摘要：介绍陕西省石头河水库坝后水电站应用的强驱动、力反馈式水轮机调速器的组成特点和运行效果，着重介绍该型调速器电液随动系统采用的新颖关键组成部分—强驱动、力反馈集成式电液主配压阀。
关键词：水轮机 调速器 电液随动系统 集成式电液主配压阀
１概述
石头河坝后电站装机四台，４号机配备西安启元自控技术研究所研制的ＱＹＤＴ／１００００型调速器；１、２、３号机原配备ＣＴ／４０型调速器，２０００年起由该所先后对３号和１号机调速器进行改造。这三台调速器的整体均属“电子调节器＋电液随动系统”类型，其中电子调节器３号和４号机为数字模拟混合型，１号机为ＰＣＣ（可编程计算机控制器）型；电液随动系统均为强驱动、力反馈集成式。
三台调速器突出的特点是采用了新型强驱动、力反馈集成式电液主配压阀，大大简化了电液随动控制系统的，有效地提高了系统的随动精度、反应速度和工作的可靠性，为水轮机调速器整机性能指标的进一步提高奠定了优良的基础。
该随动系统是一种新式辅助接力器型电液随动系统。它不仅具有传统的辅助接力器型电液随动系统可以取消中间接力器型随动系统中必设的主接力器的机械反馈机构、消除或减小其机械反馈机构的刚度和主配压阀的死区对控制精度所产生的不利影响等优点，而且由于所采用的强驱动、力反馈集成式电液主配压阀是集电—机转换器、液压先导级、辅助接力器、主配压阀和事故停机机构于一体的电液集成块，替代了传统系统中多个分散布置的元件和机构，因而在系统的上更加简单、合理；同时由于该系统的中间环节较少，各环节给系统造成的误差就更小，信号传递所需的时间就更短，故障率也就更低，因而系统的随动精度、反应速度和工作可靠性更高。具有广泛的推广应用前景。
２电液随动系统
电液随动系统框图如图１所示。
由图可见，这是一种非常简单的电液随动系统，它将由调节器输入的电气指令信号精确地转换为主接力器的机械位移输出。其中关键的组成部分是强驱动、力反馈集成式电液主配压阀，以下予以重点介绍。
３强驱动、力反馈集成式电液主配压阀
强驱动、力反馈集成式电液主配压阀伺服部分的原理框图如图２所示。在图中，摆动电机将从驱动放大器输入的功率驱动信号转变为相应的力去驱动先导阀；先导阀在该力作用下输出流量，使辅助接力器产生位移；辅助接力器的位移一方面使主配压阀输出流量，去推动主接力器，另一方面通过位移——力变换器将其位移变换为力，反馈给先导阀，促使先导阀复中；稳定后先导阀所受辅助接力器的反馈力与摆动电机的驱动力大小相等、方向相反，从而处于中位，辅助接力器及主配压阀则处于与驱动力成正比的位移位置。在这个过程中，先导阀的位移量实际上很小，因而可以应用输出位移虽然不大但输出力却很大的电——机转换器，如摆动电机、比例电磁铁、步进电机等，以产生很强的驱动力，进一步提高其抗油污能力；而辅助接力器及主配压阀的位移量并不受先导阀位移量的限制，可以在相当大的范围内根据需要进行设计：因为在同样的驱动力下辅助接力器及主
配压阀所对应的位移量与反馈弹簧的刚度有关，刚度大位移量小，刚度小则位移量大。因而该方案具有宽广的适用范围。下面结合图３较详细地介绍该方案的基本和工作原理。图３是强驱动、力反馈集成式电液主配压阀的原理图。图中，主配压阀及其与辅助接力器的连接、开机时间及关机时间的调整机构等都是常规的，不再赘述。
核心部分的基本是：摆动电机（其本体部分未在图中示出）的偏心输出轴通过滚动轴承、连接件、轴销与先导阀阀芯的上端连接；先导阀的输出油路通辅助接力器的上腔；辅助接力器活塞的上部同心的装有位移——力变换器；位移——力变换器由反馈弹簧、上弹簧座、下弹簧座和反馈杆组成，反馈杆的上端与先导阀阀芯的下端固接。
