專利名稱：汽輪機(jī)的開關(guān)量電子-液壓控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽輪機(jī)自動(dòng)控制的電子-液壓控制方法及裝置。
目前世界各國(guó)(包括我國(guó))汽輪機(jī)的電子-液壓(或微機(jī)-液壓)控制系統(tǒng)(又稱調(diào)節(jié)系統(tǒng))均采取模擬量控制原理，即將汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率的反饋信號(hào)與其給定值相比較，其差值經(jīng)放大或作其他運(yùn)算(如PI運(yùn)算)后，輸出信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后推動(dòng)電液轉(zhuǎn)換器(或稱電液伺服閥)轉(zhuǎn)換成為液壓信號(hào)，帶動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)(一般稱為油動(dòng)機(jī))去控制汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開度，在信號(hào)的比較、放大、運(yùn)算及變換(由電信號(hào)變換成液壓信號(hào))過(guò)程中，其輸入、輸出都是模擬量信號(hào)。為了保證控制系統(tǒng)的精度，即在被控制信號(hào)相對(duì)其給定值有一個(gè)微小的偏差時(shí)系統(tǒng)能作出準(zhǔn)確的反應(yīng)，要求各中間環(huán)節(jié)(即比較、放大、運(yùn)算及變換元件)具有高的精度，特別是要求電液轉(zhuǎn)換器有高的精度，因?yàn)橐话汶娦盘?hào)所具有的能量相對(duì)較小，為了保證它具有高精度，希望它的運(yùn)動(dòng)部件的摩擦力很小，因而對(duì)其結(jié)構(gòu)、材料、加工精度提出很高的要求，同時(shí)也要求其供油具有高度的清潔度，因而對(duì)其供油系統(tǒng)也提出了高的要求。由于上述原因，增加了制造成本，對(duì)運(yùn)行維護(hù)提出了高的要求，當(dāng)工作條件得不到保證時(shí)(例如供油的清潔度不能滿足要求)，容易發(fā)生故障。
由于上述原因，在我國(guó)雖然自1963年即開始研制汽輪機(jī)的電子-液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，先后試制了數(shù)十臺(tái)電液調(diào)節(jié)裝置，在各電廠進(jìn)行試運(yùn)行，但是由于對(duì)油質(zhì)要求高，容易發(fā)生故障，這些裝置目前大多數(shù)均已廢置不用，不能得到推廣。另一方面，電液調(diào)節(jié)裝置的價(jià)格也比較貴，每臺(tái)目前約需人民幣20萬(wàn)元以上，難以在中小汽輪機(jī)上推廣。
國(guó)內(nèi)外電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本原理都可以用圖1的方塊圖表示。
自70年代開始，在工業(yè)先進(jìn)國(guó)家出現(xiàn)了微機(jī)-液壓控制系統(tǒng)，80年代開始在國(guó)內(nèi)陸續(xù)研制了同樣的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的原理仍然是以模擬量控制為基礎(chǔ)，只不過(guò)信號(hào)的比較和線性運(yùn)算放大是由微機(jī)來(lái)完成而已(圖中虛線框內(nèi)部分)，由于基本原理不變，所以同樣存在著對(duì)系統(tǒng)制造精度要求高，對(duì)油質(zhì)要求高的缺點(diǎn)，電子-液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)所存在的問(wèn)題在微機(jī)-液壓控制系統(tǒng)上并未得到妥善的解決。
本發(fā)明的目的在于解決上述電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，并從根本原理上加以改進(jìn)，創(chuàng)造一種新的系統(tǒng)，這種新的系統(tǒng)應(yīng)該克服原來(lái)的缺點(diǎn)，具有下列性能1、工作可靠，不易卡澀;
2、對(duì)油質(zhì)要求較低，允許使用和目前電廠中實(shí)際水平相當(dāng)?shù)挠拖到y(tǒng);
3、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的其他性能，如靈敏度、甩負(fù)荷后的超調(diào)量等，應(yīng)不低于目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍;
4、成本低，耗油量少，便于推廣;
5、能夠適用于各種不同用途的汽輪機(jī);
6、既適用于電子-液壓控制系統(tǒng)，又適用于微機(jī)-液壓控制系統(tǒng)。
如果拋棄原來(lái)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)所采用的模擬量控制原理，而改用開關(guān)量控制原理，就可以使原有系統(tǒng)的許多缺點(diǎn)得到克服。所謂模擬量控制是指控制信號(hào)可以是從最小值到最大值之間的任意值，而開關(guān)量控制則只有三個(gè)位置，即最大值(高電平)、零(零電平)和負(fù)的最大值(負(fù)的高電平)。
