藏木電廠(chǎng)溢洪道液壓控制系統(tǒng)分析

張澤明

(藏木水電廠(chǎng)生技部,西藏自治區(qū)山南地區(qū) 856400)

藏木電廠(chǎng)溢洪道液壓控制系統(tǒng)分析

張澤明

(藏木水電廠(chǎng)生技部,西藏自治區(qū)山南地區(qū) 856400)

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)啟閉閘門(mén)的起重機(jī)械,一般由液壓系統(tǒng)和液壓缸組成。本文對(duì)藏木水電廠(chǎng)液壓控制系統(tǒng)中的核心部件柱塞變量泵及比例流量閥進(jìn)行了系統(tǒng)的原理分析,并同以往電站普遍使用的恒壓泵進(jìn)行了性能比較。同時(shí),對(duì)藏木水電廠(chǎng)溢洪道液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的其它優(yōu)點(diǎn)作了簡(jiǎn)單介紹。

液壓控制 變量恒壓泵 比例流量閥

華能西藏發(fā)電有限公司藏木水電站是雅魯藏布江干流中游桑日至加查峽谷段規(guī)劃五級(jí)電站中的第四級(jí)，為壩式開(kāi)放電站，多年平均流量1010m3/s，水庫(kù)總?cè)萘?．93億m3，正常蓄水位3310m3，額定水頭53．5m，藏木電站為大(2)型工程。藏木水電廠(chǎng)泄水系統(tǒng)包括六孔溢洪道，一孔左沖砂底孔，一孔右沖砂底孔和六孔沖砂廊道。溢洪道弧形閘門(mén)2x1600KN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉。液壓系統(tǒng)泵站、油缸均由博世力士樂(lè)(常州)生產(chǎn)，活塞桿由博世力士樂(lè)(荷蘭)生產(chǎn)，采用表面噴涂陶瓷工藝技術(shù)。因?yàn)閃(功率)=P(壓力)xQ(流量)/60，液壓系統(tǒng)的壓力由負(fù)載決定，在閘門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉的過(guò)程中由于閘門(mén)面板水壓力和其它因素影響，負(fù)載壓力不是一個(gè)固定參數(shù)。從控制的角度出發(fā)，液壓系統(tǒng)的控制更多的體現(xiàn)在了對(duì)油液流量的控制上。該液壓控制系統(tǒng)的核心部件是其使用的柱塞變量泵和比例流量閥，泵控和閥控相結(jié)合的方式對(duì)液壓系統(tǒng)的流量控制有了更精確的掌控。

1 柱塞變量泵分析

藏木電廠(chǎng)溢洪道液壓系統(tǒng)采用A4VSO型直軸斜盤(pán)柱塞變量泵，該泵具體參數(shù)Vg=71cm3，n=1500/min，P(max)=350bar。該泵的Q-P曲線(xiàn)和工作原理圖如圖1、圖2所示。

圖1

圖2

從圖中可得知，該泵變量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)屬于閥控缸式液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)泵輸出液壓恒壓值，在變量設(shè)定點(diǎn)以下保持流量最大。當(dāng)泵輸出壓力小于調(diào)壓彈簧壓力時(shí)，控制滑閥不能推動(dòng)閥芯右移，液壓泵全排量輸出液壓油，即定量輸出；當(dāng)泵輸出壓力增大到大于調(diào)壓彈簧壓力時(shí)，控制滑閥推動(dòng)閥芯右移動(dòng)，控制油進(jìn)入控制油缸，推動(dòng)活塞桿左移，從而帶動(dòng)連桿左移，泵的變量機(jī)構(gòu)動(dòng)作，進(jìn)而改變斜盤(pán)傾角，同時(shí)改變了油泵柱塞工作行程，此時(shí)泵的排量減少，流量也隨之減少(見(jiàn)下列公式1)。當(dāng)控制滑閥左端的液壓力等于彈簧力時(shí)，控制油缸停止動(dòng)作，變量過(guò)程結(jié)束，泵的工作壓力重新穩(wěn)定在彈簧調(diào)定值附近，這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量的控制。

