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1、DEA东方电气自动控制工程有限公司培训教材汽轮机高压抗燃油液压伺服系统（第一分册）Turbine Hydraulic Servo Control System of HP Fire-resistant Oil第 一 版中国东方电气集团东方电气自动控制工程有限公司内 容 提 要本教材是针对大型火力发电机组高压抗燃油液压伺服（控制）系统的培训而编写的，可用于135MW、200MW、300MW等机组。本教材着重介绍EH系统，主要内容是汽轮机液压伺服系统原理、组成、装置及元件说明、抗燃油和污染控制等。详细内容也可参阅相关说明书。本书适用于电厂运行、维修人员学习使用，也适用于我公司经营、服务、管理、生产
2、人员学习使用。主 编：王宝忠 主 审：尚小林 徐正华责任校对：缪 凡 责任编辑：秦 晴前 言随着高压抗燃油全电调数字电液控制系统（DEH）在电站汽轮机控制中的应用和发展，广大用户和相关人员都迫切需要有一册较为详尽的，关于汽轮机液压伺服（控制）系统及其元件的基本原理、结构、安装、调试、运行、维护等方面内容的说明指导书。为此，根据编者多年从事电站汽轮机液压伺服系统设计、调试工作的经验，结合当前国内电厂中较为典型的液压伺服系统应用实例，在参考大量的液压技术资料的基础上，特编辑、整理了本培训手册，以方便用户和相关技术人员的学习与工作。本手册共分两个分册。第一分册为EH系统分册，主要内容是汽轮机液压伺服
3、系统原理 、组成、装置及元件说明、抗燃油和污染控制等。第二分册是运行维护分册，主要内容包括安装、调试、运行、维护及常见故障诊断等。我们确信您将发现本书的价值，使其成为您工作中的助手和伙伴。编 者二00二年十二月目 录（第一分册）第一篇 概 述1第二篇 液压技术原理及特性2第三篇 汽轮机典型EH控制系统3第四篇 主要液压部件14第五篇 液压辅件26第六篇 液压油28第七篇 污染控制32第一篇 概 述第一篇 概 述在近十余年中，国内电站汽轮机控制系统的发展经历了一段较快的成长期，其突出标志为电液控制系统在汽轮机控制中的应用和推广。以往汽轮机控制大都采用传统的机液式或液压式的调节、保护系统，存在着自
4、动化程度低、控制精度差、故障率高、操作复杂、检修维护困难等缺点。我国在20世纪80年代末、90年代初从国外（如西屋、日立等公司）引进了较先进的数字电液控制技术，从而引发了一场国内电站汽轮机控制系统的转型变革。数字电液控制技术是建立在两大基础技术之上的：其一为数字电子技术，它主要包括计算机技术、网络控制技术、电子集成电路技术等。其二为液压伺服控制技术。从20世纪70年代开始，随着大规模或超大规模集成电路技术的应用和推广，计算机及网络控制技术的普及和发展，数字电子技术的可靠性、安全性已越来越高；同时，液压伺服控制技术也得到了充分的发展，如液压装置的集成化，电液比例阀、伺服阀的使用等。所有这些综合运
5、用于汽轮机控制、保护系统，就形成了适合电站汽轮机控制的数字电液控制系统，简称DEH。在DEH控制系统中，信号流部分（主要包括信号的采集、处理和放大）采用的是数字电子技术；而能量流部分（主要包括能量或功率的传递和放大）则采用了液压伺服控制技术。40第二篇 液压技术原理及特性第二篇 液压技术原理及特性液压系统是依靠对封闭液体的推力来工作的。它有两个表示其特征的主要参数，即压力P和流量Q。液压系统通过压力来传递功率，通过流量来产生运动。只要液体流动，必然存在引起运动的不平衡力，亦即必然存在压差或压降。该压差或压降是克服管道的摩擦阻力所必需的。在流量恒定的系统中，系统不同点之处的动能与压力能之和必恒定
