影響機械過速保護裝置動作精度的幾點因素分析

江　濤

（武漢安施通電氣有限公司，湖北武漢430015）

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影響機械過速保護裝置動作精度的幾點因素分析

江濤

（武漢安施通電氣有限公司，湖北武漢430015）

摘要：通過對離心式純機械過速保護裝置原理的分析推導(dǎo)，對于影響機械過速保護裝置動作精度的幾點因素進行了理論分析，提出了改進的辦法。

關(guān)鍵詞：機械過速保護裝置；動作精度；安裝間隙

1　引言

近年來，隨著水電站安全技術(shù)水平的不斷提高，機械過速保護裝置作為水輪機轉(zhuǎn)速保護的最后一道“防線”得到了越來越普遍的應(yīng)用，用戶對于其可靠性及動作精度的要求也越來越高，要求其在設(shè)定的動作轉(zhuǎn)速時準(zhǔn)確動作，實現(xiàn)機組的事故停機，不能出現(xiàn)超出規(guī)定范圍的動作提前或者滯后，對機械過速保護裝置的動作精度提出了較高的要求，一般來說規(guī)定其偏差不大于整定動作值的±2 %。

但是，在實際應(yīng)用中，許多機械過速保護裝置實際試驗結(jié)果是不能令人滿意的，其動作精度無法滿足電站轉(zhuǎn)速保護的需要，出現(xiàn)了較大偏差，本文對影響其動作精度的因素做了較為全面的分析，并提出了改進意見。

2　機械過速保護裝置的工作原理

圖1　機械過速保護裝置結(jié)構(gòu)示意圖

目前，廣泛使用的機械過速保護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)機構(gòu)和液壓控制閥組幾個部分構(gòu)成。

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

3　影響動作精度的幾點因素

3.1彈簧彈力的線性度

許多離心飛擺設(shè)計成對外伸縮位移量與轉(zhuǎn)速線性相關(guān)，也就是說隨著機組轉(zhuǎn)速的上升，離心飛擺的離心塊對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，必然的導(dǎo)致動作轉(zhuǎn)速棕發(fā)生變化，影響機械過速保護裝置的動作精度。彈簧的反復(fù)壓縮會導(dǎo)致彈性系數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致了機械過速保護裝置的誤差越來越大。

目前，國外主流品牌機械過速保護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螺母進行壓縮實現(xiàn)預(yù)緊，這個預(yù)緊力的大小略小于機械過速保護裝置設(shè)定動作轉(zhuǎn)速時的預(yù)緊力。這樣當(dāng)機組接近動作轉(zhuǎn)速時，離心飛擺克服預(yù)緊力向外運動，當(dāng)向外運動量達到和超過飛擺與脫扣式觸發(fā)機構(gòu)之間的間隙時，觸動觸發(fā)機構(gòu)，進而帶動液壓閥組切換工作油路，實現(xiàn)事故停機。

這種飛擺的優(yōu)點是非常明顯的，離心重塊只是在轉(zhuǎn)速接近于設(shè)定轉(zhuǎn)速時才會向外運動，幾乎是在過速瞬間甩出，其他時候彈簧是沒有伸縮運動的，不會產(chǎn)生疲勞，彈簧的彈性系數(shù)穩(wěn)定，保證了機械過速保護裝置的動作精度。

圖2　預(yù)壓緊式離心飛擺結(jié)構(gòu)

3.2觸發(fā)機構(gòu)的死區(qū)

觸發(fā)機構(gòu)必然的存在死區(qū)ix，沒有死區(qū)或過小的死區(qū)會導(dǎo)致觸發(fā)機構(gòu)容易誤動作，對于離心飛擺與觸發(fā)機構(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)致動作轉(zhuǎn)速棕產(chǎn)生偏差，減小死區(qū)ix的偏差，可以增大機械過速保護裝置的動作精度。

3.3安裝間隙及大軸擺動對于機械過速保護裝置的影響

從上述機械過速保護裝置原理我們可以看出，對于離心飛逸式機械過速保護裝置，從飛擺重塊向外運動到重塊撞擊觸發(fā)機構(gòu)之間間距即彈簧的變形量L，這個彈簧變形量必然對應(yīng)了兩個不同轉(zhuǎn)速的離心力，也就是說對于同一臺機械過速保護裝置來說，安裝間隙的大小會改變動作轉(zhuǎn)速值。而對于一臺在工廠內(nèi)按照某一規(guī)定間隙整定動作轉(zhuǎn)速的機械過速保護裝置，現(xiàn)場安裝間隙的改變會改變動作值：安裝間隙增大，會使得動作轉(zhuǎn)速值高于工廠設(shè)定值；安裝間隙減小會使得動作轉(zhuǎn)速值低于工廠設(shè)定值。現(xiàn)場安裝的偏差和機組的大軸擺動引起的間隙變化均會導(dǎo)致機械過速保護裝置動作的偏差。

我們從理論上計算一下安裝誤差和大軸擺動所造成的誤差：

假設(shè)大軸擺動值為△x，飛擺彈簧的彈性系數(shù)為k，那么根據(jù)胡克定律，對于這個擺動所產(chǎn)生的彈簧力變化值△F=k×△x，下面再來計算這個大軸擺動會帶來的動作轉(zhuǎn)速變化量有多大。

這兩個離心力的變化量與彈簧力的變化相等，那么

從這個公式中我們看到，對于固定的彈簧彈性系數(shù)k、離心飛擺重塊質(zhì)量m、機組機械過速飛擺安裝半徑r這些定值來說，這個偏移的動作轉(zhuǎn)速棕1除與安裝間隙偏差或大軸的擺動值大小有關(guān)外，與飛擺和脫扣器觸發(fā)機構(gòu)的間隙整定值大小無關(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對于動作精度的影響。

4　結(jié)論

通過以上分析可以看出，合適的彈簧設(shè)計并選取合適的彈簧，可以有效的提高機械過速保護裝置的動作精度。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：

[1]ALSTOM機械過速保護裝置產(chǎn)品手冊[Z].

作者簡介：江濤（1969-），男，工程師，從事水電站自動化設(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：TV734.4

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）04-0020-02