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EH系统讲义40万吨热电250MW汽轮机高压抗燃油伺服系统构成机修中心-周志强引言：汽轮机是带动发电机旋转发电的原动机，由于外界负荷随时都可能发生变化，而且不能大量存储，所以要求发电量与外界负荷随时保持平衡；同时要保证供电质量(频率和电压)。这些任务主要由汽轮机调节系统完成 。随着计算机容量、速度和可靠性的飞速发展。出现了以数字计算机作为主要控制装置，采用液压执行机构的第四代汽轮机控制系统高压抗燃油系统；简称DEH。DEH系统通过控制汽轮机主汽门和调节器门的开度，实现对汽轮发电机组的转速、负荷、压力的控制。所以它是汽轮发电机组的重要组成部分，是汽轮机启动、停止、正常运行和事故工况下的调节控制器。n DEH系统分为计算机控制和液压控制系统两部分，其中计算机控制系统用于实现DEH的各种功能并发出指令使各蒸汽阀门动作。液压控制系统（EH系统）用于接受计算机控制系统的指令并驱动各蒸汽阀门动作。EH系统构成及功能： n EH液压控制系统是汽轮机数字式电液控制系统（DEH）中的一个组成部分，主要由供油系统（EH油站、再生装置、抗燃油）、执行机构（高主油动机、高调油动机、中低压抽汽油动机）、危急遮断系统（危急保安装置、隔膜阀）、EH油压低试验模块及油管路系统（油管路、高压蓄能器）组成。n 新型的EH系统，除了能够完成负荷控制、转速控制等常规控制功能外，一般还具有各种汽轮机功能试验、阀门试验和超速试验等许多附属功能。EH油站工作原理 油泵启动后（最大流量约为100L/min），经过吸油滤器，从油箱中吸入抗燃油。从油泵出来后的压力油，经过油站出口组件，一路进入高压蓄能器，即向蓄能器充油；一路进入和该蓄能器相连的EH液压控制系统中。在充油过程中，系统流量会逐渐减少，油压开始升高。当油压到达泵的调整压力时，泵的变量机构起作用，并改变泵的输出流量，直到泵的输出流量和系统流量相匹配时，泵的变量机构便维持在某一位置，从而稳定系统油压在14.5MPa。当系统流量改变时，泵会自动调整输出流量。而在系统瞬间大油量时，供油则主要由蓄能器完成。EH油站部件： 油箱：n 油箱本体设计为不锈钢材料，容积为1150升，可满足1台大机和2台50小机和汽机旁路油动机的正常用油。在油箱上装有一些液压部件：主要由柱塞式主油泵、冷却油泵、滤油泵、控制块、滤油器、溢流阀、蓄能器、冷油器组成。该油站除主系统自身设置滤油设备外，还独立设置了一套自循环滤油系统，同时夏天温度较高，还特别设置了油循环冷却系统。侧面主要有翻板式液位计（带液位变送器）、压力表、PH仪表盒等；顶上主要有液位开关、油站出口集成块组件、空气滤清器等。各泵吸油口、油箱回油管和磁性过滤器在箱体内部，底部则安装了一个远红外加热器。油泵：n 为保证供油系统的可靠性，系统配置了两台高压变量柱塞泵，即一台泵工作，另一台泵备用。二台泵布置在油箱的下方，以便于泵的检修和正压吸入。n 主油泵 (2台):电机30KW（附图重点介绍）n 滤油泵 (1台):电机0.75KWn 冷却油泵 (1台):电机1.5KWn 调节装置分为二部分：调节阀和推动机构。调节阀装在泵的上部，感受泵出口压力变化并转化成推动机构的推力，其上的调整螺钉用于设定系统压力。n 推动机构在泵体内部，活塞产生的推动力克服弹簧力来决定泵斜盘倾角。该调节器包括一个壳体，内含控制阀芯、加载弹簧、端盘和加载弹簧机构。