摘要：本文介紹了直動(dòng)式液壓系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，并將直動(dòng)式液壓系統(tǒng)運(yùn)用于汽輪機(jī)純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造，闡述了汽輪機(jī)直動(dòng)式改造原理和方法，通過改造實(shí)踐說明了直動(dòng)式液壓伺服系統(tǒng)改造方案可行性和*性。
　　
　　1、前言
　　
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電廠供電品質(zhì)及發(fā)電成本提出了更高的要求，*的數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）可靈活組態(tài)各種控制策略，汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)已在汽輪機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，EH油系統(tǒng)作為汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)的重要組成部分，完成DEH指令信號(hào)到汽輪機(jī)閥門動(dòng)作的轉(zhuǎn)換，它的穩(wěn)定性和汽輪機(jī)的安全運(yùn)行息息相關(guān)。老機(jī)組原純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)在可控性和控制功能方面已不能滿足機(jī)組協(xié)調(diào)控制（CCS）和電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）等要求，且還存在著調(diào)節(jié)系統(tǒng)部套易卡澀、遲緩率大、調(diào)節(jié)品質(zhì)差、不能實(shí)現(xiàn)閥門管理等等缺點(diǎn)。因此老機(jī)組液壓系統(tǒng)改造勢(shì)在必行。
　　
　　2、液壓系統(tǒng)問題分析
　　
　　常州金壇電廠1臺(tái)C12MW供熱凝汽機(jī)組原系統(tǒng)為純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。存在抽汽投入困難，抽汽和功率調(diào)節(jié)相互干擾大，調(diào)門晃動(dòng)，抽汽波動(dòng)大，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，主油泵與高壓電動(dòng)油泵切換時(shí)，油壓變化也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)等問題。
　　
　　數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）與傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)相比，純液壓系統(tǒng)主要存在問題：
　　
　　1.采用手動(dòng)同步器加減負(fù)荷難于實(shí)現(xiàn)CCS協(xié)調(diào)控制和AGC控制；
　　
　　2.液壓調(diào)節(jié)器（滑閥或蝶閥放大器），不能滿足定功率的要求。易卡澀、遲緩率大、調(diào)節(jié)品質(zhì)差；
　　
　　3.低壓油動(dòng)機(jī)，體積大、關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)、甩負(fù)荷易超速，不安全；
　　
　　4.杠桿或凸輪配汽機(jī)械，不能實(shí)現(xiàn)單/多閥方式，閥門重疊度大，進(jìn)汽節(jié)流損失大，效率低；
　　
　　5.保護(hù)系統(tǒng)不完善，可性差；
　　
　　6.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)欠缺，自動(dòng)化水平低，運(yùn)行、維持不方便。
　　
　　為了解決目前機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題，同時(shí)提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和自動(dòng)化水平，必須對(duì)該汽機(jī)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。
　　
　　3、直動(dòng)式伺服液壓系統(tǒng)方案
　　
　　3.1改造方案選擇
　　
　　液調(diào)改電調(diào)基本改造方案可歸納為三種
　　
