曹德云

中圖分類號(hào)：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2016）06-000-02

摘 要 汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)是汽輪機(jī)的重要組成部分，該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。液壓調(diào)節(jié)供油系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上希望系統(tǒng)油壓穩(wěn)定，汽輪機(jī)汽門油動(dòng)機(jī)具有較大提升力，又要保證油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)，能夠同時(shí)滿足這些要求，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和供油油泵的要求就會(huì)比較高。如果系統(tǒng)中增加蓄能裝置，在需要的時(shí)候可以向系統(tǒng)供油，這些要求即可簡單解決。

關(guān)鍵詞 供油系統(tǒng)蓄能裝置 油動(dòng)機(jī) 提升力 時(shí)間常數(shù)

國內(nèi)某核電的汽輪機(jī)液壓供油系統(tǒng)油泵出口工質(zhì)油分兩路進(jìn)入汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中一路是經(jīng)φ28mm 的節(jié)流孔板，稱為非穩(wěn)定油路；而另一路是經(jīng)節(jié)流孔板前的逆止閥，稱為穩(wěn)定油路。非穩(wěn)定油路向汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)各閥門的油動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力油；而穩(wěn)定油路向同步器、調(diào)速器以及中間滑閥提供動(dòng)力油。這樣可以減小油動(dòng)機(jī)工作時(shí)對(duì)同步器、調(diào)速器以及中間滑閥的影響，進(jìn)而減小對(duì)油動(dòng)機(jī)控制油壓的波動(dòng)。而在非穩(wěn)定油路管線上增加蓄能裝置就有利于減小油壓的波動(dòng)。

一、蓄能裝置的作用

汽輪機(jī)的汽門及帶動(dòng)汽門傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為配汽機(jī)構(gòu)，汽輪機(jī)的配汽機(jī)構(gòu)是汽輪機(jī)的重要組成部分，在汽輪機(jī)的啟動(dòng)、升功率和汽輪機(jī)保護(hù)的各個(gè)過程中，配汽系統(tǒng)均扮演的重要的角色。汽輪機(jī)在預(yù)熱、沖轉(zhuǎn)時(shí)主汽門打開，通過調(diào)節(jié)汽門開度的大小來控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，從而到達(dá)到控制汽輪機(jī)的預(yù)熱速度、轉(zhuǎn)速上升速率和并網(wǎng)之后的功率調(diào)節(jié)的目的。現(xiàn)代大功率汽輪機(jī)的主汽門和調(diào)節(jié)汽門均是由油動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的。

所以汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行就與油動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況有關(guān)。對(duì)于油動(dòng)機(jī)有兩個(gè)重要的參數(shù)，一個(gè)是提升力，另一個(gè)就是時(shí)間常數(shù)，油動(dòng)機(jī)作用在汽門開啟方向的力稱為油動(dòng)機(jī)的提升力。該電廠的油動(dòng)機(jī)是單側(cè)進(jìn)油油動(dòng)機(jī)，油動(dòng)機(jī)關(guān)閉是通過安裝在油動(dòng)機(jī)上的彈簧施加的彈簧力，而汽門開啟是通過供油系統(tǒng)提供的提升力克服彈簧力和各種阻力，所以汽門開啟時(shí)必須要有足夠的提升力，那么就需要油泵的選擇具有足夠的壓頭。在油動(dòng)機(jī)滑閥油口開度保持最大時(shí)，并在最大進(jìn)油條件下油動(dòng)機(jī)活塞走完全程所需的時(shí)間稱為油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)，如果希望油動(dòng)機(jī)其動(dòng)作迅速，那么就需要其具有較小的時(shí)間常數(shù)，如果油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不變，希望時(shí)間常數(shù)越小，需要的供油量就越大，所以選擇的油泵就要具有較大的流量。所以如果根據(jù)油動(dòng)機(jī)動(dòng)作時(shí)的工況來選擇油泵就需要有大流量、高壓頭的特點(diǎn)，選擇的油泵的功率就會(huì)較大。然而在汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，油動(dòng)機(jī)基本不動(dòng)作，就不需要大流量，一旦選擇大流量的油泵，會(huì)使油泵長時(shí)間在低流量區(qū)間運(yùn)行而受到損壞。而有了蓄能裝置，在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)將部分具有系統(tǒng)油壓的油量存在蓄能裝置里，在需要向油動(dòng)機(jī)供油時(shí)，可以暫時(shí)將蓄能裝置里充滿的高壓油釋放出來提供動(dòng)力油。所以蓄能裝置的第一個(gè)作用就是：在供油泵的設(shè)計(jì)選擇時(shí)可以選擇壓力大而不需要較大流量的泵有利于油泵長期工作在額定參數(shù)區(qū)間。

另外，汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由調(diào)速器產(chǎn)生的油壓信號(hào)總會(huì)有些波動(dòng)，若信號(hào)的波動(dòng)過大將引起調(diào)速系統(tǒng)晃動(dòng)，油壓波動(dòng)是液壓調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)，所以必須克服。比如在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，油中含有空氣，空氣的壓縮和膨脹將會(huì)引起油壓的波動(dòng)；油動(dòng)機(jī)工作時(shí)，系統(tǒng)流量會(huì)改變，勢必會(huì)引起油壓波動(dòng)；又如系統(tǒng)再設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)了備用油泵，運(yùn)行時(shí)一旦工作泵故障停運(yùn)，備用泵會(huì)立即啟動(dòng)，但是在泵的切換期間，系統(tǒng)油壓在短時(shí)間內(nèi)也會(huì)波動(dòng)。所以該電廠在液壓調(diào)節(jié)油供油系統(tǒng)上增加了蓄能裝置，在系統(tǒng)油壓短時(shí)間下降波動(dòng)時(shí)，具有一定壓力的油釋放到系統(tǒng)管路中來維持系統(tǒng)油壓，保持油壓的穩(wěn)定，優(yōu)化了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，這就是蓄能裝置的第二個(gè)作用。

