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        REXA執(zhí)行器在15 MW汽輪機(jī)電調(diào)改造上的應(yīng)用

        2021-12-16 02:22:54鄭玉成王永佳孫洪義
        冶金動(dòng)力 2021年6期
        關(guān)鍵詞:電調(diào)滑閥油門

        鄭玉成,王永佳,孫洪義

        (沈陽(yáng)東北電力調(diào)節(jié)技術(shù)有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110179)

        引言

        汽輪機(jī)機(jī)組廣泛應(yīng)用在電力、鋼鐵、化工等領(lǐng)域,不同于大型汽輪機(jī)電調(diào)調(diào)節(jié)方式,小汽輪機(jī)可以靈活地采用液壓伺服執(zhí)行器替代液壓伺服閥,通過(guò)錯(cuò)油門對(duì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行放大,從而驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)動(dòng)作,進(jìn)而調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽量。傳統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)使用伺服閥控制,系統(tǒng)響應(yīng)迅速控制精度高,但是存在多級(jí)液力放大所以故障點(diǎn)多、系統(tǒng)效率低和必須停機(jī)更換維修等問(wèn)題。

        REXA 電調(diào)采用杠桿驅(qū)動(dòng)錯(cuò)油門進(jìn)而驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)很好地解決了傳統(tǒng)伺服閥系統(tǒng)效率低、伺服閥卡澀、伺服閥線性飄移等問(wèn)題,精簡(jiǎn)后的控制系統(tǒng)故障率降低,調(diào)節(jié)穩(wěn)定性提高。

        1 故障描述

        天津某鋼鐵公司15 MW 汽輪機(jī)型號(hào)為C15-3.43/1.1/(0.294),額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min,額定頻率50 Hz,由調(diào)節(jié)滑閥、錯(cuò)油門、油動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)閥、速關(guān)閥等組成。調(diào)節(jié)信號(hào)油壓經(jīng)液壓伺服機(jī)構(gòu)CPC-Ⅱ放大,控制調(diào)節(jié)滑閥移動(dòng),再通過(guò)錯(cuò)油門放大驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)改變進(jìn)汽量。DEH 控制系統(tǒng)為ZH200 型控制器。汽機(jī)停機(jī)后啟機(jī),發(fā)生調(diào)節(jié)油壓波動(dòng),脈沖油壓波動(dòng),兩個(gè)油壓波動(dòng)均顯現(xiàn)發(fā)散狀,最后因?yàn)檗D(zhuǎn)速波動(dòng)大而停機(jī),通過(guò)分析汽輪機(jī)故障曲線可以判定為調(diào)節(jié)油壓波動(dòng)導(dǎo)致的脈沖油壓波動(dòng),調(diào)節(jié)油壓由CPC 閥產(chǎn)生,在發(fā)生故障時(shí)調(diào)節(jié)指令并沒(méi)有發(fā)生改變?,F(xiàn)場(chǎng)檢修人員雖更換了CPC 閥,清洗了調(diào)節(jié)滑閥、錯(cuò)油門、啟動(dòng)閥,仍沒(méi)有解決問(wèn)題。

        2 REXA伺服執(zhí)行器簡(jiǎn)介

        美國(guó)REXA公司生產(chǎn)的智能型機(jī)、電、液一體化執(zhí)行器(簡(jiǎn)稱REXA 執(zhí)行器),是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力輸出的轉(zhuǎn)換裝置,是本系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。

        REXA 執(zhí)行器控制原理:交流伺服電機(jī)帶動(dòng)高壓齒輪泵運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的液壓油體積變化作用在油缸上實(shí)現(xiàn)位置的改變,同時(shí)通過(guò)自身位移反饋,完成閉環(huán)位置調(diào)節(jié)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)。

        內(nèi)部設(shè)置正壓補(bǔ)油箱,通過(guò)2 個(gè)單向閥在設(shè)備缺油時(shí)向系統(tǒng)補(bǔ)油。當(dāng)油缸內(nèi)部壓力超過(guò)設(shè)備最大允許壓力時(shí),油液通過(guò)2個(gè)溢流閥流回油箱,油缸接口與齒輪泵連接處通過(guò)流量匹配閥連接。見(jiàn)圖1。

        圖1 REXA動(dòng)力模塊液壓原理圖

        3 改造方案簡(jiǎn)述

        改造案對(duì)汽輪機(jī)本體部分不做任何改動(dòng),保留油動(dòng)機(jī)、錯(cuò)油門、OPC及AST等安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)備及功能,只改造液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分,即采用REXA執(zhí)行器取替CPC 電液轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)滑閥[21。REXA執(zhí)行器選型為QL9000-2-1/2D-P,實(shí)現(xiàn)最大出力為9 000 N、全行程50.8 mm,動(dòng)作速度24.5 mm/s、死區(qū)0.1%,故障時(shí)原位鎖定。

        3.1 系統(tǒng)改造內(nèi)容及部件明細(xì)

        3.1.1 取消的部件

        CPC-Ⅱ電液轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)滑閥、反饋滑閥和連接油管路。

        3.1.2 保留的部件

        (1)主汽門、調(diào)速汽門;

        (2)保安系統(tǒng);

        (3)油系統(tǒng);

