淺談汽輪機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

齊子新

摘 要 近年來(lái)，隨著我國(guó)的制造行業(yè)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為人們的出行帶來(lái)了極大的方便，與此同時(shí)，人們對(duì)航行的穩(wěn)定性、靈活性提出了越來(lái)越高的要求，這就使得傳統(tǒng)的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足人們的要求。如何創(chuàng)新設(shè)計(jì)出智能化程度高、控制精準(zhǔn)的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)，成為制造企業(yè)需要解決的重要問(wèn)題。因此結(jié)合汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)汽輪機(jī)的特點(diǎn)和工作原理展開(kāi)全面細(xì)致地分析探討，羅列了當(dāng)前較為流行的控制系統(tǒng)，極大地推動(dòng)了汽輪機(jī)智能控制系統(tǒng)的理論研究進(jìn)展，具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞 汽輪機(jī);控制系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

汽輪機(jī)在傳統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)下是根據(jù)相應(yīng)的規(guī)程來(lái)進(jìn)行的，監(jiān)控汽輪機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，還主要靠運(yùn)行人員的工作經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)存在一定的缺點(diǎn)，比如調(diào)節(jié)精度低和自動(dòng)化程度低，汽輪機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，需要通過(guò)采用安全有效的措施進(jìn)行保護(hù)。汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)載做功會(huì)影響到轉(zhuǎn)速的變化，凝結(jié)水溫度以及真空的變化也會(huì)影響到轉(zhuǎn)速的變化，將DCS控制技術(shù)應(yīng)用在汽輪機(jī)系統(tǒng)中，能夠有效控制和管理汽輪機(jī)的運(yùn)行。

1汽輪機(jī)的工作原理

汽輪通常由高壓缸、低壓缸、齒輪減速機(jī)等幾部分組成。鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽依次進(jìn)入高壓缸、低壓缸，逐級(jí)進(jìn)行膨脹做功，蒸汽會(huì)推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，蒸汽中的部分熱能會(huì)轉(zhuǎn)變成氣流動(dòng)能，最終變成汽輪機(jī)中的機(jī)械能。在聯(lián)軸器的作用下，汽輪機(jī)將動(dòng)作傳輸給齒輪減速機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)螺旋槳做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，受到海水的反向作用力擁有了前進(jìn)的動(dòng)力。在傳統(tǒng)的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中，主汽輪機(jī)組的控制方法有兩種：一種是改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量;另一種是改變蒸汽參數(shù)。第一種是在蒸汽量不變的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴閥來(lái)改變汽輪機(jī)中的蒸汽量，從而改變汽輪機(jī)的輸出功率，這就是所謂的節(jié)流控制。第二種是改變鍋爐的蒸汽流量，在提升航行能力時(shí)，提高鍋爐的蒸汽輸出量;在減速航行時(shí)，降低鍋爐的蒸汽輸出量，即所謂的進(jìn)氣量控制。但是這種控制方法的效率非常低下，調(diào)節(jié)時(shí)間比較長(zhǎng)，汽輪機(jī)往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到相應(yīng)的調(diào)節(jié)目的，顯然已經(jīng)無(wú)法滿足的發(fā)展需求。因此創(chuàng)新設(shè)計(jì)一些智能化汽輪機(jī)控制系統(tǒng)就顯得有為重要[1]。

2汽輪機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）對(duì)閥門(mén)管理的優(yōu)化。操作人員將系統(tǒng)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度請(qǐng)求，只依照要求進(jìn)行順序閥和單閥的切換，可以有效進(jìn)行閥門(mén)管理。在管理過(guò)程中，閥門(mén)控制的設(shè)計(jì)需要依照汽輪機(jī)的要求進(jìn)行操作，合理結(jié)合多閥控制和單閥控制。通常而言，在操作過(guò)程中，單閥控制對(duì)高壓閥門(mén)進(jìn)行節(jié)流管理，效率較高，使用的主要是帶基本負(fù)荷運(yùn)行的模式或者冷態(tài)啟動(dòng)模式。多閥控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，主要使用機(jī)組帶部分負(fù)荷的方式運(yùn)行，操作較為簡(jiǎn)便，只需要部分進(jìn)汽就可以進(jìn)行操作。在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，主要利用軟件系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制，管理閥門(mén)。在操作過(guò)程中需要注意加強(qiáng)細(xì)節(jié)的處理，重視系統(tǒng)整合，與控制方式相結(jié)合。閥門(mén)管理過(guò)程中，對(duì)流量進(jìn)行接收作為控制信號(hào)。另外，還可以通過(guò)相關(guān)的程序計(jì)算將蒸汽流量轉(zhuǎn)化成閥門(mén)的開(kāi)度。在閥門(mén)管理的過(guò)程中，需要操作人員對(duì)控制按鍵進(jìn)行操作，以完成多閥和單閥的切換。