模擬量控制的特點(diǎn)是輸出信號(hào)y與輸入信號(hào)x成一定的比例關(guān)系，即y＝kx，所以當(dāng)輸入信號(hào)x很小時(shí)，輸出信號(hào)y也很小(圖2a)。開關(guān)量控制時(shí)，當(dāng)輸入信號(hào)x小于死區(qū)ε時(shí)，輸出信號(hào)y為零;當(dāng)輸入信號(hào)x大于ε時(shí)，輸出信號(hào)y為1(即最大值，或稱高電平)，見圖2b。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于提出一種汽輪機(jī)開關(guān)量電子-液壓控制方法及按該方法構(gòu)成的裝置，該方法是將油動(dòng)機(jī)位置的給定值V＊s與反映油動(dòng)機(jī)活塞實(shí)際位置的電壓值Vs的差值送入三個(gè)有不同死區(qū)閥值ε1、ε2、ε3的比較器進(jìn)行比較，比較器輸出為一具有階躍函數(shù)性質(zhì)的開關(guān)量，由此開關(guān)量通過(guò)電磁鐵控制大小滑閥從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油動(dòng)機(jī)活塞位置的閉環(huán)控制。按此方法構(gòu)成的裝置，包括三個(gè)比較器、三個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)、三個(gè)電磁鐵以及大、小滑閥6、7、8其中比較器1-1、1-2、1-3的死區(qū)閥值分別為ε1、ε2、ε3，它分別通過(guò)三個(gè)無(wú)觸開關(guān)2-1、2-2、2-3來(lái)控制電磁鐵3-1、3-2、3-3的導(dǎo)通與斷開，3-1、3-2控制小滑閥6、7;3-3控制大滑閥8，三個(gè)滑閥的輸出均與油動(dòng)機(jī)9的活塞位置調(diào)節(jié)輸入相連接從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油動(dòng)機(jī)的控制與調(diào)節(jié)。
我們提出基于開關(guān)量控制原理的凝汽式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原則性系統(tǒng)如圖3所示。功率給定電壓Vgd與頻差放大器的輸出電壓VDF相減，其差值V＊s為油動(dòng)機(jī)位置的給定值。位移變送器4測(cè)量油動(dòng)機(jī)活塞的實(shí)際位移，它的輸出電壓Vs與V＊s相減，如果二者的差值小于各比較器1的死區(qū)，則各比較器的輸出電壓為零，各無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)2均不通，電磁鐵不通電，滑閥6、7、8都關(guān)閉，油動(dòng)機(jī)活塞9保持原來(lái)的位置。如果V＊s-Vs＞ε1，則比較器1-1將輸出高電平，而比較器1-2、1-3輸出零電平，使得無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)2-1導(dǎo)通，電磁鐵3-1通電，它牽引小滑閥6向上移動(dòng)，高壓油經(jīng)滑閥上的油口進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞9的底部，推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，開大汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥5，增加進(jìn)汽量，增大汽輪機(jī)功率。隨著活塞的向上移動(dòng)，位移變送器4的輸出電壓Vs也增大，當(dāng)V＊s-Vs＜ε1時(shí)，則比較器1-1將輸出零電平，開關(guān)2-1關(guān)閉，電磁鐵2-1失電，滑閥6回到底部，油動(dòng)機(jī)的進(jìn)油被切斷，油動(dòng)機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。
如果由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速f的增大，或者由于給定電壓Vgd的減小，使得V＊s-Vs＜0，而且有V＊s-Vs＜-ε2，V＊s-Vs＞-ε3(ε3＞ε2)，則比較器1-2將輸出高電平，而比較器1-1和1-3則輸出零電平，此時(shí)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)2-2將導(dǎo)通，而無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)2-1和2-3將關(guān)閉，所以只有電磁鐵3-2通電。它牽引小滑閥7向上移動(dòng)，油動(dòng)機(jī)活塞底部經(jīng)滑閥油口與排油相通，油動(dòng)機(jī)活塞在其上部彈簧力的推動(dòng)下向下移動(dòng)，關(guān)小調(diào)節(jié)閥。當(dāng)活塞9向下移動(dòng)時(shí)，位移變送器4的輸出電壓Vs減小，當(dāng)V＊s-Vs＞-ε2時(shí)，比較器1-2將輸出零電平，開關(guān)2-2關(guān)閉，電磁鐵3-2失電，小滑閥7回到底部，油動(dòng)機(jī)排油被切斷，活塞停止運(yùn)動(dòng)。
