摘要:本文介紹了
直動(dòng)式液壓系統(tǒng)的組成和特點(diǎn),并將直動(dòng)式液壓系統(tǒng)運(yùn)用于汽輪機(jī)純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造,闡述了汽輪機(jī)直動(dòng)式改造原理和方法,通過(guò)改造實(shí)踐說(shuō)明了直動(dòng)式液壓伺服系統(tǒng)改造方案可行性和*性。
1、前言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)電廠供電品質(zhì)及發(fā)電成本提出了更高的要求,*的數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)可靈活組態(tài)各種控制策略,汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)已在汽輪機(jī)上得到廣泛應(yīng)用,EH油系統(tǒng)作為汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)的重要組成部分,完成DEH指令信號(hào)到汽輪機(jī)閥門動(dòng)作的轉(zhuǎn)換,它的穩(wěn)定性和汽輪機(jī)的安全運(yùn)行息息相關(guān)。老機(jī)組原純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)在可控性和控制功能方面已不能滿足機(jī)組協(xié)調(diào)控制(CCS)和電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)等要求,且還存在著調(diào)節(jié)系統(tǒng)部套易卡澀、遲緩率大、調(diào)節(jié)品質(zhì)差、不能實(shí)現(xiàn)閥門管理等等缺點(diǎn)。因此老機(jī)組液壓系統(tǒng)改造勢(shì)在必行。
2、液壓系統(tǒng)問(wèn)題分析
常州金壇電廠1臺(tái)C12MW供熱凝汽機(jī)組原系統(tǒng)為純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。存在抽汽投入困難,抽汽和功率調(diào)節(jié)相互干擾大,調(diào)門晃動(dòng),抽汽波動(dòng)大,調(diào)節(jié)品質(zhì)差,主油泵與高壓電動(dòng)油泵切換時(shí),油壓變化也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)等問(wèn)題。
數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)與傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)相比,純液壓系統(tǒng)主要存在問(wèn)題:
1.采用手動(dòng)同步器加減負(fù)荷難于實(shí)現(xiàn)CCS協(xié)調(diào)控制和AGC控制;
2.液壓調(diào)節(jié)器(滑閥或蝶閥放大器),不能滿足定功率的要求。易卡澀、遲緩率大、調(diào)節(jié)品質(zhì)差;
3.低壓油動(dòng)機(jī),體積大、關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)、甩負(fù)荷易超速,不安全;
4.杠桿或凸輪配汽機(jī)械,不能實(shí)現(xiàn)單/多閥方式,閥門重疊度大,進(jìn)汽節(jié)流損失大,效率低;
5.保護(hù)系統(tǒng)不完善,可性差;
6.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)欠缺,自動(dòng)化水平低,運(yùn)行、維持不方便。
為了解決目前機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)問(wèn)題,同時(shí)提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和自動(dòng)化水平,必須對(duì)該汽機(jī)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。
3、直動(dòng)式伺服液壓系統(tǒng)方案
3.1改造方案選擇
液調(diào)改電調(diào)基本改造方案可歸納為三種
1)從液壓控制器的某一中間環(huán)節(jié)引入電液放大器,以實(shí)現(xiàn)與算機(jī)控制器接口,實(shí)現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液放大器型純電調(diào)。其液壓系統(tǒng)可以完整保留,作為備用。
