第2章机械液压型调速器34.docx

1、第2章机械液压型调速器342-3 放大和执行环节离心摆虽然能将转速变化信号转换成机械位移信号，但它的输出信号极其微弱，不可能驱动水轮机导水机构动作。因此，必须将离心摆的输出信号放大到足以驱动水轮机导水机构动作。放大和执行环节组合在一起，完成水轮机调速器的液压放大和执行操作指令任务。在机调中采用二级液压放大，每级液压放大由一个配压阀和一个接力器组成。第一级液压放大由引导阀、辅助接力器组成；第二级液压放大由主配压阀、主接力器（导叶接力器）组成。主接力器直接操纵导水机构动作。一、第一级液压放大机构如图2-3所示，第一级放大环节由引导阀5、辅助接力器15及其局部反馈杠杆系统（8、9、14）组成，实现第

2、一级放大，局部反馈对放大进行校正，起稳定作用。1引导阀结构和作用如图2-4所示，引导阀的基本部分由针塞16和转动套14组成。固定套是一个空心圆筒，固定套上有三排油孔通向转动套，上孔与压力油源相通，中孔通向辅助接力器上腔，下孔接通排油。转动套也是一个空心圆筒，它与离心摆下支持块13相联接，并随离心摆一同转动和升降，在转动套上也有三排油孔与固定套油孔相对应。针塞杆上由上、下两阀盘（轴肩），用来控制转动套上下油孔的启闭，当针塞上、下两阀盘（轴肩）将转动套的上下油孔封闭时，引导阀既不能进油，也不能排油，这时称为引导阀在中间位置。引导阀的作用就是接受离心摆输出的位移信号，改变中油孔输出的油压，相应控制辅

3、助接力器油腔油压的变化，从而控制辅助接力器动作。引导阀上部窗口下边缘到下部窗口上边缘的距离为h，它大于针塞上、下轴肩的距离l，如图2-10所示，因此在中间位置针塞堵住油孔时会多遮挡了一点。h（hl）2称为引导阀遮程，正遮程h0可以减少漏油量，但会影响凋速器的灵敏度，因为转动套的位移必须大于遮程才能打开窗口引起调节动作。YT小型调速器，引导阀遮程为h0.10.175mm，针塞与转动套之间单侧径向间隙为0.035mm左右。引导阀各零件必须有较高的尺寸及形位精度，尤其在遮程部位（窗口边缘、针塞轴肩）必须保持完好的几何形状和应有的棱角。2辅助接力器结构和作用辅助接力器结构，如图2-11所示，由辅助接力

4、器活塞9及辅助接力器壳体10组成，安装在主配压阀顶部。辅助接力器只有活塞以上一个油腔，与引导阀中油孔相通，下腔经常存在着来自主配压阀活塞向上顶的作用力（由于主配压阀活塞3上阀盘大于下阀盘，在压力油作用下主配压阀活塞的作用力向上）。若压力油进入辅助接力器上腔，使上腔的油压力大于主配压阀活塞向上顶的力，则活塞向下移动，向下移动是开机方向；若辅助接力器上腔排油，上腔内油压力小于主配压阀向上顶的力，则活塞向上移动，向上移动是关机方向；若辅助接力器上腔油压力等于主配压阀活塞向上顶的力，则活塞不动，机组处于平衡状态。图2-11 YT型调速器辅助接力器与主配压阀结构图1主配压阀壳体；2主配压阀衬套；3主配压

5、阀活塞；4压盖；5固定螺钉；6螺钉；7开口盖；8垫块；9辅助接力器活塞；10辅助接力器壳体；11螺钉；12调整螺帽；13限位架；14锥销；15圆盘辅助接力器的作用就是通过其活塞上油腔油压的变化，使活塞上下移动，从而相应地控制主配压阀活塞动作。当机组带一定的负荷，离心摆在额定转速运行时，转动套和针塞杆经调整正好在中间位置，辅助接力器活塞不动作。当机组负荷增加，离心摆转速下降，转动套随之下移，此时针塞未动，使上油孔（压力油孔）与中油孔相通，压力油进入辅助接力器上腔，推动主配压阀活塞下移，从而开大导叶开度。反之，活塞上移，关小导叶开度。因此，离心摆转动套和针塞控制着辅助接力器活塞的动作。二、第一级液