        (4)油動(dòng)機(jī)及配汽機(jī)構(gòu)。

        3.1.3 增加的設(shè)備

        (1)REXA 執(zhí)行器及控制箱;

        (2)杠桿機(jī)構(gòu)(圖2);

        圖2 REXA執(zhí)行器及杠桿機(jī)構(gòu)

        (3)恒定脈沖油與保安油路(見(jiàn)圖3)。

        圖3 恒定脈沖油與保安油路

        3.2 改造后設(shè)備調(diào)節(jié)原理及保護(hù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)

        DEH 控制系統(tǒng)利用測(cè)速齒輪和測(cè)速裝置獲取轉(zhuǎn)速信號(hào),通過(guò)轉(zhuǎn)速給定或壓力給定,輸出4~20 mA 信號(hào),來(lái)控制REXA 執(zhí)行器,進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速或機(jī)組負(fù)荷。

        (1)負(fù)荷調(diào)節(jié)過(guò)程

        以降低負(fù)荷為例說(shuō)明調(diào)節(jié)過(guò)程。當(dāng)降低負(fù)荷時(shí)REXA執(zhí)行器向下動(dòng)作,杠桿以油動(dòng)機(jī)端為支點(diǎn),帶動(dòng)杠桿向下移動(dòng),錯(cuò)油門下移,壓力油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)下腔,同時(shí)上腔排油;油動(dòng)機(jī)向上移動(dòng),帶動(dòng)杠桿上移與執(zhí)行器動(dòng)作下移,形成負(fù)反饋,調(diào)門達(dá)到預(yù)定位置時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)平衡[2]。

        (2)超速限制功能(OPC)

        當(dāng)機(jī)組超速時(shí),OPC 電磁閥動(dòng)作,泄掉錯(cuò)油門滑閥下部高壓油,壓力油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)下腔,上腔排油,油動(dòng)機(jī)向上移動(dòng),控制調(diào)速汽門關(guān)小,轉(zhuǎn)速降低;當(dāng)OPC信號(hào)恢復(fù)后,REXA 執(zhí)行器接受新的控制信號(hào)重新對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

        (3)機(jī)組停機(jī)保護(hù)(AST)

        關(guān)閉主汽門時(shí)OPC 電磁閥得電,泄掉錯(cuò)油門滑閥下部高壓油,錯(cuò)油門迅速關(guān)閉調(diào)速汽門實(shí)現(xiàn)調(diào)門聯(lián)鎖關(guān)閉。

        3.3 改造前后原理比較

        電調(diào)改造前調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理見(jiàn)圖4,采用CPC-Ⅱ閥將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成油壓,通過(guò)調(diào)節(jié)滑閥來(lái)控制錯(cuò)油門下脈動(dòng)油壓,反饋杠桿驅(qū)動(dòng)反饋滑閥作為油壓負(fù)反饋,實(shí)現(xiàn)對(duì)油動(dòng)機(jī)位置的控制,控制傳遞方式主要是油壓。

        圖4 改造前CPC-Ⅱ閥控制系統(tǒng)方框圖

        改造后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理見(jiàn)圖5,采用REXA 執(zhí)行器,通過(guò)REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)錯(cuò)油門,反饋杠桿負(fù)反饋直接控制錯(cuò)油門,控制傳遞方式主要是位置。

        圖5 改造后的REXA執(zhí)行器控制系統(tǒng)方框圖

        3.4 改造后技術(shù)特點(diǎn)

        (1)采用伺服驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器直接實(shí)現(xiàn)高精度位置控制,無(wú)外供油源或氣源,閉式油源徹底解決油液污染、濾芯更換、伺服閥堵塞、伺服閥位置漂移等問(wèn)題。

        (2)采用杠桿機(jī)械位置平衡系統(tǒng),穩(wěn)定性好,無(wú)超調(diào)量,抗干擾能力強(qiáng)。

        (3)取消了電液伺服閥、反饋滑閥和調(diào)節(jié)滑閥減少控制環(huán)節(jié),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低了油液過(guò)濾等級(jí)要求。

        (4)REXA 執(zhí)行器可在線維護(hù),減少了停機(jī)時(shí)間,提高了發(fā)電量。

        (5)基本免維護(hù),降低了人力成本。

        3.5 改造后技術(shù)性能

        改造后汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù):

        轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍:10%~110%高限工作轉(zhuǎn)速。

        轉(zhuǎn)速控制精度:≤±0.1%高限工作轉(zhuǎn)速。

        轉(zhuǎn)速定值精度:≤±0.1%高限工作轉(zhuǎn)速。

        系統(tǒng)靜態(tài)特性:系統(tǒng)遲緩率≤±0.1%。

        定位精度:小于全行程的0.3%。

        重復(fù)率:小于全行程的0.3%。

        死區(qū):在控制信號(hào)的0.3%。

        輸入信號(hào):4~20 mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量。

        4 結(jié)論

        電調(diào)系統(tǒng)改造后運(yùn)行穩(wěn)定,各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合原汽輪機(jī)電調(diào)要求。此次改造取消了CPC-Ⅱ電液伺服閥、反饋滑閥、放大滑閥、濾芯裝置等,簡(jiǎn)化了控制環(huán)節(jié)降低了調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)油質(zhì)的要求,使設(shè)備整體能耗、維護(hù)量降低。在效率提高的同時(shí),設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性都得到較大提升。

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