本發(fā)明涉及汽輪機發(fā)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)油動機的測試領(lǐng)域，特別涉及一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置。

背景技術(shù)：

發(fā)電廠發(fā)電基本過程是通過將水加熱至蒸汽狀態(tài)，推動汽輪機發(fā)電。汽輪機發(fā)電也是我國主要的發(fā)電形式。在發(fā)電過程中，需要通過調(diào)節(jié)汽輪機蒸汽的進汽量來保持汽輪機轉(zhuǎn)子3000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速。同時由于發(fā)電過程中電力不能大量儲存，發(fā)電量由用戶需求來決定。以此也需要控制汽輪機蒸汽的進氣量來調(diào)節(jié)發(fā)電功率滿足用電需求。汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要作用就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與功率調(diào)節(jié)。

汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)汽輪機進汽量來調(diào)節(jié)汽輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與發(fā)電功率。其執(zhí)行機構(gòu)就是油動機，在油動機的帶動下調(diào)節(jié)進汽閥門的開度，達到調(diào)節(jié)進汽量目的。油動機的另外一個主要功能是，在液壓系統(tǒng)中安全油(即插裝閥上腔控制油)卸荷后，在彈簧力的作用下實現(xiàn)快速關(guān)閉。

油動機，也稱為液壓伺服馬達，由油缸、伺服閥、電磁閥、卸荷閥、位移傳感器、行程開關(guān)、單向閥和測壓接頭等組成。結(jié)合附圖可以看到油動機工作原理。油動機具有液壓系統(tǒng)控制精度高、輸出力矩大、行程速度快、便于實現(xiàn)頻繁換向的優(yōu)點。在汽輪機進汽閥門調(diào)節(jié)中具有廣泛的應用。對于汽輪機中使用的油動機通常具有精度要求高，功率及體積大。由于汽輪機發(fā)電需要高度的可靠性，油動機的性能檢測是不可缺少的。當前，對于油動機進行的專用檢測裝置進行研發(fā)設(shè)計具有重要意義。

油動機的檢測試驗，通常是油動機開啟、關(guān)閉汽門試驗，在緊急情況下快速開啟、快速關(guān)閉。對于油動機功能檢測需要模擬實際工況條件進行試驗。在實際汽輪機中使用，還需要給出延遲時間、緩沖時間、終端速度、閥門起始位彈簧彈力、閥門全開位彈簧彈力、摩擦力、開啟時間、關(guān)閉時間等參數(shù)。這些參數(shù)可以用來檢測油動機是否合格，也可以用于整體評估汽輪機發(fā)電的性能，提高汽輪機系統(tǒng)建模的準確性。同時對于這些基本參數(shù)的檢測，也可以為油動機的設(shè)計提供指導。

本發(fā)明的方案便是針對上述問題對現(xiàn)有油動機測試裝置進行的改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置，解決現(xiàn)有油動機測試裝置測試不方便、測量精度不高的問題。

為了達到上述發(fā)明目的，解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置，包括第一快關(guān)電磁閥、第二快關(guān)電磁閥、第一插裝閥、第二插裝閥、伺服閥、過濾器、油泵、油箱、閥門、彈簧、油缸、放油口、緩沖油口、位移傳感器、工控機和伺服卡，其中：

所述油泵經(jīng)所述過濾器后分別與所述第一快關(guān)電磁閥、第二快關(guān)電磁閥及伺服閥的p口連通；

所述油箱分別與所述第一快關(guān)電磁閥和第二快關(guān)電磁閥的t口及油缸的進油口連通；

所述第一插裝閥和第二插裝閥的b口分別與所述伺服閥的t口以及所述油缸的進油口連通，所述第一插裝閥和第二插裝閥的a口分別與所述伺服閥的b口以及所述放油口和緩沖油口連通；

所述彈簧套設(shè)在所述油缸的活塞桿外，所述閥門設(shè)置于所述活塞桿頂端；

所述位移傳感器分別與所述油缸的活塞桿及所述工控機連接，用于測量油動機活塞的行程變化，并將行程變化量轉(zhuǎn)換成行程信號輸送至所述工控機；

所述工控機的輸入端分別與所述位移傳感器和油缸放油口連接，用于接收所述位移傳感器輸送過來的行程信號以及所述放油口輸送過來的油壓信號，輸出端與所述伺服卡連接，用于輸出電控制信號至所述伺服卡；