其還有第三個(gè)作用就是：在發(fā)生全廠斷電的時(shí)候，油泵的主電源全部喪失，在備用電源沒有及時(shí)恢復(fù)的時(shí)間內(nèi)，蓄能裝置可以短時(shí)維持供油系統(tǒng)油壓，直到備用電源投入。

二、蓄能裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

如示意圖所示：供油系統(tǒng)中有完全相同的兩套蓄能裝置，每個(gè)蓄能裝置由水泥豎井、配重塊、鋼絲繩、滑閥活塞、缸體、彈簧和輪滑組構(gòu)成。

配重塊由混凝土制成放置在水泥豎井中，待命時(shí)被提升到一定高度，動(dòng)作時(shí)依靠其重力勢能向系統(tǒng)提供油壓，在配重塊內(nèi)配有彈簧，在儲(chǔ)能裝置動(dòng)作時(shí)具有一定的緩沖作用，對(duì)蓄能裝置和鋼絲繩都具有保護(hù)作用；水泥豎井有防護(hù)網(wǎng)保護(hù)起來，防止配重塊下落時(shí)對(duì)人員和設(shè)備造成傷害；滑輪組由3對(duì)動(dòng)、靜滑輪組成，這樣設(shè)計(jì)可以減小配重塊的體積和重量，也減小對(duì)鋼絲繩的拉力，防止長期受到很大的拉應(yīng)力的作用下導(dǎo)致鋼絲繩及其連接的部件損壞；在滑閥活塞內(nèi)也有裝有彈簧，該彈簧具有兩個(gè)作用：一是緩沖作用，二是在系統(tǒng)油壓很短時(shí)間內(nèi)有較小下降時(shí)，能夠快速釋放彈簧勢能來穩(wěn)定系統(tǒng)油壓。

活塞與缸體之間通過逆止閥及其旁路φ4.5mm節(jié)流孔板與供油系統(tǒng)的動(dòng)力油連接，在初始系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，油泵出口的油一部分流向同步器、調(diào)速器、中間滑閥及各個(gè)油動(dòng)機(jī)，而另一部分就會(huì)通過節(jié)流孔板緩慢向蓄能裝置供油，節(jié)流孔板和逆止閥的作用是在向蓄能裝置充油時(shí)，防止因油量過大，而導(dǎo)致泵的出口壓力很低，那樣不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，這樣的情況在系統(tǒng)初始啟動(dòng)時(shí)影響不是很大，但是如果是在蓄能裝置剛剛大量向系統(tǒng)釋放油量維持油壓之后，再向蓄能裝置補(bǔ)油，就會(huì)造成油壓大幅度下降，甚至?xí)?dǎo)致油動(dòng)機(jī)動(dòng)作汽輪機(jī)停機(jī)。所以蓄能裝置的逆止閥和節(jié)流孔板的作用就是保證只可以快速向系統(tǒng)補(bǔ)油，不可以快速向蓄能裝置補(bǔ)油蓄能，另外也可以防止活塞快速向右死點(diǎn)移動(dòng)對(duì)蓄能裝置造成沖擊。

在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)力油經(jīng)過節(jié)流孔板進(jìn)入活塞和缸體之間的腔室，克服配重塊重和滑輪組產(chǎn)生的綜合力將活塞彈簧壓縮，并緩慢的將活塞推向缸體的右死點(diǎn)，最終使活塞靜止不動(dòng)，配重塊被提起，蓄能裝置處于待命狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)油壓下降或者其他原因?qū)е掠蛪翰▌?dòng)時(shí)，首先是蓄能裝置活塞的彈簧勢能釋放，使蓄積的工質(zhì)油經(jīng)逆止閥及其旁路節(jié)流孔板進(jìn)入系統(tǒng)油路，維持系統(tǒng)油壓；如果油壓繼續(xù)下降，則配重塊通過滑輪組作用于活塞，將活塞繼續(xù)向左推移，使更多的工質(zhì)油進(jìn)入系統(tǒng)油路，直到左側(cè)死點(diǎn)。如果在發(fā)生全廠斷電時(shí)，活塞將移至左死點(diǎn)，把全部的油輸入系統(tǒng)，在5-7s 內(nèi)維持油泵出口油壓和汽機(jī)調(diào)門開度，如果在5-7s內(nèi)備用電源恢復(fù)，油泵重新啟動(dòng)，系統(tǒng)壓力恢復(fù)并且又開始向蓄能裝置充油蓄能。

三、結(jié)語

該電廠的汽輪機(jī)液壓供油系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用了蓄能裝置，為汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了好處，首先有利于系統(tǒng)油泵參數(shù)的選擇，既保證了系統(tǒng)具有足夠大的壓力，有保證了油動(dòng)機(jī)動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)需要提供的油量，降低了油泵的耗電量；其次系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，減少了由于各種原因?qū)е碌挠蛪翰▌?dòng)。在油動(dòng)機(jī)工作時(shí)引起系統(tǒng)油壓和油流量突然變化時(shí)，蓄能裝置能夠保持系統(tǒng)的參數(shù)穩(wěn)定，優(yōu)化了汽輪機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，從而使汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行得到了保障，這樣的設(shè)計(jì)在其他的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)油供油系統(tǒng)上還是有很大的借鑒意義的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱新華等編.電廠汽輪機(jī)[M].北京：中國電力出版社，1993.10.