CN104088674B - 一种汽轮机转速的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机转速的控制方法和装置，属于汽轮机领域。装置包括：传感器、控制器、步进电机和齿轮齿条机构，步进电机的输出轴与齿轮齿条机构连接，齿轮齿条机构与调节阀的阀芯连接，传感器用于，采集汽轮机的转速信号；控制器用于，根据传感器采集的转速信号，确定汽轮机的转速，比较汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果，并根据比较结果输出脉冲信号；步进电机用于，在控制器输出的脉冲信号作用下，驱动齿轮齿条机构运动。方法包括：采集汽轮机的转速信号；根据采集的转速信号，确定汽轮机的转速，比较汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果，根据比较结果调节调节阀的开度。本发明调节汽轮机的转速比较准确，避免汽轮机超速。

Description

一种汽轮机转速的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及汽轮机领域，特别涉及一种汽轮机转速的控制方法和装置。

背景技术

汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸汽的热能转化为机械功的旋转机械。汽轮机广泛应用于现代火力发电厂和船舶等领域。在汽轮机工作时，需实时监测和控制汽轮机的转速，避免汽轮机超速。

现有的汽轮机转速的控制装置主要包括，液压油缸、齿轮泵、活塞油缸和滑阀。活塞油缸的无杆腔上设有第一油口和第二油口。齿轮泵的进油口与液压油缸接通，齿轮泵的出油口与第一油口连通，齿轮泵的输入轴与汽轮机中高速齿轮箱的齿轮连接。第二油口通过滑阀与液压油缸连通。当饱和蒸汽通过调节阀进入汽轮机，并驱动汽轮机的高速齿轮箱的齿轮转动时，齿轮带动齿轮泵转动。齿轮泵不断向活塞油缸的无杆腔注入液压油。活塞将克服弹簧的回复力带动活塞杆向有杆腔移动。活塞杆与调节阀的阀芯连接，活塞杆将带动调节阀的阀芯朝一个方向移动，增大或减小调节阀的开度，使汽轮机的转速持续增大或减小。此时，人们调节滑阀的开度，使无杆腔中液压油通过第二油口排出至液压油缸，无杆腔中液压油压力减小，活塞将在弹簧的回复力作用下朝无杆腔移动，实现对调节阀开度的大小调节。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

第一、滑阀的阀芯容易受扰动因子(例如流通介质波动和外界环境)影响，发生移动，改变滑阀的开度，从而减小无杆腔中液压油压力，使调节阀开度发生改变。这样，给汽轮机转速的调节带来误差，并且，调节阀的阀芯移动次数频繁，增大了调节阀的不稳定性。第二、当调节阀开启过大时，汽轮机转速持续升高，这时需抽出无杆腔中液压油，以减小调节阀的开启。但是，无杆腔中液压油的抽出需花费一定的时间，那么，将调节阀调节至合适的开度需花费一定的时间，这时汽轮机速度仍在升高，最终将导致超速，发生危险。

发明内容

为了减小调节误差、增加调节阀的稳定性和避免汽轮机超速，本发明实施例提供了一种汽轮机转速的控制方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种汽轮机转速的控制装置，适用于通过调节阀调节输入所述汽轮机的饱和蒸汽的流量，所述装置包括：

传感器、控制器、步进电机和齿轮齿条机构，

所述步进电机的输出轴与所述齿轮齿条机构连接，所述齿轮齿条机构与所述调节阀的阀芯连接，

所述传感器用于，采集所述汽轮机的转速信号；

所述控制器用于，根据所述传感器采集的转速信号，确定所述汽轮机的转速，比较所述汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果，并根据所述比较结果输出脉冲信号；

所述步进电机用于，在所述控制器输出的脉冲信号作用下，驱动所述齿轮齿条机构运动；

所述齿轮齿条机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和齿条；所述步进电机的输出轴与所述第一齿轮的轴连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合连接，所述第二齿轮与所述第三齿轮同轴，所述第三齿轮与所述齿条啮合，所述齿条与所述阀芯固定连接；

