REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動汽輪機的應用

顏士偉 梅雪松 劉海風

摘 要： 本文介紹了REXA執(zhí)行器在直接驅(qū)動拖動汽輪機中的應用及改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點，REXA執(zhí)行器在直接驅(qū)動汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應用屬于首次，為調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造提供了新的途徑和手段。

關鍵詞： REXA執(zhí)行器；直接驅(qū)動

國惠環(huán)保新能源有限公司3號機組拖動汽輪機為703所制造生產(chǎn)的3MW變轉(zhuǎn)速凝汽式汽輪機，作為拖動壓縮風機的原動機。常規(guī)的調(diào)速系統(tǒng)設計通常為低壓透平式油動機加錯油門放大環(huán)節(jié)，通過電液轉(zhuǎn)換器對調(diào)速汽門進行調(diào)節(jié)控制[1]。

為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，針對該汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點，采用了以REXA執(zhí)行器為原動力，直接驅(qū)動調(diào)速汽門的方式進行設計應用。設計安裝后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一次起動成功，系統(tǒng)的各項功能和性能指標全部滿足設計要求和運行需要。

REXA執(zhí)行器作為原動力對調(diào)速汽門進行調(diào)節(jié)控制的應用在國內(nèi)屬于首次，在控制領域中，發(fā)展了汽輪機控制技術；同時對汽輪機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造提供了新的途徑和手段。

1常規(guī)設計調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與動作原理

圖1是常規(guī)設計調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖。

1.1 結(jié)構(gòu)

常規(guī)設計中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由油泵、錯油門滑閥、油動機、電液轉(zhuǎn)換器等元件組成。

1.2 動作原理

調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，脈動油通過電液轉(zhuǎn)換器，作用在錯油門滑閥底部，與錯油門滑閥上部壓力油的作用力相平衡；通過電液轉(zhuǎn)換器調(diào)整脈動油壓力，改變錯油門滑閥的平衡，通過錯油門的位移，進而改變油動機的位置，從而改變調(diào)速汽門的開度。

調(diào)節(jié)過程：降速過程，通過電液轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號使系統(tǒng)的脈動油壓力降低，錯油門滑閥在其其上部油壓作用下向下移動，油動機下腔進入壓力油，上部油液通過錯油門滑閥回油腔排出，油動機向上（關閉方向）運行，關小調(diào)速汽門。油動機運行過程中，油動機位移傳感器的位移信號反饋回控制系統(tǒng)，與電液轉(zhuǎn)換器的信號進行比較，比較偏差為零后，電液轉(zhuǎn)換器使脈動油壓恢復初始值，錯油門回到平衡位置，完成一次調(diào)節(jié)構(gòu)成。

轉(zhuǎn)速升高過程與之相反。

2 REXA直接驅(qū)動設計結(jié)構(gòu)與原理

電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用的電液轉(zhuǎn)換裝置，均需要外供控制油源，容易受油質(zhì)污染，對油質(zhì)要求相對較高，是影響電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠運行的薄弱環(huán)節(jié)。為進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和提高轉(zhuǎn)換裝置的抗污染能力，采用了無需外供控制油源、大力矩輸出的REXA執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置的直接驅(qū)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)[2]。

2.1 REXA執(zhí)行器

（1）REXA執(zhí)行器結(jié)構(gòu)

REXA執(zhí)行器是將電信號轉(zhuǎn)換為力輸出的轉(zhuǎn)換裝置，采用美國REXA公司生產(chǎn)的智能型機、電、液一體化執(zhí)行器（簡稱REXA執(zhí)行器），由控制器和動力模塊兩部分組成，圖2為動力模塊結(jié)構(gòu)外形圖。由智能可控電機和獨立的、封閉的、無閥液壓控制系統(tǒng)組成。采用高度集成化、模塊化、小型化設計，所有組件內(nèi)部集成，一體化結(jié)構(gòu)。智能可控電機接受控制模塊的功能指令，控制動力模塊，以線性位移大力矩輸出驅(qū)動被控對象，同時通過自身位移反饋，完成調(diào)節(jié)過程，實現(xiàn)各種功能控制。

