汽轮机运行中调速汽门伺服阀的作用探讨

汽轮机运行中调速汽门伺服阀的作用探讨

崔国斌

大唐山东电力检修运营有限公司：山东青岛 黄岛 266000

摘要：电液伺服阀位于汽轮机的调节系统中，通过将电液信号转变为机械信号（能），实现对调速汽门开闭程度的控制。本文详细分析了汽轮机运行时调速汽门电液伺服阀的工作原理，总结了电液伺服阀的主要作用。在此基础上，介绍了伺服阀发挥作用期间常见故障的产生原因及应对方式，希望提供一定的参考。

关键词：汽轮机；调速汽门；调节系统；电液伺服阀

引言：伺服阀是一种电液转换和功率放大的元器件，在电液伺服控制系统中占据核心地位。以主要的液控伺服阀——电液伺服阀为例，当来自调节系统的电气模拟信号传递而来后，会根据相应的要求，输出调制的流量和压力。在电液伺服系统中，伺服阀可将电气部分与液压部分进行连接，实现电液信号转换与液压放大。

一、汽轮机运行时调速汽门伺服阀的工作原理简述

汽轮机又称为整体透平发动机，是一种旋转式的蒸汽动力装置，其作用原理为：当高温高压蒸汽穿过固定的喷嘴，成为具备加速的的气流后，连续不断地喷射到叶片上，能够使装有叶片排的转子旋转，进而对外做功，形成动力。汽轮机的核心工作原理为：将蒸汽的热能转化为能够带动汽轮机转子旋转的机械能。该过程如何形成能量转化，是不同种类汽轮机的本质区别。汽轮机调速汽门的作用在于，根据调速系统的指令，改变进入气缸的主蒸汽流量，实现对汽轮机整体负荷的调整。通常情况下，调速汽门会被安装在气缸的本体之上，与前汽缸之间的距离较近。

在探讨调速汽门伺服阀的作用之前，必须明确伺服阀的工作机理。在汽轮机的调节系统中，电液伺服阀最为常见。以喷嘴挡板式电液伺服阀为例。

（1）构成：一个力矩电机，两级液压放大及机械反馈系统。其中，第一级液压放大即为喷嘴和挡板系统；第二级功率放大即为滑阀系统。调节汽门的油动机设置为“推式”单侧作用，且活塞杆与调节汽门相互连接。按照此种设置，当活塞杆向上推动时，实现“开阀”；此时，调节汽门上方的重型弹簧会使汽门整体处于关闭的状态。

（2）运行机理：

①当汽轮机组保持正常且稳定的运行时，电液伺服阀两侧的喷嘴挡板距离喷嘴之间的距离完全一致。此时，两侧喷嘴的泄油面积相等，可保持喷嘴两侧的油压也处于相同状态。因此，滑阀右侧的油压等于滑阀左侧油压与机械偏置弹簧力的综合，故滑阀的进/排油口处于完全被封闭的状态，伺服阀处于“待命”状态。

②当力矩电机收到开阀（调节）信号时，力矩电机的驱动喷嘴挡板会向右侧移动。如此一来，右侧喷嘴与挡板之间的距离会缩小，导致该侧喷嘴的泄油面积与泄油量减小，前端油压升高；与之对应的是，左侧喷嘴与挡板之间的距离变大，泄油量增大，喷嘴前端压力降低。当上述状态形成后，电液伺服阀右侧的油压会超过左侧油压以及机械偏置弹簧弹力的综合，进而为滑阀施加向左移动的力。至此，位于滑阀左侧1号凸肩会迅速调整至“打开”得状态，并连同EH压力油进油口。在此基础上，与调节汽门油动机下缸的油口连接的通路也会接通。此时，油动机下缸具体进入了多少剂量的油，决定了调节汽门的打开程度。

③随着油动机下缸进油量的不断提升，内部压力也会逐渐升高。受此压力的影响，调节系统的活塞会向上移动（同时带动活塞杆上移），并促使调节汽门向相同方向移动（该过程的实现机制为，压力足够大，能够使调节汽门充分压缩位于上部的重型弹簧自身的应力，换言之，汽门能够开到何种程度的参数设定需与重型弹簧弹力之间存在动态变化关系）。

