一體化自動控制油動機的制作方法
【專利摘要】一體化自動控制油動機，包括油箱以及分別經過供油過濾器和回油過濾器與油箱相連的供油管路和回油管路，供油管路經過油泵分別連接蓄能器和液壓油缸，油泵連接用于驅動其動作的電機；油箱上設有用于采集油溫的溫度傳感器及用于油液升溫的加熱控制裝置，液壓油缸的缸體上連接有用于采集缸內壓力的壓力傳感器，液壓油缸的輸出軸上連接有位置傳感器；溫度傳感器、壓力傳感器及位置傳感器均連接中央控制器，中央控制器的信號輸出端分別連接電機驅動器和電液轉換閥，電機驅動器連接控制電機，電液轉換閥連接控制液壓油缸。本發明現場施工維護方便，按照安裝位置進行一體化整體安裝，降低了現場施工維護的要求，減少了故障出現的概率，能夠實現自動控制。
【專利說明】
一體化自動控制油動機
技術領域
[0001 ]本發明涉及液壓驅動領域，具體涉及一種一體化自動控制油動機，能夠進行直線驅動或者旋轉驅動，通過接收標準信號輸入，對位置及載荷進行閉環控制，使之達到輸入設定值。
【背景技術】
[0002]傳統的液壓伺服系統包括I臺液壓油源、2?4臺液壓執行機構(亦稱油動機，分調門和主汽門兩種功能品種)、過濾裝置、蓄能裝置、再生裝置以及溫控裝置，各組成部件之間采用管路連接。其中，液壓伺服系統中的液壓油源為液壓執行機構提供液壓動力，輸入油動機的液壓動力轉換為活塞桿的位移運動輸出，控制汽輪機組的蒸汽閥門。蓄能裝置吸收、儲存和補充液壓油源的液壓能，以維持系統的壓力恒定和流量需求，過濾、再生以及溫控裝置維持液壓介質的清潔度和溫度等各項質量指標。液壓伺服系統的調門油動機實施閉環控制過程，接收控制中樞關于汽輪機運行設定的蒸汽閥門狀態指令后，伺服控制汽輪機蒸汽閥門符合設定指令，并保持同步。液壓伺服系統的主汽門油動機實施蒸汽閥門的關閉和開啟。
[0003]汽輪機組的運行現場，液壓伺服系統的油動機安裝在汽輪機閥門處，其它的各部件沿地面平鋪擺設，部件之間由管路連接，統稱管路裝置。管路裝置(液壓油管、冷卻水管)縱橫交錯、占地面積大。液壓伺服系統中油動機與液壓油源之間的距離，有的汽輪機組運行現場達50米以上，有的機組現場甚至可達200米。需要鋪設不同功能的液壓油管4?5根，因此存在管路裝置的接口和接頭很多，系統的滲漏油現象時有發生。
[0004]傳統的液壓伺服系統主要存在以下技術問題:
[0005]1.液壓油源提供2?4臺油動機的液壓動力，由于管路長等因素，液壓油源配置的液壓栗組，其液壓栗排量是63升/分，驅動電機的功率達30KW。除大修期間液壓伺服系統停止運行外，其余時間內則是長年累月、晝夜連續運行，通常液壓油源配置兩套液壓栗組輪番運行；
[0006]2.傳統系統油動機的故障率高，其原因是電液伺服閥對液壓介質的清潔度要求非常敏感，清潔度下降就會導致電液伺服閥發生故障，造成油動機控制功能失效；
[0007]3.傳統系統的管路長、接口接頭較多，多項部件鋪設面積大，極易出現液壓介質滲漏，涉及到較大的區域。汽輪機運行區域高壓、高溫的蒸汽管路交錯重疊，運行環境溫度高，防火防爆要求嚴格，為確保安全生產，必須采用磷酸酯抗燃液壓油，而磷酸酯抗燃液壓油價格昂貴，此品種的液壓介質使用要求高，由于屬于合成油，對環境的污染比較嚴重；
[0008]為滿足傳統系統的高壓、長管道、油溫控制、長時間運行等要求，一方面需配置容積為1200升左右的油箱，另一方面則需采用水對液壓介質實施強制冷卻。傳統系統部件項目多、體積大、管路長，系統現場安裝工作量也大，投入運行前還必須經過復雜、繁瑣的清洗過程，滿足液壓介質符合清潔度標準SAE2級或NAS6級后方可投入運行，所以傳統系統的安裝、清洗周期長、要求嚴、費用高。油動機運行的廠房內管路縱橫交錯，各種設施和裝備的規格型號名目繁多，運行區域內呈上中下多層疊布，難以有序的排列，運行空間狹窄、區域面積和空間稀缺，設備維護比較困難。已有的改進系統有的簡化了油源站以及液壓缸之間的管路連接，并減小了液壓缸的體積，但是仍存在如下問題:
[0009]1、液壓回路并沒有與外界空氣隔離，在與空氣長期接觸的情況下，液壓油會氧化變質，降低了液壓油的壽命，增加維護量;2、僅包括液壓與機械裝置，無法進行智能化自動控制；3、需要現場專業人員進行維護，維護要求高，現場正常運行時并不需要專業人員，造成人力資源浪費;4、故障發生時，無法進行及時預警，會引起現場更大的損失。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種一體化自動控制油動機，能夠將液壓油源、液壓控制機構、液壓執行機構以及其他附件集成為一體，采用全封閉的循環油路提高了裝置的使用壽命，實現油動機在不同狀態下執行相應的動作策略。
[0011 ]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0012]包括油箱以及分別經過供油過濾器和回油過濾器與油箱相連的供油管路和回油管路，所述的供油管路經過油栗分別連接蓄能器和液壓油缸，油栗連接用于驅動其動作的電機;所述的油箱上設有用于采集油溫的溫度傳感器以及用于油液升溫的加熱控制裝置，液壓油缸的缸體上連接有用于采集缸內壓力的壓力傳感器，液壓油缸的輸出軸上連接有位置傳感器;所述的溫度傳感器、壓力傳感器及位置傳感器均連接中央控制器，中央控制器的信號輸出端分別連接電機驅動器和電液轉換閥，電機驅動器連接控制電機，電液轉換閥連接控制液壓油缸。
[0013]所述的蓄能器通過常開進油球閥連接供油管路，同時通過常閉出油球閥連接回油管路。
[0014]所述油栗出口的供油管路上依次設置有單向閥、過濾器以及用于防止油栗停止時供油回灌的逆止閥，液壓油缸連接過濾器和逆止閥之間的供油管路。
[0015]所述的供油管路依次經過溢流閥與背壓閥連接電液轉換閥，電液轉換閥設置在液壓油缸的進出口管路之間，壓力傳感器經電液轉換閥與液壓油缸的出口管路連接。
[0016]所述的液壓油缸進出口管路上分別安裝有桿腔測壓接頭以及無桿腔測壓接頭。
[0017]液壓油缸進出口管路上設置有換向閥液壓鎖，鎖閉合位置處于液壓油缸與換向閥中間。
[0018]所述溫度傳感器選用測溫范圍在-40°C?85°C的數字式溫度傳感器，加熱控制裝置控溫范圍為20 0C?60 °C。
[0019]所述的中央控制器連接用于數據存儲及分析的云端數據服務器。
[0020]所述的位置傳感器選用LVDT、球柵、磁柵、磁致伸縮或者拉線位移傳感器。
[0021]所述的電液轉換閥選用伺服閥或者比例閥。
[0022]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:通過將液壓油源、液壓控制機構、液壓執行機構以及其他附件集成為一體，結構緊湊，體積小，解決了以往油動機分立式系統的現場施工復雜、要求高、維護不便及故障率高等問題。采用全封閉的循環油路大大降低了油路設計復雜度，提高了油路使用壽命，延長了現場維護周期。通過中央控制器能夠自動檢測判斷設備運行狀態并形成標準的數據格式，通過網絡輸出，即能夠跟據參數配置，自動在油動機不同狀態下執行相關策略，滿足現場需求。通過無線傳感器技術的引入，簡化了設備接線，并能夠根據現場情況靈活布置監測點。本發明現場施工維護方便，只需按照安裝位置進行整體安裝，不需要專門進行液壓系統的調試維護，大大降低了現場施工維護的要求，減少了故障出現的概率，同時自帶自動控制功能，降低了對控制系統的要求。
