一种汽轮机调节阀控制装置和方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510642608.9

申请日:

2015.09.30

公开号:

CN106555620A

公开日:

2017.04.05

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):F01D 17/24申请日:20150930|||公开

IPC分类号:

F01D17/24

主分类号:

F01D17/24

申请人:

大亚湾核电运营管理有限责任公司; 中国广核集团有限公司; 中国广核电力股份有限公司

发明人:

夏红卫; 崔毓鸣; 朱建月; 王博

地址:

518031 广东省深圳市大鹏新区大鹏街道鹏飞路大亚湾核电基地01楼B105

优先权:

专利代理机构:

深圳鼎合诚知识产权代理有限公司 44281

代理人:

彭家恩;彭愿洁

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内容摘要

一种汽轮机调节阀控制装置和方法,该装置包括负荷控制回路和阀位控制回路。负荷控制回路包括负荷反馈偏差单元、第一PI调节单元和转换单元。阀位控制回路包括阀位修正单元、阀位偏差单元、第二PI调节单元和死区补偿单元。本申请提供的汽轮机调节阀控制装置和方法,优化了控制,用于精确控制调节阀的开度,并能够降低油压冲击的风险,消除异常。使得电站的汽轮机组可以满发,避免降功率运行,从而提高电站的发电效率,为电站的正常运行提供了保证,为电站创造了巨大的经济价值。另外,该装置和方法可以应用到岭澳二期核电站及其他核电站的建设及日常运行当中,对电站建设的优化具有重大贡献。

权利要求书

1.一种汽轮机调节阀控制装置,其特征在于,包括负荷控制回路和阀位
控制回路;
所述负荷控制回路包括:
负荷反馈偏差单元,用于根据获取的负荷设定值与汽轮机输出的负荷反馈
进行偏差处理;
第一PI调节单元,用于根据负荷反馈偏差单元输出的偏差,进行PI调节,
以生成蒸汽需求指令;
转换单元,用于根据预先设置的蒸汽需求指令-指令阀位曲线对蒸汽需求指
令进行转换,以生成指令阀位;
所述阀位控制回路包括:
阀位修正单元,用于根据汽轮机调节阀的实际阀位对指令阀位进行修正;
阀位偏差单元,用于将修正后的指令阀位与汽轮机调节阀的实际阀位进行
偏差处理;
第二PI调节单元,用于根据阀位偏差单元输出的偏差,进行PI调节;
死区补偿单元,用于对第二PI调节单元输出的指令进行死区补偿,以生成用于
输出到汽轮机比例阀的控制指令,以使比例阀根据该控制指令控制汽轮机调节
阀的开度。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括死区调节单元,用于
将蒸汽需求指令-指令阀位曲线对应的死区电压为0.30V至0.75V。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,死区调节单元用于将蒸汽需
求指令-指令阀位曲线对应的死区电压为0.35V或0.70V。
4.如权利要求2或3所述的装置,其特征在于,汽轮机调节阀为高压阀。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括曲线修改单元,用于
修改蒸汽需求指令-指令阀位曲线中阶跃性变化阶段的斜率。
6.如权利要求5所述的装置,其特征在于,汽轮机调节阀为中压阀。
7.一种汽轮机调节阀控制方法,其特征在于,包括:
负荷反馈偏差单元根据获取的负荷设定值与汽轮机输出的负荷反馈进行偏
差处理;
第一PI调节单元根据负荷反馈偏差单元输出的偏差,进行PI调节,以生成
蒸汽需求指令;
转换单元根据预先设置的蒸汽需求指令-指令阀位曲线对蒸汽需求指令进行
转换,以生成指令阀位;
阀位修正单元根据汽轮机调节阀的实际阀位对指令阀位进行修正;
阀位偏差单元将修正后的指令阀位与汽轮机调节阀的实际阀位进行偏差处
理;
第二PI调节单元根据阀位偏差单元输出的偏差,进行PI调节;
死区补偿单元对第二PI调节单元输出的指令进行死区补偿,以生成用于输
出到汽轮机比例阀的控制指令,以使比例阀根据该控制指令控制汽轮机调节阀
的开度。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,还包括死区调节单元将蒸汽
需求指令-指令阀位曲线对应的死区电压为0.30V至0.75V的步骤。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,汽轮机调节阀为高压阀;死
区调节单元将蒸汽需求指令-指令阀位曲线对应的死区电压为0.35V或0.70V。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,汽轮机调节阀为中压阀;所
述方法还包括曲线修改单元修改蒸汽需求指令-指令阀位曲线中阶跃性变化阶段
的斜率的步骤。

