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DEH液压伺服系统

作者:雾炮机    来源:未知    发布时间:2020-06-30 03:37    浏览量:

  液压伺服系统

  在DEH调节系统中,数字部分的输出进入液压伺服系统,该系统由伺服放大器、电液伺服阀、油动机及其位移反馈(LVDT)组成,是DEH的末级放大与执行机构。各油动机及其相应的汽阀称为DEH系统的执行机构。由于其调节对象和任务的不同,其结构型式和调节规律也不相同,但从整体看,它们具有以下相同的特点:

  1、所有的控制系统都有一套独立的汽阀、油动机、电液伺服阀(开关型汽阀例外)、隔绝阀、止回阀、快速卸载阀和滤油器等,各自独立执行任务;

  2、所有的油动机都是单侧油动机,其开启依靠高压动力油,关闭靠弹簧力,这是一种安全型机构,例如在系统漏“油”时,油动机向关闭方向动作;

  3、执行机构是一种组合阀门机构,在油动机的油缸上有一个控制块的接口,在该块上装有隔绝阀、快速卸载阀和止回阀,并加上相应的附加组件构成一个整体,成为具有控制和快关功能的组合阀门机构。

  二、???? DEH的液压伺服系统工作原理

  DEH的液压伺服系统由阀门操纵座及油动机两部分组成,主要完成阀门控制以及阀门开关功能:

  
 

  图7-7? 液压伺服控制原理示意图

  1、液压伺服控制原理:

  电液转换器一般与油动机、位置变送器(LVDT)、功放构成如图7-7所示的伺服控制回路,以完成阀位控制的任务。

  线性位移差动变送器(LVDT)把油动机活塞的位移(同时也代表调节汽阀的开度)转换成电压信号,反馈到伺服放大器前,与计算机送来的信号相比较,其差值经伺服放大器功率放大并转换成电流值后,驱动电液伺服阀、油动机直至调节汽阀。当调节汽阀的开度满足了计算机输入信号的要求时,伺服放大器的输入偏差为零,于是调节汽阀处于新的稳定位置。

  2、控制阀门开度:

  机组挂闸,高压安全油建立后,然后DEH发出开主汽阀指令,并送出阀位指令信号分别控制右侧高压主汽阀油动机的电液伺服阀及左侧主汽阀和中压主汽阀油动机的进油电磁阀使主汽阀门全开。再控制各调节阀油动机的电液伺服阀使调节阀开启,(调节阀油动机电液伺服阀的控制原理与右侧高压主汽阀油动机相同)随着阀位指令信号变化,各调节阀油动机不断地调节蒸汽门的开度。

  2、实现阀门快关

  系统所有蒸汽阀门均设置了阀门操纵座,阀门的关闭由操纵座弹簧紧力保证。机组正常工作时,各油动机集成块上安置的卸载阀阀芯,将负载工作油、回油和安全油分开。停机时,保护系统动作,高压安全油压被卸掉,卸载阀在油动机活塞下油压作用下打开,油缸下腔通过卸载阀与油缸上腔相连,油动机活塞下的一部分油回到油缸上腔,另一部分油通过单向阀与回油接通;阀门在操纵座弹簧紧力作用下迅速关闭。

  三、DEH主要液压部件功能

  1、电液转换器(电液伺服阀)

  电液转换器(电液伺服阀)的任务,是把电气量信号转换为油压信号去控制油动机。汽轮机电液伺服阀的工作原理是由一个力矩马达、两级液压放大和机械反馈系统等组成。它将阀位偏差信号经过转换放大成为液压信号,用于控制油动机的位移,也可称作电液伺服阀。它是调节系统的一个关键部件,要求具有较高的精度、线形度、灵敏度和动态性能。

  电液转换器由力矩马达和液压放大两部分组成(如图7-8)所示。它由控制线圈、永久磁钢、可动衔铁、弹簧管、挡板及反馈杆、喷嘴、断流滑阀、虑油器等主要部件组成。

  当阀位偏差信号(4~20mA电流)送入控制线圈,在永久磁钢磁场的作用下,产生偏转扭矩,使可动衔铁带动挡板旋转,改变了喷管与挡板之间的间隙(b),间隙减少的一侧油压升高,间隙增大的一侧油压降低。在此油压差的作用下,使断流滑阀移动,使油动机进油或排油,用于推动油动机活塞移动,调整调节汽门开度。

