江　濤

（武漢安施通電氣有限公司，湖北武漢430015）

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影響機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作精度的幾點(diǎn)因素分析

江濤

（武漢安施通電氣有限公司，湖北武漢430015）

摘要：通過(guò)對(duì)離心式純機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置原理的分析推導(dǎo)，對(duì)于影響機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作精度的幾點(diǎn)因素進(jìn)行了理論分析，提出了改進(jìn)的辦法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置；動(dòng)作精度；安裝間隙

1　引言

近年來(lái)，隨著水電站安全技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置作為水輪機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù)的最后一道“防線”得到了越來(lái)越普遍的應(yīng)用，用戶對(duì)于其可靠性及動(dòng)作精度的要求也越來(lái)越高，要求其在設(shè)定的動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)準(zhǔn)確動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的事故停機(jī)，不能出現(xiàn)超出規(guī)定范圍的動(dòng)作提前或者滯后，對(duì)機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的動(dòng)作精度提出了較高的要求，一般來(lái)說(shuō)規(guī)定其偏差不大于整定動(dòng)作值的±2 %。

但是，在實(shí)際應(yīng)用中，許多機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果是不能令人滿意的，其動(dòng)作精度無(wú)法滿足電站轉(zhuǎn)速保護(hù)的需要，出現(xiàn)了較大偏差，本文對(duì)影響其動(dòng)作精度的因素做了較為全面的分析，并提出了改進(jìn)意見(jiàn)。

2　機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的工作原理

圖1　機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

目前，廣泛使用的機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置大都采用了離心飛逸式結(jié)構(gòu)，一般由離心飛擺、觸發(fā)機(jī)構(gòu)和液壓控制閥組幾個(gè)部分構(gòu)成。

離心飛擺固定在機(jī)組大軸上，隨大軸轉(zhuǎn)動(dòng)，是整定動(dòng)作轉(zhuǎn)速的部件，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過(guò)整定值，離心飛擺克服彈簧力的作用向外移動(dòng)，當(dāng)這一移動(dòng)值大于離心飛擺和觸發(fā)機(jī)構(gòu)之間的間隙時(shí)，離心塊撞擊觸發(fā)機(jī)構(gòu)使其動(dòng)作，觸發(fā)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)液壓控制閥組切換油路，控制被控設(shè)備實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)。

3　影響動(dòng)作精度的幾點(diǎn)因素

3.1彈簧彈力的線性度

許多離心飛擺設(shè)計(jì)成對(duì)外伸縮位移量與轉(zhuǎn)速線性相關(guān)，也就是說(shuō)隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的上升，離心飛擺的離心塊對(duì)外伸縮位移量不斷增大，且此位移量與轉(zhuǎn)速成比例。

可以看出，動(dòng)作轉(zhuǎn)速棕與彈性系數(shù)k的關(guān)系非常大，當(dāng)彈性系數(shù)k發(fā)生變化時(shí)，必然的導(dǎo)致動(dòng)作轉(zhuǎn)速棕發(fā)生變化，影響機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的動(dòng)作精度。彈簧的反復(fù)壓縮會(huì)導(dǎo)致彈性系數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致了機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的誤差越來(lái)越大。

目前，國(guó)外主流品牌機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的離心飛擺均采用了彈簧預(yù)壓縮的方式。離心飛擺的彈簧通過(guò)螺母進(jìn)行壓縮實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，這個(gè)預(yù)緊力的大小略小于機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置設(shè)定動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)的預(yù)緊力。這樣當(dāng)機(jī)組接近動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)，離心飛擺克服預(yù)緊力向外運(yùn)動(dòng)，當(dāng)向外運(yùn)動(dòng)量達(dá)到和超過(guò)飛擺與脫扣式觸發(fā)機(jī)構(gòu)之間的間隙時(shí)，觸動(dòng)觸發(fā)機(jī)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)液壓閥組切換工作油路，實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)。