说明书

一种汽轮机调节阀控制装置和方法

技术领域

本申请涉及汽轮机阀门控制领域,具体涉及一种汽轮机调节阀控制装置和
方法。

背景技术

岭澳二期核电站首次使用比例阀来控制汽机阀门,在岭澳二期核电站的日
常监控维护过程中,技术人员发现,相关的高压调节阀容易出现油压冲击。当
油管由于油压冲击出现外漏时,高压阀的阀位将难以控制,从而导致汽机功率
控制失控。若干预不及时,油箱液位下降,将会使得机组直接跳机。

2011-2013年,对相关中压阀在做中压阀活动定期试验时,8个中压调节阀
的油动机压力表有6个因为超压冲击损坏。试验期间对油压进行高速录播,发
现油压冲击高达220bar,超过压力传感器的工作范围,也超过油动机的最高工
作压力185bar。由于试验频繁(每周一次),油动机可能因为超压冲击使得密封损
坏。密封损坏后将会引起大量漏油,使得机组油压低跳机,同时存在火灾风险。

在上述背景下,高中压阀油压冲击是目前亟待解决的问题。

公告号为CN 204110136 U的中国专利公开了一种同轴流量放大转向器,属
于液压技术领域。该转向器包括按序组装在一起的阀体、隔盘、转定子啮合副
和后盖,阀体内装有由阀芯和阀芯套组成的阀芯套组件,阀芯套组件的一端通
过销轴与联动轴的对应一端传动连接,联动轴的另一端通过外花键齿与转定子
啮合副中转子的内花键传动啮合,阀芯的外圆制有轴向延伸且周向均布的缓冲
槽,阀芯套与各缓冲槽对应的角向位置分别制有与压力油源连通的缓冲孔。该
实用新型无论压力如何变化,都可内外压相互抵消,从而有效抑制油压冲击对
阀芯套组件的不利影响,可以显著延长同轴流量放大转向器的使用寿命。

上述中国专利在面临油压冲击的问题时,通过设置缓冲孔来解决,然而这
种方式势必需要对现有设备进行重新加工,或者直接更换设备。对于核电站来
说,如果要对设备进行重新加工,或者直接更换,首先需要停机,这无疑将大
大影响电站的正常运行。加之,所使用的设备较为复杂、庞大,对设备进行重
新加工、或者直接更换,将面临巨大的工作量,且成本较高。因此,采用上述
专利提供的思路来解决油压冲击问题,不切实际。

发明内容

本申请提供一种汽轮机调节阀控制装置和方法,优化了控制,用于精确控
制调节阀的开度,并能够降低油压冲击的风险,消除异常。

根据本申请的第一方面,本申请提供了一种汽轮机调节阀控制装置,包括
负荷控制回路和阀位控制回路;

所述负荷控制回路包括:

负荷反馈偏差单元,用于根据获取的负荷设定值与汽轮机输出的负荷反馈
进行偏差处理;

第一PI调节单元,用于根据负荷反馈偏差单元输出的偏差,进行PI调节,
以生成蒸汽需求指令;

转换单元,用于根据预先设置的蒸汽需求指令-指令阀位曲线对蒸汽需求指
令进行转换,以生成指令阀位;

所述阀位控制回路包括:

阀位修正单元,用于根据汽轮机调节阀的实际阀位对指令阀位进行修正;

阀位偏差单元,用于将修正后的指令阀位与汽轮机调节阀的实际阀位进行
偏差处理;

第二PI调节单元,用于根据阀位偏差单元输出的偏差,进行PI调节;
死区补偿单元,用于对第二PI调节单元输出的指令进行死区补偿,以生成用于
输出到汽轮机比例阀的控制指令,以使比例阀根据该控制指令控制汽轮机调节
阀的开度。