  当可动衔铁、弹簧管及挡板旋转时,反馈杆发生挠曲。待断流滑阀在两端压差作用下产生位移时,就使反馈杆产生反作用力,它与衔铁吸动力等形成的反力矩与输入电流产生的主动力矩相比较,直到总力矩的代数和为零时,断流滑阀达到一个新的平衡位置,在这一位置时,断流滑阀位移与输入电流成正比。随着油动机活塞的移动,阀位反馈信号逐渐加强,当阀位反馈信号将阀位偏差信号消弱至零时,滑阀便回到原来的中间位置,重新切断油动机进油或排油,调节汽阀稳定在新的状态。伺服阀常见故障及原因见表7-1。

  
 

  图7-8:? 电液转换器(液压伺服阀)结构、原理示意图

  表7-1:伺服阀常见故障及原因

  序号

  常见故障

  原??? 因

  1

  阀不工作(无流量或无压力输出)

  (1)外引线断落;

  (2)电插头焊点脱焊;

  (3)线圈霉断或内引线断落(或短路);

  (4)进油或回油未接通,或进、回油口接反

  2

  阀输出流量或压力过大或不可控制

  (1)阀安装座表面不平或底面密封圈未安装妥,使阀壳体变形,阀芯卡死;

  (2)阀控制级堵塞;

  (3)阀芯被脏物或锈块卡住

  3

  阀反应迟钝、响应降低、零偏增大

  (1)系统供油压力低;

  (2)阀内部油液太脏;

  (3)调零机械或力矩马达(力马达)部分零组件松动

  4

  阀输出流量或压力(或执行机构速度)不能连续控制

  (1)系统反馈断开;

  (2)系统出现正反馈;

  (3)系统的间隙、摩擦或其他非线性因素;

  (4)阀的分辩率变差、滞环增大;

  (5)油液太脏

  5

  系统出现抖动或振动(频率较高)

  (1)系统开环增益太大;

  (2)油液太脏或油液混入大量空气;

  (4)系统接地干扰;

  (5)伺服放大器电源滤波不良;

  (6)伺服放大器噪声变大;

  (7)阀线圈绝缘变差;

  (8)阀外引线碰到地面;

  (9)电插头绝缘变差;

  (10)阀控制级时堵时通

  6

  系统变慢(频率较低)

  (1)油液太脏;

  (2)系统极限环振荡;

  (3)执行机构摩擦大;

  (4)阀零位不稳(阀内部镙钉或机构松动,或外调零机构未锁紧,或控制级中有污物);

  (5)阀分辩率变差

  7

  外部漏油

  (1)安装座表面粗糙度过大;

  (2)安装座表面有污物;

  (3)底面密封圈未装妥或漏装;

  (4)底面密封圈破裂或老化;

  (5)弹簧管破裂

  4、油动机(油缸)

  油动机是调速系统的执行机构,电液伺服阀的油压信号,通过油压作用,带动调节汽门开关,以满足系统的需要。

  1)油动机进油控制方式:

  单侧进油式油动机在油动机活塞的同一侧实现进、排油。在调节过程中,当需要开大调节汽阀时,油动机进油通道打开,活塞下部腔室进油克服油动机上部弹簧力的作用,使活塞上移开起阀门。当需要关小调节汽阀时,油动机下部腔室与排油接通,活塞在上部弹簧力作用下下移关小阀门,如图7-9所示。

  
 

  图7-9: 油动机工作原理示意图

  2)油动机的提升力:

  单侧进油式油动机开起调节汽阀时的提升力是作用在油动机活塞上的油压作用力与弹簧作用力之差如图7-10所示。随油动机活塞的上移,弹簧不断被压缩,其变形力不断增大,故提升力不断减小,所以油动机活塞在全开位置处的提升力最小。为了使阀门能可靠的开启,要求油动机的最小提升力必须大于开启阀门所需的力,并有一定的富裕量。

