DEH低压透平油纯电调液压系统.doc

DEH低压透平油纯电调液压系统低压透平油纯电调液压系统1、 概述汽轮机配备DEH数字式控制器，驱动蒸汽阀门的执行机构采用低压透平油（油压1.02.0MPa）作为动力的纯电调系统称为低压透平油纯电调系统。汽轮机DEH低压纯电调系统由电气和EH液压系统两部分组成。电气部分采用DEH数字式控制器，EH液压系统包括供油系统、伺服系统和保安系统等。由于伺服系统执行机构采用低压透平油作为工质，所以这种低压纯电调无论配汽轮机厂新制造的汽轮机，还是老机组汽轮机调节系统的改造，其供油系统、执行机构及保安系统都不需要更改。主要是怎样为油动机配置电液转换器以及一些附属的部件。因此，汽轮机采用低压纯电调，使液压调节部分比较简单，改造方便、成本降低、运行维护简单。所以，这种低压透平油纯电调特别适用于125MW、100MW和50MW等中、小容量的机组使用。低压透平油纯电调系统的电液转换部件，通常采用力矩马达碟阀式电液转换器，或者采用直接驱动式伺服阀，即DDV阀，以适用于不同类型的汽轮机低压透平油系统。低压透平油纯电调系统的主要特点：（1） 调节系统采用DEH数字式控制器，控制器与高压抗燃油纯电调系统基本相同。（2） 油动机采用低压透平油，由机组的供油系统供油，一般油压为1.02.0MPa，不需设置独立的供油装置。（3） 电液转换元件采用力矩马达碟阀式电液转换器，其结构简单、灵敏度高、动态响应性能好,无滑阀卡涩部件，抗油污染性能好，能适应润滑油系统一般清洁度水平，使用安全可靠。（4） 采用DDV阀作为电液转换元件构成的伺服控制系统，定位精确、具有很高的灵敏度和控制精度、动态性能与供油压力无关，但对油质的清洁度要求较高。（5） 油动机及与阀门联接的配汽机构可以保持原来的结构，如杠杆配汽，或凸轮机构配汽。（6） 阀门管理部分：对于一个油动机带一只阀门的机组，如上汽135MW机组的DEH低压纯电调系统，可实现阀门管理功能，包括线性化处理，单/多阀方式，单/多阀切换。而对于一个油动机带2只阀门的机组，如上汽125MW汽轮机，以及一个油动机通过凸轮配汽机构带动4个调节汽阀的机组，如哈汽厂、北重厂的50MW、100MW汽轮机的纯电调系统，只能实现固定模式的单一阀门管理，调节汽阀按原机械设定的顺序逐个开启。用喷嘴调节方式控制机组运行。（7） 系统具有失电保护功能，在DEH失电，电液转换器无电信号输入时，力矩马达力矩为零，电液转换器输出的控制油压跌至最小，使油动机关闭停机，保证机组的安全。（8） 系统采用LVDT油动机位置反馈回路，使伺服系统的迟缓率小，定位精度高，能有效地克服伺服回路内部各种干扰，提高整个系统的稳定性和控制精度。2、采用碟阀式电液转换器的低压透平油纯电调液压系统 汽轮机的类型很多，所采用的调节系统也是各式各样的，下面举2个比较典型的DEH采用力矩马达碟阀式电液转换器的低压透平油纯电调液压系统。2. 1 125MW汽轮机DEH低压透平油纯电调液压系统125MW汽轮机低压透平油纯电调液压系统见图2.1所示。(1) 调节系统主要部套配置 增加DEH-A控制器（包括工程师站，操作员站），取消旋转阻尼、放大器、同步器、油压转换器等，将调节系统改用计算机控制。 增加4只电液转换器，使之与原调节系统中的4只高、中压油动机组成一对一配置。 增加4只危急继动器，使安全油动作后，通过其泄掉电液转换器控制油，关闭油动机。 每只油动机各配一只超速保护制控OPC电磁阀，当汽机转速超到103nH，接受DEH发出的OPC指令信号立即关闭调节汽阀，抑制转速飞升，防止动态超速。并自动控制机组在3000r/min稳定运行。 每只油动机加装2只位移传感器，用作位移反馈，可有效克服液压波动，提高伺服系统的稳定性和控制精度。 增加一只挂闸电磁阀，并对原启动阀进行局部改进，使汽机可以遥控复位，并开启主汽门。 增加2只安全油压力开关，开关信号送DEH。 增设双筒滤油器一只，以提高对电液转换器供油油质的清洁度。 