REXA 执行器替代TM25-LP 在小汽轮机电调改造上的应用

牛春燕，田宇宙，郑玉成

（1.杭州汽轮机股份有限公司工业透平研究院，浙江 杭州 310022；2.华能苏州热电厂，江苏 苏州215000；3.沈阳东北电力调节技术有限公司电力工作部，辽宁 沈阳 110179）

汽轮机拖动机组广泛应用在电力、石油化工等领域，不同于大型汽轮机电调调节方式，小汽轮机可以灵活的采用液压伺服执行器替代液压伺服阀，通过错油门对驱动力进行放大，从而驱动油动机动作，进而调节汽轮机进汽量。作为调节转速的控制核心部件，国内起步比较早的使用液压伺服执行器，一般为美国伍德沃德公司生产的TM25系列产品，此系列产品为开式油路设计，双线圈力矩马达喷嘴节流，二级滑阀位置控制。需要配置独立油站为其提供符合要求的油品，且在设备启动和运行中需要监视油质是否因为空气的氧化而变质、油中含水量及油品杂质颗粒度影响是否超标。机组维护人员一般通过定期虑油验油，和更换油品来保证设备可靠运行，设备维护量相对较大，维护费用较高，稳定性较差，且相对耗能较大。

吉林某厂2台汽轮机给水泵为北京电力总厂生产的单杠冷凝汽轮机，型号GT03B额定功率6 000 kW，汽轮机调节控制方式为DCS操作控制，伍德沃德505转速逻辑及保护控制。现场伺服单元为伍德沃德TM25-LP电液转换器，配独立油站供油，属于典型的错油门油动机调门控制方式。

由于设备老旧及开式油路调节导致的油品质量问题，致使给水泵汽轮机在运行时转速控制不稳，导致给水与锅炉负荷不匹配，汽包水位控制不稳。

1 TM25-LP伺服执行器简介

TM25-LP为美国WOODWARD生产的比例型电液转换器，主要用于大力矩输出的位置控制，典型应用领域为控制透平压缩机的转速。TM25-LP工作原理为通过双线圈产生扭力，此扭力通过一根挡板遮挡相互作用的两个喷嘴，使喷油嘴一路喷油量增加（减少）时，另外一路喷油量减少（增加），两路油产生推拉力驱动二级滑阀中心位置的改变，再通过二级滑阀的开口大小，调节进入伺服油缸的油量。当油缸达到预定位置时，内部的机械反馈装置调节挡板位置，使调节挡板两侧喷油量相同，即挡板回中心位置，作用到二级滑阀两端的压力相互抵消，此时输出轴停止运动。

TM25-LP电调控制系统可分为三部分。第一为电控部分，主要包含了阀位控制的控制逻辑、保护逻辑及电调控制策略，在通过标准的控制伺服卡，输出20～200 mA控制电液执行器。第二为液压站，主要作用为系统提供合格的油品，对于TM25-LP需要提供3.8～18.9 L/min的供油量，最小供油量时为设备稳定状态不需要调节，即喷油孔静泄油量；供油压力552～2 586 kP，过滤精度要求10 μm，最大供油量时为设备瞬态频繁调节时需要的平均耗油量，即系统最大耗油量。第三部分为TM25-LP本体比例电液转换器部分，主要作用为控制的终端输出部分提供1英寸线性阀位移动量，最大输出72 J（53 ft-lb）。

2 REXA伺服执行器简介

REXA伺服执行器是将电信号转换为力输出的转换装置，是该系统的关键设备。REXA执行器包括控制器和动力模块两部分，力模块由伺服电机和独立的、封闭的、无阀液压控制泵系统组成，采用高度集成化模块化设计，实现设备的小型化、维修简易化，独特的设计使外界因素对油品品质的影响到最小；控制器由独立的嵌入式单片机、伺服驱动器、高精度位置检测传感器组成，具有故障智能检测诊断、高精度控制、用户操作界面友好等特点。

REXA执行器控制工作原理如图1所示，伺服电机接受控制系统的控制指令、控制动力模块、输出大力矩位移、驱动被控对象，同时通过自身位移反馈，完成闭环位置调节过程，实现高精度调节。

图1REXA执行器控制工作原理

图2 为动力模块的工作原理。在油泵停止工作的工况下，执行器依靠液压锁FMV1、FMV2封闭液压缸两侧进、排油，使其处于保位状态（图2a）。智能可控电机接受控制信号，驱动油泵顺时针转动，向对应的系统侧供油，在14 MPa高压油的作用下，开启液压锁FMV1、FMV2，液压缸左侧通过液压锁FMV2排油至油泵入口，高压油通过液压锁FMV1进入液压缸右侧，在压差的作用下，液压缸活塞向左侧运动输出位移，信号消失，油泵停止转动，动作过程结束，执行器在新的平衡位置下保位（见图2b）。智能可控电机接受控制信号，驱动油泵逆时针转动，向对应的系统侧供油，在14 MPa高压油的作用下，开启液压锁FMV1、FMV2，液压缸右侧通过液压锁FMV1排油至油泵入口，高压油通过液压锁FMV2进入液压缸左侧，在压差的作用下，液压缸活塞向右侧移动输出位移，信号消失，油泵停止转动，动作过程结束，执行器在新的平衡位置下保位（见图2c）。