所述伺服閥一端連接所述伺服卡，另一端連接所述第一插裝閥和第二插裝閥，用于將來自所述伺服卡的電控制信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，進而控制進油口的進油量。

進一步的，在正常工況下，第一快關(guān)電磁閥和第二快關(guān)電磁閥均保持帶電，高壓液壓油經(jīng)過過濾器，通過兩個帶電的第一快關(guān)電磁閥和第二快關(guān)電磁閥，到達第一插裝閥和第二插裝閥，由于油壓很高，第一插裝閥和第二插裝閥均關(guān)閉，第一插裝閥和第二插裝閥的a和b口不通，所述油缸的進油口與油箱之間的通路處于斷開狀態(tài)，

當所述伺服閥從所述伺服卡中獲得開啟閥門的控制信號后，所述伺服閥的閥芯右移，高壓液壓油從所述伺服閥經(jīng)過放油口和緩沖油口進入所述油缸的入口處，所述油缸的進油壓力升高，高壓液壓油克服彈簧和摩擦阻力，通過所述油缸中的活塞桿帶動所述閥門運動，實現(xiàn)所述閥門的開度打開；

當所述伺服閥從所述伺服卡中獲得關(guān)閉閥門的控制信號，所述伺服閥的閥芯左移，所述油缸的進油口與所述油箱相連，所述閥門關(guān)閉。

進一步的，當出現(xiàn)緊急情況時，所述閥門快速關(guān)閉，通過斷開第一快關(guān)電磁閥或者第二快關(guān)電磁閥或者二者均斷開，所述油泵的高壓液壓油經(jīng)過所述過濾器，通過第一快關(guān)電磁閥和第二快關(guān)電磁閥，使得第一插裝閥和第二插裝閥的上部保持高壓，第一插裝閥和第二插裝閥的a和b口之間接通，所述油缸的進油口和所述油箱相連，實現(xiàn)快速泄油，并在彈簧力的作用下，所述油缸中的活塞桿迅速右移，帶動所述閥門關(guān)閉，從而實現(xiàn)快關(guān)。

進一步的，還包括緩沖裝置，所述緩沖裝置設(shè)置于所述油缸的活塞桿上，用于降低活塞桿的運動速度以此實現(xiàn)所述閥門的低速關(guān)閉。

進一步的，還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述油缸連接，用于測量所述油動機的緩沖腔壓力、進油口壓力和回油口壓力。

進一步的，所述工控機還包括控制輸出模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、濾波處理模塊、算法計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、報表生成模塊和打印模塊。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊為數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡采用帶隔離功能的多功能數(shù)據(jù)采集卡。

優(yōu)選的，所述第一快關(guān)電磁閥和第二快關(guān)電磁閥為2位2通電磁閥，所述伺服閥為2位3通電磁閥。

優(yōu)選的，所述位移傳感器采用lvdt型直線式差動位移傳感器，所述lvdt型直線式差動位移傳感器包括鐵芯和線圈骨架，所述鐵芯連接于所述油動機的活塞上，所述線圈骨架連接于所述油動機的殼體上。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：

本發(fā)明性能測試裝置用于測試油動機的快關(guān)時間、開啟關(guān)閉性能、油動機的彈簧力大小、油動機活塞與油缸之間摩擦力大小的參數(shù)，并將這些參數(shù)進行分析計算之后以報表的形式保存在裝置中，方便存取。本發(fā)明對油動機的測試功能完善，所測數(shù)據(jù)準確，實用性強。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附圖中：

圖1是本發(fā)明一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置中的油動機工作原理圖；

圖2是本發(fā)明一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置中的油動機伺服控制方框圖；

圖3是本發(fā)明一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置中的油動機快關(guān)試驗程序框圖；

圖4是本發(fā)明一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置中的軟件設(shè)計模塊框圖。

【主要符號說明】

1-第一快關(guān)電磁閥；2-第二快關(guān)電磁閥；3-第一插裝閥；4-第二插裝閥；5-伺服閥；6-過濾器；7-油泵；8-油箱；9-閥門；10-彈簧；11-油缸；12-放油口；13-緩沖油口；14-位移傳感器；15-工控機；16-伺服卡。

