VariStroke-I 在乙烯裝置壓縮機(jī)上的應(yīng)用

高大勇

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

美國(guó)伍德沃德（WOODWORD）公司生產(chǎn)的電液轉(zhuǎn)換器VariStroke-I 主要用于蒸汽透平調(diào)速控制的電/液轉(zhuǎn)換，對(duì)蒸汽透平轉(zhuǎn)速控制的平穩(wěn)與否起著重要作用。大慶石化乙烯裝置目前共有大型機(jī)組9 臺(tái)，其中老區(qū)30 萬(wàn)噸乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)EC-301 機(jī)組和新建60 萬(wàn)噸乙烯裝置丙烯機(jī)EC-3351 機(jī)組調(diào)速閥和抽氣閥均使用VariStroke-I 系列電液轉(zhuǎn)換器。

1 VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介及原理

1.1 簡(jiǎn)介及構(gòu)成

VariStroke-I 系列電液轉(zhuǎn)換器是伍德沃德公司最新一代產(chǎn)品[1]，是一種線性電液執(zhí)行器，采用雙作用或彈簧輔助液壓動(dòng)力缸集成電驅(qū)單元、伺服閥和冗余MLDTs（磁致伸縮線性位移傳感器），基于位置反饋傳感器精確地控制汽輪機(jī)閥門。該執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)模塊接收一路或兩路（冗余）4～20 mA 設(shè)定值并與行程位置信號(hào)進(jìn)行比較以精確地控制輸出軸位。

VariStroke-I 系列電液轉(zhuǎn)換器由以下4 部分組成：液壓動(dòng)力缸；旋轉(zhuǎn)伺服閥；反饋傳感器，為MLDT（Magnetostrictive Linear Displacement Transducer，磁致伸縮線性位移轉(zhuǎn)換器），用于動(dòng)力缸位置控制；集成電子驅(qū)動(dòng)單元（Printed Circuit Board，PCB）。

1.2 動(dòng)作原理

該產(chǎn)品由一個(gè)數(shù)字控制器驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)伺服閥[2]，閥口連接油缸進(jìn)而控制輸出軸位。伺服閥有4 個(gè)油口：一個(gè)供油口，兩個(gè)控制油口，一個(gè)回油口。當(dāng)液壓閥芯處于其中間位置時(shí)，所有的端口被封閉。當(dāng)閥旋轉(zhuǎn)時(shí)，供油口接通到一個(gè)控制端口，同時(shí)回油口接通到另一個(gè)控制端口。伺服位置控制和液壓缸位置控制的共同作用調(diào)節(jié)動(dòng)力活塞位置以達(dá)到控制需求。另外，伺服部分還附帶一個(gè)OVBD（Over Board Drain）口，該端口與回油口一直接通，作為可選項(xiàng)，它可以接到液壓缸的OVBD 端口上，以導(dǎo)出第一重軸封可能滲出的漏油。該控制架構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)正常工況下穩(wěn)定可靠的位置控制，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)瞬變工況下的快速階躍響應(yīng)。執(zhí)行器的輸出力是通過(guò)油壓進(jìn)入雙作用油缸實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)部帶彈簧的執(zhí)行器輸出力則是油壓和彈簧力共同作用實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)部帶彈簧的執(zhí)行器工作方式與雙作用執(zhí)行器一樣，只是其內(nèi)部多了一個(gè)輔助彈簧，彈簧能安裝在活塞的上側(cè)或下側(cè)，輔助彈簧力用于作用油缸使其

移動(dòng)至安全位置，對(duì)應(yīng)每一種缸徑都至少有3 種不同作用力彈簧可選，26.667 cm（8 寸）和33.333 cm（10 寸）缸徑則有4 種彈簧可選，其作用力分別相當(dāng)于500 psi 下輸出力的約1.5%、2.5%、5.5%和10.5%。為了保護(hù)透平系統(tǒng)，伺服閥部分內(nèi)還設(shè)置了一個(gè)閥芯旋轉(zhuǎn)回位彈簧，它能在任何內(nèi)部故障（電源故障、位置傳感器故障、處理器故障等）發(fā)生時(shí)迫使油缸回到安全位置。油缸內(nèi)部也集成了輔助彈簧的產(chǎn)品，這樣能在失掉油壓的情況下繼續(xù)關(guān)閉油缸并保持在安全位置。

