汽轮机控制阀及驱动系统动力学分析

摘 要：本文介绍了汽轮机控制阀和驱动系统的研究，用于分析液压机械系统的运行稳定性以及在运行过程中可能面临的失效模式。为了达到控制阀系统的性能标准，对热电联产厂的驱动系统进行了具体的现场试验，强调了新的驱动技术的要求。

关键词：控制阀;驱动系统;动力学

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.016

1 简介

在汽轮机控制和驱动中，蒸汽控制阀在两个主要方面起着关键作用：

（1）可操作性：因为它驱动涡轮机，能够应付突如其来的负荷变化，并允许空载运行时准确控制涡轮转速。

（2）可靠性：作为控制阀门驱动的传统油液驱动系统，可能会因油污染或杂质的存在而发生功能退化。

ST调节系统主要由一个与机械组件相连的驱动系统组成，该驱动系统将动力传送到百叶窗，其目的是使蒸汽流动进入机器。调节系统的主要目的是改变蒸汽的数量以补偿涡轮状况的变化。ST行业需要控制长期的低压和高压驱动系统超速范围内的速度变化。此外，不斷增长的可再生太阳能工厂引起突然的蒸汽条件变化，因此，要提高控制阀系统运行的稳定性。

概述了控制阀系统的主要特点和要求。给出了所谓的“遗留驱动系统”及其仿真模型这种特殊的驱动解决方案的控制阀系统的结构;描述了模型验证结果，并对两种不同的驱动技术进行了比较。

2 控制阀系统

进气道控制阀的性能一直是所关注的问题，大量的研究导致了阀门设计的改进，以适应高压和高温。阀门周围的蒸汽流动不稳定，本文还讨论了它们的非线性特性，为这种现象的补偿提供了解决方案。除了这些重要的因素，当ST的整个控制回路对变化有严格的要求时，ST控制阀驱动系统也必须是可靠和高性能的。然而，即使对于反应时间要求不那么严格的系统，驱动系统在控制回路中也起着基础作用。这项工作的目的是为了满足与实现性能更好的调速器有关的需要，这就意味着需要建立一个控制阀模型，对其进行分析，目的是识别整个链中可能代表控制回路的“瓶颈”的元素。特别是，一个模型的控制阀系统，研究了驱动系统的失效模式对汽轮机调速器的影响。

3 遗留驱动系统及控制阀模型结构描述

该驱动系统的运行是基于润滑油和控制油台的供油，其结构不包括在模型中。由于一次油是由油台在恒定压力下提供的，因此在模型中采用了一个压力源作为简化。从润滑油和油膏中提取的油，罗尔油控制台集箱在这种驱动系统中起着重要的作用，因为它连接到执行器（二次油）的伺服缸内一个假脱机，并进入液压系统。二次油压由I/H转换器设定，将电流指令信号（4-20mA）转换为油压。4-20ma命令直接派生，从控制系统中分别对应于阀门关闭和开启的位置。阀芯在伺服缸中的运动是由二次油调节的：它交替地打开一次油在液压油缸的上腔或下腔内流动的连接孔。杠杆将执行机构的运动直接传送到阀门上。弹簧的主要功能是在液压执行器失效时保持阀门关闭。这个机械系统的最终目的是调节通过阀门的蒸汽通道，通过提升阀门导轨，按顺序打开四或五个百叶窗，这些百叶窗依次向机器的不同部分进给，并实现一种精细的调节。指向液压缸室的方向阀，根据施加在杆上的载荷产生力信号采用双作用气缸块建模。考虑到系统围绕杠杆支点的旋转，实现了力矩平衡。该模型能够根据所模拟的各部件的动态响应计算执行器杆的位置和速度，该信号与气门升力直接相关。缸室压力也可以从模拟中得到进入汽轮机的蒸汽流量，以便计算产生的驱动系统力。

4 模型验证和测试结果

工厂完成了一个专门的测试项目，重点是驱动系统和控制阀总成。这个ST的控制阀经过了一次驱动系统的升级。为了提高整个系统的效率，给出了对传统的EHA系统和新的EHA系统的性能进行具体比较的可能性。特别是，为了实现这一点，遗留系统配备了一个特定的测试平台：位置传感器，线性变量差动变压器（LVDT），给出液压执行器和负载销式传感器的位移，测量控制阀运动所需的驱动力。在一次和二次油路上还安装了两个压力传感器，为验证目的直接输入该模型，即一次油电路和i/h转换器电子。试验的目的是保持紧急止回阀关闭，使任何蒸汽都不能到达控制阀的百叶窗前面的蒸汽箱，并以此方式，校准机械系统和验证模型。汽缸失能过程是通过将一次油压降低到大气压，并将执行器保持在阀门关闭位置来实现的。

仿真结果与实验数据在执行器位置和作用力上一致，这两个信号是在连续坡道的同一时间帧内绘制的。这一结果对于实现系统的动态特性，从而提高对控制阀系统的认识，评估新的驱动技术时的动态需求是至关重要的。两种不同的驱动技术之间的比较证明，控制阀门的精度在到达命令位置时更准确，因此对蒸汽进气道的特性和不确定性更小。然而，应该考虑到，遗留系统已经在工厂运行了几个月，而且它已经运行了几个月，很可能这种类型的系统在长时间运行后会引起非校准。

5 结论

本文对ST控制阀系统进行了广泛的研究，重点研究了它们的预测模型和驱动系统技术。所进行的研究旨在为无蒸汽操作的控制阀系统提供一个坚实的模型，为进一步发展蒸汽力的贡献分析和模型的实施，模拟蒸汽操作时控制阀响应行为的能力奠定坚实的基础。通过与调速器逻辑和机器鼓模型的集成来执行关键的调节阶段模拟。用于分析它们在整个控制回路中相互作用，可以嵌入到ST调控器中，目的是执行先进的诊断和分析，从而检查调节性能的降解。

作者简介：吴纯杰（1984-），男，辽宁鞍山人，本科，经理，研究方向：汽轮机。