企业培训_某电气自动控制工程有限公司培训教材

DEA东方电气自动控制工程有限公司培训教材汽轮机高压抗燃油液压伺服系统（第一分册）Turbine Hydraulic Servo Control System of HP Fire-resistant Oil第 一 版中国东方电气集团东方电气自动控制工程有限公司努力了的才叫梦想，不努力的就是空想！如果你一直空想的话，无论看多少正能量语录，也赶不走满满的负能量！你还是原地踏步的你，一直在看别人进步。内 容 提 要本教材是针对大型火力发电机组高压抗燃油液压伺服（控制）系统的培训而编写的，可用于135MW、200MW、300MW等机组。本教材着重介绍EH系统，主要内容是汽轮机液压伺服系统原理、组成、装置及元件说明、抗燃油和污染控制等。详细内容也可参阅相关说明书。本书适用于电厂运行、维修人员学习使用，也适用于我公司经营、服务、管理、生产人员学习使用。主 编：王宝忠 主 审：尚小林 徐正华责任校对：缪 凡 责任编辑：秦 晴前 言随着高压抗燃油全电调数字电液控制系统（DEH）在电站汽轮机控制中的应用和发展，广大用户和相关人员都迫切需要有一册较为详尽的，关于汽轮机液压伺服（控制）系统及其元件的基本原理、结构、安装、调试、运行、维护等方面内容的说明指导书。为此，根据编者多年从事电站汽轮机液压伺服系统设计、调试工作的经验，结合当前国内电厂中较为典型的液压伺服系统应用实例，在参考大量的液压技术资料的基础上，特编辑、整理了本培训手册，以方便用户和相关技术人员的学习与工作。本手册共分两个分册。第一分册为EH系统分册，主要内容是汽轮机液压伺服系统原理 、组成、装置及元件说明、抗燃油和污染控制等。第二分册是运行维护分册，主要内容包括安装、调试、运行、维护及常见故障诊断等。我们确信您将发现本书的价值，使其成为您工作中的助手和伙伴。编 者二00二年十二月目 录（第一分册）第一篇 概 述1第二篇 液压技术原理及特性2第三篇 汽轮机典型EH控制系统3第四篇 主要液压部件14第五篇 液压辅件26第六篇 液压油28第七篇 污染控制32第一篇 概 述第一篇 概 述在近十余年中，国内电站汽轮机控制系统的发展经历了一段较快的成长期，其突出标志为电液控制系统在汽轮机控制中的应用和推广。以往汽轮机控制大都采用传统的机液式或液压式的调节、保护系统，存在着自动化程度低、控制精度差、故障率高、操作复杂、检修维护困难等缺点。我国在20世纪80年代末、90年代初从国外（如西屋、日立等公司）引进了较先进的数字电液控制技术，从而引发了一场国内电站汽轮机控制系统的转型变革。数字电液控制技术是建立在两大基础技术之上的：其一为数字电子技术，它主要包括计算机技术、网络控制技术、电子集成电路技术等。其二为液压伺服控制技术。从20世纪70年代开始，随着大规模或超大规模集成电路技术的应用和推广，计算机及网络控制技术的普及和发展，数字电子技术的可靠性、安全性已越来越高；同时，液压伺服控制技术也得到了充分的发展，如液压装置的集成化，电液比例阀、伺服阀的使用等。所有这些综合运用于汽轮机控制、保护系统，就形成了适合电站汽轮机控制的数字电液控制系统，简称DEH。在DEH控制系统中，信号流部分（主要包括信号的采集、处理和放大）采用的是数字电子技术；而能量流部分（主要包括能量或功率的传递和放大）则采用了液压伺服控制技术。39第二篇 液压技术原理及特性第二篇 液压技术原理及特性液压系统是依靠对封闭液体的推力来工作的。它有两个表示其特征的主要参数，即压力P和流量Q。液压系统通过压力来传递功率，通过流量来产生运动。