所述控制器用于，根据所述传感器采集的转速信号，获取所述汽轮机的转速，比较所述汽轮机的转速与预置的转速；当所述汽轮机的转速小于预置的转速时，根据当前采集的汽轮机的转速信号和前次采集的汽轮机的转速信号，计算所述汽轮机当前的加速度，并判断所述汽轮机当前的加速度是否小于预置的加速度；当所述汽轮机当前的加速度小于所述预置的加速度时，输出正脉冲信号，以增大所述调节阀的开度；当所述汽轮机当前的加速度不小于所述预置的加速度时，输出负脉冲信号，以减小所述调节阀的开度；

所述传感器为激光传感器，所述汽轮机的输出轴外壁上沿径向方向均匀设有若干凸起，所述传感器设置在所述汽轮机的输出轴的罩壳上，且所述凸起设置在所述传感器的激光发射器与所述传感器的激光接收器之间。

可选地，所述步进电机的输出轴通过联轴器与所述第一齿轮的轴连接。

可选地，所述联轴器为鼓形齿式联轴器。

另一方面，提供了一种汽轮机转速的控制方法，采用前述装置实现，适用于通过调节阀调节输入所述汽轮机的饱和蒸汽的流量，所述方法包括：

采集所述汽轮机的转速信号；

根据采集的转速信号，确定所述汽轮机的转速，

比较所述汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果，

根据所述比较结果调节所述调节阀的开度；

所述根据所述比较结果调节所述调节阀的开度，包括：

当所述汽轮机的转速小于预置的转速时，根据当前采集的汽轮机的转速信号和前次采集的汽轮机的转速信号，计算所述汽轮机当前的加速度，并判断所述汽轮机当前的加速度是否小于预置的加速度；当所述汽轮机当前的加速度小于所述预置的加速度时，增大所述调节阀的开度；当所述汽轮机当前的加速度不小于所述预置的加速度时，减小所述调节阀的开度。

可选地，所述根据所述比较结果调节所述调节阀的开度，包括：

当所述汽轮机的转速大于所述预置的转速时，减小所述调节阀的开度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过控制器发出脉冲信号至步进电机，步进电机进行正转或反转，带动齿轮齿条机构运动，齿轮齿条机构运动时，移动调节阀的阀芯，从而改变调节阀的开度，调节汽轮机的转速；由于控制器、步进电机和齿轮齿条机构均不受扰动因子影响，因此，在调节汽轮机的转速时比较准确，调节精度较高，并增加了调节阀的稳定性；同时，由于是通过电信号控制步进电机转动，在调节汽轮机的转速时，响应比较快，花费时间少，避免汽轮机出现超速现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种汽轮机转速的控制装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种汽轮机转速的控制装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种汽轮机转速的控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的又一种汽轮机转速的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种汽轮机转速的控制装置，适用于通过调节阀调节输入汽轮机的饱和蒸汽的流量。参见图1，该控制装置包括：

传感器101、控制器102、步进电机103和齿轮齿条机构104。步进电机103的输出轴与齿轮齿条机构104连接，齿轮齿条机构104与调节阀的阀芯连接。

传感器101用于，采集汽轮机的转速信号。

控制器102与传感器101连接，用于根据传感器101采集的转速信号，确定汽轮机的转速，比较汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果，并根据比较结果输出脉冲信号。

步进电机103与控制器102连接，用于在控制器102输出的脉冲信号作用下，驱动齿轮齿条机构104运动。

本发明实施例通过控制器发出脉冲信号至步进电机，步进电机进行正转或反转，带动齿轮齿条机构运动，齿轮齿条机构运动时，移动调节阀的阀芯，从而改变调节阀的开度，调节汽轮机的转速；由于控制器、步进电机和齿轮齿条机构均不受扰动因子影响，因此，在调节汽轮机的转速时比较准确，调节精度较高，并增加了调节阀的稳定性；同时，由于是通过电信号控制步进电机转动，在调节汽轮机的转速时，响应比较快，花费时间少，避免汽轮机出现超速现象。

