Hiện đại hóa hệ thống điều chỉnh tuabin hơi

Hiện đại hóa hệ thống điều chỉnh tuabin hơi Rất nhiều đơn vị hiện đang tiến hành hiện đại hóa hệ thống điều chỉnh các tuabin hơi (TH), trong đó có cả các TH của Nhà máy Cơ khí Leningrađ. Mục tiêu của việc hiện đại hóa là khắc phục các khiếm khuyết trong hoạt động của các bộ phận và nâng cao tính kinh tế của TH bằng việc sử dụng các van điều chỉnh mới với các van và mặt tựa van có prôfin (biên dạng) kinh tế hơn, các cột thép trong TH có trục cam, áp dụng các phương pháp làm kín bằng kim loại lỏng, v.v., kể cả việc đáp ứng các yêu cầu tăng cao đối với chất lượng điều chỉnh sơ cấp TH, thực hiện bằng cách áp dụng rộng r ãi hơn các hệ thống điện - thủy lực, gia tăng tỉ lệ điện tử. Tuabin hơi công suất 220 MW Một số vấn đề nảy sinh khi lựa chọn phương hướng và khối lượng hiện đại hóa. Đối với những khía cạnh đó, cần cân nhắc đến số lượng lớn TH đang và sẽ được xử lý, và đây cũng là những vấn đề cấp thiết trong khâu thiết kế TH mới. Phần điện tử của các hệ thống điều chỉnh có thể được thực hiện trên cơ sở phần tử khác, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và khả năng vật chất của khách hàng, nhưng giải pháp sơ đồ tương đối giống nhau. Kinh nghiệm cần thiết trong việc thực thi các giải pháp đó, trong đó kể cả việc chọn các thuật toán, đã tích lũy được kể cả trong hệ thống điều chỉnh tốc độ quay và công suất, cũng như trong việc sử dụng các thiết bị bảo vệ chống vượt tốc. Cũng có nhiều kinh nghiệm áp d ụng các bộ biến đổi điện - thủy lực (BĐĐTL) thuộc các thành tựu mới nhất, thí dụ các cơ cấu chấp hành kiểu động cơ tuyến tính Exlar. Phần cơ của hệ thống điều chỉnh được hiện đại hóa không phải bao giờ cũng là cơ bản và kinh nghiệm tích lũy được trong hoạt động của các bộ phận không phải bao giờ cũng được áp dụng triệt để. Cụ thể như việc hiện đại hóa TH kiểu K -200-100 bằng việc lắp đặt bộ biến đổi điện - cơ cho bộ truyền động trực tiếp của servomotor kiểu ngăn kéo thuộc các van điều chỉnh của xilanh cao áp - xilanh trung áp (ho ặc chỉ xilanh cao áp trong các TH kiểu PT-80). Độ nhậy của hệ thống điều chỉnh có thể đã được cải thiện ít nhiều, nhưng tất cả các vấn đề cũ vẫn tồn tại, đã vậy lại còn vấn đề kiểm soát độ di trục của bơm dầu chính m à hậu quả sự cố của nó là đáng kể. Ngoài ra với việc thay thế trên, vẫn còn một phần tử đáng nghi ngờ trong hệ thống phân phối hơi, đó là các cam (vấu) của bộ phân phối hơi. V ì không thể tính toán, chế tạo các cam này với đủ độ chính xác nên khó duy trì chúng ở trạng thái không đổi, điều chỉnh, và quan tr ọng hơn hết, rất khó hiệu chỉnh tại chỗ theo kết quả thử nghiệm. Phản ứng của TH khi thay đổi tần số lưới điện được xác định không chỉ bởi độ không nhậy của hệ thống điều chỉnh, mà còn bởi đặc tuyến “công suất - hành trình servomotor”. Nếu trong TH K-300-240 mà ch ỉ thay thế bộ điều chỉnh tốc độ kiểu cơ khí sang điện tử nhưng vẫn giữ nguyên bộ biến đổi điện - thủy lực chung thì cho dù các đặc tính của bộ biến đổi điện - cơ khí có hoàn thiện đi chăng nữa, vẫn không thể đạt hiệu quả cần thiết cho việc tuyến tính hóa đặc tính tĩnh “tần số quay - công