专利名称：汽轮机的开关量电子-液压控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽轮机自动控制的电子-液压控制方法及装置。
目前世界各国(包括我国)汽轮机的电子-液压(或微机-液压)控制系统(又称调节系统)均采取模拟量控制原理，即将汽轮机的转速与功率的反馈信号与其给定值相比较，其差值经放大或作其他运算(如PI运算)后，输出信号经功率放大器放大后推动电液转换器(或称电液伺服阀)转换成为液压信号，带动液压执行机构(一般称为油动机)去控制汽轮机进汽调节阀的开度，在信号的比较、放大、运算及变换(由电信号变换成液压信号)过程中，其输入、输出都是模拟量信号。为了保证控制系统的精度，即在被控制信号相对其给定值有一个微小的偏差时系统能作出准确的反应，要求各中间环节(即比较、放大、运算及变换元件)具有高的精度，特别是要求电液转换器有高的精度，因为一般电信号所具有的能量相对较小，为了保证它具有高精度，希望它的运动部件的摩擦力很小，因而对其结构、材料、加工精度提出很高的要求，同时也要求其供油具有高度的清洁度，因而对其供油系统也提出了高的要求。由于上述原因，增加了制造成本，对运行维护提出了高的要求，当工作条件得不到保证时(例如供油的清洁度不能满足要求)，容易发生故障。
由于上述原因，在我国虽然自1963年即开始研制汽轮机的电子-液压调节系统，先后试制了数十台电液调节装置，在各电厂进行试运行，但是由于对油质要求高，容易发生故障，这些装置目前大多数均已废置不用，不能得到推广。另一方面，电液调节装置的价格也比较贵，每台目前约需人民币20万元以上，难以在中小汽轮机上推广。
国内外电液调节系统的基本原理都可以用图1的方块图表示。
自70年代开始，在工业先进国家出现了微机-液压控制系统，80年代开始在国内陆续研制了同样的系统，这些系统的原理仍然是以模拟量控制为基础，只不过信号的比较和线性运算放大是由微机来完成而已(图中虚线框内部分)，由于基本原理不变，所以同样存在着对系统制造精度要求高，对油质要求高的缺点，电子-液压调节系统所存在的问题在微机-液压控制系统上并未得到妥善的解决。
本发明的目的在于解决上述电液调节系统所存在的问题，并从根本原理上加以改进，创造一种新的系统，这种新的系统应该克服原来的缺点，具有下列性能1、工作可靠，不易卡涩;
2、对油质要求较低，允许使用和目前电厂中实际水平相当的油系统;
3、调节系统的其他性能，如灵敏度、甩负荷后的超调量等，应不低于目前国家标准要求的范围;
4、成本低，耗油量少，便于推广;
5、能够适用于各种不同用途的汽轮机;
6、既适用于电子-液压控制系统，又适用于微机-液压控制系统。
如果抛弃原来电液调节系统所采用的模拟量控制原理，而改用开关量控制原理，就可以使原有系统的许多缺点得到克服。所谓模拟量控制是指控制信号可以是从最小值到最大值之间的任意值，而开关量控制则只有三个位置，即最大值(高电平)、零(零电平)和负的最大值(负的高电平)。
模拟量控制的特点是输出信号y与输入信号x成一定的比例关系，即y＝kx，所以当输入信号x很小时，输出信号y也很小(图2a)。开关量控制时，当输入信号x小于死区ε时，输出信号y为零;当输入信号x大于ε时，输出信号y为1(即最大值，或称高电平)，见图2b。
本发明的要点在于提出一种汽轮机开关量电子-液压控制方法及按该方法构成的装置，该方法是将油动机位置的给定值V＊s与反映油动机活塞实际位置的电压值Vs的差值送入三个有不同死区阀值ε1、ε2、ε3的比较器进行比较，比较器输出为一具有阶跃函数性质的开关量，由此开关量通过电磁铁控制大小滑阀从而实现对油动机活塞位置的闭环控制。按此方法构成的装置，包括三个比较器、三个无触点开关、三个电磁铁以及大、小滑阀6、7、8其中比较器1-1、1-2、1-3的死区阀值分别为ε1、ε2、ε3，它分别通过三个无触开关2-1、2-2、2-3来控制电磁铁3-1、3-2、3-3的导通与断开，3-1、3-2控制小滑阀6、7;3-3控制大滑阀8，三个滑阀的输出均与油动机9的活塞位置调节输入相连接从而实现对油动机的控制与调节。