（2）REXA執(zhí)行器特點

1）響應時間：0.04s/mm；

2）輸入信號：4mA-20mA模擬量信號或脈沖量信號；

3）大力矩輸出，最大輸出力約為2000kgf；

4）獨立封閉液壓系統(tǒng)，無需外供油源；

5）由微處理器實現(xiàn)智能控制，可靈活、簡便、準確整定工作參數(shù)；

6）具有失電情況下的各種安全機制（全開、全關、保位）。

2.2改造后調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與動作原理

2.2.1 設計簡介

本設計主要是對機械液壓系統(tǒng)進行升級改造。取消油泵供油；錯油門滑閥、油動機；電液轉(zhuǎn)換器。增加REXA執(zhí)行器，REXA執(zhí)行器與調(diào)速汽門連桿直接連接。

2.2.2 改造后的系統(tǒng)機構(gòu)與原理

（1）結(jié)構(gòu)

圖3是改造后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無液壓部分，只有REXA執(zhí)行器與調(diào)速汽門連桿直接相連，進而驅(qū)動調(diào)速汽門。

（2）動作原理

轉(zhuǎn)速增加過程過程：REXA執(zhí)行器接受控制信號，REXA執(zhí)行器輸出軸帶動調(diào)速汽門連桿向下移動，開大調(diào)速汽門，當達到設定的轉(zhuǎn)速時，REXA執(zhí)行器停止運行，調(diào)速汽門開度不再改變。降低轉(zhuǎn)速過程亦是如此。

3 系統(tǒng)特點

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、設計工作量小，安裝、維護、調(diào)試方便；

（2）轉(zhuǎn)換裝置無需外供控制油源，無需油凈化裝置，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高運行穩(wěn)定性；

（3）采用4mA～20mA標準控制信號，無需功率放大環(huán)節(jié)，易接受任何控制系統(tǒng)的控制信號；

（4）可實現(xiàn)REXA執(zhí)行器的在線維修或更換；

（5）當DEH控制器故障或控制系統(tǒng)失電時，具有自動保位功能，保持閥位不變，因而在控制系統(tǒng)故障工況下，仍能通過就地操作方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

4 改造效果

REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動系統(tǒng)，一次起動成功，經(jīng)過運行實際考驗，系統(tǒng)的功能和性能均能滿足給汽輪機轉(zhuǎn)速控制和壓縮系統(tǒng)運行要求，具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。取得了滿意的效果。

5 結(jié)論

（1）采用自容式執(zhí)行器（REXA執(zhí)行器）作為轉(zhuǎn)換裝置，首次成功應用在直接驅(qū)動變轉(zhuǎn)速凝汽式汽輪機的控制系統(tǒng)。

（2）REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動汽輪機系統(tǒng)應用實踐表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實施工作量小，調(diào)整簡單，維護方便，減少了運行和維護成本，具有較高的性價比；具有較高的轉(zhuǎn)速控制精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應速度；能滿足拖動汽輪機轉(zhuǎn)速控制和壓縮機系統(tǒng)的運行要求。

（3）電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用的電液轉(zhuǎn)換裝置，均需要外供控制油源，易受油質(zhì)污染，對油質(zhì)要求相對較高，是影響電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。REXA執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置，無須外部提供油源，對油質(zhì)無任何要求，使其具有較高的抗油質(zhì)污染能力。

（4）REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動汽輪機系統(tǒng)，可為給直接驅(qū)動汽輪機系統(tǒng)的改造，提供新的途徑和手段，具有廣泛推廣應用的價值。

參考文獻

[1] 馬承民.汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)[M].沈陽：東北大學出版社，1995.

[2] 張興政.REXA電液執(zhí)行器在汽輪機DEH系統(tǒng)中的應用，發(fā)電設備，2003年第4期.