汽輪機(jī)純電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部 分，是機(jī)組自動(dòng)化的基本內(nèi)容之一。目前汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)有，透平油DEH系統(tǒng)和高壓抗燃油DEH系統(tǒng)。電液轉(zhuǎn)換裝置是DEH系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，目前透平油DEH系統(tǒng)主要采用的電液轉(zhuǎn)換裝置有DDV閥和REXA執(zhí)行器，DDV閥易受油質(zhì)污染，對(duì)油質(zhì)的要求相對(duì)較高，已是DEH系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。為提高機(jī)組自動(dòng)化水平、進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高電液轉(zhuǎn)換裝置和系統(tǒng)的抗污染能力，根據(jù)各類汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用以自容式執(zhí)行器(REXA執(zhí)行器)為轉(zhuǎn)換裝置，組成無(wú)液壓控制工質(zhì)的汽輪機(jī)REXA執(zhí)行器DEH系統(tǒng)。

1、概況

　　DDV閥為MOOG公司生產(chǎn)的直接驅(qū)動(dòng)式伺服閥，這種閥用集成電路實(shí)現(xiàn)閥芯位置的閉環(huán)控制。由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，價(jià)格相對(duì)較低，在低壓透平油DEH系統(tǒng)發(fā)展中曾得到較為廣泛的應(yīng)用。REXA執(zhí)行器作為電液轉(zhuǎn)換器的引進(jìn)，在DEH系統(tǒng)發(fā)展中起到了革新的作用，REXA執(zhí)行器無(wú)需外供控制油源，由于提高了油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門(mén)的跟蹤力，利于防止滑閥卡澀，提高了系統(tǒng)抗油質(zhì)污染能力。因而對(duì)透平油供油系統(tǒng)的油質(zhì)清潔度無(wú)特殊要求，與機(jī)組常規(guī)油質(zhì)清潔度標(biāo)準(zhǔn)相同。REXA執(zhí)行器大大簡(jiǎn)化了DEH系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，得到用戶的廣泛認(rèn)可，并得到廣泛的應(yīng)用。

2、兩種液壓系統(tǒng)的工作原理

　　2.1、DDV閥電液放大機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及原理

　　DDV閥電液伺服放大機(jī)構(gòu)由DDV閥、精密濾油器、可調(diào)節(jié)流閥等液壓設(shè)備組成。如圖1所示，壓力油經(jīng)過(guò)精密雙筒濾油器進(jìn)入DDV閥，雙冗余的LVDT作為油動(dòng)機(jī)行程反饋信號(hào)，與DEH閥位指令比較運(yùn)算，經(jīng)過(guò)伺服卡將信號(hào)放大，作用于DDV閥。DDV閥將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤盒盘?hào)，改變油動(dòng)機(jī)脈動(dòng)油壓(P)，從而改變錯(cuò)油門(mén)的位置使油動(dòng)機(jī)動(dòng)作，通過(guò)LVDT反饋形成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)度的控制。OPC電磁閥動(dòng)作時(shí)，快速泄放脈動(dòng)油，油動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉功能。同時(shí)，脈動(dòng)油與危急遮斷滑閥連接，機(jī)組跳閘時(shí)同時(shí)泄放脈動(dòng)油，快速關(guān)閉調(diào)門(mén)，實(shí)現(xiàn)停機(jī)。

　　2.2、REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

圖1 DDV閥電液伺服放大機(jī)構(gòu)原理圖

　　2.2.1、REXA執(zhí)行器

　　REXA執(zhí)行器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力輸出的轉(zhuǎn)換裝置，是該系統(tǒng)改造的關(guān)鍵設(shè)備，REXA執(zhí)行器是美國(guó)REXA公司生產(chǎn)的智能型機(jī)、電、液一體化執(zhí)行器(簡(jiǎn)稱REXA執(zhí)行器)，由控制器和動(dòng)力模塊兩部分組成，圖2為REXA執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖。由智能可控電機(jī)和獨(dú)立的、封閉的、無(wú)閥液壓控制系統(tǒng)組成。采用高度集成化、模塊化、小型化設(shè)計(jì)，所有組件內(nèi)部集成，一體化結(jié)構(gòu)。智能可控電機(jī)接受控制模塊的功能指令，控制動(dòng)力模塊，以線性位移大力矩輸出驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，同時(shí)通過(guò)自身位移反饋，完成調(diào)節(jié)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)各種功能控制。