  单侧进油式油动机关闭时是靠弹簧力关闭的,这不仅保证在压力油失去的情况下可以可靠的关闭汽阀,而且可以大大减少机组甩负荷时的用油量,这是单侧进油式油动机最大的优点,其缺点是提升力不如双侧进油式油动机大。

  油动机关闭到最小位置时,仍需有一定的弹簧预紧力,以保证汽门关闭后阀芯能紧压在阀座上。

  3)油动机的时间常数。

  单侧进油式油动机关闭汽阀的速度取决于弹簧力将油动机(油缸)中的油排出的速度,而弹簧力与活塞位置有关,是一个变量。

  单侧进油式油动机的时间常数指的是关闭时间常数,可理解为:当滑阀(排油开度)为最大时,油动机活塞由最大工作位置关闭到零时所需的时间。在相同尺寸的条件下,单侧进油式油动机时间常数大于双侧进油式油动机的时间常数,但双侧进油式油动机的时间常数又受制于抗燃油泵的容量而难以进一步减少,而单侧进油式油动机只要弹簧设计合理、排油口设计的足够大,就能有效减少其时间常数,使用单侧进油式油动机对提高调节系统稳定性和可靠性,以及甩负荷性能都是有益的。

  5、油动机卸载阀

  机组的每个汽阀(主汽阀、调节汽阀)的油动机模块下部集成有一油动机卸载阀,用于机组停运时快速卸掉油动机下腔室的压力油,快速关闭汽阀。油动机卸载阀阀碟下部设有一拉力弹簧(见图7-9),并和安全油(危机遮断油)相通;油动机卸载阀阀碟上部(B腔室)和油动机下腔室(E腔室)相同,并和油动机工作油(压力油)相通。机组常运行时油动机卸载阀阀碟下部受危机遮断油油压和拉弹簧的作用力,这两个力的方向相反;油动机卸载阀阀碟上部受油动机工作油(压力油)油压的作用力,油动机卸载阀阀碟上油压的作用力和油动机下部拉力方向相同。由于卸荷阀阀碟下部受力面积大于上部,阀碟下部总压力大于阀碟上部油压和下部拉弹簧对阀碟的作用力,使阀碟可靠的被压在上止点位置,卸载阀(B腔室)腔与排油的通路被截断。

  当需要紧急停机安全油压泄掉时,油动机卸载阀阀碟下部油压跌落,在上部(B)腔压力油的作用下,卸载阀阀碟下移,卸载阀排油口(A口)被打开,油动机卸载阀上腔室和排油接通,油动机活塞下腔室(E腔室)的工作油(压力油)通过卸载阀阀碟上部(B腔室)腔与油动机活塞上腔室及排油管接通,油动机活塞下腔油压被泄掉,在阀门操纵机构弹簧力及蒸汽力的作用下快速关闭油动机,同时伺服阀将与活塞下腔室相连的排油口也打开接通排油,作为油动机快关的辅助手段。一旦机组安全油压泄掉,油动机卸载阀阀碟下移时,在下部拉弹簧的作用下就会下移至下止点,直到安全油压被重新建立。

  当机组挂闸,安全油油压建立后,安全油进入油动机卸载阀下腔室并克服弹簧的拉力,使油动机卸载阀阀碟上移至上止点,卸载阀排油口(A口)关闭,为压力油进入油动机开启汽阀做好准备。

  
 

  ? 图7-11:液压关断阀示意图 ? ? ? ? 图7-12:快速卸荷阀示意图

  7、LVDT位移传感器

  LVDT 的作用是把油动机活塞的位移(代表汽阀的开度)转换成电压信号,反馈到伺服放大器前。LVDT 是由芯杆、线圈、外壳等组成,故具有体积小、性能稳定、可靠性强的特点。在外壳中有3个线圈绕组,一个是一次侧绕组,缠绕在芯杆上,供给交流电源;在外壳中心点的两侧各绕有一个相同的二次侧线圈绕组,这两个绕组反向连接;因此,二次侧绕组的净输出,是两绕组感应电动势之差值。当铁芯上的绕组处于中间位置时,两个二次侧绕组的感应电动势相等,变送器输出的电压信号为零。当铁芯与绕组有相对位移,二次绕组的感应电动势经整形滤波后,转变为铁芯与绕组间相对位移的电压信号输出。外壳是固定在机构上不动的,铁芯通过杠杆与油动机活塞连杆相连,这样,其输出的电压信号便可模拟油动机的位移,也就代表了进汽阀的当前开度,为了提高控制系统的可靠性每个执行机构中安装两个位移传感器。

