油动机快关过程的缓冲模型研究

油动机快关过程的缓冲模型研究

国外发酵发电机的运行参数1000吨核桃汽轮是国家“863计划”的开发项目。主蒸汽压力为16.25mpa，主蒸汽和再热蒸汽温度为600c。这是目前世界上最大的核桃气压发电，其运行参数最高。汽轮机组的液压控制系统是关键核心部件,只有德国、日本等少数发达国家能够生产。因此研发高调油动机液压控制系统对于提升我国的重大制造装备技术水平,具有重要的工程意义。1油挤出的工作原理1.1tem系统简介油动机是汽轮机调节保安系统的执行机构,接受DEH(DigitalElectricHydraulicControlSystem,数字电液控制系统)发出的指令,操纵汽轮机阀门的开启和关闭,从而达到控制机组转速、负荷以及保护机组安全的目的。EH系统油动机由油缸、伺服阀、电磁阀、卸荷阀、位移传感器、行程开关、单向阀和测压接头等组成。其主要功能有:(1)通过外部的油路控制进入油缸进油腔压力,实现对汽轮机汽门的调节控制;(2)液压系统中安全油(卸荷后),在弹簧力作用下实现阀门快关,保护汽轮机。1.2油挤出的工作原理油动机的工作原理如图1所示。1伺服阀位置调整电磁阀12、13同时得电,经过滤器1的高压油由p(1)当得到上调指令时,阀位信号与反馈信号的差值经过放大后驱动伺服阀3使其处于右工作位,使伺服阀的P口和B口相通,高压油经伺服阀由B口流出。由于支路1、支路2均断路,所以高压油经节流器14、15进入油缸下腔使活塞带动阀门上移,实现位置上调;直到使伺服阀偏差为零伺服阀处于中位截止时,活塞达到指定的上调位置。(2)当阀位达到系统工作位时,阀位指令信号与反馈信号相等,伺服阀处于中间位置,使油缸下腔的油液封闭,阀位稳定在系统工作位上。(3)当得到下调指令时,阀位信号与反馈信号的差值经过放大后驱动伺服阀3使其处于左工作位,伺服阀T口和B口相通,使油缸的下腔和无压回路相连。在弹簧力的作用下油缸下腔的油经节流器14、15,伺服阀3流到无压回路,直到伺服阀偏差为零伺服阀处于中位截止时,活塞达到指定的下调位置。2快速关闭工况在汽轮机超速或紧急情况下,为保证系统安全油动机必须快速关闭(简称快关)。此时使电磁阀12失电,电磁阀的A口和无压回路相连,使p2飞机缓冲区2.1增设缸外缓冲方式液压缓冲的基本原理是利用油液的不可压缩性和流动性,通过控制油液的流量,将运动件的动能通过节流作用转化为油液的热能并散发掉,使运动件速度下降,达到缓冲的目的。对于冲击力很大的液压缸可以在设计缸内缓冲结构的同时,增设缸外缓冲方式,利用缸内、缸外两种方式相结合的方法达到更好的缓冲效果。由于汽轮机调节系统对安全性的要求很高,所以系统对油动机的快关性能要求也高。快关过程冲击力很大,油动机必须具有良好的缓冲特性。为此大功率的油动机采用缸内、外相结合的缓冲方式,如图2所示。2.2阶微分方程初值本研究采用的是圆柱形缓冲结构(见图3所示),整个缓冲活塞运动过程由缝隙节流、锐边节流和细小缝隙节流等三个阶段组成。缓冲过程的动力学方程为:式中,Mx———缓冲位移B等式的右边是关于位移x和速度v的函数。由四阶龙格-库塔法:其中,[a,b]为定义区间,h为计算过程中的步长。假设二阶微分方程的初值问题为:若令y'=z,y'(t则二阶微分方程变为一阶微分方程组:现在假设已知解函数y(t)与z(t)在t消去L从式(7)可以由y对于油动机过程快关来说,初始条件一般为当t油动机快关时间位移和时间电流曲线如图5所示。3高压动力油机试验研究3.1弹簧力油动机行程测量(1)检查油动机的密封和耐压性能;(2)测量油动机行程;(3)检测弹簧力;(4)测量执行器在零位时的安装尺寸;(5)测量油动机全行程开关时间、快关时间及滞后时间。3.2电力系统监测(1)高压抗燃油液压系统试验台:1台(2)控制电源24VDC:2路(3)EH系统计算机测试台:1台(4)信号发生器(±50mA):1套(5)位移传感器:1套(6)测压表等附件:1套3.3测试1运行相关密封和耐压性检验启动抗燃油系统主泵,在系统压力为(1±0.5)MPa下运行10min,并观察各油动机部套零件结合面以及油缸活塞杆密封处无渗漏;继续缓慢升高系统压力,在(5±0.5)MPa下运行5min,并观察各部套零件结合面以及油缸活塞杆密封处无渗漏;继续缓慢升高系统压力,在(10±0.5)MPa下运行5min,并观察各部套零件结合面以及油缸活塞杆密封处无渗漏;继续缓慢升高系统压力,在(16±0.2)MPa下运行15min,并在此过程中观察各油动机部套零件结合面以及油缸活塞杆密封处无渗漏;缓慢地使系统压力升至24MPa,保压5min,并在此过程中确认油缸本体、油缸与集成块的结合面以及各功能元器件与集成块的结合面处无渗漏、各零部件无任何变形和损坏。2温度测量伺服阀闭环连接,油动机活塞处于零位时,测量位移传感器的输出电流并记录;使用信号发生器,使油动从零位上升至8mm(系统零位)处停止,测量位移传感器输出电流并记录;继续调信号发生器,使油动机上升,当油动机上升至最大位移时停止,测量此时位移传感器输出电流并记录。控制信号发生器,使油动机从零位到最大位移处,测量其行程并记录(见表1)。3弹簧力和总作用力弹簧力:伺服阀闭环连接,在油动机的工作腔接压力表,调信号发生器,使油动机从零位上升8mm(系统零位),记录此时工作腔压力表压力值为7.3MPa,用公式F=pA得系统零位对应的弹簧力;调信号发生器,使油动机上升108mm(系统工作位),记录此时工作腔压力表压力值为11.59MPa,用公式F=pA得系统工作位对应的弹簧力。总摩擦力:伺服阀闭环连接,在工作腔接一个压力传感器并连接到数显压力表,然后通过给伺服阀一系列指定的信号使油动机上升,并记录每一个信号使油动机上升一定位移后所对应的压力值;然后给相应的反向指令信号使油动机下降,并记录每一个信号使油动机下降一定位移后所对应的压力值;最后用上升和下降时同一数值的信号所对应压力值相减而得的数值除以2,即为总摩擦力所对应的压力值,用公式F=pA得出总摩擦力。不同信号所对应的压力见表2(注:A=38857.5m4油动机全关时间和漂浮时间(1)实验方法油动机工作行程全开时间:用EH系统计算机测试台测试,即伺服阀在最大开启信号作用下,油动机从系统零位到系统终点的时间跨度。油动机工作行程全关时间:用EH系统计算机测试台测试,即伺服阀在最大关闭信号作用下,油动机从系统终点到系统零位的时间跨度。油动机工作行程漂移时间:用秒表测量,在油动机旁边立一标尺,标好油动机的系统零位和系统工作位,控制伺服阀使油动机开启后,拔掉伺服阀电气插头,用秒表测量油动机从系统工作位至系统零位的时间跨度。快关时间:使用EH系统计算机测试台测试,见图6油动机快