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第1章调节保安系统汽轮机调节保安系统是保证汽轮机安全可靠稳定运行的重要组成部分。本机组采用新型的高压抗燃油数字电液控制系统（DigtalElectro－HydraulicControl，简称DEH或D-EHC）。DEH与传统的机械液压调节相比，极大的简化了液压控制回路，不仅转速控制范围大、调整方便、响应快、迟缓小和能够实现机组自启停等多种复杂控制，而且提高了工作可靠性，简化了系统的维护和维修。1.1.概述调节保安系统是高压抗燃油数字电液控制系统（DEH）的执行机构，它接受DEH发出的指令，完成挂闸、驱动阀门及遮断机组等任务。我公司采用东方汽轮机厂的汽轮机调节保安系统，此种保安系统已经应用到多台大容量机组，有长时间的运行经验。本机组的调节保安系统按照其组成可划分为低压保安系统和高压抗燃油系统两大部分。高压抗燃油系统由液压伺服系统、高压遮断系统和抗燃油供油系统三大部分组成，调节保安系统图见图7－1。本机组的调节保安系统满足下列基本要求：1）汽轮机挂闸；2）适应高、中压缸联合启动的要求；3）适应中压缸启动的要求；4）具有超速限制功能；5）需要时，能够快速、可靠的遮断汽轮机进汽；6）适应阀门活动试验的要求；7）具有超速保护功能；A、机械式超速保护：动作转速为额定转速的110％～111％（3300～3330r/min），此时危急遮断器的飞环击出，打击危急遮断器装置的撑钩，使撑钩脱扣，机械危急遮断装置连杆使高压遮断组件的紧急遮断阀动作，切断高压保安油的供油，同时将高压保安油的排油口打开，泄掉高压保安油。快速关闭各主汽、调节阀，遮断机组进汽。B、DEH电超速和TSI电超速保护：当检测到机组转速达到额定转速的111％（3330r/min），发出电气停机信号，使主遮断电磁阀（5YV、6YV）和机械停机电磁阀（3YV）中的电磁遮断装置动作，泄掉高压保安油，遮断机组进汽。同时DEH又将停机信号送到各阀门遮断电磁阀，快速关闭各汽门，保证机组的安全。1.2.液压伺服系统液压伺服系统主要由油动机、阀门操纵座以及电液伺服阀、LVDT等组成。主要实现控制各阀门的开度、作用阀门快关等功能。本机组共设置有四个主汽调节阀油动机；两个主汽阀油动机；两个中压主汽阀油动机；两个中压调节阀油动机。其中高压、中压调节阀及右侧高压主汽阀油动机由电液伺服阀实现连续控制，左侧高压主汽阀油动机、双侧中压主汽阀油动机由电磁阀实现二位控制。1.2.1.系统功能介绍1）控制阀门的开度高压抗燃油排油高压抗燃油压力油高压抗燃油安全油压力油(二次安全油)图7—1调节保安系统图在机组启动工况下，当机组挂闸，高压保安油建立后，DEH自动判断机组的热状态根据需要可完成阀门预暖。预暖开始时，DEH首先控制右侧高压主汽阀油动机的电液伺服阀，使高压油进入油缸下腔室，使活塞上行并在活塞端面形成与弹簧相适应的负载力。由于位移传感器（LVDT）的拉杆和活塞连接，活塞移动便由LVDT产生位置信号，该信号经解调器反馈到伺服放大器的输入端，直到阀位指令相平衡时活塞停止运动。此时蒸汽阀门已经开到了所需要的开度，完成了电信号――液压力――机械位移的转换过程。DEH控制右侧主汽门的开度，使蒸汽进入主汽阀并达到高压调节阀前，完成阀门预暖。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（调节阀油动机的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的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来保证。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压力油、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腔室的油压作用下打开，油缸下腔室通过卸载阀与油缸上腔室相连，油动机活塞下腔室一部分油回到油缸上腔室，另一部分油通过单向阀回油箱。阀门在操纵座弹簧紧力作用下迅速关闭。1.2.2.油动机1）油动机的组成油动机由油缸、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以分为两类，即连续控制型和开关控制型。本机组系统中高压调节阀油动机、右侧高压主汽门油动机和中压调节阀油动机属于连续控制型油动机，其中在控制块上装有伺服阀、关断阀、卸载阀、遮断电磁阀和单向阀及测压接头等；而左侧高压主汽阀油动机、中压主汽阀油动机属开关控制型油动机，在控制块上则装有遮断电磁阀、关断阀、卸载阀、试验电磁阀和单向阀及测压接头等。本机组所有油动机均采用单侧进油式油动机。这种油动机由于是依靠弹簧力关闭阀门，因此可以保证在失去动力源压力油的情况下仍能关闭阀门。而油动机的开启只是靠压力油作用，即只用于使机组加减负荷或升降转速，速度可以慢一些，单位时间的用油量较小。虽然在相同几何尺寸及油压的条件下单侧进油式油动机较双侧进油式油动机的时间常数大，且提升力也较双侧进油式油动机小，但是因为油动机下部采用了托盘式操纵座及高抗燃油压（系统工作油压可达14MPa），使在紧急关闭情况下油量可以迅速顺畅地排出，故能做到油动机结构比较小，关闭速度也很快。当油动机快速关闭时，为使汽阀蝶阀与阀座的冲击应力在许可范围内，在油动机的底部还设有液压缓冲装置。2）连续控制型油动机的工作原理主汽调节阀油动机、右侧高压主汽门油动机和中压调节阀油动机属于连续控制型油动机，其工作原理基本相同，现以主汽调节阀油动机为例加以说明。