实施例二

本发明实施例提供了一种汽轮机转速的控制装置，参见图2，该装置适用于通过调节阀20调节输入汽轮机10的饱和蒸汽30的流量。该控制装置包括：

传感器201、控制器202、步进电机203和齿轮齿条机构204。步进电机203的输出轴与齿轮齿条机构204连接，齿轮齿条机构204与调节阀20的阀芯20a连接。

传感器201用于，采集汽轮机10的转速信号。

作为可选的实施方式，传感器201可以为激光传感器。其中，汽轮机10的输出轴外壁上沿径向方向均匀设有若干凸起，传感器201设置在汽轮机10的输出轴的罩壳上，且凸起设置在传感器201的激光发射器与传感器201的激光接收器之间。传感器201可以在汽轮机10的输出轴转动(罩壳不转动)时，检测从传感器201的激光发射器和激光接收器之间经过的凸起数量。汽轮机10的输出轴可以是汽轮机10中齿轮箱10a中大齿轮的轴。

控制器202与传感器201连接，用于根据传感器201采集的转速信号，确定汽轮机10的转速，比较汽轮机10的转速与预置的转速，得到比较结果，并根据比较结果输出脉冲信号。

其中，预置的转速可以是人工设定的所需的汽轮机10的转速。

作为可选的第一实施方式，控制器202用于，首先，根据传感器201采集的转速信号，确定汽轮机10的转速。例如，将传感器201在一分钟内检测到的凸起数量除以汽轮机10的输出轴上一圈的凸起数量，得到汽轮机10在一分钟内的转速。其次，比较汽轮机10的转速与预置的转速，当汽轮机10的转速大于预置的转速时，输出负脉冲信号，以减小调节阀20的开度。当汽轮机10的转速小于预置的转速时，根据当前采集的汽轮机10的转速信号和前次采集的汽轮机10的转速信号，计算汽轮机10当前的加速度，并判断汽轮机10当前的加速度是否小于预置的加速度。预置的加速度可以是人工设定的所需的汽轮机10的加速度。最后，当汽轮机10当前的加速度小于预置的加速度时，输出正脉冲信号，以增大调节阀20的开度；当汽轮机10当前的加速度不小于预置的加速度时，输出负脉冲信号，以减小调节阀20的开度。

通过当汽轮机10的转速小于预置的转速且当汽轮机10当前的加速度不小于预置的加速度时，减小调节阀20的开度；由于加速度可以衡量汽轮机10的增速比率，因此，通过加速度能够对汽轮机10的未来速度进行预判调节，实现对汽轮机10的保护，防止汽轮机10超速。

作为可选的第二实施方式，控制器202用于，首先，根据传感器201采集的转速信号，确定汽轮机10的转速。其次，比较汽轮机10的转速与预置的转速，当汽轮机10的转速小于预置的转速时，输出正脉冲信号，以增大调节阀20的开度；当汽轮机10的转速大于预置的转速时时，输出负脉冲信号，以减小调节阀20的开度。这样，控制器202可以对汽轮机10的转速进行实时控制，实时性好。

步进电机203与控制器202连接，用于在控制器202输出的脉冲信号作用下，驱动齿轮齿条机构204运动。

参见图2，齿轮齿条机构204包括第一齿2041、第二齿轮2042、第三齿轮2043和齿条2044。其中，步进电机203的输出轴与第一齿轮2041的轴连接，第一齿轮2041与第二齿轮2042啮合连接，第二齿轮2042与第三齿轮2043同轴，第三齿轮2043与齿条2044啮合，齿条2044与阀芯20a固定连接。