④当力矩电机收到调节汽门已经到达目标位置的信号后，喷嘴挡板会回归至原来的位置（中间），滑阀等均重回之前的封闭状态，至此，一个调节周期即宣告完成。

⑤当力矩电机接收到汽轮机系统发出的关闭阀门、停止调节的信号时，调节系统将会进行与上述①、②、③完全反向的操作，使右侧油压小于左侧油压与机械偏置弹簧力的总和，进而使滑阀向右移动。此时，调位于滑阀上方的2号凸肩打开，连通与压力回油口想通的泄油口，带动调节汽门油动机下缸的油口与之连接。同样地，下缸的泄油量决定了调节汽门的关闭幅度^[1]。

⑥与上述④完全反向的操作，同样会使喷嘴、滑阀等重新回到原来的位置，进而完成又一个调节周期。

二、汽轮机运行中调速汽门伺服阀的主要作用分析

（一）汽轮机运行中调速汽门电液伺服阀的作用解析

结合上文介绍的调节系统中调速汽门电液伺服阀的工作原理可知，在汽轮机运行时，伺服阀的主要作用在于三点：第一，将转速和符合的电信号转变为液压信号，推动油动机的滑阀定向移动；第二，改变调速汽门的开闭程度（根据泄油量的大小而定）；第三，能够改变进组的进气量，使机组的转速达到汽轮机组操作员设定的具体值，并逐渐引导系统进入新的平衡状态。主要流程可进行如下概括：①电流信号输入；②电液伺服阀对改进好进行放大；③电液伺服阀将电气信号转变为机械信号（借由能量转换装置，如上文提到的喷嘴、挡板、通路、重型弹簧等）；④机械信号进入液压放大器（前置级放大器和输出级放大器），由液压站提供压力和能量；⑤输出压力和流量；⑥在液压放大器内部，还具备反馈机构；上文所述的“当力矩电机收到调节汽门已经到达目标位置的信号后，喷嘴挡板会回归至原来的位置”等作业原理实际上即为该反馈机构的作用。

（二）汽轮机运行中调速汽门电液伺服阀的常见运行故障解析

第一，电液伺服阀泄漏问题。①MOOG761-003调节系统中，双喷嘴挡板的结构虽然在理论上具备较高的灵敏度，但随着运行时间的累积，重型弹簧的拉伸力度会出现部分退化，进而导致操作员端显示的调速汽门开闭示值与实际程度之间存在一定的差异。②滑阀、挡板移动的过程中，各部件相互之间的接触、摩擦均会导致调剂系统整体受损，进而造成灵敏度下降。总体而言，上述相对微小的缺陷均会导致整个调节系统的精确程度下降，进而影响汽轮机的调节要求^[2]。

第二，维持电液伺服阀正常工作的抗燃油油脂选择，会直接决定伺服阀是否能够正常发挥作用。比如选用磷酸酯抗燃油作为维持伺服阀工作的介质时，如果燃油的水分、酸度、电阻率等无法达到相应的标准，将会导致伺服阀接受的电流信号异常增大。为了解决此类问题，一方面，在选购磷酸酯抗燃油时，有关人员需要与生产厂家沟通，尽量降低杂质含量，并检测水分、酸度等参数是否满足电液伺服阀的运行要求。另一方面，可在调速汽门伺服阀附近设置改性氧化铝旁路再生装置，防备一旦磷酸酯抗燃油的性能出现偏差时，该装置能够在短时间内迅速对其中的杂质、酸度进行调整，将相应的参数限定在0.12mg/g之内。如此一类，抗燃油介质问题即可较为妥善地解决。

结语：汽轮机调节系统中调速汽门电液伺服阀的基本作用在于信号转换，控制汽门的开闭程度，使汽轮机整体进入新的“相对平衡”状态，保持运行的稳定性。由此可见，电液伺服阀的作用十分重要。但伺服阀自身会受到多种因素的影响，很可能导致灵敏度下降。因此，必须注重对伺服阀的维护，保证汽轮机运行质量。

参考文献：

[1]吴哲.分析汽轮机运行中调速汽门伺服阀的作用[J].电子测试,2020(22):103-104.

[2]花亚伟,乐先涛.1000 MW超超临界机组调速汽门卡涩分析处理及预防措施[J].电力科技与环保,2017,33(03):61-62.

作者简介：姓名：崔国斌（19930-）；性别：男，民族：汉，籍贯：山东省青岛人，学历：本科；现有职称：助理工程师；研究方向：汽轮机调速。