PAGEPAGE4汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)一、前言現(xiàn)代化鋼鐵廠高爐配套鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備，它決定高爐的產(chǎn)量和質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，鼓風(fēng)機(jī)達(dá)到高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，汽動鼓風(fēng)機(jī)的成功運(yùn)用對企業(yè)的能源利用和降低成本起著很大的作用,如九鋼高爐鼓風(fēng)機(jī)站采用了汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的動力來源于與之配套的鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽，高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入鍋爐燃燒產(chǎn)生高溫蒸汽。二、汽輪機(jī)的技術(shù)參數(shù)三、汽輪機(jī)控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)主要包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)（TSI）保護(hù)系統(tǒng)（ETS）等。1、調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有轉(zhuǎn)速傳感器，WOODWARD505電子調(diào)速器，電液轉(zhuǎn)換器，油動機(jī)和調(diào)節(jié)氣閥組成，WOODWARD505電子調(diào)速器同時接受到兩個轉(zhuǎn)速傳感器變送的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號，將接收到的轉(zhuǎn)速信號與轉(zhuǎn)速設(shè)定值進(jìn)行比較后輸出執(zhí)行信號（4-20mA電流）再經(jīng)電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二次油壓（1.5-4.5bar），二次油壓通過油動機(jī)操縱調(diào)節(jié)氣閥，調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。a.轉(zhuǎn)速傳感器本工程中采用的是電渦流轉(zhuǎn)速傳感器,電渦流轉(zhuǎn)速傳感器是一種非接觸式的線性化測量工具。它建立在渦流效應(yīng)的原理上，其工作過程是，當(dāng)被測金屬傳動軸與探頭之間距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的電感量發(fā)生變化，電感量的變化引起了振蕩器的振蕩電壓幅度變化，這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)檢波，濾波和線性較正后變成了與位移成正比的電壓量。工程中采用的DWQZ系列電渦流傳感器是由探頭、延伸電纜、前置器以及被測體構(gòu)成基本工作系統(tǒng)。前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜進(jìn)入探頭，在探頭的頭部線圈中產(chǎn)生交磁場。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱之為電渦流。與此同時該電渦流也產(chǎn)生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，件，它能將微弱的電氣信號通過液壓放大轉(zhuǎn)換成具有相當(dāng)大作用力的位移輸出，通過它可以對汽輪機(jī)電液調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動機(jī)實現(xiàn)自動精確的位置控制。SVA9型電液轉(zhuǎn)換器工作原理如下：鋼磁在氣隙中形成固定磁場，當(dāng)動圈繞組中有控制電流通過時，動圈在氣隙磁場中受電磁力的作用，此電磁力克服彈簧力使動圈及控制滑閥產(chǎn)生與控制電流成比例的位移。電液壓力油從P口進(jìn)入，流經(jīng)控制滑閥與隨動活塞的上下可變節(jié)流口，由T口回油。油源壓力直接作用在隨動活塞下腔，使之始終有一個向上的恒力，而上下節(jié)流口間的控制油壓則作用在隨動活塞上腔（被控腔），使之產(chǎn)生一個向下的推力。隨動活塞上腔面積設(shè)計成是下腔面積的兩倍，因此當(dāng)控制滑閥靜止時，隨動活塞自動地穩(wěn)定在一個平衡位置，在這個位置上，上、下節(jié)流口的過流面積相等，上腔控制油壓剛好等于下腔油源壓力的一半，使作用在隨動活塞兩端的液壓推力相等。輸入正向電流時，動圈帶動控制滑閥向下移動，上節(jié)流口關(guān)小，下節(jié)流口開大，從而使上腔油壓升高，推力加大，推動隨動活塞下移，直至隨動活塞位移等于動圈與控制滑閥位移量時，上、下節(jié)流口過流面積相等，隨動活塞兩端的推力恢復(fù)相等，隨動活塞兩端推力在新的位置恢復(fù)平衡，輸入負(fù)向電流時，動圈帶動控制滑閥向上移動，下節(jié)流口關(guān)小，上節(jié)流口開大，從而使上腔油壓降低，推力減小，隨動活塞在下腔恒力的作用下上移，直至再度達(dá)到新的平衡。

