機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)及電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理和應(yīng)用分析

宋貴森

[摘要]本文以某汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，闡述了機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)及電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理，比較了二者系統(tǒng)的性能，并結(jié)合山西某發(fā)電廠3#汽輪機(jī)，探討調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

[關(guān)鍵詞]汽輪機(jī);調(diào)節(jié)系統(tǒng);原理;應(yīng)用

1、機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在生產(chǎn)實踐中，往往對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所采用的元件加以改進(jìn)，下面以哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的100MW汽輪機(jī)的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例來說明機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理。如圖1.

圖1 機(jī)械 液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖

當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高時，離心式調(diào)諫器的飛錘向外飛出，彈性鋼帶發(fā)生變形，使擋板向右側(cè)移動。加大了隨動滑閥的噴嘴的排油間隙s。壓力油經(jīng)節(jié)流孔板f1和f2進(jìn)入隨動滑閥的右側(cè)油室，并從這里經(jīng)排油間隙s排向回油。排油間隙s加大后，噴嘴的排油面積加大，隨動滑閥活塞右側(cè)油室中的油壓Pm降低，在油壓差的推動下，隨動滑閥就向右移動。隨動滑閥的位移，通過杠桿的傳動帶動分配滑閥向右移動，增大了分配滑閥上的排油口A的面積。壓力油從反饋油口上的油口B和油動機(jī)滑閥上的油口c進(jìn)入脈動油路，然后由排油口A排出。排油口A面積的增大，使脈動油壓Px降低。脈動油壓Px作用油動機(jī)滑閥底部，與其頂部的壓力油壓力相平衡，脈動油壓Px的降低，使油動機(jī)滑閥上下的油壓發(fā)生不平衡，由于頂部的壓力油壓力大于底部的脈動油壓力，壓力差推動油動機(jī)滑閥向下移動。油動機(jī)滑閥的位移使油動機(jī)活塞上腔經(jīng)常閉油口a與壓力油接通，而下腔則經(jīng)油口b與回油相通，因此使油動機(jī)活塞在上下壓差的作用下向下移動，使反饋滑閥向右移動，開大了反饋滑閥上的進(jìn)油口B，增大了進(jìn)入脈動油路的油量，使油壓Px上升，使油動機(jī)滑閥又向上移動。當(dāng)最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，油動機(jī)滑閥仍回到原來位置，將油口 a和b完全蓋住，油動機(jī)就不再繼續(xù)運(yùn)動了。圖中的油口B起到局部反饋的作用。當(dāng)油壓Px下降而使錯油門向下移動時，油口B開大，使油壓Px回升，從而限制了錯油門的行程，使整個調(diào)節(jié)過程比較平穩(wěn)。與油動機(jī)滑閥一樣，在調(diào)節(jié)過程終了時，油口B恢復(fù)到原來的位置。

轉(zhuǎn)速下降時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用原理不變，但各元件的動作相反。

2、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

隨著電子工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以滿足調(diào)節(jié)精度和電廠綜合自動化的要求，而電子技術(shù)尤其是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能提供了技術(shù)支持，帶動了電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，目前已取代了機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)而占據(jù)了主導(dǎo)地位。

所謂電液調(diào)速系統(tǒng)是指采用電子元器件作為測量、運(yùn)算和校正元件，而以液壓機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。由于電子元器件有運(yùn)算、校正方便的特點，而液壓元件又具有功率大、速度快的優(yōu)點，因此結(jié)合兩者的長處，就能設(shè)計出高性能的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以采取不同的調(diào)節(jié)規(guī)律。

最簡單的一種調(diào)節(jié)規(guī)律是和機(jī)械液壓調(diào)節(jié)相同的純轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見圖2），汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的測量由電子測速元件來完成，它把汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換成為與之相對應(yīng)的電壓un的變化，轉(zhuǎn)速升高，電壓信號un也升高，un經(jīng)放大后通過電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成位移，un越大，油口A的開度也越大。這一系統(tǒng)的錯油門和油動機(jī)部分與圖1所示的完全相同，因此可知，油口A開大后，將使油壓px降低，油動機(jī)下移，關(guān)小調(diào)節(jié)閥。由分析可知，除了所采用的元件不同外，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用原理和一般的機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)并沒有區(qū)別，但響應(yīng)速度和靈敏度要優(yōu)于機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

