REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的應(yīng)用

顏士偉 梅雪松 劉海風(fēng)

摘 要： 本文介紹了REXA執(zhí)行器在直接驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)汽輪機(jī)中的應(yīng)用及改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，REXA執(zhí)行器在直接驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用屬于首次，為調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造提供了新的途徑和手段。

關(guān)鍵詞： REXA執(zhí)行器；直接驅(qū)動(dòng)

國(guó)惠環(huán)保新能源有限公司3號(hào)機(jī)組拖動(dòng)汽輪機(jī)為703所制造生產(chǎn)的3MW變轉(zhuǎn)速凝汽式汽輪機(jī)，作為拖動(dòng)壓縮風(fēng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)。常規(guī)的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常為低壓透平式油動(dòng)機(jī)加錯(cuò)油門(mén)放大環(huán)節(jié)，通過(guò)電液轉(zhuǎn)換器對(duì)調(diào)速汽門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制[1]。

為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，針對(duì)該汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，采用了以REXA執(zhí)行器為原動(dòng)力，直接驅(qū)動(dòng)調(diào)速汽門(mén)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。設(shè)計(jì)安裝后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一次起動(dòng)成功，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)全部滿足設(shè)計(jì)要求和運(yùn)行需要。

REXA執(zhí)行器作為原動(dòng)力對(duì)調(diào)速汽門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)屬于首次，在控制領(lǐng)域中，發(fā)展了汽輪機(jī)控制技術(shù)；同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造提供了新的途徑和手段。

1常規(guī)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理

圖1是常規(guī)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

1.1 結(jié)構(gòu)

常規(guī)設(shè)計(jì)中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由油泵、錯(cuò)油門(mén)滑閥、油動(dòng)機(jī)、電液轉(zhuǎn)換器等元件組成。

1.2 動(dòng)作原理

調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，脈動(dòng)油通過(guò)電液轉(zhuǎn)換器，作用在錯(cuò)油門(mén)滑閥底部，與錯(cuò)油門(mén)滑閥上部壓力油的作用力相平衡；通過(guò)電液轉(zhuǎn)換器調(diào)整脈動(dòng)油壓力，改變錯(cuò)油門(mén)滑閥的平衡，通過(guò)錯(cuò)油門(mén)的位移，進(jìn)而改變油動(dòng)機(jī)的位置，從而改變調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)度。

調(diào)節(jié)過(guò)程：降速過(guò)程，通過(guò)電液轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號(hào)使系統(tǒng)的脈動(dòng)油壓力降低，錯(cuò)油門(mén)滑閥在其其上部油壓作用下向下移動(dòng)，油動(dòng)機(jī)下腔進(jìn)入壓力油，上部油液通過(guò)錯(cuò)油門(mén)滑閥回油腔排出，油動(dòng)機(jī)向上（關(guān)閉方向）運(yùn)行，關(guān)小調(diào)速汽門(mén)。油動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，油動(dòng)機(jī)位移傳感器的位移信號(hào)反饋回控制系統(tǒng)，與電液轉(zhuǎn)換器的信號(hào)進(jìn)行比較，比較偏差為零后，電液轉(zhuǎn)換器使脈動(dòng)油壓恢復(fù)初始值，錯(cuò)油門(mén)回到平衡位置，完成一次調(diào)節(jié)構(gòu)成。

轉(zhuǎn)速升高過(guò)程與之相反。

2 REXA直接驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與原理

電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用的電液轉(zhuǎn)換裝置，均需要外供控制油源，容易受油質(zhì)污染，對(duì)油質(zhì)要求相對(duì)較高，是影響電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。為進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和提高轉(zhuǎn)換裝置的抗污染能力，采用了無(wú)需外供控制油源、大力矩輸出的REXA執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置的直接驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)[2]。

2.1 REXA執(zhí)行器

（1）REXA執(zhí)行器結(jié)構(gòu)