2)將油動(dòng)機(jī)改造為電液油動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制器接口,實(shí)現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液油動(dòng)機(jī)型純電調(diào),油動(dòng)機(jī)前各環(huán)節(jié)可以拆除,不再保留液壓備用。
3)高壓抗燃油純電調(diào),原有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)全部拆除,液壓執(zhí)行系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)。
前兩種方案部分保留了原液壓系統(tǒng),是原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造而成的全電調(diào),都是低壓透平油純電調(diào)。第三種方案是一種全新設(shè)計(jì),與原系統(tǒng)已無(wú)關(guān)系。
改造效果與改造方案的設(shè)計(jì)關(guān)系很大。低壓透平油電液伺服系統(tǒng)控制精度和動(dòng)態(tài)特性均比不上高壓抗燃油系統(tǒng),且系統(tǒng)耗流量大。高壓抗燃油系統(tǒng)采用獨(dú)立油站,電液油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,定位,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,調(diào)節(jié)品質(zhì)好,抗燃油系統(tǒng)主要用于大型機(jī)組。
抗燃油是一種化學(xué)合成的三芳基磷酸脂液體。具有輕微毒性,不會(huì)自行分解,對(duì)環(huán)境有危害,廢液不能簡(jiǎn)單掩埋,必需送交生產(chǎn)廠集中處理。在使用過(guò)程中高溫環(huán)境會(huì)加速它的劣化,造成酸值升高和固體顆粒物的增多。酸值升高會(huì)對(duì)液壓部件產(chǎn)生腐蝕,顆粒污染會(huì)使液壓部件卡澀和磨損,因此抗燃油系統(tǒng)需要復(fù)雜的再生裝置,而且抗燃油平均兩年需更換,成本高。
抗燃油系統(tǒng)一般采用噴嘴擋板的伺服閥,抗污染能力不及低壓透平油系統(tǒng)。
由于抗燃油的以上缺點(diǎn),特別是對(duì)環(huán)境造成的污染,所以國(guó)外汽輪機(jī)廠也提供采用透平油作為介質(zhì)的純電調(diào)系統(tǒng),如日本日立600MW以下機(jī)組均采用透平油純電調(diào)控制方案。
綜合低壓透平和高壓抗燃油的優(yōu)缺點(diǎn),采用高壓直動(dòng)式液壓系統(tǒng)方案。直動(dòng)式吸收了抗燃油系統(tǒng)的控制特性好的特點(diǎn),同時(shí)在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),采用防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用直動(dòng)式電液伺服閥,抗污染能力能力大大增強(qiáng),采用抗磨液壓油,抗磨液壓油的液壓性能遠(yuǎn)優(yōu)于抗燃油,可提高液壓系統(tǒng)的靈敏度,防止卡澀,減少零件磨損,延長(zhǎng)液壓系統(tǒng)壽命,減少了再生設(shè)備,減少運(yùn)行維護(hù)的工作量,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,成本大大降低。
3.2直動(dòng)式油動(dòng)機(jī)方案介紹
直動(dòng)式伺服調(diào)節(jié)器系統(tǒng)主要包括供油裝置、伺服油動(dòng)機(jī)、隔膜閥(可選配)以及管路附件等液壓部套組成。
供油裝置設(shè)有蓄能器、在線試驗(yàn)油泵聯(lián)鎖功能、冷卻、加熱、過(guò)濾作用,主、備泵冗余設(shè)計(jì)。為直動(dòng)式伺服調(diào)節(jié)器提供動(dòng)力源。供油裝置液壓原理圖,見(jiàn)下圖。
圖1直動(dòng)式供油裝置原理圖
圖2直動(dòng)式供油裝置
伺服油動(dòng)機(jī)采用46#抗磨液壓油為工作介質(zhì),額定工作壓力為14MPa,采用兩種控制方式,即正常調(diào)節(jié)控制和快動(dòng)作控制,兩者間相互并聯(lián),實(shí)際工作時(shí)是互鎖的,可通過(guò)控制完成,同時(shí)伺服油動(dòng)機(jī)配有快關(guān)電磁閥,直動(dòng)式伺服調(diào)節(jié)器油動(dòng)機(jī)原理圖,見(jiàn)下圖:
圖3直動(dòng)式伺服油動(dòng)機(jī)原理圖
圖4直動(dòng)式伺服油動(dòng)機(jī)
安全部分。安全組件把高壓透平油系統(tǒng)與低壓透平油系統(tǒng)分開,通過(guò)兩壓力油的工作面積不同,從而實(shí)現(xiàn)低壓油控制高壓的功能。本系統(tǒng)中隔膜閥的作用是以低壓安全油控制高壓OPC油壓的液壓元件。