　　2.2.2、REXA執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

圖2 REXA執(zhí)行器示意圖

1-DEH控制信號(hào);2-可編程鍵盤(pán);3-控制箱;4-電源;5-反饋傳感器;6-伺服電機(jī);7-動(dòng)力組件;8-油缸;9-輸出端

　　REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由REXA執(zhí)行器、杠桿反饋機(jī)構(gòu)、錯(cuò)油門(mén)和油動(dòng)機(jī)組成。如圖3所示，杠桿一端通過(guò)滑動(dòng)鉸鏈與油動(dòng)機(jī)活塞桿聯(lián)接，杠桿另一端與通過(guò)鉸鏈與錯(cuò)油門(mén)滑閥控制連桿聯(lián)接，控制連桿作用在錯(cuò)油門(mén)滑閥上部，REXA執(zhí)行器通過(guò)鉸鏈作用在近于控制連桿側(cè)的杠桿上。固定的壓力油作用在錯(cuò)油門(mén)滑閥下部。

　　2.2.3、REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理

圖3 REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖

　　機(jī)組加負(fù)荷時(shí)，REXA執(zhí)行器接受DEH控制信號(hào)向上動(dòng)作，杠桿以油動(dòng)機(jī)活塞桿為支點(diǎn)，帶動(dòng)控制連桿向上移動(dòng)，錯(cuò)油門(mén)滑閥在其下部高壓油的作用下跟隨上移偏離中間位置，使油動(dòng)機(jī)在壓力油的作用下向開(kāi)啟方向位移，控制調(diào)速汽門(mén)，在油動(dòng)機(jī)向上動(dòng)作的過(guò)程中，杠桿以REXA執(zhí)行器為支點(diǎn)，帶動(dòng)控制連桿下移，使錯(cuò)油門(mén)滑閥回中，完成加負(fù)荷過(guò)程。減負(fù)荷過(guò)程相反。機(jī)組甩負(fù)荷或緊急停機(jī)時(shí)，通過(guò)OPC電磁閥及過(guò)渡閥迅速泄放錯(cuò)油門(mén)滑閥下部油壓，錯(cuò)油門(mén)滑閥在其上、下油壓差的作用下，以及在REXA執(zhí)行器置零、向減負(fù)荷方向快速動(dòng)作的過(guò)程中，使其迅速偏離中間位置，關(guān)閉調(diào)速汽門(mén)，抑制機(jī)組轉(zhuǎn)速的過(guò)渡飛升。

3、 兩種液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較

　　3.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較

　　REXA執(zhí)行器為自容式、閉式循環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，無(wú)需外供控制油源，無(wú)需油凈化裝置等，通過(guò)杠桿形成剛性反饋結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。REXA執(zhí)行器接受4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，不需要伺服放大板卡，與任何控制系統(tǒng)都能兼容。

　　從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖看，DDV閥液壓系統(tǒng)明顯要繁雜，系統(tǒng)附有濾油裝置、冗余LVDT、可調(diào)節(jié)流閥、伺服卡等設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

　　3.2、抗油質(zhì)污染能力比較

　　REXA執(zhí)行器無(wú)需外供控制油源，由于提高了油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門(mén)的跟蹤力，利于防止滑閥卡澀，提高了系統(tǒng)抗油質(zhì)污染能力。因而對(duì)透平油供油系統(tǒng)的油質(zhì)清潔度無(wú)特殊要求，與機(jī)組常規(guī)油質(zhì)清潔度標(biāo)準(zhǔn)相同。

　　采用DDV閥作為電液轉(zhuǎn)換器的電液放大執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需外供控制油源，由于DDV閥受內(nèi)部結(jié)構(gòu)的制約，對(duì)油質(zhì)要求相對(duì)較高，易受油質(zhì)污染，發(fā)生卡澀、拒動(dòng)，并可致使執(zhí)行機(jī)構(gòu)擺動(dòng)、突關(guān)、突開(kāi)或拒動(dòng)等故障，因而，系統(tǒng)抗油質(zhì)污染能力相對(duì)較弱。

