摘要：调节阀操纵机构是汽轮机调节系统中最重要的组成部分，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、负荷以及保护机组安全的目的。调节阀操纵机构具有调节精度高、输出力矩大、行程速度快、响应迅速、操作平稳和工作可靠性高等优点，因而被广泛应用在汽轮机调节系统上。
关键词：汽轮机；调节阀操纵机构；特性分析；
分析了调节阀操纵机构在开启和关闭过程中其工作腔油压与行程的关系曲线和快速关闭的时间曲线，并将仿真结果与实际试验数据进行对比分析。从分析中可看出其仿真结果与实际试验数据基本一致，从而验证了模型的合理性，为将来火电汽轮机调节阀操纵机构的设计和优化提供了理论基础。
一、调节阀操纵机构系统模型的建立
AMEsim是基于图形化设计的仿真软件，在其液压仿真软件包中含有大量常用的液压元件。考虑到目前AMEsim液压库中的液压缸模型过于简单，不能表征调节阀操纵机构中油动机的内泄漏，尚无法体现实际系统的性能需要，故采用机械设计库和HCD(Hydraulic component design)库中模块来搭建调节阀操纵机构模型，系统压力为14 MPa，电磁阀采用力士乐10通径，流量为150 L/min，卸荷阀为不带阻尼的，通径为50，面积比为2∶1，开启压力0.1 MPa，具体参数见力士乐样本;伺服阀最大流量150 L/min，单边压降7 MPa，额定电流值为±40 mA，详细参数见MOOG72的样本。调节阀油动机采用的是单作用液压缸，活塞杆及活塞质量200 kg，泄漏系数0.02(L•min－1)/MPa。节流孔的直径为3 mm，最大流量系数为0.7。压力油管的直径为25 mm，回油管的直径为50 mm，所以管道均为层流，雷诺数为1000。本次仿真是在汽轮机静止状态下对调节阀操纵机构特性进行的仿真，因此不考虑其受到的阀门蒸汽力。
二、调节阀操纵机构工作原理
图1是调节阀操纵机构工作原理图。调节阀操纵机构主要由油动机和操纵座2部分组成。其中油动机主要由电磁阀、伺服阀、卸荷阀、集成块、油缸等组成;操纵座则主要是一个预压弹簧机构。调节阀操纵机构的工作原理如下:在电磁阀处于失电状态下，压力油经过一个节流孔后形成高压安全油，使卸荷阀关闭，此时调节阀操纵机构工作准备就绪;当阀门需要开启时，伺服阀将压力油引入油动机工作腔，调节阀操纵机构在压力油的作用下克服弹簧阻力使阀门开启，位移传感器将其行程信号反馈给控制系统;当需要关小阀门时，伺服阀将油动机工作腔接通排油，调节阀操纵机构在弹簧力作用下使阀门关小，并实时通过位移传感器将其行程信号反馈给控制系统。
图1调节阀操纵机构工作原理图
当调节阀操纵机构开启或关小到设定位置时，控制系统将其指令与位移传感器反馈信号偏差也为零，控制信号会使伺服阀处于中位，调节阀操纵机构则停留在设定位置上。当需要通过调节阀操纵机构快速关闭阀门时，则需令电磁阀带电动作，此时卸荷阀打开，油动机的工作腔通过卸荷阀接通排油，调节阀操纵机构在弹簧力作用下使阀门快速关闭，其快速关闭应小于或等于0.3 s的设计值。
三、仿真结果分析
1.调节阀操纵机构开启和关闭时，行程与时间的关系曲线图2是调节阀操纵机构开启和关闭整个过程的行程曲线图。从图中可以看出调节阀操纵机构走完全行程所需的时间是3.2 s，这与该机组的调门阀阀门的实际全开时间3 s基本一致。在Amesim中，设置5 s后给电磁阀线圈带电信号，使其带电动作，卸荷阀上腔室的油与油箱接通，此时其下腔室作用力远大于上腔室的弹簧力，使得系统压力油接通排油，调节阀油动机工作腔内的油液在弹簧力的作用下快速进入油箱，从而关闭阀门。从仿真的结果可以得出，调节阀操纵机构快速关闭时，工作腔压力下降很快，调节阀操纵机构快速关闭时间约为0.3 s。
图2调节阀操纵机构开启和关闭时行程与时间的关系图
2.调节阀操纵机构开启和关闭时，工作腔室油压与时间的关系。图3是调节阀操纵机构开启和关闭整个工作过程中调节阀油动机工作腔油压随时间的变化曲线。可以得到弹簧的预压力7334.76 N，调节阀油动机工作腔活塞的面积为17 671.459 mm 2，所以当克服弹簧的预压力时，所需的压力为0.415 MPa。从仿真结果中，可以得出克服弹簧所需的压力为0.435 MPa，理论与仿真的误差约为4.8%。由于仿真模型中，考虑了管道的摩擦、管道的长度，理论和仿真的误差可以接受。
图3调节阀操纵机构开启和关闭时油压曲线图
从图中可以看出，在调节阀操纵机构运动到满行程之前为1.545 MPa，当运动到满行程的瞬间，由于急剧上升到达14 MPa。在调节阀操纵机构快关过程中，调节阀油动机工作腔油压变化较快，很快接近0 MPa。
四、试验与仿真结果的比较
利用某公司的阀门操纵机构总装试验台及微机试验数据测试和采集处理系统(包括相应的压力变送器及LVDT等)，对该国产超超临界汽轮机机组进行了调节阀操纵机构工作油压与行程的关系试验以及调节阀操纵机构快关试验。
1.调节阀操纵机构快关仿真结果与试验的比较。调节阀操纵机构从全开到全关，整个过程所用时间小于等于0.3 s。在快关过程前的0.2 s，调节阀操纵机构关闭速度很快。接近油动机底部时，由于油动机结构上的缓冲，关闭比较缓慢。仿真结果和试验结果比较接近，验证了仿真的模型可行性。
2.调节阀操纵机构工作腔油压与行程关系的仿真结果与试验的比较。图4是调节阀操纵机构中油动机工作腔油压与行程的关系图。
图4调节阀油动机油压与行程关系
从图中可以得出，除了调节阀油动机工作腔的初始段和末端，其油压与行程成线性关系，仿真结果与试验结果2条曲线的趋势基本一致。在同一工作行程中，试验结果与仿真数据的偏差约为0.1 MPa。油压仿真设置时，调节阀油动机的摩擦系数比实际的偏小，但造成的误差值可以接受。
结束语；
主要是运用Amesim软件对某国产超超临界的汽轮机机组调节阀操纵机构的各个部分和元件进行建模，研究了调节阀操纵机构快关特性，工作腔油压与行程的关系，并与生产处实物试验数据进行比较，验证了利用软件分析的正确性，为以后更为高效地设计和优化调节阀操纵机构提供了一种仿真手段。
参考文献：
［1］李宏宇，火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件．2017.
［2］王丹阳，郎婷婷，浅谈汽轮机调节阀操纵机构特性分析.2017.
论文作者:吴安强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：调节阀论文; 机构论文; 油压论文; 动机论文; 工作论文; 行程论文; 汽轮机论文; 《电力设备》2018年第33期论文;