在电液转换器的压力油供油管路上加装一只10L蓄能器，起稳定油压作用。 设置调节装置。由4只电液转换器、滤油器、蓄能器、截止阀、压力表等集成。(2) 伺服控制系统工作原理125MW中间再热汽轮机设有2只高压主汽门，2只中压主汽门，控制高、中压主汽门的操纵座为开关型直动式，受安全油压控制。高压调节汽阀共有4只，其传动机构为杠杆提升式，汽阀、以及、各由一只油动机加以操纵，各阀的开启次序由门杆上部的椭园孔控制。2只中压调节汽阀也各由一只中压油动机通过杠杆带动。高、中压调节汽阀及相应的油动机分别对称布置在高、中压汽缸左右两侧。电液转换器与油动机采用一对一配置。所以本机共设置了4只电液转换器，组装成一只调节装置。4只油动机的伺服控制系统完全相同，其工作原理框图如图2.2所示。 伺服控制系统由阀门伺服控制卡、功放卡、电液转换器、油动机、LVDT等构成。DEH-A型控制器将汽轮发电机组的转速、功率、调节级压力及其他状态信息处理后，输出各阀门位置的开度指令信号，通过阀门伺服控制卡，经功率放大以后去控制电液转换器，由电液转换器将电信号转换成相应的控制油压信号，该油压送入相应的油动机以准确地控制各阀门的开度，从而改变机组的转速或功率。 为了提高控制系统的可靠性，每个油动机安装两个LVDT位移传感器，经高选后作为负反馈信号与阀位指令信号相加。由于两者的极性相反，实际相减，只有在VCC输出信号与LVDT反馈信号相加后输入功放的信号为零时，功放的输出就保持在某一值，油动机便停止移动，并保持在一个新的平衡工况位置。在功率放大器中配有P调节元件，可对系统进行P校正，参数可变。功放板输入为040mA（或5V），经放大校正输出为0 400mA的电流以驱动力矩马达。电液转换器在力矩马达输入电流为0400mA，其输出控制油压为0.070.4MPa。高压油动机开启时的控制油压PE =0.10 MPa左右，全开油压为0.28 MPa左右。在正常运行时，为了减小阀门节流损失，提高经济性，所以设计中压油动机在低负荷约30%额定功率以下起调节作用，大于30额定功率时，中压油动机处在全开状态便不起调节作用。（3） 保安系统 原汽轮机的保安系统全部保留不改，包括2只机械危急遮断器及2只危急遮断油门、试验油门、喷油试验装置、超速指示器、手动危急遮断装置、电磁阀等。 增加一只挂闸电磁阀。 对原启动阀进行局部改进，将二次油管路拆除，在上部活塞套筒的复位油端加装一只特殊法兰，使其将复位油封住。并将操作手轮右移，置于刻度“15”位置不动。这样，在汽机跳闸后，可以遥控挂闸电磁阀使保安系统复位，并建立安全油，启动油，开启主汽门。 为了仍能用启动阀进行主汽门严密性试验，所以需在启动阀上部活塞后端凸缘左右两侧对称钻2只6孔。使操作启动阀手轮将活塞向前移动至零位时，能从2只6孔泄掉启动油，关闭主汽门，进行严密性试验。而此时调节汽阀由DEH控制不关。 增加2只安全油压力开关，供DEH作为复位指示及遮断联锁信号。 将原电磁阀右侧的超速保护电磁阀的二次油压接管改为接安全油管，使之与左侧的危急停机电磁阀冗余配置并联使用，提高安全可靠性。2.2 100MW汽轮机低压透平油纯电调系统 哈汽厂生产的N100-90/535型 100MW凝汽式汽轮机。汽轮机的调节系统采用高速弹簧片式调速器，有一只受安全油控制的自动关闭器，4只调节汽阀由一只油动机通过凸轮配汽机构驱动，亦称为一拖四的控制方式。油动机采用断流式液压反馈双侧进油，动力油压为2.0MPa。100MW汽轮机低压透平油纯电调系统见图2.3。（1） 调节系统主要部套配置 将原系统的调速器，跟随错油门，分配错油门、同步器、微分器、超速限制滑阀等拆除。 增设DEH控制器（包括工程师站、操作员站）将调节系统改用计算机控制。 增设一只电液转换器和一只控制滑阀。 配备超速保护控制OPC电磁阀。在油动机上加装双冗余LVDT，作为反馈定位用。供电液转换器的压力油路上设置滤油器及蓄能器。增加挂闸电磁阀及两只安全油压力开关。