汽輪機液壓供油系統蓄能裝置

曹德云

中圖分類號：TK26 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2016）06-000-02

摘 要 汽輪機液壓調節系統是汽輪機的重要組成部分，該系統的穩定運行直接影響汽輪機的穩定運行。液壓調節供油系統在設計上希望系統油壓穩定，汽輪機汽門油動機具有較大提升力，又要保證油動機的時間常數，能夠同時滿足這些要求，對系統的設計和供油油泵的要求就會比較高。如果系統中增加蓄能裝置，在需要的時候可以向系統供油，這些要求即可簡單解決。

關鍵詞 供油系統蓄能裝置 油動機 提升力 時間常數

國內某核電的汽輪機液壓供油系統油泵出口工質油分兩路進入汽輪機電液調節系統，其中一路是經φ28mm 的節流孔板，稱為非穩定油路；而另一路是經節流孔板前的逆止閥，稱為穩定油路。非穩定油路向汽輪機配汽系統各閥門的油動機提供動力油；而穩定油路向同步器、調速器以及中間滑閥提供動力油。這樣可以減小油動機工作時對同步器、調速器以及中間滑閥的影響，進而減小對油動機控制油壓的波動。而在非穩定油路管線上增加蓄能裝置就有利于減小油壓的波動。

一、蓄能裝置的作用

汽輪機的汽門及帶動汽門傳動的機構稱為配汽機構，汽輪機的配汽機構是汽輪機的重要組成部分，在汽輪機的啟動、升功率和汽輪機保護的各個過程中，配汽系統均扮演的重要的角色。汽輪機在預熱、沖轉時主汽門打開，通過調節汽門開度的大小來控制汽輪機的進汽量，從而到達到控制汽輪機的預熱速度、轉速上升速率和并網之后的功率調節的目的。現代大功率汽輪機的主汽門和調節汽門均是由油動機經傳動機構進行控制的。

所以汽輪機的安全穩定運行就與油動機的運行情況有關。對于油動機有兩個重要的參數，一個是提升力，另一個就是時間常數，油動機作用在汽門開啟方向的力稱為油動機的提升力。該電廠的油動機是單側進油油動機，油動機關閉是通過安裝在油動機上的彈簧施加的彈簧力，而汽門開啟是通過供油系統提供的提升力克服彈簧力和各種阻力，所以汽門開啟時必須要有足夠的提升力，那么就需要油泵的選擇具有足夠的壓頭。在油動機滑閥油口開度保持最大時，并在最大進油條件下油動機活塞走完全程所需的時間稱為油動機時間常數，如果希望油動機其動作迅速，那么就需要其具有較小的時間常數，如果油動機結構不變，希望時間常數越小，需要的供油量就越大，所以選擇的油泵就要具有較大的流量。所以如果根據油動機動作時的工況來選擇油泵就需要有大流量、高壓頭的特點，選擇的油泵的功率就會較大。然而在汽輪機穩定運行時，油動機基本不動作，就不需要大流量，一旦選擇大流量的油泵，會使油泵長時間在低流量區間運行而受到損壞。而有了蓄能裝置，在系統啟動的時候，會將部分具有系統油壓的油量存在蓄能裝置里，在需要向油動機供油時，可以暫時將蓄能裝置里充滿的高壓油釋放出來提供動力油。所以蓄能裝置的第一個作用就是：在供油泵的設計選擇時可以選擇壓力大而不需要較大流量的泵有利于油泵長期工作在額定參數區間。

另外，汽輪機液壓調節系統運行時，由調速器產生的油壓信號總會有些波動，若信號的波動過大將引起調速系統晃動，油壓波動是液壓調速系統的一個缺點，所以必須克服。比如在系統運行時，油中含有空氣，空氣的壓縮和膨脹將會引起油壓的波動；油動機工作時，系統流量會改變，勢必會引起油壓波動；又如系統再設計時，設計了備用油泵，運行時一旦工作泵故障停運，備用泵會立即啟動，但是在泵的切換期間，系統油壓在短時間內也會波動。所以該電廠在液壓調節油供油系統上增加了蓄能裝置，在系統油壓短時間下降波動時，具有一定壓力的油釋放到系統管路中來維持系統油壓，保持油壓的穩定，優化了汽輪機調節系統的動態特性，這就是蓄能裝置的第二個作用。

