浅议集成式电液执行器汽轮机电液调节系统

发布时间:2010-10-06  点击数:2405
    我们为了提高机组的安全性、经济性和自动化水平,满足机炉协调控制(CCS)、电网自动发电控制(AGC)的需要,老机组均在进行现代化改造,在老机组的改造中汽轮机电液调节系统(EHC)被广泛采用。尤其是近年来,得到了迅猛的发展。
    被改造机组的容量等级:12MW~300MW;机组类型:凝汽、背压、单抽汽、双抽汽、再热等,基本上覆盖了各类型机组;这些改造经历了从同步器电调、电液并存到高压抗燃油纯电调的发展过程,目前所用的电液调节系统虽然提高了机组运行的可控性和可靠性,但传统的电调改造有一个共同的特点,即都有一种电液转换装置,都是以油为工作介质,需要庞大复杂的油系统和油管路,存在着运行维护费用大、油管路和液压部件的泄漏及油质污染、环保等问题。为进一步简化系统、增强其抗工质污染的能力,提高调节系统的可靠性,在汽轮机调节领域中,国外正在研究汽轮机这一新模式的调节系统。本文介绍一种无控制油调节系统的新型电调方式。
一、智能电液执行器的原理及特点 
     1、原理
     该智能电液执行器由两大部分组成:即控制器和执行器。控制器主要是用来驱动马达、定位控制、与外部装置接口和智能功能实现等。执行器是该装置的核心部分,它由数字马达、泵、油缸、控制阀、位置传感器及附件组成,所有的部件集成在一起,无外部油管路,它的原理图如图1所示。控制器接受指令信号后,转化成目标位置与执行器当前位置(由执行器内部位置传感器测量)比较,如存在偏差,控制器使马达运转,油缸输出位移,直到目标位置,此时偏差为零,马达停止运转,执行器保持位置,电液执行器的输出位移与输入的指令信号成正比。
图1 智能电液执行器工作原理图 
    液压部分的工作原理如下: 
    可逆液压泵由数字马达驱动,该泵通过两个流量控制阀FMV-1、FMV-2控制油缸的运动,当要求油缸活塞向左移动时,泵输出的压力油通过A口把FMV-2的阀芯移向左侧,使油口D和油口B相通,油口A和油口E相通,高压油从油口E流向油缸的右腔,油缸左腔排油通过FMV-2进入泵吸口。改变泵的旋转方向,FMV阀逆向操作,可使油缸活塞向右移动。当泵停止转动时,FMV-1、FMV-2均关闭,液压缸活塞处于静止状态,只要马达不工作,油缸位置保持不变。 
    这种智能电液执行器结合了液压驱动和电子控制的优点,为集成型结构,无外部油管路和油源,结构简单,可靠。已在调节阀控制中得到了广泛的应用。 
     2、特点 
     智能电液执行器有如下特点:
      ●定位精度可达0.15%
      ●响应时间:0.04s/mm
      ●输入信号:4~20mA模拟信号或脉冲信号
      ●静摩擦或滑动摩擦对操作均不产生影响
      ●动力消失情况下的各种安全机制
      ●集成化、模块化设计,独立封闭无阀液压系统,无外部油管路
      ●由微处理器实现智能控制
      ●大力矩输出,最大为10t
二、集成式电液执行器汽轮机电液调节系统 
    由于智能电液执行器具有出力大、控制精度高、工作可靠性高等特点,把它应用在汽轮机控制将会大大改善汽轮机电调系统工作的可靠性。它应用于汽轮机电调有两种方式。 
    1、用智能电液执行器控制油动机滑阀 
    这种方式的原理图如图2所示。对于液调机组改造来说,只保留油动机、油动机滑阀和液压保安系统。电液执行器通过杠杆同油动机、油动机滑阀连接,杠杆同时起反馈作用,当汽轮机转速或负荷变化时,DEH控制器输出一指令信号给电液执行器,通过杠杆带动油动机滑阀移动,动力油驱动油动机移动,控制调节阀的开度,同时,油动机位移通过杠杆反馈,使油动机滑阀回到原来的平衡位置,执行器的位移同油动机的位移成比例关系,这样DEH控制器控制执行器的位移就可以控制油动机的位移,从而达到控制汽轮机的目的。这种方式每个油动机配置一个智能电液执行器。保安系统可利用原保安系统。
图2 智能电液执行器控制油动机滑阀 
    2、智能电液执行器直接控制汽轮机汽阀 
    由于电液执行器本身是一个位置控制系统,它可以直接控制汽轮机调节阀开度,控制原理图如图3所示。当汽轮机转速或负荷变化时,DEH控制器输出一指令信号给电液执行器,控制电液执行器带动汽轮机调节阀移动,电液执行器的位置信号反馈给DEH控制器,直到和给定信号相平衡,电液执行器处于新的位置,调节阀处于一个新的开度,从而控制汽轮机转速和负荷。这种方式每个调节汽阀配置一个智能电液执行器。当汽轮机超速或甩负荷时,利用执行器自身的快关功能,在弹簧的作用下使汽轮机汽阀快速关闭。
图3 智能电液执行器直接控制汽门
三、集成型汽轮机电液调节系统的特点 
    这类电调改造方式,除具有传统电调改造所有优点外,还具有如下优点: 
    (1)集成型执行器电液调节系统,由于智能电液执行器模块化结构,自带封闭油源,不需要外部油源,没有油管路,提高了电调系统的可靠性;
    (2)该系统具有电源和控制器等故障情况下的负荷保持功能及就地手动操作功能,提高了机组运行可靠性;
    (3)能够实现电液调节系统应具有的功能,尤其对老机组的改造,在实现相同功能的条件下,适用、简单、可靠、改造工作量非常小。
    (4)对工质无任何特殊要求,避免常规电液转换器易受油质污染影响的缺陷;
    (5)由于具有大力矩输出,可直接驱动油动机错油门,提高了油动机错油门抗油质污染的能力,简化了系统结构,检修维护方便。