核心部分的工作原理是：摆动电机在功率驱动信号的作用下产生相应的角位移，通过其偏心输出轴、滚动轴承、连接件、轴销使先导阀阀芯产生对应的轴向直线位移，例如摆动电机在视图的顺时针方向上产生角位移，那么先导阀阀芯则产生向下的直线位移，先导阀阀芯的控制阀盘上沿开启，将辅助接力器的上腔与回油接通，辅助接力器活塞在主配压阀阀芯向上作用力的推动下产生向上的位移，位移——力变换器的上弹簧座与内螺套分离，反馈弹簧的压缩力即通过反馈杆反馈给先导阀阀芯，该反馈力是向上的，将使先导阀阀芯向中位方向移动，稳定后反馈力与驱动力相等，先导阀阀芯恢复到中位，控制阀盘将阀口关闭，此时辅助接力器活塞及主配压阀阀芯向上的的位移量与先导阀阀芯所受向下的驱动力成正比。
反之，摆动电机在反时针方向上产生角位移——先导阀阀芯向上位移——先导阀阀芯的控制阀盘下沿开启——辅助接力器的上腔与压力油接通——辅助接力器活塞在上腔油压的作用下克服主配压阀阀芯向上的作用力而产生向下的位移——位移—力变换器的下弹簧座与辅助接力器活塞中安装位移—力变换器的腔体下部台阶分离
——反馈弹簧的压缩力通过反馈杆以向下的方向反馈给先导阀阀芯——先导阀阀芯向中位移动——稳定后反馈力与驱动力相等，先导阀阀芯恢复到中位，控制阀盘将阀口关闭，此时辅助接力器活塞及主配压阀阀芯向下的位移量与先导阀阀芯所受向上的驱动力成正比。
由上可见，该具有以下几个特点：
（１）辅助接力器活塞及主配压阀阀芯的位移并由此决定的主配压阀输出流量的大小和方向与摆动电机的输出力的大小和方向一一对应。
（２）先导阀阀芯在工作过程中的位移量很小，而辅助接力器活塞及主配压阀阀芯的位移量却可以很大，这取决于反馈弹簧的刚度，刚度大位移量小，刚度小则位移量大。因此，相同的伺服控制机构可以配备不同的主配压阀。
（３）先导阀阀芯所受驱动力远比阻力大，能够有效地提高伺服系统的伺服精度。
（４）反馈弹簧有一定的预压缩量，用以克服先导阀阀芯在零态时所受的阻力，使该伺服机构在零态时变为直接位置反馈式，从而提高了伺服机构的零态精度，即减小了其零点漂移和滞环。
（５）由于先导阀阀芯在工作过程中的位移量很小，因而可以在不增加电——机转换器功率的前提下大大增强作用于先导阀阀芯的驱动力，从而显著提高了整个伺服系统的抗油污能力；并且，从系统设置来看，它取消了常规系统中在辅助接力器活塞内设置的引导针塞这个中间环节，从而使系统的零点漂移和滞环明显降低，伺服精度、传递速度和可靠性进一步提高。
（６）由于在其液压伺服机构中传递的是力信号，故从摆动电机至先导阀阀芯之间的装配间隙对其伺服精度的影响甚小，因而能放宽有关零部件加工装配及检修的工艺要求，更重要的是能够延长其使用寿命。
（７）采用摆动电机作电——机转换器，它比比例电磁铁的摩擦力和滞环小，比常用的力/力矩马达的功率大，并且可以通过简单的偏心机构方便地获得很强的驱动力；同时，也可以方便地在其伸出外部的轴上安装手操旋钮，以便精细地进行机构调整和手动操作。
（８）反馈弹簧有一定的预压缩量，将会给伺服系统引入较大的死区，需要在摆动电机的驱动放大器中采取合适的补偿措施。
（９）设置有事故停机电磁铁，当电磁铁线圈通电时，其输出杆通过连接件将先导阀阀芯压下，实现事故停机。这与常规配置方式不同，常规方式是单独配置事故停机电磁阀，由于电磁阀在机组正常运行时长期处于不动作的状态，阀芯容易生绣发卡，并且不便于在机组正常运行中进行检查，从而给机组的保护造成隐患。而本配置方式则可以完全消除此类隐患。因为其先导阀阀芯在机组正常运行中是处于经常动作状态的，不存在生绣
问题，即使由于油质严重劣化导致先导阀阀芯阻滞，也能被及时发现——调速器反应迟钝、死区大，从而能够得到及时处理。同时，在其事故停机电磁铁动作时，是以撞击方式作用于先导阀阀芯的，撞击力非常大，即使先导阀阀芯的滞阻故障未来得及消除（但并非卡死——从滞阻到卡死一般要经历较长的时间），也能保证机组可靠停机。又由于事故停机电磁铁对先导阀阀芯作用的行程很短，此时电磁铁的气隙很小，电磁力本身就相当大，更有利于事故停机的实现。因此，这是一种优化的配置方式，从整体上把调速器的可靠性和抗油污能力提高到更新的水平。
