汽輪機(jī)技術(shù)論文

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一、項(xiàng)目提出的背景

1．1汽輪機(jī)300MW汽輪機(jī)電液掌握系統(tǒng)

洛陽首陽山電廠二期2x汽輪機(jī)300MW汽輪機(jī)為日立公司TCDF-33．5亞臨界壓力、中間再熱、雙缸雙排汽、沖動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)，于1995年12月和1996年3月投產(chǎn)。汽輪機(jī)調(diào)整系統(tǒng)為數(shù)字電液調(diào)整(D—EHG)，采納低壓汽輪機(jī)油電液調(diào)整。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)置為1個(gè)高壓油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)4個(gè)高壓調(diào)速汽門，2個(gè)中壓油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)2個(gè)中壓調(diào)速汽門。每個(gè)油動(dòng)機(jī)由一個(gè)電液伺服閥掌握，1臺(tái)汽輪機(jī)的3個(gè)油動(dòng)機(jī)(CV、左右側(cè)ICV)的電液伺服閥均為日本制造的Abex415型電液伺服閥。掌握油和潤滑油均采納同一油源即主油箱內(nèi)的N32號(hào)防銹汽輪機(jī)油，在掌握油路上安裝一精密濾網(wǎng)(精度為51μm)。

1．2存在問題

首陽LU電廠3、4號(hào)機(jī)組從1995年試運(yùn)開頭，機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過程中常常消失油動(dòng)機(jī)突然不動(dòng)的現(xiàn)象，經(jīng)檢查掌握系統(tǒng)正常，信號(hào)傳輸正常，均為伺服閥故障所致，伺服閥更換后調(diào)整系統(tǒng)恢復(fù)正常。機(jī)組在帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行和中壓調(diào)整門活動(dòng)試驗(yàn)日寸，也消失油動(dòng)機(jī)不動(dòng)的狀況及油動(dòng)機(jī)全開或全關(guān)的現(xiàn)象，檢查均為伺服閥故障。

伺服閥消失故障必需進(jìn)行更換，而這種調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式伺服閥無法隔離，只能被迫停機(jī)更換。首陽山電廠3、4號(hào)機(jī)組由于伺服閥緣由造成的停機(jī)：2000年分別為8次、5次，2022年分別為1次、2次；截止到2022年6月僅3號(hào)機(jī)組由于伺服閥緣由造成的停機(jī)就達(dá)4次。對(duì)拆下來的故障伺服閥進(jìn)行檢查，發(fā)覺其內(nèi)部濾芯堵塞、噴嘴堵塞、滑閥卡澀。伺服閥內(nèi)部濾芯堵塞引起伺服閥前置級(jí)掌握壓力過低，不能掌握伺眼閥的第2級(jí)滑閥運(yùn)動(dòng)，致使油動(dòng)機(jī)拒動(dòng)(對(duì)掌握信號(hào)不響應(yīng))；噴嘴堵塞油動(dòng)機(jī)關(guān)閉；伺服閥卡澀，使油動(dòng)機(jī)保持在全開或全關(guān)位置。油質(zhì)污染是造成上述故障的主要緣由，油質(zhì)污染造成伺閥卡澀的故障占伺服閥故障的85％[1]。

1．3油質(zhì)狀況及防止伺服閥卡澀的措施

由于3、4號(hào)機(jī)組試運(yùn)時(shí)就常常發(fā)生伺服閥卡澀，移交生產(chǎn)后首陽山電廠對(duì)油質(zhì)就特別重視，1996年成立了濾油班加強(qiáng)濾油管理，提高油質(zhì)清潔度。伺服閥卡澀頻率比試運(yùn)時(shí)降低了很多，但次數(shù)還比較多。

日立《汽輪機(jī)維護(hù)手冊(cè)》標(biāo)明，伺服閥可在等于或低于NASl638第7級(jí)污染程度的油質(zhì)中良好工作。二期油系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)為套管形式，濾網(wǎng)后向伺服閥供油的掌握油管位于潤滑油回油管中無法取樣監(jiān)測，只能監(jiān)視潤滑油的清潔度。依據(jù)舊的《電廠用運(yùn)行中汽輪機(jī)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[2]中對(duì)油中機(jī)械雜質(zhì)的要求是外觀

