Пристрій керування насосним гідроагрегатом

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при управлении обратимым гидроагрегатом, работающим в насосном режиме, и насосным гидроагрегатом, снабженными затвором на напорном водоводе. Управление насосным гидроагрегатом, снабженным, например, дисковым затвором на напорном водоводе, взаимосвязано с управлением затвором, предназначенным для обеспечения нормальной работы насосного агрегата, также для защиты последнего от обратного потока воды как при каждом останове (оперативном), так и при потере напряжения на двигателе насоса (аварийном останове). При останове или отключении насосного агрегата затвор закрывают, при пуске агрегата - открывают. Известно устройство управления гидроагрегатом [1, 2], содержащее дисковый затвор с сервоприводом, маслонапорную установку, золотник управления и маслопровод с дросселем, соединяющий маслонапорную установку с сервоприводом. Как при нормальном (оперативном), так и при аварийном отключениях гидроагрегата затвор закрывают с одинаковой (нормальной) скоростью. При нормальном отключении гидроагрегата управление закрытием затвора осуществляют вручную, начиная с отключения агрегата, с выполнением необходимых операций в определенной последовательности, а при аварийном отключении - автоматически, начиная с подачи сигнала на закрытие затвора, с обеспечением требуемой последовательности операций. При отключении обратимых гидроагрегатов [2], работающих в насосном режиме, переходные процессы, воздействующие на агрегат в процессе остановки, имеют много общего с переходными процессами в случае потери привода насосных агрегатов [1]. В обоих случаях [1, 2] закрытие затвора осуществляют с нормальной скоростью. При пуске насосного гидроагрегата [1, 2] переключают полости сервопривода затвора и открывают затвор с нормальной скоростью. Наиболее близким к изобретению является устройство управления насосом [3], содержащее дисковый затвор с сервоприводом, маслонапорную установку, золотник управления, основной маслопровод с дросселем, соединяющий маслонапорную установку с сервоприводом, дополнительный маслопровод с дросселем, подключенный параллельно основному, и запорное устройство, связанное с дисковым затвором и имеющее датчик аварийного отключения насоса и датчик поворота диска затвора. При нормальном отключении насоса затвор закрывают с нормальной скоростью, как в устройстве [1], при этом запорное устройство закрыто. При аварийном отключении насоса открывается запорное устройство, что обеспечивает подключение дополнительного маслопровода и ускоренное закрытие затвора на 60,70°; затем запорное устройство закрывается и оставшиеся 30 - 20° затвор закрывается с нормальной скоростью. При пуске насоса переключают полости сервопривода и открывают затвор с нормальной скоростью. Общими недостатками устройств [1, 2, 3] являются: - при нормальном [1, 2, 3] и аварийном [1,2] отключениях насосного гидроагрегата (или обратимого, требующего в насосном режиме) в процессе закрытия затвора с нормальной скоростью на насосный агрегат оказывает воздействие переходной режим (изменение направления вращения от "насосного" к обратному под воздействием нарастающего обратного потока воды), вследствие чего насос продолжительное время испытывает повышенную вибрацию, - значительный объем непроизводительных потерь воды из верхового водохранилища при протекании обратного потока воды через затвор и насосный гидроагрегат в процессе закрытия затвора с нормальной скоростью. Недостатками устройства [3] являются: - ограниченность применения, т.е. только при аварийном отключении насоса; - сложность конструкции, в связи с наличием дополнительного трубопровода значительной протяженности, запорного устройства, датчика поворота диска затвора и, соответственно, соединительных элементов; - недостаточная надежность, в связи с наличием дополнительных управляющих устройств соединительных элементов. В основу предполагаемого изобретения поставлена задача создать такое устройство управления, в котором новое выполнение элементов и их взаимодействия упростило бы управление насосным гидроагрегатом и сократило бы время работы последнего с повышенной вибрацией при отключении привода - и за счет этого повысить надежность устройства управления и самого насосного гидроагрегата. Заявляемое устройство характеризуется тем, что содержит маслонапорную установку, дисковый затвор, сервопривод с поршнем, соединенный с диском затвора, главный золотник с золотником управления, основной маслопровод с дросселем, соединяющий маслонапорную установку с сервоприводом, и дополнительный маслопровод с дросселем, соединенный с сервоприводом. При этом отличительные признаки предполагаемого изобретения по сравнению с прототипом: - дополнительный маслопровод с дросселем отведен от основного маслопровода; - дополнительный маслопровод с дросселем выполнен с уменьшенным проходным сечением относительно основного маслопровода; - соединение основного маслопровода с дросселем с сервоприводом на уровне ниже верхней кромки поршня