной модели гидравлический распределитель с ручным управлением выполнен в виде золотникового гидравлического распределителя и дополнительно снабжен дроссельным клапаном.
В одном из вариантов осуществления настоящей полезной модели пропорциональный гидравлический распределитель выполнен с тенденцией на закрытие, а блок пуска-останова выполнен подпружиненным.
В одном из вариантов осуществления настоящей полезной модели ЭГК дополнительно содержит кнопку аварийного останова, выполненную с возможностью запуска алгоритма аварийного останова и переводом ЭГК в состояние закрытия направляющего аппарата.
В одном из вариантов осуществления настоящей полезной модели каждый из, по меньшей мере, одного фильтра грубой очистки и, по меньшей мере, одного фильтра тонкой очистки выполнен с возможностью «горячей» замены фильтрующего элемента.
В одном из вариантов осуществления настоящей полезной модели кран выбора режима управления снабжен датчиками контроля позиций со световой индикацией.
Достигаемый технический результат заключатся, в частности, в повышении надежности, повышении точности регулирования скорости вращения гидротурбин, а также в беспрепятственном прохождении проверок готовности генерирующего оборудования гидроэлектростанций к участию в общем первичном регулировании частоты и нормированном первичном регулировании частоты.
Краткое описание чертежей
Устройство электрогидравлической колонки поясняется следующими чертежами, где:
- на фиг. 1 приведен вид спереди электрогидравлической колонки без дверной створки;
- на фиг. 2 приведен вид спереди электрогидравлической колонки с дверной створкой;
- на фиг. 3 изображен вид А-А;
- на фиг. 4 изображен внешний вид блока исполнительных клапанов;
- на фиг. 5.1 представлена принципиальная гидравлическая схема;
- на фиг. 5.2 представлено продолжение принципиальной гидравлической схемы;
- на фиг. 6 представлена схема электрических и гидравлических связей регулятора скорости вращения гидротурбины.
Список позиционных обозначений
1 - главный золотник направляющего аппарата;
2 - фильтр грубой очистки масла;
3 - фильтр тонкой очистки масла;
4 - блок исполнительных клапанов;
5 - гидравлический блок;
6 - датчик положения главного золотника направляющего аппарата;
7 - электромагнитный золотниковый гидравлический распределитель (блок пуска-останова);
8 - пропорциональный гидравлический распределитель (управление регулирующими органами гидротурбины в автоматическом режиме);
9 - гидравлический распределитель с ручным управлением (управление регулирующими органами гидротурбины в ручном режиме);
10 - дроссельный клапан (регулировка скорости потока рабочей среды при ручном управлении);
11 - кран выбора режима управления с датчиками контроля позиций (выбор режима управления);
12 - манометр давления в управляющей магистрали;
13 - манометр давления в магистрали открытия;
14 - манометр давление в магистрали закрытия;
15 - манометр электронный с реле давления (давление в управляющей магистрали);
16 - вентиляционный фильтр;
17 - стрелочный щитовой прибор (преобразователь пропорционального гидравлического распределителя;
18 - стрелочный щитовой прибор (частота вращения гидроагрегата);
19 - стрелочный щитовой прибор (ограничитель направляющего аппарата);
20-стрелочный щитовой прибор (активная мощность гидроагрегата);
21 - сигнальная лампа "Стопор направляющего аппарата снят", красная;
22 - сигнальная лампа "Стопор направляющего аппарата наложен", зеленая;
23 - кнопка "Аварийный останов", красная;
24 - переключатель трехпозиционный, с возвратом в положение "0" (управление ограничителем открытия НА).
25 - клеммная коробка.
Осуществление полезной модели
Электрогидравлическая колонка работает следующим образом.
