机械液压调节系统及电液调节系统的原理和应用分析

宋贵森

[摘要]本文以某汽轮机液压调节系统为例，阐述了机械液压调节系统及电液调节系统的原理，比较了二者系统的性能，并结合山西某发电厂3#汽轮机，探讨调节系统的应用情况。

[关键词]汽轮机;调节系统;原理;应用

1、机械液压调节系统

在生产实践中，往往对系统的结构和所采用的元件加以改进，下面以哈尔滨汽轮机厂生产的100MW汽轮机的液压调节系统为例来说明机械液压调节系统的工作原理。如图1.

图1 机械 液压调节系统原理图

当汽轮机转速升高时，离心式调谏器的飞锤向外飞出，弹性钢带发生变形，使挡板向右侧移动。加大了随动滑阀的喷嘴的排油间隙s。压力油经节流孔板f1和f2进入随动滑阀的右侧油室，并从这里经排油间隙s排向回油。排油间隙s加大后，喷嘴的排油面积加大，随动滑阀活塞右侧油室中的油压Pm降低，在油压差的推动下，随动滑阀就向右移动。随动滑阀的位移，通过杠杆的传动带动分配滑阀向右移动，增大了分配滑阀上的排油口A的面积。压力油从反馈油口上的油口B和油动机滑阀上的油口c进入脉动油路，然后由排油口A排出。排油口A面积的增大，使脉动油压Px降低。脉动油压Px作用油动机滑阀底部，与其顶部的压力油压力相平衡，脉动油压Px的降低，使油动机滑阀上下的油压发生不平衡，由于顶部的压力油压力大于底部的脉动油压力，压力差推动油动机滑阀向下移动。油动机滑阀的位移使油动机活塞上腔经常闭油口a与压力油接通，而下腔则经油口b与回油相通，因此使油动机活塞在上下压差的作用下向下移动，使反馈滑阀向右移动，开大了反馈滑阀上的进油口B，增大了进入脉动油路的油量，使油压Px上升，使油动机滑阀又向上移动。当最后达到稳定状态时，油动机滑阀仍回到原来位置，将油口 a和b完全盖住，油动机就不再继续运动了。图中的油口B起到局部反馈的作用。当油压Px下降而使错油门向下移动时，油口B开大，使油压Px回升，从而限制了错油门的行程，使整个调节过程比较平稳。与油动机滑阀一样，在调节过程终了时，油口B恢复到原来的位置。

转速下降时，调节系统的作用原理不变，但各元件的动作相反。

2、电液调节系统

随着电子工业的发展，传统的机械液压调节系统难以满足调节精度和电厂综合自动化的要求，而电子技术尤其是计算机技术的发展为提高调节系统的性能提供了技术支持，带动了电液调节系统的飞速发展，目前已取代了机械液压调节系统而占据了主导地位。

所谓电液调速系统是指采用电子元器件作为测量、运算和校正元件，而以液压机构作为执行机构的系统。由于电子元器件有运算、校正方便的特点，而液压元件又具有功率大、速度快的优点，因此结合两者的长处，就能设计出高性能的调节系统。

电液调节系统可以采取不同的调节规律。

最简单的一种调节规律是和机械液压调节相同的纯转速调节系统（见图2），汽轮机转速的测量由电子测速元件来完成，它把汽轮机转速的变化转换成为与之相对应的电压un的变化，转速升高，电压信号un也升高，un经放大后通过电液转换器转变成位移，un越大，油口A的开度也越大。这一系统的错油门和油动机部分与图1所示的完全相同，因此可知，油口A开大后，将使油压px降低，油动机下移，关小调节阀。由分析可知，除了所采用的元件不同外，调节系统的作用原理和一般的机械液壓调节系统并没有区别，但响应速度和灵敏度要优于机械液压调节系统。

图4-2 电液调节系统的原理

由于电液调节系统的信号计算和校正便于实现，所以可以采用比机械液压调节系统更复杂的调节规律实践中常用的电液调节系统除上面所说的纯转速调节系统外，还有功率一频率调节系统广泛应用于大型汽轮机及水轮机上。

3、两种系统性能比较

与机械液压调节系统相比，电液调节系统有更多的优点：

1）电液调节系统（以下简称电调）灵敏度高，调节速度快，精度高，机组甩负荷时转速过调量小;2）电调易于实现各种信号综合调节作用，有利于实现全电厂及电力系统综合自动调节等;3）电调便于为改善调节系统的动态性能指标而加校正控制部件，改变调节系统调节参数也极为方便;4）以数字计算机作为主控部件的数字电液（DEH）调节系统可以实现在线监测、信号冗余、计算机冗余、在线维修等旨在提高系统可靠性的先进技术，目前最先进的DEH调节系统其平均无故障时间（MTBF）已达6万h。

4、调节系统的应用

山西某发电厂3#汽轮机控制系统包括500MW汽轮机数字电调（DEH）和16MW汽泵电调（MEH）的控制系统两部分。电调控制系统包含了汽轮机调节和计算功能。电调控制回路可以和其它控制系统单元控制室的操作员站相连接。汽轮机调节功能通过各个调节回路保证机组基本物理量（转速、主蒸汽压力、电负荷）的调节。调节系统可以手动控制调节阀和截止阀。在运行期间，汽轮机调节功能可完成测量、估算和转速显示，还可进行高中压热应力计算，回路最后将控制信号送入高压液压系统。

3#机TCS系统的主控制器采用西门子SIMADYN D，配备一台WINCC操作员站组成。汽轮机电调和汽动给水泵各用一套SIMADYND，其中汽轮机电调有冗余功能，为了降低造价，电调系统中对速度要求不高的信号接入SIMADYN D扩展的ET200远程I/O中。TCS系统通过Profibus与ABB集散系统连接。采用了标准的通讯协议，可以方便地与管理网以高速率传送实时和历史数据，以及实时的过程操作画面。

过程操作人员可以通过操作站调出过程显示画面，观察过程回路参数状态，实时趋势，历史趋势和报警情况，实现过程回路操作和参数调整。过程工程师可以通过操作站调出过程组态画面进行控制方案组态，过程流程图组态，趋势画面组态和各种报表组态。软件工程师通过操作站系统提供应用软件包来开发软件，提供与其它网络的接口功能，也可用C语言开发用户应用程序。系统维护工程师可以通过操作站监视系统的工作状态，并可对系统进行诊断。每台操作站处理机配有独立的硬盘和键盘，放置本身操作系统软件和流程画面，可独立对系统进行实时操作和显示。