水力机械辅助系统

2024-05-01

水力机械辅助系统（精选三篇）

水力机械辅助系统篇1

水力机械试验台是对水轮机模型进行实验研究,高精度测量流量、水头、转速和出力等参数,通过试验,检验水力机械设计方案优劣,确定其模型转轮的性能。最后利用相似原理推广到原型水轮机上,不仅缩短了水轮机转轮的开发周期,同时还节约了其制造成本。

电气控制系统的精度与稳定性直接影响着整个试验台的整体检测精度与运行效率。Win CC集生产自动化和过程自动化于一体,具有高效、稳定、易行的特点,其强大的标准接口提供了OLE,DDE,Active X,OPC服务器和客户机等接口和控件,能很方便与其他应用交换数据,同时Win CC的在线向导组态功能在系统调试过程中大量缩短了开发周期。

1 系统方案

该水力机械试验台由水库、校正池、折向器、称重罐、压力罐、尾水罐、稳压罐、各种管路、供水泵、补水泵、测功电机,模型机组、电动蝶阀和电磁流量计等各种传感器组成,如图1 所示。图1中,1为水库,2为小校正池,3为大校正池,4为折向器,5 为大流量计,6 为小流量计,7 为稳流罐,8,9 为主泵,10 为补水泵,11 为水管路,12 为压力罐,13为尾水罐,14为模型机,15为测功电机,16为电动蝶阀。

电气系统分为两部分:电气传动部分和Win CC组态监控部分,如图2 所示。其中电气传动部分由开关设备、变压器、交流变频器、直流调速装置、电机等设备组成,Win CC组态监控部分由2套CPU226 PLC实现设备控制和数据采集。

CPU226 是控制系统的核心,通过EM277 通讯模块以PROFIBUS总线的方式与上位机Win CC通讯,其中一台CPU负责2 套直流调速装置和交流变频器对水泵和测功电机的启停和转速控制,转速通过速度编码器反馈到调速系统,形成速度闭环;另一台CPU负责传感器信号采集、水轮机模型导叶开度控制、电动蝶阀开闭控制、砝码机加减码控制、折向器折向切换控制等任务。

各传感器把采集到的信号以4~20 m A或者0~10 V的电量形式传送到EM235 模块上,在PLC中解析,实现上位机Win CC对系统的远程监控。

2 控制系统的软件设计

本控制系统采用Win CC V7.0和STEP 7作为开发软件,系统界面如图3所示。

该系统主要由以下几个模块组成:1)电动蝶阀控制模块;2)流量计率定及流量自动控制模块;3)折向器切换模块;4)测功电机和水泵控制模块;5)砝码机控制模块。

2.1 电动蝶阀控制模块

电动蝶阀具有全开、全关和任意开度启、停的功能,如图4所示,V0.1受上位机Win CC控制,阀门停止为紧急停止功能,Q0.2和Q0.3控制阀门电动机的正反转,并具有互锁功能,同时电动蝶阀具有全开限位、全关限位和反馈信号的功能,系统可通过反馈信号来判断阀门的状态和故障信息。

在Win CC中通过C脚本为阀门开关按钮添加的单击事件程序:

2.2 流量计率定及流量自动控制模块

1)在水力机械模型试验中,流量计的率定精度对试验台的测试精度起着决定性的作用。为了提高流量计率定精度,设置了2个校正池,采用体积法标定校正池,使用高精度双向电磁流量计测量流量,流量计输出脉冲数与通过流量计水流的速度成正比,用单位时间内流量计输出的脉冲来计算流量。通过计算机数值分析,便可得出流量与脉冲的关系曲线,经实验验证,流量测量的误差在±0.2%以内。