  8、快速卸荷阀组件

  快速卸荷阀是一种由先导阀控制的滑阀,用于机组在各种停机工况时快速泄去危急遮断油(安全油),实现停机。有4个快速卸荷阀共同组成高压危机遮断模块。

  电磁先导阀,是一两位三通电磁阀,它共设有a、b、c、d四个油口,其中d油口被封堵掉。电磁阀带电时,滑阀在电磁力的作用下右移到右止点,使油口c与油口b接通,将危机遮断油引入快速卸荷阀的g腔;当电磁阀失电时,滑阀在弹簧力作用下左移到左止点,此时油口b与油口c通路被阻断,同时油口a与油口c接通,使快速卸荷阀h腔与排油接通,从而使快速卸荷阀打开,泄放危机遮断油。在绘图的过程中,为了简化电磁先导阀一般用简图表示,如图7-13所示。

  ?

  9、控制型汽阀

  我司机组除旋转隔板油动机为双侧进油外,其它汽阀的油动机均为单侧进油,其开启由抗燃油压力驱动,而关闭是靠操纵座上的弹簧力,以保证在失去动力源压力油的情况下油动机能够关闭。当油动机快速关闭时,为使汽阀阀碟与阀座的冲击应力在许可的范围内,在油动机活塞底部设有液压缓冲装置。油动机由油缸、位移传感器和一个控制块相连而成。油动机按其动作类型可分为两类,即连续控制型和开关控制型。连续控制型油动机,在控制块上装有伺服阀、关断阀、卸载阀、遮断电磁阀及测压接头等;开关控制型油动机,在控制块上则装有遮断电磁阀、关断阀、卸载阀、试验电磁阀及测压接头等。控制型汽阀,见图7-14。

  当遮断电磁阀(包括主遮断电磁阀和高压遮断电磁阀)失电时,遮断电磁阀排油口关闭,卸载阀下腔作用了高压安全油压,卸载阀关闭;同时关断阀在保安油的作用下开启,压力油经关断阀到伺服阀前。油动机工作准备就绪。

  
 

  图7-14:控制型汽阀工作原理示意图

  伺服阀接受DEH来的信号控制油缸活塞下的油量当需要开大阀门时,伺服阀将压力油引入活塞下腔室,则油压力克服弹簧力和蒸汽力作用使阀门开大,LVDT将其行程信号反馈至DEH。当需要关小阀门时,伺服阀将活塞下腔室接通排油,在弹簧力及蒸汽力的作用下,阀门关小,LVDT将其行程信号反馈至DEH。当阀位开大或关小到需要的位置时,DEH将其指令和LVDT反馈信号综合计算后使伺服阀回到电气零位,遮断其进油口或排油口,使阀门停留在指定位置上。伺服阀具有机械零位偏置,当伺服阀失去控制电源时,能保证油动机关闭。

  油动机备有卸载阀供遮断状况时,快速关闭油动机用;当安全油压泄掉时,卸载阀打开,将油动机活塞下腔室的工作油接通油动机活塞上腔室及排油管,在弹簧力及蒸汽力的作用下快速关闭油动机,同时伺服阀将与活塞下腔室相连的排油口也打开接通排油,作为油动机快关的辅助手段。

  油动机设有关断阀供甩负荷或遮断状况时,快速切断油动机进油,避免系统油压因油动机快关的瞬态耗油而下降。

  10、开关型汽阀

  控制型汽阀和开关型汽阀。其工作原理基本相同,见图7-15。遮断电磁阀失电,安全油压使卸载阀关闭、关断阀开启,压力油经关断阀到试验电磁阀前,油动机准备工作就绪。试验电磁阀失电,油动机在压力油作用下使阀门打开。当安全油失压时,卸载阀在活塞下油压作用下打开,油动机活塞下腔室与回油相通,阀门操纵座在弹簧紧力的作用下迅速关闭主汽阀。当阀门进行活动试验时,试验电磁阀带电,将油动机活塞下的压力油经节流孔与回油相通,阀门活动试验速度由节流孔来控制,当单个阀门需作快关试验时,只需使遮断电磁阀带电,油动机和阀门在操纵座弹簧紧力作用下迅速关闭。关断阀、卸载阀的功能与调节阀油动机相同。