目視無雜質(zhì)，1996年至今，每周化驗(yàn)3、4號(hào)機(jī)潤滑油，油樣透亮?????、無雜質(zhì)(有一段時(shí)間含少量水分，極少檢查有雜質(zhì))。新的《電廠用運(yùn)行中汽輪機(jī)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[3]除要求外觀目視油中無機(jī)械雜質(zhì)外，對(duì)油質(zhì)提出了更高要求：250MW及以上機(jī)組要求測試顆粒度，參考國外標(biāo)準(zhǔn)極限值NASl638規(guī)定8-9級(jí)或MOOG規(guī)定6級(jí)；有的汽輪機(jī)300MW汽輪機(jī)潤滑系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)共用一個(gè)油箱，也用礦物汽輪機(jī)油，此時(shí)油中顆粒度指標(biāo)應(yīng)按制造廠供應(yīng)的指標(biāo)，測試周期為每6個(gè)月1次。2022年對(duì)3、4號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)油取樣講行顆粒度分析，運(yùn)行油顆粒度均合格(見表1)。

伺服閥卡澀引起停機(jī)，對(duì)機(jī)組平安性影響特別大，且伺服閥卡澀引起機(jī)組非方案停運(yùn)影響電廠的經(jīng)濟(jì)性。首陽山電廠實(shí)行了以下臨時(shí)措施：

(1)定期更換伺服閥，超過3個(gè)月后遇到機(jī)組停機(jī)進(jìn)行更換；(2)定期切換掌握油濾芯，并對(duì)其清洗；(3)濾油機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)提高油質(zhì)清潔度；(4)加強(qiáng)油質(zhì)檢驗(yàn)。從運(yùn)行看，因伺服閥卡澀引起停機(jī)次數(shù)有所削減。但尚無從根本上解決問題，為此經(jīng)分析、討論提出一系列改造設(shè)想，如“采納獨(dú)立的掌握油源”、“不停機(jī)更換伺服閥”等，但由于系統(tǒng)改造量大、改造費(fèi)用高或技術(shù)上不行行而均放棄。經(jīng)多方分析、調(diào)研，提出將伺服閥改型，選用抗污染性能較強(qiáng)的DDV閥的方案。

二、Abex415型電液伺服閥

2．1工作原理

電液伺服閥是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件，它把微小的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成大功率的液壓能輸出，掌握調(diào)速汽門的閥位。它的性能優(yōu)劣對(duì)電液調(diào)整系統(tǒng)影響很大，是電液調(diào)整系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。該伺服閥為射流管式力反饋二級(jí)電液伺服閥，為四通閥門，其作用是掌握進(jìn)出液壓系統(tǒng)的油量，使其與輸入的電信號(hào)成比例，主要由閥體、轉(zhuǎn)距電動(dòng)機(jī)(線圈、電樞)、永久性磁鐵、第1級(jí)射流管、壓力反饋彈簧、第2級(jí)滑閥、“O”形環(huán)、外殼等組成(見圖1)。

其工作原理：少量液壓油從油源流經(jīng)濾網(wǎng)，然后流經(jīng)連接在力矩馬達(dá)轉(zhuǎn)子上的軟管，最終從噴油嘴流出。從噴嘴出來的油噴到2根集油管上，2根油管分別連于滑閥的兩端。無偏移時(shí)，每個(gè)集油管產(chǎn)生約二分之一的管道壓力，因而無差壓產(chǎn)生，所以滑閥平衡。電流流過力矩馬達(dá)時(shí)即產(chǎn)生肯定力矩，使力矩馬達(dá)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度。若轉(zhuǎn)子為反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則噴油管向右移動(dòng)，引起更多的油噴到右邊的集油管上，即產(chǎn)生壓力，而左邊集油管產(chǎn)生較小的壓力。這樣滑閥上消失壓差，引起滑閥向左移動(dòng)?；y始終向左移動(dòng)直到回位彈簧產(chǎn)生的反力與力矩