（2）對(duì)掛閘系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。掛閘系統(tǒng)作為汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中最基本的應(yīng)用，其能否正常運(yùn)行，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性具有直接的影響。掛閘系統(tǒng)的優(yōu)化可以從下面的方式來(lái)進(jìn)行：通過(guò)加強(qiáng)掛閘系統(tǒng)中油系統(tǒng)的清洗工作，加強(qiáng)透平油體外循環(huán)，從而提高油質(zhì)的清潔度，避免使掛閘系統(tǒng)出現(xiàn)異常的問(wèn)題;對(duì)掛閘系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行修改能夠適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)調(diào)整復(fù)位電磁閥的帶電復(fù)位時(shí)間，從而保證危急遮斷器滑閥能夠有充足的時(shí)間到達(dá)上止點(diǎn)。

（3）自適應(yīng)魯棒控制。將自適應(yīng)魯棒控制系統(tǒng)應(yīng)用到汽輪機(jī)的控制當(dāng)中，能夠使水流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的工況調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)控制方法能夠有效降低控制系統(tǒng)的誤差，避免由于其他因素帶來(lái)的干擾。除此之外，在自適應(yīng)魯棒控制系統(tǒng)當(dāng)中，能夠利用多尺度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)出相應(yīng)的魯棒性控制器，降低動(dòng)力系統(tǒng)智能控制的建模難度，減少智能控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)計(jì)算量。自適應(yīng)魯棒控制與傳播動(dòng)力系統(tǒng)智能控制結(jié)合在一起，具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，得到了制造公司的青睞。因此，制造公司可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的智能控制系統(tǒng)，從而提高汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，更好地滿足運(yùn)行需求，強(qiáng)化動(dòng)力系統(tǒng)智能控制的力度，從整體上提高的運(yùn)行水平。

（4）對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過(guò)程中，需要注意一些執(zhí)行一些或全部的基本數(shù)字控制功能的NC系統(tǒng)。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化數(shù)控加工過(guò)程中，使用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)可以在保障基礎(chǔ)生產(chǎn)效率的前提下，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。例如常用的計(jì)算機(jī)技術(shù)中，CAD軟件不僅能夠查詢(xún)產(chǎn)品的實(shí)體質(zhì)量，而且可以根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工零件的體積計(jì)算。CAD軟件與CAM軟件的功能結(jié)合有助于設(shè)計(jì)更有難度的機(jī)械模型。除此之外，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化工程中，CAD和CAM軟件不僅能夠進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算，而且可以建立具體零件模型、模擬裝配、模擬動(dòng)畫(huà)。在使用過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求進(jìn)行數(shù)控程序編制，在科學(xué)合理的數(shù)控程序的輔助下大大提高自動(dòng)化加工流水線產(chǎn)品的質(zhì)量。

（5）模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的汽輪機(jī)PID控制系統(tǒng)當(dāng)中，由于汽輪機(jī)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，很多控制工作需要人工完成，導(dǎo)致汽輪機(jī)的控制效率非常低下，再加上汽輪機(jī)組的強(qiáng)耦合性以及非線性特征，使得汽輪機(jī)的控制難度大大增加。可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用到汽輪機(jī)調(diào)節(jié)當(dāng)中，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)展開(kāi)精準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)控制。例如在汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與PID控制結(jié)合在一起，不僅能夠提高動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行水平，還可以有效簡(jiǎn)化汽輪機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，大大提高汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的智能化水平。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，汽輪機(jī)DCS控制系統(tǒng)也得到相應(yīng)的發(fā)展，而汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)在社會(huì)領(lǐng)域中也得到了普遍的應(yīng)用。結(jié)合汽輪機(jī)實(shí)際的應(yīng)用情況，不斷優(yōu)化汽輪機(jī)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，保證汽輪機(jī)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，從而促進(jìn)電力生產(chǎn)領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳峰.火電廠熱工自動(dòng)化DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（22）：99.