圖4-2 電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理

由于電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信號計算和校正便于實現(xiàn)，所以可以采用比機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)更復(fù)雜的調(diào)節(jié)規(guī)律實踐中常用的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)除上面所說的純轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)外，還有功率一頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于大型汽輪機(jī)及水輪機(jī)上。

3、兩種系統(tǒng)性能比較

與機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)有更多的優(yōu)點：

1）電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（以下簡稱電調(diào)）靈敏度高，調(diào)節(jié)速度快，精度高，機(jī)組甩負(fù)荷時轉(zhuǎn)速過調(diào)量小;2）電調(diào)易于實現(xiàn)各種信號綜合調(diào)節(jié)作用，有利于實現(xiàn)全電廠及電力系統(tǒng)綜合自動調(diào)節(jié)等;3）電調(diào)便于為改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)而加校正控制部件，改變調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)也極為方便;4）以數(shù)字計算機(jī)作為主控部件的數(shù)字電液（DEH）調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以實現(xiàn)在線監(jiān)測、信號冗余、計算機(jī)冗余、在線維修等旨在提高系統(tǒng)可靠性的先進(jìn)技術(shù)，目前最先進(jìn)的DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)其平均無故障時間（MTBF）已達(dá)6萬h。

4、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用

山西某發(fā)電廠3#汽輪機(jī)控制系統(tǒng)包括500MW汽輪機(jī)數(shù)字電調(diào)（DEH）和16MW汽泵電調(diào)（MEH）的控制系統(tǒng)兩部分。電調(diào)控制系統(tǒng)包含了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)和計算功能。電調(diào)控制回路可以和其它控制系統(tǒng)單元控制室的操作員站相連接。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)功能通過各個調(diào)節(jié)回路保證機(jī)組基本物理量（轉(zhuǎn)速、主蒸汽壓力、電負(fù)荷）的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以手動控制調(diào)節(jié)閥和截止閥。在運(yùn)行期間，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)功能可完成測量、估算和轉(zhuǎn)速顯示，還可進(jìn)行高中壓熱應(yīng)力計算，回路最后將控制信號送入高壓液壓系統(tǒng)。

3#機(jī)TCS系統(tǒng)的主控制器采用西門子SIMADYN D，配備一臺WINCC操作員站組成。汽輪機(jī)電調(diào)和汽動給水泵各用一套SIMADYND，其中汽輪機(jī)電調(diào)有冗余功能，為了降低造價，電調(diào)系統(tǒng)中對速度要求不高的信號接入SIMADYN D擴(kuò)展的ET200遠(yuǎn)程I/O中。TCS系統(tǒng)通過Profibus與ABB集散系統(tǒng)連接。采用了標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，可以方便地與管理網(wǎng)以高速率傳送實時和歷史數(shù)據(jù)，以及實時的過程操作畫面。

過程操作人員可以通過操作站調(diào)出過程顯示畫面，觀察過程回路參數(shù)狀態(tài)，實時趨勢，歷史趨勢和報警情況，實現(xiàn)過程回路操作和參數(shù)調(diào)整。過程工程師可以通過操作站調(diào)出過程組態(tài)畫面進(jìn)行控制方案組態(tài)，過程流程圖組態(tài)，趨勢畫面組態(tài)和各種報表組態(tài)。軟件工程師通過操作站系統(tǒng)提供應(yīng)用軟件包來開發(fā)軟件，提供與其它網(wǎng)絡(luò)的接口功能，也可用C語言開發(fā)用戶應(yīng)用程序。系統(tǒng)維護(hù)工程師可以通過操作站監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并可對系統(tǒng)進(jìn)行診斷。每臺操作站處理機(jī)配有獨立的硬盤和鍵盤，放置本身操作系統(tǒng)軟件和流程畫面，可獨立對系統(tǒng)進(jìn)行實時操作和顯示。