[0023]進一步的，本發明中央控制器連接用于數據存儲及分析的云端數據服務器，云服務的引入，油動機通過以太網或者2G/3G/4G等移動網絡，將自身狀態自動上傳云端，供用戶和制造商查看分析，通過消息推送，進行基本運行服務。在智能化云服務的基礎上，分析云端數據，并對設備的實時運行狀況建模，實現預測性維護，降低非計劃停機的機會。
【附圖說明】
[0024]圖1本發明的整體結構示意圖；
[0025]附圖中:1.蓄能器;2-1.常開進油球閥；2-2.常閉出油球閥；3.壓力傳感器;4.逆止閥；5.過濾器;6.溢流閥；7.背壓閥；8.電液轉換閥；9.換向閥液壓鎖；1.有桿腔測壓接頭；
11.無桿腔測壓接頭；12.液壓油缸;13.位置傳感器;14.中央控制器;15.溫度傳感器;16.加熱控制裝置；17.單向閥；18.電機；19.電機驅動器;20.油栗;21.供油過濾器;22.回油過濾器;23.油箱;24.云端數據服務器。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
[0027]參見圖1，本發明在結構上包括油箱23以及分別經過供油過濾器21和回油過濾器22與油箱23相連的供油管路和回油管路，供油管路經過油栗20分別連接蓄能器I和液壓油缸12，蓄能器I通過常開進油球閥2-1連接供油管路，同時通過常閉出油球閥2-2連接回油管路。油栗20連接用于驅動其動作的電機18，油栗20出口的供油管路上依次設置有單向閥17、過濾器5以及用于防止油栗20停止時供油回灌的逆止閥4，液壓油缸12連接過濾器5和逆止閥4之間的供油管路。油箱23上設有用于采集油溫的溫度傳感器15及用于油液升溫的加熱控制裝置16，液壓油缸12的缸體上連接有用于采集缸內壓力的壓力傳感器3，液壓油缸12的輸出軸上連接有位置傳感器13;溫度傳感器15、壓力傳感器3及位置傳感器13均連接中央控制器14，中央控制器14的信號輸出端分別連接電機驅動器19和電液轉換閥8，電機驅動器19連接控制電機18，電液轉換閥8連接控制液壓油缸12。供油管路依次經過溢流閥6與背壓閥7連接電液轉換閥8，電液轉換閥8設置在液壓油缸12的進出口管路之間，壓力傳感器3經電液轉換閥8與液壓油缸12的出口管路連接。液壓油缸12的進出口管路上分別安裝有桿腔測壓接頭10和無桿腔測壓接頭11，并且還設置有換向閥液壓鎖9，鎖閉合位置處于液壓油缸12與換向閥中間。中央控制器14連接用于數據存儲及分析的云端數據服務器24。
[0028]本發明系統中各組件具體說明如下:
[0029]蓄能器I用做輔助動力源，啟動電機18后，蓄能器I充滿油液，當電機18停止后，蓄能器I充當應急能源，為電液轉換閥8控制液壓油缸12提供高壓介質。
[0030]常開進油球閥2-1與常閉出油球閥2-2均為高壓球閥。常開進油球閥2-1連接油栗20和蓄能器I，為常開狀態;常閉出油球閥2-2連接蓄能器I和油箱23，為常關狀態，當發生緊急狀況時，能夠快速打開，泄去蓄能器I中油液，保護系統安全。
[0031]壓力傳感器3用于測量管路內的壓力，中央控制器14通過壓力傳感器3的信號決定是否啟動電機18來補充壓力，使系統時刻處于穩定工作的狀態下，當油路壓力最低時，保證油動機也能夠完成1.5次的全行程滿負荷動作。
[0032]逆止閥4當油路壓力達到設計上限時，中央控制器14將停止電機18，此時通過逆止閥4能夠保證油液不會出現回灌。
[0033]過濾器5采用疊加式高壓過濾器，安裝在電液伺服閥(或比例閥)后端，用于進一步清除或阻擋由于外界侵入或元件磨損產生的雜質進入電液伺服閥(或比例閥)。
