基于自動(dòng)同步離合器的供熱機(jī)組多模式運(yùn)行工況分析

吳廣偉，丁永允，何冬輝

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

某電廠180 MW高爐煤氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用一拖一雙軸配置方式，燃機(jī)為日本三菱重工生產(chǎn)的M701SDAX型低熱值高爐煤汽輪機(jī)，蒸汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的次高壓、雙缸、雙壓、無(wú)再熱、下排汽、與燃機(jī)分軸、單軸抽汽凝汽背壓式供熱機(jī)組。該蒸汽輪機(jī)高壓缸和低壓缸之間設(shè)計(jì)自動(dòng)同步離合器裝置，可以在工作轉(zhuǎn)速上將高、低壓轉(zhuǎn)子嚙合與脫開，實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子的自動(dòng)“解列”和“并列”，完成機(jī)組在全供熱模式(背壓模式)和供電模式(純冷凝模式)下相互切換，并通過(guò)控制進(jìn)入熱網(wǎng)的蒸汽量，實(shí)現(xiàn)抽凝模式運(yùn)行[1]。這種新技術(shù)可根據(jù)不同熱電需求，使供熱量、發(fā)電量和機(jī)組效率之間的關(guān)系得到更好協(xié)調(diào)，提升了機(jī)組的運(yùn)行靈活性，具有較大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2-4]。

1 自動(dòng)同步離合器結(jié)構(gòu)及原理

本機(jī)組所采用的自動(dòng)同步離合器為瑞士RENK-MAAG公司生產(chǎn)的MS離合器，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。在同步聯(lián)軸器輸入端，聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)相連，并通過(guò)聯(lián)軸器齒用棘爪驅(qū)動(dòng)星形件，星形件徑向和軸向安裝在可移動(dòng)的棘爪輪上，該棘爪輪設(shè)置在棘爪輪支撐件上。自動(dòng)同步離合器的嚙合及脫開動(dòng)作完全依靠其輸入端、輸出端的轉(zhuǎn)速差而自動(dòng)完成，如果同步聯(lián)軸器輸入速度大于輸出速度，或者從輸入到輸出是正扭力傳輸，則同步聯(lián)軸器自動(dòng)嚙合，將輸入部件與輸出部件連成整體；反之，當(dāng)輸入端轉(zhuǎn)速小于輸出端轉(zhuǎn)速時(shí)，輸入部件與輸出部件自動(dòng)脫開[5]。圖1顯示了2種可能的聯(lián)軸器狀態(tài)。圖中上半部分顯示聯(lián)軸器處于脫離位置狀態(tài)，圖中下半部分顯示其處于嚙合位置狀態(tài)。

圖1 自動(dòng)同步離合器結(jié)構(gòu)及原理圖

2 自動(dòng)同步離合器位置狀態(tài)定義

機(jī)組在不同模式下運(yùn)行和切換過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)離合器的位置狀態(tài)，從而準(zhǔn)確識(shí)別高、低壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，有效保證機(jī)組安全運(yùn)行。

如圖2所示，離合器裝置安裝3個(gè)位移傳感器，分別為脫開到位傳感器S1、鎖定位置傳感器S2、解鎖位置傳感器S3。通過(guò)3個(gè)位移傳感器信號(hào)的不同組合可定義離合器的實(shí)際位置狀態(tài)，也為后續(xù)離合器控制邏輯設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)。

a.“嚙合鎖定”狀態(tài)：高、低壓缸一起啟動(dòng)或一起停止或同步額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

b.“脫開鎖定”狀態(tài)：高壓缸汽輪機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行且低壓缸汽輪機(jī)處于拖拽轉(zhuǎn)速。

c.“解鎖”狀態(tài)：高壓缸汽輪機(jī)和低壓缸汽輪機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

圖2 自動(dòng)同步離合器示意圖

3 模式切換過(guò)程控制

3.1 純凝模式向抽凝模式切換

機(jī)組必須在純凝模式下啟動(dòng)，低壓轉(zhuǎn)子通過(guò)MS離合器(MS離合器處于“嚙合鎖定”狀態(tài))與高中壓轉(zhuǎn)子連接在一起，盤車裝置通過(guò)盤車離合器帶動(dòng)高壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)入盤車狀態(tài)，機(jī)組升速過(guò)程、帶低負(fù)荷過(guò)程中機(jī)組均處于純凝模式。機(jī)組在純凝模式下的控制策略與常規(guī)機(jī)組相同。