保留原有的遮断电磁阀，另外再增配双冗余AST电磁阀，以提高安全可靠性。(2) 关于控制滑阀的设置哈汽厂，北重厂及东汽厂所生产的汽轮机，其调节系统中的油动机一般都是采用液压反馈断流式油动机，控制油动机的脉动油压Pm，设计成稳态时取为主油泵油压Pe的一半。如主油压Pe为2.0MPa，则脉动油压Pm为1.0MPa。油动机在动态过程中通过反馈错油门将位移反馈给脉动油路，使脉动油压在过渡过程结束后仍能维持在Pm=1.0MPa，而油动机可以稳定在任意的工作位置。但在纯电调系统中，由新华公司提供的力矩马达碟阀式电液转换器，其输出的控制油压范围为PE=0.070.4MPa。为了与油动机的脉动油压值相匹配，所以在电液转换器输出的控制油路与油动机脉动油路之间设置了一只控制滑阀，它作为PE与Pm之间的接口环节，相当于原调节系统中调速器的分配错油门。两者都是由滑阀来控制窗口面积，改变进入脉动油路的油流量，使脉动油压发生变化，从而控制油动机的行程。仅是控制分配错油门及控制滑阀的方式不同而已。前者是由弹簧片式调速器控制，而控制滑阀则由DEH控制器通过电液转换器控制。193 采用DDV阀的低压透平油纯电调液压系统图3. 1是具有一段可调整抽汽的哈汽型12MW汽轮机低压透平油纯电调液压系统图。纯电调系统的电气部分采用DEH-A型控制器，控制器与液压系统的接口部件采用MOOG公司生产的直接驱动式伺服阀-DDV阀。该机设有主汽门一只，采用开关型自动关闭器，受安全油控制。一只高调油动机及一只中压油动机各配置一只DDV阀控制。纯电调液压系统的配置方式如下。A 调节部分（1） 哈汽型汽轮机调节系统的油动机采用的是液压反馈断流式双侧进油油动机。为适配DDV阀控制，将油动机的液压反馈取消，油动机主要由错油门和油动机活塞两部分组成。（2） 在油动机活塞杆上增设双冗余LVDT，作为油动机行程的反馈定位用。（3） DDV阀与油动机一对一配置，所以，系统中为高、中压油动机共配置2只DDV阀。（4） 在每只油动机的脉动油路上分别设置可调节流阀，用以调整油动机的错油门偏置，使当DDV阀失电时，油动机能自动关闭。（5） 在DDV阀压力油进口设置了一只双筒粗滤油器，再增设一只双筒细滤油器，精度为20m。（6） 设置DDV调节装置，将DDV阀、细滤油器、OPC电磁阀，可调节流阀等组装。B 保安系统部份保安系统为哈汽型汽轮机的传统结构，由二只机械式危急遮断器，危急遮断器滑阀，喷油试验装置，手动遮断滑阀、电磁遮断阀等组成。另外还设置了启动滑阀，可遥控操作启动阀进行挂闸，建立安全油，开启主汽门。除此之外，还增设如下部件：（1） 为每只高、中压油动机增设双联OPC电磁阀，以限制甩负荷动态超速。（2） 增设冗余双联AST电磁阀，它接受机组电气保护信号，当任何一只电磁阀动作泄附加保安油时，通过危急遮断滑阀动作泄安全油及高、中压油动机脉动油，使机组停机。（3） 在安全油路上设压力开关2只，给DEH信号，用于指示及联锁保护。 C DDV阀电液伺服控制系统工作原理 采用DEH数字式控制器突出的优点是能利用计算机的复杂算法,实现功率、抽汽压力的解耦控制，即保证调节的自治性能。调节过程有如下二种方式：（1） 当电功率变化时，DEH接受转速信号，通过解耦后，发出阀位指令信号，经伺服放大器放大后，由DDV阀将电信号转换成液压信号，控制高、中压油动机同方向开或关，来增大或减小汽轮机的功率，而使抽汽量不受影响。（2） 当中压抽汽量变化时，例如：中压抽汽量增加，使中压抽汽压力降低时，由抽汽压力变送器将信号送入DEH，经解耦后，发出阀位指令信号，经伺服放大器放大后，通过高压DDV阀控制高压油动机开大高压调节汽阀；通过中压DDV阀控制中压油动机将中压调节汽阀（或旋转隔板）关小，使中压抽汽量增加，而不影响汽轮机的功率。如中压抽汽量减小，则调节过程相反。这样，就可以方便而准确地实现调节自治性。为了提高控制系统的可靠性，每个油动机安装两个LVDT位移传感器，经高选后作为负反馈信号，与DEH阀位指令信号相加，由于两者的极性相反，实际上是相减。