[发明专利]水轮机喷咀或导叶开度控制系统

说明书

技术领域

本发明属于水轮机技术领域，具体涉及一种能自动调整水轮机喷咀或导叶的开度的控制系统。

背景技术

水轮机的转速控制与调节是通过改变导水叶片或喷咀开度的大小来实现的。水轮机启动时打开关闭着的导叶或喷咀，水轮机上游来水经打开的导叶或喷咀冲击推动水轮机叶轮转盘从而带动发电机旋转并发电。在水轮机发电机组负荷发生变化时其转速就会发生升高或降低的改变，这时就要通过调速器对导叶或喷咀的开度进行调节。水轮机转速高于设定转速则要通过调速器将导叶或喷咀的开度减小以减少上游来水流量从而使水轮机转速降低。反之，当水轮机转速低于设定转速则要通过调速器将导叶或喷咀的开度增加以使水轮机的转速增加以恢复到设定的转速。

小型水轮机设置的调速器是一种在水电行业内称之为“手电操”的调速器，它具有人工摇动的摇轮与手摇轮联动的电动机和减速箱系统。其调速过程是由电动机较快速的开启导叶或喷咀到一定的开度，再由人工手动摇动摇轮调整导叶或喷咀的开度到预定开度，此时上游来水冲击水轮机叶轮使叶轮在设定的转速下转动。如果转速变快或变慢，一般仍由人工摇动摇轮调整导叶或喷咀的开度保持水轮机的转速维持在设定的转速上。另外一种操作方式就是手控电机开关对调速电机进行直接手动操作而实现的对水轮机导叶或喷咀的开度控制。根据上述描述，可以看到这种“手动电动操作调速器”是无法实现自动调整导叶或喷咀的开度的。在电机的运转中喷咀或导叶的开度的精度是无法控制的。

国家正在积极推动中小型水电站的改造，替换掉老式水轮机调控系统，使中小型水电站发的电符合并入国家电网的条件。由于液压控制系统、步进电机和伺服电机的控制精度很高，因而被技术人员广泛采用来改造老式电机，改造后的控制精度可达到1/100mm，其控制过程可参见图1、图2。

虽然采用液压控制系统、步进电机和伺服电机可提高控制精度，但是成本也较高，另外对于水轮机来说其控制精度没有必要1/100mm这么高。

发明内容

为了通过一种廉价的方式实现中小型水轮机导叶或喷咀开度的自动调节，本发明提供一种水轮机喷咀或导叶开度控制系统。

为了实现上述目的，其技术解决方案是：

一种水轮机喷咀或导叶开度控制系统，包括减速箱，传动机构，喷针或导叶，以及依次电连接的水轮机转速检测装置、控制器、带外磁刹车的电机，所述带外磁刹车的电机、减速箱、传动机构、喷针或导叶依次连接，所述传动机构将电机的旋转运动变换为可控制水轮机喷咀开口大小或导叶开度大小的直线运动。调节水轮机喷咀开口大小或导叶开度大小的精度是由电机外磁刹车系统在控制指令的指挥下进行刹车或释放刹车实现的，消除机械传动系统的运转惯性。

进一步，所述传动机构包括滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的螺母连接到减速箱，滚珠丝杠副的丝杠连接所述喷针或导叶。采用丝杠或滚珠丝杠副可以减小转动惯量。

进一步，所述丝杠传动机构包括蜗轮蜗杆机构和摇臂，减速箱的输出轴连接蜗杆，蜗轮的轴连接摇臂的一端，摇臂另一端连接所述喷针或导叶。

本发明的有益效果：水轮机转速检测装置和控制器对外磁刹车电机进行控制，控制精度可达到1/10mm，完全满足水轮机控制需求。而且相比于普遍采用的接近上万元的液压控制系统、步进电机或伺服电机控制系统，本发明采用的外磁刹车电机仅仅千元以内，大大降低了成本。

附图说明

图1为现有技术中液压控制系统控制水轮机转速的控制原理图。

图2为现有技术中步进电机或伺服电机控制水轮机转速的控制原理图。

图3为本发明中冲击式水轮机的一种喷咀开度控制系统结构示意图。

图4为本发明中冲击式水轮机的另一种喷咀开度控制系统结构示意图。

图5为本发明中以冲击式水轮机为例说明带外磁刹车电机控制水轮机转速的控制原理图。

图中：1、水轮叶片，2、上游来水管，3、丝杠，4、丝杠螺母，5、减速箱，6、三相异步电动机，7、外磁刹车，8、喷针，9、喷咀，10、蜗杆，11、蜗轮，12、蜗轮轴，13、摇臂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种水轮机喷咀或导叶开度控制系统，包括减速箱，传动机构，喷针或导叶，以及依次电连接的水轮机转速检测装置、控制器、带外磁刹车的电机，所述带外磁刹车的电机、减速箱、传动机构、喷针或导叶依次连接，所述传动机构将电机的旋转运动变换为可控制喷咀开口大小或导叶开度大小的直线运动。