　　1）從液壓控制器的某一中間環(huán)節(jié)引入電液放大器，以實(shí)現(xiàn)與算機(jī)控制器接口，實(shí)現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液放大器型純電調(diào)。其液壓系統(tǒng)可以完整保留，作為備用。
　　
　　2）將油動(dòng)機(jī)改造為電液油動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制器接口，實(shí)現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液油動(dòng)機(jī)型純電調(diào)，油動(dòng)機(jī)前各環(huán)節(jié)可以拆除，不再保留液壓備用。
　　
　　3）高壓抗燃油純電調(diào)，原有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)全部拆除，液壓執(zhí)行系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)。
　　
　　前兩種方案部分保留了原液壓系統(tǒng)，是原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造而成的全電調(diào)，都是低壓透平油純電調(diào)。第三種方案是一種全新設(shè)計(jì)，與原系統(tǒng)已無關(guān)系。
　　
　　改造效果與改造方案的設(shè)計(jì)關(guān)系很大。低壓透平油電液伺服系統(tǒng)控制精度和動(dòng)態(tài)特性均比不上高壓抗燃油系統(tǒng)，且系統(tǒng)耗流量大。高壓抗燃油系統(tǒng)采用獨(dú)立油站，電液油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)品質(zhì)好，抗燃油系統(tǒng)主要用于大型機(jī)組。
　　
　　抗燃油是一種化學(xué)合成的三芳基磷酸脂液體。具有輕微毒性，不會(huì)自行分解，對(duì)環(huán)境有危害，廢液不能簡(jiǎn)單掩埋，必需送交生產(chǎn)廠集中處理。在使用過程中高溫環(huán)境會(huì)加速它的劣化，造成酸值升高和固體顆粒物的增多。酸值升高會(huì)對(duì)液壓部件產(chǎn)生腐蝕，顆粒污染會(huì)使液壓部件卡澀和磨損，因此抗燃油系統(tǒng)需要復(fù)雜的再生裝置，而且抗燃油平均兩年需更換，成本高。
　　
　　抗燃油系統(tǒng)一般采用噴嘴擋板的伺服閥，抗污染能力不及低壓透平油系統(tǒng)。
　　
　　由于抗燃油的以上缺點(diǎn)，特別是對(duì)環(huán)境造成的污染，所以國(guó)外汽輪機(jī)廠也提供采用透平油作為介質(zhì)的純電調(diào)系統(tǒng)，如日本日立600MW以下機(jī)組均采用透平油純電調(diào)控制方案。
　　
　　綜合低壓透平和高壓抗燃油的優(yōu)缺點(diǎn)，采用高壓直動(dòng)式液壓系統(tǒng)方案。直動(dòng)式吸收了抗燃油系統(tǒng)的控制特性好的特點(diǎn)，同時(shí)在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用直動(dòng)式電液伺服閥，抗污染能力能力大大增強(qiáng)，采用抗磨液壓油，抗磨液壓油的液壓性能遠(yuǎn)優(yōu)于抗燃油，可提高液壓系統(tǒng)的靈敏度，防止卡澀，減少零件磨損，延長(zhǎng)液壓系統(tǒng)壽命，減少了再生設(shè)備，減少運(yùn)行維護(hù)的工作量，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，成本大大降低。
　　
　　3.2直動(dòng)式油動(dòng)機(jī)方案介紹
　　
　　直動(dòng)式伺服調(diào)節(jié)器系統(tǒng)主要包括供油裝置、伺服油動(dòng)機(jī)、隔膜閥（可選配）以及管路附件等液壓部套組成。
　　
　　供油裝置設(shè)有蓄能器、在線試驗(yàn)油泵聯(lián)鎖功能、冷卻、加熱、過濾作用，主、備泵冗余設(shè)計(jì)。為直動(dòng)式伺服調(diào)節(jié)器提供動(dòng)力源。供油裝置液壓原理圖，見下圖。　　　　　　
　　伺服油動(dòng)機(jī)采用46#抗磨液壓油為工作介質(zhì)，額定工作壓力為14MPa,采用兩種控制方式，即正常調(diào)節(jié)控制和快動(dòng)作控制，兩者間相互并聯(lián)，實(shí)際工作時(shí)是互鎖的，可通過控制完成，同時(shí)伺服油動(dòng)機(jī)配有快關(guān)電磁閥，直動(dòng)式伺服調(diào)節(jié)器油動(dòng)機(jī)原理圖，見下圖：　　　　
　　安全部分。安全組件把高壓透平油系統(tǒng)與低壓透平油系統(tǒng)分開，通過兩壓力油的工作面積不同，從而實(shí)現(xiàn)低壓油控制高壓的功能。本系統(tǒng)中隔膜閥的作用是以低壓安全油控制高壓OPC油壓的液壓元件。
　　