只有在阀位指令信号与反馈信号相加后，输入伺服放大器的信号为零时，这时DDV阀的阀芯就回到中间位置，保持脉动油压P m不变，油动机活塞就稳定在一个新的工作位置。4 低压透平油纯电调液压系统的主要部套 汽轮机低压透平油纯电调液压调节部套主要包括电液转换器、DDV阀调节装置、控制滑阀、油动机以及一些保安部套，下面主要简介电液转换器及DDV阀。4.1 电液转换器 用于低压透平油纯电调的力矩马达碟阀式电液转换器如图4.1所示 电液转换器是将电信号转换成液压信号的转换放大元件，它是电调节系统中一个精密的关键性部件。电液转换器采用力矩马达碟阀放大式结构，主要由力矩马达1、弹簧2、杠杆组件3、碟阀4、阻尼器5、节流孔6及壳体等组成。在杠杆组件3上作用着力矩马达1和弹簧2的向下力，及控制油压PE作用于碟阀4上的向上力。电调控制油压PE是由压力油经节流孔流入后经碟阀4间隙排油而形成的。当DEH控制器来的电流信号送入力矩马达的控制线圈时，在永久磁钢磁场的作用下产生的扭矩使力矩马达作角度变换，通过顶杆把力施加到杠杆组件3上，从而改变了碟阀的间隙而使控制油压PE发生变化。当输入的电流信号增大，则力矩马达的力增加，碟阀间隙减小，使PE油压增大；反之当输入的电流信号减小，力矩马达的力减小，碟阀间隙增大，则电调控制油压PE便减小。从而通过油动机控制调节汽阀的开度相应开大或关小。通过调整螺杆改变弹簧2的予紧力，可以改变控制油压PE的初始值。阻尼器5起油压稳定作用。力矩马达有两组线圈，每组阻抗为50，设计时采用并联连接，当输入力矩马达线圈电流为0400mA时，对应于控制油压的变化约为0.070.4MPa。另外，在电液转换器内还设置了危急继动器，它由活塞7、套筒8、压缩弹簧9等组成。在危急继动器活塞7上部作用着安全油，下部作用着控制油压PE 。当汽机紧急或正常停机泄去安全油时，活塞在弹簧力的作用下向上移动，打开活塞下部的碟阀泄油口，使控制油泄去，从而使调节汽阀与主汽门同时迅速关闭而停机。 电液转换器主要技术性能指标 工作压力 12.0MPa 输入电流 0400mA 输出控制油压 0.070.4MPa 力矩马达线圈电阻 250 迟 滞 2最大工作电流 不灵敏度 2 力矩马达时间常数 0.002sec 流量 20L/min 这种电液转换器的优点是因为采用碟阀式结构，所以对油质的要求不高。力矩马达采用美国进口的原装件，结构简单、动态性能好。经电厂长期运行实践证明：其性能好，使用稳定、安全可靠。所以，是目前我国低压透平油（油压1.02.0MPa）纯电调系统最为优良的电液转换部件。4.2 DDV伺服阀DDV伺服阀是MOOG公司最新研制成功的新型电液伺服阀，它是一种直接驱动式伺服阀，简称DDV（Direct Drive Servo Valve的缩写），这种阀用集成电路实现阀芯位置的闭环控制。阀芯的驱动装置是永磁直线力马达。对中弹簧使阀芯保持在中位，直线力马达克服弹簧的对中力使阀芯在二个方向都可偏离中位，平衡在一个新的位置。（1）DDV伺服阀的特点：采用高能的永磁直线马达，自带放大、驱动力大。当停电、电缆损坏或者紧急停机时，伺服阀均能自行回中、无需外力推动。动态响应高，动态性能指标与供油压力无关。低滞环和高分辨率，使系统具有优异的重复精度。 具有极性接反保护功能与超压保护功能。电子零位调节来补偿负载飘移。（2） DDV伺服阀的工作原理： 图4.2为DDV伺服阀的结构简图 它主要由阀位控制器（集成电子线路）、位移传感器、阀套、阀芯、直线马达（包括就中弹簧）等组成。当一个电指令信号施加到阀芯位置控制器集成块上时，此电信号将转换成一个脉宽调制（PWM）电流，震荡器就使阀芯位置传感器（LVDT）励磁。经解调以后的阀芯位置信号和指令位置信号进行比较，使阀芯位置控制器产生一个电流给力马达，力马达驱动阀芯，一直使阀芯移动到指令位置。阀芯的位置与指令信号成正比。