具體實施方式

以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明主要給出了用于油動機性能檢測的測試裝置，包括硬件設(shè)計及軟件設(shè)計。主要用于檢測油動機的快關(guān)特性、彈簧力大小、油動機摩擦力大小、油動機行程中的過沖量與過沖時間。其測試裝置能夠完成的試驗有：快關(guān)試驗、油壓試驗、開啟關(guān)閉試驗。該測試裝置的搭建，主要通過下述技術(shù)方案解決的：

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種汽輪機組專用的油動機性能測試裝置，包括第一快關(guān)電磁閥1、第二快關(guān)電磁閥2、第一插裝閥3、第二插裝閥4、伺服閥5、過濾器6、油泵7、油箱8、閥門9、彈簧10、油缸11、放油口12、緩沖油口13、位移傳感器14、工控機15和伺服卡16，其中：

所述油泵7經(jīng)所述過濾器6后分別與所述第一快關(guān)電磁閥1、第二快關(guān)電磁閥2及伺服閥5的p口連通；

所述油箱8分別與所述第一快關(guān)電磁閥1和第二快關(guān)電磁閥2的t口及油缸11的進油口連通；

所述第一插裝閥3和第二插裝閥4的b口分別與所述伺服閥5的t口以及所述油缸11的進油口連通，所述第一插裝閥3和第二插裝閥4的a口分別與所述伺服閥5的b口以及所述放油口12和緩沖油口13連通；

所述彈簧10套設(shè)在所述油缸11的活塞桿外，所述閥門9設(shè)置于所述活塞桿頂端；

所述位移傳感器14分別與所述油缸11的活塞桿及所述工控機15連接，用于測量油動機活塞的行程變化，并將行程變化量轉(zhuǎn)換成行程信號輸送至所述工控機15；

所述工控機15的輸入端分別與所述位移傳感器14和油缸放油口12連接，用于接收所述位移傳感器14輸送過來的行程信號以及所述放油口12輸送過來的油壓信號，輸出端與所述伺服卡16連接，用于輸出電控制信號至所述伺服卡16；

所述伺服閥5一端連接所述伺服卡16，另一端連接所述第一插裝閥3和第二插裝閥4，用于將來自所述伺服卡16的電控制信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，進而控制進油口的進油量。

結(jié)合附圖1，油動機試驗臺的工作原理圖。在正常工況下，第一快關(guān)電磁閥1和第二快關(guān)電磁閥2均保持帶電，高壓液壓油經(jīng)過濾器6，通過帶電的第一快關(guān)電磁閥1和第二快關(guān)電磁閥2，到達第一插裝閥3和第二插裝閥4，由于油壓很高，第一插裝閥3和第二插裝閥4均關(guān)閉，因此第一插裝閥3和第二插裝閥4的a和b口不通，所述油缸11的進油口與油箱8之間的通路處于斷開狀態(tài)。與此同時，當所述伺服閥5從所述伺服卡16中獲得開啟閥門9的控制信號后，所述伺服閥5的閥芯右移，高壓液壓油從所述伺服閥5經(jīng)過放油口12和緩沖油口13進入所述油缸11的入口處，所述油缸11的進油壓力升高，高壓液壓油克服彈簧10和摩擦阻力，通過所述油缸11中的活塞桿帶動所述閥門9運動，實現(xiàn)所述閥門9的開度打開；當所述伺服閥5從所述伺服卡16中獲得關(guān)閉閥門9的控制信號，所述伺服閥5的閥芯左移，所述油缸11的進油口與所述油箱8相連，所述閥門9關(guān)閉。

當出現(xiàn)緊急情況，如甩負荷，需要所述閥門9快速關(guān)閉，此時通過斷開第一快關(guān)電磁閥1或者第二快關(guān)電磁閥2，或者二者均斷開，如圖1，此時所述油泵7的高壓液壓油經(jīng)過所述過濾器6，通過第一快關(guān)電磁閥1和第二快關(guān)電磁閥2，使得第一插裝閥3和第二插裝閥4的上部保持高壓，第一插裝閥3和第二插裝閥4的a和b口之間接通，因此，所述油缸11的進油口和所述油箱8相連，實現(xiàn)快速泄油，并在彈簧力的作用下，所述油缸11中的活塞桿迅速右移，帶動所述閥門9關(guān)閉，從而實現(xiàn)快關(guān)。