4、直動(dòng)式伺服系統(tǒng)改造方案實(shí)現(xiàn)
金壇C12MW抽凝機(jī)組,主要調(diào)節(jié)設(shè)備高調(diào)門為體板式結(jié)構(gòu),抽汽門為旋轉(zhuǎn)隔板結(jié)構(gòu),分別用一套油動(dòng)機(jī)控制。改造后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓部分采用直動(dòng)式伺服液壓系統(tǒng),電控軟件和硬件部分采用南京科遠(yuǎn)較為*的DEH-NK汽輪機(jī)數(shù)字式電液綜合控制系統(tǒng)。改造系統(tǒng)原理圖見(jiàn)下圖,各部分實(shí)現(xiàn)如下。
圖5改造后的直動(dòng)式伺服液壓系統(tǒng)示意圖
4.1液壓伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
直動(dòng)式系統(tǒng)本身自成一體,直接去掉原高調(diào)門錯(cuò)油門和油動(dòng)機(jī)、低抽門錯(cuò)油門和油動(dòng)機(jī),及相應(yīng)液壓機(jī)械反饋部件,代替以兩套集成化很高的直動(dòng)式伺服油動(dòng)機(jī)組件分別實(shí)現(xiàn)高、低壓調(diào)門的控制。配置獨(dú)立供油裝置及其附件,蓄能器組件等,保證控制油的清潔無(wú)污染,提供穩(wěn)定的控制油壓。油動(dòng)機(jī)通過(guò)自身位移反饋完成調(diào)節(jié)過(guò)程。伺服原理框圖見(jiàn)如下所示。
圖6伺服原理框圖
開調(diào)門或加負(fù)荷:DEH給定一開調(diào)門或加負(fù)荷指令,VPC經(jīng)運(yùn)算比較后輸出一負(fù)偏值電壓△X,并作用在伺服閥上,伺服閥動(dòng)作,從而驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)動(dòng)作并往上開啟調(diào)門。此調(diào)門位移經(jīng)油動(dòng)機(jī)LVDT反饋回DEH進(jìn)行比較運(yùn)算,直至其偏值電壓△X為零后,調(diào)門便停止移動(dòng),并停留在一個(gè)新的工作位置上。關(guān)調(diào)門或減負(fù)荷:作用過(guò)程與上相反。
圖7調(diào)門油動(dòng)機(jī)配置
去掉純液壓調(diào)節(jié)回路中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)同步器和抽汽調(diào)壓器,通過(guò)DEH-NK控制系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)相關(guān)轉(zhuǎn)速和抽汽壓力邏輯控制功能。
4.2保安系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
4.2.1保護(hù)回路:
1)調(diào)門遠(yuǎn)方電氣保護(hù)回路。伺服油動(dòng)機(jī)均配有快關(guān)電磁閥OPC。實(shí)現(xiàn)調(diào)門遠(yuǎn)方關(guān)閉功能。
2)調(diào)門液壓、電氣雙回路聯(lián)鎖關(guān)閉功能。直動(dòng)式系統(tǒng)配置隔膜閥安全組件,把低壓安全油接入至隔膜閥低壓油口,隔膜閥高壓油口接入兩油動(dòng)機(jī)的OPC油口。在安全油泄掉時(shí)聯(lián)鎖迅速關(guān)閉調(diào)門。在本系統(tǒng)中作為一道和電氣保護(hù)系統(tǒng)并存的液壓聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。
3)機(jī)組遠(yuǎn)方停機(jī)功能。安全油路配置有冗余的遮斷電磁閥AST。
4.2.2保護(hù)功能
1)轉(zhuǎn)速103%超速或甩負(fù)荷保護(hù),通過(guò)快關(guān)電磁閥快關(guān)調(diào)門,維持機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速3000rpm穩(wěn)定運(yùn)行。
2)ETS發(fā)出停機(jī)指令或電超速保護(hù)(轉(zhuǎn)速超過(guò)110%額定轉(zhuǎn)速)停機(jī),AST電磁閥動(dòng)作,關(guān)閉主汽門,同時(shí)聯(lián)動(dòng)關(guān)調(diào)門,機(jī)組停機(jī)。
3)機(jī)械超速,機(jī)組危急遮斷裝置動(dòng)作,泄安全油,迅速關(guān)閉主汽門,機(jī)組停機(jī)。