  
 

  图7-15: 开关型汽阀工作原理示意图

  
 

  图7-18 蓄能器示意图

  11、安全油蓄能器组件

  蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置,其机构如图7-18所示。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来,当系统需要时,又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来,重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时,它可以吸收这部分的能量。保证整个系统压力正常。液体在压力作用下,体积的变化(在温度不变的情况下)非常的微小,所以如果没有动力源(也就是高压液体的补充),液体的压力会迅速降低。

  蓄能器有两种用途。一是当低速运动时需要的流量小于流量,液压泵多余的流量储入蓄能器,当载荷要求流量大于液压泵流量时,液体从蓄能器放出来,以补液压泵流量之不足;二、蓄能器也可用来吸收液压泵的压力脉动或吸收系统中产生的液压冲击压力起到稳定油压,消除由于油泵结构原因造成的油压波动,使油压趋于平缓稳定。

  在大型汽轮机中,某些参数严重超标有可能酿成设备损坏甚至毁机事故。为此,大型汽轮机都设有严密的保护措施。由于机组超速的危害最大,因此,除了超速兼有超速保护和危急遮断多重保护外,其余重要参数的严重超标,都通过危急遮断系统实行紧急停机。汽轮机保护系统包括以下三个部分:

  1)汽轮机超速保护:当机组转速超过设定值时,发出停机信号;

  2)电子保护系统:采集所有需要停机的模拟量的值,当这些值超过设定值时,发出停机信号;

  3)汽轮机遮断系统:接受所有的停机信号,使停机电磁阀动作,遮断机组。

  1、汽轮机的超速保护系统

  1)OPC超速

  2)电气超速保护

  为了保证汽轮机超速保护的高可靠性,采用独立的三取二信号。系统固定的进行周期性的试验。超速保护系统响应速度快,具有高的可靠性及安全性。

  转速探头采用非接触式的,共三只,另外还装有一只备用探头,安装在汽轮机轴周。当汽轮机转动时,产生与转速成正比的脉冲信号。每个探头采用独立的电源和模块,模块连续地诊断转速信号。另外,模块设计有一个逻辑切换开关,从实际转速切换到试验转速,以对模块进行在线试验。

  3)机械超速

  由危急遮断器、危急遮断装置、高压遮断组件和危急遮断装置连杆组成。动作转速为额定转速的110%~111%(3300~3330r/min)。当转速达到危急遮断器设定值时,危急遮断器的飞环(或飞锤)击出,打击危急遮断装置的撑钩,使撑钩脱扣,通过危急遮断装置连杆使高压遮断组件中的紧急遮断阀动作,切断高压保安油的进油并泄掉高压保安油,快速关闭各进汽阀,遮断机组进汽。

  2、汽轮机遮断系统

  汽轮机遮断系统是一个连接电子保护、超速保护系统和遮断电磁阀的二通道系统,所有的汽轮机遮断指令,超速保护系统、电子保护系统、发电机保护、遮断按钮等产生停机信号,都通过汽轮机遮断系统动作遮断电磁阀遮断机组运行。

  
 

  图7-19 高压遮断电磁阀(AST电磁阀)组件

  AST电磁阀是将遮断保护装置发出的电气跳闸信号转换为液压信号的元件,四只AST电磁阀再串联组合在一起。两只超速保护电磁阀并联布置,通过两个逆止阀和危急遮断油路相连接布置在高压抗燃油系统中。四个串并联布置的AST电磁阀是由危急跳闸装置(ETS)电气信号所控制,正常运行时这四个AST电磁阀通电关闭,封闭危急遮断母管的泄油通道,使主汽门和调节阀执行机构油动机的活塞下腔建立油压。当机组发生危急情况时,任意一个ETS(跳闸)信号输出,这四个电磁阀失电被打开,使AST母管的油液经无压回油管路排至EH油箱。这样主汽门和调节汽门执行机构上的快速卸载阀就快速打开,使各个进汽门快速关闭,机组事故停机。四个AST电磁阀布置成串并联方式,其目的是为了该系统的安全可靠,防止误动作。