通过调整加载弹簧的预紧力，可以确定泵的设定压力。 系统压力（泵出口压力）作用于控制阀芯的左端，只要系统压力低于加载弹簧设定值，控制阀芯就被弹簧推向左端，从而使得伺服活塞连接于泵体泄油口,伺服弹簧则把泵保持于全排量。当泵出口压力升高到设定压力时，控制阀芯克服弹簧力向右端移动，使伺服活塞连接于泵的压力进口。该压力克服伺服弹簧力使伺服活塞移动并减小泵的斜盘倾角。随着系统压力升高斜盘倾角减小从而减小柱塞行程直到泵的输出流量减小到刚好把系统压力维持于设定值所需要的流量。 油站出口组件：n 油站出口组件安装在油箱顶部，其上装有：n a 10微米的滤芯两只，并联安装，分别装在两台泵的出口侧高压油路中。n b 单向阀两只，并联安装，分别装在两台泵的出口侧高压油路中。n C 溢流阀一只，装在单向阀后的高压油路中。当系统油压高于泵设定值时，溢流阀动作溢油，起到过压保护作用。（170.2MPa动作）n d 截止阀两只，分别装在两台泵出口侧的单向阀后的高压油路上，运行时均打开。关闭其中的一个截止阀，可对该路的滤油器、单向阀以及泵等进行在线检修或更换。磁性过滤器： n 油箱内回油管出口侧下面，装有一组永久磁钢组成的磁性过滤器，用以吸取液压油中的金属微粒。蓄能器： n 高压蓄能器一只，装在油箱侧面，并与泵和系统相连，可吸收泵出口压力的高频脉动分量，向系统供油，维持油压平稳。蓄能器块上有一个进油和一个回油截止阀，通过此二阀可将蓄能器与系统隔离并放掉蓄能器中的高压油和氮气，以进行在线维修。冷油器： n 冷油器二只，立在油箱旁，冷却水在管内流过，液压油在冷油器外壳内环绕管束流动。冷却水的通断由电磁水阀控制，也可以就地手动控制。油站冷却系统： n 系统除正常的回油冷却外，在油站中还设置了一套独立的冷却系统，以确保在任何情况下，油箱油温都能控制在正常的工作范围（2060）之内。再生装置功能： n 再生装置安装在EH油站旁，是一套独立的循环油路。该装置可用来存储吸附剂并能使抗燃油得到再生，即使油液变的更清洁并保持中性、去除水份等。其构成主要为硅藻土滤器和精密滤器（波纹纤维素滤器）。n 再生装置每个滤器上装有一个压力表。当油温在4354之间，而任一个滤器的压差高达0.21MPa时，就需检修该装置。关闭管路上的阀门，打开滤器盖，便可更换其内的滤芯。抗燃油： n 本系统采用的工作介质是一种抗燃性的液压油即磷酸酯型抗燃油，其正常工作温度为3060，闪点（）235 ，自燃点（）530，颗粒度SAE749D级（美国汽车工程协会）5级，NAS1638（美国国家宇航学会）8级（每mL油液中大于10m颗粒数280）。n 注意事项：避免抗燃油接触受伤的皮肤并误吞入；避免抗燃油溅落在保温层并渗入热金属表面；抗燃油侵蚀电缆包皮（如聚氯乙稀材料）后应立即清洗并检查损伤程度。执行机构： n 执行机构是EH系统中的重要部件，它直接控制着汽机蒸汽阀门的关闭及其阀门的开度。本系统共有7只执行机构：1个高主油动机、4个高调油动机、1个中抽油动机和1个旋转隔板油动机。n 执行机构分为开关型与伺服型两种。 开关型用于主汽阀的驱动，不参与调节，根据挂闸信号处于全开或全关两个位置。伺服型可根据DEH指令信号要求，驱动阀门在任何位置，从而有效控制机组的转速和负荷。工作原理 n 高主油动机为单侧进油油缸，其开启由抗燃油压力驱动，而关闭是靠操纵座上的弹簧力。由于油动机为开关型结构，因此油动机(即主汽阀)只能处于全开和全关二种工作状态。 