d.油動機(jī)油動機(jī)是調(diào)節(jié)氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它將由電液轉(zhuǎn)換器輸入的二次油信號轉(zhuǎn)換為有足夠作功能力的行程輸出以操縱調(diào)節(jié)閥，控制汽輪機(jī)進(jìn)氣。油動機(jī)是斷流雙作用往復(fù)式油動機(jī)，以汽輪機(jī)油為工作介質(zhì)，動力油用0～0.8Mps的壓力油。油動機(jī)的結(jié)構(gòu)油動機(jī)的工作原理：

液壓伺服系統(tǒng)有兩個功能：一是控制閥門的開度，二是伺服機(jī)構(gòu)、閥門系統(tǒng)的快速卸載，即閥門的快關(guān)功能。對于連續(xù)型油動機(jī)，其閥門的開度控制是一個典型的閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。當(dāng)遮斷電磁閥失電時，控制油通過遮斷電磁閥進(jìn)入卸載閥上腔，在卸載閥上腔建立起安全油壓，卸載閥關(guān)閉。油動機(jī)工作準(zhǔn)備就緒。電液轉(zhuǎn)換器送來的閥位控制信號通過伺服放大器傳到伺服閥，使其通向負(fù)載的閥口打開，高壓油進(jìn)入油缸下腔，使活塞上升并在活塞端面形成與彈簧相適應(yīng)的負(fù)載力。由于位移傳感器(LVDT2只，冗余配置)的拉桿與活塞連接，所以活塞的移動便由位移傳感器產(chǎn)生位置信號，該信號通過解調(diào)器反饋到伺服放大器的輸入端，直到與閥位指令相平衡時，伺服閥回到零位，遮斷其進(jìn)油口和排油口，活塞停止運(yùn)動。此時蒸汽閥門已經(jīng)開到了所需要的開度，完成了電信號———液壓力———[wiki]機(jī)械[/wiki]位移的轉(zhuǎn)換過程。隨著閥位指令信號有規(guī)律的變化，油動機(jī)不斷地調(diào)節(jié)蒸汽閥門的開度。

卸載閥裝在油動機(jī)的控制集成塊上。正常工作時，閥芯將負(fù)載壓力、回油壓力和安全油壓力分開，當(dāng)急需汽輪機(jī)機(jī)組停機(jī)時，安全系統(tǒng)動作，安全油壓下降至零，卸載閥在油動機(jī)活塞下油壓的作用下打開，這時油動機(jī)活塞下油壓的壓力迅速下降，油動機(jī)活塞在閥門操縱座彈簧緊力下迅速下降。油動機(jī)活塞下的油液通過卸載閥向油動機(jī)活塞上腔轉(zhuǎn)移，多余的油液則通過單向閥流回油箱，使閥門快速關(guān)閉。f.調(diào)節(jié)氣閥調(diào)節(jié)氣閥的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)氣閥的作用是按照控制單元的指令改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，以使機(jī)組受控參數(shù)（功率或轉(zhuǎn)速、進(jìn)汽壓力、背壓等）符合運(yùn)行要求。2.監(jiān)測系統(tǒng)（TSI）汽輪機(jī)的在線保護(hù)方法（TSI）系統(tǒng),汽輪機(jī)熱工監(jiān)視和保護(hù)系統(tǒng)以及由其所組成的信號報警系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)，是保護(hù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。隨著機(jī)組容量的增大，汽輪機(jī)安全監(jiān)視和保護(hù)就顯得更加重要，同時對汽輪機(jī)的安全監(jiān)視和保護(hù)裝置動作的準(zhǔn)確性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期設(shè)計的保護(hù)系統(tǒng)大多為繼電器及硬件邏輯搭接的，可靠性較差，維護(hù)量較大。汽輪機(jī)振動及監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)是為了監(jiān)視汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中主軸和軸承的振動狀況及大軸彎曲而設(shè)計的，它由振動監(jiān)視組件，速度監(jiān)視組件和偏心監(jiān)視組件三部分組成，每個部分可由用戶的需要提供若干組件，以完成用戶需要監(jiān)視的測點。