CN112049982A - 小型集成化变速主汽门执行器 - Google Patents

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许涛
王晗
高怡秋
李典来
周云瑞
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Abstract

本发明涉及一种小型集成化变速主汽门执行器，伺服电机连接柱塞泵，柱塞泵动力输出一路经单向阀和插装式过滤器连通油缸的弹簧腔，另一路经流量匹配阀后分成二路，一路经电磁换向阀连通油缸的弹簧腔，另一路连通油缸有杆腔；所述柱塞泵动力输出两端并接有平衡阀，并经平衡阀连接油缸的弹簧腔。所述油缸的活塞连接蒸汽阀门，所述蒸汽阀门上面设有线性位移传感器。所述伺服电机、电磁换向阀和线性位移传感器电连接DEH及控制器。本发明通过主汽门电液执行器的油缸与速关机构的集成设计，使主汽门执行器相比常规方案有了根本性的变化，重量体积显著减小，大幅度增加船用汽轮机的维修空间，同时对机组的减振降噪起到了很大的帮助。

Description

小型集成化变速主汽门执行器
技术领域
本发明涉及一种船用汽轮机、辅汽轮机的主汽门执行器，尤其是一种集成化变速主汽门执行器。
背景技术
汽轮机主汽门主要包括主汽门本体和速关装置两部分。用于汽轮机的开机和停机。停机时，主汽门是汽轮机保护系统的一个执行装置，当机组保护动作后，主汽门关闭可以快速切断汽轮机进汽。因此要求主汽门要具备动作快速可靠性的特点。
目前采用的主汽门通常利用手动手轮逐步的关闭，或者利用保安器的油开关作用于其速关装置而快速关闭。当汽轮发电机保安器的油开关动作时，托盘下的滑油压力瞬间下降，在弹簧的作用下，托盘和套筒一起向下移动直至座架下限位面为止。然后，油阀密封凸缘将与活塞分开，因而在油阀两侧的油压达到一样，在弹簧的作用下，快速地向下移动，主汽门关闭，外形图如图1所示。
现有的主汽门主要问题在于：1、纯机械式结构不能满足全自动化的要求；2、主汽门的重量、体积偏大；3、不利于汽轮机减振降噪。
发明内容
为提高船用汽轮机主汽门的自动化、集成化程度，增加设备的维修空间，本发明提出了一种小型集成化变速主汽门执行器，创新性的采用了油缸与速关机构的集成设计，使主汽门执行器相比常规方案有了根本性的变化，重量体积显著减小，同时对机组的减振降噪起到了很大的帮助。
本发明的技术方案是：一种小型集成化变速主汽门执行器，包括伺服电机、柱塞泵、溢流阀、流量匹配阀、平衡阀、电磁换向阀、插装式过滤器、油缸、弹性油箱，所述伺服电机连接柱塞泵，所述柱塞泵动力输出一路经单向阀和插装式过滤器连通油缸的弹簧腔，另一路经流量匹配阀后分成二路，一路经电磁换向阀连通油缸的弹簧腔，另一路连通油缸有杆腔；所述柱塞泵动力输出两端并接有平衡阀，并经平衡阀连接油缸的弹簧腔。
进一步，所述油缸的活塞连接蒸汽阀门，所述蒸汽阀门上面设有线性位移传感器。
进一步，所述伺服电机、电磁换向阀和线性位移传感器电连接DEH及控制器。
进一步，当系统需要阀门工作时，所述DEH发出开启或关闭阀门工作指令给控制器；控制器内经过与实际阀位比较后，向伺服电机驱动卡发出指令信号，伺服电机驱动卡将信号转换并发送至伺服电机，伺服电机泵组将电气信号转换成液压信号并放大后，送到油缸相应的工作腔室，驱动油缸活塞带动蒸汽阀门移动。
进一步，当蒸汽阀门移动时，所述蒸汽阀门带动线性位移传感器，由线性位移传感器产生位置信号，该信号反馈到控制器的输入端，直至实际蒸汽阀位与阀位指令相平衡时，活塞停止运动，此时蒸汽阀门已经到达了所需要的开度，完成了电信号—液压力—机械位移的转换过程。
进一步，所述电磁换向阀正常状态下处于带电关闭状态，当系统失电时，所述电磁换向阀失电打开，使油缸有杆腔与弹簧腔接通，形成差动缸，同时在弹簧力的作用下，实现快关蒸汽阀门。
进一步，所述DEH采用模糊PID算法控制，驱动伺服电机，提高伺服电机转速跟踪和动态适应能力，并通过控制伺服电机的转速以保持液压油站油压恒定；并将PID控制和模糊控制方法结合起来，构成互补、兼有模糊控制的模糊—PID控制策略，通过开关函数根据转速误差在稳态的PI控制模块和瞬态的自适应模糊PID控制模块之间灵活切换。
本发明的有益效果是：
本发明通过主汽门电液执行器的油缸与速关机构的集成设计，使主汽门执行器相比常规方案有了根本性的变化，重量体积显著减小，大幅度增加船用汽轮机的维修空间，同时对机组的减振降噪起到了很大的帮助。
本发明具有安装方便、操作简单、液压集成、远程/本地控制等优点。并适用于多种类型的直行程阀门，可以提供宽泛的力矩/推力，可以直接与阀门联接而不需要额外的变速箱。
附图说明
图1是现有的主汽门外形图；
图2是本发明的小型集成化变速主汽门执行器系统图。
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，本发明的小型集成化变速主汽门执行器，包括伺服电机1、柱塞泵2、溢流阀3、流量匹配阀4、平衡阀5、电磁换向阀6、插装式过滤器7、油缸8、弹性油箱等。
整个执行器可分三层，最下一层为伺服电机1带上柱塞泵2以及流量匹配阀4；中间一层为平衡阀5带上油缸8；最上面一层为弹性油箱及位移传感器。
伺服电机1连接柱塞泵2，柱塞泵2动力输出一路经单向阀和插装式过滤器7连通油缸的无杆腔，另一路经流量匹配阀4后分成二路，一路经电磁换向阀6连通油缸的弹簧腔，另一路连通油缸有杆腔。柱塞泵2动力输出两端并接有平衡阀5，并经平衡阀5连接油缸的弹簧腔。油缸8的活塞连接蒸汽阀门。蒸汽阀门上面设有线性位移传感器，伺服电机1、电磁换向阀6和线性位移传感器电连接DEH。
本装置由一台伺服电机带动微型高压柱塞泵对系统进行供油，当系统需要阀门工作时，DEH发出开启或关闭阀门工作指令给控制器；(DEH是指汽轮机数字电液控制系统，由计算机控制部分和EH液压执行机构部分组成)，控制器内经过与实际阀位比较后，向伺服电机驱动卡发出指令信号，伺服电机驱动卡将信号转换并发送至伺服电机，伺服电机泵组将电气信号转换成液压信号并放大后，送到油缸相应的工作腔室，驱动油缸活塞、即阀门移动。阀门移动时，带动线性位移传感器，由位移传感器产生位置信号，该信号反馈到控制器的输入端。直至实际阀位与阀位指令相平衡时，活塞才停止运动。此时蒸汽阀门已经到达了所需要的开度，完成了电信号—液压力—机械位移的转换过程。油泵的正反转分别控制活塞杆的伸出与缩回。
本装置还具有“快关功能”。快关电磁阀正常状态下处于带电关闭状态，当系统失电时，快关电磁阀失电打开，油缸有杆腔与弹簧腔接通，形成差动缸，同时在弹簧力的作用下，实现快关。
在控制算法方面也进行了改进，采用模糊PID算法控制，驱动伺服电机，提高伺服电机转速跟踪和动态适应能力，并通过控制伺服电机的转速以保持液压油站油压恒定。在调节系统调节油压的控制策略方面，将PID控制和模糊控制方法结合起来，构成互补、兼有这两种控制优点的模糊—PID控制策略。通过开关函数根据转速误差在稳态的PI控制模块和瞬态的自适应模糊PID控制模块之间灵活切换。模糊—PID控制策略使得伺服电机在各种条件下的转速响应、稳态误差和超/欠调量等均有较大改善，使其具有更好的鲁棒性、抗干扰性和动态适应能力。
同时考虑船用空间狭窄的情况，在主汽门执行器油缸加油方式设计上进行了创新设计，采用弹性油箱加油方式，只需要拆开油箱上的两颗螺堵，任意一孔注油，另一孔排气。

