汽輪機控制閥及驅動系統動力學分析

摘 要：本文介紹了汽輪機控制閥和驅動系統的研究，用于分析液壓機械系統的運行穩定性以及在運行過程中可能面臨的失效模式。為了達到控制閥系統的性能標準，對熱電聯產廠的驅動系統進行了具體的現場試驗，強調了新的驅動技術的要求。

關鍵詞：控制閥;驅動系統;動力學

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.016

1 簡介

在汽輪機控制和驅動中，蒸汽控制閥在兩個主要方面起著關鍵作用：

（1）可操作性：因為它驅動渦輪機，能夠應付突如其來的負荷變化，并允許空載運行時準確控制渦輪轉速。

（2）可靠性：作為控制閥門驅動的傳統油液驅動系統，可能會因油污染或雜質的存在而發生功能退化。

ST調節系統主要由一個與機械組件相連的驅動系統組成，該驅動系統將動力傳送到百葉窗，其目的是使蒸汽流動進入機器。調節系統的主要目的是改變蒸汽的數量以補償渦輪狀況的變化。ST行業需要控制長期的低壓和高壓驅動系統超速范圍內的速度變化。此外，不斷增長的可再生太陽能工廠引起突然的蒸汽條件變化，因此，要提高控制閥系統運行的穩定性。

概述了控制閥系統的主要特點和要求。給出了所謂的“遺留驅動系統”及其仿真模型這種特殊的驅動解決方案的控制閥系統的結構;描述了模型驗證結果，并對兩種不同的驅動技術進行了比較。

2 控制閥系統

進氣道控制閥的性能一直是所關注的問題，大量的研究導致了閥門設計的改進，以適應高壓和高溫。閥門周圍的蒸汽流動不穩定，本文還討論了它們的非線性特性，為這種現象的補償提供了解決方案。除了這些重要的因素，當ST的整個控制回路對變化有嚴格的要求時，ST控制閥驅動系統也必須是可靠和高性能的。然而，即使對于反應時間要求不那么嚴格的系統，驅動系統在控制回路中也起著基礎作用。這項工作的目的是為了滿足與實現性能更好的調速器有關的需要，這就意味著需要建立一個控制閥模型，對其進行分析，目的是識別整個鏈中可能代表控制回路的“瓶頸”的元素。特別是，一個模型的控制閥系統，研究了驅動系統的失效模式對汽輪機調速器的影響。

3 遺留驅動系統及控制閥模型結構描述

該驅動系統的運行是基于潤滑油和控制油臺的供油，其結構不包括在模型中。由于一次油是由油臺在恒定壓力下提供的，因此在模型中采用了一個壓力源作為簡化。從潤滑油和油膏中提取的油，羅爾油控制臺集箱在這種驅動系統中起著重要的作用，因為它連接到執行器（二次油）的伺服缸內一個假脫機，并進入液壓系統。二次油壓由I/H轉換器設定，將電流指令信號（4-20mA）轉換為油壓。4-20ma命令直接派生，從控制系統中分別對應于閥門關閉和開啟的位置。閥芯在伺服缸中的運動是由二次油調節的：它交替地打開一次油在液壓油缸的上腔或下腔內流動的連接孔。杠桿將執行機構的運動直接傳送到閥門上。彈簧的主要功能是在液壓執行器失效時保持閥門關閉。這個機械系統的最終目的是調節通過閥門的蒸汽通道，通過提升閥門導軌，按順序打開四或五個百葉窗，這些百葉窗依次向機器的不同部分進給，并實現一種精細的調節。指向液壓缸室的方向閥，根據施加在桿上的載荷產生力信號采用雙作用氣缸塊建模?？紤]到系統圍繞杠桿支點的旋轉，實現了力矩平衡。該模型能夠根據所模擬的各部件的動態響應計算執行器桿的位置和速度，該信號與氣門升力直接相關。缸室壓力也可以從模擬中得到進入汽輪機的蒸汽流量，以便計算產生的驅動系統力。

4 模型驗證和測試結果

工廠完成了一個專門的測試項目，重點是驅動系統和控制閥總成。這個ST的控制閥經過了一次驅動系統的升級。為了提高整個系統的效率，給出了對傳統的EHA系統和新的EHA系統的性能進行具體比較的可能性。特別是，為了實現這一點，遺留系統配備了一個特定的測試平臺：位置傳感器，線性變量差動變壓器（LVDT），給出液壓執行器和負載銷式傳感器的位移，測量控制閥運動所需的驅動力。在一次和二次油路上還安裝了兩個壓力傳感器，為驗證目的直接輸入該模型，即一次油電路和i/h轉換器電子。試驗的目的是保持緊急止回閥關閉，使任何蒸汽都不能到達控制閥的百葉窗前面的蒸汽箱，并以此方式，校準機械系統和驗證模型。汽缸失能過程是通過將一次油壓降低到大氣壓，并將執行器保持在閥門關閉位置來實現的。

仿真結果與實驗數據在執行器位置和作用力上一致，這兩個信號是在連續坡道的同一時間幀內繪制的。這一結果對于實現系統的動態特性，從而提高對控制閥系統的認識，評估新的驅動技術時的動態需求是至關重要的。兩種不同的驅動技術之間的比較證明，控制閥門的精度在到達命令位置時更準確，因此對蒸汽進氣道的特性和不確定性更小。然而，應該考慮到，遺留系統已經在工廠運行了幾個月，而且它已經運行了幾個月，很可能這種類型的系統在長時間運行后會引起非校準。

5 結論

本文對ST控制閥系統進行了廣泛的研究，重點研究了它們的預測模型和驅動系統技術。所進行的研究旨在為無蒸汽操作的控制閥系統提供一個堅實的模型，為進一步發展蒸汽力的貢獻分析和模型的實施，模擬蒸汽操作時控制閥響應行為的能力奠定堅實的基礎。通過與調速器邏輯和機器鼓模型的集成來執行關鍵的調節階段模擬。用于分析它們在整個控制回路中相互作用，可以嵌入到ST調控器中，目的是執行先進的診斷和分析，從而檢查調節性能的降解。

作者簡介：吳純杰（1984-），男，遼寧鞍山人，本科，經理，研究方向：汽輪機。