我们提出基于开关量控制原理的凝汽式汽轮机调节系统的原则性系统如图3所示。功率给定电压Vgd与频差放大器的输出电压VDF相减，其差值V＊s为油动机位置的给定值。位移变送器4测量油动机活塞的实际位移，它的输出电压Vs与V＊s相减，如果二者的差值小于各比较器1的死区，则各比较器的输出电压为零，各无触点开关2均不通，电磁铁不通电，滑阀6、7、8都关闭，油动机活塞9保持原来的位置。如果V＊s-Vs＞ε1，则比较器1-1将输出高电平，而比较器1-2、1-3输出零电平，使得无触点开关2-1导通，电磁铁3-1通电，它牵引小滑阀6向上移动，高压油经滑阀上的油口进入油动机活塞9的底部，推动活塞向上移动，开大汽轮机的调节阀5，增加进汽量，增大汽轮机功率。随着活塞的向上移动，位移变送器4的输出电压Vs也增大，当V＊s-Vs＜ε1时，则比较器1-1将输出零电平，开关2-1关闭，电磁铁2-1失电，滑阀6回到底部，油动机的进油被切断，油动机停止运动。
如果由于汽轮机转速f的增大，或者由于给定电压Vgd的减小，使得V＊s-Vs＜0，而且有V＊s-Vs＜-ε2，V＊s-Vs＞-ε3(ε3＞ε2)，则比较器1-2将输出高电平，而比较器1-1和1-3则输出零电平，此时无触点开关2-2将导通，而无触点开关2-1和2-3将关闭，所以只有电磁铁3-2通电。它牵引小滑阀7向上移动，油动机活塞底部经滑阀油口与排油相通，油动机活塞在其上部弹簧力的推动下向下移动，关小调节阀。当活塞9向下移动时，位移变送器4的输出电压Vs减小，当V＊s-Vs＞-ε2时，比较器1-2将输出零电平，开关2-2关闭，电磁铁3-2失电，小滑阀7回到底部，油动机排油被切断，活塞停止运动。
如果V＊s-Vs＜0，而且同时满足V＊s-Vs＜-ε2，V＊s-Vs＜-ε2(ε3＞ε2)，则比较器1-2和1-3将同时输出高电平，只有比较器1-1输出零电平此时开关2-2和3-3均导通，电磁铁3-2和3-3使小滑阀7和大滑阀8向上运动，油动机活塞底部同时通过这两个滑阀上的油口排出，油动机向下移动，关小调节阀。同时，由于Vs的减小，使｜V＊s-Vs｜减小，当V＊s-Vs＞-ε3时，大滑阀8先关闭，以后当V＊sVs＞-ε2时，小滑阀7也关闭，油动机停止运动。
小滑阀6和7上的油口均设计得比较小，使得在它们动作时，油动机运动速度较低，同时比较器1-1和1-2的死区ε1和ε2也设置得比较小。大滑阀8上的排油口设计得较大，在它动作时油动机很快关闭调节阀，同时比较器1-3的死区ε2也设计得较大。在汽轮机并网运行时，汽轮机加减负荷的减度比较慢，电网周波的变化幅度比较小，所以｜V＊s-Vs｜比较小，它可能超过ε1或ε2，但一般不会超过ε3，所以在汽轮机并网运行时，将只有小滑阀6或7动作，油动机运动缓慢。当汽轮机甩负荷时，转速迅速上升，｜V＊s-Vs｜超出死区ε3，大滑阀8动作，油动机迅速关闭调节阀。
死区ε1和ε2的推荐值为(0.02～0.05)Vgdmax，它相当于系统不灵敏度为0.16～0.4%，而ε3则推荐为(0.2～0.3)Vgdmax，相当于超速(1-1.5)%时大滑阀8动作。死区ε1和ε2愈小，则系统灵敏度愈高，但死区太小，则电磁铁动作太频繁。
和现有的电液调节系统相比本项发明的优点和技术指标的提高如下
1、可靠性高。由于电磁铁的电磁力远远大于所需要克服的阻力，而且允许在运行中活动以检查其工作情况，所以不易卡涩。
2、对油系统的要求低。由于不易卡涩，所以对油质要求低，一般的汽轮机系统已能满足要求，无需特殊的油滤器。