  危急遮断器

  用来防止汽轮机严重超速的保护装置即危急保安(遮断)器,或者称作超速保安器。危急遮断器是重要的超速保护装置之一。汽轮机正常工作的转速在3000r/min,但在甩负荷时可能因调节系统动态特性不佳不能维持机组空转,或者因其他缺陷未能完全切断进入汽轮机的蒸汽来源,以致引起机组严重超速使转子部件承受额外的离心力,造成汽轮机损坏事故。现阶段大型汽轮机均装设有机组超速保护的危急遮断器,危急遮断器根据其撞击子的型式不同,主要可分为飞锤式和飞环式两种,我司机组主机危急遮断器为飞锤式危急遮断器。

  1)飞锤式危急遮断器。

  飞锤式危急遮断器安装在主轴前端,其核心为飞锤,飞锤的重心与轴心偏离一定距离,飞锤由弹簧压住。

  汽轮机在正常转速工作时,飞锤的离心力不足以克服弹簧的予紧力,飞锤仍保持在原来位置。当机组转速飞升到额定转速的110%~111%(3300~3330r/min)时,飞锤的离心力大于弹簧的予紧力,使飞锤迅速击出,撞击在保安装置的跳闸装置上,实现紧急停机。

  危急遮断器是汽轮机的非常重要的保安装置,要进行定期试验,以保证机组在危急状况下此装置的动作迅速可靠。一般情况下,试验分为升速试验和注油试验。

  升速试验是在汽轮机安装、大修后或调节系统检修后,以及长时间运行或长时间停运后再启动时进行。试验时提高汽轮机转速,实际检验危急保安器的动作转速。试验应接连进行2~3次,每次动作转速之差应在允许范围内。当动作转速不符合要求时,可调整危急遮断器的弹簧压紧螺丝来改变弹簧紧力。

  注油试验是在汽轮机正常运行时将油注入危急保安器的飞锤的下部或飞环的超速试验进油室,使飞锤(飞环)克服弹簧紧力而动作危急保安系统。进行注油试验时使被试验的危急遮断器的油路与机组高压安全油系统隔离,不致使机组跳闸。注油试验一般要求机组每运行2000h进行一次,其目的是检查飞锤或飞环是否可以灵活动作。但是该试验不能检验其动作转速,也不能检验跳闸系统的其他环节的灵活性,故不能代替升速试验。

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  12、复位试验阀组件(见图7-21)

  在掉闸状态下,根据运行人员的指令使复位试验阀组的复位电磁阀1YV带电动作,将润滑油引入危急遮断装置活塞侧腔室,活塞上行到上止点,通过危急遮断装置的连杆使危急遮断装置的撑钩复位。

  手动遮断系统

  为机组提供紧急状态下人为遮断机组的手段。运行人员在机组紧急状态下,手拉停机机构,通过机械遮断机构的连杆使危急遮断装置的撑钩脱扣。并导致遮断隔离阀组的紧急遮断阀动作,泄掉高压保安油,快速关闭各进汽阀,遮断机组进汽。

  电气遮断系统

  实现该功能由机械停机电磁铁和主遮断组件来完成。本系统设置的电气遮断本身就是冗余的,一旦接受电气停机信号,ETS使电磁遮断电磁铁(3YV)带电,同时使高压遮断电磁阀组件(AST电磁阀)失电将高压安全油与排油接通。电磁遮断电磁铁(3YV)通过危急遮断装置连杆的杠杆使危急遮断装置的撑钩脱扣,危急遮断装置连杆使紧急遮断阀动作,将高压安全油的排油口打开,泄掉高压保安油,快速关闭各主汽、调节阀门,遮断机组进汽。而高压遮断组件中的高压遮断电磁阀失电,直接泄掉高压安全油,快速关闭各阀门。因此危急遮断装置的撑钩脱扣后,即使高压遮断组件中的紧急遮断阀拒动,系统仍能遮断所有调门、主汽门,以确保机组安全。

  
 

  图7-21? 复位试验阀及遮断机构组件原理示意图

  
 

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