只要液体流动，必然存在引起运动的不平衡力，亦即必然存在压差或压降。该压差或压降是克服管道的摩擦阻力所必需的。在流量恒定的系统中，系统不同点之处的动能与压力能之和必恒定。液压系统的应用领域非常广泛，如机械加工业、建筑装备业、塑料加工业、农业机械、行走机械等等。它已成为人类生产、生活活动中不可缺少的技术。为什么汽轮机阀门的驱动、控制必须采用液压伺服系统呢？这是由于同机械、电力、电子和气动等其它控制系统相比，液压系统具有许多无可比拟的优点：l 无级调控性。液压系统的执行器（如液压缸等）可以很容易地实现速度、扭矩、功率等的无级调控；并且响应迅速，动作过程平稳、可靠。l 方向可逆性。很少有原动机是可以反向的。可以反向的原动机通常必须先减速到完全停止然后才能反向。而液压执行器则能在全速运动中突然反向且不损坏。l 控制精确性。液压控制系统有极好的运动精度。这是由于其采用的传递介质（液压油）的性质所决定的。由于油液的可压缩性很小，因此其控制精度可达到极高的水平。同时液压系统易与微机控制技术相结合，构成机-电-液一体的伺服控制系统。l 过载保护性。液压系统中可设置溢流阀以防止过载损坏。当负载超过设定值时，溢流阀把来自泵的流量引向油箱，限制输出力或力矩。这样液压执行器可在过载时停止运动而无损坏，并将在负载减小后立即起动。l 高功效性。液压系统可在高达400bar的范围内工作，由于元件的高速、高压能力，可以用很小的重量和尺寸提供很大的输出功率。加之集成化、通用化的设计，可使系统紧凑、合理，有较高的性能价格比。第三篇 汽轮机典型EH控制系统第三篇 汽轮机典型EH控制系统汽轮机的EH控制系统主要由液压伺服系统、液压遮断系统和抗燃油供油系统组成（200MW机组典型油路系统图如附图1所示）。EH系统接受数字电液控制系统（DEH）发出的指令，完成机组的挂闸、阀门驱动、遮断等任务，确保机组的安全、稳定运行。3.1 液压伺服系统液压伺服系统是DEH控制系统的重要组成部分，它主要由操纵座、油动机、LVDT组件等构成。液压伺服系统的关键部件是油动机。油动机是汽轮机调节保安系统的执行机构，它接受DEH控制系统发出的指令，操纵汽轮机阀门的开启和关闭，从而达到控制机组转速、负荷以及保护机组运行安全的目的。3.1.1 油动机的构成和类型：3.1.1.1 油动机由油缸和一个控制集成块相连而成，两者之间由“O”形密封圈实现静密封。按照其控制方式的不同，油动机分为连续型（主要用于调节阀油动机）和开关型（主要用于主汽阀油动机）两类。按照其所受液压力作用方式的不同，则可分为单作用缸和双作用缸两类。3.1.1.2 油缸：汽轮机EH系统中最常用的油缸为单作用缸。其开启由高压抗燃油驱动，而关闭是靠弹簧紧力，属单侧进油的油缸。为保证油缸快速关闭时，蒸汽阀碟对阀座的冲击力在允许的范围内，在油缸活塞的尾部采用了缓冲装置，它可在活塞到达行程末端时迅速减速。油缸为活塞式液压伺服缸，主要由活塞、活塞杆、前端盖、后端盖、缸筒、缓冲装置、防尘导向环、活塞杆串联密封、活塞密封和相应的联结件构成。所有的密封件对于磷酸脂抗燃油都具有优良的理化适应性。其结构见图3-1。其特点是: l 采用防尘导向环l 活塞杆采用唇形串联密封提高杆密封的可靠性l 活塞密封采用活塞环密封l 液压缸缓冲采用圆锥形缓冲图3-1 油动机结构简图3.1.1.3 控制集成块：控制集成块的作用是将所有的液压部件安装连接在一起。由于采用了油路块，大大减少了系统中元件之间相互连接的管子和管接头，消除了许多潜在的泄漏点。油动机的控制块上装有伺服阀（或电磁阀）、卸荷阀、遮断电磁阀、单向阀及测压接头等。所有“O”形密封圈均采用氟橡胶材料。