REXA執(zhí)行器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力輸出的轉(zhuǎn)換裝置，采用美國(guó)REXA公司生產(chǎn)的智能型機(jī)、電、液一體化執(zhí)行器（簡(jiǎn)稱REXA執(zhí)行器），由控制器和動(dòng)力模塊兩部分組成，圖2為動(dòng)力模塊結(jié)構(gòu)外形圖。由智能可控電機(jī)和獨(dú)立的、封閉的、無(wú)閥液壓控制系統(tǒng)組成。采用高度集成化、模塊化、小型化設(shè)計(jì)，所有組件內(nèi)部集成，一體化結(jié)構(gòu)。智能可控電機(jī)接受控制模塊的功能指令，控制動(dòng)力模塊，以線性位移大力矩輸出驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，同時(shí)通過(guò)自身位移反饋，完成調(diào)節(jié)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)各種功能控制。

（2）REXA執(zhí)行器特點(diǎn)

1）響應(yīng)時(shí)間：0.04s/mm；

2）輸入信號(hào)：4mA-20mA模擬量信號(hào)或脈沖量信號(hào)；

3）大力矩輸出，最大輸出力約為2000kgf；

4）獨(dú)立封閉液壓系統(tǒng)，無(wú)需外供油源；

5）由微處理器實(shí)現(xiàn)智能控制，可靈活、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確整定工作參數(shù)；

6）具有失電情況下的各種安全機(jī)制（全開(kāi)、全關(guān)、保位）。

2.2改造后調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理

2.2.1 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。取消油泵供油；錯(cuò)油門(mén)滑閥、油動(dòng)機(jī)；電液轉(zhuǎn)換器。增加REXA執(zhí)行器，REXA執(zhí)行器與調(diào)速汽門(mén)連桿直接連接。

2.2.2 改造后的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)與原理

（1）結(jié)構(gòu)

圖3是改造后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無(wú)液壓部分，只有REXA執(zhí)行器與調(diào)速汽門(mén)連桿直接相連，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)調(diào)速汽門(mén)。

（2）動(dòng)作原理

轉(zhuǎn)速增加過(guò)程過(guò)程：REXA執(zhí)行器接受控制信號(hào)，REXA執(zhí)行器輸出軸帶動(dòng)調(diào)速汽門(mén)連桿向下移動(dòng)，開(kāi)大調(diào)速汽門(mén)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，REXA執(zhí)行器停止運(yùn)行，調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度不再改變。降低轉(zhuǎn)速過(guò)程亦是如此。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)工作量小，安裝、維護(hù)、調(diào)試方便；

（2）轉(zhuǎn)換裝置無(wú)需外供控制油源，無(wú)需油凈化裝置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)行穩(wěn)定性；

（3）采用4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，無(wú)需功率放大環(huán)節(jié)，易接受任何控制系統(tǒng)的控制信號(hào)；

（4）可實(shí)現(xiàn)REXA執(zhí)行器的在線維修或更換；

（5）當(dāng)DEH控制器故障或控制系統(tǒng)失電時(shí)，具有自動(dòng)保位功能，保持閥位不變，因而在控制系統(tǒng)故障工況下，仍能通過(guò)就地操作方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

4 改造效果

REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，一次起動(dòng)成功，經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)際考驗(yàn)，系統(tǒng)的功能和性能均能滿足給汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制和壓縮系統(tǒng)運(yùn)行要求，具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。取得了滿意的效果。

5 結(jié)論

（1）采用自容式執(zhí)行器（REXA執(zhí)行器）作為轉(zhuǎn)換裝置，首次成功應(yīng)用在直接驅(qū)動(dòng)變轉(zhuǎn)速凝汽式汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)。

（2）REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施工作量小，調(diào)整簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，減少了運(yùn)行和維護(hù)成本，具有較高的性價(jià)比；具有較高的轉(zhuǎn)速控制精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度；能滿足拖動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制和壓縮機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

（3）電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用的電液轉(zhuǎn)換裝置，均需要外供控制油源，易受油質(zhì)污染，對(duì)油質(zhì)要求相對(duì)較高，是影響電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。REXA執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置，無(wú)須外部提供油源，對(duì)油質(zhì)無(wú)任何要求，使其具有較高的抗油質(zhì)污染能力。

（4）REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)系統(tǒng)，可為給直接驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)系統(tǒng)的改造，提供新的途徑和手段，具有廣泛推廣應(yīng)用的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬承民.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1995.

[2] 張興政.REXA電液執(zhí)行器在汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)中的應(yīng)用，發(fā)電設(shè)備，2003年第4期.