其中監(jiān)視振動組件和偏心監(jiān)視組件配渦流傳感器，用來監(jiān)視主軸的振動狀況，渦流傳感器的輸出信號大小為4—20V，它是一個含有直流分量的交流信號，速度監(jiān)視組件配電磁式傳感器，用來監(jiān)視軸瓦的振動情況。a.振動監(jiān)視組件：振動監(jiān)視組件是以單片機(jī)為核心研制的,單片機(jī)采用目前市場上先進(jìn)的8098單片機(jī)，8098單片機(jī)具有處理速度快，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好等優(yōu)點，本工程中監(jiān)測分析與故障診斷軟件系統(tǒng)”在仿真機(jī)上運(yùn)行，能對仿真機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視，也能通過實時數(shù)據(jù)庫與實際機(jī)組的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，對實際運(yùn)行機(jī)組工作狀況進(jìn)行監(jiān)測和分析等，大大的提高了系統(tǒng)的安全性能。對旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，衡量其全面的機(jī)械情況，轉(zhuǎn)子徑向振動振幅，是一個最基本的指標(biāo)，很多機(jī)械故障，包括轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、軸承磨損、轉(zhuǎn)子裂紋以及磨擦等都可以根據(jù)振動的測量進(jìn)行探測。轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件，旋轉(zhuǎn)機(jī)械能否正常工作主要決定于轉(zhuǎn)子能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)然，轉(zhuǎn)子的運(yùn)動不是孤立的，它是通過軸承支承在軸承座及機(jī)殼與基礎(chǔ)上，構(gòu)成了轉(zhuǎn)子－支承系統(tǒng)。一般情況下，油膜軸承具有較大的軸承間隙。因此軸頸的相對振動比之軸承座的振動有顯著的差別。特別是當(dāng)支撐系統(tǒng)（軸承座、箱體及基礎(chǔ)等）的剛度相對來說比較硬時（或者說機(jī)械阻抗較大），軸振動可以比軸承座振動大幾倍到幾十倍，由此，大多數(shù)振動故障都直接與轉(zhuǎn)子運(yùn)動有關(guān)。因此從轉(zhuǎn)子運(yùn)動中去監(jiān)視和發(fā)現(xiàn)振動故障，比從軸承座或機(jī)殼的振動提取信息更為直接和有效。所以，目前軸振的測量越來越重要，軸振動的測量對機(jī)器故障診斷是非常有用的。例如，根據(jù)振動學(xué)原理，由X、Y方向振動合成可得到軸心軌跡。在測量軸振時，常常把渦流探頭裝在軸承殼上，探頭與軸承殼變?yōu)橐惑w，因此所測結(jié)果是軸相對于軸承殼的振動。由于軸在垂直方向與水平方向并沒有必然的內(nèi)在聯(lián)系，亦即在垂直方向（Y方向）的振動已經(jīng)很大，而在水平方向（X方向）的振動卻可能是正常的，因此，在垂直與水平方向各裝一個探頭。由于水平中分面對安裝的影響，實際上兩個探頭安裝保證相互垂直即可，當(dāng)傳感器端部與轉(zhuǎn)軸表面間隙變化時的傳感器輸出一交流信號給板件，板件計算出間隙變化（即振動）峰-峰（P-P）值。機(jī)組軸振的測量范圍：0～400μm；報警值：125μm；停機(jī)值：250μm。b.速度監(jiān)視組件：機(jī)器轉(zhuǎn)速的測量，長期以來已成為一項必須進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)程序，轉(zhuǎn)速值顯示是汽輪機(jī)組開車、停車以及穩(wěn)定運(yùn)行時的重要參數(shù)，并且振動值與機(jī)器轉(zhuǎn)速的相關(guān)性對最終分析機(jī)器性能十分重要。例如：在機(jī)器停車過程中，轉(zhuǎn)速突然下降，會意味著機(jī)器內(nèi)部存在著大面積的金屬摩碰。而零轉(zhuǎn)速是預(yù)先設(shè)定的軸旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)運(yùn)行的機(jī)器需停車時，機(jī)器轉(zhuǎn)速達(dá)到零轉(zhuǎn)速設(shè)置點，繼電器觸點動作，使盤車齒輪嚙合，使軸持續(xù)慢速旋轉(zhuǎn)，來防止軸產(chǎn)生彎曲，以避免在接踵而來的開車中由于軸彎曲對機(jī)器造成損壞。測量鏈由兩只裝于前箱正對60（或134）齒盤的傳感器和板件組成，當(dāng)機(jī)器旋轉(zhuǎn)時，齒盤的齒頂和齒底經(jīng)過探頭，探頭將周期地改變輸出信號，即脈沖信號，板件接收到此脈沖信號進(jìn)行計數(shù)、顯示，與設(shè)定值比較后，驅(qū)動繼電器接點輸出。