大型變壓器線圈恒壓裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄺光照

（中山凱旋真空科技股份有限公司，廣東 中山 528478）

0 引 言

在大型變壓器線圈壓緊作業(yè)操作中，經(jīng)常要用到恒壓裝置液壓系統(tǒng)。在恒定壓緊力與干燥真空環(huán)境的作用下，能夠?qū)⒆儔浩鞯木€圈進(jìn)行壓緊處理，且恒壓裝置液壓系統(tǒng)是干式變壓器線圈生產(chǎn)制造的專業(yè)設(shè)備[1]。在具體的工作過程中，壓緊線圈的同時還需要對其進(jìn)行充分干燥與脫水。傳統(tǒng)的壓力機(jī)作業(yè)時不能有效對線圈進(jìn)行脫水處理，需要在高溫真空罐內(nèi)對線圈進(jìn)行壓緊作業(yè)。這就需要設(shè)計(jì)一套能夠在高溫真空罐內(nèi)進(jìn)行工作的壓緊裝置來滿足具體工作的要求。

1 恒壓裝置的技術(shù)原理

恒壓裝置主要由1套液壓泵站、壓緊油缸構(gòu)成。油缸是4個形成一組，其中液壓泵系統(tǒng)主要安裝在高溫真空罐的外側(cè)，在高溫真空罐的內(nèi)側(cè)安裝高壓油缸，液壓泵系統(tǒng)與高壓油缸之間設(shè)計(jì)有液壓管連通。變壓器的線圈需要固定在繞線機(jī)的模架上，通過4根拉桿將上下壓盤固定在一起，每一根拉桿都與一個油缸相連。在具體的工作過程中，每一根拉桿都會帶動一個油缸進(jìn)行工作。在泵體運(yùn)動過程中，將高壓壓進(jìn)油缸，使得缸體與活塞之間進(jìn)行相對運(yùn)動，然后通過拉桿的作用，對模架上的繞線線圈實(shí)施壓緊作用。整個壓緊的線圈由底座支撐放置在設(shè)備的真空罐中，可以有效地控制油缸移動的距離精度，通過油缸的移動實(shí)現(xiàn)對整個線圈的壓緊工作。它的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

進(jìn)行壓緊工藝時，在加熱過程中根據(jù)線圈器身溫度不同，多次進(jìn)行壓力交變方式，將變壓器的線圈進(jìn)行壓緊處理，為產(chǎn)品絕緣內(nèi)的水分創(chuàng)造最合適的條件，使干燥工藝中的水分蒸發(fā)過程處于合理狀態(tài)。首先需要將真空罐內(nèi)的溫度升到130 ℃以上，且需要將4個油缸放置在真空罐內(nèi)連續(xù)工作50 h以上，同時需要保持油缸內(nèi)的壓力恒定。在實(shí)際工作中，每個油缸的實(shí)際行程在30～50 mm。對線圈進(jìn)行壓緊的過程中，需要保持4個油缸保持同步運(yùn)動，才能保證油缸的上下壓盤保持平行。為了有效補(bǔ)償壓緊過程中出現(xiàn)的不平衡現(xiàn)象，泵站需設(shè)有恒定壓力的功能[2]，保持線圈在干燥過程中的恒壓加載，使得整個工作過程能夠滿足具體要求。

圖1 恒壓裝置的結(jié)構(gòu)組成圖

根據(jù)恒壓加載的具體工作，它的技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）4個油缸的工作壓緊力分別為400 kN，且要求每一個油缸的壓緊力穩(wěn)定；

（2）恒壓加載的最高壓力在35 MPa；

（3）工作時，單個油缸作用力保持在400 kN；

（4）壓緊油缸為雙作用油缸，耐高溫為150 ℃，油缸的工作行程在80 mm范圍內(nèi)；

（5）系統(tǒng)的真空罐內(nèi)的溫度達(dá)到130 ℃，真空度在10 Pa，壓緊過程中要求保持壓緊工作時間在50 h以上；

（6）壓緊過程中，油缸的同步精度不低于±1.5%的范圍。

2 液壓系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

2.1 同步馬達(dá)方案設(shè)計(jì)

為了有效控制油缸的運(yùn)動，需要對同步馬達(dá)的工作方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求工作時所有的馬達(dá)能夠同時工作，然后協(xié)同對變壓器線圈進(jìn)行壓緊工作，具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 同步馬達(dá)的設(shè)計(jì)方案

將4個功率相同的液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸剛性地鏈接在一起，保證各個回路中的流量相等、壓力相同，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各回路的流量均等。為了提供馬達(dá)的同步精度，需要對整個系統(tǒng)的偏載荷與流量進(jìn)行控制。如果在工作過程中，回路流量與馬達(dá)的額定流量接近，那么它們之間的同步精度較高。如果工作時流量過低，馬達(dá)工作會存在一定的泄露，系統(tǒng)工作的同步精度就會降低[3]。而在具體的恒壓加載過程中，油缸在真空罐內(nèi)工作50 h以上的行程在50 mm范圍內(nèi)。油缸以較低的速度來運(yùn)行，使得同步馬達(dá)的精度大打折扣達(dá)不到要求，影響恒壓裝置的工作精度。

