汽輪機用低噪聲變速恒壓調速系統

許 濤，王 晗，李典來，周 琴，周云瑞

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

調速器影響到汽輪發電機組的運行穩定性以及安全可靠性，是汽輪發電機組的重要組成部分。低噪聲變速恒壓調速系統主要包括高壓油動機、液壓油站、伺服電機、伺服控制箱、蓄能器和測量儀表等。其中，液壓油站作為高壓油動機的供

2.1 油箱

根據油箱容積的經驗公式：

式中：a為經驗系數；qv為泵的額定流量，L/min。

為保證油液在油箱的滯留時間最少8 min以上，這里選擇經驗系數a為10，泵的流量為7 L/min。油站容積V＝70 L；油箱總容積V總＝82.35 L。因此，選取油箱設計的總容積為125 L[3-4]。

2.2 電動油泵

油站油泵采用伊頓公司PVQ系列產品，型號為：PVQ10。油泵參數如表1所示。

表1 油泵型號及排量、額定轉速和壓力額定值

2.3 伺服電機和伺服控制箱

采用菲仕AxN系列伺服電機和伺服驅動器，如圖3所示。

圖3 伺服電機和伺服驅動器

伺服驅動器的主要特點為：

1）采用高精度的驅動器扭矩補償技術，大大降低大扭矩低速電機的扭矩波動，2 r/min速度下扭矩波動±1%。

2）多驅動器PWM同步技術配合分瓣式直驅電機設計，形成完美的控制匹配。

3）支持超高精度的編碼器，采用位置和速度雙環并聯設計，完美的完成高精度的位置和速度控制。

4）可適用CANopen、EtherCA和Modbus等多種現場總線EtherCAT和CANOpen總線[1-2]。

作為伺服電機調速系統的核心，通過模擬命令輸入的方式控制伺服電機，伺服電機驅動器的速度命令輸入范圍為-10～10 V，代表-n～nr/min的轉速命令。伺服驅動器通過編碼器采集伺服電機轉速以及壓力傳感器采集調節油壓，并根據編碼器和壓力傳感器反饋回來的伺服電機轉速與油壓數據進行分析，采用模糊PID算法控制，驅動伺服電機，提高伺服電機轉速跟蹤和動態適應能力，并通過控制伺服電機的轉速以保持液壓油站油壓恒定。

在調節系統調節油壓的控制策略方面，將PID控制和模糊控制方法結合起來，構成互補、兼有這兩種控制優點的模糊—PID控制策略，如圖4所示。通過開關函數根據轉速誤差在穩態的PI控制模塊和瞬態的自適應模糊PID控制模塊之間靈活切換。模糊—PID控制策略使得伺服電機在各種條件下的轉速響應、穩態誤差和超/欠調量等均有較大改善，使其具有更好的魯棒性、抗干擾性和動態適應能力[5-6]。

圖4 模糊—PID控制策略

伺服電機的上位機界面主窗口主要包括了用戶界面窗口、目錄窗口、連接狀態窗口、輸出窗口、監控窗口等，可實時監測伺服電機的工作狀態和電機自身特性。可直觀友好的展示設備信息和參數配置信息，方便用戶對設備進行全面的操作。上位機界面主窗口如圖5所示。

圖5 上位機界面主窗口

2.4 蓄能器

蓄能器的作用是當油動機調節時，由高壓蓄能器瞬間提供油動機的供油；蓄能器也能吸收管路油壓脈沖，使系統油壓保持穩定。

蓄能器滿足系統從泵聯鎖階段保持壓力30 s系統不停機，調門快速動作時的輔助動力源并消除系統的震動。

系統泵連鎖報警P連鎖＝12 MPa，系統低停機信號P低低＝10 MPa，蓄能器充氮壓力P氮＝9.1 MPa，Q耗＝3.44 L/min，V1＝1.72 L，V蓄能器min＝V1/(P氮/P低低－P氮/P連鎖)＝11.3 L。故選用16 L蓄能器。

3 結論

本系統通過采用變速恒壓的高壓電液調速方式，實現了高效的低噪聲和節能效果，同時進一步提升了調速系統的調節精度和快速性，獲得了更優異的靜、動態調速特性，從而進一步提升了汽輪發電機組的運行穩定性和安全可靠性。