阅读说明：本技术 用于调节液力机器的设备 (Equipment for adjusting hydrodynamic machine ) 是由 托马斯·策勒 鲁文·霍哈格 于 2018-02-08 设计创作，主要内容包括：用于在使用转速可变的能驱动的定量泵的情况下调节液力机器、例如涡轮机、泵或泵涡轮机的设备,该设备包括用于实施紧急关闭的装置,该设备的特征在于具有较少的能耗和较高的效率,同时确保满足液力机器所有与运行和安全相关的要求。(For adjusting hydrodynamic machine, such as turbine, pump or the equipment for pumping turbine using the constant displacement pump that can be driven of variable speed, the equipment includes the device for implementing emergency cut-off, the equipment is characterized by having less energy consumption and higher efficiency, while ensuring to meet all hydrodynamic machines and operation and safety-related requirement.)

用于调节液力机器的设备

技术领域

本发明涉及一种用于调节液力机器的设备，尤其是用于调节涡轮机、泵或泵涡轮的设备。

背景技术

用于调节液力机器的传统设备由一般的现有技术所公知。因此，例如DE 27 13867 A1描述了这种设备(见图3)，该设备包括压力油源、液压的执行马达(液压缸)和用于对用来调控液压缸的能量进行配量的调节阀。一般而言，压力油源是用于处于过压下的液压介质的存储器。该存储器在此必须借助泵来填充，并且被带到和保持在所需的工作压力。

此外，由DE 10 2013 212 937 A1公知了一种用于打开和关闭液力机器的导向叶片的设备，在其中使用了转速可变地驱动的液压的定量泵。在这个文本中，仅公开了这种设备的原理上的工作方式。

发明内容

本发明的任务在于说明一种用于调节液力机器的设备，在其中，使用了转速可变地驱动的液压的定量泵，并且该设备确保了在液力机器中的例如在执行时间、紧急关闭性能(也即在泵失灵时)、适用于大的液压缸体积量等方面的要求。与传统设备相比，根据本发明的解决方案的突出之处在于具有高能效、良好的环境兼容性、易于维护和小的购置和运行成本。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的用于调节液力机器的设备来解决。根据本发明的设备的另外的有利的设计方案由从属权利要求得出。

附图说明

接下来借助附图阐释根据本发明的解决方案。其中详细地：

图1示出根据本发明的设备的示意性的结构。

具体实施方式

在图1的图示中以示意性的方式示出了根据本发明的用于调节液力机器的设备的结构。该设备包括用附图标记1标注的收集及补偿容器、用附图标记2标注的泵组件、用附图标记3标注的转速可变的泵驱动器、用附图标记5标注的存储器、用附图标记6标注的液压缸、用附图标记71标注的紧急关闭转换滑件、用附图标记72标注的紧急关闭电磁阀、用附图标记81和82标注的两个能解除截止的止回阀、用附图标记91和92标注的两个先导阀、用附图标记10、11和12标注的三个节流件、用附图标记14标注的止回阀、用附图标记20标注的可选的电磁阀、用附图标记30和31标注的两个可选的限压阀和用附图标记40和50标注的两个可选的接口。处在液压缸6下方的箭头表明液压缸的关闭方向。

液压缸6可以例如是导向轮液压缸或是用于对液力机器的叶轮叶片进行调控的液压缸。这种液压缸为了运行通常要求大体积量的液压液体。液压缸6可以制造成同步缸，如在图1中通过虚线示出的第二杆所指明的那样。但液压缸6也可以制造成针对关闭侧和打开侧具有不同的体积的差动缸。

泵组件2包括两个具有可逆的输送方向的泵。在图1中，两个泵布置在由泵驱动器3驱动的轴上。然而其他的结构上的设计方案也是可能的，例如，泵借助传动器通过泵驱动器3来驱动。甚至能想到的是，泵驱动器3包括用于两个泵中的每一个的马达和变频器。进一步的描述涉及到图1中所示的实施方式。在紧急关闭转换滑件71的图1所示的位置中，泵的接口分别与液压缸的控制线路连接，从而在轴的一个转动方向上使其中一个泵向液压缸6方向输送液压液体，而另一个泵接收来自液压缸6的液压液体。在轴的另一转动方向上则恰恰相反。于是，在图1中，下方的泵的右边的接口(经由能解除截止的止回阀82)与液压缸6的打开侧连接，而上方的泵的左边的接口(经由能解除截止的止回阀81)与液压缸6的关闭侧连接。泵的其余的接口分别直接与收集及补偿容器1连接。也就是说，在轴的其中一个转动方向上，下方的泵将液压液体从收集及补偿容器1中泵送到液压缸6的打开侧，并且与此同时，上方的泵将液压液体从液压缸6的关闭侧泵送到收集及补偿容器1中。在轴的另一转动方向上，则体积流反过来。在两个泵的输送体积量一样大的情况下，这意味着，最终没有液压液体流动到收集及补偿容器1中或从收集及补偿容器提取走(参见下文的同步缸)。在另一种情况下，只有泵的差额输送量才被送出到收集及补偿容器1中或从该收集及补偿容器提取(参见下文的差动缸)。在此条件分别是，止回阀81和82都是解除截止的(参见下文的对运行状态的描述)。

