汽轮机液压供油系统蓄能装置

曹德云

中图分类号：TK26 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2016）06-000-02

摘 要 汽轮机液压调节系统是汽轮机的重要组成部分，该系统的稳定运行直接影响汽轮机的稳定运行。液压调节供油系统在设计上希望系统油压稳定，汽轮机汽门油动机具有较大提升力，又要保证油动机的时间常数，能够同时满足这些要求，对系统的设计和供油油泵的要求就会比较高。如果系统中增加蓄能装置，在需要的时候可以向系统供油，这些要求即可简单解决。

关键词 供油系统蓄能装置 油动机 提升力 时间常数

国内某核电的汽轮机液压供油系统油泵出口工质油分两路进入汽轮机电液调节系统，其中一路是经φ28mm 的节流孔板，称为非稳定油路；而另一路是经节流孔板前的逆止阀，称为稳定油路。非稳定油路向汽轮机配汽系统各阀门的油动机提供动力油；而稳定油路向同步器、调速器以及中间滑阀提供动力油。这样可以减小油动机工作时对同步器、调速器以及中间滑阀的影响，进而减小对油动机控制油压的波动。而在非稳定油路管线上增加蓄能装置就有利于减小油压的波动。

一、蓄能装置的作用

汽轮机的汽门及带动汽门传动的机构称为配汽机构，汽轮机的配汽机构是汽轮机的重要组成部分，在汽轮机的启动、升功率和汽轮机保护的各个过程中，配汽系统均扮演的重要的角色。汽轮机在预热、冲转时主汽门打开，通过调节汽门开度的大小来控制汽轮机的进汽量，从而到达到控制汽轮机的预热速度、转速上升速率和并网之后的功率调节的目的。现代大功率汽轮机的主汽门和调节汽门均是由油动机经传动机构进行控制的。

所以汽轮机的安全稳定运行就与油动机的运行情况有关。对于油动机有两个重要的参数，一个是提升力，另一个就是时間常数，油动机作用在汽门开启方向的力称为油动机的提升力。该电厂的油动机是单侧进油油动机，油动机关闭是通过安装在油动机上的弹簧施加的弹簧力，而汽门开启是通过供油系统提供的提升力克服弹簧力和各种阻力，所以汽门开启时必须要有足够的提升力，那么就需要油泵的选择具有足够的压头。在油动机滑阀油口开度保持最大时，并在最大进油条件下油动机活塞走完全程所需的时间称为油动机时间常数，如果希望油动机其动作迅速，那么就需要其具有较小的时间常数，如果油动机结构不变，希望时间常数越小，需要的供油量就越大，所以选择的油泵就要具有较大的流量。所以如果根据油动机动作时的工况来选择油泵就需要有大流量、高压头的特点，选择的油泵的功率就会较大。然而在汽轮机稳定运行时，油动机基本不动作，就不需要大流量，一旦选择大流量的油泵，会使油泵长时间在低流量区间运行而受到损坏。而有了蓄能装置，在系统启动的时候，会将部分具有系统油压的油量存在蓄能装置里，在需要向油动机供油时，可以暂时将蓄能装置里充满的高压油释放出来提供动力油。所以蓄能装置的第一个作用就是：在供油泵的设计选择时可以选择压力大而不需要较大流量的泵有利于油泵长期工作在额定参数区间。

另外，汽轮机液压调节系统运行时，由调速器产生的油压信号总会有些波动，若信号的波动过大将引起调速系统晃动，油压波动是液压调速系统的一个缺点，所以必须克服。比如在系统运行时，油中含有空气，空气的压缩和膨胀将会引起油压的波动；油动机工作时，系统流量会改变，势必会引起油压波动；又如系统再设计时，设计了备用油泵，运行时一旦工作泵故障停运，备用泵会立即启动，但是在泵的切换期间，系统油压在短时间内也会波动。所以该电厂在液压调节油供油系统上增加了蓄能装置，在系统油压短时间下降波动时，具有一定压力的油释放到系统管路中来维持系统油压，保持油压的稳定，优化了汽轮机调节系统的动态特性，这就是蓄能装置的第二个作用。