在一实施例中,所述装置还包括死区调节单元,用于将蒸汽需求指令-指令
阀位曲线对应的死区电压为0.30V至0.75V。

进一步,死区调节单元用于将蒸汽需求指令-指令阀位曲线对应的死区电压
为0.35V或0.70V。

具体的,汽轮机调节阀为高压阀。

在另一实施例中,所述装置还包括曲线修改单元,用于修改蒸汽需求指令-
指令阀位曲线中阶跃性变化阶段的斜率。

具体的,汽轮机调节阀为中压阀。

根据本申请的第二方面,本申请还提供了一种汽轮机调节阀控制方法,包
括:

负荷反馈偏差单元根据获取的负荷设定值与汽轮机输出的负荷反馈进行偏
差处理;

第一PI调节单元根据负荷反馈偏差单元输出的偏差,进行PI调节,以生成
蒸汽需求指令;

转换单元根据预先设置的蒸汽需求指令-指令阀位曲线对蒸汽需求指令进行
转换,以生成指令阀位;

阀位修正单元根据汽轮机调节阀的实际阀位对指令阀位进行修正;

阀位偏差单元将修正后的指令阀位与汽轮机调节阀的实际阀位进行偏差处
理;

第二PI调节单元根据阀位偏差单元输出的偏差,进行PI调节;

死区补偿单元对第二PI调节单元输出的指令进行死区补偿,以生成用于输
出到汽轮机比例阀的控制指令,以使比例阀根据该控制指令控制汽轮机调节阀
的开度。

在一实施例中,所述方法还包括死区调节单元将蒸汽需求指令-指令阀位曲
线对应的死区电压为0.30V至0.75V的步骤。

进一步,汽轮机调节阀为高压阀;死区调节单元将蒸汽需求指令-指令阀位
曲线对应的死区电压为0.35V或0.70V。

在另一实施例中,汽轮机调节阀为中压阀;所述方法还包括曲线修改单元
修改蒸汽需求指令-指令阀位曲线中阶跃性变化阶段的斜率的步骤。

本申请提供的汽轮机调节阀控制装置和方法,负荷反馈偏差单元根据获取
的负荷设定值与汽轮机输出的负荷反馈进行偏差处理;第一PI调节单元根据负
荷反馈偏差单元输出的偏差,进行PI调节,以生成蒸汽需求指令;转换单元根
据预先设置的蒸汽需求指令-指令阀位曲线对蒸汽需求指令进行转换,以生成指
令阀位;阀位修正单元根据汽轮机调节阀的实际阀位对指令阀位进行修正;阀
位偏差单元将修正后的指令阀位与汽轮机调节阀的实际阀位进行偏差处理;第
二PI调节单元根据阀位偏差单元输出的偏差,进行PI调节;死区补偿单元对第
二PI调节单元输出的指令进行死区补偿,以生成用于输出到汽轮机比例阀的控
制指令,以使比例阀根据该控制指令控制汽轮机调节阀的开度。本申请提供的
汽轮机调节阀控制装置和方法,优化了控制,用于精确控制调节阀的开度,并
能够降低油压冲击的风险,消除异常。

附图说明

图1为本申请一种实施例中汽轮机调节阀控制装置的结构示意图;

图2为本申请一种实施例中汽轮机调节阀控制方法的流程示意图;

图3为比例阀的工作原理示意图;

图4为高压调节阀油动机的工作原理示意图;

图5为高压调节阀SD-指令阀位曲线示意图;

图6为比例阀中死区遮盖的示意图;

图7为比例阀中动力油从P口流向A口的示意图;

图8为比例阀中动力油从A口流向T口的示意图;

图9为比例阀中动力油的流量与指令阀位的关系示意图;

图10为死区补偿的原理示意图;

图11为死区补偿的原理示意图;

图12为中压调节阀中监控得到的油压与阀位的关系示意图;

图13为中压调节阀的SD-指令阀位曲线示意图;

图14为中压调节阀油动机的工作原理示意图;