如果所使用的泵具有指定的压力和吸取接口，那么优选压力接口始终与液压缸6连接，而吸取接口与收集及补偿容器1连接。

泵组件2的轴由能在两个转动方向上运行的转速可变的泵驱动器3驱动。泵驱动器3通常包括电的执行马达，它由变频器供电。

能解除截止的止回阀81和82布置在液压缸6与泵组件2的连接线路中，使得它们在没有被解除截止的状态下防止液压缸的活塞发生运动，这些能解除截止的止回阀分别与其中一个先导阀91、92连接。这些先导阀分别(经由阀20和72)与存储器5连接。先导阀91、92的打开因此引起了所从属的止回阀81、82被解除截止。先导阀91、92的打开通过液力机器的(电的)调节器来引起，其方式是：使得这些先导阀被激励。其中每一个先导阀91、92可以被分开地激励。

在“紧急关闭”或“快速关闭”运行状态下，也就是说，当紧急关闭转换滑件71处在不同于图1所示的位置中时，存储器5与液压缸6的关闭侧连接。此外，在这两个运行状态中，收集及补偿容器1与液压缸6的打开侧连接。对紧急关闭转换滑件71的状态的控制经由紧急关闭电磁阀72来实现，该紧急关闭电磁阀处于紧急关闭转换滑件71与存储器5之间的液压线路中。紧急关闭电磁阀72也处于先导阀91、92与存储器5之间的线路中。(受弹簧负载的)紧急关闭电磁阀72在运行中始终被持久激励，由此，使得紧急关闭转换滑件71处在图1所示的位置中，并且先导阀91、92通过存储器5被供以油压(这就是说，止回阀81、82可以在这种状态下通过先导阀91、92来解除截止)。

紧急关闭转换滑件71构造成，使得该紧急关闭转换滑件在图1所示的位置中将泵组件2的泵的相应的接口与液压缸6的接口连接起来，而将收集及补偿容器1以及存储器5与液压缸脱联，而在它的其他的位置中，将泵组件2的泵与液压缸6脱联，并且将收集及补偿容器1与打开侧连接起来以及将存储器6与液压缸6的关闭侧连接起来。在图1中可以看到，紧急关闭转换滑件在两侧上被加载以存储器5的压力。在此，该压力作用到其上的有效的面在两个侧上选择得大小不同。在右侧上的面较大引起的是，倘若紧急关闭电磁阀72被激励，则紧急关闭转换滑件71就处在图1所示的位置中。如果紧急关闭电磁阀72被解除激励，那么存储器5与紧急关闭转换滑件71的右侧隔开并且紧急关闭转换滑件71由于作用到左侧上的力而被推移到其他的位置中。

也被称为“基本节流件”的节流件10位于与液压缸6的打开侧连接的线路中，然而仍然位于紧急关闭转换滑件71之前，也就是说，与液压缸6直接相邻。节流件11位于将存储器5与设备的其余部分连接起来的线路中。节流件12位于紧急关闭转换滑件71与收集及补偿容器1之间的线路中。在此，两个节流件11或12中一个视作是可选的(参见针对紧急关闭功能的实施方案)。

此外，还设置有如下线路，其将其中一条从泵组件2至液压缸6的线路与存储器5连接起来。在该线路中，止回阀14布置成使得没有来自存储器5的液压液体能够经过。图1示出了多个可能的替选方案中的仅一个，也就是说，示出了具有止回阀14的线路将上方的泵的相应的接口与存储器5连接起来的情况。具有止回阀14的线路也可以与下方的泵的相应的接口连接。为此，具有止回阀14的线路也可以为此在从泵组件2通到液压缸6的线路的任意点上通入。

可选地，设备还可以包括另外的紧急关闭控制阀(例如超转速阀等)。这些另外的紧急关闭控制阀可以经由接口50连接，该接口位于紧急关闭电磁阀72所在的液压的线路中。

可选地，可以经由接口40将另外的消耗器联接至存储器5。接口40位于将存储器5与其余的设备连接起来的液压的线路中。

下文中更为详细地说明了处于液力机器的各个运行状态中的根据本发明的设备的工作方式，并且阐释了该设备的优点。在此，假设为起始状态的是，存储器5被充载以限定的压力，并且液压缸6处在任意的中间位置中。