сервопривода в положении последнего при закрытом затворе; - соединение дополнительного маслопровода с дросселем с сервоприводом на уровне ниже нижней кромки поршня сервопривода в положении последнего при закрытом затворе. Выполнение заявляемого устройства по ограничительным признакам позволяет, при соответствующей конструктивной схеме и дополнительных управляющих устройствах, обеспечить возможность закрытия затвора поэтапно - сначала ускоренно и затем с нормальной скоростью. Выполнение дополнительного маслопровода с дросселем в виде отвода от основного маслопровода к сервоприводу и выполнение его с уменьшенным проходным сечением относительно основного маслопровода позволяют, при соответствующих дополнительных устройствах, управляющих отключением основного маслопровода и подключением дополнительного маслопровода, упростить конструктивную схему устройства управления и снизить материалоемкость маслопроводов, позволяют также, посредством выбора соответствующих отношений проходных сечений основного и дополнительного маслопроводов с дросселями, сократить время как ускоренного, так и полного закрытия затвора, тем самым сократить время работы насосного гидроагрегата с повышенной вибрацией, при этом также уменьшить и величину вибрации и, следовательно, способствовать повышению надежности насосного гидроагрегата. Подсоединение основного маслопровода с дросселем к сервоприводу на уровне ниже верхней кромки поршня сервопривода в положении последнего при закрытом затворе и подсоединение дополнительного маслопровода с дросселем к сервоприводу на уровне ниже нижней кромки поршня сервопривода в положении последнего при закрытом затворе позволяют обеспечить отключение основного маслопровода с дросселем и подключение дополнительного маслопровода с дросселем без дополнительных управляющих устройств, регулируя при этом длительность этапов закрытия затвора (ускоренного и с нормальной скоростью) только посредством высоты (толщины) поршня сервопривода - и тем самым значительно упростить конструкцию устройства управления, что способствует повышению его надежности. При этом предполагаемое изобретение позволяет сократить время работы насосного гидроагрегата с повышенной вибрацией в 4,5 раза (от 180с до ~40с) по сравнению с устройствами [1, 2] (при нормальном и аварийном отключениях насоса) и [3] (при нормальном отключении насоса) и, примерно, в 1,5 раза (от ~60с до ~40с) по сравнению с устройством [3] (при аварийном отключении насоса), также позволяет сократить величину непроизводительных потерь воды из верхового водохранилища. В целом, совокупность существенных признаков предполагаемого изобретения позволяет достигнуть технический результат повышение надежности работы устройства управления и повышение надежности насосного гидроагрегата. На фиг.1 показана схема устройства управления насосным гидроагрегатом; на фиг.2 конструктивное исполнение элементов устройства управления насосным гидроагрегатом; на фиг.3 характеристика свободного выбега насоса без затвора при отключении привода; на фиг.4 изменения параметров потока и насоса в процессе закрытия затвора при отключении привода гидроагрегата. Устройство управления насосным гидроагрегатом (см. фиг.1) содержит маслонапорную установку 1, затвор 2, например, дисковый, сервопривод 3 с поршнем 4, соединенным с диском затвора 2, гидромеханическую систему (схему) управления затвором 2, включающую главный (дифференциальный) золотник 5, золотник управления 6 с соленоидом 7, основной маслопровод (с повышенным проходным сечением) с напорной ветвью 8 и сливной ветвью 9, также с ветвью 10 и ветвью 11 с дросселем 12, соединенных с соответствующими полостями сервопривода 3, дополнительный маслопровод 13 с дросселем 14 (с уменьшенным проходным сечением), отведенный от ветви 11 основного маслопровода и соединенный с сервоприводом 3, и прочие элементы управления (условно, блок 15). При этом (см. фиг.2) ветвь 11 с дросселем 12 основного маслопровода соединена с сервоприводом 3 на уровне 16 ниже верхней кромки 17 поршня 4 в положении последнего при закрытом затворе 2, а дополнительный маслопровод 13 с дросселем 14 соединен с сервоприводом 3 на уровне 18 ниже нижней кромки 19 поршня 4 в положении последнего при закрытом затворе 2. Положение элементов устройства при открытом затворе 2 показано штриховой линией. Устройство работает следующим образом. В процессе нормальной работы насосного гидроагрегата затвор 2 открыт, при этом поршень 4 сервопривода 3 находится, например, в верхнем положении (см. фиг.2 - штриховая линия). При отключении привода насосного гидроагрегата (как при нормальном, так и при аварийном) (см. фиг.1, 2) из блока 15 поступает сигнал на соленоид 7, который переключает золотник управления 6 на закрытие затвора 2. Золотник 6 переключает главный золотник 5 "на закрытие" - и масло из МНУ 1 под давлением по напорной ветви 8 и ветви 10 поступает в сервопривод 3. Поршень 4 сервопривода 3 перемещается вниз, поворачивая диск затвора 2 на закрытие. При этом масло из сервопривода 3 сливается в МНУ 