當(dāng)機(jī)組打閘或AST電磁閥動(dòng)作時(shí),轉(zhuǎn)速超過(guò)112%額定轉(zhuǎn)速,危機(jī)遮斷器動(dòng)作,泄掉低壓安全油,迅速關(guān)閉主汽門,泄去OPC油壓,調(diào)門伺服油動(dòng)機(jī)快關(guān),機(jī)組停機(jī)。
4)就地手動(dòng)打閘,泄掉低壓安全油,迅速關(guān)閉主汽門,泄去OPC油壓,調(diào)門伺服油動(dòng)機(jī)快關(guān),機(jī)組停機(jī)。
5、系統(tǒng)安裝聯(lián)調(diào)測(cè)試情況
5.1現(xiàn)場(chǎng)安裝、施工
直動(dòng)式液壓系統(tǒng)自成一體,改造改動(dòng)量比較小,現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)施工時(shí)間短。改造前未停機(jī)情況下,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原油動(dòng)機(jī)工作參數(shù),確定直動(dòng)式油動(dòng)機(jī)參數(shù)(如:行程、缸徑、安裝尺寸及連接尺寸等),直動(dòng)式系統(tǒng)生產(chǎn)、測(cè)試后,再現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施改造。現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)施工時(shí)間4天,改造周期短。
5.2性能試驗(yàn)
?。?)改造后液壓系統(tǒng),當(dāng)機(jī)柜失電或電液轉(zhuǎn)換器斷電或電纜損壞或緊急停機(jī)時(shí),伺服閥芯會(huì)自動(dòng)回復(fù)到中位使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。
?。?)節(jié)能設(shè)計(jì)
使其穩(wěn)定靜態(tài)耗油量接近0,只有開啟過(guò)程所須的工作耗油,使油動(dòng)機(jī)耗油量減到zui小。系統(tǒng)平均油耗小于1L/min。因此油溫升高很少,采用蓄能器結(jié)構(gòu)減少了,快速調(diào)節(jié)和保護(hù)動(dòng)作時(shí)油壓沖擊。
(3)保護(hù)系統(tǒng)的安全性。
采用油路隔膜閥和電氣兩套調(diào)門保護(hù)回路,安全性更高。
5.3改造效果
機(jī)組改造后,一次啟動(dòng)成功,所有功能均一次成功投入。投運(yùn)至今,系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定。改造后的系統(tǒng)*解決了以前系統(tǒng)存在的問(wèn)題。
?。?)轉(zhuǎn)速控制
轉(zhuǎn)速控制范圍擴(kuò)大,原系統(tǒng)2800rpm以下通過(guò)旁路門就地手動(dòng)控制升速,改造后轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)了0~3000rpm全范圍連續(xù)可調(diào)。轉(zhuǎn)速控制精度±1rpm;直動(dòng)式液壓系統(tǒng)和原液壓系統(tǒng)*獨(dú)立根本解決了主油泵與高壓電動(dòng)油泵切換時(shí),油壓波動(dòng),導(dǎo)致調(diào)門晃動(dòng),轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題。
轉(zhuǎn)速控制
伺服系統(tǒng)閥位跟蹤控制曲線
?。?)更換直動(dòng)式伺服油動(dòng)機(jī),客服了原液壓系統(tǒng)的缺陷,采用高壓設(shè)計(jì)的,油源壓力為14MPa,使控制系統(tǒng)的性能達(dá)到高壓抗燃油系統(tǒng)的水平,調(diào)門跟隨迅速、平穩(wěn)。閥門控制精度1‰。
?。?)負(fù)荷控制、抽汽控制均實(shí)現(xiàn)了手/自動(dòng)無(wú)擾切換。負(fù)荷控制精度,抽汽投入平穩(wěn),實(shí)現(xiàn)功率、抽汽的軟件解耦控制,度高,且參數(shù)實(shí)現(xiàn)*靜態(tài)自整。
6、結(jié)論
直動(dòng)式液壓系統(tǒng)為作為高壓系統(tǒng),擁有和高壓抗燃油系統(tǒng)的相同的控制精度,具有環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn),系統(tǒng)簡(jiǎn)單,可靠性高,抗污染能力強(qiáng),封閉的油源系統(tǒng),保證可靠的清潔度,無(wú)環(huán)境污染問(wèn)題。相對(duì)抗燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本很低、維護(hù)方便。改造周期短,不受原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性和缺陷的影響??梢宰鳛橹行C(jī)組改造很好的選擇。