VariStroke-I 在乙烯裝置壓縮機上的應用

2020-09-24 07:31:06高大勇

設備管理與維修 2020年16期

高大勇

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

美國伍德沃德（WOODWORD）公司生產的電液轉換器VariStroke-I 主要用于蒸汽透平調速控制的電/液轉換，對蒸汽透平轉速控制的平穩與否起著重要作用。大慶石化乙烯裝置目前共有大型機組9 臺，其中老區30 萬噸乙烯裝置裂解氣壓縮機EC-301 機組和新建60 萬噸乙烯裝置丙烯機EC-3351 機組調速閥和抽氣閥均使用VariStroke-I 系列電液轉換器。

1 VariStroke-I 電液轉換器簡介及原理

1.1 簡介及構成

VariStroke-I 系列電液轉換器是伍德沃德公司最新一代產品[1]，是一種線性電液執行器，采用雙作用或彈簧輔助液壓動力缸集成電驅單元、伺服閥和冗余MLDTs（磁致伸縮線性位移傳感器），基于位置反饋傳感器精確地控制汽輪機閥門。該執行器的驅動模塊接收一路或兩路（冗余）4～20 mA 設定值并與行程位置信號進行比較以精確地控制輸出軸位。

VariStroke-I 系列電液轉換器由以下4 部分組成：液壓動力缸；旋轉伺服閥；反饋傳感器，為MLDT（Magnetostrictive Linear Displacement Transducer，磁致伸縮線性位移轉換器），用于動力缸位置控制；集成電子驅動單元（Printed Circuit Board，PCB）。

1.2 動作原理

該產品由一個數字控制器驅動一個旋轉伺服閥[2]，閥口連接油缸進而控制輸出軸位。伺服閥有4 個油口：一個供油口，兩個控制油口，一個回油口。當液壓閥芯處于其中間位置時，所有的端口被封閉。當閥旋轉時，供油口接通到一個控制端口，同時回油口接通到另一個控制端口。伺服位置控制和液壓缸位置控制的共同作用調節動力活塞位置以達到控制需求。另外，伺服部分還附帶一個OVBD（Over Board Drain）口，該端口與回油口一直接通，作為可選項，它可以接到液壓缸的OVBD 端口上，以導出第一重軸封可能滲出的漏油。該控制架構不僅能夠實現正常工況下穩定可靠的位置控制，同時還能實現瞬變工況下的快速階躍響應。執行器的輸出力是通過油壓進入雙作用油缸實現的。內部帶彈簧的執行器輸出力則是油壓和彈簧力共同作用實現的。內部帶彈簧的執行器工作方式與雙作用執行器一樣，只是其內部多了一個輔助彈簧，彈簧能安裝在活塞的上側或下側，輔助彈簧力用于作用油缸使其

移動至安全位置，對應每一種缸徑都至少有3 種不同作用力彈簧可選，26.667 cm（8 寸）和33.333 cm（10 寸）缸徑則有4 種彈簧可選，其作用力分別相當于500 psi 下輸出力的約1.5%、2.5%、5.5%和10.5%。為了保護透平系統，伺服閥部分內還設置了一個閥芯旋轉回位彈簧，它能在任何內部故障（電源故障、位置傳感器故障、處理器故障等）發生時迫使油缸回到安全位置。油缸內部也集成了輔助彈簧的產品，這樣能在失掉油壓的情況下繼續關閉油缸并保持在安全位置。

2 VariStroke-I 電液轉換器優點

（1）污垢耐性[1]。VariStroke-I 執行器是專為潤滑油也作為控制油壓的蒸汽透平應用而設計的。透平應用中，壓力油中的污垢、金屬碎屑、水分以及其他雜質（軸襯的巴氏合金、氨等）對于執行機構來說是最具挑戰的。也是由于透平的高溫，透平油分解也很常見，進而導致產生污泥狀的物質和系統內部漆面脫落。然而，VariStroke-I 執行器就是為在這樣具有挑戰性的環境下可靠運行而設計的。它的耐腐蝕材料，單一旋轉閥芯，高達222 N（50 磅）的剪切力和自潔出口設計允許它在這樣的應用中不會遇到不良的粘滯或拖延。

圖1 VariStroke-I 內部結構

圖2 VariStroke-I 液壓結構

（2）開度線性校準[1]。由于單一提板進汽閥門的進汽流量一般都是非線性的，透平控制必須去擬合由此產生的不穩定或遲滯點，使進汽流量趨于線性，作為一種可選的優化方式，VariStroke-I 可提供一個11 個點組成的線性化表，OEM（Original Equipment Manufacturer，定點生產）渦輪廠商或用戶可以通過設置此數字線性化表去優化閥位與進汽流量的對應關系。

（3）耐受側向應力[1]。執行器驅動的提升閥一般是呈弧線動作的，由于側向應力的存在，執行器另一個常見的問題就是長時期帶側向力運行導致的輸出軸封漏油。VS-I 執行器為此設計了三重高力精密軸封技術以解決此問題，該結構能夠長期負荷10%的側向輸出力而不產生漏油。經過上百萬次的動作實驗，驗證了此結構的可靠性。