V泵排量 d柱塞直徑

D柱塞孔分布圓直徑 y斜盤(pán)傾角

2 比例流量閥分析

藏木水電廠(chǎng)使用的2FRM 型比例流量閥。該比例閥的實(shí)質(zhì)是一個(gè)減壓閥和節(jié)流閥的組合(圖3)。

圖3

主要構(gòu)成部件包括帶感應(yīng)式位移傳感器的電磁鐵，檢測(cè)節(jié)流閥，壓力補(bǔ)償器，行程限位器和單向閥。當(dāng)沒(méi)有油液通過(guò)時(shí)，液壓閥處于開(kāi)啟狀態(tài)；當(dāng)有油液通過(guò)時(shí)，油液經(jīng)過(guò)阻尼孔將減壓閥頂起，到平衡位置時(shí)停止。當(dāng)A口壓力升高，減壓閥芯向上移動(dòng)，彈簧力增加，從而保持A、B兩點(diǎn)的壓差保持為一定值，進(jìn)而保持流量穩(wěn)定(參見(jiàn)公式2)。

Qf-液壓閥流量 Cq系數(shù) A閥開(kāi)度

△P液壓閥兩端壓差 ρ油液密度

該比例流量閥的突出性能是實(shí)現(xiàn)了負(fù)載反饋功能，即油路主回路糾偏功能，與普通的旁路糾偏功能相比較，B端的壓力反饋將直接參與控制減壓閥的動(dòng)作，避免了閘門(mén)在啟閉過(guò)程中因?yàn)殚l門(mén)本身質(zhì)量較輕導(dǎo)致左右缸壓差較小無(wú)法糾偏的死區(qū)，提高了系統(tǒng)安全性。

當(dāng)閘門(mén)在運(yùn)行過(guò)程中雙缸出現(xiàn)不同步現(xiàn)象，液壓系統(tǒng)可通過(guò)自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式進(jìn)行糾偏調(diào)節(jié)，在手動(dòng)模式下，全開(kāi)手動(dòng)管路的球閥，直接旋轉(zhuǎn)比例流量閥上旋鈕，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度即可實(shí)現(xiàn)比例閥對(duì)左缸或右缸的流量控制。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，整個(gè)閘門(mén)啟閉過(guò)程中系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，在閘門(mén)正常運(yùn)行情況下，弧形門(mén)開(kāi)啟速度設(shè)定為0．5m/min，根據(jù)比例流量閥的選型參數(shù)，放大板輸出給位移傳感器8．8V糾偏電壓(參見(jiàn)公式3)。

Q-流量閥每分鐘過(guò)流量 D-油缸內(nèi)徑

d-活塞桿直徑 V-弧形門(mén)開(kāi)啟速度

系統(tǒng)設(shè)定的左右雙缸糾偏起始值是10mm，當(dāng)出現(xiàn)左右缸不同步，需要系統(tǒng)糾偏時(shí)，位于油缸端部的CIMS(精度1/1647cm)傳感器首先檢測(cè)到偏差信號(hào)，上傳至PLC，PLC提供給比例放大板一個(gè)0-10V的某一定值的電壓信號(hào)，放大板的輸出端連接著流量閥的位移傳感器，位移傳感器根據(jù)電壓信號(hào)動(dòng)作閥芯控制流量，以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的流量響應(yīng)。在糾偏過(guò)程中，藏木水電廠(chǎng)啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)采用了降低電壓等級(jí)，即減少閥門(mén)過(guò)流量的方法來(lái)調(diào)節(jié)。

3 結(jié)語(yǔ)

作為防洪渡汛的液壓?jiǎn)㈤]設(shè)備，最重要的是設(shè)備的可靠性、安全性、靈敏性。藏木水電廠(chǎng)溢洪道液壓系統(tǒng)具有良好的流量控制性能，基本可以消除液壓系統(tǒng)中常見(jiàn)的前沖現(xiàn)象。并具有糾偏靈敏精度高，測(cè)壓接頭多監(jiān)測(cè)、檢修方便，在主回路糾偏系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)。為藏木水電廠(chǎng)防汛安全奠定了良好的基礎(chǔ)。

張澤明(1985—),男,四川綿陽(yáng)人,本科,工程師,研究方向:液壓傳動(dòng)與控制。