图15为相关中压阀阀位试验期间高速录播结果;

图16为本申请一种实施例中曲线修改单元修改SD-指令阀位曲线之前和之
后的对比示意图。

具体实施方式

请参考图1,本实施例提供了一种汽轮机调节阀控制装置,该装置包括负荷
控制回路和阀位控制回路。

负荷控制回路包括负荷反馈偏差单元10、第一PI调节单元20和转换单元
30。

负荷反馈偏差单元10用于根据获取的负荷设定值与汽轮机输出的负荷反馈
进行偏差处理。

第一PI调节单元20用于根据负荷反馈偏差单元10输出的偏差,进行PI
调节(即比例积分调节),以生成蒸汽需求指令。

转换单元30用于根据预先设置的蒸汽需求指令-指令阀位曲线对蒸汽需求
指令进行转换,以生成指令阀位。

阀位控制回路包括阀位修正单元40、阀位偏差单元50、第二PI调节单元
60和死区补偿单元70。

阀位修正单元40用于根据汽轮机调节阀的实际阀位对指令阀位进行修正。

阀位偏差单元50用于将修正后的指令阀位与汽轮机调节阀的实际阀位进行
偏差处理。

第二PI调节单元60用于根据阀位偏差单元输出的偏差,进行PI调节。

死区补偿单元70用于对第二PI调节单元60输出的指令进行死区补偿,以
生成用于输出到汽轮机比例阀的控制指令,以使比例阀根据该控制指令控制汽
轮机调节阀的开度。

为了更好的对本申请进行解释说明,图1还示出了比例阀01、调节阀02和
汽轮机03。

具体的,阀位修正单元40可以包括偏差单元401、积分调节单元402和加
法单元403。偏差单元401用于根据汽轮机调节阀的实际阀位和指令阀位进行偏
差处理。积分控制单元402用于对偏差单元401输出的偏差进行积分调节。累
加单元403用于将指令阀位和积分控制单元402输出的结果相加,以完成对指
令阀位的修正。

请参考图2,本实施例还提供了一种汽轮机调节阀控制方法,包括下面步骤:

步骤1.1:负荷反馈偏差单元根据获取的负荷设定值与汽轮机输出的负荷反
馈进行偏差处理。

步骤1.2:第一PI调节单元根据负荷反馈偏差单元输出的偏差,进行PI调
节,以生成蒸汽需求指令。

步骤1.3:转换单元根据预先设置的蒸汽需求指令-指令阀位曲线对蒸汽需求
指令进行转换,以生成指令阀位。

步骤1.4:阀位修正单元根据汽轮机调节阀的实际阀位对指令阀位进行修正。

步骤1.5:阀位偏差单元将修正后的指令阀位与汽轮机调节阀的实际阀位进
行偏差处理。

步骤1.6:第二PI调节单元根据阀位偏差单元输出的偏差,进行PI调节。

步骤1.7:死区补偿单元对第二PI调节单元输出的指令进行死区补偿,以生
成用于输出到汽轮机比例阀的控制指令,以使比例阀根据该控制指令控制汽轮
机调节阀的开度。

汽轮机调节阀控制装置属于双回路串级控制系统。负荷控制回路为主调节
回路,阀位控制回路为副调节回路。

在负荷控制回路中,负荷设定值由操作员在DCS(分布式控制系统,
Distributed Control System)给出,与负荷反馈做偏差后,经过PI调节,生成蒸
汽需求指令(SD),SD经过SD-指令阀位曲线转换后,生成指令阀位。

阀位控制回路中,指令阀位经过实际阀位修正后,与实际阀位做偏差,再
进行PI调节,PI输出经过死区补偿后,输出控制指令送往比例阀。

比例阀根据控制指令的要求,对比例阀阀芯进行控制,将电信号转换为液
压信号,以控制调节阀的开度。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一

本实施例中,汽轮机调节阀控制装置和方法主要用于控制高压阀。

下面对油动机的控制原理进行简介:

油动机主要包括比例阀,电磁阀,电磁阀控制的快速卸载阀(CVP),和伺
服活塞。油动机的结构属于现有技术,本申请实施例不对其做深入说明。

请参考图3,为比例阀的功能示意图。

比例阀有四个油口,P为动力油口,A和B为工作油口,T为回油口。其中
工作油口只使用了A口,A口可与油动机油腔相通,B口被堵死。通过LVDT
(Linear Variable Differential Transformer,线性可变差动变压器,其属于直线位
移传感器)监测比例阀阀芯的位置,以反馈信息,用于参与控制比例阀。

如果比例阀接受阀门开启指令,需要开打阀门,则P与A通,动力油经过
比例阀A口,向油动机供油,开大阀门。阀门到达指令位置时,比例阀阀芯理
论上应该移动到中位。

请结合参考图4,下面为油动机控制原理:

比例阀开启过程:动力油通过进口软管,经过比例阀的P、A口,最终进入
到油动机活塞的左侧,克服弹簧力,开大高压调节阀门。

比例阀慢关过程:比例阀阀芯移动,切断供油口P口,A口与T口维持一
定开度,油动机活塞的动力油通过比例阀A口与回油接通,缓慢排油,高压调
节阀门缓慢关闭。

比例阀快关过程:比例阀阀芯移动,切断供油口P,A口与T口维持最大开
度。油动机活塞的动力油通过比例阀A口大量往T口泄油,节流口N004前后
形成以差压,该差压导致快速卸载阀CVP迅速打一开,油动机活塞的动力油大
量通过CVP排走,调节阀迅速关闭。

图4中油动机的结构及各处连接关系属于现有技术,本申请实施例不对其
做深入说明。

2011年4-5月,在岭澳二期核电站的运行过程中,相关高压阀因为油压冲
击出现外漏,一共发生了三次。

发生泄漏的进油软管为PAKER公司生产的金属软管。型号为
EHI-IE-ABDN20-120,其最高工作压力为15.17MPa,爆破压力为60.69MPa,使
用介质为磷酸酷抗燃油,温度为(40±5)℃,系统工作油压为12MPa。

油压冲击发生时,软管伴随强烈的冲击振动,在现场嘈杂的环境中可听到
清晰的撞击声。从软管内压力测点(图4中的PT02口)连接数据采集仪进行录
波发现,正常软管中压力脉动在工作压力的正负0.5MPa之内,而发生泄漏的软
管内压力脉冲频率为0.8s,最高幅值达到16MPa,超过软管的最高工作压力,
导致软管经过三次更换后仍然出现漏油。

在使用本实施例提供的汽轮机调节阀控制装置后,对调节阀开度的控制更
加精确,降低了油压冲击的风险。

之后,继续分析油压冲击产生的根本原因,结果为:满功率调试阶段控制
卡件死区设置不合理,死区补偿电压BMA大于或等于开启点电压,死区基本为
0,导致指令小幅波动时,比例阀阀芯频繁动作,不能稳定,比例阀高频进油或
排油,导致油动机进油管油压冲击发生。

所以,为了进一步降低油压冲击的风险,本实施例中,汽轮机调节阀控制
装置还包括死区调节单元,用于将蒸汽需求指令-指令阀位曲线对应的死区电压
为0.30V至0.75V。

具体的,在某些实施例中,死区调节单元用于将蒸汽需求指令-指令阀位曲
线对应的死区电压为0.35V。当时将死区扩大到0.35V时,消除了高压阀62.5%
(阀位)以下的油压冲击。

此时,高压阀的满功率点在55%左右。之后,由于SG(蒸汽发生器)出口
压力下降等因素,阀门工作点上移到65%左右。出现了一旦阀位大于62.5%时,
现场油管便出现油压冲击的问题。

在2013年5月31日,由于SG出口压力降低等因素,高压阀满功率工作
点由55%逐渐上涨到65%,尽管相关高压阀之前己将死区调整为0.35V,但当阀
位一旦大于62.5%时则出现强烈的油压冲击。当油管由于油压冲击出现外漏时,
阀位将控制不住,汽机功率控制失控。若干预不及时,油箱液位下降,将会使
得机组直接跳机。

请结合参考图5,对SD-指令阀位曲线进行分析,得到如下结果:

1、62.5%阀位以下,SD-指令阀位曲线斜率为2.5。因死区已调整到0.35V,
此阀位以下不会出现油压冲击。

2、62.5%-70%阀位区间,SD-指令阀位曲线斜率为15,此工作范围内还存
在油压冲击。

3、700%-100%阀位区间,SD-指令阀位曲线斜率为60,此工作范围内还存
在油压冲击,但此区域不是阀门的工作点,不予考虑。

下表为同一高压阀在不同时间段的满功率点调查表:

满功率点调查
时段1
时段2
时段3
时段4
时段5
高缸阀位
56%
59%
62.5%
66%
66%
阀位后压力
98%
98.4%
98%
98.16%
98.15%

满功率高压阀的工作点由55%逐渐上涨到65%,上涨原因是多方面的,己
经排除了调节阀本身的问题,可能是SG出口压力下降,汽机出力增加等综合导
致。这些因素无法克服。只有从调节阀方面考虑解决措施。

在时段4之后,机组满发时高压调节阀进一步开大到64-68%。阀位工作区
域更陡峭,斜率达到15。油压冲击现象仍然存在。说明之前的调整死区量不适
用斜率为15的工作点,还需要进一步对高压阀控制进行优化。

由于SD-指令阀位曲线无法调整,斜率无法改变,只能再次调整死区。

因此,更加优选的,死区调节单元用于将蒸汽需求指令-指令阀位曲线对应
的死区电压为0.70V,以解决高压阀满功率工作点上涨时,带来的油压冲击问题。

请结合参考图6-8,图6中示出了遮盖(即死区)。图7示出了比例阀阀芯
向左移动时,动力油从P口流向A口。图8示出了比例阀阀芯向右移动时,动
力油从A口流向T口。

在比例阀的设计中,为保证控制的稳足性,在比例阀阀芯中位附近,比例
阀的油口存在遮盖,遮盖量也就是死区。该遮盖设计的作用是减少比例阀零点
泄漏,并为紧急关阀时切断供油提供更大的安全性。但对于中间阀位的控制,
则牺牲了控制的灵敏性。

在控制上,为了克服此死区的影响,设置了死区补偿。只要指令达到了卡
件的最小分辨电压(80mV),卡件输出的指令立刻从0跳变到一个较大的值(此
值就是死区补偿,称为BMA,通常是4.2V),比例阀阀芯立刻动作,跃过遮盖,
达到克服遮盖的目的。

在实际调整中,一般先找到主阀开始动作的电压,此电压就是阀门的开启
电压。开启电压包含了比例阀的遮盖。然后在开启电压的基础上,调整卡件死
区补偿BMA。BMA与开启电压的差,就是死区电压。

图9中,横坐标表示指令阀位,原点以上的纵坐标表示P口流向A口的动
力油的油量,原点以下的纵坐标表示A口流向T口的动力油的油量。横坐标轴
上流量不变的一段表示死区对应的流量。图9还标示出了阀的工作点。

图10中,L01表示不进行死区补偿时的线性图,L02表示进行死区补偿时
的线性图,L03表示死区过补偿时的线性图。横纵坐标分别为输入的比例阀开度
指令和输出的经过死区补偿后的比例阀开度指令,两者均为电压值。图10还标
示出了阀的工作点。

请结合参考图11,在实际应用过程中,先找到主阀开始动作的电压,此电
压就是阀门的机械开启电压;然后在开启电压的基础上,调整卡件死区补偿BMA,
死区就是BMA与开启电压的差;根据现场试验,死区补偿调整时,需保证死区
在0.6-0.7V,在此标准内,可消除供油软管油压冲击,同时对阀门的调节性能没
有影响。

