CN109736903A - 多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，包括调速控制器、电液伺服阀、高压油动机、调节阀，所述调速控制器通过比较测量机组转速与设定转速后，输出控制值指令信号给电液伺服阀，由电液伺服阀驱动油缸活塞动作，进而控制高压油动机，改变油动机位移；所述高压油动机通过配汽机构连杆连接调节阀，由高压油动机通过配汽机构连杆驱动调节阀动作，实现调节阀开度，即汽轮机转速的调节。本发明结构简单，体积较小，应用方便。由于采用系列化的油动机，且可在控制程序中实现阀门重叠度的自由调整和组合，可以大幅缩短调速系统的设计周期，并降低调试的难度。该调速控制装置可以推广到双阀或更多阀的同类汽轮发电机组。

Description

多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统

技术领域

本发明涉及一种船用汽轮发电机组，尤其是一种适用于船用汽轮发电机组调速控制系统。

背景技术

调速系统是汽轮发电机组的关键组成部分。对于船用汽轮发电机组而言，由于其处于小容量孤立电网、长期运行在变工况和存在全负荷突加突卸等特点，对于调速系统的要求尤为严苛。同时，船用汽轮发电机组的调速装置必须充分考虑结构的小型化和轻量化，并具有多通道冗余保护和满足船舶电磁兼容性的要求。

现有的船用汽轮发电机组调速系统主要有如下三种形式：

第一种是低压多阀单油动机液压调速系统。其调节油压既作为动力油，亦是转速信号，油压约1MPa。液压调速器设计难度大，零部件数量多，如图1所示。由于其结构复杂且加工精度要求高，制造周期较长。同时，由于液压调速系统固有的复杂性，其调试时间往往很长。调节阀采用提板阀形式，由一根横梁带动多个阀碟，各阀碟的重叠度通过机械限位结构确定，试验及运行中对各阀碟重叠度的修正或调整需要拆除大量的外围设备才能进行。

第二种是低压多阀单油动机电液调速系统，其调节油压仅作为动力油，油压约1MPa。该系统的机械液压机构复杂度较小，加工精度要求高，由于其前压校正、功率校正等采用电信号实现，因此其零部件数量大幅减少。同时调速控制采用软件实现，不仅机械结构简单且可以实现更为复杂的功能，而制造和调试的周期缩短。这种形式的调速系统其调节阀同样采用提板阀形式。

第三种是高压多阀单油动机电液调速系统，其调节油压仅作为动力油，油压约15MPa。高压电液调速系统的机械液压部分取消了错油门，仅保留油动机，因此其结构形式进一步简化。调速控制采用软件实现。这种形式的调速系统其调节阀同样采用提板阀形式。其设计、加工制造和调试难度已大幅降低。

但是，上述调速系统仍然存在一些弊端，主要包括：

一、采用提板式调节阀导致对阀门重叠度的修正或调整必须通过机械结构的改变实现，不能较好地实现阀门管理。

二、提板式调节阀开启过程中所需的最大提升力较单个阀碟更大，全行程是各阀碟行程的叠加，因此所需最大推力和全行程较大。

三、由于各机组调节油压和阀门提升力等均不相同，均需要重新设计并调试油动机，不能较好地实现系列化油动机的选型应用。

因此，上述调速系统作为当前船用汽轮发电机组的主要形式，仍需要进行大量的优化和调整。采用具有阀门管理功能、可实现系列化油动机选型的先进调速系统是船用汽轮发电机组的重要需求。

发明内容

本发明是要提供一种多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，通过减小单台油动机的最大推力和全行程，实现系列化油动机的选型应用，进行机组阀门管理，减少调速系统的设计和调试时间，提升调速系统性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，包括调速控制器、电液伺服阀、高压油动机、调节阀，所述调速控制器通过比较测量机组转速与设定转速后，输出控制值指令信号给电液伺服阀，由电液伺服阀驱动油缸活塞动作，进而控制高压油动机，改变油动机位移；所述高压油动机通过配汽机构连杆连接调节阀，由高压油动机通过配汽机构连杆驱动调节阀动作，实现调节阀开度，即汽轮机转速的调节。

进一步，当汽轮机转速过高时，所述高压油动机收到关阀指令信号后向上运动，对应的调节阀关小，使进汽量减小，转速降低。

进一步，当汽轮机转速降低时，所述高压油动机收到开阀指令信号后向下运动，对应的调节阀开大，使进汽量增大，转速回升。

进一步，所述多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，具有三个不同口径的调节阀，三台油动机，所述三台油动机分别控制连接三个调节阀，形成不同的顺序阀组合模式进行控制。

进一步，所述三个调节阀的开启顺序不同所形成的阀门重叠度，可形成不同的流量——升程曲线。

本发明的有益效果是：

该调速系统结构简单，体积较小，应用方便。由于采用系列化的油动机，且可在控制程序中实现阀门重叠度的自由调整和组合，可以大幅缩短调速系统的设计周期，并降低调试的难度。该调速控制装置可以推广到双阀或更多阀的同类汽轮发电机组。

附图说明

图1为现有的低压多阀单油动机液压调速器结构示意图；

图2为本发明的调速系统的工作原理框图；

图3为三阀三油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速装置结构示意图；

图4为图3中B向视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，一种多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，主要由调速控制器、电液伺服阀、高压油动机和调节阀等组成。调速控制器通过测量机组转速，与设定转速进行比较后，输出控制值指令信号，电液伺服阀接收到该控制指令信号后动作，驱动油缸活塞动作，进而控制高压油动机，改变油动机位移。高压油动机连接配汽机构连杆，驱动调节阀动作，实现阀门开度即汽轮机转速的调节。