3.1.2 油动机的工作原理：液压伺服系统有两个功能：一是控制阀门的开度，二是伺服机构、阀门系统的快速卸载，即阀门的快关功能。对于连续型油动机，其阀门的开度控制是一个典型的闭环位置控制系统。对于开关型油动机其阀门的开度控制则是一个开环控制系统。现以连续型（调节阀）油动机为例加以说明。其液压原理如图3-2所示。如当遮断电磁阀失电时，控制油通过遮断电磁阀进入卸载阀上腔，在卸载阀上腔建立起安全油压，卸载阀关闭；同时在安全油的作用下，切断阀打开，将压力油接通至伺服阀，此时，油动机工作准备就绪。计算机送来的阀位控制信号通过伺服放大器传到伺服阀，使其通向负载的阀口打开，高压油进入油缸下腔，使活塞上升并在活塞端面形成与弹簧相适应的负载力。由于位移传感器 （LVDT 2只，冗余配置） 的拉杆与活塞连接，所以活塞的移动便由位移传感器产生位置信号，该信号通过解调器反馈到伺服放大器的输入端，直到与阀位指令相平衡时，伺服阀回到零位，遮断其进油口和排油口，活塞停止运动。此时蒸汽阀门已经开到了所需要的开度，完成了电信号液压力机械位移的转换过程。随着阀位指令信号有规律的变化，油动机不断地调节蒸汽阀门的开度。卸载阀装在油动机的控制集成块上。正常工作时，阀芯将负载压力、回油压力和安全油压力分开，当汽轮机机组遮断时，安全系统动作，卸载阀上腔的安全油压泄压，卸载阀在油动机活塞下油压的作用下打开，油动机活塞下的油液通过卸载阀向油动机活塞上腔转移，多余的油液则通过单向阀流回油箱。这时油动机活塞下油压的压力迅速降低，油动机活塞在阀门操纵座弹簧紧力下迅速下降，使阀门快速关闭。油动机自身关闭时间常数为 0.15 秒。图3-2 油动机液压原理图当需要油动机做快关试验（如OPC动作）时，可以通过每个油动机上的遮断电磁阀（或OPC母管上的OPC电磁阀）带电来实现。其过程同安全系统动作类似。 当需要重新建立工作状态时，油路的设置保证了先建立安全油，使卸载阀关闭，油动机活塞下腔与回油通道切断，油动机就可以再次实现位置伺服控制。3.1.3 主要技术参数：3.1.3.1 额定工作压力：14Mpa 3.1.3.2 活塞杆结构形式：单活塞杆（拉缸）3.1.3.3 各伺服油缸参数（以200MW机组为例）：活塞直径活塞杆直径活塞有效面积（mm2）最大输出力（kN）高调10250620885.2中调8350344747.28高主1255010308141.43中主10250620885.23.1.4 注意事项：3.1.4.1 油动机在运输、安装过程中不能拆下进回油口上的保护盖、阀块上的冲洗板，以免灰尘、铁屑等污染颗粒进入液压伺服缸。3.1.4.2 油动机运行时，进入油缸的液压油颗粒度应优于ISO标准15/12级或NAS标准6级。使用前，应对其进行低压循环冲洗。3.1.4.3 定期更换油动机入口滤油器精密滤芯，超过污染标准时（压差指示器动作）也应更换滤芯。3.1.4.4 伺服油缸发生故障后，不允许用户自行解体、检修，以免拉伤缸体、损坏密封组件。如必须检修，应返回专业厂家或在专业人员的指导下进行。3.2 液压遮断系统液压遮断系统的任务是接受DEH或ETS控制系统的指令，在出现危害机组运行安全的紧急情况时，迅速泄掉各油动机的安全油，快速关闭各阀门，遮断机组进汽。其中高压遮断及超速限制、压力开关组件原理图如图3-3所示。图3-3 遮断、超速、压力开关组件原理图液压遮断系统的关键部件是高压遮断模块。它控制着汽轮机EH系统安全油的排油口，是整个遮断系统的总枢纽。为保证其动作的安全、可靠性，高压遮断模块大都采用四只卸荷阀（分别由各自的电磁阀控制）两两并联再串联的结构，并可通过对设置在前后两组卸荷阀中部的两只压力开关的监测，在线对电磁阀、卸荷阀分别进行活动试验。