论文部分内容阅读
【摘 要】汽轮机纯电液调节系统是电厂自动控制系统的重要组成部分，是机组自动化的基本内容之一。目前汽轮机电液控制系统有，透平油DEH系统和高压抗燃油DEH系统。电液转换装置是DEH系统的关键部件，目前透平油DEH系统主要采用的电液转换装置有DDV阀和REXA执行器，DDV阀易受油质污染，对油质的要求相对较高，已是DEH系统运行可靠性的薄弱环节。为提高机组自动化水平、进一步简化系统结构，提高电液转换装置和系统的抗污染能力，根据各类汽轮机调节系统的结构特点，采用以自容式执行器（REXA執行器）为转换装置，组成无液压控制工质的汽轮机REXA执行器DEH系统。该系统已成功的应用于新机组的设计和老机组改造，并在凝汽、背压、抽汽、再热机组，以及驱动给水泵等工业汽轮机上得到了广泛应用。本文主要介绍REXA执行器作为电液转换器在实际应用中与DDV阀的比较，并介绍了REXA执行器在透平油DEH系统的应用情况。
【关键字】REXA执行器；DDV阀；透平油DEH系统
1、概况
DDV阀为MOOG公司生产的直接驱动式伺服阀，这种阀用集成电路实现阀芯位置的闭环控制。由于其结构相对简单，响应速度快，价格相对较低，在低压透平油DEH系统发展中曾得到较为广泛的应用。REXA执行器作为电液转换器的引进，在DEH系统发展中起到了革新的作用，REXA执行器无需外供控制油源，由于提高了油动机错油门的跟踪力，利于防止滑阀卡涩，提高了系统抗油质污染能力。因而对透平油供油系统的油质清洁度无特殊要求，与机组常规油质清洁度标准相同。REXA执行器大大简化了DEH系统的结构，提高了系统的可靠性和稳定性，得到用户的广泛认可，并得到广泛的应用。
2、两种液压系统的工作原理
2.1DDV阀电液放大机构的结构及原理
DDV阀电液伺服放大机构由DDV阀、精密滤油器、可调节流阀等液压设备组成。如图1所示，压力油经过精密双筒滤油器进入DDV阀，双冗余的LVDT作为油动机行程反馈信号，与DEH阀位指令比较运算，经过伺服卡将信号放大，作用于DDV阀。DDV阀将电信号转变为液压信号，改变油动机脉动油压（Pm），从而改变错油门的位置使油动机动作，通过LVDT反馈形成闭环，实现阀门开度的控制。OPC电磁阀动作时，快速泄放脉动油，油动机实现快速关闭功能。同时，脉动油与危急遮断滑阀连接，机组跳闸时同时泄放脉动油，快速关闭调门，实现停机。
2.2REXA执行器力驱动机构系统结构及原理
2.2.1REXA执行器
REXA执行器是将电信号转换为力输出的转换装置，是该系统改造的关键设备，REXA执行器是美国REXA公司生产的智能型机、电、液一体化执行器（简称REXA执行器），由控制器和动力模块两部分组成，图2为REXA执行器结构示意图。由智能可控电机和独立的、封闭的、无阀液压控制系统组成。采用高度集成化、模块化、小型化设计，所有组件内部集成，一体化结构。智能可控电机接受控制模块的功能指令，控制动力模块，以线性位移大力矩输出驱动被控对象，同时通过自身位移反馈，完成调节过程，实现各种功能控制。
2.2.2REXA执行器驱动机构的结构
REXA执行器力驱动机构由REXA执行器、杠杆反馈机构、错油门和油动机组成。如图3所示，杠杆一端通过滑动铰链与油动机活塞杆联接，杠杆另一端与通过铰链与错油门滑阀控制连杆联接，控制连杆作用在错油门滑阀上部，REXA执行器通过铰链作用在近于控制连杆侧的杠杆上。固定的压力油作用在错油门滑阀下部。
2.2.3REXA执行器力驱动机构工作原理