Claims (7)

1.一种小型集成化变速主汽门执行器，包括伺服电机、柱塞泵、溢流阀、流量匹配阀、平衡阀、电磁换向阀、插装式过滤器、油缸、弹性油箱，其特征在于：所述伺服电机连接柱塞泵，所述柱塞泵动力输出一路经单向阀和插装式过滤器连通油缸的弹簧腔，另一路经流量匹配阀后分成二路，一路经电磁换向阀连通油缸的弹簧腔，另一路连通油缸有杆腔；所述柱塞泵动力输出两端并接有平衡阀，并经平衡阀连接油缸的弹簧腔。
2.根据权利要求1所述的小型集成化变速主汽门执行器，其特征在于：所述油缸的活塞连接蒸汽阀门，所述蒸汽阀门上面设有线性位移传感器。
3.根据权利要求2所述的小型集成化变速主汽门执行器，其特征在于：所述伺服电机、电磁换向阀和线性位移传感器电连接DEH及控制器。
4.根据权利要求3所述的小型集成化变速主汽门执行器，其特征在于：当系统需要阀门工作时，所述DEH发出开启或关闭阀门工作指令给控制器；控制器内经过与实际阀位比较后，向伺服电机驱动卡发出指令信号，伺服电机驱动卡将信号转换并发送至伺服电机，伺服电机泵组将电气信号转换成液压信号并放大后，送到油缸相应的工作腔室，驱动油缸活塞带动蒸汽阀门移动。
5.根据权利要求4所述的小型集成化变速主汽门执行器，其特征在于：当蒸汽阀门移动时，所述蒸汽阀门带动线性位移传感器，由线性位移传感器产生位置信号，该信号反馈到控制器的输入端，直至实际蒸汽阀位与阀位指令相平衡时，活塞停止运动，此时蒸汽阀门已经到达了所需要的开度，完成了电信号—液压力—机械位移的转换过程。
6.根据权利要求3所述的小型集成化变速主汽门执行器，其特征在于：所述电磁换向阀正常状态下处于带电关闭状态，当系统失电时，所述电磁换向阀失电打开，使油缸有杆腔与弹簧腔接通，形成差动缸，同时在弹簧力的作用下，实现快关蒸汽阀门。
7.根据权利要求3所述的小型集成化变速主汽门执行器，其特征在于：所述DEH采用模糊PID算法控制，驱动伺服电机，提高伺服电机转速跟踪和动态适应能力，并通过控制伺服电机的转速以保持液压油站油压恒定；并将PID控制和模糊控制方法结合起来，构成互补、兼有模糊控制的模糊—PID控制策略，通过开关函数根据转速误差在稳态的PI控制模块和瞬态的自适应模糊PID控制模块之间灵活切换。
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