轉(zhuǎn)速的測量范圍：0～5000rpm；零轉(zhuǎn)速設(shè)定值：小于4rpm；轉(zhuǎn)速報警值：3240rpm。超速是最危險的情況之一，如不加以控制，會造成機(jī)組重大的事故，導(dǎo)致飛車的危險。最壞的超速情況之一是機(jī)組甩負(fù)荷時，造成轉(zhuǎn)速飛升。機(jī)組甩負(fù)荷時轉(zhuǎn)速飛升小于108％額定轉(zhuǎn)速，否則應(yīng)自動打閘停機(jī)。超速保護(hù)應(yīng)具有快速響應(yīng)和錯誤冗余表決邏輯，因此本測量鏈采用“三取二”方式，由三只裝于前箱、正對于60齒盤的渦流傳感器和三塊轉(zhuǎn)速表組成，設(shè)定值為3300rpm。與轉(zhuǎn)速測量同樣的原理，轉(zhuǎn)速值＝（脈沖頻率/齒數(shù)）×60。各機(jī)組超速的測量范圍：0～5000rpm。c.偏心監(jiān)視組件:轉(zhuǎn)子的偏心位置，也叫做軸的徑向位置，是指轉(zhuǎn)子在軸承中的徑向平均位置，在轉(zhuǎn)軸沒有內(nèi)部和外部負(fù)荷的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，轉(zhuǎn)軸會在油壓阻尼作用下，在設(shè)計確定的位置浮動，然而一旦機(jī)器承受一定的外部或內(nèi)部的預(yù)加負(fù)荷，軸承內(nèi)的軸頸就會出現(xiàn)偏心，其大小是由偏心度峰-峰值來表示，即軸彎曲正方向與負(fù)方向的極值之差。偏心的測量可用來作為軸承磨損，以及預(yù)加負(fù)荷狀態(tài)（如不對中）的一種指示；轉(zhuǎn)子偏心（在低轉(zhuǎn)速時的彎曲）測量是在啟動或停機(jī)過程中，必不可少的測量項目，它可使你能夠看到由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。偏心監(jiān)測板接受兩個渦流傳感器信號輸入，一個用于偏心的測量，另一個是鍵相器的測量，它用在峰-峰信號調(diào)節(jié)電路上。鍵相探頭觀察軸上的一個鍵槽，當(dāng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，就產(chǎn)生一個脈沖電壓，這個脈沖可用來控制計算峰-峰值。當(dāng)然，鍵相信號也可用來指示振動的相位，當(dāng)知道了測振探頭與鍵相探頭的夾角時，就可找出不平衡質(zhì)量的位置，即轉(zhuǎn)子高點的位置。這對軸的平衡是很重要的。機(jī)組偏心的測量范圍：0～100μm。報警值：大于原始值的30μm。

3、保護(hù)系統(tǒng)（ETS）ETS是汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的簡稱，ETS在工程應(yīng)用中的目的：當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行異常，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)無法控制汽輪機(jī)在正常范圍內(nèi)，為防止損害汽輪機(jī)，ETS使汽輪機(jī)跳閘，關(guān)閉所有的汽輪機(jī)進(jìn)汽閥。汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（ETS）主要保護(hù)的項目：a.凝汽器真空低保護(hù)由于凝汽器真空下降時往往不易立即找到原因，必須設(shè)置真空低保護(hù)裝置，一旦真空下降值超過允許極限時，保護(hù)裝置立即動作，實現(xiàn)緊急停機(jī)，以保護(hù)機(jī)組安全。b.汽輪機(jī)超速保護(hù)汽輪機(jī)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)速是由調(diào)速器自動控制并保持恒定的，當(dāng)負(fù)荷變動時，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，這時調(diào)速器便動作，調(diào)節(jié)氣閥的開度改變進(jìn)汽量，使轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速。汽輪機(jī)超速的原因是調(diào)速器工作不正常，不能起到控制轉(zhuǎn)速的作用。為了防止超速損傷機(jī)組一般裝設(shè)三套保護(hù)措施：B1.危急保安器超速保護(hù)裝置B2.附加超速保護(hù)裝置B3.電氣式超速保護(hù)裝置一般來講，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的110%時，電氣式超速保護(hù)裝置首先動作打開跳閘電磁閥，泄去ETS油，迅速關(guān)閉高中壓汽門，調(diào)速汽門，使汽輪機(jī)跳閘，以達(dá)到停機(jī)目的，如果此時電氣式超速保護(hù)裝置失靈，危急保安器超速保護(hù)裝置動作，泄去潤