大容量汽轮机油动机快关功能的设计

大容量汽轮机油动机快关功能的设计

发动机是用蒸汽为工作，将蒸汽转化为机器的动能旋转式原动机。与其他热力原动机相比,它具有单机功率大,效率高,运转平稳,单位功率制造成本低和使用寿命长等一系列优点,因而得到广泛应用对于小功率的汽轮机,快速关闭能够比较容易地达到规定的要求,这是因为油动机技术比较成熟,靠选取一些经验值,就能较轻易地满足快关要求1油动机调节系统电力用户对电力的供应有一定量和质的要求,量的要求是功率的大小,质的要求是电压和频率。功率的大小取决于进汽量和蒸汽作功能力的大小。出于经济考虑,通常用控制进汽量的方法来调整功率汽轮机调节的任务是及时调整汽轮机的功率,使它能满足外界负荷变化的需要,同时保证转速在允许的范围内。汽轮机运行的调节原理如图1所示。汽轮机的调节控制的控制质量关系到发电机发出的电的质量,直接影响到电网用户。随着发电厂容量的增加和参数的提高,设备的投资越来越大,对机组运行状况的要求越来越高,调节控制系统所涉及的内容也越来越广,对安全性和经济性的要求也提高到了一个新的高度。在保证安全的基础上,如何确保火力发电厂输出电力的品质,降低发电成本,是火力发电厂的主要目标油动机是汽轮机调节保安系统的执行机构,它接受数字式电液控制系统(DEH)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、负荷以及保护机组安全的目的。油动机调节具有调节精度高、输出力矩大、行程速度快、响应迅速、操作平稳和工作可靠性高等优点,因而被广泛应用在汽轮机调节上。油动机由液压缸、伺服阀、电磁阀、卸荷阀、位移传感器、行程开关、单向阀和测压接头等组成。图2是油动机实物图。油动机的主要功能包括:1)通过外部的控制油路控制进入液压缸进油腔的油压,实现对汽轮机汽门的调节作用;2)液压系统中控制油(即插装阀上腔控制油)卸荷后,在弹簧力的作用下阀门实现快速关闭。油动机工作原理如图3所示。1)正常连续工况电磁阀9,10同时得电,经过过滤器1的高压油由pa:当输入阀位上调指令信号时,阀位信号与反馈信号的差值经过放大后驱动伺服阀2阀芯右移,使高压油经过伺服阀流出液压缸,由于支路1、支路2都截断,所以高压油经过节流器13、14进入液压缸的下腔使活塞带动阀门上移实现位置的上调,直到使伺服阀偏差为零伺服阀处于中位截止时,活塞达到指定的上调位置。b:当阀位达到系统工作位时,阀位指令信号与反馈信号相等,伺服阀处于中间位置,使液压缸下腔的油液封闭起来,使阀位稳定在系统工作位上。c:当输入阀位下调指令信号时,阀位信号与反馈信号的差值经过放大后驱动伺服阀2阀芯左移,使液压缸的下腔和无压回路相连,在弹簧力的作用下液压缸下腔的油经节流器13、14,伺服阀2流到无压回路,直到伺服阀偏差为零伺服阀处于中位截止时,活塞达到指定的下调位置。2)快速关闭工况在汽轮机超速或紧急情况下,为保证系统安全需要油动机快速关闭,即在短时间内关闭油动机,此时使电磁阀9失电,使p油动机在正常连续工况下起到对汽轮机阀门开度进行伺服调节的作用,在快速关闭工况下起到安全保护的作用。当油动机的液压缸作高速运动至行程终端时,如果没有合适的缓冲装置,往往会发生剧烈的压力冲击和振动,使系统工作不平稳,同时产生刺耳的噪声,有时甚至使紧固件松动,损坏液压传动零部件,影响液压元件和系统的寿命,具有很大的危险性,利用缓冲装置降低执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现有的DEH控制系统一般能很好地满足火电厂汽轮机机组的负荷控制和转速控制,其工作可靠性已基本能够满足大容量汽轮机安全运行的要求。但还有许多数字式电液控制系统的功能发挥得不够理想2缓冲腔内压力变化的数学模型圆锥形柱塞因为其加工方便而被广泛应用于油动机快关缓冲装置上。圆锥形柱塞缓冲结构简图如图4所示。为了使讨论的模型有更大的适用范围,我们考虑部分圆锥柱塞的情况,当L下面分别按各个阶段来讨论部分圆锥柱塞缓冲装置在快关过程中的运动方程。第一阶段:局部压力损失阶段局部压力损失阶段的结构示意图见图5。当缓冲柱塞距离缓冲孔比较远时,缓冲腔的油液通过缓冲孔流出,由于流道的断面的突然收缩,产生局部压力损失,其流量方程为:局部损失产生的压降:式中,qρ为油液的密度,(kg/m第二阶段:锐边节流阶段锐边节流阶段的结构示意图见图6。当缓冲柱塞距离缓冲孔比较近但还没有进入柱塞孔时,缓冲腔的油液通过缓冲孔与缓冲柱塞前端形成的锐边口流出,形成锐边节流,其流量方程为:锐边节流产生的压降:式中,A的变化而变化,(mAC则第二阶段缓冲腔压力产生的运动阻力:第三阶段:缝隙节流阶段缝隙节流阶段的结构示意图见图7。第三个阶段的压力变化比较平稳,可以忽略体积模量对流量的影响,这一阶段又可以细分为三种情况。(1)进入缓冲孔的全是圆锥端,并且其长度为L式中,qμ为油液的动力粘度,(Pa⋅s)。此时缓冲腔的压力:p(2)进入缓冲孔的既有圆锥段又有圆柱段,其长度分别为L式中,q(3)进入缓冲孔的只剩下了圆柱段,其长度为缓冲孔的长度L此时缓冲腔的压力:p求出了∑(ΔpΔA)带入力平衡方程就可以通过数值方法求出整个快关过程中的活塞运动曲线。在快关过程的三个阶段中第一、第二阶段的过渡通过比较Δp3油封结构参数对缓冲效果的影响圆锥柱塞仿真尺寸参数见表1。根据编制的应用程序,输入相应的尺寸参数值后就能得到对应油动机的缓冲特性,如输入一种典型的圆锥形柱塞:d快关时间:74,(ms);最大缓冲压力:14.63,(MPa);缓冲末端速度:0.289,(m/s)。快关刚开始时,因为卸荷阀的突然打开,活塞加速前行,速度迅速提高,然后高速前行,直到缓冲柱塞进入缓冲孔,缓冲腔的压力迅速升高,使得活塞速度迅速下降。可以看出圆锥柱塞缓冲的缓冲腔压力突变比较大,有较大的冲击。改变圆锥柱塞的结构参数可以得到不同的缓冲效果,具体分析如下。(1)圆柱段长度L表2表示d(2)圆柱段间隙对缓冲效果的影响表3表示L(3)圆锥端直径d表4表示d(4)圆锥段长度L表5表示d(5)缓冲孔长度L表6表示d5快关缓冲仿真应用程序本文在对油动机的工作原理进行充分了解后,从液压缓冲的机理出发,对油动机快关缓冲特性进行了理论分析,并利用计算机