所以,本实施例提供的汽轮机调节阀控制装置和方法中,通过死区调节单
元调节死区电压,使其与SD-指令阀位曲线的斜率相适应,从而降低高压阀的油
压冲击的风险。

实施例二

本实施例中,汽轮机调节阀控制装置和方法主要用于控制中压阀。

通过对高、中压阀油压冲击问题的研究,发现高中压阀油压冲击的原因稍
有不同。

高压阀油压冲击的根本原因是控制卡件死区补偿设置不合理,死区设置需
要与SD-指令阀位曲线斜率相适应。在高斜率下需要扩大死区。

请结合参考图12,为相关中压阀试验期间油动机的超压记录。试验开始时,
指令阀位从100%下降到50%为一个快关过程,然后慢关。此时油动机产生油压
冲击,超出油压探头工作范围,因超量程损坏,最后探头显示为16Mpa,不再
变化。为评估油压冲击影响,在试验期间,在MP附近外接高精度压力表,显
示最高压力达到220bar。

由于油缸是按180bar做耐压试验的。从现场看,就地压力表瞬时尖峰可达
220bar,超出油缸最高压力20%的冲击。若长期运行,可能导致油动机密封损坏,
导致GFR系统漏油进而可能导致跳机。

由于探头超压安全压力32MPa,爆破压力100Mpa。压力传感器对停机特性
试验、日常故障分析、状态跟踪有利。对于机械而言,需保证监测装置的可用
性。然而,油压冲击容易导致传感器超量程损坏。

请结合参考图13,为中压阀的SD-指令阀位曲线图。

中压阀SD-指令阀位曲线在100%到49%斜率较大,达到51。在中压阀试验
过程中,SD指令30s内从100%匀速变化到0%。因此,SD从95%变化到94%,
指令阀位从100%变化到49%,只需要0.33s,然后,阀位从49%缓慢变化到0%,
需要15s。阀门的关闭过程,在49%阀位,存在一个拐点,拐点前,阀门快速关
闭;拐点后,阀门缓慢关闭。因此,从100%关闭到49%,是一个阶跃快关过程,
也就是此阶跃快关,可能导致了油压冲击的产生。

请结合参考图3和14,下面为中压调节阀油动机的控制原理:

比例阀开启过程:动力油通过进口软管,经过比例阀的P口和A口,最终
进入到油动机活塞的左测,克服弹簧力,开大中压调节阀门。

比例阀慢关过程:比例阀阀芯移动,切断供油口P,维持A口与T口一定
开度,油动机活塞的动力油通过比例阀A口与比例阀回油T口接通,缓慢排油,
中压调节阀门缓慢关闭。

比例阀快关过程:比例阀阀芯移动,切断供油口P,维持A口与T口最大
开度。油动机活塞的动力油通过比例阀A口大量往T口泄油,节流口N004前
后形成以差压,该差压导致快速卸载阀CVP迅速打开,油动机活塞的动力油通
过CVP大量排走,调节阀迅速关闭。

请参考图15,在对相关中压阀进行试验的过程中,从100%快关到49%,只
需要0.3s。此过程是一个比例阀快关过程,期间动力油通过快速卸载阀大量卸油,
实际阀位快速下降,并且存在反复超调。

当阀位快关到49%时,由于存在超调,比例阀迅速打开,向油动机大量供
油。由于大量供油,N004节流口上游压力升高,CVP的卸油口关闭。同时,油
动机在弹簧作用下,存在向下快速关阀的惯性,弹簧剧烈压缩油动机腔室。比
例阀向油动机腔室供油,而且CVP卸油口关闭,叠加弹簧压缩油动机腔室,此
三个原因导致在油动机腔室内,动力油被剧烈压缩撞击,因而在油动机处,产
生剧烈的油压冲击。

通过上述分析,得出结论:中压阀SD-指令阀位曲线在100%到49%斜率太
大,达到51。在比例阀快关过程中,CVP打开,快速泄油,阀门反复超调。
CVP关闭泄油口的时候,弹簧剧烈压缩油动机腔室试图排油,同时比例阀还向
油动机供油,最终导致了油动机内部的油被剧烈压缩,产生油压冲击。

为解决中压阀油压冲击问题,本实施例提供的汽轮机调节阀控制装置和方
法中,装置还包括曲线修改单元,用于修改蒸汽需求指令-指令阀位曲线中阶跃
性变化阶段的斜率,从而避免因SD-指令阀位曲线斜率变化较大而引起的脉冲油
压。通常,是将SD-指令阀位曲线中阶跃性变化阶段的斜率减小。