6、。液压系统的应用领域非常广泛，如机械加工业、建筑装备业、塑料加工业、农业机械、行走机械等等。它已成为人类生产、生活活动中不可缺少的技术。为什么汽轮机阀门的驱动、控制必须采用液压伺服系统呢？这是由于同机械、电力、电子和气动等其它控制系统相比，液压系统具有许多无可比拟的优点：l 无级调控性。液压系统的执行器（如液压缸等）可以很容易地实现速度、扭矩、功率等的无级调控；并且响应迅速，动作过程平稳、可靠。l 方向可逆性。很少有原动机是可以反向的。可以反向的原动机通常必须先减速到完全停止然后才能反向。而液压执行器则能在全速运动中突然反向且不损坏。l 控制精确性。液压控制系统有极好的运动精度。这是由于其采用
7、的传递介质（液压油）的性质所决定的。由于油液的可压缩性很小，因此其控制精度可达到极高的水平。同时液压系统易与微机控制技术相结合，构成机-电-液一体的伺服控制系统。l 过载保护性。液压系统中可设置溢流阀以防止过载损坏。当负载超过设定值时，溢流阀把来自泵的流量引向油箱，限制输出力或力矩。这样液压执行器可在过载时停止运动而无损坏，并将在负载减小后立即起动。l 高功效性。液压系统可在高达400bar的范围内工作，由于元件的高速、高压能力，可以用很小的重量和尺寸提供很大的输出功率。加之集成化、通用化的设计，可使系统紧凑、合理，有较高的性能价格比。第三篇 汽轮机典型EH控制系统第三篇 汽轮机典型EH控制系
8、统汽轮机的EH控制系统主要由液压伺服系统、液压遮断系统和抗燃油供油系统组成（200MW机组典型油路系统图如附图1所示）。EH系统接受数字电液控制系统（DEH）发出的指令，完成机组的挂闸、阀门驱动、遮断等任务，确保机组的安全、稳定运行。3.1 液压伺服系统液压伺服系统是DEH控制系统的重要组成部分，它主要由操纵座、油动机、LVDT组件等构成。液压伺服系统的关键部件是油动机。油动机是汽轮机调节保安系统的执行机构，它接受DEH控制系统发出的指令，操纵汽轮机阀门的开启和关闭，从而达到控制机组转速、负荷以及保护机组运行安全的目的。3.1.1 油动机的构成和类型：3.1.1.1 油动机由油缸和一个控制集成
9、块相连而成，两者之间由“O”形密封圈实现静密封。按照其控制方式的不同，油动机分为连续型（主要用于调节阀油动机）和开关型（主要用于主汽阀油动机）两类。按照其所受液压力作用方式的不同，则可分为单作用缸和双作用缸两类。3.1.1.2 油缸：汽轮机EH系统中最常用的油缸为单作用缸。其开启由高压抗燃油驱动，而关闭是靠弹簧紧力，属单侧进油的油缸。为保证油缸快速关闭时，蒸汽阀碟对阀座的冲击力在允许的范围内，在油缸活塞的尾部采用了缓冲装置，它可在活塞到达行程末端时迅速减速。油缸为活塞式液压伺服缸，主要由活塞、活塞杆、前端盖、后端盖、缸筒、缓冲装置、防尘导向环、活塞杆串联密封、活塞密封和相应的联结件构成。所有的
10、密封件对于磷酸脂抗燃油都具有优良的理化适应性。其结构见图3-1。其特点是: l 采用防尘导向环l 活塞杆采用唇形串联密封提高杆密封的可靠性l 活塞密封采用活塞环密封l 液压缸缓冲采用圆锥形缓冲图3-1 油动机结构简图3.1.1.3 控制集成块：控制集成块的作用是将所有的液压部件安装连接在一起。由于采用了油路块，大大减少了系统中元件之间相互连接的管子和管接头，消除了许多潜在的泄漏点。油动机的控制块上装有伺服阀（或电磁阀）、卸荷阀、遮断电磁阀、单向阀及测压接头等。所有“O”形密封圈均采用氟橡胶材料。3.1.2 油动机的工作原理：液压伺服系统有两个功能：一是控制阀门的开度，二是伺服机构、阀门系统的快