如果V＊s-Vs＜0，而且同時(shí)滿足V＊s-Vs＜-ε2，V＊s-Vs＜-ε2(ε3＞ε2)，則比較器1-2和1-3將同時(shí)輸出高電平，只有比較器1-1輸出零電平此時(shí)開關(guān)2-2和3-3均導(dǎo)通，電磁鐵3-2和3-3使小滑閥7和大滑閥8向上運(yùn)動(dòng)，油動(dòng)機(jī)活塞底部同時(shí)通過(guò)這兩個(gè)滑閥上的油口排出，油動(dòng)機(jī)向下移動(dòng)，關(guān)小調(diào)節(jié)閥。同時(shí)，由于Vs的減小，使｜V＊s-Vs｜減小，當(dāng)V＊s-Vs＞-ε3時(shí)，大滑閥8先關(guān)閉，以后當(dāng)V＊sVs＞-ε2時(shí)，小滑閥7也關(guān)閉，油動(dòng)機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。
小滑閥6和7上的油口均設(shè)計(jì)得比較小，使得在它們動(dòng)作時(shí)，油動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)速度較低，同時(shí)比較器1-1和1-2的死區(qū)ε1和ε2也設(shè)置得比較小。大滑閥8上的排油口設(shè)計(jì)得較大，在它動(dòng)作時(shí)油動(dòng)機(jī)很快關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，同時(shí)比較器1-3的死區(qū)ε2也設(shè)計(jì)得較大。在汽輪機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)加減負(fù)荷的減度比較慢，電網(wǎng)周波的變化幅度比較小，所以｜V＊s-Vs｜比較小，它可能超過(guò)ε1或ε2，但一般不會(huì)超過(guò)ε3，所以在汽輪機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，將只有小滑閥6或7動(dòng)作，油動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)緩慢。當(dāng)汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速迅速上升，｜V＊s-Vs｜超出死區(qū)ε3，大滑閥8動(dòng)作，油動(dòng)機(jī)迅速關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。
死區(qū)ε1和ε2的推薦值為(0.02～0.05)Vgdmax，它相當(dāng)于系統(tǒng)不靈敏度為0.16～0.4%，而ε3則推薦為(0.2～0.3)Vgdmax，相當(dāng)于超速(1-1.5)%時(shí)大滑閥8動(dòng)作。死區(qū)ε1和ε2愈小，則系統(tǒng)靈敏度愈高，但死區(qū)太小，則電磁鐵動(dòng)作太頻繁。
和現(xiàn)有的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比本項(xiàng)發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)的提高如下
1、可靠性高。由于電磁鐵的電磁力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需要克服的阻力，而且允許在運(yùn)行中活動(dòng)以檢查其工作情況，所以不易卡澀。
2、對(duì)油系統(tǒng)的要求低。由于不易卡澀，所以對(duì)油質(zhì)要求低，一般的汽輪機(jī)系統(tǒng)已能滿足要求，無(wú)需特殊的油濾器。
3、系統(tǒng)靈敏度取決于死區(qū)的設(shè)置，當(dāng)選擇額定負(fù)荷時(shí)Vgd＝5V，取死區(qū)為±0.1V，則系統(tǒng)不靈敏度為0.16%，達(dá)到優(yōu)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。
4、甩負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速飛升小于一般系統(tǒng)。根據(jù)模擬試驗(yàn)，當(dāng)甩全負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速飛升為5.6%(δ＝4%)和6.6%(δ＝5%)(Ta＝9s，To＝0.3s，Ts＝0.3s)而在同等條件下一般系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速飛升分別為7.4%和8.3%。
5、耗油量小。以200MW汽輪機(jī)為例，在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)本系統(tǒng)的耗油量為一般系統(tǒng)的1/10～1/5，甩負(fù)荷時(shí)耗油量為一般系統(tǒng)的1/15～1/20，每年可節(jié)電7×104～30×104KWh，折合人民幣7000～30000元。
6、成本低。由于電磁閥的精度要求低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，對(duì)油質(zhì)要求不高，所以本系統(tǒng)的成本估計(jì)為目前所采用的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的1/4左右。