（１０）本未设置滤油器。因为其抗油污能力极强，一般的油污染不会导致明显的不良后果，虽然油质严重劣化所产生的胶状粘性物质会导致先导阀阀芯、辅助接力器、主配压阀等发生阻滞甚至粘着故障，但通常设置的滤油器并不能有效地阻挡这样的粘性物质。要预防油中生成粘性物质，必须从选用优质油、精心维护、定期处理等方面加以保证。
４主要技术性能指标试验结果
试验结果见表１所示：
５运行方式及效果
该调速器有自动和手动两种运行方式。自动运行时电子调节器工作，手、自动切换开关置于自动位置；手动运行时手、自动切换开关于置于手动位置或电子调节器退出工作，通过手操旋纽对主接力器进行操作。由于电子调节器具有自动跟踪的功能，两种运行方式相互切换时一般不必附加其它条件，因此操作非常方便。但对大多数小型调速器而言，因为还有一种依靠人力通过手轮进行操作的手动运行方式，当其投入时自动调节将不起任何作用，因而在自动运行时必须将其退出。
就运行效果而言，三台调速器自投运以来从未发生电液主配压阀发卡的问题，证明其可靠性和抗油污能力极高。
４号机调速器在投运之初，由于主配压阀阀芯的搭接量不足，曾出现调速器压油装置打油频繁和液压手动运行时主接力器漂移等现象，后更换了阀芯，解决了问题。
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｓｔｒｉｖｅｄｒｉｖｅ，ｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃ｛ｔｕｒｂｉｎｅ
ｔｏｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｂｅｈｉｎｄｔｈｅＳｈｉｔｏｕｈｅＤａｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｔｈｓｔｒｉｖｅｄｒｉｖｅ，
ｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃ／ｔｕｒｂｉｎｅｂｅｈｉｎｄｔｈｅｄａｍｏｆＳｈｉｔｏｕｈｅＲｅｓｅｒｖｏｉｒａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｉｔｈ
ｔｈｅｅｍｐｈａｓｅｓｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｌｉｑｕｏｒｃｈａｐｅｒｏｎａｇｅｏｆｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｏｒ，ａｎｄｔｈｅｋｅｙｐａｒｔｓ／ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｖａｌｖｅ
ｏｆｓｔｒｉｖｅｄｒｉｖｅ，ｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋｔｙｐｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ／ｔｕｒｂｉｎｅ；ｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｏｒ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｌｉｑｕｏｒｃｈａｐｅｒｏｎａｇｅ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｌｉｑｕｏｒ
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