這種飛擺的優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的，離心重塊只是在轉(zhuǎn)速接近于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)才會(huì)向外運(yùn)動(dòng)，幾乎是在過(guò)速瞬間甩出，其他時(shí)候彈簧是沒(méi)有伸縮運(yùn)動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生疲勞，彈簧的彈性系數(shù)穩(wěn)定，保證了機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的動(dòng)作精度。

圖2　預(yù)壓緊式離心飛擺結(jié)構(gòu)

3.2觸發(fā)機(jī)構(gòu)的死區(qū)

觸發(fā)機(jī)構(gòu)必然的存在死區(qū)ix，沒(méi)有死區(qū)或過(guò)小的死區(qū)會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)機(jī)構(gòu)容易誤動(dòng)作，對(duì)于離心飛擺與觸發(fā)機(jī)構(gòu)的安裝間隙x0，離心塊的伸縮位移x=x0+ix，ix的偏差也必然的導(dǎo)致動(dòng)作轉(zhuǎn)速棕產(chǎn)生偏差，減小死區(qū)ix的偏差，可以增大機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的動(dòng)作精度。

3.3安裝間隙及大軸擺動(dòng)對(duì)于機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的影響

從上述機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置原理我們可以看出，對(duì)于離心飛逸式機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置，從飛擺重塊向外運(yùn)動(dòng)到重塊撞擊觸發(fā)機(jī)構(gòu)之間間距即彈簧的變形量L，這個(gè)彈簧變形量必然對(duì)應(yīng)了兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速的離心力，也就是說(shuō)對(duì)于同一臺(tái)機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，安裝間隙的大小會(huì)改變動(dòng)作轉(zhuǎn)速值。而對(duì)于一臺(tái)在工廠內(nèi)按照某一規(guī)定間隙整定動(dòng)作轉(zhuǎn)速的機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置，現(xiàn)場(chǎng)安裝間隙的改變會(huì)改變動(dòng)作值：安裝間隙增大，會(huì)使得動(dòng)作轉(zhuǎn)速值高于工廠設(shè)定值；安裝間隙減小會(huì)使得動(dòng)作轉(zhuǎn)速值低于工廠設(shè)定值。現(xiàn)場(chǎng)安裝的偏差和機(jī)組的大軸擺動(dòng)引起的間隙變化均會(huì)導(dǎo)致機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作的偏差。

我們從理論上計(jì)算一下安裝誤差和大軸擺動(dòng)所造成的誤差：

假設(shè)大軸擺動(dòng)值為△x，飛擺彈簧的彈性系數(shù)為k，那么根據(jù)胡克定律，對(duì)于這個(gè)擺動(dòng)所產(chǎn)生的彈簧力變化值△F=k×△x，下面再來(lái)計(jì)算這個(gè)大軸擺動(dòng)會(huì)帶來(lái)的動(dòng)作轉(zhuǎn)速變化量有多大。

這兩個(gè)離心力的變化量與彈簧力的變化相等，那么

從這個(gè)公式中我們看到，對(duì)于固定的彈簧彈性系數(shù)k、離心飛擺重塊質(zhì)量m、機(jī)組機(jī)械過(guò)速飛擺安裝半徑r這些定值來(lái)說(shuō)，這個(gè)偏移的動(dòng)作轉(zhuǎn)速棕1除與安裝間隙偏差或大軸的擺動(dòng)值大小有關(guān)外，與飛擺和脫扣器觸發(fā)機(jī)構(gòu)的間隙整定值大小無(wú)關(guān)。

減小彈簧的彈性系數(shù)k，能夠有效的減小安裝間隙偏差或大軸的擺動(dòng)對(duì)于動(dòng)作精度的影響。

4　結(jié)論

通過(guò)以上分析可以看出，合適的彈簧設(shè)計(jì)并選取合適的彈簧，可以有效的提高機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的動(dòng)作精度。其中，減小彈簧的彈性系數(shù)，能取得非常明顯的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]ALSTOM機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置產(chǎn)品手冊(cè)[Z].

作者簡(jiǎn)介：江濤（1969-），男，工程師，從事水電站自動(dòng)化設(shè)備的研究開發(fā)工作。

收稿日期：2015-12-30

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.006

中圖分類號(hào)：TV734.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2016）04-0020-02