其還有第三個作用就是：在發生全廠斷電的時候，油泵的主電源全部喪失，在備用電源沒有及時恢復的時間內，蓄能裝置可以短時維持供油系統油壓，直到備用電源投入。

二、蓄能裝置的結構及工作原理

如示意圖所示：供油系統中有完全相同的兩套蓄能裝置，每個蓄能裝置由水泥豎井、配重塊、鋼絲繩、滑閥活塞、缸體、彈簧和輪滑組構成。

配重塊由混凝土制成放置在水泥豎井中，待命時被提升到一定高度，動作時依靠其重力勢能向系統提供油壓，在配重塊內配有彈簧，在儲能裝置動作時具有一定的緩沖作用，對蓄能裝置和鋼絲繩都具有保護作用；水泥豎井有防護網保護起來，防止配重塊下落時對人員和設備造成傷害；滑輪組由3對動、靜滑輪組成，這樣設計可以減小配重塊的體積和重量，也減小對鋼絲繩的拉力，防止長期受到很大的拉應力的作用下導致鋼絲繩及其連接的部件損壞；在滑閥活塞內也有裝有彈簧，該彈簧具有兩個作用：一是緩沖作用，二是在系統油壓很短時間內有較小下降時，能夠快速釋放彈簧勢能來穩定系統油壓。

活塞與缸體之間通過逆止閥及其旁路φ4.5mm節流孔板與供油系統的動力油連接，在初始系統啟動時，油泵出口的油一部分流向同步器、調速器、中間滑閥及各個油動機，而另一部分就會通過節流孔板緩慢向蓄能裝置供油，節流孔板和逆止閥的作用是在向蓄能裝置充油時，防止因油量過大，而導致泵的出口壓力很低，那樣不利于系統穩定運行，這樣的情況在系統初始啟動時影響不是很大，但是如果是在蓄能裝置剛剛大量向系統釋放油量維持油壓之后，再向蓄能裝置補油，就會造成油壓大幅度下降，甚至會導致油動機動作汽輪機停機。所以蓄能裝置的逆止閥和節流孔板的作用就是保證只可以快速向系統補油，不可以快速向蓄能裝置補油蓄能，另外也可以防止活塞快速向右死點移動對蓄能裝置造成沖擊。

在系統啟動時，動力油經過節流孔板進入活塞和缸體之間的腔室，克服配重塊重和滑輪組產生的綜合力將活塞彈簧壓縮，并緩慢的將活塞推向缸體的右死點，最終使活塞靜止不動，配重塊被提起，蓄能裝置處于待命狀態。當系統油壓下降或者其他原因導致油壓波動時，首先是蓄能裝置活塞的彈簧勢能釋放，使蓄積的工質油經逆止閥及其旁路節流孔板進入系統油路，維持系統油壓；如果油壓繼續下降，則配重塊通過滑輪組作用于活塞，將活塞繼續向左推移，使更多的工質油進入系統油路，直到左側死點。如果在發生全廠斷電時，活塞將移至左死點，把全部的油輸入系統，在5-7s 內維持油泵出口油壓和汽機調門開度，如果在5-7s內備用電源恢復，油泵重新啟動，系統壓力恢復并且又開始向蓄能裝置充油蓄能。

三、結語

該電廠的汽輪機液壓供油系統在設計上采用了蓄能裝置，為汽輪機的穩定運行帶來了好處，首先有利于系統油泵參數的選擇，既保證了系統具有足夠大的壓力，有保證了油動機動作時系統需要提供的油量，降低了油泵的耗電量；其次系統運行時，減少了由于各種原因導致的油壓波動。在油動機工作時引起系統油壓和油流量突然變化時，蓄能裝置能夠保持系統的參數穩定，優化了汽輪機的動態調節特性，從而使汽輪機的穩定運行得到了保障，這樣的設計在其他的汽輪機調節油供油系統上還是有很大的借鑒意義的。

參考文獻：

[1] 朱新華等編.電廠汽輪機[M].北京：中國電力出版社，1993.10.