2 VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)

（1）污垢耐性[1]。VariStroke-I 執(zhí)行器是專為潤(rùn)滑油也作為控制油壓的蒸汽透平應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。透平應(yīng)用中，壓力油中的污垢、金屬碎屑、水分以及其他雜質(zhì)（軸襯的巴氏合金、氨等）對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)是最具挑戰(zhàn)的。也是由于透平的高溫，透平油分解也很常見，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生污泥狀的物質(zhì)和系統(tǒng)內(nèi)部漆面脫落。然而，VariStroke-I 執(zhí)行器就是為在這樣具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境下可靠運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。它的耐腐蝕材料，單一旋轉(zhuǎn)閥芯，高達(dá)222 N（50 磅）的剪切力和自潔出口設(shè)計(jì)允許它在這樣的應(yīng)用中不會(huì)遇到不良的粘滯或拖延。

圖1 VariStroke-I 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 VariStroke-I 液壓結(jié)構(gòu)

（2）開度線性校準(zhǔn)[1]。由于單一提板進(jìn)汽閥門的進(jìn)汽流量一般都是非線性的，透平控制必須去擬合由此產(chǎn)生的不穩(wěn)定或遲滯點(diǎn)，使進(jìn)汽流量趨于線性，作為一種可選的優(yōu)化方式，VariStroke-I 可提供一個(gè)11 個(gè)點(diǎn)組成的線性化表，OEM（Original Equipment Manufacturer，定點(diǎn)生產(chǎn)）渦輪廠商或用戶可以通過(guò)設(shè)置此數(shù)字線性化表去優(yōu)化閥位與進(jìn)汽流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（3）耐受側(cè)向應(yīng)力[1]。執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的提升閥一般是呈弧線動(dòng)作的，由于側(cè)向應(yīng)力的存在，執(zhí)行器另一個(gè)常見的問(wèn)題就是長(zhǎng)時(shí)期帶側(cè)向力運(yùn)行導(dǎo)致的輸出軸封漏油。VS-I 執(zhí)行器為此設(shè)計(jì)了三重高力精密軸封技術(shù)以解決此問(wèn)題，該結(jié)構(gòu)能夠長(zhǎng)期負(fù)荷10%的側(cè)向輸出力而不產(chǎn)生漏油。經(jīng)過(guò)上百萬(wàn)次的動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了此結(jié)構(gòu)的可靠性。

3 VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器常見故障分析及處理措施[1]

3.1 控制信號(hào)故障

VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器常見的控制信號(hào)故障、原因及處理措施見表1。

3.2 供電故障

VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器常見的供電故障、原因及處理措施見表2。

3.3 反饋故障

VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器常見的反饋故障、原因及處理措施見表3。

3.4 執(zhí)行故障

VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器常見的執(zhí)行故障、原因及處理措施見表4。

4 VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器保養(yǎng)及整修要求

該產(chǎn)品為工業(yè)環(huán)境持續(xù)運(yùn)行設(shè)計(jì)，大修周期為5～8 年，內(nèi)部沒(méi)有必須定期檢修的部件，到達(dá)大修周期后，要求將設(shè)備發(fā)回伍德沃德或指定授權(quán)服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查、服務(wù)和進(jìn)一步關(guān)于產(chǎn)品的軟硬件改進(jìn)。

表1 常見的控制信號(hào)故障、原因及處理措施

表2 常見的供電故障、原因及處理措施

表3 常見的反饋故障、原因及處理措施

表4 常見的執(zhí)行故障、原因及處理措施

5 結(jié)論

電液轉(zhuǎn)換器是機(jī)組控制的核心部件，自控人員需要清楚VariStroke-I 電液轉(zhuǎn)換器原理，更要具備常見故障分析判斷能力，作為自控專業(yè)技術(shù)人員，日后還需要進(jìn)一步摸索機(jī)組調(diào)速器控制理念，做到一旦設(shè)備出現(xiàn)異常狀況，能夠準(zhǔn)確判斷故障原因，清楚故障點(diǎn)，以保障裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。