图7－2中所示为我公司1号主汽调节阀。当遮断电磁阀失电时，遮断电磁阀排油口关闭，卸载阀上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。A、伺服阀接受DEH来的信号控制油缸活塞下腔室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，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，在弹簧力的蒸汽力的作用下将阀门关小，LVDT将其行程信号反馈至DEH。当阀门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，使阀门停止在指定位置上。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。GV1EH油排油高压EH供油高压安全油伺服阀卸载阀LVDT蒸汽流向#1高压调节阀遮断电磁阀图7－21号主汽调节阀B、油动机备有卸载阀供遮断状况时快速关闭油动机用当卸载阀打开时，安全油压泄掉，油动机活塞下腔室接通排油管，在弹簧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。C、油动机备有供甩负荷或遮断状况时应用的关断阀，其作用在于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。3）开关控制型油动机的工作原理2号主汽阀油动机、中压主汽阀油动机都采用二位开关控制方式控制阀门开关。由限位开关指示阀门的全开、全关及试验位置。其工作原理基本相同，现以2号主汽阀油动机为例加以说明。图7－3中所示为我公司2号主汽阀。遮断电磁阀失电，安全油压使卸载阀关闭，同时关断阀开启，油动机准备工作就绪。油动机在压力油作用下使阀门打开。当安全油失压时，卸载阀在活塞下腔室油压作用下打开，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，将油动机活塞下的油压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7－32号主汽阀1.2.3.电液伺服阀1）伺服阀结构及工作原理我公司采用的是一个由扭矩马达、两级液压放大及机械反馈所组成的双喷嘴式伺服阀。伺服阀的第一级液压放大是双喷嘴挡板系统；第二级放大是滑阀系统。伺服阀（即电液转换阀）的结构如图7－4。它主要由控制线圈、永久磁钢、可动衔铁、弹簧管、挡板、喷嘴、断流滑阀、反馈杆、固定节流孔、滤油器、外壳等主要零部件组成，这种力反馈式电液转换器一般具有线性度好、工作稳定、动态性能优良等优点。在扭矩马达中，左右两块永久磁铁形成两个磁极，可动衔铁和挡油板在弹簧管支撑下置于其中。高压油进入转换器后分成两股油路：一路经过滤油器到左右端的固定节流孔及断流滑阀两端的容室，然后从喷嘴与挡板间的控制间隙中流出。在稳态工况下，两侧的喷嘴挡板间隙是相等的，因此排油面积也相等，作用在断流滑阀两端的油压也相等，使断流滑阀保持在中间位置，遮断了进出执行机构油动机的油口；另一路高压油就作为移动油动机活塞的动力油，由断流滑阀控制。当DEH送来的电气信号（即阀位信号）输入控制线圈、在永久磁钢磁场的作用下，产生了偏转扭矩，使可动衔铁带动弹簧管及挡板偏转，改变了喷嘴与挡板之间的间隙。间隙减小的一侧油压升高，间隙增大的一侧油压降低。在此压差的作用下，断流滑阀移动，打开了油动机通高压油及回油的两个控制口，使油动机活塞移动，控制调节阀的开度。当可动衔铁、弹簧管及挡板偏转时，弹簧管发生弹性变形，反馈杆发生挠曲。待断流滑阀在两端油压差作用下产生位移时，就使反馈簧片产生反作用力矩，它与弹簧管、可动衔铁吸动力等的反力矩一起，与输入电流产生的主动力矩相比较，直到总力矩的代数和等于零，即油动机达到一个新的平衡位置，这一位置与输入的电流量△I成正比，此时可动衔铁和挡油板及滑阀均回复到中间位置。一个调节过程结束，油动机便也稳定在新的开度。当输入信号极性相反时，滑阀位移方向也随之相反。图7－4双喷嘴式电液转换器2）此电液转换器的主要优点A、采用弹簧管可以防止喷嘴排油进入电磁线圈部分，这就消除了油液污染电磁部分的可能性。B、电液转换器在喷嘴挡板前置级液压放大器的回油路上，加装了节流孔，使喷嘴扩散的喷油具有背压，不会产生涡流及汽蚀现象，从而提高了挡板运动的稳定性。3）伺服阀常见故障及原因表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、摩擦或其它非线性因素；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。序号常见故障原因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。1.3.机组跳闸保安系统1.3.1.低压保安系统低压保安系统由危急遮断器、危急遮断装置、危急遮断装置连杆、手动停机机构、复位试验阀组、机械停机电磁铁（3YV）和导油环等组成，见图7－5。润滑油分两路进入该系统，一路经复位电磁阀（1YV）进入危急遮断装置活塞腔室，接受复位电磁阀组1YV的控制；另一路经喷油电磁阀（2YV），从导油环进入危急遮断器腔室，接受喷油电磁阀2YV的控制。手动停机机构、机械停机电磁铁、高压遮断组件中的紧急遮断阀通过危急遮断装置连杆与危急遮断器装置相连，高压保安油通过