suất”. Vì vậy đòi hỏi phải đặt bộ biến đổi điện - cơ khí riêng rẽ cho từng servomotor. Và đó mới thực sự là giải pháp đúng đắn hơn cả, bởi v ì các servomotor điện - thủy lực riêng bi ệt với các cam điện tử sẽ đơn giản hóa việc giải quyết những vấn đề n ày. Nhưng ở đây có thể có hai phương hướng thiết kế các servomotor điện - thủy lực. Phương án thứ nhất: Bộ biến đổi điện - cơ khí liên hệ về mặt cơ khí với ngăn kéo (van trượt) cắt của servomotor bị động. Phương án thứ hai: Bộ biến đổi điện - cơ khí là bộ phận hợp thành của bộ biến đổi điện - thủy lực - tổng hợp (BĐĐTL-TH), tác động lên ngăn kéo cắt của servomotor bằng thủy lực. Cả hai phương án có thể được thực hiện với các đặc tuyến động lực khác nhau của bộ biến đổi điện - cơ khí. Ứng lực hoán vị càng lớn của bộ biến đổi điện - cơ khí có thể chỉ trong từng trường hợp đơn giản hóa đáng kể kết cấu của nó. Đồng thời cả hai phương án đó đều mặc định việc ứng dụng bộ cảm biến vị trí của servomotor làm mạch liên hệ ngược (mạch phản hồi). Ngày nay ở các TH 300 và 800 MW đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm khả quan về hiện đại hóa và trên 5 năm vận hành các servomotor điện - thủy lực với việc ứng dụng bộ biến đổi điện - cơ (kiểu các bộ truyền động tuyến tính) trực tiếp nối với servomotor kiểu ngăn kéo do các hãng Interautomatics và Compressor Controls Corporation th ực hiện trên các hệ thống với bộ biến đổi điện - cơ khí. Nhìn chung cũng có nhiều kinh nghiệm tốt trong vận hành các hệ thống điện - thủy lực của Nhà máy Cơ khí Leningrađ với việc ứng dụng bộ BĐĐTL-TH (trên 25 hệ thống, hơn 90 bộ BĐĐTL-TH) trong c ả việc hiện đại hóa các hệ thống cũng như trong việc ứng dụng trên các TH khác nhau thuộc thế hệ mới, nghĩa là cả hai phương án đến nay đ ã chứng tỏ khả năng hoạt động tốt. Vậy tiếp đến cần phải làm gì? Ti ếp theo vấn đề đó được nghiên cứu từ quan điểm về điều kiện hoạt động của các bộ phận trong hệ thống điều chỉnh TH, và kể cả sự phát triển khả dĩ của các kết cấu hệ thống điều chỉnh và bản thân các TH và khi cân nh ắc đến các tình huống đó, có thể phương án 2 được ưa chuộng hơn. Việc nghi ên cứu được tiến hành trên cơ sở các hệ thống điều chỉnh mới được chế tạo trong những năm gần đây cho các TH của Nhà máy Cơ khí Leningrađ. Việc nghiên cứu triển khai bộ biến đổi điện - thủy lực - tổng hợp (BĐĐTL -TH) không có mối liên hệ cơ khí của bộ biến đổi điện - cơ khí với ngăn kéo cắt của servomotor (ví dụ sử dụng bằng sáng chế số 2154201 của LB Nga, theo đó tín hiệu từ bộ biến đổi điện - cơ khí và áp suất dầu từ đường bảo vệ tuabin được biến đổi thành áp suất thay đổi điều khiển ngắn kéo của servomotor) khi có mạch li ên hệ ngược điện tử theo vị trí của servomotor cho phép thực hiện servomotor điều chỉnh, servomotor n ày có thể được bố trí không chỉ thẳng đứng, mà cả nằm ngang, và nói chung với bất kỳ độ dốc nào. Vi ệc sử dụng servomotor đó cho van stop đã cho phép Nhà máy Cơ khí Leningrađ thực hiện đối với TH thế hệ mới (T -150, K-110, v.v.) các kh ối phân phối hơi với van stop nằm ngang và một hoặc hai van điều chỉnh đặt đứng. Điều đó đơn giản hóa đáng kể bản thân các khối