11、速卸载，即阀门的快关功能。对于连续型油动机，其阀门的开度控制是一个典型的闭环位置控制系统。对于开关型油动机其阀门的开度控制则是一个开环控制系统。现以连续型（调节阀）油动机为例加以说明。其液压原理如图3-2所示。如当遮断电磁阀失电时，控制油通过遮断电磁阀进入卸载阀上腔，在卸载阀上腔建立起安全油压，卸载阀关闭；同时在安全油的作用下，切断阀打开，将压力油接通至伺服阀，此时，油动机工作准备就绪。计算机送来的阀位控制信号通过伺服放大器传到伺服阀，使其通向负载的阀口打开，高压油进入油缸下腔，使活塞上升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 2只，冗余配置） 的拉杆与活塞连接，所以
12、活塞的移动便由位移传感器产生位置信号，该信号通过解调器反馈到伺服放大器的输入端，直到与阀位指令相平衡时，伺服阀回到零位，遮断其进油口和排油口，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。随着阀位指令信号有规律的变化，油动机不断地调节蒸汽阀门的开度。卸载阀装在油动机的控制集成块上。正常工作时，阀芯将负载压力、回油压力和安全油压力分开，当汽轮机机组遮断时，安全系统动作，卸载阀上腔的安全油压泄压，卸载阀在油动机活塞下油压的作用下打开，油动机活塞下的油液通过卸载阀向油动机活塞上腔转移，多余的油液则通过单向阀流回油箱。这时油动机活塞下油压的压力迅速降低，油动机
13、活塞在阀门操纵座弹簧紧力下迅速下降，使阀门快速关闭。油动机自身关闭时间常数为 0.15 秒。图3-2 油动机液压原理图当需要油动机做快关试验（如OPC动作）时，可以通过每个油动机上的遮断电磁阀（或OPC母管上的OPC电磁阀）带电来实现。其过程同安全系统动作类似。 当需要重新建立工作状态时，油路的设置保证了先建立安全油，使卸载阀关闭，油动机活塞下腔与回油通道切断，油动机就可以再次实现位置伺服控制。3.1.3 主要技术参数：3.1.3.1 额定工作压力：14Mpa 3.1.3.2 活塞杆结构形式：单活塞杆（拉缸）3.1.3.3 各伺服油缸参数（以200MW机组为例）：活塞直径活塞杆直径活塞有效面积
14、（mm2）最大输出力（kN）高调10250620885.2中调8350344747.28高主1255010308141.43中主10250620885.23.1.4 注意事项：3.1.4.1 油动机在运输、安装过程中不能拆下进回油口上的保护盖、阀块上的冲洗板，以免灰尘、铁屑等污染颗粒进入液压伺服缸。3.1.4.2 油动机运行时，进入油缸的液压油颗粒度应优于ISO标准15/12级或NAS标准6级。使用前，应对其进行低压循环冲洗。3.1.4.3 定期更换油动机入口滤油器精密滤芯，超过污染标准时（压差指示器动作）也应更换滤芯。3.1.4.4 伺服油缸发生故障后，不允许用户自行解体、检修，以免拉伤缸体
15、、损坏密封组件。如必须检修，应返回专业厂家或在专业人员的指导下进行。3.2 液压遮断系统液压遮断系统的任务是接受DEH或ETS控制系统的指令，在出现危害机组运行安全的紧急情况时，迅速泄掉各油动机的安全油，快速关闭各阀门，遮断机组进汽。其中高压遮断及超速限制、压力开关组件原理图如图3-3所示。图3-3 遮断、超速、压力开关组件原理图液压遮断系统的关键部件是高压遮断模块。它控制着汽轮机EH系统安全油的排油口，是整个遮断系统的总枢纽。为保证其动作的安全、可靠性，高压遮断模块大都采用四只卸荷阀（分别由各自的电磁阀控制）两两并联再串联的结构，并可通过对设置在前后两组卸荷阀中部的两只压力开关的监测，在线对电磁阀、卸荷阀分别进行活动试验。为保证汽机在失去保安电源的情况下能迅速遮断汽轮机，高压遮断模块的电磁阀一般都采取