快關(guān)時，由于所述彈簧10的作用力通常很大，會使得所述閥門9劇烈撞擊門壁，如果不采取措施，勢必會對所述閥門9和整個系統(tǒng)造成很大的損失，同時存在巨大的安全隱患。所以，設(shè)計緩沖裝置是必須的，即，所述測試裝置還包括緩沖裝置(未圖示)，所述緩沖裝置設(shè)置于所述油缸11的活塞桿上，用于降低活塞桿的運動速度以此實現(xiàn)所述閥門9的低速關(guān)閉。在圖1中，當活塞快關(guān)右移時，開始活塞中的液壓油可以從放油口12和緩沖油口13兩處節(jié)流閥同時出油，活塞快速關(guān)閉，當活塞的緩沖柱塞運動到關(guān)閉節(jié)流閥時，液壓油只能從緩沖油口13出油，由于緩沖油口13明顯的節(jié)流作用，剩余的油形成強烈的反作用力，迫使活塞繼續(xù)右移，從而降低活塞運動速度，實現(xiàn)所述閥門9低速關(guān)閉。

該測試裝置的控制原理如附圖2所示，本測試裝置的硬件平臺系統(tǒng)除了建立復雜的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示，以便對油動機的性能進行反映和研究外，還通過使用伺服卡16，對整個油動機系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)對閥門9開度的任意控制，以設(shè)計完成我們相關(guān)參數(shù)測量實驗。其控制原理方框圖如附圖2所示。

進一步的，所述測試裝置還包括壓力傳感器(未圖示)，所述壓力傳感器與所述油缸11連接，用于測量所述油動機的緩沖腔壓力、進油口壓力和回油口壓力。本實施例中，所述壓力傳感器的壓力測量范圍覆蓋0-250bar，輸出信號4-20ma。根據(jù)實際使用中油動機型號不同，其內(nèi)入油壓范圍也不同，需要根據(jù)實際情況選用不同測量等級的液壓傳感器。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊為數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡采用帶隔離功能的多功能數(shù)據(jù)采集卡，用于提供精確的測量和精準控制。其中，隔離性能包括：瞬間安全、去噪、降低接地循環(huán)、抑制共模電壓。本實施例中，所述數(shù)據(jù)采集卡采用與上位機軟件接口兼容性強的高速采集卡，為適應高速采集的要求，這里要求采樣率高于1000hz的數(shù)據(jù)采集卡。

優(yōu)選的，所述第一快關(guān)電磁閥1和第二快關(guān)電磁閥2為2位2通電磁閥，所述伺服閥5為2位3通電磁閥。

優(yōu)選的，所述位移傳感器14采用lvdt(linearvariabledifferentialtransformer，線性可變差動變壓器)型直線式差動位移傳感器，所述lvdt型直線式差動位移傳感器包括鐵芯和線圈骨架，所述鐵芯連接于所述油動機的活塞上，所述線圈骨架連接于所述油動機的殼體上。在測量油動機活塞位置時工作原理為：當油動機活塞運動時，使得鐵芯與線圈產(chǎn)生相對位移，在其內(nèi)部產(chǎn)生感應電動勢，該電壓大小取決于位移量的大小。感應電動勢的輸出也可以得出油動機活塞的位移。本實施例中采用所述lvdt型直線式差動位移傳感器進行測量，在于該位移傳感器測量精度高，量程也適于油動機活塞的行程。

在電氣控制部分，所述伺服卡16在油動機控制系統(tǒng)中具有重要作用，利用pid控制算法，對油動機的伺服閥5進行控制，由于控制閉環(huán)為負反饋控制，所以在伺服卡16和伺服閥5的共同作用下，可實現(xiàn)油動機活塞停留在任意位置上。