[0034]溢流閥6用于設定油栗20的出口壓力，恒定系統流量，起到安全保護作用，該安全值能夠通過此閥進行手動調節。
[0035]背壓閥7安裝于回油管道中，用于保持管路所需壓力，增加液壓油缸12動作的平穩性。
[0036]電液轉換閥8用于將中央控制器14的控制信號轉換為閥芯位置，進而控制油動機動作，一般可采用伺服閥、比例閥等。
[0037]換向閥液壓鎖9的鎖控位置安裝于液壓油缸12與換向閥的中間部位，當換向閥處于中位時，液壓鎖關閉，進而嚴密封閉液壓缸兩腔的油液。
[0038]有桿腔測壓接頭10與無桿腔測壓接頭11主要用于測試液壓油缸12進出油缸的壓力。
[0039]液壓油缸12即油動機的執行部分。
[0040]位置傳感器13在工業現場采用LVDT、球柵、磁柵、磁致伸縮、拉線等位移傳感器。
[0041]中央控制器14為整個油動機的大腦，通過采集油動機的各種傳感器信號，通過電機驅動器19控制電機18，通過電液轉換閥8控制油缸12的動作，并將油動機的運行狀態通過無線上傳云端數據庫。智能控制器采集的信息如下:
[0042]A:油路壓力傳感器3的信號、溫度傳感器15所測油箱溫度、位置傳感器13采集到的油缸位置、電液轉換閥8的閥芯位置，此類信號為運行環境信號；
[0043]B:電機驅動器狀態，驅動器內的標準診斷信息，用于判斷電機18及油栗20工作狀態；
[0044]C:自身通道診斷及工作狀態，主要包括供電電源電壓電流及輸入通道、輸出通道診斷；
[0045]D:運行數據計算，包括油栗20工作時壓力的上升曲線，加熱控制裝置16工作時溫度上升曲線，電液轉換閥8工作時的閥芯位置及位置傳感器13所測油缸位置的變化曲線；
[0046]以上四類數據上傳至云端數據服務器24，用于油動機運行狀態監視和遠程維護。
[0047]溫度傳感器15用于測量油箱溫度，可采用熱電阻進行測量，也可采用數字式溫度傳感器，因為油動機工作環境一般在-40°C?85°C之間，選用這個范圍的數字式溫度傳感器即能滿足要求，并且數字式傳感器便于做成低功耗無線傳感器，可分布在多處進行更準確的溫度采集。
[0048]加熱控制裝置16為選配件，為了保證系統工作效率，應保持系統溫度在一定范圍內(20°C?60°C)，因此當采集的溫度低于20°C時，啟動加熱控制。
[0049]單向閥17設置在油栗20出口，主要是防止意外造成系統油液倒流，引起液壓栗反轉。
[0050]電機18為了小型化需求，采用啟動力矩大不怕堵轉的電機，如交流伺服電機，盡量縮小體積，電機主要用于提供動力，將油液通過油栗20增加儲存在蓄能器I中，供系統使用，電機工作不需要精密控制，具備基本的速度、力矩控制能力就行。
[0051]電機驅動器19用于將智能控制器的控制信號轉換為電機的控制信號。
[0052]油栗20選用齒輪栗或柱塞栗，用于液壓油缸12加壓，將電機18的機械能轉換為液壓能。
[0053]供油過濾器21安裝于油栗吸油管道，用于濾除油箱內殘余的污染物質。
[0054]回油過濾器22安裝于系統回油管道，過濾由于元件磨損產生的顆粒污染物，從而使流回的油液保持清潔。
[0055]油箱23為密封設計，避免整個油路暴露在空氣中。
[0056]云端數據服務器24通過采集中央控制器14上傳的數據，監視油動機的運行狀態，并通過后期數據分析為客戶提供維護支持，改善油動機的設計
[0057]本發明現場施工維護方便，現場只需按照安裝位置進行整體安裝，不需要進行液壓系統的調試維護，大大降低了現場施工維護的要求，減少了故障出現的概率；自帶智能化控制，降低了對控制系統的要求;云服務的引入，從而大大降低設備現場維護的要求，現場無需專業人員維護;通過預測性維護，降低了客戶非計劃停機的概率;維護周期長，降低了現場維護的工作量;無線傳感器簡化了設備接線，并能夠根據現場情況布置監測點，方便實用。