馬達(dá)產(chǎn)生的力相等為止。這時(shí)滑閥處于一新的平衡位置。第2級(jí)電流成正比。如電流極性相反，則滑閥移到另一側(cè)。

2．2主要特點(diǎn)

(1)該閥為射流管式力反饋二級(jí)放大電液伺服閥；(2)低滯環(huán)，高辨別率；(3)靈敏度高，線性好且掌握精度高；(4)掌握油采納潤滑油同一油源即主油箱內(nèi)的N32號(hào)防銹汽輪機(jī)油，對(duì)油質(zhì)要求高且抗污染力量差。

2．3主要技術(shù)規(guī)范

伺服閥的型號(hào)、。

三、DDV伺服閥技術(shù)介紹

3.1工作原理

DDV伺服閥由集成塊電子線路、直線馬達(dá)、閥芯、閥套等幾部分構(gòu)成(見圖

2)。其工作原理為：一個(gè)電指令信號(hào)施加到閥芯位置掌握器集成塊上，電子線路在直線馬達(dá)產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)電流，震蕩器使閥芯位置傳感器(LVDT)勵(lì)磁。經(jīng)解調(diào)后的閥芯位置信號(hào)和指令位置信號(hào)進(jìn)行比較，閥芯位置掌握器產(chǎn)生一個(gè)電流輸出給力矩馬達(dá)，力矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥芯，始終使閥芯移動(dòng)到指令位置。閥芯的位置與指令信號(hào)大小成正比。伺服閥的實(shí)際流量Q是閥芯位置與通過閥芯計(jì)量邊的壓力降的函數(shù)。

永磁直線馬達(dá)結(jié)構(gòu)。其工作原理：直線馬達(dá)是一個(gè)永磁的差動(dòng)馬達(dá)，永磁供應(yīng)部分所需的磁力，直線馬達(dá)所需的電流明顯低于同量級(jí)的比例電磁線圈所需的電流。直線馬達(dá)具有中性的中位，因

為它一偏離中位就會(huì)產(chǎn)生力和行程，力和行程與電流成正比，，自線馬達(dá)在向外伸出的過程巾必需克服高剛度彈簧所產(chǎn)生的對(duì)中力與外部的附加力(即液動(dòng)力及由污染引起的摩擦力)。在直線馬達(dá)返回中位時(shí)，對(duì)中彈簧力是和馬達(dá)產(chǎn)生的力同方向的，等于給閥芯供應(yīng)了附加的驅(qū)動(dòng)力，因此使DDV伺服閥對(duì)污染的敏感性大為降低。直線馬達(dá)借助對(duì)，卜彈簧回中，不需外加電流。停電、電纜損壞或緊急停機(jī)狀況下，伺服閥均能自行回中，無需外力推動(dòng)。

3．2主要特點(diǎn)

DDV閥是MOOG公司最新研制勝利的新型電液伺服閥，目前已由

MOOGGmbH(德國)公司進(jìn)行批量生產(chǎn)。它是一種直接驅(qū)動(dòng)式伺服閥，用集成電

路實(shí)現(xiàn)閥芯位置的閉環(huán)掌握。閥芯的驅(qū)動(dòng)裝置是永磁直線力馬達(dá)，對(duì)中彈簧使閥芯保持在中位，直線力馬達(dá)克服彈簧的對(duì)中力使閥芯在2個(gè)方向都可偏離中位，平衡在一個(gè)新的位置，這樣就解決了比例電磁線圈只能在一個(gè)方向產(chǎn)：生力的不足之處。閥芯位置閉環(huán)掌握電子線路與脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)電子線路固化為一塊集成塊，用特別的連接技術(shù)固定在伺服閥內(nèi)，因此該伺服閥無需配套電子裝置就能對(duì)其進(jìn)行掌握。

