電站電動調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)是電站控制系統(tǒng)中較復(fù)雜、技術(shù)含量較高的一個閉環(huán)系統(tǒng)，由調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、線性轉(zhuǎn)換單元及控制反饋部件等組成。調(diào)節(jié)型自動控制閥隨著大型機(jī)組向高效、節(jié)能自動化方向的不斷改造，已被廣泛地應(yīng)用在機(jī)組汽輪機(jī)、鍋爐的旁路疏水、主給水、減溫減壓等非常重要的部件。而70、80年代的電站調(diào)節(jié)閥己不能適應(yīng)當(dāng)前自動控制的需要，必須選用適于當(dāng)前自動控制精度高、性能好、功能齊全的電站調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)加以代替。
1.電站電動調(diào)節(jié)閥當(dāng)前存在的主要問題
隨著國外大型機(jī)組的引進(jìn)和受國外先進(jìn)控制技術(shù)的影響，為提高國產(chǎn)大型機(jī)組的自動化控制水平，不斷引進(jìn)國際上先進(jìn)的控制系統(tǒng)(如DCS等)迸行自動化控制的改造，但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中又突出反映出被控單元的具體裝置之—。調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)所存在的如下3方面問題：
(1)傳統(tǒng)上采用的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于受北方低氣溫和氣源質(zhì)量等影響，控制系統(tǒng)的可靠性不十分理想，并且相關(guān)配套的氣源生產(chǎn)系統(tǒng)及閥位定位器、氣-電信號轉(zhuǎn)換裝置都給安裝、維護(hù)帶來很大的不便，資金投入也較高。
(2)階段改進(jìn)后，電動控制閥系統(tǒng)所采用的英國Rotork執(zhí)行器和美國Limitoque執(zhí)行器的機(jī)械連接(閥體與執(zhí)行器間連接)及與線性轉(zhuǎn)換等傳動機(jī)構(gòu)均存在磨損快、不耐用等缺陷，特別是與DCS接口聯(lián)接投入全自動以后，在動作頻繁的情況下，僅能正常使用2～3個月就發(fā)生卡閥及關(guān)閉不嚴(yán)等故障，調(diào)節(jié)線性不好、可靠性較差。
(3)上述兩種電動執(zhí)行器的軟件系統(tǒng)不完全適用黑龍杠省電廠的電動手動轉(zhuǎn)換等現(xiàn)場操作要求，特別是程序設(shè)定隨工況變化容易漂移，現(xiàn)場調(diào)試難度大，且集成板易燒損，備件昂貴，維護(hù)費(fèi)用較大。
通過上述問題分析可知，提高電站自動控制水平必須提高每個子系統(tǒng)的單元控制水平，才能使電站電動調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)為發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保證。
2.電站電動調(diào)書閥系統(tǒng)的改進(jìn)
自動控制調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)由閥門本體、PC控制、線性轉(zhuǎn)換和驅(qū)動調(diào)速4個部分組合而成，將其中3大主要部分分別解體進(jìn)行對比研究。
2.1 調(diào)節(jié)閥
按發(fā)電廠所用調(diào)節(jié)閥的要求，視具體情況而有所不同，從較平靜的低壓冷水流量調(diào)節(jié)到給水泵再循環(huán)的高壓降，對調(diào)節(jié)閥的要求就不一樣。的情況，就是繁重的操作條件引起很大噪音以及有強(qiáng)烈破壞力的磨損和氣蝕，這些情況偶爾失察，便會很快破壞閥內(nèi)件，令調(diào)節(jié)閥不能工作。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，上大的生產(chǎn)電站閥門的專業(yè)公司之———美國Fisher公司生產(chǎn)的控制調(diào)節(jié)閥具有耐腐蝕、消噪音、壽命長、內(nèi)件通用更換維修容易、調(diào)節(jié)特性好、適用范圍廣等特點(diǎn)，可為電力工業(yè)調(diào)節(jié)閥的特殊難題提供獨(dú)特而成效卓著的解決方法，故選定該公司的調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品作為基礎(chǔ)。