机组加负荷时，REXA执行器接受DEH控制信号向上动作，杠杆以油动机活塞杆为支点，带动控制连杆向上移动，错油门滑阀在其下部高压油的作用下跟随上移偏离中间位置，使油动机在压力油的作用下向开启方向位移，控制调速汽门，在油动机向上动作的过程中，杠杆以REXA执行器为支点，带动控制连杆下移，使错油门滑阀回中，完成加负荷过程。减负荷过程相反。机组甩负荷或紧急停机时，通过OPC电磁阀及过渡阀迅速泄放错油门滑阀下部油压，错油门滑阀在其上、下油压差的作用下，以及在REXA执行器置零、向减负荷方向快速动作的过程中，使其迅速偏离中间位置，关闭调速汽门，抑制机组转速的过渡飞升。
3、两种液压驱动系统的比较
3.1系统结构比较
REXA执行器为自容式、闭式循环执行机构，无需外供控制油源，无需油净化装置等，通过杠杆形成刚性反馈结构，系统结构简单。REXA执行器接受4-20mA标准信号，不需要伺服放大板卡，与任何控制系统都能兼容。
从系统结构原理图看，DDV阀液压系统明显要繁杂，系统附有滤油装置、冗余LVDT、可调节流阀、伺服卡等设备，系统结构相对复杂。
3.2抗油质污染能力比较
REXA执行器无需外供控制油源，由于提高了油动机错油门的跟踪力，利于防止滑阀卡涩，提高了系统抗油质污染能力。因而对透平油供油系统的油质清洁度无特殊要求，与机组常规油质清洁度标准相同。
采用DDV阀作为电液转换器的电液放大执行机构，需外供控制油源，由于DDV阀受内部结构的制约，对油质要求相对较高，易受油质污染，发生卡涩、拒动，并可致使执行机构摆动、突关、突开或拒动等故障，因而，系统抗油质污染能力相对较弱。
3.3抗油源波动干扰能力比较
REXA执行器液压系统为机械力传递控制信号的力平衡系统，无传统液压放大机构脉动油传递控制信号，为无液压控制工质调节系统。在错油门滑阀下部设置固定的高压油，作用在错油门滑阀下部的油压作用力，远大于作用在滑阀上部的油压作用力，滑阀的静态平衡仅受控于REXA执行器的输出力，系统油压的波动对滑阀的静态平衡无任何影响。因而具有较高的抗油压干扰能力和工作稳定性。 DDV阀电液放大执行机构，采用脉动油传递控制信号，LVDT弹性反馈系统，要求系统具有稳定的工作油源，因而，抗油压干扰能力相对较差。
3.4定位精度与系统稳定性比较
图4为DDV阀液压执行机构方框图，图5为REXA执行器力驱动执行机构方框图。
如图所示，在DDV阀电液伺服阀液压放大执行机构中，其电液转换装置在油动机环节的环内，而REXA力驱动执行机构的电液转换装置在油动机环节的环外，REXA执行器的位置输出仅受控于DEH控制器，与油动机环节环内的工作状态无关，因而，对转换装置响应速度的要求相对较低，所以REXA执行器的响应速度远能够满足DEH的各种控制功能，并且在实际应用中已经验证，该系统完全可以满足机组一次调频和孤网运行等特殊工况的要求。由于力驱动执行机构采用杠杆反馈、大力矩平衡系统，力驱动执行机构似为刚性结构，定位精度不受机械摩擦、电源、油压及油温等条件的影响。另外，REXA执行器出现任何故障，油动机环节均不受影响，仍能稳定维持阀位。因而，REXA执行器力驱动执行机构具有高定位精度高、稳定性好、抗干扰能力强以及系统运行可靠性高等特点。
DDV阀液压执行机构定位精度易受机械摩擦、电源、油压、油温等条件的影响，其必须具有高的响应速度，才能与油动机的速度相匹配，满足油动机的正常工作。DDV阀就响应速度而言，完全满足系统要求，这也是DDV阀的基本特点。
从图4方框图可以看出，DDV阀一旦发生故障，会使油动机全关而甩负荷，特殊情况还会导致油动机全开而超负荷。对发生故障的DDV阀进行处理和调整时，会对油动机造成扰动，所以需要拆下来检修，而一旦拆除DDV阀，油动机就会全关，所以，必须要停机处理。
3.5系统调试、维护工作的比较
REXA执行器DEH液压系统调试时间约0.5个工作日，日常免维护。而DDV阀液压系统在调试阶段需要反复调整和校正油压，所以，调试时间至少需要3个工作日，而且需要经常更换滤芯等繁杂的日常维护。