为保证汽机在失去保安电源的情况下能迅速遮断汽轮机，高压遮断模块的电磁阀一般都采取正常运行时长期带电，失电则跳机的方式。压力开关组件由安装在高压安全油管路上的三只压力开关构成。它监测系统的安全油压，当安全油压降低至压力开关的设定值时（通常为7.8MPa），压力开关复位发讯，DEH装置接受压力开关的复位信号，经三取二逻辑判断后，发出汽机遮断指令。汽机EH系统中的高压安全油除受高压遮断模块控制外，还受低压系统的隔膜阀（或机械遮断阀）的控制，当汽机的机械式危急遮断器（飞锤或飞环）动作或就地手动遮断时，可迅速打开隔膜阀（或机械遮断阀）所控制的高压安全油排油口，泄掉安全油压，遮断机组进汽。超速限制模块由两只OPC卸荷阀及控制其动作的先导电磁阀组成。它的作用是控制各调节阀油动机的安全油。当汽机甩负荷或转速超过103%额定转速时，OPC电磁阀带电动作，其卸荷阀开启，快速泄掉各调节阀油动机的OPC安全油压，使调门快关，以避免机组超速。遮断、超速、压力开关组件通常设计为一个整体，以便于现场的安装布置。3.3 供油系统供油系统的作用是为调节保安系统各执行机构提供符合要求的高压工作油（1114MPa）。供油系统主要由EH供油装置、抗燃油管路、油动机过滤器及蓄能器组件等构成。现以东方200MW机组配供的EH系统供油装置为例加以说明。其基本原理如图3-4所示。 3.3.1 供油装置组成及主要部件供油装置的电源要求：l 两台主油泵为 230KW，380VAC，50HZ，三相l 两台循环泵为 21.5KW，380VAC，50HZ，三相l 一组电加热器为 3KW2，220VAC，50HZ，单相图3-4 供油装置原理图3.3.1.1 油泵两台EHC泵均为压力补偿式变量柱塞泵。当系统流量增加时，系统油压将下降，如果油压下降至压力补偿器设定值时，压力补偿器会调整柱塞的行程将系统压力和流量提高。同理，当系统用油量减少时，压力补偿器减小柱塞行程，使泵的排量减少。本系统采用双泵工作系统。一台泵工作，另一台泵备用，以提高供油系统的可靠性。二台泵布置在油箱的下方，以保证正的吸入压头。 3.3.1.2 蓄能器组件蓄能器组件安装在油箱底座上，蓄能器组件主要包括210L高压蓄能器，DN25截止阀，DN6.4截止阀，25MPa压力表各一个。关闭DN25截止阀可以将相应的蓄能器与系统母管隔开，因此蓄能器可以在线修理。DN6.4截止阀用以泄放蓄能器中的剩油，压力表指示系统的工作油压力。3.3.1.3 冷油器二个冷油器装在油箱上部或侧部。设有一个独立的自循环冷却系统（主要由循环泵和温控水阀等组成），温控水阀可根据油箱油温设定值，调整水阀进水量的大小。以确保在系统运行时，油箱油温能控制在正常的工作温度范围之内。 3.3.1.4 再生装置抗燃油再生装置由硅藻土滤器和精密滤器（即波纹纤维滤器）组成，每个滤器上装有一个压力表和压差指示器。压力表指示装置的工作压力，而压差指示器用以指示各过滤器的前后压差，当其动作发讯时，表示过滤器的滤芯需要更换。硅藻土过滤器以及波纹纤维过滤器均为可调换式滤芯，关闭相应的阀门，打开滤油器盖即可调换滤芯。抗燃油再生装置是保证液压系统油质合格的必不可少的部分，当油液的清洁度、含水量和酸值不符合要求时，启用液压油再生装置，可改善油质。在机组运行中应定期或长期投入抗燃油再生装置，以维护油液的品质。3.3.1.5 油箱油箱是由不锈钢板焊接而成，密封结构，设有人孔板和底部排污口供维修、清洁油箱时用。