От напорного трубопровода маслонапорной установки, выступающей в роли внешнего источника давления, масло последовательно поступает к фильтрам 2, 3 грубой и тонкой очистки соответственно. Конструкция с встроенным фильтром 2 грубой очистки позволяет использовать данную ЭГК с устаревшими маслонапорными установками, не оборудованными фильтрами. В данной ЭГК используются фильтры с индикаторами загрязнения, контролирующими фильтроэлемент, находящийся в работе. Каждый фильтр выполнен двойным, в одном корпусе имеются два независимых фильтрующих элемента, тем самым обеспечивается замена любого из фильтрующих элементов без остановки гидротурбины. Далее масло подводится на блок 4 исполнительных клапанов. Исполнительные клапаны собраны на едином гидравлическом блоке 5, предназначенном для монтажа гидравлического оборудования и реализации гидравлических систем без применения трубопроводов, что минимизирует количество ниппельных соединений и повышает надежность системы. Блок 4 клапанов выполняет функции управления направляющим аппаратом посредством воздействия на вспомогательный сервомотор главного золотника 1. Управление может осуществляться в ручном и автоматическом режиме. Переключение между режимами осуществляется краном 11 выбора режима управления с контролем выбранного режима управления, расположенным на гидравлическом блоке 5. В автоматическом режиме регулирования, электрические сигналы 4-20 мА от системы регулирования преобразуются в пропорциональные перемещения золотника электромагнитного пропорционального гидравлического распределителя 8, в свою очередь пропорциональный гидравлический распределитель 8 передает электрические сигналы 4-20 мА о физическом положении своего золотника обратно в систему регулирования, тем самым осуществляется регулирование потока масла, подаваемого в управляющую линию вспомогательного сервомотора главного золотника 1, что вызывает перемещение главного золотника 1 и сервомоторов направляющего аппарата. Обратная связь пропорционального гидравлического распределителя 8 служит не только для управления, но и для анализа полученных данных с возможностью предоставления в виде графиков, таблиц или любом ином графическом и текстовом варианте, что позволяет оценивать отработку заданного сигнала пропорциональным гидравлическим распределителем 8, обеспечивая более высокую точность регулирования, а также позволяет диагностировать состояние пропорционального гидравлического распределителя 8 для предупреждения выхода из строя или проведения ремонта. При потере связи с системой регулирования, золотник пропорционального гидравлического распределителя 8 автоматически переводит поток масла в полость закрытия вспомогательного сервомотора главного золотника 1, что обеспечивает перекладывание главного золотника 1 в положение обеспечивающее закрытие лопаток направляющего аппарата. Обратная связь по физическому положению золотника пропорционального гидравлического распределителя 8 позволяет достичь более высокой точности и скорости регулирования.
Переходя на ручной режим, поворотом рукоятки крана 11 выбора режима управления, пропорциональный гидравлический распределитель 8 выключается из схемы управления, и управление осуществляется вращением рукоятки гидравлического распределителя 9 с ручным управлением независимо от состояния сигналов регулирования скорости и сигналов датчиков положения регулирующих органов гидротурбины. Кран 11 выбора режима управления снабжен датчиками контроля позиций со световой индикацией, за счет чего не возникает сомнения в том, что кран находится в крайнем положении, положение крана всегда однозначно диагностируется визуально. Световая индикация может быть осуществлена, например, при помощи светоизлучающих диодов.
Для работы в ручном режиме блок 7 пуска-останова должен находиться в положении "пуск". Гидравлический распределитель 9, в зависимости от поворота рукоятки, подает давление на "открытие" или "закрытие" направляющего аппарата. Это позволяет, при необходимости, выполнять любые ремонтные и профилактические работы на регуляторе скорости, в том числе связанные с полным отключением питания последнего. Ручное управление также используется при настройке и проверке приводов регулирующих органов гидротурбины при пуско-наладочных работах и после капитальных ремонтов. В контуре ручного управления установлен дроссельный клапан 10, позволяющий регулировать скорость перекладывания главного золотника 1, скорость потока рабочей среды регулируется в обоих направлениях. Блок 7 пуска-останова представляет собой двухпозиционный золотниковый гидравлический распределитель, выполненный подпружиненным (оснащенный пружинным возвратом). При потере питания золотник блока 7 пуска-останова автоматически, под действием пружинного возврата, переводится в положение "стоп", что обеспечивает дополнительную защиту при возникновении внештатных ситуаций.
В режиме "пуск" блок 7 пуска-останова обеспечивает соединение вспомогательного сервомотора главного золотника 1 с управляющей линией от пропорционального гидравлического распределителя 8. В положении "стоп" в полость управления вспомогательного сервомотора главного золотника 1 подается давление от маслонапорной установки, что обеспечивает перекладывание главного золотника 1 в положение на закрытие лопаток направляющего аппарата.
Электрогидравлическая колонка может быть снабжена кнопкой 23 аварийного останова, что позволяет незамедлительно запустить алгоритм аварийного останова при выходе параметров гидротурбины за пределы допустимых значений. Кнопка 23 аварийного останова, электрически связана с системой управления.
Электрогидравлическая колонка может быть оснащена блоком аварийного закрытия, управляемым при помощи клапана аварийного закрытия. Управляющее давление на клапан аварийного закрытия отбирается после фильтра грубой очистки, что обеспечивает закрытие направляющего аппарата в случае потери гидравлического питания ЭГК или потере питающего давления пропорционального гидравлического распределителя.
Манометры контроля давления в полостях сервомоторов (фиг. 2 поз. 12, 13, 14) могут быть снабжены аналоговым выходом 4-20 мА, что дает возможность диагностировать работу главного золотника.