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背压式汽轮机调速系统技术升级与改进报告

高压主汽阀通过手轮进行手动操作。五台高压调节阀和X台抽汽调节阀分别由液压执行机构经杠杆机构驱动。


重庆某公司采用的是由青岛汽轮机有限公司制造的CB6MW抽汽背压式汽轮机组。该机组的配置包括:一个高压主汽阀、多个高压调节阀以及抽汽调节阀。其中,高压主汽阀通过手轮进行手动操作;五个高压调节阀和X个抽汽调节阀则分别由液压执行机构经杠杆机构驱动。汽轮机的调节系统采用纯液压控制系统(由压力变送器、差压油阀和反馈套筒组成),其工作原理基于流量平衡原则。自投运以来,该设备在控制方面面临诸多挑战:操作难度大、转速波动显著(±15转/分钟)、并网困难,且对工况变化的响应能力较差(负荷响应周期约为30至60秒)。这些问题与生产工艺要求极不匹配,给运行人员带来了极大困扰。

 

一、对系统调速控制配置的分析表明,原系统存在以下不足之处:

● 转速测量部件采用脉冲泵,其转速测量信号为脉冲油压。脉冲油压与转速的平方成正比。在低转速下,脉冲油压可忽略不计,这使得闭环转速控制在技术上颇具挑战性。

● 在流量平衡系统中,脉动油压Px下降会触发阀门开启,而Px上升则会导致阀门关闭。这意味着,如果油路破裂或密封垫泄漏导致Px降低,阀门反而会向更大开度方向移动——这与安全设计原则背道而驰。

● 在原油发动机中,机械弹簧的刚度较低,导致气门响应滞后严重,无法满足快速调节的要求:

第一: 作用于液压马达滑阀上的力包括:上端的弹簧力和下端脉动的液压压力。也就是说,一端受到恒定力的作用,而另一端则受到变化的力的作用。因此,当压力油流出现波动时(例如在液压马达快速运动过程中),就会产生一种寄生反馈效应。这种寄生反馈同时会产生正反馈和负反馈效应,其具体表现形式取决于液压马达的开启方向与控制阀的开启方向是否一致。本质上,这一因素是导致液压马达不稳定的一个重要诱因。

第二: 受空间尺寸和定位条件的限制,弹簧刚度无法设计得过高。因此,其克服滑阀摩擦的能力有限,导致由摩擦引起的灵敏度下降较为明显。

第三: 为最大限度地降低由液压波动引起的寄生反馈影响,将二次脉冲压力设定得相对较低,从而降低了控制灵敏度。

● 该系统在某一负载范围内出现负载滑移现象,表明液压马达的输出刚度较差。

● 抽汽与动力(背压)无法实现自调节控制。

 

二、技术升级改造方案

针对原系统存在的不足,对迭代开发的产品实施了技术升级与改造,以提升新产品研发能力。此次改造包括新增DEH电子控制系统及液压调速系统升级。原系统中用于传动放大的压力变送器、节流阀、反馈滑阀以及活塞式液压马达等部件均被取消。通过采用由独立高压油源驱动的电液伺服电机,最大限度地降低了传动放大环节相互配合带来的影响。此外,还增设了一座独立的EH专用油站,以有效减少原系统油液污染所带来的不利影响。

(1) DEH电子控制系统: 采用专用的DEH电子控制系统。

(2) DEH液压控制系统: 将高压调节阀电机和抽汽电机升级为带独立高压油源的电液伺服电机系统。

 

 

 

(1) DEH电子控制系统

● 采用全数字电子调速器设计,内置伺服放大器功能,可直接驱动常用电液转换器,并与原厂各类液压设备无缝集成;

● 适用于多种发电机组,包括余热发电、垃圾发电、生物质能发电和太阳能发电站,为孤网运行、热电联调以及滑压运行提供专业解决方案;

● 支持多种通信协议,包括MODBUS、DP和工业以太网;

● 标准配置包括友好的人机界面和操作员站。

(2) 电液伺服液压马达系统;

● 高度可调的性能可全面改造原机组的调节特性,有效解决液压系统中常见的负载滑移和卡滞等问题。这确保了调节过程具有快速响应能力和精准的控制品质。

● 简易的加装改造仅需在施工现场拆除原有的液压电机及调节系统部件。将自成一体的液压电机安装至原电机位置,并连接至独立的供油管路,从而最大限度地减少现场作业量。控制精度高:采用完整的自成一体液压电机系统,可提升输出刚性,确保DEH控制系统运行稳定。

● 卓越的输出刚度带来更出色的控制精度和品质:

● 两台伺服液压马达取代了原有的调速和抽吸液压马达。该液压马达系统的工作压力高达14兆帕,彻底消除了原机组液压系统的限制。通过蒸汽分配机构直接连接阀门,实现了卓越的控制精度与稳定性。全闭环位置控制可达到0.01毫米的定位精度,动态响应及关闭速度更是高达0.2秒——完全媲美高压抗燃油系统的控制性能。

● 调节系统的供油与原汽轮机的供油系统是分开的。

● 调节系统需要一种控制精度高的电液伺服系统,对油液清洁度要求极高。独立的供油系统配合多重精密过滤器,可充分保障所需的过滤精度。

 

(3) EH专用加油站

油液供应系统采用模块化设计。该液压马达系统的首要优势在于其高达14兆帕的工作油压,这使得伺服液压马达的尺寸得以缩小,同时仍能保持同等的阀芯提升力。

● 冗余供油配置

● 油液供应泵采用冗余配置,配备两套泵互为备用,以确保油液输送的可靠性。这两台油泵采用一用一备的工作模式,并具备在线切换功能,同时具有低压联锁和高压报警等输出功能。

● 简单的现场调试,轻松诊断并解决故障

● 所有液压设备均经过工厂测试与调试,确保现场安装完成后,仅需进行基本的静态调整即可达到启动准备状态。此外,液压马达上增设了多个监测点,可实现对每台设备的实时本地数据监控,从而大幅简化故障排查流程。

● 维护需求降低

● 与低压涡轮机油系统相比,年度小修无需拆卸液压马达。只需更换泵站及液压马达中液压元件的密封件即可。

 

三、系统技术升级与改造后的运行性能

项目

价值

项目

价值

速度控制范围

可调范围为200至3600转/分钟

速度控制精度

≤+1 转/分钟

速度变化率

在线可调节,范围为3%至6%

负载控制范围

0到120%

负载控制精度

≤额定值的+0.2%

主蒸汽压力控制精度

+0.1兆帕

提速率控制精度

+0.1%

控制系统不敏感

小于0.06%

甩负荷时速度超调

<7%,保持3000转/分钟

系统可用性

≥99.9%

满载时的最大爬升旋转速度

<8%h

速度控制周期

<50ms

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