n 挂闸后，高压抗燃油经过截止阀、电磁阀(常开)和节流孔后进入油缸下腔，油缸下腔油压逐渐升高，克服弹簧力，将油动机(即主汽阀)逐渐打开，直至主汽阀门全部打开。n 当电磁阀通电时，压力油被切断，回油接通，油缸下腔的压力油经过节流孔、电磁阀后接通压力回油，油缸下腔油压逐渐降低，主汽阀在弹簧力的作用下逐渐关闭，直至阀门全关。当阀门全关时对应行程开关发讯。n 高主油动机上装有一个卸荷阀。当汽轮机出现故障需要停机时，危急遮断系统动作并卸掉危急保安油（AST），卸荷阀打开，快速泄去油缸活塞下油，在弹簧力作用下，阀门被快速地关闭。静态时遮断关闭时间常数为0.150.3秒。高主油动机部件：n 高主油动机主要由液压油缸、集成块、截止阀、滤网、二位四通电磁换向阀、卸荷阀、和单向阀等部件所组成。其中，液压油缸与集成块相接，而其余部件则装在集成块上。电磁换向阀： n 油动机上设置了一只电磁换向阀，这是一种常开型二位四通电磁阀，用作油动机活动试验用。电磁铁断电时，油路接通，高压油进入油缸下腔，阀门打开。电磁铁通电时，切断来油的同时，油缸下腔的油接通回油，在弹簧力的作用下，阀门开始关闭。卸荷阀： n 卸荷阀装在油动机集成块上。它的作用是：当机组发生故障要停机时，危急保安(或脱扣)装置动作使危急遮断油卸油失压，卸荷阀动作，油动机活塞下腔的压力油经卸荷阀快速卸掉，在操纵座弹簧力作用下，阀门快速关闭。n 卸荷阀是插装阀与油路块的组合件，在系统原理图中作图符号使用的是插装阀符号。n 有三种不同的型式的卸荷阀，即先导溢流阀、电磁换向卸荷阀和DUMP阀。卸荷阀工作原理n 正常工作：AST电磁阀带电遮断油建立 P1 P2杯形阀、隔开HP与油缸下腔接通阀门开度加大 （节流孔是产生快速卸载阀的复位油的） 单向阀： n 集成块中装有两个单向阀：一只是通向AST油总管（或OPC油总管），该单向阀的作用是防止危急遮断母管上的AST油（或OPC油）倒流回油动机；另一只逆止阀是通向回油母管，该阀的作用是防止回油管里的油倒流回油动机。当关闭油动机上截止阀，便可以在线检修(或更换)油动机上的电磁阀(或伺服阀)、卸荷阀、油缸、滤网等，而不影响其它汽阀正常工作，而此在线检修只有在具有多阀功能的情况下才能进行。高调油动机： n 高调油动机装于阀门弹簧操纵座上，其活塞杆与阀杆相连，活塞运动时带动阀杆相应运动。中抽油动机： 中抽油动机为双侧进油油缸，其开启、关闭均由抗燃油压力驱动。该油动机属于伺服型，可以将油动机（或调节汽阀)控制在任意的位置上。中抽油动机为拉力油缸工作原理 从DEH来的指令信号经过伺服放大器放大后，在伺服阀中将电气信号转换成液压信号，使伺服阀主阀移动，高压油进入中油动机活塞下腔，油动机活塞上腔接通排油，活塞向上移动，并带动调节汽阀使之开启；当指令为关阀门时，其动作过程与上相反。当油动机活塞移动时，装在油动机上的两个线性位移传感器同时被带动，并将油动机活塞的机械位移转换成电气信号，作为负反馈信号与前面的DEH指令信号比较相加，当其运算结果为零，即输入伺服放大器的信号为零后，伺服阀的主阀便回到中间位置，从而切断油动机上下腔与油路的通道，此时汽阀便停止移动，停留在一个新的工作位置。n 中抽油动机上装有两个卸荷阀。当汽轮机出现故障需要停机时，危急遮断系统动作并泄掉危急保安油和OPC油，闭锁阀动作，切断伺服阀与油缸上下腔的通道。同时，两个卸荷阀打开，配置在中压油动机旁的高压蓄能器中的压力油通过其中的一个卸荷阀快速进入中抽油动机活塞上腔，而中抽油动机活塞下腔中的压力油则通过另一个卸荷阀进入到回油中，调节阀门被快速地关闭。