　　4、直動(dòng)式伺服系統(tǒng)改造方案實(shí)現(xiàn)
　　
　　金壇C12MW抽凝機(jī)組，主要調(diào)節(jié)設(shè)備高調(diào)門為體板式結(jié)構(gòu)，抽汽門為旋轉(zhuǎn)隔板結(jié)構(gòu)，分別用一套油動(dòng)機(jī)控制。改造后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓部分采用直動(dòng)式伺服液壓系統(tǒng)，電控軟件和硬件部分采用南京科遠(yuǎn)較為*的DEH-NK汽輪機(jī)數(shù)字式電液綜合控制系統(tǒng)。改造系統(tǒng)原理圖見下圖，各部分實(shí)現(xiàn)如下。　　　　
　　4.1液壓伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
　　
　　直動(dòng)式系統(tǒng)本身自成一體，直接去掉原高調(diào)門錯(cuò)油門和油動(dòng)機(jī)、低抽門錯(cuò)油門和油動(dòng)機(jī)，及相應(yīng)液壓機(jī)械反饋部件，代替以兩套集成化很高的直動(dòng)式伺服油動(dòng)機(jī)組件分別實(shí)現(xiàn)高、低壓調(diào)門的控制。配置獨(dú)立供油裝置及其附件，蓄能器組件等，保證控制油的清潔無污染，提供穩(wěn)定的控制油壓。油動(dòng)機(jī)通過自身位移反饋完成調(diào)節(jié)過程。伺服原理框圖見如下所示。　　　　
　　開調(diào)門或加負(fù)荷：DEH給定一開調(diào)門或加負(fù)荷指令，VPC經(jīng)運(yùn)算比較后輸出一負(fù)偏值電壓△X，并作用在伺服閥上，伺服閥動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)動(dòng)作并往上開啟調(diào)門。此調(diào)門位移經(jīng)油動(dòng)機(jī)LVDT反饋回DEH進(jìn)行比較運(yùn)算，直至其偏值電壓△X為零后，調(diào)門便停止移動(dòng)，并停留在一個(gè)新的工作位置上。關(guān)調(diào)門或減負(fù)荷：作用過程與上相反。
　　　　
　　去掉純液壓調(diào)節(jié)回路中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)同步器和抽汽調(diào)壓器，通過DEH-NK控制系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)相關(guān)轉(zhuǎn)速和抽汽壓力邏輯控制功能。
　　
　　4.2保安系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
　　
　　4.2.1保護(hù)回路：
　　
　　1）調(diào)門遠(yuǎn)方電氣保護(hù)回路。伺服油動(dòng)機(jī)均配有快關(guān)電磁閥OPC。實(shí)現(xiàn)調(diào)門遠(yuǎn)方關(guān)閉功能。
　　
　　2）調(diào)門液壓、電氣雙回路聯(lián)鎖關(guān)閉功能。直動(dòng)式系統(tǒng)配置隔膜閥安全組件，把低壓安全油接入至隔膜閥低壓油口，隔膜閥高壓油口接入兩油動(dòng)機(jī)的OPC油口。在安全油泄掉時(shí)聯(lián)鎖迅速關(guān)閉調(diào)門。在本系統(tǒng)中作為一道和電氣保護(hù)系統(tǒng)并存的液壓聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。
　　
　　3）機(jī)組遠(yuǎn)方停機(jī)功能。安全油路配置有冗余的遮斷電磁閥AST。
　　
　　4.2.2保護(hù)功能
　　
　　1）轉(zhuǎn)速103%超速或甩負(fù)荷保護(hù)，通過快關(guān)電磁閥快關(guān)調(diào)門，維持機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速3000rpm穩(wěn)定運(yùn)行。
　　
　　2）ETS發(fā)出停機(jī)指令或電超速保護(hù)（轉(zhuǎn)速超過110%額定轉(zhuǎn)速）停機(jī)，AST電磁閥動(dòng)作，關(guān)閉主汽門，同時(shí)聯(lián)動(dòng)關(guān)調(diào)門，機(jī)組停機(jī)。
　　
　　3）機(jī)械超速，機(jī)組危急遮斷裝置動(dòng)作，泄安全油，迅速關(guān)閉主汽門，機(jī)組停機(jī)。
　　
　　當(dāng)機(jī)組打閘或AST電磁閥動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)速超過112%額定轉(zhuǎn)速，危機(jī)遮斷器動(dòng)作，泄掉低壓安全油，迅速關(guān)閉主汽門，泄去OPC油壓，調(diào)門伺服油動(dòng)機(jī)快關(guān)，機(jī)組停機(jī)。