【主權項】
1.一體化自動控制油動機，其特征在于:包括油箱(23)以及分別經過供油過濾器(21)和回油過濾器(22)與油箱(23)相連的供油管路和回油管路，所述的供油管路經過油栗(20)分別連接蓄能器(I)和液壓油缸(12)，油栗(20)連接用于驅動其動作的電機(18);所述的油箱(23)上設有用于采集油溫的溫度傳感器(15)以及用于油液升溫的加熱控制裝置(16)，液壓油缸(I2)的缸體上連接有用于采集缸內壓力的壓力傳感器(3)，液壓油缸(I2)的輸出軸上連接有位置傳感器(13);所述的溫度傳感器(15)、壓力傳感器(3)及位置傳感器(13)均連接中央控制器(14)，中央控制器(14)的信號輸出端分別連接電機驅動器(19)和電液轉換閥(8)，電機驅動器(19)連接控制電機(18)，電液轉換閥(8)連接控制液壓油缸(12)。2.根據權利要求1所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述的蓄能器(I)通過常開進油球閥(2-1)連接供油管路，同時通過常閉出油球閥(2-2)連接回油管路。3.根據權利要求1所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述油栗(20)出口的供油管路上依次設置有單向閥(17)、過濾器(5)以及用于防止油栗(20)停止時供油回灌的逆止閥(4)，液壓油缸(12)連接過濾器(5)和逆止閥(4)之間的供油管路。4.根據權利要求1或3所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述的供油管路依次經過溢流閥(6)與背壓閥(7)連接電液轉換閥(8)，電液轉換閥(8)設置在液壓油缸(12)的進出口管路之間，壓力傳感器(3)經電液轉換閥(8)與液壓油缸(12)的出口管路連接。5.根據權利要求4所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述的液壓油缸(12)進出口管路上分別安裝有桿腔測壓接頭(10)以及無桿腔測壓接頭(11)。6.根據權利要求4所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述的液壓油缸(12)進出口管路上設置有換向閥液壓鎖(9)，鎖閉合位置處于液壓油缸(12)與換向閥中間。7.根據權利要求1所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述溫度傳感器(15)選用測溫范圍在-40°C?85°C的數字式溫度傳感器，加熱控制裝置(16)控溫范圍為20°C?60Γ。8.根據權利要求1所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述的中央控制器(14)連接用于數據存儲及分析的云端數據服務器(24)。9.根據權利要求1所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述的位置傳感器(13)選用LVDT、球柵、磁柵、磁致伸縮或者拉線位移傳感器。10.根據權利要求1所述的一體化自動控制油動機，其特征在于:所述的電液轉換閥(8)選用伺服閥或者比例閥。
【文檔編號】F15B21/08GK105937509SQ201610454025
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】羅永超, 馬茗, 方紅亮
【申請人】西安強源電氣有限公司