请参考图16,L1为修改前的SD-指令阀位曲线,L2为修改后的SD-指令阀
位曲线,可见,通过曲线修改单元,将SD-指令阀位曲线中阶跃性变化阶段的斜
率减小了,以减缓因SD-指令阀位曲线斜率变化较大而引起的脉冲油压。

中压阀阀门为蝶阀,其节流面积为:s=A*sin(a),a为开度夹角。在开度大
于50%后,节流面积变化很小。因此,在50%开度与100%开度的流量基本无变
化。中压蝶阀设置为快开,因此SD-指令阀位曲线在49%开度以上采用阶跃性
变化。

SD-指令阀位曲线斜率变化较大虽然提高了中压阀的响应速度,但加剧了中
压阀的油压脉冲波动幅度。减小SD-指令阀位曲线的斜率,对阀门的响应时间及
响应幅度影响较小,属于实际可接受的范围。

下面分析通过曲线修改单元修改SD-指令阀位曲线中阶跃性变化阶段的斜
率后,在低功率阶段,对高压调阀开度,对汽机一级压力的影响。

空载时,中压阀的开度(35%)是远大于高压阀的开度(接近0%)的。中压阀有
足够的通流能力,此时其通流能力是额定压力下流通能力的35%。

而低功率下,中压阀门的入口压力是很低的,远远达不到额定压力,因此,
修改后,中压阀开度变大对高缸开度没有任何影响,对级前压力也没有任何影
响。

改前中压调阀就处于过开状态,修改后,中压阀瞬态响应的阀位会高于修
改前的阀位,中压阀仍始终处于一个过开状态,对汽轮机控制无任何影响。

下面分析通过曲线修改单元修改SD-指令阀位曲线中阶跃性变化阶段的斜
率后,对甩常用电、甩空转超速的影响。

甩常用电/空载时,通过关闭高压、中压阀门来防止超速。由于高缸SD的
快速下降,中缸SD也跟随下降,叠加汽机转速上升,调频死区切除。中压阀会
迅速关闭(11/17s左右),阀门整体关闭时间不变。

甩常用电/空载时,由于中压阀门SD是阶跃下降的,修改SD-指令阀位曲线,
不影响中压阀的响应,因此不影响转速峰值。

本申请实施例提供的汽轮机调节阀控制装置和方法,通过对高中压阀油压
冲击问题的研究,发现高中压阀油压冲击的原因稍有不同。通过不同的解决方
案,优化了控制,消除了异常。

高压阀油压冲击的根本原因是控制卡件死区补偿设置不合理,死区设置需
要与SD-指令阀位曲线斜率相适应。在高斜率下需要扩大死区。重新调整死区补
偿后,消除了满功率时的油压冲击,避免漏油导致停机,从而保证机组可以满
发,避免降功率5-10MW运行,甚至在冬天还可以进一步提升5MW功率,为
电站创造了巨大的经济价值。该研究成果还可以较应用于其他电站的机组。

中压阀油压冲击的根本原因是中压阀SD-指令阀位曲线在100%到49%斜率
太大,达到51。对相关中压阀定期试验时,阀门从100%关闭到49%,只需要
0.3s。通过改变中压阀SD-指令阀位曲线,将一个阶跃响应变成一个缓慢的关闭
过程,消除了油压冲击,避免油动机损坏。同时不会影响阀门事故工况下的快
速响应。

本领域技术人员可以理解,上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可
以通过程序来控制相关硬件完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,
存储介质可以包括:只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘等。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明,不能认
定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术
人员来说,在不脱离本申请发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替
换。

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一种汽轮机调节阀控制装置和方法,该装置包括负荷控制回路和阀位控制回路。负荷控制回路包括负荷反馈偏差单元、第一PI调节单元和转换单元。阀位控制回路包括阀位修正单元、阀位偏差单元、第二PI调节单元和死区补偿单元。本申请提供的汽轮机调节阀控制装置和方法,优化了控制,用于精确控制调节阀的开度,并能够降低油压冲击的风险,消除异常。使得电站的汽轮机组可以满发,避免降功率运行,从而提高电站的发电效率,为电站的正。

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