作为可选的实施方式，步进电机203的输出轴通过联轴器205与第一齿轮2041的轴连接。

其中，步进电机203的输出轴可以与联轴器205键连接。联轴器205可以与第一齿轮2041的轴键连接。作为可选的实施方式，联轴器205可以是鼓形齿式联轴器等精密联轴器。

其中，步进电机203通过脉冲信号控制，输入正脉冲信号时步进电机203正转，输入负脉冲信号时步进电机203反转。每接受一个脉冲信号，步进电机203就会转动一个精度的角度，并带动齿轮齿条机构204转动一定的角度。齿轮齿条机构204将转动转换为齿条2044的移动，最终带动阀芯20a移动，实现调节阀20的开度的调节。

本发明实施例通过控制器发出脉冲信号至步进电机，步进电机进行正转或反转，带动齿轮齿条机构运动，齿轮齿条机构运动时，移动调节阀的阀芯，从而改变调节阀的开度，调节汽轮机的转速；由于控制器、步进电机和齿轮齿条机构均不受扰动因子影响，因此，在调节汽轮机的转速时比较准确，调节精度较高，并增加了调节阀的稳定性；同时，由于是通过电信号控制步进电机转动，在调节汽轮机的转速时，响应比较快，花费时间少，避免汽轮机出现超速现象。

实施例三

本发明实施例提供了一种汽轮机转速的控制方法，适用于控制汽轮机的转速。其中，汽轮机与调节阀连通，调节阀用于调节输入汽轮机的饱和蒸汽的流量。参见图3，该方法包括：

步骤301，采集汽轮机的转速信号。

步骤302，根据采集的转速信号，确定汽轮机的转速。

步骤303，比较汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果。

步骤304，根据比较结果调节调节阀的开度。

本发明实施例通过控制器发出脉冲信号至步进电机，步进电机进行正转或反转，带动齿轮齿条机构运动，齿轮齿条机构运动时，移动调节阀的阀芯，从而改变调节阀的开度，调节汽轮机的转速；由于控制器、步进电机和齿轮齿条机构均不受扰动因子影响，因此，在调节汽轮机的转速时比较准确，调节精度较高，并增加了调节阀的稳定性；同时，由于是通过电信号控制步进电机转动，在调节汽轮机的转速时，响应比较快，花费时间少，避免汽轮机出现超速现象。