2)在流量计率定试验的过程中,对系统流量的平稳性要求很高,在水泵转速不变的情况下,水流不断注入率定池内约200 m3,率定时间(100~200 s)内,水库水位逐渐下降约1.1 m,造成水泵吸入压力不断下降,流量会逐渐变小。因此采用流量控制程序,系统通过检测流量大小反馈来自动调节水泵转速,自动保持恒定的流量。在系统启动时,只需要给流量控制系统输入流量值,而无需人为调节水泵转速。如图5所示,VD964是上位机Win CC给定的流量值,VW976 是流量计反馈的流量值,通过系统的PID调节,输出水泵的转速AQW0。在实际率定试验中,稳流精度在±0.01 m³/s。

2.3 折向器切换模块

在流量率定试验中,折向器是切换大校正池和小较正池水路的设备,采用气动切换方式,保证了切换的快速性,同时,折向器安装有高精度激光传感器,当折向器在2个校正池中间位置时,触发激光传感器,传感器将信号同时传送至测试系统和控制系统,作为试验计时的起始和终止,也作为控制系统的开关量,控制折向器的气动阀。

在流量率定试验过程中,流量是自动控制的,因此,在校正池体积一定的情况下,通过控制折向器动作时间即可得到所需的水位高度,同时定时转向功能设有密码保护,防止了误操作,保证了系统的安全性。在上位机Win CC中,通过添加全局C脚本和计时器,在脚本中编写折向器控制程序代码。

通过该模块控制,使得折向器切换时间控制在10 ms以内,对整个校正池蓄水过程的体积增量的影响微乎其微,保证了流量计率定的精度。

2.4 测功电机和水泵电机控制模块

试验台装有2 台双吸离心泵为系统供水,分别由2 台280 k W直流电动机拖动。水泵机组可以在100~1 000 r/min内无级调速,为系统供水,稳速精度为±0.1%。当实验台水轮机模型作发电工况试验时,水泵电机做电动工况运行;当试验台实验转轮做水泵工况试验时,水泵电机做发电工况运行,发出的电能回馈电网。2 台水泵可以串、并联运行和单独运行。

测功电机功率为600 k W三相感应异步电动机,采用交流变频调速运行,具有发电和电动2种工况运行,可在100~2 200 r/min内无级调速,稳速精度为±0.1%。在水轮机试验时处于发电工况运行,在水泵试验时做电动工况运行。

Win CC分别为水泵电机直流调速装置和测功电机变频器添加合/分闸、启动/停止和转速调节按钮,通过对话框来给定转速,通过系统的合闸/分闸允许和启停允许信号来解锁合闸/分闸和启停按钮。如果系统出现故障或报警信息,系统会自动按顺序停止设备运行,保证了系统设备的安全。上位机给定转速值后,下位机将数字量转换成模拟量输出到调速装置中,同时,速度编码器将转速信号传送到CPU的高速脉冲接收端口,显示到上位机中。

2.5 砝码机控制模块

在效能实验中,力矩传感器担任着测量水轮机出力的任务,它的精度直接影响着实验的最终效果,而砝码机则是来标定力矩传感器的。它由12 个20 kg的标准砝码,进步电机,线性电阻,钢带和限位开关组成。具有简单、快速、准确的优点。

上位机Win CC将给定的砝码重量值传送到下位机中,下位机再通过判断线性传感器的位置触发相应的高速脉冲输出口,实现砝码机的启停和自动加载功能,限位开关在装置中起保护作用。

3 实际应用及结论

目前,该控制系统已经在国家能源中小水电设备重点实验室水力机械通用试验台中投入应用,在所完成的能量、飞逸、气蚀等试验中运行稳定。管路中蝶阀的开关位置可以随试验工况的不同通过Wincc界面进行调整,并在Wincc界面有对应水管路工况显示。流量率定时,利用接近传感器高速响应性可以实现折向器动作的快速性和准确性,切换时间短,计时准确;并且创新地使用了PID功能,保证了流量的稳定。试验运行中系统工况及2 台水泵的单、双台运行的选择则是由上位机Wincc对其远程操控。2台水泵电机由2 台直流调速器分别控制,实际转速由编码器获取。测功电机的速度由变频调速器直接控制,既可本地操作也可远程操控,同时兼备输出功率的测量。上述模块在精度与速度控制上完全满足试验要求,试验台综合系统误差±0.25%,达到了IEC水轮机模型试验的相关标准。整个系统自动化控制水平较高,控制界面友好,运行稳定,操作简单,实现了控制过程的可视化和良好的维护性。

参考文献

[1]甄立东.西门子Win CC V7基础与应用[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2]曹鹍.水轮机原理及水力设计[M].北京:清华大学出版社,1996.