REXA执行器可以实现在线维修或更换，DDV阀电液伺服液压放大执行机构尚不能实现DDV阀的在线维修或更换。
3.6自动保位功能
当DEH控制器故障、控制系统失电或REXA执行器故障时，REXA执行器具有自动保位功能，保持阀位不变，并具有在就地通过旋转REXA执行器本体上的手轮，手动调整REXA执行器的阀位，进而调整调门的开度，满足运行工况的要求。因而，在控制系统故障工况下，仍能保证机组正常发供电。而且，在故障保位期间，当停机或甩负荷指令到达时，仍然可以正常执行调门快关保护。
DDV阀电液伺服液压放大执行机构尚不具有保位功能和就地操作功能，任何故障均需要停机处理，增加发电厂非计划停机的概率。
4、实际应用比较
采用REXA执行器作为电液转换装置的DEH系统，在新机组的设计和汽轮机调节系统的改造中已被广泛应用。目前，已经有上百套成功应用业绩。而且REXA执行器在高压抗燃油系统改造中也得到很好的应用，取得良好的效果。以下为电厂实际应用案例介绍：
某热电厂5、6、7号机组为哈尔滨汽轮机厂生产的100MW凝汽式汽轮机，5、6号机组采用REXA执行器力驱动机构、FOXBORO分散控制系统组件控制器、透平油DEH系统，7号机组采用以DDV阀为电液转换装置、FOXBORO分散控制系统组件控制器、透平油DEH系统。该厂对两种类型的系统进行了对比，认为：5、6号机组DEH系统运行稳定、可靠性高；对油质无要求，维护工作量小；REXA执行器力驱动机构安装完毕即可投入运行，调整工作量小；7号机组调整、维护工作量大，在机炉协调运行方式下DEH系统摆动，限制了机炉协调运行方式的正常投入。通过比较分析，7号机组于2007年采用REXA执行器力驱动机构取代了DDV阀，对DDV阀DEH系统进行了改造。取得了预期的改造效果。
5、结论
DDV阀DEH液压系统，在油质维护良好及系统油压平稳的情况下，可以保证机组的良好运行，实现DEH的各项功能。但是，一旦出现油质下降、油压波动以及电信号干扰的情况，系统就会不稳定，甚至导致事故发生，而且其系统复杂、維护量大、抗污染能力差以及无法实现保位及在线更换等，这些因素制约了它的进一步发展。
相反，REXA执行器作为一种新型的电液转换器，有其独特的优点，在实践中不断得到验证，它的应用提高了DEH系统的各项品质，为DEH系统的发展注入了新的活力。
【关键字】REXA执行器；DDV阀；透平油DEH系统
1、概况
DDV阀为MOOG公司生产的直接驱动式伺服阀，这种阀用集成电路实现阀芯位置的闭环控制。由于其结构相对简单，响应速度快，价格相对较低，在低压透平油DEH系统发展中曾得到较为广泛的应用。REXA执行器作为电液转换器的引进，在DEH系统发展中起到了革新的作用，REXA执行器无需外供控制油源，由于提高了油动机错油门的跟踪力，利于防止滑阀卡涩，提高了系统抗油质污染能力。因而对透平油供油系统的油质清洁度无特殊要求，与机组常规油质清洁度标准相同。REXA执行器大大简化了DEH系统的结构，提高了系统的可靠性和稳定性，得到用户的广泛认可，并得到广泛的应用。
2、两种液压系统的工作原理
2.1DDV阀电液放大机构的结构及原理
DDV阀电液伺服放大机构由DDV阀、精密滤油器、可调节流阀等液压设备组成。如图1所示，压力油经过精密双筒滤油器进入DDV阀，双冗余的LVDT作为油动机行程反馈信号，与DEH阀位指令比较运算，经过伺服卡将信号放大，作用于DDV阀。DDV阀将电信号转变为液压信号，改变油动机脉动油压（Pm），从而改变错油门的位置使油动机动作，通过LVDT反馈形成闭环，实现阀门开度的控制。OPC电磁阀动作时，快速泄放脉动油，油动机实现快速关闭功能。同时，脉动油与危急遮断滑阀连接，机组跳闸时同时泄放脉动油，快速关闭调门，实现停机。