2.2電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)
對美國Limitoque、英國Rotork和德國Siemens3種品牌的電動執(zhí)行器進(jìn)行可靠性分析，確認(rèn)Siemens公司的SIPOS5型系列電動執(zhí)行器適合北方電廠使用。該系列電動執(zhí)行器集成了當(dāng)代電氣電子新技術(shù)，使以往利用機(jī)械部件完成的功能實(shí)現(xiàn)了電子控制，電子單元集成了變頻器。電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)，即閥門開關(guān)時間可調(diào)，并能實(shí)現(xiàn)終端位置的柔性接近以保護(hù)閥門。力矩可調(diào)，可以精確定位，減少往復(fù)運(yùn)動。自身有多種保護(hù)功能，并具有自診斷功能。但SIPOS5系列電動執(zhí)行器的PC控制軟件外方并不完全提供，使得現(xiàn)場的調(diào)試程序非常復(fù)雜。針對這種情況，認(rèn)真分析了PC控制原程序，重新編制了適合電廠現(xiàn)場操作的調(diào)試程序。
2.3線性轉(zhuǎn)換單元
以往國外自動控制調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)，不管是哪種先進(jìn)閥門與哪種先進(jìn)電動執(zhí)行器結(jié)合在一起，其每部分的自身設(shè)計(jì)都比較完善和先進(jìn)，大部分造成閥門損壞、卡死而引起系統(tǒng)停機(jī)等故障均是由一個不被引起重視的機(jī)械系統(tǒng)而引起的，即線性轉(zhuǎn)換單元裝置。氣動執(zhí)行器控制閥門是氣缸內(nèi)塞桿的直接往復(fù)運(yùn)動，而電動執(zhí)行器是由PC控制電機(jī)的變速轉(zhuǎn)動，必須把精確的轉(zhuǎn)矩變成精確的直線運(yùn)動，這在機(jī)械設(shè)計(jì)上也許是比較普通的傳動裝置設(shè)計(jì)，但在電站高溫高壓的管路系統(tǒng)上無論是潤滑、含油、密封、選件方面，還是傳動精度的長期保持性上都是個難題。
原有設(shè)計(jì)應(yīng)用的線性轉(zhuǎn)換傳動副是采用螺母、絲杠滑道夾板結(jié)構(gòu)，把電動執(zhí)行器輸出軸的旋動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(見圖1)，這種外露式簡單傳動副存在很多缺點(diǎn)，特別是輸出軸的旋動是由連接輸出軸和閥桿的夾板夾住滑道使旋動變?yōu)樯舷轮本€運(yùn)動，這樣輸出軸轉(zhuǎn)矩使夾板對滑道的側(cè)向力很大，使夾板與滑道在配合中產(chǎn)生很大的摩擦力，而滑道與夾板、絲杠與螺母之間無法添加潤滑劑，極易磨損，一般使用周期不超過1年，必須定時予以維護(hù)、更換，這就增加了維護(hù)工作量，同時也增加了維護(hù)、維修費(fèi)用。同時，由于電動執(zhí)行器的輸出軸與閥桿是簡單的機(jī)械連接，執(zhí)行器按自動控制系統(tǒng)給定信號而輸出的力矩往往發(fā)生偏差，不能精確地傳遞給閥桿，這樣也就不能精確地控制調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)整精度。而由電動執(zhí)行器PC反饋回DCS系統(tǒng)的信號也就不精確，致使自動控制效果差。
為解決由于電動執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥配套傳動部分無法潤滑、易磨損以及調(diào)節(jié)精度差、自動控制效果不好等問題，經(jīng)過對國外先進(jìn)技術(shù)吸收及對電站現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥存在問題的分析和研究，結(jié)合多年積累的經(jīng)驗(yàn)，研究設(shè)計(jì)了一套適用于黑龍江省使用的電站調(diào)節(jié)閥接口技術(shù)改進(jìn)方案，自行設(shè)計(jì)了一套電動執(zhí)行器與調(diào)節(jié)閥閥體接口用的線性轉(zhuǎn)換單元(見圖2)。