静态时遮断关闭时间常数为0.150.3秒。 闭锁阀： n 闭锁阀主要由手动换向阀和滑阀组成，是一个伺服阀和油缸之间的开关型油路通道，滑阀受手动换向阀和OPC油的控制。n 正常运行时，建立起的OPC油通过手动换向阀（处于不闭锁位置）进入到滑阀之中，并将滑阀移动到工作位置，即伺服阀和油缸之间的油路相通位置。当转动手柄将手动换向阀置于闭锁位置时，进入到滑阀之中的OPC油被泄掉，滑阀在弹簧力的作用下移动到弹簧的另一端，此时，伺服阀和油缸之间的油路被切断，如关闭油动机上的截止阀，就可在线更换相应油动机上的伺服阀和滤网，而油动机仍可保持在当前工作状态。旋转隔板油动机： n 旋转隔板油动机工作原理和结构同中抽油动机。其区别仅在于旋转隔板油动机为推力油缸，而中抽油动机为拉力油缸。电液转换器（伺服阀以动画介绍）： 伺服阀工作原理：给一指令（加大开度）：DEH指令 线圈挡板偏转P左P右 滑阀右移HP与油缸下腔接通开度V=0滑阀回中位阀门在某一新的工作位置同理：加一反向电压，回油与下腔接通，关小阀门。n 力反馈原理：无控制电流时，衔铁由弹簧管支承在导磁体的中间位置，挡板也处于中间位置，滑阀在反馈杆小球的约束下处于中位，阀无液压输出。当有控制电流输入时在衔铁上产生逆时针方向的电磁力矩，使衔铁挡板组件绕弹簧转动中心逆时针方向偏转，弹簧管和反馈杆产生变形，挡板偏离中位。这时，喷嘴挡板阀右间隙减小而左间隙增大，引起滑阀左腔控制压力增大，右腔控制压力减小，推动滑阀左移。同时带动反馈杆端部小球左移，使反馈杆进一步变形。当反馈杆和弹簧管变形产生的反力矩与电磁力矩相平衡时，衔铁挡板组件便处于一个平衡位置。在反馈杆端部左移进一步变形时，使挡板的偏移减小，趋于中位。这使左腔控制压力又降低，右腔控制压力增高，当阀芯两端的液压力与反馈杆变形对阀芯产生的反作用力以及滑阀的液动力相平衡时，阀芯停止运动，其位移与控制电流成比例。n 伺服阀由于供油压力的变化和工作油温度的变化而引起的零位变化称为零飘。零飘一般用使其复位所需加的电流值与额定电流值之比来衡量。这一比值越小越好。n 由于制造、调整、装配的差别，控制线圈中不加电流时，滑阀不一定位于中位。有时必须加一定的电流才能使其恢复中位（零位）。这一现象称为零偏。零偏以使阀恢复零位所需加之电流值与额定电流值之比来衡量，一般零偏为2%。 危急遮断系统： n 危急遮断系统由危急保安装置和隔膜阀组成。当汽轮机出现故障需要停机时，危急遮断系统动作并卸掉危急保安油（AST）和超速保护控制油（OPC），关闭全部汽轮机蒸汽阀门，使汽轮机停机，以保护汽轮机安全。n OPC电磁阀采取冗余配置，AST电磁阀则是并串联结构形式。n AST电磁阀接受下列停机指令；轴承油压低，EH油压低，轴向位移，凝汽器真空低，超速(110%额定转速即3300转)等。 AST电磁阀： n 我们右图为例，介绍一下。AST是个二级阀，电磁阀带点后，图中左侧的小阀关闭，高压油进入后形成压力腔室，顶住图右侧阀座，封住AST油通道。反之，电磁阀失电，左侧小阀打开，高压油卸掉，右侧阀座在压差作用下打开，AST油卸掉。但AST1中的AST油只能卸到AST2、4中，如果2、4中没有一个动作，AST油是卸不掉的。所以，一组中至少有一个阀动作，才能卸掉。就是说，4个阀中任何一个误动，AST油压是卸不掉的。如果动作时，任何一个拒动，都不会造成油压无法卸掉。图中黄线表示高压油，红线表示AST油，绿线表示无压回油。四个AST电磁阀分别是1、2、3、4。