當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷后，機(jī)組接收到DCS發(fā)出的抽凝模式運(yùn)行要求，便開始進(jìn)入純凝模式向抽凝模式轉(zhuǎn)換過(guò)程：MS離合器始終處于嚙合鎖定狀態(tài)，汽輪機(jī)連通管蝶閥投入排汽壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)，逐漸開啟汽輪機(jī)抽汽蝶閥，直到抽汽蝶閥全開，機(jī)組轉(zhuǎn)入抽凝模式運(yùn)行，模式切換完成。

3.2 抽凝模式向背壓模式切換

當(dāng)供熱機(jī)組在冬季供熱量需求較大，抽汽熱負(fù)荷要求繼續(xù)增加時(shí)，機(jī)組可切換到背壓模式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低壓缸在線解列，僅以高中壓模塊背壓方式運(yùn)行。

機(jī)組處于抽凝模式運(yùn)行工況下，當(dāng)接收到背壓模式運(yùn)行指令后，機(jī)組開始進(jìn)入抽凝模式向背壓模式的轉(zhuǎn)換過(guò)程：MS離合器鎖定電磁閥失電，暫處于解鎖狀態(tài)，汽輪機(jī)連通管蝶閥退出排汽壓力控制，同時(shí)汽輪機(jī)抽汽蝶閥進(jìn)入排汽壓力控制，汽輪機(jī)連通管蝶閥逐漸關(guān)閉，連通管主汽閥在連通管蝶閥全部關(guān)閉后繼而關(guān)閉，當(dāng)?shù)蛪恨D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，低壓缸通過(guò)離合器與高壓缸斷開。MS離合器信號(hào)觸發(fā)后，離合器鎖定電磁閥再次通電，MS離合器進(jìn)入脫開鎖定狀態(tài)，機(jī)組進(jìn)入背壓模式運(yùn)行，模式切換完成。

3.3 背壓模式向抽凝模式切換

機(jī)組的供熱負(fù)荷逐漸減少，在不降低燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的情況下，機(jī)組可切換到抽凝模式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低壓缸的在線并列。

機(jī)組處于背壓模式運(yùn)行工況下，當(dāng)接收到抽凝模式運(yùn)行指令后，機(jī)組開始進(jìn)入背壓模式向抽凝模式的轉(zhuǎn)換過(guò)程：MS離合器鎖定電磁閥失電，暫處于解鎖狀態(tài)，汽輪機(jī)抽汽蝶閥退出排汽壓力閉環(huán)控制，經(jīng)判斷進(jìn)汽條件滿足后，先開啟汽輪機(jī)連通管主汽閥，在汽輪機(jī)連通管主汽閥全開后，汽輪機(jī)連通管蝶閥進(jìn)入轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制狀態(tài)，逐步提升低壓轉(zhuǎn)子至3000 r/min額定轉(zhuǎn)速后，低壓缸通過(guò)離合器連接到高壓缸，MS離合器信號(hào)消失，MS離合器鎖定電磁閥通電動(dòng)作，鎖緊高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子，MS離合器進(jìn)入嚙合鎖定狀態(tài)，汽輪機(jī)連通管蝶閥投入排汽壓力閉環(huán)控制，汽輪機(jī)抽汽蝶閥轉(zhuǎn)手動(dòng)控制，機(jī)組進(jìn)入抽凝模式運(yùn)行，模式切換完成。

3.4 抽凝模式向純凝模式切換

機(jī)組處于抽凝模式運(yùn)行工況下，當(dāng)接收到純凝模式運(yùn)行指令后，機(jī)組開始進(jìn)入抽凝模式向純凝模式轉(zhuǎn)換過(guò)程：MS離合器始終處于嚙合鎖定狀態(tài)，汽輪機(jī)連通管蝶閥處于中排壓力閉環(huán)控制，汽輪機(jī)抽汽蝶閥逐漸關(guān)閉，直到抽汽蝶閥全關(guān)后，汽輪機(jī)連通管蝶閥退出壓力閉環(huán)控制，并逐漸開啟至全開狀態(tài)，機(jī)組轉(zhuǎn)入純凝模式運(yùn)行，模式切換完成。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)自動(dòng)同步離合器上的位移傳感器信號(hào)組合可靠地定義了離合器的位置狀態(tài)，為離合器控制邏輯設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。對(duì)機(jī)組不同模式間在線切換過(guò)程和離合器控制策略進(jìn)行闡述，在汽輪機(jī)中采用自動(dòng)同步離合器裝置能實(shí)現(xiàn)機(jī)組各運(yùn)行模式在線切換，進(jìn)而提升機(jī)組運(yùn)行靈活性。