水力机械辅助系统篇2

第8章液压与气压传动

【课程名称】

液压辅助元件，典型液压系统分析

【教材版本】

李世维主编，中等职业教育国家规划教材――机械基础（机械类）。第2版。北京：高等教育出版社，2006。

【教学目标与要求】

一．知识目标

1．了解液压辅助元件的结构和作用。

2．能够分析典型液压传动系统图的工作过程。

二．能力目标

1．能够认识各种辅助元件的功用。

2．能够按液压传动系统图分析液压传动过程。

三．素质目标

1．掌握辅助元件的功用。

2．学会分析液压传动系统图。

四．教学要求

1．掌握辅助元件的结构，功用及选用。

2．会分析典型液压系统工作原理图，区分出压力控制元件，速度控制元件和方向控制

元件。

【教学重点】

典型液压系统分析。

【难点分析】

压力速度和换向回路的分析及工作分析。

【教学方法】

讲授法。

【学生分析】

液压辅助元件比较简单，易于理解，但典型回路线工作系统有一定难度，要边讲边分析，并做好板书，培养学生按系统图分析工作过程的能力。

【教学资源】

1．机械基础网络课程。北京：高等教育出版社，2006。

2．吴联兴主编。机械基础练习册。北京：高等教育出版社，2006。

【教学安排】

2学时（90分钟）

【教学过程】

一．导入新课

提问学生。液压传动由液压泵、液压缸、辅助元件和控制阀四个部份组成。前二节课一共介绍了几种控制阀？直动式溢流阀和先导式溢流阀相比较在结构上和使用上有什么不同？接着引入新课之一――液压辅助元件为今天所讲的内容之一。

二．讲授新课

1．液压辅助元件

（1）蓄能器。储存和释放油液的能，以保持压力稳定，减小压力波动。一般传动中应用不多。

（2）过滤器。过滤油液中的杂质，保证油路畅通。根据材料和结构可以分为网式、线隙式、绕法式及磁性过滤器等。网式过滤器一般应用较多，安装在吸油口上。

（3）油箱。主要是储油和散热作用，并使杂质沉淀在油箱中，一般油箱体积选用大些为好，便于散热和沉淀用。

（4）油管和管接头。油管常用此铜加热淬火后弯曲成形，也有用耐油橡胶软管，在中高压时用无缝焊管联接。

管接头的选用根据压力参照书上8-26选用。

2．典型液压系统分析

如图8-27的液压系统工作原理图。

先请同学起来认识图中各个符号所表示的液压元件，然后区分出三个基本回路，即方向控制回路，压力控制回路和调速回路的组成。整个传动路线就基本清楚了。然后再对系统进行工作分析，分为：

（1）快速前进阶段；

（2）工作进给阶段；

（3）快退阶段；

（4）卸荷阶段。

三．小结

1．常用液压辅助元件。

2．典型液压系统的分析。

四．布置作业

离心泵机械密封辅助系统工艺改造篇3

1 机械密封辅助系统的功能

离心泵的机械密封装置一般组成结构为:主密封, 副密封, 辅助系统。其中主密封的作用是对管道中的工作介质起密封作用, 副密封对主密封起辅助密封作用, 而辅助系统主要是为主密封及副密封提供良好的周围环境和保证主密封在最佳工作条件下工作。机械密封辅助系统可在三个方面对密封工况进行控制和改善, 即温度控制功能、流体替代 (阻塞/缓冲) 功能和清除杂质功能。