当汽轮机转速过高时，高压油动机收到关阀指令，向上运动，此时对应的调节阀关小，使进汽量减小，转速降低。当汽轮机转速降低时，高压油动机收到开阀指令，向下运动，此时对应的调节阀开大，使进汽量增大，转速回升。由于高压油动机的驱动力大，位置控制精度高，动作速度快，采用高压电液调速器可以获得良好的静、动态调速特性。同时，由于可以充分利用油动机的全行程，本装置的调节阀可以设置更高的控制精度。

该调速系统实现阀门管理的方式如下：

调节阀的重叠度是指各调节阀的开启顺序和后一个调节阀在前一调节阀开启到多少行程时打开。不同的阀门重叠度可形成不同的流量——升程曲线，从理论上讲，该曲线的线性度越好，机组的调速特性就越稳定。在实际使用时，由于计算误差和加工误差的存在，往往需要在若干点甚至是一定的升程区段内对流量——升程曲线进行修正，这种修正往往是通过调整阀门重叠度实现的。

本系统内三个调节阀相互独立，其由机械结构限位的行程分别为H1、H2、H3。由于采用三台油动机分别控制三个调节阀，因此可以采用不同的顺序阀组合模式进行控制。就本系统而言，可形成如下的十种阀门开启顺序，即：

(1)Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ阀，重叠度为0、a1、a2(即在Ⅰ阀行程为0时开启Ⅰ阀，在Ⅰ阀行程为a1时开启Ⅱ阀，在Ⅰ阀行程为a2(此时Ⅱ阀行程为a1)时开启Ⅲ阀)，a1、a2的具体数值可以进行调整；

(2)Ⅰ+Ⅲ+Ⅱ阀；

(3)Ⅱ+Ⅰ+Ⅲ阀；

(4)Ⅱ+Ⅲ+Ⅰ阀；

(5)Ⅲ+Ⅰ+Ⅱ阀；

(6)Ⅲ+Ⅱ+Ⅰ阀；

(7)Ⅰ&Ⅱ+Ⅲ阀(Ⅰ、Ⅱ阀同时开启，并在一定行程后开启Ⅲ阀)；

(8)Ⅰ&Ⅲ+Ⅱ阀；

(9)Ⅱ&Ⅲ+Ⅰ阀；

(10)Ⅰ&Ⅱ&Ⅲ阀(Ⅰ阀、Ⅱ阀和Ⅲ阀同时开启)；

在不同的阀门开启模式中，可以在机械限位的范围内自由调整阀门重叠度。这类似于早期调速系统的凸轮调节方式中对凸轮轮廓型线的修正，但现在是在控制程序内通过修改重叠度的数值实现的，因此称之为“软凸轮”。在调试和运行中，根据需求修正阀门重叠度，通过重叠度的自由调整和组合，可以有效地实现阀门管理。

本系统通过采用三阀三油动机高压电液调速方式，实现了高效的阀门管理，进一步提升了调速系统的调节精度和快速性，获得了更优异的静、动态调速特性。

如图3，4所示，一种三阀三油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速装置，包括三台油动机、三个不同口径的调节阀及连接件。

本装置的三个调节阀相互独立，不再通过提板进行连接，其口径和结构是由汽轮机通流设计决定的，与通流特性相匹配。三个调节阀由三台油动机分别控制，充分利用单台油动机的全行程。

本装置的油动机是从现有的系列化油动机中按照行程和推力选型的，其提升力可覆盖三个调节阀各自所需的最大提升力和最大行程。油动机的控制是通过电液伺服阀接收到调速控制器的控制指令，驱动油缸活塞动作，进而控制高压油动机，改变油动机位移，并且可以通过控制逻辑的设计使三台油动机分别独立动作。

综上所述，三个调节阀的开启和关闭顺序可以完全实现自由调整和组合，可以实现“软凸轮”式的阀门管理，进一步提升调速系统的调节精度和快速性。

Claims (5)

1.一种多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，包括调速控制器、电液伺服阀、高压油动机、调节阀，其特征在于：所述调速控制器通过比较测量机组转速与设定转速后，输出控制值指令信号给电液伺服阀，由电液伺服阀驱动油缸活塞动作，进而控制高压油动机，改变油动机位移；所述高压油动机通过配汽机构连杆连接调节阀，由高压油动机通过配汽机构连杆驱动调节阀动作，实现调节阀开度，即汽轮机转速的调节。

2.根据权利要求1所述的多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，其特征在于：当汽轮机转速过高时，所述高压油动机收到关阀指令信号后向上运动，对应的调节阀关小，使进汽量减小，转速降低。

3.根据权利要求1所述的多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，其特征在于：当汽轮机转速降低时，所述高压油动机收到开阀指令信号后向下运动，对应的调节阀开大，使进汽量增大，转速回升。

4.根据权利要求1所述的多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，其特征在于：所述多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，具有三个不同口径的调节阀，三台油动机，所述三台油动机分别控制连接三个调节阀，形成不同的顺序阀组合模式进行控制。

5.根据权利要求4所述的多阀多油动机的船用汽轮发电机组高压电液调速系统，其特征在于：所述三个调节阀的开启顺序不同所形成的阀门重叠度，可形成不同的流量——升程曲线。