2.2REXA执行器力驱动机构系统结构及原理
2.2.1REXA执行器
REXA执行器是将电信号转换为力输出的转换装置，是该系统改造的关键设备，REXA执行器是美国REXA公司生产的智能型机、电、液一体化执行器（简称REXA执行器），由控制器和动力模块两部分组成，图2为REXA执行器结构示意图。由智能可控电机和独立的、封闭的、无阀液压控制系统组成。采用高度集成化、模块化、小型化设计，所有组件内部集成，一体化结构。智能可控电机接受控制模块的功能指令，控制动力模块，以线性位移大力矩输出驱动被控对象，同时通过自身位移反馈，完成调节过程，实现各种功能控制。
2.2.2REXA执行器驱动机构的结构
REXA执行器力驱动机构由REXA执行器、杠杆反馈机构、错油门和油动机组成。如图3所示，杠杆一端通过滑动铰链与油动机活塞杆联接，杠杆另一端与通过铰链与错油门滑阀控制连杆联接，控制连杆作用在错油门滑阀上部，REXA执行器通过铰链作用在近于控制连杆侧的杠杆上。固定的压力油作用在错油门滑阀下部。
2.2.3REXA执行器力驱动机构工作原理
机组加负荷时，REXA执行器接受DEH控制信号向上动作，杠杆以油动机活塞杆为支点，带动控制连杆向上移动，错油门滑阀在其下部高压油的作用下跟随上移偏离中间位置，使油动机在压力油的作用下向开启方向位移，控制调速汽门，在油动机向上动作的过程中，杠杆以REXA执行器为支点，带动控制连杆下移，使错油门滑阀回中，完成加负荷过程。减负荷过程相反。机组甩负荷或紧急停机时，通过OPC电磁阀及过渡阀迅速泄放错油门滑阀下部油压，错油门滑阀在其上、下油压差的作用下，以及在REXA执行器置零、向减负荷方向快速动作的过程中，使其迅速偏离中间位置，关闭调速汽门，抑制机组转速的过渡飞升。
3、两种液压驱动系统的比较
3.1系统结构比较
REXA执行器为自容式、闭式循环执行机构，无需外供控制油源，无需油净化装置等，通过杠杆形成刚性反馈结构，系统结构简单。REXA执行器接受4-20mA标准信号，不需要伺服放大板卡，与任何控制系统都能兼容。
从系统结构原理图看，DDV阀液压系统明显要繁杂，系统附有滤油装置、冗余LVDT、可调节流阀、伺服卡等设备，系统结构相对复杂。
3.2抗油质污染能力比较
REXA执行器无需外供控制油源，由于提高了油动机错油门的跟踪力，利于防止滑阀卡涩，提高了系统抗油质污染能力。因而对透平油供油系统的油质清洁度无特殊要求，与机组常规油质清洁度标准相同。
采用DDV阀作为电液转换器的电液放大执行机构，需外供控制油源，由于DDV阀受内部结构的制约，对油质要求相对较高，易受油质污染，发生卡涩、拒动，并可致使执行机构摆动、突关、突开或拒动等故障，因而，系统抗油质污染能力相对较弱。
3.3抗油源波动干扰能力比较
REXA执行器液压系统为机械力传递控制信号的力平衡系统，无传统液压放大机构脉动油传递控制信号，为无液压控制工质调节系统。在错油门滑阀下部设置固定的高压油，作用在错油门滑阀下部的油压作用力，远大于作用在滑阀上部的油压作用力，滑阀的静态平衡仅受控于REXA执行器的输出力，系统油压的波动对滑阀的静态平衡无任何影响。因而具有较高的抗油压干扰能力和工作稳定性。 DDV阀电液放大执行机构，采用脉动油传递控制信号，LVDT弹性反馈系统，要求系统具有稳定的工作油源，因而，抗油压干扰能力相对较差。
3.4定位精度与系统稳定性比较
图4为DDV阀液压执行机构方框图，图5为REXA执行器力驱动执行机构方框图。