伺服阀的实际流量Q是阀芯位置与通过阀芯计量边的压力降的函数。 直线马达移动时必须克服高刚度弹簧所产生的对中力与外部的附加力（即液动力以及由污染引起的磨擦力）。在直线马达返回中位时，对中弹簧力是和马达产生的力同方向的，这就等于给阀芯提供了附加的驱动力。因此，这就使DDV伺服阀对污染的敏感性大为下降。直线马达借助对中弹簧回中，不需外加电流。 DDV阀有P、A、B、T、Y五个油口，A与B为流量控制口（节流口），由阀芯控制。P口接压力油，T、Y为回油口。根据不同的接法，可构成滑阀机能：二位二通、三通、四通。（3） 634型DDV阀主要性能指标 1） 动作方式 永磁力马达直动式 2） 滑阀机能 三通、四通、二位二通 3） 阀最大流量 85 L/min 4） 最高工作压力 35 MPa 5） 控制器电源电压 24 VDC 6） 最大输入信号时电流 0.20 A 7） 指令信号 10VDC，10mA，+4+20mA 8） 测量输出信号 +4+20mA 9） 阶跃响应0100 20ms 10） 分辨率 0.1 11） 迟环 0.2 12） 清洁度要求 NAS 不低于6级, ISO 不低于15/11 13） 油液温度范围 -20+80 (4) DDV阀对油质的要求采用低压透平油纯电调系统、伺服控制系统的动力油仍使用机组的透平润滑油液压油源。众所周知，油源的清洁度问题，直接影响到液压系统的正常工作，为此，引起了大家高度的重视。由于机组透平润滑油系统是一个开放式系统，在运行中油中带水，颗粒污染在所难免，所以很难使透平油保持较好的清洁度水平。DDV阀是美国MOOG公司高压系列的伺服阀，阀芯与阀套配合间隙很小，只有2-3m左右，一旦发生卡涩现象，机组就不能正常运行。因此，DDV阀对油质的清洁度要求为NAS不低于6级。为此，在DDV阀压力油进口设置了二道滤油器：（1）、第一道为SWU-160X100 S 0.5 双筒粗滤油器，单只流量为160L/min，精度为100m。（2）、第二道为SWU-160X20 S 0.5双筒细滤油器，单只流量为160L/min，精度为20m。DDV阀最大流量为85L/min，用于低压透平油系统，根据DDV阀流量特性曲线，阀的压力降在1MPa时其流量约为40L/min左右。因此，实际运行时，双筒滤油器可以并联使用，或可单只投用，另一只作为备用。双筒滤油器装有切换阀，可以根据需要进行切换，进行在线维修。5 调 试5.1 电液转换器的调整试验对电液转换器的调试，主要测定力矩马达输入电流I与电液转换器输出控制油压PE之间的关系，并测定不灵敏度大小。静止状态，启动高压电动油泵，主油压符合设计要求，保持油温在45500范围，就可以按下述方法进行调整试验。 （1）、将力矩马达的两组线圈并联，并通入0400mA可调模拟电流讯号，并在输入电路上接入一只0500mA电流表。 （2）、在输入电流I=0时，调整力矩马达上顶杆，在完全松开时，再调整弹簧上螺杆，改变弹簧的予压缩力，使输出控制油压PE=0.05MPa，调整好后，将螺杆紧定。 （3）、随后调整力矩马达顶杆，使输出油压上升到PE=0.07MPa左右，达到要求值后即用锁紧螺母将顶杆紧定。 （4）、改变输入电流自0400mA每间隔50mA变化，记录相应PE油压变化值自0.070.4 MPa左右。上下反复一次。或将油压接压力变送器，用X-Y记录仪测取IPE特性曲线。 （5）、根据试验记录整理出IPE特性曲线，计算不灵敏度应2，上下来回最大油压差PE要求小于0.004MPa。5.2 控制滑阀调试控制滑阀是电液转换器与液压反馈式油动机之间的接口部件。因此，它必需与电液转换器和油动机一起进行联调试验。其试验方法如下：（1）、改变电液转换器控制油压使PE=0.12MPa左右时，调整控制滑阀弹簧予紧力使油动机行程L=0。（2）、将控制油压升高至PE=0.28MPa左右，调整油动机反馈调节螺杆使达到油动机全行程开度位置。（3）、然后使控制油压在0.12至0.3MPa之间来回变化，测取