大容量汽輪機油動機快關功能的設計

發(fā)動機是用蒸汽為工作，將蒸汽轉化為機器的動能旋轉式原動機。與其他熱力原動機相比,它具有單機功率大,效率高,運轉平穩(wěn),單位功率制造成本低和使用壽命長等一系列優(yōu)點,因而得到廣泛應用對于小功率的汽輪機,快速關閉能夠比較容易地達到規(guī)定的要求,這是因為油動機技術比較成熟,靠選取一些經驗值,就能較輕易地滿足快關要求1油動機調節(jié)系統(tǒng)電力用戶對電力的供應有一定量和質的要求,量的要求是功率的大小,質的要求是電壓和頻率。功率的大小取決于進汽量和蒸汽作功能力的大小。出于經濟考慮,通常用控制進汽量的方法來調整功率汽輪機調節(jié)的任務是及時調整汽輪機的功率,使它能滿足外界負荷變化的需要,同時保證轉速在允許的范圍內。汽輪機運行的調節(jié)原理如圖1所示。汽輪機的調節(jié)控制的控制質量關系到發(fā)電機發(fā)出的電的質量,直接影響到電網用戶。隨著發(fā)電廠容量的增加和參數(shù)的提高,設備的投資越來越大,對機組運行狀況的要求越來越高,調節(jié)控制系統(tǒng)所涉及的內容也越來越廣,對安全性和經濟性的要求也提高到了一個新的高度。在保證安全的基礎上,如何確保火力發(fā)電廠輸出電力的品質,降低發(fā)電成本,是火力發(fā)電廠的主要目標油動機是汽輪機調節(jié)保安系統(tǒng)的執(zhí)行機構,它接受數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)發(fā)出的指令,操縱汽輪機閥門的開啟和關閉,從而達到控制機組轉速、負荷以及保護機組安全的目的。油動機調節(jié)具有調節(jié)精度高、輸出力矩大、行程速度快、響應迅速、操作平穩(wěn)和工作可靠性高等優(yōu)點,因而被廣泛應用在汽輪機調節(jié)上。油動機由液壓缸、伺服閥、電磁閥、卸荷閥、位移傳感器、行程開關、單向閥和測壓接頭等組成。圖2是油動機實物圖。油動機的主要功能包括:1)通過外部的控制油路控制進入液壓缸進油腔的油壓,實現(xiàn)對汽輪機汽門的調節(jié)作用;2)液壓系統(tǒng)中控制油(即插裝閥上腔控制油)卸荷后,在彈簧力的作用下閥門實現(xiàn)快速關閉。油動機工作原理如圖3所示。1)正常連續(xù)工況電磁閥9,10同時得電,經過過濾器1的高壓油由pa:當輸入閥位上調指令信號時,閥位信號與反饋信號的差值經過放大后驅動伺服閥2閥芯右移,使高壓油經過伺服閥流出液壓缸,由于支路1、支路2都截斷,所以高壓油經過節(jié)流器13、14進入液壓缸的下腔使活塞帶動閥門上移實現(xiàn)位置的上調,直到使伺服閥偏差為零伺服閥處于中位截止時,活塞達到指定的上調位置。b:當閥位達到系統(tǒng)工作位時,閥位指令信號與反饋信號相等,伺服閥處于中間位置,使液壓缸下腔的油液封閉起來,使閥位穩(wěn)定在系統(tǒng)工作位上。c:當輸入閥位下調指令信號時,閥位信號與反饋信號的差值經過放大后驅動伺服閥2閥芯左移,使液壓缸的下腔和無壓回路相連,在彈簧力的作用下液壓缸下腔的油經節(jié)流器13、14,伺服閥2流到無壓回路,直到伺服閥偏差為零伺服閥處于中位截止時,活塞達到指定的下調位置。2)快速關閉工況在汽輪機超速或緊急情況下,為保證系統(tǒng)安全需要油動機快速關閉,即在短時間內關閉油動機,此時使電磁閥9失電,使p油動機在正常連續(xù)工況下起到對汽輪機閥門開度進行伺服調節(jié)的作用,在快速關閉工況下起到安全保護的作用。