如图所示，在DDV阀电液伺服阀液压放大执行机构中，其电液转换装置在油动机环节的环内，而REXA力驱动执行机构的电液转换装置在油动机环节的环外，REXA执行器的位置输出仅受控于DEH控制器，与油动机环节环内的工作状态无关，因而，对转换装置响应速度的要求相对较低，所以REXA执行器的响应速度远能够满足DEH的各种控制功能，并且在实际应用中已经验证，该系统完全可以满足机组一次调频和孤网运行等特殊工况的要求。由于力驱动执行机构采用杠杆反馈、大力矩平衡系统，力驱动执行机构似为刚性结构，定位精度不受机械摩擦、电源、油压及油温等条件的影响。另外，REXA执行器出现任何故障，油动机环节均不受影响，仍能稳定维持阀位。因而，REXA执行器力驱动执行机构具有高定位精度高、稳定性好、抗干扰能力强以及系统运行可靠性高等特点。
DDV阀液压执行机构定位精度易受机械摩擦、电源、油压、油温等条件的影响，其必须具有高的响应速度，才能与油动机的速度相匹配，满足油动机的正常工作。DDV阀就响应速度而言，完全满足系统要求，这也是DDV阀的基本特点。
从图4方框图可以看出，DDV阀一旦发生故障，会使油动机全关而甩负荷，特殊情况还会导致油动机全开而超负荷。对发生故障的DDV阀进行处理和调整时，会对油动机造成扰动，所以需要拆下来检修，而一旦拆除DDV阀，油动机就会全关，所以，必须要停机处理。
3.5系统调试、维护工作的比较
REXA执行器DEH液压系统调试时间约0.5个工作日，日常免维护。而DDV阀液压系统在调试阶段需要反复调整和校正油压，所以，调试时间至少需要3个工作日，而且需要经常更换滤芯等繁杂的日常维护。
REXA执行器可以实现在线维修或更换，DDV阀电液伺服液压放大执行机构尚不能实现DDV阀的在线维修或更换。
3.6自动保位功能
当DEH控制器故障、控制系统失电或REXA执行器故障时，REXA执行器具有自动保位功能，保持阀位不变，并具有在就地通过旋转REXA执行器本体上的手轮，手动调整REXA执行器的阀位，进而调整调门的开度，满足运行工况的要求。因而，在控制系统故障工况下，仍能保证机组正常发供电。而且，在故障保位期间，当停机或甩负荷指令到达时，仍然可以正常执行调门快关保护。
DDV阀电液伺服液压放大执行机构尚不具有保位功能和就地操作功能，任何故障均需要停机处理，增加发电厂非计划停机的概率。
4、实际应用比较
采用REXA执行器作为电液转换装置的DEH系统，在新机组的设计和汽轮机调节系统的改造中已被广泛应用。目前，已经有上百套成功应用业绩。而且REXA执行器在高压抗燃油系统改造中也得到很好的应用，取得良好的效果。以下为电厂实际应用案例介绍：
某热电厂5、6、7号机组为哈尔滨汽轮机厂生产的100MW凝汽式汽轮机，5、6号机组采用REXA执行器力驱动机构、FOXBORO分散控制系统组件控制器、透平油DEH系统，7号机组采用以DDV阀为电液转换装置、FOXBORO分散控制系统组件控制器、透平油DEH系统。该厂对两种类型的系统进行了对比，认为：5、6号机组DEH系统运行稳定、可靠性高；对油质无要求，维护工作量小；REXA执行器力驱动机构安装完毕即可投入运行，调整工作量小；7号机组调整、维护工作量大，在机炉协调运行方式下DEH系统摆动，限制了机炉协调运行方式的正常投入。通过比较分析，7号机组于2007年采用REXA执行器力驱动机构取代了DDV阀，对DDV阀DEH系统进行了改造。取得了预期的改造效果。
5、结论
DDV阀DEH液压系统，在油质维护良好及系统油压平稳的情况下，可以保证机组的良好运行，实现DEH的各项功能。但是，一旦出现油质下降、油压波动以及电信号干扰的情况，系统就会不稳定，甚至导致事故发生，而且其系统复杂、維护量大、抗污染能力差以及无法实现保位及在线更换等，这些因素制约了它的进一步发展。
相反，REXA执行器作为一种新型的电液转换器，有其独特的优点，在实践中不断得到验证，它的应用提高了DEH系统的各项品质，为DEH系统的发展注入了新的活力。