图2 REXA动力模块工作原理

3 改造方案简述

该次改造保留危急遮断停车系统和505控制器的设备及功能，仅对调节系统执行器部分进行改造，即采用以REXA执行器作为电液驱动装置替换原液压油站及TM25-LP电液动执行器。

3.1 改造部件明细

1）取消的部件

①液压油站（包括油箱、油泵、电磁阀组管路等）及相关油管；

②TM25-LP电液执行器。

2）保留的部件

①危急遮断停车控制系统的设备及功能；

②杠杆机构；

③调节汽门；

④505控制器。

3）增加的部件及工作

①REXA执行器EH2000-2-0.5D-P及控制箱；

②REXA执行器接口支架；

③将505控制器的输出信号由原来的20～160 mA信号改为4～20 mADC。

4）执行器单项电源220 VAC，功率2 kW，执行器掉电阀保持原位。

5）改造后调节系统功能和运行方式保持不变。

3.2 改造后设备性能

改造后汽轮机主要技术参数：

转速调节范围：10%～110%高限工作转速；

转速控制精度：≯±0.1%高限工作转速；

转速定值精度：≯±0.1%高限工作转速；

系统静态特性：系统迟缓率≯±0.1%；

定位精度小于全行程的0.3%；

重复率小于全行程的0.3%；

死区在控制信号的0.1%～5%范围内可调，最小可达0.05%；

输入信号4 mA～20 mA标准模拟量。

3.3 油动机调节形式

汽轮机调门力驱动执行机构由REXA执行器、杠杆反馈机构、错油门和油动机组成。根据基本结构形式工作原理的组合和扩展，可应用于不同类型的汽轮机调节系统。

改造后的液压调节原理如图3所示，杠杆一端通过滑动铰链与油动机活塞杆联接，杠杆另一端与通过铰链与控制连杆联接，控制连杆作用在错油门滑阀上部，REXA执行器通过铰链作用在近于控制连杆侧的杠杆上。固定的压力油分别作用在错油门滑阀上、下。错油门滑阀下油压称脉冲油，适用于错油门滑阀与油动机活塞动作方向相反的调节系统。

图3 改造后的液压调节原理

3.4 调门调节原理

在调门全关，REXA全关状态下，当高压油与下部的脉冲油油压符合设计要求时，错油门阀芯在下部压力油与上部杠杆压杆力平衡状态而处于中间位置，即封死油动机油口位置，此位置为错油门阀芯的动态中心位置。当需要开启（关闭）调门时，REXA在控制指令的作用下向上（向下）运动一定距离，此时连接REXA错油门阀芯压杆与油动机的杠杆以油动机端为杠杆支点（旋转轴心），带动压杆向上（向下）运动，错油门在下部压力油的作用下阀芯上（下）移，导通油动机上（下）部进油口，油动机开始向下（上）移动。在移动过程中杠杆以REXA输出端为支点（旋转轴心）向下（上）运动，促使错油门阀芯回中心位置，整个调节过程结束。错油门阀芯的中心位置可能在实际调节过程中因为油动机出力的不同有约±2 mm偏差。

3.5 调门试验

电调改造完成后，电厂利用母管蒸汽对改造后的设备进行零负荷冲转试验，调试各项性能均符合设计要求。图4为改造前汽轮机转速指令与实际转速曲线图，可以明显的看出转速很不稳定。

图5为REXA电调改造后的转速指令和实际转速曲线，可以明显看出零负荷工况下设备惯性最小，调节的惰性不强时，转速依然控制的非常稳定。

4 结论

此次改造取消了油站及原有油管路现场电液转换器TM25-LP，油站开式油源更改为REXA的闭式油源，电调设备用油减少，油质稳定性得到提高。滤油验油更换滤芯等工作量取消，消耗备件取消，设备整体能耗大大降低，设备的稳定性和可靠性得到极大改善。从此次拖动汽轮机电调改造结果来看，REXA伺服电液执行器特别适合杠杆反馈的错油门油动机电调方式的电调改造，能够有效的提升设备的可靠性、稳定性，同时减少设备维护工作量，降低设备能耗。

图4 改造前汽轮机转速指令与实际转速曲线

图5 REXA电调改造后的转速指令和实际转速曲线