其結(jié)構(gòu)原理是用聯(lián)接法蘭Ⅱ與電動執(zhí)行器相連，由花鍵軸接受其軸向運(yùn)動，通過兩個軸套將花鍵軸定位，使其不能做直線運(yùn)動，用鍵使連接軸在固定滑道內(nèi)做直線運(yùn)動?；ㄦI與連接軸通過螺母套連接，將花鍵軸的軸向運(yùn)動轉(zhuǎn)化為連接軸的直線運(yùn)動。聯(lián)接法蘭Ⅰ通過固定支架與閥桿相連，軸頭與連接軸相連，其上有一注油杯，可以隨時注入潤滑油。閥門閥桿與軸頭相連，使閥門開或閉來進(jìn)行調(diào)節(jié)。應(yīng)用新研制的接口技術(shù)生產(chǎn)的線性轉(zhuǎn)換單元具有如下特點(diǎn)：
(1)配合摩擦部件因密封在油脂中，解決了無法潤滑和易摩擦的問題，使用壽命大大延長。
(2)解決了螺母絲杠副與滑道夾板結(jié)構(gòu)間隙大的問題，進(jìn)一步提高了調(diào)節(jié)精度。
(3)解決了滑道夾板結(jié)構(gòu)傳動中閥桿擺動問題，傳動更平衡，延長了閥門的使用壽命。
(4)減少了維護(hù)次數(shù)，降低維護(hù)費(fèi)用。
3.電站電動調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)應(yīng)用與測試
通過對引進(jìn)技術(shù)的消化和對電站電動控制閥系統(tǒng)進(jìn)行的較深入的研究，形成了成型技術(shù)，并于1998年開始廣泛地應(yīng)用于電站減溫減壓系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)等。還對電動控制調(diào)節(jié)器閥整機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格完整的試驗(yàn)、檢測，有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：
基本誤差，土1.8%;
回差，1.0%;
死區(qū)，1.1%;
額定行程偏差，1.2%;
阻尼特性，無擺動;
工作環(huán)境，溫度-20～+60 ℃，
濕度，≥85%;
工作制式，S4/S5;
動作頻率 1200 C/h;
防護(hù)等級，IP67;
噪音水平<65dB; 開關(guān)速度范圍，12.5%～; 反饋精度≤0.5%; 輸入信號0～10mA或4～20mA; 反饋信號，4～20mA; 泄漏等級，ANSI IV。 結(jié)果證明可以達(dá)到電廠實(shí)際生產(chǎn)的要求，而且還達(dá)到或超過GB10869-89的要求。
4.電站電動調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析
對電站電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后與國內(nèi)外產(chǎn)品進(jìn)行了比較分析，見表。
(1)間接效益分析。按100臺計(jì)算，每年可直接節(jié)省維護(hù)費(fèi)用10萬元。
(2)直接效益分析。采用自行研制的線性轉(zhuǎn)換單元，每臺電動調(diào)節(jié)閥可節(jié)省5300多元，按100臺計(jì)算，每年可節(jié)省53萬元。
(3)社會效益分析。改進(jìn)后，延長了使用壽命，減少維護(hù)費(fèi)用，減少備品儲備;由于控制精度提高，避免了誤動、泄漏等現(xiàn)象，節(jié)約了水、汽等資源，成效顯著;調(diào)節(jié)閥PC控制部分與DCS系統(tǒng)接口比較先進(jìn)，自動化水平高，自動監(jiān)測反饋難確，使機(jī)組的自動化控制水平得以整體提高，保證了電廠的安全生產(chǎn)。
5.結(jié)束語
電站電動控制調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)經(jīng)改進(jìn)后自動控制精確，關(guān)斷嚴(yán)密，易于操作、檢修，維護(hù)費(fèi)用低，使關(guān)鍵、重要工位運(yùn)行的可靠性得到很大改善，且該系列產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價位適中，投入少，見效快，具有很好的推廣價值和應(yīng)用前景。
文章鏈接：http://www.klevalve.com/jsxw/1376.htm
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