本實施例中，所述伺服卡16包括兩部分，一部分是i/o卡，包括了整個伺服卡16的輸入和輸出部分，具有l(wèi)vdt反饋、deh輸入部分經(jīng)通道切換至adc模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，以及后面的dac數(shù)模轉(zhuǎn)換到電流輸出，同時也包含了短線檢測環(huán)節(jié)。另一部分是cpu板，主要包括了可編程邏輯器件及單片機到cpu環(huán)節(jié)、4-20ma閥位輸出顯示、電源電壓轉(zhuǎn)換模塊等。所述伺服卡16是基于arm板設(shè)計的單片機。其能接收輸入信號、運算的到輸出數(shù)據(jù)，其內(nèi)部程序可以在對于arm板卡設(shè)計的單片機編程平臺上進行修改。

油動機使用現(xiàn)場一般環(huán)境惡劣，震動與噪聲較大，溫度變化也大，信號傳遞的導線一般比較長，導致信號在傳遞過程中容易收到干擾，為了保住采集卡件安全和信號的穩(wěn)定性，在測試裝置的搭建中，需要使用信號隔離器。通過采用信號隔離器能有效提高輸入、輸出和電源之間的電氣隔離性能。本實施例中，所述信號隔離器(未圖示)通常采用帶有屏蔽功能的電纜、隔離放大器等。

在完成油動機測試裝置的硬件部分的設(shè)計之后，還需要對軟件進行設(shè)計。本發(fā)明實現(xiàn)控制程序與交互界面的軟件編程。軟件設(shè)計可以分為以下幾個部分：控制輸出、數(shù)據(jù)采集保存、濾波處理、算法計算、數(shù)據(jù)顯示、報表生成、打印，具體的軟件設(shè)計流程圖如附圖3所示。該些軟件功能模塊主要設(shè)置于所述工控機中。即，所述工控機14還包括控制輸出模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、濾波處理模塊、算法計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、報表生成模塊和打印模塊。

在油動機性能測試裝置中，我們需要測量行程信號、緩沖腔壓力信號和一些監(jiān)測信號，這些路信號均為模擬電流信號；同時，為了對油動機測試裝置進行控制，我們要輸出一些控制信號：如電磁閥的開關(guān)信號、伺服閥的控制信號等，這里需要三路do信號用于控制三個電磁閥和一路ao信號用于控制伺服閥。數(shù)據(jù)采集卡每塊使用兩路的ai通道，所以在硬件上需要rtsi總線電纜，該電纜可連接測量、視覺、運動和can板卡上的rtsi總線連接器，硬件上連接后還需要在軟件上編程實現(xiàn)連接。

附圖4顯示快關(guān)試驗設(shè)計的流程框圖。從流程圖可以看出，軟件設(shè)計可以分為如下幾個部分：控制輸出、數(shù)據(jù)采集保存、濾波處理、算法計算、數(shù)據(jù)顯示、報表生成、打印等。

首先，程序會執(zhí)行一系列初始代碼，提醒用戶輸入各種數(shù)據(jù)存儲路徑、報表保存路徑等。同時，在做不同的實驗時，均需要輸入不同的初始設(shè)置，這種強大的交互性操作界面方便易用。

其次，初始化之后，整個程序?qū)⒌却龜?shù)據(jù)采集，此時，程序需要產(chǎn)生電磁閥、伺服閥等控制執(zhí)行件的控制信號。

第三，控制信號驅(qū)使快關(guān)、油壓、開啟關(guān)閉、步響應不同的實驗模式開始，采集卡采集完數(shù)據(jù)后，一方面把原始數(shù)據(jù)進行保存，以便后續(xù)離線運算，另一方面，進行在線的參數(shù)計算和分析。在線分析過程中，先要對原始數(shù)據(jù)進行濾波處理，之后，在八種不同的采集模式下，進行算法的運算，計算出實驗模式下的測量參數(shù)，并進行保存。

第四，利用采集到的數(shù)據(jù)，進行離線分析處理，特別是波形處理，波形需要平滑，這里程序中可以采用不同種濾波方法，如一階滯后濾波法、巴斯沃通濾波法等。得到不同模式下的圖形圖像并保存。

最后，利用報表系統(tǒng)模塊把實驗測得的油動機參數(shù)和圖形圖像分別導入已有的模板報表中，得到完整的實驗報告。模版報表根據(jù)設(shè)計為excel報表，方便打印及在其他電腦設(shè)備上的保存查閱。最后，打印生成報告。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。