1、3一组，2、4一组。OPC电磁阀： n OPC电磁阀有二只，它们是受DEH控制器的OPC部分所控制，按并联布置。正常运行时，该二只电磁阀是不带电常闭的，即堵住了OPC总管OPC油液的卸放通道，从而建立起OPC油压。n 当转速达103额定转速时（3090转），OPC动作信号输出，二个OPC电磁阀被励磁（通电）打开，使OPC母管OPC油液卸放，从而使调节汽阀迅速关闭，延时3秒钟且转速下降至3090转，OPC电磁阀失电复位，重新建立起油压，开调门维持机组3000转。隔膜阀： n 隔膜阀联接着润滑油（低压安全油）系统与EH油（高压安全油）系统，其作用是当低压安全油压力降到隔膜阀的动作值时，可通过EH油系统遮断汽轮机。n 当汽轮机正常运行时，润滑油系统的低压安全油通入隔膜阀上面的腔室中，并克服弹簧力，使隔膜阀保持在关闭位置，堵住EH危急遮断油母管通向回油的通道，从而建立起危急遮断油压（AST）。当润滑油保护系统动作并泄掉低压安全油后，隔膜阀在弹簧力的作用下而打开，卸掉EH危急遮断油母管AST油，从而关闭所有的蒸汽阀门。（上海置道公司的隔膜阀在上腔的低压安全油路上，安装了一个用于快速挂闸的电磁阀。打闸时通过DCS遮断挂闸电磁阀。） n 应用于高压抗燃油系统中。n 通过该装置泄去抗燃油安全油，使所有阀门随着关闭。n 薄膜阀的上部作用着透平油安全油压，下部作用着抗燃油安全油压n 由于透平油安全油压产生的作用力始终比抗燃油安全油压大，因此，薄膜阀的活塞始终处于关闭位置n 一旦透平油安全油压泄去，活塞将在抗燃油油压的作用下开启，使抗燃油油压也泄去，高、低压主汽阀和调节汽阀关闭 油管路系统 油管路系统主要由一套油管和六个高压蓄能器组成。油管可将供油系统与执行机构连接起来，构成一个工作回路，并输送工作介质。二个高压蓄能器固定在靠近高压调门伺服机构的旁边；二个高压蓄能器固定在中抽油动机旁边；二个高压蓄能器固定在旋转隔板油动机旁边。蓄能器块上有一个进油和一个回油截止阀，通过此二阀可将蓄能器与系统隔离并放掉蓄能器中的高压EH油，以进行在线维修。EH油压低试验装置： n EH油压低试验装置主要用于在线试验压力开关，以检测压力开关的状态并提高其可靠性。它主要由油路块、压力开关箱及支架组成，配置有节流孔、八只压力开关、两只压力表、两只二位二通电磁阀及两只截止阀。n 正常运行时，通到压力开关的油压为系统压力（14.5MPa），压力开关接点闭合（整定值为9.0MPa）。给一侧的电磁阀带电或手动打开截止阀，则经过节流孔进入到该侧压力开关的压力油泄掉，压力开关接点断开并对外发信。由于两侧压力开关同时动作才会发出停机信号，因此，试验不会造成汽机遮断。n 注意：试验时，只能单侧进行，切不可两侧同时进行试验！系统构成小结： n 危急遮断系统有什么作用？n 为了防止汽轮机在运行中因部分设备工作失常可能导致的汽轮机发生重大损伤事故，在机组上装有危急遮断系统。在异常情况下，使汽轮机危急停机，以保护汽轮机安全，危急遮断系统监视汽轮机某些参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统就关闭全部汽轮机进汽阀门。n 执行机构单向阀有何作用？n 有两个单向阀装在液压块中，一只是通向危急遮断油总管，该单向阀的作用是阻止危急遮断油母管上的油倒回到油动机。另一只单向阀是通向回油母管，该阀的作用是阻止回油管里的油倒流到油动机。当关闭油动机的隔离阀，便可以在线检修该油动机的伺服阀