在水电站水轮发电机组进水阀门之一,即筒形阀的使用中,除筒形阀本体的设计、制造、安装外,筒形阀的控制,即如何保证多只接力器的同步,成为筒形阀控制的关键技术问题。
截至2009年6月,中国国内筒形阀同步机构广泛采用的同步方式有两种:分别是机械同步方式和电液同步方式。
机械同步方式是在筒形阀体的上端,沿圆周均匀地布置多只液压接力器,每只接力器下端固定在阀体上。每只接力器的丝杠上端装有齿轮,通过链条使所有的齿轮同时运动。液压接力器活塞向上运动,筒形阀开启;液压接力器活塞向下运动,筒形阀关闭。各接力器活塞的同步移动由可逆传动的滚动螺旋副实现。滚动螺旋副是在接力器活塞杆上,固定一只滚动螺旋传动的螺母,螺母连接传动丝杠。当接力器活塞上、下移动,开启、关闭筒形阀时,丝杠随之正、反向旋转,通过丝杠上端的齿轮,将筒形阀的上下垂直运动,变为齿轮的径向旋转运动,齿轮带动链条,连动其他接力器的齿轮同速旋转,并反作用于其丝杠而实现多只接力器的同步。机械同步方式主要依靠丝杠、链条等运动部件相互配合,保证各接力器上下同步运动;接力器活塞的上升、下降运动由液压控制系统驱动。
机械同步方式有如下优点:
(1)筒形阀开启、关闭可自动、手动控制;
(2)在调试或电气失灵时,仍然可全手动开启、关闭筒形阀;
(3)管路少,连接点少,有利于电厂达标;
(4)调试、维护工作简单、方便。
机械同步方式也有如下缺点:
(1)同步精度无法量化;
(2)接力器油缸无自调节能力,链条同步对发生异步的油缸矫正能力差;
(3)只能定速启闭,不能按任意曲线启闭;
(4)在布置上场地空间要求较大。
电液同步方式由液压控制系统和电气控制系统组成,这两个控制系统缺一不可。液压控制系统必须由电气控制系统精密控制,电气控制系统必须通过液压控制系统执行,才能操作接力器,带动筒形阀开启与关闭。
基于当今世界的经验及技术,2009年6月前所有筒形阀控制装置生产厂家主要采用,而且可行的电液同步方案有两个:同轴油马达方案、伺服比例阀方案。主流电液同步方案是同轴油马达方案。
其优点:
(1)筒形阀开关控制规律可编程任意调整;
(2)对发生异步的接力器矫正能力好;
(3)可按程序指定启闭速度进行启闭控制。
其缺点:
(1)不能在任何操作方式下实现高精度同步;
(2)控制复杂;系统、管路、结构复杂,不利于电厂达标;
(3)系统安装、调试、维护困难;
(4)在场地布置上空间要求较大。
随着中国水电开发进度的加快,机组容量、尺寸越来越大,筒形阀的尺寸也越来越大,筒体重量也越来越重,原先比较成熟的机械同步方式就显示出其先天的缺陷性。只有采用电液同步方式才能满足现在水电开发大尺寸、大重量、大行程筒形阀的同步控制需求。但是,2009年6月前主要使用的前述两种电液同步方式的实际使用效果不是很理想。