油箱上部装有空气滤清器和干燥器，使供油装置呼吸时对空气有足够的过滤精度，避免空气中的粉尘和水份进入油箱，以保证系统的清洁度。油箱中还插有磁棒，用以吸附油箱中游离的铁磁性微粒。3.3.1.6 主泵出口过滤器组件过滤器组件（集成块）上安装有用作系统安全阀的溢流阀，还有直角单向阀，高压过滤器及检测高压过滤器滤芯污染状况的压差发讯器各两套，各成独立回路。3.3.1.7 回油过滤器供油装置的回油过滤器，内装有精密过滤器，为避免当过滤器堵塞时过滤器被油压压扁，回油过滤器中装有过载单向阀，当回油过滤器进出口间压差大于0.5MPa时，单向阀动作，将过滤器短路，油液直接泄放回油箱。供油装置有两个回油过滤器，一个串联在有压回油管路，过滤系统回油；另一个回油过滤器布置在旁路循环回路上，在需要时启动系统，过滤油箱中的油液。3.3.1.8 油加热器油加热器由两只管式加热器组成。当系统油温低于设定值时，启动加热器给油液加热，此时，循环泵同时（自动）启动，以保证油液受热均匀。温度控制器通过电气上的联接，使当油液被加热至设定值时，自动切断加热回路，以避免由于人为的因素而使油温过高。3.3.1.9 循环泵组供油装置设有自成体系的油滤和冷油系统，即旁路循环泵组系统，在油温过高或油清洁度不高时，可启动该系统对油液进行冷却和过滤。3.3.1.10 必备的监视仪表供油装置中配有泵出口压力表、系统压力测口、回油压力测口、压力开关、液位开关、温度传感器等必备的监视仪表。这些仪表与集控室仪表盘，计算机控制系统，安全系统等联接起来，可对供油装置及液压系统的运行进行监视和控制。3.3.2 供油装置工作原理 由交流马达驱动的高压变量柱塞泵，通过泵进口滤网由泵将油箱中的抗燃油吸入，从油泵出口的高压油经过压力滤油器流入高压油母管，将高压抗燃油送到各执行机构和高压遮断系统。溢流阀在高压油母管压力达170.2MPa时动作，起到过压保护作用。各执行机构的回油通过压力回油管先经过回油滤油器然后回至油箱。高压油母管上的压力开关能在油压偏离正常值（11.2MPa）时提供报警信号，并提供自动启动备用泵的开关信号。高压油母管上另外三只压力开关能在油压极低（7.8MPa）时送出遮断停机信号（三取二逻辑），每台主泵出口设置的压力开关和两只试验电磁阀可用于主泵的液压联锁试验。油箱内装有油箱油温过低、油位高、油位低报警测点和油位低低遮断的装置。油箱油位指示器安放在油箱的侧面。3.3.2.1 油动机过滤器组件在每个油动机进口的高压油管路上，都设置有过滤器组件。其主要由集成块、滤壳、滤芯、压差发讯器、截止阀等部件组成。滤芯的过滤精度为3m，主要用于保护油动机上的伺服阀、电磁阀等精密元件。当滤芯受污染物阻塞达到压差发讯器的设定值（0.5MPa）时，压差发讯器动作，提醒运行人员更换滤芯。过滤器组件原理如图3-5所示。图3-5 过滤器组件原理图3.3.2.2 蓄能器组件除供油装置中包含有一组高压蓄能器组件外，在抗燃油油管路系统中还设置有两组高压蓄能器组件。高压蓄能器安装在高压油供油母管上，并尽量靠近油动机布置。其作用是储存能量，消除油压波动，维持系统油压稳定。每组高压蓄能器组件中主要包括25L高压蓄能器，DN25截止阀，DN6.4截止阀，25MPa压力表各两套。关闭DN25截止阀可以将相应的蓄能器与系统母管隔开，因此蓄能器可以在线维修。DN6.4截止阀用以泄放蓄能器中的剩油。压力表指示的是系统的工作油压力，而不是充氮压力。蓄能器组件原理如图3-6所示。图3-6 蓄能器组件原理图对于在EH系统中含有双作用缸或较多推缸（单作用缸，工作时推压弹簧作功）的情况下，通常需设置低压蓄能器组件。低压蓄能器组件与高压蓄能器组件结构相同，其主要作用是减少油动机快关时的瞬间排油冲击。