6、压放大机构的特性引导阀针塞直径较小（18mm），又不受油压力阻碍，所需操作力很小。而辅助接力器直径较大（YT小型调速器42mn），在压力油作用下可产生较大作用力，即可通过第一级液压放大机构将离心摆下支持块传给引导阀转动套的反映机组转速变化的操作力放大，从而产生足够大的力控制主配压阀活塞。另一方面，机组转速变化使引导阀转动套上升或下降L时，油的流动造成辅助接力器活塞上移或下移y1。而辅助接力器的位移将经过局部反馈杠杆引起引导阀针塞上移或下移，如图2-12所示。传回针塞的反馈位移h可如下计算（2-9）图2-12 YT型调速器第一级液压放大机构示意图1引导阀；2辅助接力器；3主配压阀；4圆盘；5调节

7、螺钉；6、7、8局部反馈杠杆（图中尺寸为实际值，单位mm）令bcad，称为局部反馈系数，则hy1 （2-10）针塞的反馈位移量h与转动套由于转速变化引起的位移L方向相同，即是使已开窗口重新关闭的负反馈。机组转速再次稳定后，辅助接力器及主配压阀不再移动，引导阀必然回到中间位置，即hL。此时（2-11）令K11/，则有y1K1L （2-12）式（2-12）表明在稳定状态下，辅助接力器（同时也是主配压阀）的行程与引导阀的行程成正比。其比例常数K1称为第一级液压放大机构的放大系数，它是第一级液压放大机构对输入位移的放大倍数。一般而言，K11，这样就将离心摆转动套位移量放大了，同时辅助接力器的输出功率远

8、大于离心摆的功率输出。因此，引导阀和辅助接力器实现了第一级放大。三、放大系数K1的调整 K1的大小取决于局部反馈杠杆的长度之比。图2-12中杠杆6有四个孔可供支撑用，支撑在不同孔位就有不同的杠杆比，因而有四个K1值。YT型调速器由辅助接力器向外排列，由右向左14孔分别对应K12、3.3、5.3和8.2。四、局部反馈局部反馈的作用是使第一级液压放大系统稳定。1局部反馈机构的组成原理局部反馈机构是指架设于引导阀与辅助接力器之间的硬反馈机构。其结构如图2-12所示。它由圆盘4，调节螺钉5和反馈杆件6、7、8等组成。如图所示为离心摆在额定转速时引导阀与辅助接力器所处的平衡位置。当离心摆转速上升n值时，

9、转动套相应上移一个L值，引导阀的中、下油孔接通，辅助接力器上腔通排油。这时，主配压阀活塞由于受向上差压力的作用与辅助接力器活塞一起上移，调节螺钉5被圆盘托起，通过反馈杆6、7、8使引导阀针塞上移，当针塞也上移同样的L时，引导阀针塞下阀盘又封住了转动套的下油孔，使引导阀处于新的平衡位置。于是辅助接力器活塞便停止在向上移动了S值的位置上。当离心摆转速下降时，其动作过程相反。可见，局部反馈机构的输入是辅助接力器活塞的位移，输出是引导阀针塞的位移。局部反馈机构的作用就是接受辅助接力器的位移信号，并不断地保持引导阀的平衡，使辅助接力器活塞按比例追随转动套的动作，从而实现第一级液压放大环节的稳定。在软反馈