1.1 温度控制

机械密封辅助系统最主要的功能是温度控制, 常见方法如下:冲洗、冷却、背冷和循环4种。冲洗的方法是一种控制温度、延长机械密封寿命的最有效措施。冲洗可以带走系统产生的热量, 有效降低轴封箱温度, 防止液膜汽化, 改善润滑条件, 防止杂质集积和气囊的形成。冲洗可按冲洗液的来源分类:自 (内) 冲洗和外冲洗[1]。

1.2 流体替代 (阻塞/缓冲)

在某些特定的工况下, 单端面密封无法满足实际生产中的密封要求, 这时就必须采用有压或无压双重密封, 引入阻塞/缓冲流体来代替被密封的介质, 例如以下情况:

(1) 具有毒性或爆炸危险性的介质;

(2) 强腐蚀性介质;

(3) 润滑性差或无润滑性的介质等。

1.3 清除杂质

在油田的日常生产过程中, 用离心泵泵送的管道介质经常含有各种杂质, 如污垢、结晶物、固体颗粒等, 这些杂质将会增加密封件损坏速度, 因此必须采取措施消除[2]。

(1) 在密封介质进入密封室前, 采用过滤器将固体杂质分离掉。过滤器用于杂质浓度不高的场合 (小于2%) , 否则过滤器需经常清洁再生, 一般为10~50um。

(2) 采用外冲洗方法, 使得固体杂质难以侵入密封面。在介质中杂质含量较大, 温度较高时, 推荐采用该方法[3]。

(3) 调节温度, 以防止结晶, 对某些溶剂泵密封, 此方法较为适用[4]。

××联合站目前采用外冲洗的方式, 即利用清水注入密封室进行冲洗, 来达到控制机械密封的温度以及清除杂质的目的。

2 以××联合站为例介绍离心泵机械密封辅助系统流程改造

××联合站2#注水站主要负责将原油处理脱出的污水进行净化处理, 然后由注水泵组将处理后的污水增压后输送至各注水管网。目前采用的注水泵为重庆水泵厂制造的高压离心泵, 型号:ZDS120-180, 额定流量:Q=120m3/h;入口压力:P≥0.1MPa;扬程:H=1575m;功率:1250KW;转速:2980r/m i n。一直以来, 该注水泵组机械密封辅助系统选用生活用清水作为冷却液, 由2台清水管道泵 (一用一备) 将清水增压至0.3MPa后输送到注水泵高低压端的机械密封处。

××年底, ××联合站注水泵组机械密封冷却系统进行了小小的工艺改造, 即在3#高压注水泵进口DN350管线与清水管道泵进口间增加一条DN32连通管线 (工艺流程如图1所示) , 从而达到了用处理过的污水来代替清水作为冷却液的目的。由于改造后机械密封冷却介质与注水泵组输送的介质为同一介质, 故运行过程对机械密封不会造成影响。

3 经济效益

通过小小的改造, 不仅能满足现有工艺、设备的运行要求, 还节省了大量冷却用清水, 创造了较大经济效益。节水量及经济效益详细计算如下:

3.1 年节水量的计算

清水管道泵排量:4 m3/h;

年节水量为:4 m3/h×24h×365=35040m3;

3.2 年经济效益的计算

生活用清水单价:6.38元/m3;

年经济效益为:35040 m3×6.3 8元/m3=22.3555万元。

4 结束语

为机械密封辅助系统选用正确、合理的冷却液, 不但可以改善离心泵的密封效果, 大大提高离心泵及其机械密封的使用寿命, 确保机械密封的安全性、工作稳定性及可靠性, 而且还能降低运行成本, 提高经济效益。

参考文献

[1]郑小挺.离心泵机械密封辅助系统的选用[J].化工设计, 2005, 15 (1) :24-28