其还有第三个作用就是：在发生全厂断电的时候，油泵的主电源全部丧失，在备用电源没有及时恢复的时间内，蓄能装置可以短时维持供油系统油压，直到备用电源投入。

二、蓄能装置的结构及工作原理

如示意图所示：供油系统中有完全相同的两套蓄能装置，每个蓄能装置由水泥竖井、配重块、钢丝绳、滑阀活塞、缸体、弹簧和轮滑组构成。

配重块由混凝土制成放置在水泥竖井中，待命时被提升到一定高度，动作时依靠其重力势能向系统提供油压，在配重块内配有弹簧，在储能装置动作时具有一定的缓冲作用，对蓄能装置和钢丝绳都具有保护作用；水泥竖井有防护网保护起来，防止配重块下落时对人员和设备造成伤害；滑轮组由3对动、静滑轮组成，这样设计可以减小配重块的体积和重量，也减小对钢丝绳的拉力，防止长期受到很大的拉应力的作用下导致钢丝绳及其连接的部件损坏；在滑阀活塞内也有装有弹簧，该弹簧具有两个作用：一是缓冲作用，二是在系统油压很短时间内有较小下降时，能够快速释放弹簧势能来稳定系统油压。

活塞与缸体之间通过逆止阀及其旁路φ4.5mm节流孔板与供油系统的动力油连接，在初始系统启动时，油泵出口的油一部分流向同步器、调速器、中间滑阀及各个油动机，而另一部分就会通过节流孔板缓慢向蓄能装置供油，节流孔板和逆止阀的作用是在向蓄能装置充油时，防止因油量过大，而导致泵的出口压力很低，那样不利于系统稳定运行，这样的情况在系统初始启动时影响不是很大，但是如果是在蓄能装置刚刚大量向系统释放油量维持油压之后，再向蓄能装置补油，就会造成油压大幅度下降，甚至会导致油动机动作汽轮机停机。所以蓄能装置的逆止阀和节流孔板的作用就是保证只可以快速向系统补油，不可以快速向蓄能装置补油蓄能，另外也可以防止活塞快速向右死点移动对蓄能装置造成冲击。

在系统启动时，动力油经过节流孔板进入活塞和缸体之间的腔室，克服配重块重和滑轮组产生的综合力将活塞弹簧压缩，并缓慢的将活塞推向缸体的右死点，最终使活塞静止不动，配重块被提起，蓄能装置处于待命状态。当系统油压下降或者其他原因导致油压波动时，首先是蓄能装置活塞的弹簧势能释放，使蓄积的工质油经逆止阀及其旁路节流孔板进入系统油路，维持系统油压；如果油压继续下降，则配重块通过滑轮组作用于活塞，将活塞继续向左推移，使更多的工质油进入系统油路，直到左侧死点。如果在发生全厂断电时，活塞将移至左死点，把全部的油输入系统，在5-7s 内维持油泵出口油压和汽机调门开度，如果在5-7s内备用电源恢复，油泵重新启动，系统压力恢复并且又开始向蓄能装置充油蓄能。

三、结语

该电厂的汽轮机液压供油系统在设计上采用了蓄能装置，为汽轮机的稳定运行带来了好处，首先有利于系统油泵参数的选择，既保证了系统具有足够大的压力，有保证了油动机动作时系统需要提供的油量，降低了油泵的耗电量；其次系统运行时，减少了由于各种原因导致的油压波动。在油动机工作时引起系统油压和油流量突然变化时，蓄能装置能够保持系统的参数稳定，优化了汽轮机的动态调节特性，从而使汽轮机的稳定运行得到了保障，这样的设计在其他的汽轮机调节油供油系统上还是有很大的借鉴意义的。

参考文献：

[1] 朱新华等编.电厂汽轮机[M].北京：中国电力出版社，1993.10.