　　
　　4）就地手動(dòng)打閘，泄掉低壓安全油，迅速關(guān)閉主汽門，泄去OPC油壓，調(diào)門伺服油動(dòng)機(jī)快關(guān)，機(jī)組停機(jī)。
　　
　　5、系統(tǒng)安裝聯(lián)調(diào)測(cè)試情況
　　
　　5.1現(xiàn)場(chǎng)安裝、施工
　　
　　直動(dòng)式液壓系統(tǒng)自成一體，改造改動(dòng)量比較小，現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)施工時(shí)間短。改造前未停機(jī)情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原油動(dòng)機(jī)工作參數(shù)，確定直動(dòng)式油動(dòng)機(jī)參數(shù)（如：行程、缸徑、安裝尺寸及連接尺寸等），直動(dòng)式系統(tǒng)生產(chǎn)、測(cè)試后，再現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施改造。現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)施工時(shí)間4天，改造周期短。
　　
　　5.2性能試驗(yàn)
　　
　　（1）改造后液壓系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)柜失電或電液轉(zhuǎn)換器斷電或電纜損壞或緊急停機(jī)時(shí)，伺服閥芯會(huì)自動(dòng)回復(fù)到中位使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。
　　
　　（2）節(jié)能設(shè)計(jì)
　　
　　使其穩(wěn)定靜態(tài)耗油量接近0，只有開啟過程所須的工作耗油，使油動(dòng)機(jī)耗油量減到zui小。系統(tǒng)平均油耗小于1L/min。因此油溫升高很少，采用蓄能器結(jié)構(gòu)減少了，快速調(diào)節(jié)和保護(hù)動(dòng)作時(shí)油壓沖擊。
　　
　　（3）保護(hù)系統(tǒng)的安全性。
　　
　　采用油路隔膜閥和電氣兩套調(diào)門保護(hù)回路，安全性更高。
　　
　　5.3改造效果
　　
　　機(jī)組改造后，一次啟動(dòng)成功，所有功能均一次成功投入。投運(yùn)至今，系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定。改造后的系統(tǒng)*解決了以前系統(tǒng)存在的問題。
　　
　　（1）轉(zhuǎn)速控制
　　
　　轉(zhuǎn)速控制范圍擴(kuò)大，原系統(tǒng)2800rpm以下通過旁路門就地手動(dòng)控制升速，改造后轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)了0~3000rpm全范圍連續(xù)可調(diào)。轉(zhuǎn)速控制精度±1rpm；直動(dòng)式液壓系統(tǒng)和原液壓系統(tǒng)*獨(dú)立根本解決了主油泵與高壓電動(dòng)油泵切換時(shí)，油壓波動(dòng)，導(dǎo)致調(diào)門晃動(dòng)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)問題。　　　　　　
　　（2）更換直動(dòng)式伺服油動(dòng)機(jī)，客服了原液壓系統(tǒng)的缺陷，采用高壓設(shè)計(jì)的，油源壓力為14MPa，使控制系統(tǒng)的性能達(dá)到高壓抗燃油系統(tǒng)的水平，調(diào)門跟隨迅速、平穩(wěn)。閥門控制精度1‰。
　　
　　（3）負(fù)荷控制、抽汽控制均實(shí)現(xiàn)了手/自動(dòng)無擾切換。負(fù)荷控制精度，抽汽投入平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)功率、抽汽的軟件解耦控制，度高，且參數(shù)實(shí)現(xiàn)*靜態(tài)自整。
　　
　　6、結(jié)論
　　
　　直動(dòng)式液壓系統(tǒng)為作為高壓系統(tǒng)，擁有和高壓抗燃油系統(tǒng)的相同的控制精度，具有環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高，抗污染能力強(qiáng)，封閉的油源系統(tǒng)，保證可靠的清潔度，無環(huán)境污染問題。相對(duì)抗燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本很低、維護(hù)方便。改造周期短，不受原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性和缺陷的影響。可以作為中小機(jī)組改造很好的選擇。