圖1為汽輪機(jī)模擬量電子-液壓控制裝置的原理框圖。
圖2為模擬量控制與開關(guān)量控制輸入輸出關(guān)系的比較示意圖。
圖3為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理圖，圖中1比較器，2無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，3電磁鐵，4位移變送器，5調(diào)節(jié)閥，6、7小滑閥、8大滑閥，9油動(dòng)機(jī)。
圖4為本發(fā)明裝置實(shí)施例的具體線路(只畫出一路，其它兩路類同)。
實(shí)施例圖4為本發(fā)明裝置的具體線路(只畫出一路其它二路類同)圖中V＊s為油動(dòng)機(jī)位置的給定電壓，而Vs則為代表油動(dòng)機(jī)位置的反饋電壓，二者在加法器F1中比較，F(xiàn)1的輸出為二者之差，即△Vs＝-(V＊s-Vs)。當(dāng)V＊s＞Vs，而且｜V＊s-Vs｜＞｜Vε｜時(shí)，由運(yùn)行放大器F2構(gòu)成的比較器將輸出負(fù)的高電平，該電壓經(jīng)反相放大器F3反相放大后成為正的高電平信號(hào)，它使得光電耦合器TIL113的發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，電源電壓+Vc2經(jīng)電阻R作用在雙向可控硅的觸發(fā)極G上，使雙向可控硅導(dǎo)通，電磁鐵MG帶電，將滑閥1吸上，高壓油經(jīng)油口A進(jìn)入油動(dòng)機(jī)2活塞的底部，油動(dòng)機(jī)上移。油動(dòng)機(jī)移動(dòng)時(shí)，反饋電壓Vs相應(yīng)增大，當(dāng)｜V＊s-Vs｜＜｜Vε｜時(shí)，比較器F2將輸出正的高電平，此時(shí)由于穩(wěn)壓二極管D1的箝位，放大器F3的輸出為低電平，光電耦合器不導(dǎo)通，可控硅截止，電磁鐵失電，由于重力的作用滑閥1下移，油動(dòng)機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。
使油動(dòng)機(jī)關(guān)小的線路在原理上和圖3相同，但具體的電壓值和油路略有不同。
死區(qū)電壓值Vε可通過(guò)電位器W1加以調(diào)整，｜Vε｜越小，則系統(tǒng)靈敏度越高，但電磁閥動(dòng)作頻率也相應(yīng)增高。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)開關(guān)量電子-液壓控制方法，其特征在于將油動(dòng)機(jī)位置的給定值Vs與反映油動(dòng)機(jī)活塞實(shí)際位移的電壓值VS的差值送入三個(gè)具有不同死區(qū)閥值ε1、ε2、ε3的比較器進(jìn)行比較，比較器的輸出為一具有階躍函數(shù)性質(zhì)的開關(guān)量，由此開關(guān)量通過(guò)電磁鐵控制大、小滑閥從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油動(dòng)機(jī)活塞位置的閉環(huán)控制，上述ε1、ε2的取值范圍為0.02～0.05Vgdmaxε2為0.2～0.3Vgdmax。
2.按權(quán)利要求所述方法構(gòu)成的裝置，包括比較器1，無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)2，電磁鐵3，位移變送器4，調(diào)節(jié)閥5，滑閥6、7、8，油動(dòng)機(jī)9，其特征在于所述比較器1，由三個(gè)具有不同死區(qū)閥值ε1、ε2、ε3比較器1-1、1-2、1-3構(gòu)成。它們分別通過(guò)三個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)2-1、2-2、2-3來(lái)控電磁鐵3-1、3-2、3-3的導(dǎo)通與斷開，電磁鐵3-1、3-2分別控制小滑閥6、7，電磁鐵3-3控制大滑閥8，三個(gè)滑閥的輸出均與油動(dòng)機(jī)9的活塞位置調(diào)節(jié)輸入相連接。
全文摘要
一種汽輪機(jī)開關(guān)量電子液壓控制方法及裝置，主要特征在于采用具有開關(guān)特性的比較器將模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，并通過(guò)電磁鐵和滑閥實(shí)現(xiàn)對(duì)油動(dòng)機(jī)活塞位置的閉環(huán)控制，本發(fā)明方法與裝置對(duì)油質(zhì)要求低，不易發(fā)生卡澀現(xiàn)象，控制靈敏度等性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，成本低，耗油量少，可適用于各種不同用途的汽輪機(jī)，并可將微機(jī)與本裝置連接，從而實(shí)現(xiàn)更理想的控制。
文檔編號(hào)F01D17/00GK1056337SQ9010260
公開日1991年11月20日 申請(qǐng)日期1990年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月3日
發(fā)明者徐基豫, 于達(dá)仁 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)