液力机器的调节运行：

紧急关闭转换滑件71处在根据图1的位置中，这是因为紧急关闭电磁阀72被激励。

只要还需要保持住液压缸6的定位，由液力机器的调节器所驱控的先导电磁阀91、92就处在解除激励的状态中。由此使得通往液压缸6的打开侧或关闭侧的控制线路中的能解除截止的止回阀81、82同样也是关闭的，并且使液压缸6保持在其定位中。在该状态下，转速可变的驱动器3被关断，从而没有耗损能量(热)被引入到系统中。由此，原则上可以取消对油的冷却，这提供了明显更好的能效的优点。

如果现在需要调节过程(例如目标值变化或调节偏差量超过了特定的值(死区))，那么先导阀91和92就经由调节器被激励，这导致能解除截止的止回阀打开。现在，液压缸可以直接经由转速可变的泵驱动器3定位。如果液压缸6被制造成同步缸，那么通过泵组件2从吸取侧吞入的油量就和压力侧被引入到缸中油量一样多。在这种情况下，泵组件2的两个泵具有一致的输送体积量。如果液压缸6制造成差动缸，那么泵组件2的两个泵的输送体积量比例将尽可能与差动缸相匹配。在液压缸6移动期间产生的差额油量可以经由相应地联接在收集及补偿容器1上的吸取线路或在存储器5上的小的振荡体积来补偿。参照图1的配置，为此，上方的泵的泵体积可以设计得比所需得更大，这是因为液压液体的多余的量在液压缸6关闭时经由止回阀14被压入到存储器中。在轴的另一个转动方向上，多余的量由收集及补偿容器1来提供并且又被接收。清楚的是，以这种方式在液压缸6在关闭方向上的每次运动时都对存储器5充载一些。通过(在图1中没有示出的)超压阀或经由可选地存在的附加的消耗器(接口40)可以防止存储器5被过度充载。

在达到期望的定位后，先导阀91、92被解除激励，由此使缸6可以再次在不被施加能量的情况下保持在其定位中。要提到的是，相比传统的系统，存储器体积不再被用于调节的目的，这是因为该任务完全由泵组件2承担。因此，可以大大减少存储器体积和存储器尺寸。这也额外地导致了更小的收集及补偿容器1，由此总体上能够降低成本。

为了保护设备不受不允许的高压的影响，可选地能够安装有限压阀30、31，其中各一个限压阀联接至其中一条在能解除截止的止回阀(81、81)与紧急关闭转换滑件(71)之间的线路。

紧急关闭：

为了能够在有故障情况下确保液力机器安全停机，应用了紧急关闭功能，该紧急关闭功能在没有电流供应的情况下(或者在转速可变的驱动器3有问题时)使设施停止运转。在紧急关闭情况下，在运行中被持久激励的紧急关闭电磁阀72被解除激励，接着，紧急关闭转换滑件71被推移到与图1所示不同的位置中。因此，从“在一定程度上是闭合的”液压调节回路变成开放的回路。存储器5与液压缸6的关闭侧连接，其中，打开侧现在被控制转向到收集及补偿容器1中。于此同时，通向先导阀91、92的压力被去负荷，从而使能解除截止的止回阀81、82关闭。

在该开放的回路中，存储器5提供了在限定的压力极限之内的限定的体积。因此可以借助基本节流件10和附加地串联的节流件11或12可靠地调控限定的关闭时间。如果实际上使用了两个附加地串联的节流件11和12，则由此相对于例如在紧急关闭转换滑件71与存储器1之间的线路中出现线路断裂的情况获得了更大的灵活性和更大的稳固性，这是因为附加的节流效果被分配到两个节流件上，其中只有一个(12)因为线路断裂而失效。

在液压缸6移动时，通过基本节流件10生成了对着泵组件2起作用的背压，并且该背压因此必须保持在一定的限度内(要遵循线路和零件的标称压力、泵驱动器3的功率等)。因此，需要对各个节流件10、11、12进行单独的设计。在此最重要的是，经由基本节流件10总是必须实现最大可能占比的总节流效果，进而实现最大可能占比的关闭时间。其中一个原因是，通过将基本节流件10直接布置在液压缸6的打开侧中，使得即使在例如打开控制侧(也就是说在基本节流件10与泵组件2之间的线路)发生线路断裂时仍确保对关闭时间的限制。