DDV閥與“射流管式伺服閥”(或“雙噴嘴力反饋兩級(jí)伺服閥”)相比，其最大特點(diǎn)是：(1)無液壓前置級(jí)；(2)用大功率的直線力馬達(dá)替代丁小功率的力矩馬達(dá)；

(3)用先進(jìn)的集成塊與微型位置傳感器替代了工藝簡單的機(jī)械反饋裝置一力反饋桿與彈簧管；(4)低的滯環(huán)，高的辨別率；(5)保持了帶前置級(jí)的兩級(jí)伺服閥的基本性能與技術(shù)指標(biāo)；(6)對(duì)掌握油質(zhì)抗污染力量大大提高；(7)降低運(yùn)行維護(hù)成本。

3．3主要技術(shù)參數(shù)

DDV伺服閥的型號(hào)、參數(shù)

四、技術(shù)改造方案及設(shè)備安裝調(diào)試

通過技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：(1)徹底解決伺服閥卡澀；(2)不轉(zhuǎn)變調(diào)整系統(tǒng)的調(diào)整特性；(3)具有

高的牢靠性、平安性；(4)改造量小。

改造方案：(1)將汽輪機(jī)的CV、左右側(cè)ICV伺服閥均改為DDV型伺服閥。

(2)機(jī)械方面：因2種伺服閥外形、開孔尺寸及安裝尺寸不同，在伺服閥與執(zhí)行器間加裝連接用的油路集成塊，并在集成塊上安裝進(jìn)油濾網(wǎng)。(3)熱工方面：安裝電源及信號(hào)轉(zhuǎn)換箱，接受HITASS的D-EHG掌握信號(hào)(±8mA)和2路220V溝通電源(一路UPS，一路保安段)，將掌握信號(hào)(±8mA)變?yōu)殡妷盒盘?hào)(±10V)作為DDV的掌握信號(hào)，溝通220V轉(zhuǎn)換為直流24V作為DDV的電源。

通過靜止試驗(yàn)表明，調(diào)整系統(tǒng)靜態(tài)特性達(dá)到與改型前試驗(yàn)數(shù)值基本全都，表明伺服閥改為DDV閥后，整個(gè)掌握系統(tǒng)調(diào)整方法、調(diào)整性能無變化。改型前后靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為檢驗(yàn)伺服閥改為DDV閥后是否平安，能否保證失電狀況下執(zhí)行器關(guān)閉，進(jìn)行了失電試驗(yàn)：加一開啟信號(hào)，執(zhí)行器開啟；就地拔去信號(hào)接頭，執(zhí)行器自行關(guān)閉。

五、運(yùn)行實(shí)踐及經(jīng)濟(jì)分析

4號(hào)機(jī)組自2022年9月運(yùn)行至今，機(jī)組啟停多次，調(diào)整系統(tǒng)牢靠穩(wěn)定，沒有發(fā)生一次因伺服閥卡澀而造成機(jī)組的非方案停運(yùn)。

技術(shù)改造后對(duì)機(jī)組平安、經(jīng)濟(jì)方面的影響。平安性：避開了伺服閥卡澀，極大地提高了機(jī)組的平安性、牢靠性且機(jī)組非方案停運(yùn)次數(shù)大大削減；經(jīng)濟(jì)性：技術(shù)改造除增加發(fā)電量外，每年約可節(jié)省費(fèi)用74萬元。技術(shù)改造費(fèi)為每臺(tái)機(jī)20萬元，2臺(tái)機(jī)組共40萬元。1臺(tái)機(jī)組1年就可收回2臺(tái)機(jī)組的全部投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

六、結(jié)論

實(shí)際運(yùn)行狀況表明：該項(xiàng)技術(shù)改造在于汽輪機(jī)電液掌握系統(tǒng)與潤滑油系統(tǒng)同用一個(gè)油源，提高了適用性及抗污染力量，解決了電液伺服閥卡澀問題，大大削減了機(jī)組非方案停運(yùn)次數(shù)，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。可在同類日立00MW汽輪機(jī)的電液掌握系統(tǒng)推廣、實(shí)施。

目前國內(nèi)機(jī)組電液掌握系統(tǒng)