汽輪機(jī)用低噪聲變速恒壓調(diào)速系統(tǒng)

許 濤，王 晗，李典來，周 琴，周云瑞

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

調(diào)速器影響到汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性以及安全可靠性，是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分。低噪聲變速恒壓調(diào)速系統(tǒng)主要包括高壓油動機(jī)、液壓油站、伺服電機(jī)、伺服控制箱、蓄能器和測量儀表等。其中，液壓油站作為高壓油動機(jī)的供

2.1 油箱

根據(jù)油箱容積的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；qv為泵的額定流量，L/min。

為保證油液在油箱的滯留時(shí)間最少8 min以上，這里選擇經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a為10，泵的流量為7 L/min。油站容積V＝70 L；油箱總?cè)莘eV總＝82.35 L。因此，選取油箱設(shè)計(jì)的總?cè)莘e為125 L[3-4]。

2.2 電動油泵

油站油泵采用伊頓公司PVQ系列產(chǎn)品，型號為：PVQ10。油泵參數(shù)如表1所示。

表1 油泵型號及排量、額定轉(zhuǎn)速和壓力額定值

2.3 伺服電機(jī)和伺服控制箱

采用菲仕AxN系列伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動器，如圖3所示。

圖3 伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動器

伺服驅(qū)動器的主要特點(diǎn)為：

1）采用高精度的驅(qū)動器扭矩補(bǔ)償技術(shù)，大大降低大扭矩低速電機(jī)的扭矩波動，2 r/min速度下扭矩波動±1%。

2）多驅(qū)動器PWM同步技術(shù)配合分瓣式直驅(qū)電機(jī)設(shè)計(jì)，形成完美的控制匹配。

3）支持超高精度的編碼器，采用位置和速度雙環(huán)并聯(lián)設(shè)計(jì)，完美的完成高精度的位置和速度控制。

4）可適用CANopen、EtherCA和Modbus等多種現(xiàn)場總線EtherCAT和CANOpen總線[1-2]。

作為伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的核心，通過模擬命令輸入的方式控制伺服電機(jī)，伺服電機(jī)驅(qū)動器的速度命令輸入范圍為-10～10 V，代表-n～nr/min的轉(zhuǎn)速命令。伺服驅(qū)動器通過編碼器采集伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速以及壓力傳感器采集調(diào)節(jié)油壓，并根據(jù)編碼器和壓力傳感器反饋回來的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速與油壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用模糊PID算法控制，驅(qū)動伺服電機(jī)，提高伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤和動態(tài)適應(yīng)能力，并通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速以保持液壓油站油壓恒定。

在調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)油壓的控制策略方面，將PID控制和模糊控制方法結(jié)合起來，構(gòu)成互補(bǔ)、兼有這兩種控制優(yōu)點(diǎn)的模糊—PID控制策略，如圖4所示。通過開關(guān)函數(shù)根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差在穩(wěn)態(tài)的PI控制模塊和瞬態(tài)的自適應(yīng)模糊PID控制模塊之間靈活切換。模糊—PID控制策略使得伺服電機(jī)在各種條件下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)誤差和超/欠調(diào)量等均有較大改善，使其具有更好的魯棒性、抗干擾性和動態(tài)適應(yīng)能力[5-6]。

圖4 模糊—PID控制策略

伺服電機(jī)的上位機(jī)界面主窗口主要包括了用戶界面窗口、目錄窗口、連接狀態(tài)窗口、輸出窗口、監(jiān)控窗口等，可實(shí)時(shí)監(jiān)測伺服電機(jī)的工作狀態(tài)和電機(jī)自身特性?？芍庇^友好的展示設(shè)備信息和參數(shù)配置信息，方便用戶對設(shè)備進(jìn)行全面的操作。上位機(jī)界面主窗口如圖5所示。

圖5 上位機(jī)界面主窗口

2.4 蓄能器

蓄能器的作用是當(dāng)油動機(jī)調(diào)節(jié)時(shí)，由高壓蓄能器瞬間提供油動機(jī)的供油；蓄能器也能吸收管路油壓脈沖，使系統(tǒng)油壓保持穩(wěn)定。

蓄能器滿足系統(tǒng)從泵聯(lián)鎖階段保持壓力30 s系統(tǒng)不停機(jī)，調(diào)門快速動作時(shí)的輔助動力源并消除系統(tǒng)的震動。

系統(tǒng)泵連鎖報(bào)警P連鎖＝12 MPa，系統(tǒng)低停機(jī)信號P低低＝10 MPa，蓄能器充氮壓力P氮＝9.1 MPa，Q耗＝3.44 L/min，V1＝1.72 L，V蓄能器min＝V1/(P氮/P低低－P氮/P連鎖)＝11.3 L。故選用16 L蓄能器。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)通過采用變速恒壓的高壓電液調(diào)速方式，實(shí)現(xiàn)了高效的低噪聲和節(jié)能效果，同時(shí)進(jìn)一步提升了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和快速性，獲得了更優(yōu)異的靜、動態(tài)調(diào)速特性，從而進(jìn)一步提升了汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全可靠性。