由于存储器5经由具有止回阀14的线路与缸6的关闭侧连接，使得甚至出现泵驱动器3假设有超过了关闭方向上的限定的最大转速的故障的情况下，也经由基本节流件10限制了执行时间。只是存储器5中的压力由于泵送输送量的提高而缓慢地提高。

存储器充载功能：

存储器5借助相应的水平及压力传感器监控其填充度或其系统压力。在运行中，无论液压缸6的位置如何，存储器5中的油体积和压力都保持在限定的最高水平上。在使用同步缸的情况下(见上文)或者说当没有另外的外部的消耗器经由可选的联接部位40与存储器5联接时，该水平在运行中不变化或仅很小变化。

然而，为了也能够使用差动缸以及外部的消耗器，存储器可以借助转速可变的驱动器3和经电驱控的能解除截止的止回阀81和82在运行期间与液压缸6的位置无关地被充载。

为此，先导电磁阀91和92必须处在解除激励的状态中，由此，也让能解除截止的止回阀81和82关闭。泵组件2现在被驱控，使得该泵组件朝着液压缸6的关闭侧的方向进行输送。缸6的定位由此不发生变化，这是因为能解除截止的止回阀81在液压缸6的打开侧中是关闭的，并且因此不会有油从液压缸6溢出。但是止回阀82在关闭方向上被穿流而过，由此使得压力提高，并且使存储器5经由具有止回阀14的线路被充载。为此所需的差额油量被泵组件2经由相应的线路从收集及补偿容器1吸取。如果具有止回阀14的线路与从泵组件2的通往液压缸6的打开侧的线路联接，则充载相似地作用。但为此必须驱控泵组件2，使得该泵组件在液压缸6的打开侧的方向上进行输送。

如果在充载期间应当需要调节过程，那么该调节过程优先于充载过程。从安全技术的观点来看这不是问题，这是因为水平和压力监控的相应的切换点确保了，在可能的紧急关闭状况下，存储器中总是有足够的体积或压力。通过先导阀91和92的激励以及转速可变的驱动器3的驱控，能够立即再次实施调节运动。

存储器充载功能在液力机器的正常运行期间和停机期间是激活的。因此确保了，总是为可能的紧急关闭情况提供了相应的安全保障，以及在液力机器启动时能够尽可能快速地提供相应的安全保障供使用。

可选的快速关闭功能：

一般而言，泵组件2在泵的尺寸、转速和功率方面被设计成，使得仅经由泵驱动器3就可以实现对于各个应用场合所需要的液压缸6的打开和关闭时间。

当例如存在大的液压缸体积量并且与关闭时间相比打开时间需要明显更长，以便让泵组件2和泵驱动器3的规格尺寸保持得尽量小(空间情况、替换件成本等)时，泵组件和泵驱动器被设计成，使得只以最少的打开时间就能够移动液压缸6。

为了然后实现更快的关闭时间(例如在使用水力调节器的情况下的减载期间)，可选地设置有快速关闭电磁阀20，其位于紧急关闭电磁阀72所在的液压线路中。通过接通该阀20，现在可以利用存储器体积进行关闭。在此，快速关闭电磁阀20被激励，由此使得紧急关闭转换滑件71被推移到不同于图1中所示的位置中。同时通过该快速关闭电磁阀而液压地隔离了通向先导阀91和92的压力运送，从而让控制线路中的能解除截止的止回阀81和82也关闭。泵组件2因此完全与液压缸6脱联。

为了例如在水涡轮机的情况下减载以后具有能够再次使机器同步的可能性，在达到限定的断开时，快速关闭阀20被再次解除激励。与此同时，“精细调节”现在又被转移给转速可变的泵驱动器3，并且使机器又能够被同步化。

因为通过快速关闭而排空了存储器5，所以在这种情况下应当尽可能快速地补满存储器5。因为在同步过程期间和同步过程结束之后并且在涡轮机重新被推动到相应的缸位置上时，调节器是激活的，并且由此泵组件2不应被用于对存储器5进行充载，所以在这种情况下可以采取如下做法：

在泵组件2将液压缸6推动到相应的打开期间，先导电磁阀91和92处在解除激励的状态中。因此，打开侧的止回阀82可以被穿流而过，关闭侧的止回阀91则保持被截止。由此使在被推动时被推挤出去的油从液压缸6经由具有止回阀14的线路被挤压回到存储器5中。为此所需的油量由泵组件2经由相应的线路从收集及补偿容器1吸取。如果存储器5达到其标称填充度，那么相应的止回阀81和82就被打开，并且液压缸6可以在不继续填充存储器5的情况下移行到其最终的定位上。

加热功能：

在低于限定的油温值时，经由泵组件2通过打开能解除截止的止回阀81和82引发调节。由此产生了被用于加热系统的热。