當油動機的液壓缸作高速運動至行程終端時,如果沒有合適的緩沖裝置,往往會發(fā)生劇烈的壓力沖擊和振動,使系統(tǒng)工作不平穩(wěn),同時產生刺耳的噪聲,有時甚至使緊固件松動,損壞液壓傳動零部件,影響液壓元件和系統(tǒng)的壽命,具有很大的危險性,利用緩沖裝置降低執(zhí)行元件的行程末端速度是避免上述弊病的行之有效的方法現(xiàn)有的DEH控制系統(tǒng)一般能很好地滿足火電廠汽輪機機組的負荷控制和轉速控制,其工作可靠性已基本能夠滿足大容量汽輪機安全運行的要求。但還有許多數(shù)字式電液控制系統(tǒng)的功能發(fā)揮得不夠理想2緩沖腔內壓力變化的數(shù)學模型圓錐形柱塞因為其加工方便而被廣泛應用于油動機快關緩沖裝置上。圓錐形柱塞緩沖結構簡圖如圖4所示。為了使討論的模型有更大的適用范圍,我們考慮部分圓錐柱塞的情況,當L下面分別按各個階段來討論部分圓錐柱塞緩沖裝置在快關過程中的運動方程。第一階段:局部壓力損失階段局部壓力損失階段的結構示意圖見圖5。當緩沖柱塞距離緩沖孔比較遠時,緩沖腔的油液通過緩沖孔流出,由于流道的斷面的突然收縮,產生局部壓力損失,其流量方程為:局部損失產生的壓降:式中,qρ為油液的密度,(kg/m第二階段:銳邊節(jié)流階段銳邊節(jié)流階段的結構示意圖見圖6。當緩沖柱塞距離緩沖孔比較近但還沒有進入柱塞孔時,緩沖腔的油液通過緩沖孔與緩沖柱塞前端形成的銳邊口流出,形成銳邊節(jié)流,其流量方程為:銳邊節(jié)流產生的壓降:式中,A的變化而變化,(mAC則第二階段緩沖腔壓力產生的運動阻力:第三階段:縫隙節(jié)流階段縫隙節(jié)流階段的結構示意圖見圖7。第三個階段的壓力變化比較平穩(wěn),可以忽略體積模量對流量的影響,這一階段又可以細分為三種情況。(1)進入緩沖孔的全是圓錐端,并且其長度為L式中,qμ為油液的動力粘度,(Pa?s)。此時緩沖腔的壓力:p(2)進入緩沖孔的既有圓錐段又有圓柱段,其長度分別為L式中,q(3)進入緩沖孔的只剩下了圓柱段,其長度為緩沖孔的長度L此時緩沖腔的壓力:p求出了∑(ΔpΔA)帶入力平衡方程就可以通過數(shù)值方法求出整個快關過程中的活塞運動曲線。在快關過程的三個階段中第一、第二階段的過渡通過比較Δp3油封結構參數(shù)對緩沖效果的影響圓錐柱塞仿真尺寸參數(shù)見表1。根據(jù)編制的應用程序,輸入相應的尺寸參數(shù)值后就能得到對應油動機的緩沖特性,如輸入一種典型的圓錐形柱塞:d快關時間:74,(ms);最大緩沖壓力:14.63,(MPa);緩沖末端速度:0.289,(m/s)。快關剛開始時,因為卸荷閥的突然打開,活塞加速前行,速度迅速提高,然后高速前行,直到緩沖柱塞進入緩沖孔,緩沖腔的壓力迅速升高,使得活塞速度迅速下降。可以看出圓錐柱塞緩沖的緩沖腔壓力突變比較大,有較大的沖擊。改變圓錐柱塞的結構參數(shù)可以得到不同的緩沖效果,具體分析如下。(1)圓柱段長度L表2表示d(2)圓柱段間隙對緩沖效果的影響表3表示L(3)圓錐端直徑d表4表示d(4)圓錐段長度L表5表示d(5)緩沖孔長度L表6表示d5快關緩沖仿真應用程序本文在對油動機的工作原理進行充分了解后,從液壓緩沖的機理出發(fā),對油動機快關緩沖特性進行了理論分析,并利用計算機