　　3.3、抗油源波動(dòng)干擾能力比較

　　REXA執(zhí)行器液壓系統(tǒng)為機(jī)械力傳遞控制信號(hào)的力平衡系統(tǒng)，無(wú)傳統(tǒng)液壓放大機(jī)構(gòu)脈動(dòng)油傳遞控制信號(hào)，為無(wú)液壓控制工質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在錯(cuò)油門(mén)滑閥下部設(shè)置固定的高壓油，作用在錯(cuò)油門(mén)滑閥下部的油壓作用力，遠(yuǎn)大于作用在滑閥上部的油壓作用力，滑閥的靜態(tài)平衡僅受控于REXA執(zhí)行器的輸出力，系統(tǒng)油壓的波動(dòng)對(duì)滑閥的靜態(tài)平衡無(wú)任何影響。因而具有較高的抗油壓干擾能力和工作穩(wěn)定性。

　　DDV閥電液放大執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用脈動(dòng)油傳遞控制信號(hào)，LVDT彈性反饋系統(tǒng)，要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定的工作油源，因而，抗油壓干擾能力相對(duì)較差。

　　3.4、定位精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性比較

　　圖4為DDV閥液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖，圖5為REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖。

圖4 DDV閥液壓放大執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖

圖5 REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖

　　如圖所示，在DDV閥電液伺服閥液壓放大執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，其電液轉(zhuǎn)換裝置在油動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)的環(huán)內(nèi)，而REXA力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液轉(zhuǎn)換裝置在油動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)的環(huán)外，REXA執(zhí)行器的位置輸出僅受控于DEH控制器，與油動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)環(huán)內(nèi)的工作狀態(tài)無(wú)關(guān)，因而，對(duì)轉(zhuǎn)換裝置響應(yīng)速度的要求相對(duì)較低，所以REXA執(zhí)行器的響應(yīng)速度遠(yuǎn)能夠滿足DEH的各種控制功能，并且在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)完全可以滿足機(jī)組一次調(diào)頻和孤網(wǎng)運(yùn)行等特殊工況的要求。由于力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用杠桿反饋、大力矩平衡系統(tǒng)，力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)似為剛性結(jié)構(gòu)，定位精度不受機(jī)械摩擦、電源、油壓及油溫等條件的影響。另外，REXA執(zhí)行器出現(xiàn)任何故障，油動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)均不受影響，仍能穩(wěn)定維持閥位。因而，REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有高定位精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)以及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高等特點(diǎn)。

　　DDV閥液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位精度易受機(jī)械摩擦、電源、油壓、油溫等條件的影響，其必須具有高的響應(yīng)速度，才能與油動(dòng)機(jī)的速度相匹配，滿足油動(dòng)機(jī)的正常工作。DDV閥就響應(yīng)速度而言，完全滿足系統(tǒng)要求，這也是DDV閥的基本特點(diǎn)。

　　從圖4方框圖可以看出，DDV閥一旦發(fā)生故障，會(huì)使油動(dòng)機(jī)全關(guān)而甩負(fù)荷，特殊情況還會(huì)導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)全開(kāi)而超負(fù)荷。對(duì)發(fā)生故障的DDV閥進(jìn)行處理和調(diào)整時(shí)，會(huì)對(duì)油動(dòng)機(jī)造成擾動(dòng)，所以需要拆下來(lái)檢修，而一旦拆除DDV閥，油動(dòng)機(jī)就會(huì)全關(guān)，所以，必須要停機(jī)處理。

　　3.5、系統(tǒng)調(diào)試、維護(hù)工作的比較

　　REXA執(zhí)行器DEH液壓系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間約0.5個(gè)工作日，日常免維護(hù)。而DDV閥液壓系統(tǒng)在調(diào)試階段需要反復(fù)調(diào)整和校正油壓，所以，調(diào)試時(shí)間至少需要3個(gè)工作日，而且需要經(jīng)常更換濾芯等繁雜的日常維護(hù)。