1 по основному маслопроводу: по ветви 11 с дросселем 12 и сливной ветви 9 (частично также и по дополнительному маслопроводу 13 с дросселем 14). Причем закрытие затвора 2 осуществляется ускоренно до поворота диска затвора 2 на 60 - 70°, благодаря повышенному проходному сечению основного маслопровода, в т. ч. ветви 11 с дросселем 12. При повороте диска затвора 2 на 60 - 70° нижняя кромка 19 поршня 4 достигает уровня 16 и поршень 4 перекрывает ветвь 11 основного маслопровода. При дальнейшем движении поршня 4 вниз масло из сервопривода 3 сливается по дополнительному маслопроводу 13 с дросселем 14 (с уменьшенным проходным сечением) и далее по ветвям 11 и 9 основного маслопровода, причем поршень 4 перемещается медленно, благодаря дросселированию масла через дроссель 14, а затвор 2, соответственно, закрывается также медленно (с нормальной скоростью) оставшиеся 30 - 20°. При пуске насосного гидроагрегата из блока 15 поступает сигнал на соленоид 7, который переключает золотник управления 6 на открытие затвора 2. Золотник 6 переключает главный золотник 5 "на открытие" - и масло из МНУ 1 поступает под давлением по напорной ветви 8, ветви 11 и дополнительному маслопроводу 13 с дросселем 14. Поршень 4 перемещается вверх, поворачивая диск затвора 2 на открытие с нормальной скоростью. При этом масло из сервопривода 3 сливается в МНУ 1 по ветви 10 и сливной ветви 9. Далее при движении поршня 4 вверх нижняя кромка 19 поршня 4 поднимается выше уровня 18 и масло поступает в сервопривод 3 также через дроссель 12 на ветви 11 основного маслопровода. Благодаря повышенному проходному сечению маслопровода затвор 2 далее открывается ускоренно и, в целом, открывается за 60с, что значительно быстрее, чем при устройствах [1, 2, 3] (180с). При отключении привода насосного гидроагрегата время закрытия затвора 2 на последнем участке (поворот диска затвора 2 на 30 - 20°) с нормальной скоростью устанавливается путем выбора соответствующим образом величины проходного сечения дополнительного маслопровода 13 с дросселем 14 и толщины поршня 4 сервопривода 3, также, соответственно, расстояния между уровнями 16 и 18 соединения с сервоприводом 3 основного маслопровода (ветви 11) и дополнительного маслопровода 13. Воздействие потока воды на насосный гидроагрегат (без затвора) при останове последнего показано на фиг.3. При нормальной работе насосного гидроагрегата в установившемся "насосном" режиме частота вращения агрегата и расход через него (на фиг. не показано). При отключении привода насосного гидроагрегата от сети (ось ординат - оси и происходит понижение "насосной" частоты вращения агрегата (ветвь 20) и развиваемого напора, следствием чего является уменьшение подаваемого расхода жидкости (ветвь 21). Далее частота вращения понижается настолько, что "насосный" расход жидкости становится равным "нулю" (зона 22), а затем начинается движение воды по водоводу и через гидроагрегат из верхнего бьефа в нижний, т.е. в обратном направлении; направление же вращения еще сохраняется "насосным" - это режим "противотока", при котором увеличивается обратный ("турбинный") расход жидкости по водоводу (ветвь 23). Далее частота вращения в "насосном" режиме становится равной "нулю" и под воздействием обратного потока воды насосный агрегат начинает вращаться в обратном направлении (ветвь 24). В дальнейшем наступает установившийся режим при обратных направлениях потока воды и частоты вращения агрегата (ветвь 25) и расхода воды (ветвь 26). При управлении насосным гидроагрегатом посредством устройств [1, 2] (при нормальном и аварийном отключениях агрегата) и [3] (при нормальном отключении агрегата) затвор 2 закрывают в зоне 27. При управлении насосным агрегатом в случае аварийного отключения последнего посредством устройства [3] затвор 2 закрывают в зоне 28. При управлении насосным гидроагрегатом посредством заявляемого устройства в случае как нормального, так и аварийного отключений агрегата затвор 2 закрывают в зоне 29. При этом процесс ускоренного закрытия затвора до 60 ... 70° завершают в зоне образования обратного потока жидкости (зона 30), т. е, в зоне расходов, величина которых не превышает допустимую величину из условий гидроудара, и при частотах вращения насоса, близких к "нулю". Благодаря этому, уменьшаются как величина обратного потока жидкости, воздействующего на насос, так и величина обратной частоты вращения, что способствует уменьшению величины вибрации гидроагрегата и водовода. Характер закрытия затвора при использовании заявляемого устройства (см. фиг.4): первые 60 ... 700 - за 10 ... 15с, остальные 30 ... 20° - за 20 ... 25с; при этом происходят соответствующие изменения параметров: расхода жидкости через затвор и насос напора столба жидкости в зоне затвора и частоты вращения насоса Таким образом, в процессе остановки насосного гидроагрегата и закрытия затвора с использованием заявляемого устройства значительно сокращается продолжительность работы насосного гидроагрегата в кавитационном режиме с вибрацией и нахождение водовода в состоянии вибрации.