3.3.2.3 抗燃油油管路系统汽轮机EH系统中各分立元件、部套间（如供油装置、各油动机、过滤器组件、蓄能器组件及高压遮断及超速限制模块、压力开关组件等）的相互连接以及液压能的传输，都是通过管道、接头和控制阀块孔道等进行的。系统中常用的管接头有金属球面接头，“O”型圈密封接头及卡套式管接头等。EH系统的管道，采用的是耐腐蚀的不锈钢冷轧无缝管，耐压高于21Mpa。管道与管道的连接采用氩弧焊方式，以确保焊缝部位的清洁度和连接强度。第四篇 主要液压部件第四篇 主要液压部件4.1 液压缸汽轮机EH控制系统中的液压缸是直线执行器，它能把液压能转换为直线运动的机械能。在整个行程中，缸的出力和速度可以保持不变，也可以随意变化。液压缸可以脱离驱动装置独立布置，使系统布置具有很大的自由度。各种可能的固定和联结方式，及其与杠杠、连杆机构的结合，更增加了液压缸的通用性。在汽轮机阀门操纵系统中所采用的液压缸主要有两种类型：单作用弹簧回程缸和双作用差动缸。前者当活塞杆外伸时，施加在无杆端油口的油压力压缩弹簧。油压力去除时，弹簧使杆内缩。后者外伸和内缩皆靠油压力驱动，但由于活塞杆截面积的影响，使得内缩时的受压面积小于外伸时的面积。图41为典型工业用液压缸的结构示意图。其中运动部分为镀铬钢制活塞杆及活塞总成。为防止液压缸行程结束时的撞击，在活塞运动的上下止点，可根据需要设置缓冲环或缓冲柱塞。压力容腔总成则由钢端盖即无杆端钢头、经珩磨精加工的钢制缸筒、有杆端缸头及活塞杆导向套构成。图41 工业用液压缸结构示意图拉杆和螺母用来把缸头和缸筒连在一起。静密封件保持连接压力严密。导向套通常用压盖和螺钉固定以便拆卸。设置活塞杆防尘圈以防止外界杂质进入导向与密封区。运动表面的密封性由活塞杆密封圈和活塞密封圈来提供。液压缸的主要尺寸特征参数为：活塞直径、活塞杆直径、行程。主要计算公式为：FPA，QAV4.2 液压伺服阀电液伺服阀是DEH控制系统中电液转换的关键元件，它可将电调装置发出的控制指令，转变成相应的液压信号，并通过改变进入液压缸液流的方向、压力和流量，来达到驱动阀门、控制机组的目的。4.2.1 结构特点 伺服阀是一个由力矩马达、两级液压放大及机械反馈所组成的系统。第一级液压放大是双喷嘴挡板系统；第二级放大是滑阀系统。其基本结构如图4-2所示。图4-2 伺服阀基本结构简图4.2.1.1 力矩马达：一种电气机械转换器，可产生与电指令信号成比例的旋转运动，用在伺服阀的输入级。力矩马达包括电气线圈、极靴和衔铁等组件。衔铁装在一个薄壁弹簧管上，弹簧管在力矩马达和阀的液压段之间起流体密封作用。衔铁、挡板和反馈杆刚性固接，并由薄壁弹簧管支撑。4.2.1.2 先导级：挡板从弹簧管中间伸出，置于两个喷嘴端面之间，形成左、右两个可变节流孔。衔铁的偏转带动挡板，从而可改变两侧喷嘴的开启，使其产生压差，并作用于与该喷嘴相通的滑阀阀芯端部。4.2.1.3 功率放大级：由一滑阀系统控制输出流量。阀芯在阀套中滑动，阀套上开有环行槽，分别与供油腔P和回油腔T相通。当滑阀处于“零位”时，阀芯被置于阀套的中位；阀芯上的凸肩恰好将进油口和回油口遮盖住。当阀芯受力偏离“零位”向任一侧运动时，导致油液从供油腔P流入一控制腔（A或B），从另一控制腔（B或A）流入回油腔T。阀芯推动反馈杆端部的小球，产生反馈力矩作用在衔铁挡板组件上。当反馈力矩逐渐等于电磁力矩时，衔铁挡板组件被移回到对中的位置。于是，阀芯停留在某一位置。在该位置上，反馈力矩等于输入控制电流产生的电磁力矩，因此，阀芯位置与输入控制电流的大小成正比。4.2.1.4 特点：l 衔铁及挡板