1000MW汽轮机组中压调门液压油系统特性研究

1000MW汽轮机组中压调门液压油系统特性研究

王玉兰

（福建大唐国际宁德发电有限责任公司福建宁德355006）

摘要：汽轮机调节系统在机组运行过程中起中枢指挥作用，液压油系统是调节系统的动力单元，它接收来自汽轮机控制系统的阀位指令进而控制机组快关、启停和负荷调节。本文对某1000MW汽轮机组中压调门液压油系统特性展开研究。

关键词：1000MW汽轮机组；中压调门；液压；油系统；特性

0引言

本文具体研究对象为从计算机输出中压调门目标阀位直到油动机输出力和位移的全部功能部件，根据其液压控制系统的特点，从供油系统、电液转换、液压放大机构、中压调节阀油动机单元和反馈系统等，分别介绍各单元的主要设备和工作原理，从而为调节系统的故障诊断、系统设计、参数优化提供参考。

1机组概况

本文所研究的某1000MW汽轮机组汽轮机共有8组蒸汽阀门，分别为4组高压进汽阀门和4组中压进汽阀门，低压缸不设置进汽控制阀门。每组高压进汽阀由1个高压主汽阀和1个调节阀构成，型式为截止阀；每组中压进汽阀由1个中压主汽阀和1个中压调节阀构成，型式为碟阀，并列布置。高压截止阀和中压截止阀属汽机保护系统(GSE)，高压调节阀和中压调节阀属汽机调节系统(GRE)。高、中压截止阀为两位控制，只有开、关两种状态，在保护动作时快速关闭，中断流向汽轮机的蒸汽；高、中压调节阀受GRE调节系统控制，位置连续可调，由汽轮机调节电子控制器设定的0-100%阀位开启。

该机组采用汽轮机数字电液控制系统，执行机构以电液比例位置控制的方式完成电气-液压-机械(E/H/M)的转换和放大，实现对控制对象的跟踪控制[1]。工作过程中，液压油系统依据目标信号和反馈信号的误差形成阀位指令，并在各元件之间依靠高压抗燃油进行能量传递，通过对压力、流量的控制实现阀门开度调节，直到指令信号为零时，液压缸活塞停止运动，汽轮机阀门的开度固定，最终达到控制机组转速、负荷的目的。

2EH供油系统

汽轮机调节液压油系统设有两套完全相同的容量为2×100%的供油系统，二者互为备用，主要由油箱装置、主油泵、卸压阀及配套的仪表设备构成。供油系统的功能是向汽轮机液压调节系统(GRE)和汽机保护系统(GSE)提供温度为50℃、压力为12MPa、不同流量的抗燃动力油，并收集和处理液压传动机构回油、漏油及紧急跳闸装置的排油。主油泵为高压柱塞变量容积泵，采用定压变流模式运行，避免了采用叶片泵时系统压力在某个范围内上下波动的情况，使得整个液压油调节系统的工作稳定性大大增强。主油泵由电动交流电机驱动，正常运行模式下：一台泵运行，另一台泵备用，每台容量为100%，并由独立的电源供电，在油泵出口母管压力降至10-10.7MPa时，备用泵自动启动投运；主油泵的定压变流运行通过卸压阀的安全保护作用实现，当油泵出口处的油压超过系统设定的极限压力值时，卸压阀将一部分油量排至油箱直至系统压力恢复正常。液压油系统运行时，如果油液温度超过60℃，则提高冷油器的冷却水流量，增强换热使油液温度恢复到正常值水平；当油温低于10℃时，投用油箱中电加热器，只有当油温达到21℃时才可以开启主油泵，避免油液的粘度过大影响系统工作。

3电液执行机构

汽轮机进汽阀门变速装置的动作由电液放大器EHA(ElectroHydraulicAmplifier)控制。EHA与控制油回路及供油回路、安全回路、单动式液压缸工作腔室相连接。本文所研究的大流量控制的液压环境中，EHA的功能由先导式电液比例方向阀实现。该阀由先导控制阀和主控制阀两级组成，均为滑阀式结构。