10、环节起作用的情况下，调节结束，主配压阀与辅助接力器均要回复到原来的中间位置，局部反馈的输入信号消失，故局部反馈也将消失，所以局部反馈是个暂态反馈：仅发生在调节过程中，调节结束，反馈消失；另一方面，局部反馈是使引导阀油孔减小的信号，故局部反馈是一个负反馈。2调节螺钉的作用从以上分析得知，调节螺钉5的位移会通过反馈杆件的传递使引导阀针塞产生位移。可见，引导阀针塞的稳定位置受调节螺钉5的影响，顺（逆）时针转动调节螺钉可改变其长短，即可调整引导阀针塞的位置，也就改变了机组在空载时的稳定转速。3局都反馈系数与放大系数根据式（211）可知局部反馈系数越大（K1越小），则对同样大小的引导阀转动套的位移量L值

11、，辅助接力器只需较小的位移S就能堵住转动套油孔，使辅助接力器稳定下来，而S值越小，接力器移动速度就越慢。所以，增大局部反馈系数，对稳定性有利，而速动性变差；减小，情况则相反。四、第二级液压放大机构由于第一级放大环节放大了的力还不足以驱动笨重的导水机构动作，因此需要设置第二级放大环节。 如图2-3所示，机械液压调速器的第二级液压放大机构由主配压阀16和主接力器58组成。主接力器是操纵导水机构动作的执行元件，它由主配压阀控制；主配压阀是第二级液压放大机构的液压分配阀，主配压阀由离心摆引导阀控制。主配压阀和助接力器共同完成信号的转换和放大任务。1主配压阀如图2-11所示，主配压阀由壳体1、衬套2、活

12、塞3等组成。衬套有三排油孔，中油孔呈圆形，通过阀兰连接与压力油源相连。上、下两排油孔分别同主接力器活塞左右腔相连，该油孔做成形状特殊的窗口，如图2-13所示。主配压阀活塞有两个大小不同的阀盘，YT型调速器上阀盘直径为35mm，下阀盘直径为25mm，在同一压力油作用下，永远有向上的作用力，将主配压阀活塞紧压在辅助接力器活塞上，从而使辅助接力器活塞与主配压阀一同移动。主配压阀的作用就是通过活塞的位移，相应改变主接力器左右腔的油压，从而控制主接力器的移动。在结构尺寸和工作油压一定的条件下，主接力器活塞移动的速度取决于油流动的快慢，即是由主配压阀窗口开启的大小决定。由图2-13、图2-14可见，窗口开

13、启的面积受辅助接力器活塞行程S控制。而S与引导阀行程L成正比。小波动调节时，由于机组转速波动不大，主配压阀行程S较小，窗口一般只在断面矩形段内开启油流的面积小因而接力器移动较慢，不容易发生过调节，这有利于调节过程的稳定。当机组转速大幅波动时，S较大，窗口可开至断面的椭圆部分，油流的面积大大增加将使接力器快速移动，这又能满足大波动调节对速动性的要求。与引导阀一样，主配压阀也存在正遮程（搭叠量），如图2-14所示，单侧遮程h（ha）2。YT型调速器，主配压阀遮程为0.2mm。为了提高调速器的灵敏度，目前有减少遮程的趋势。另外，主配压阀各零件应达到较高的精度要求，活塞与衬套间的径向间隙，上阀盘0.0

14、090.035mm，下阔盘0.0070.029mm。2主接力器主接力器为调速器第二级液压放大机构的执行元件，所有调节动作，无论是机组转速变化还是操作转速调整机构或开度限制机构引起的动作，最终均由主接力器去执行，从而控制导叶开度，改变机组流量，完成机组转速或负荷调整的任务。如图2-15所示，为目前广泛使用的YT型调速器的主接力器结构示意图。活塞4将油缸5分隔成左、右两油腔，分别与主配压阀的上、下窗口相连。主配压阀活塞上移时，主接力器右侧油腔通排油，左侧油腔注人压力油，活塞将向右移动，经过滑块1使水轮机导叶关小。反之，主配压阀活塞下移时，主接力器活塞向左移动使导叶开度增加。活塞杆8的另一端安装有反馈锥体9及手轮、锁锭等，反馈锥体的移动将带动调速器的硬、软反馈机构，向引导