3、系统灵敏度取决于死区的设置，当选择额定负荷时Vgd＝5V，取死区为±0.1V，则系统不灵敏度为0.16%，达到优质的标准。
4、甩负荷时的转速飞升小于一般系统。根据模拟试验，当甩全负荷时转速飞升为5.6%(δ＝4%)和6.6%(δ＝5%)(Ta＝9s，To＝0.3s，Ts＝0.3s)而在同等条件下一般系统的转速飞升分别为7.4%和8.3%。
5、耗油量小。以200MW汽轮机为例，在带负荷运行时本系统的耗油量为一般系统的1/10～1/5，甩负荷时耗油量为一般系统的1/15～1/20，每年可节电7×104～30×104KWh，折合人民币7000～30000元。
6、成本低。由于电磁阀的精度要求低，系统简单，对油质要求不高，所以本系统的成本估计为目前所采用的电液调节系统的1/4左右。
图1为汽轮机模拟量电子-液压控制装置的原理框图。
图2为模拟量控制与开关量控制输入输出关系的比较示意图。
图3为本发明装置的结构原理图，图中1比较器，2无触点开关，3电磁铁，4位移变送器，5调节阀，6、7小滑阀、8大滑阀，9油动机。
图4为本发明装置实施例的具体线路(只画出一路，其它两路类同)。
实施例图4为本发明装置的具体线路(只画出一路其它二路类同)图中V＊s为油动机位置的给定电压，而Vs则为代表油动机位置的反馈电压，二者在加法器F1中比较，F1的输出为二者之差，即△Vs＝-(V＊s-Vs)。当V＊s＞Vs，而且｜V＊s-Vs｜＞｜Vε｜时，由运行放大器F2构成的比较器将输出负的高电平，该电压经反相放大器F3反相放大后成为正的高电平信号，它使得光电耦合器TIL113的发光二极管发光，三极管导通，电源电压+Vc2经电阻R作用在双向可控硅的触发极G上，使双向可控硅导通，电磁铁MG带电，将滑阀1吸上，高压油经油口A进入油动机2活塞的底部，油动机上移。油动机移动时，反馈电压Vs相应增大，当｜V＊s-Vs｜＜｜Vε｜时，比较器F2将输出正的高电平，此时由于稳压二极管D1的箝位，放大器F3的输出为低电平，光电耦合器不导通，可控硅截止，电磁铁失电，由于重力的作用滑阀1下移，油动机停止运动。
使油动机关小的线路在原理上和图3相同，但具体的电压值和油路略有不同。
死区电压值Vε可通过电位器W1加以调整，｜Vε｜越小，则系统灵敏度越高，但电磁阀动作频率也相应增高。
权利要求
1.一种汽轮机开关量电子-液压控制方法，其特征在于将油动机位置的给定值Vs与反映油动机活塞实际位移的电压值VS的差值送入三个具有不同死区阀值ε1、ε2、ε3的比较器进行比较，比较器的输出为一具有阶跃函数性质的开关量，由此开关量通过电磁铁控制大、小滑阀从而实现对油动机活塞位置的闭环控制，上述ε1、ε2的取值范围为0.02～0.05Vgdmaxε2为0.2～0.3Vgdmax。
2.按权利要求所述方法构成的装置，包括比较器1，无触点开关2，电磁铁3，位移变送器4，调节阀5，滑阀6、7、8，油动机9，其特征在于所述比较器1，由三个具有不同死区阀值ε1、ε2、ε3比较器1-1、1-2、1-3构成。它们分别通过三个无触点开关2-1、2-2、2-3来控电磁铁3-1、3-2、3-3的导通与断开，电磁铁3-1、3-2分别控制小滑阀6、7，电磁铁3-3控制大滑阀8，三个滑阀的输出均与油动机9的活塞位置调节输入相连接。
全文摘要
一种汽轮机开关量电子液压控制方法及装置，主要特征在于采用具有开关特性的比较器将模拟量转换为开关量，并通过电磁铁和滑阀实现对油动机活塞位置的闭环控制，本发明方法与装置对油质要求低，不易发生卡涩现象，控制灵敏度等性能符合国家标准，成本低，耗油量少，可适用于各种不同用途的汽轮机，并可将微机与本装置连接，从而实现更理想的控制。
文档编号F01D17/00GK1056337SQ9010260
公开日1991年11月20日 申请日期1990年5月3日 优先权日1990年5月3日
发明者徐基豫, 于达仁 申请人:哈尔滨工业大学