实施例四

本发明实施例提供了一种汽轮机转速的控制方法，适用于控制汽轮机的转速。其中，汽轮机与调节阀连通，调节阀用于调节输入汽轮机的饱和蒸汽的流量。参见图4，该方法包括：

步骤401，采集汽轮机的转速信号。

其中，可以采用图1或图2示出的装置中的传感器，采集汽轮机的转速信号。传感器可以在汽轮机的输出轴转动时，检测从传感器的激光发射器和激光接收器之间经过的凸起数量。

步骤402，根据采集的转速信号，确定汽轮机的转速。

其中，可以将传感器检测到的凸起数量除以汽轮机的输出轴上一圈的凸起数量，得到汽轮机的转速。

步骤403，比较汽轮机的转速与预置的转速。

当汽轮机的转速小于预置的转速时，执行步骤404；当汽轮机的转速大于预置的转速时，执行步骤407；当汽轮机的转速等于预置的转速时，退出本次流程。

步骤404，根据当前采集的汽轮机的转速信号和前次采集的汽轮机的转速信号，计算汽轮机当前的加速度。

步骤405，判断汽轮机当前的加速度是否小于预置的加速度。

当汽轮机当前的加速度小于预置的加速度时，执行步骤406；当汽轮机当前的加速度不小于预置的加速度时，执行步骤407。

步骤406：增大调节阀的开度。

步骤407：减小调节阀的开度。

在上述步骤403-步骤407中，可以通过图1或图2示出的装置中的控制器、联轴器和齿轮齿条机构实现。

本发明实施例通过控制器发出脉冲信号至步进电机，步进电机进行正转或反转，带动齿轮齿条机构运动，齿轮齿条机构运动时，移动调节阀的阀芯，从而改变调节阀的开度，调节汽轮机的转速；由于控制器、步进电机和齿轮齿条机构均不受扰动因子影响，因此，在调节汽轮机的转速时比较准确，调节精度较高，并增加了调节阀的稳定性；同时，由于是通过电信号控制步进电机转动，在调节汽轮机的转速时，响应比较快，花费时间少，避免汽轮机出现超速现象。

并且，通过计算汽轮机的加速度，并以加速度作为调节依据，由于通过加速度可以评估未来时刻汽轮机速度的变化，因此，以加速度作为调节依据，可以预防汽轮机转速的急剧增长，防止汽轮机超速。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽轮机转速的控制装置，适用于通过调节阀调节输入所述汽轮机的饱和蒸汽的流量，其特征在于，所述装置包括：

传感器、控制器、步进电机和齿轮齿条机构，

所述步进电机的输出轴与所述齿轮齿条机构连接，所述齿轮齿条机构与所述调节阀的阀芯连接，

所述传感器用于，采集所述汽轮机的转速信号；

所述控制器用于，根据所述传感器采集的转速信号，确定所述汽轮机的转速，比较所述汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果，并根据所述比较结果输出脉冲信号；

所述步进电机用于，在所述控制器输出的脉冲信号作用下，驱动所述齿轮齿条机构运动；

所述齿轮齿条机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和齿条；所述步进电机的输出轴与所述第一齿轮的轴连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合连接，所述第二齿轮与所述第三齿轮同轴，所述第三齿轮与所述齿条啮合，所述齿条与所述阀芯固定连接；

所述控制器用于，根据所述传感器采集的转速信号，获取所述汽轮机的转速，比较所述汽轮机的转速与预置的转速；当所述汽轮机的转速小于预置的转速时，根据当前采集的汽轮机的转速信号和前次采集的汽轮机的转速信号，计算所述汽轮机当前的加速度，并判断所述汽轮机当前的加速度是否小于预置的加速度；当所述汽轮机当前的加速度小于所述预置的加速度时，输出正脉冲信号，以增大所述调节阀的开度；当所述汽轮机当前的加速度不小于所述预置的加速度时，输出负脉冲信号，以减小所述调节阀的开度；

所述传感器为激光传感器，所述汽轮机的输出轴外壁上沿径向方向均匀设有若干凸起，所述传感器设置在所述汽轮机的输出轴的罩壳上，且所述凸起设置在所述传感器的激光发射器与所述传感器的激光接收器之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述步进电机的输出轴通过联轴器与所述第一齿轮的轴连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述联轴器为鼓形齿式联轴器。

4.一种汽轮机转速的控制方法，采用如权利要求1-3任一项所述的装置实现，适用于通过调节阀调节输入所述汽轮机的饱和蒸汽的流量，其特征在于，所述方法包括：

采集所述汽轮机的转速信号；

根据采集的转速信号，确定所述汽轮机的转速，

比较所述汽轮机的转速与预置的转速，得到比较结果，

根据所述比较结果调节所述调节阀的开度；

所述根据所述比较结果调节所述调节阀的开度，包括：

当所述汽轮机的转速小于预置的转速时，根据当前采集的汽轮机的转速信号和前次采集的汽轮机的转速信号，计算所述汽轮机当前的加速度，并判断所述汽轮机当前的加速度是否小于预置的加速度；当所述汽轮机当前的加速度小于所述预置的加速度时，增大所述调节阀的开度；当所述汽轮机当前的加速度不小于所述预置的加速度时，减小所述调节阀的开度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较结果调节所述调节阀的开度，包括：

当所述汽轮机的转速大于所述预置的转速时，减小所述调节阀的开度。