2.2 比例調(diào)速閥的設(shè)計(jì)方案

為有效減少同步馬達(dá)設(shè)計(jì)方案帶來的不利影響，提高馬達(dá)的工作精度，可采用比例調(diào)速閥的設(shè)計(jì)方案來提升恒壓裝置的工作精度。比例調(diào)節(jié)閥的具體設(shè)計(jì)如圖3所示。

就單個比例調(diào)速閥的工作過程來說，系統(tǒng)的流量不受負(fù)載不均等因素影響，調(diào)速閥的穩(wěn)定性較好，使1組4個比例的調(diào)速閥得到了比例性的控制，能夠使流量達(dá)到一致。但是，這種工作方式的調(diào)試比較麻煩，即使調(diào)整滿足壓力要求后，若油溫發(fā)生變化，還會影響恒壓裝置的同步精度。具體工作中，要想使得比例調(diào)速閥正常工作，需要結(jié)合具體工作的需要，采用閉環(huán)控制方式，在每個移動的油缸上安裝位移傳感器，分別控制調(diào)速閥。由于恒壓裝置是在130 ℃的高溫下進(jìn)行工作，若采用普通的位移傳感器，其中的電子元器件不能承受高溫，將直接影響恒壓裝置的正常工作。如果采用耐高溫的LV DT差動變壓器式位移傳感器，需要在一個工作完成后將其拆卸。這種工作方式容易損壞傳感器，具體的工作可靠性不強(qiáng)。

圖3 比例調(diào)速閥的設(shè)計(jì)方案

2.3 分流—集流閥的設(shè)計(jì)方案

為有效避免同步馬達(dá)方案設(shè)計(jì)與比例調(diào)速閥的設(shè)計(jì)方案帶來的問題不足情況，通常采用分流—集流閥的設(shè)計(jì)方案提高恒壓裝置的同步精度，不僅可以保證系統(tǒng)的流量，還能夠提高系統(tǒng)的同步精度。分流—集流閥的工作原理是采用負(fù)載壓力反饋的方式來促進(jìn)油缸的移動。工作時，恒壓裝置將進(jìn)油路的流量進(jìn)行平均分配，形成兩條等量的出油支路來控制流量?？梢圆捎锰厥舛ㄗ龅淖哉{(diào)式分流—集流閥對系統(tǒng)的流量進(jìn)行分類，并在具體的工作中有效實(shí)現(xiàn)4個壓緊油缸的同步工作和系統(tǒng)的具體要求來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作方案，以提高工作效率。設(shè)計(jì)方案中，將每個集流閥的額定流量設(shè)計(jì)為0.5 L/min，將系統(tǒng)的同步精度控制在±1%。在具體的試驗(yàn)過程中，恒壓裝置系統(tǒng)通過測量發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的上下壓盤平行度的誤差在±1.5%。可見，恒壓裝置的同步精度與油缸的壓緊力能夠滿足系統(tǒng)工作的要求。

3 壓緊油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓緊油缸是恒壓裝置的核心，其工作精度直接影響恒壓裝置的正常工作。通過對恒壓裝置壓緊油缸的控制，可以有效保證每一個油缸在工作過程的壓力穩(wěn)定。壓緊油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示[4]。

該油缸采用的是單桿活塞油缸設(shè)計(jì)，活塞縮回時靠彈簧力作用壓回，進(jìn)而提高鋼體內(nèi)的真空度。油缸中心采用的是50 mm的通孔，并采用長螺栓拉桿貫穿其中，將油缸吊裝在具體的工作線圈中，通過活塞的移動壓緊線圈。采用這種設(shè)計(jì)方法主要是通過活塞中心設(shè)置導(dǎo)線套，在活塞移動時在油缸的中心形成一個空腔，有效解決長螺栓拉桿在穿過油缸時形成空腔的密封問題。另外，油缸在工作時處于在高溫環(huán)境中，采用的密封線圈是選用耐高溫氟橡膠構(gòu)成，在持續(xù)高溫工作的情況下容易變形。因此，相對配合運(yùn)行件的公差要比常溫工作下的值大，在0.05～0.08 mm。

圖4 壓緊油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

4 結(jié) 論

對恒壓裝置系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行分析，特別是在大型變壓器的線圈壓緊過程中，要充分考慮真空罐的真空度和溫度，控制油缸內(nèi)的同步精度，使得恒壓裝置在工作過程中能夠保持在一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在具體的設(shè)計(jì)過程中，不僅要考慮設(shè)計(jì)成本，還需要考慮系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性能。