　　REXA執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)在線維修或更換，DDV閥電液伺服液壓放大執(zhí)行機(jī)構(gòu)尚不能實(shí)現(xiàn)DDV閥的在線維修或更換。

　　3.6、自動(dòng)保位功能

　　當(dāng)DEH控制器故障、控制系統(tǒng)失電或REXA執(zhí)行器故障時(shí)，REXA執(zhí)行器具有自動(dòng)保位功能，保持閥位不變，并具有在就地通過(guò)旋轉(zhuǎn)REXA執(zhí)行器本體上的手輪，手動(dòng)調(diào)整REXA執(zhí)行器的閥位，進(jìn)而調(diào)整調(diào)門(mén)的開(kāi)度，滿足運(yùn)行工況的要求。因而，在控制系統(tǒng)故障工況下，仍能保證機(jī)組正常發(fā)供電。而且，在故障保位期間，當(dāng)停機(jī)或甩負(fù)荷指令到達(dá)時(shí)，仍然可以正常執(zhí)行調(diào)門(mén)快關(guān)保護(hù)。

　　DDV閥電液伺服液壓放大執(zhí)行機(jī)構(gòu)尚不具有保位功能和就地操作功能，任何故障均需要停機(jī)處理，增加發(fā)電廠非計(jì)劃停機(jī)的概率。

4、實(shí)際應(yīng)用比較

　　采用REXA執(zhí)行器作為電液轉(zhuǎn)換裝置的DEH系統(tǒng)，在新機(jī)組的設(shè)計(jì)和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造中已被廣泛應(yīng)用。目前，已經(jīng)有上百套成功應(yīng)用業(yè)績(jī)。而且REXA執(zhí)行器在高壓抗燃油系統(tǒng)改造中也得到很好的應(yīng)用，取得良好的效果。以下為電廠實(shí)際應(yīng)用案例介紹：

　　某熱電廠5、6、7號(hào)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的100MW凝汽式汽輪機(jī)，5、6號(hào)機(jī)組采用REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、FOXBORO分散控制系統(tǒng)組件控制器、透平油DEH系統(tǒng)，7號(hào)機(jī)組采用以DDV閥為電液轉(zhuǎn)換裝置、FOXBORO分散控制系統(tǒng)組件控制器、透平油DEH系統(tǒng)。該廠對(duì)兩種類型的系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為：5、6號(hào)機(jī)組DEH系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高;對(duì)油質(zhì)無(wú)要求，維護(hù)工作量小;REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝完畢即可投入運(yùn)行，調(diào)整工作量小;7號(hào)機(jī)組調(diào)整、維護(hù)工作量大，在機(jī)爐協(xié)調(diào)運(yùn)行方式下DEH系統(tǒng)擺動(dòng)，限制了機(jī)爐協(xié)調(diào)運(yùn)行方式的正常投入。通過(guò)比較分析，7號(hào)機(jī)組于2007年采用REXA執(zhí)行器力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)取代了DDV閥，對(duì)DDV閥DEH系統(tǒng)進(jìn)行了改造。取得了預(yù)期的改造效果。

5、結(jié)論

　　DDV閥DEH液壓系統(tǒng)，在油質(zhì)維護(hù)良好及系統(tǒng)油壓平穩(wěn)的情況下，可以保證機(jī)組的良好運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)DEH的各項(xiàng)功能。但是，一旦出現(xiàn)油質(zhì)下降、油壓波動(dòng)以及電信號(hào)干擾的情況，系統(tǒng)就會(huì)不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生，而且其系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)量大、抗污染能力差以及無(wú)法實(shí)現(xiàn)保位及在線更換等，這些因素制約了它的進(jìn)一步發(fā)展。

　　相反，REXA執(zhí)行器作為一種新型的電液轉(zhuǎn)換器，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐中不斷得到驗(yàn)證，它的應(yīng)用提高了DEH系統(tǒng)的各項(xiàng)品質(zhì)，為DEH系統(tǒng)的發(fā)展注入了新的活力。