先导控制阀作为电-液转换装置，通过电-力转换、力-位移转换两部分实现电-液转换功能，主要由壳体、比例电磁铁、复位弹簧、阀芯和阀套等部件组成，高压柱塞变量泵提供的压力源经定值减压阀稳压后输送到先导控制阀的P口作为系统控制油源。比例电磁铁根据输入电流信号正负以及大小控制阀芯的运动，进而实现对控制油的方向和流量连续、成比例的控制[2]。作为液压控制系统的重要组成部分，先导控制阀芯的运动特性决定了执行机构的运动特性及整个液压系统的性能。

由于先导控制阀电磁铁产生的推力大小有限，先导控制阀的输出液压力必须经过主控制阀放大后才能操纵执行机构。当先导控制阀阀芯右移时，相应的阀口打开使油口P与油口A接通，先导控制油经PA通路进入主控制滑阀的右侧控制腔；油口B与油口T(回油口)接通，主控阀芯的左侧控制腔通往油箱的回油通路打开。此时，主控阀阀芯在左右两阀腔压差的作用下左移；反之，若先导控制阀的阀芯左移，则主控阀阀芯右移。

3.3液力马达变速系统

液力马达变速装置主要包括复位弹簧、电子式阀位传感器及连接套筒等，核心设备为活塞式液压缸，主要由活塞、活塞杆、前端盖、后端盖、缸筒、缓冲装置等部件构成。液压缸工作腔将电-液放大系统输出的液压能转换为活塞杆的机械能，活塞杆的动作通过一定的机械连接直接操纵汽轮机阀门，改变进入汽轮机的蒸汽流量大小从而控制机组转速。根据进油方式的不同，液压缸主要分为两种，双侧进油液压缸活塞左右两腔室同时工作，虽然可以提供较大的提升力，但工作时需要的压力油流量较大，这就提高了对主油泵容量的要求，经济性和稳定性均大大降低，因此一般只适用于功率不太大的机组。本文研究的某1000MW汽轮机组液压油系统的液力马达变速装置运行基于单动式执行器原理，采用单侧进油式液压缸。当需要开大汽轮机调节阀门时，EHA将压力油引入单侧液压缸工作腔，高压抗燃油克服弹簧力使活塞杆伸出；当需要关小汽轮机调节阀门时，电-液放大系统EHA将活塞工作腔室和回油油路接通，活塞杆在弹簧紧力的作用下缩回。

3.4位置闭环控制系统

由反馈部分形成精确的闭环控制可以明显改善液压控制系统的动、静态性能。本文所研究的液压系统，电液放大系统的反馈装置为内置位移传感器。每个中调门液压缸上安装3个线性位移差动变送器(DT01、DT02、DT03)。反馈装置的作用是检测阀芯或者液压缸活塞位移(同时也代表了调节阀的开度)并转换成电量反馈到电气控制系统(内置放大器或者外置电子放大板)。电气控制系统将上一级的指令信号和本级的反馈信号进行比较，产生误差信号输出到电-液放大系统驱动先导控制级、主控制级、活塞式液压伺服缸直至中压调门。中压调门的开度满足要求时，主控阀阀芯回到中位，液压缸进、排油口遮断，进汽阀门在指定位置停留，这样就形成了完整的电液比例位置闭环控制。

4小结

本文按照1000MW汽轮机组液压油系统的构成将系统分解为EH供油系统、电液比例放大系统、液压马达执行机构以及位置闭环控制系统，并针对每个子系统的功能和组件进行了详细分析。1000MW汽轮机组液压油系统执行机构以电-液比例位置控制方式完成电气-液压-机械(E/H/M)的转换和放大，本文详细分析了液压油系统依据目标信号和反馈信号的误差形成阀位指令，在各元件之间依靠高压抗燃油进行能量传递的过程，为液压油系统的故障诊断、设计以及优化等奠定了基础。

参考文献

[1]朱银法,陈冰冰,安磊.电液比例位置控制系统的自整定模糊PID控制研究[J].机床与液压,2010,(8):98-100.

[2]李壮云.液压元件与系统[M].北京:机械工业出版社,2008:275-293.