phân phối hơi và việc xếp đặt tuabin. Servomotor của van điều chỉnh trong các khối đó trước đây được thực hiện với liên hệ ngược cơ khí kiểu cam cho ngăn kéo cắt v ì vào thời đó chưa có kinh nghiệm hoạt động với các servomotor “cam” điện tử, chưa có các dữ liệu về độ tin cậy của các bộ cảm biến vị trí của các servomotor v à không có kinh nghiệm vận hành dài lâu các van điều chỉnh chống rung kiểu mới. Hiện nay, khi tất cả những vấn đề đó đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, hoàn toàn hợp lý để tiếp tục phát huy bước sau: sử dụng các servomotor tương tự, nhưng với li ên hệ ngược điện tử cho các van điều chỉnh, các van n ày cũng có thể bố trí nằm ngang hoặc nghiêng m ột góc bất kỳ. Những khối đó (thí dụ từ một van điều chỉnh về van stop) sẽ cho phép giảm đáng kể tổn thất áp suất trong toàn bộ hệ thống phân phối hơi, đặt các van gần xilanh hơn, đơn giản hóa phương pháp sấy các đường ống hơi khi khởi động tuabin v à thao tác các van trong quá trình vận hành. Khả năng sắp xếp các khối van đó sẽ cho phép hiện đại hóa triệt để các hệ thống phân phối hơi của các TH K-300-240, K-800-240, v.v., trong đó chiều dài của các ống giữa các van thuộc xilanh cao áp và xilanh là đáng kể (hằng số thời gian của thể tích hơi khoảng 0,2 - 0,3 s khi sử dụng các khối van và tới 0,6 s khi các van stop được đặt ri êng rẽ). Chúng tôi cho rằng khả năng giảm các thể tích hơi đó, đặc biệt đối với các tuabin có hằng số thời gian của roto 5 - 7 s, sẽ là cấp thiết ngay c ả trong tương lai và giải pháp đó là có triển vọng trong thiết kế. Xung quanh servomotor đôi khi tạo ra chế độ bất thư ờng về nhiệt độ và độ ẩm, dẫn đến tình trạng thiết bị điện và đặc biệt thiết bị điện tử ngừng hoạt động. Đôi khi nhân viên vận hành không thể đến gần thân cao áp của tuabin hơi do xì hơi trục van stop, xì hơi ở bộ chèn hơi. Lưu lượng dầu trong các servomotor khá lớn và mặc dầu có thể vận hành tạm thời ở các chế độ bất thường đó, nhưng dầu nhanh chóng bị hỏng. Để nâng cao độ tin cậy vận hành khi đặt bộ BĐĐC trực tiếp lên ngăn kéo của servomotor nhất thiết phải đưa vào sơ đồ điều chỉnh các tín hiệu phản hồi (liên hệ ngược) từ các bộ cảm biến vị trí các servomotor của các van điều chỉnh (đôi khi của chính ngăn kéo) trong khi đó các chỉ số của các bộ cảm biến trở n ên tới hạn xét trên quan điểm về độ tin cậy của bộ điều chỉnh. Những điều kiện hoạt động của các bộ cảm biến đó có thể không thuận lợi không chỉ vì các chế độ nhiệt độ mà còn vì cả sự phát sinh rung của các van hoặc độ rung tăng cao của chính tuabin khi đi qua điểm tới hạn hoặc khi phát sinh độ rung tần số thấp. Đối với các tuabin công suất lớn có nhiều servomotor của các van điều chỉnh, điều đó dẫn tới phức tạp hóa đáng kể sơ đồ điều chỉnh, làm tăng giá thành phần thiết bị v à có thể chiếm hết công suất tính toán của bộ xử lý trung tâm. Ngoài ra xét về các điều kiện không thuận lợi trong sự hoạt động của các bộ cảm biến, ngay cả việc lắp dự phòng (tăng độ dư thừa lên gấp đôi) cũng có thể không nâng cao được độ tin cậy như mong muốn. Đương nhiên điều đó có thể không phải là trở ngại không vượt qua được. Mặt khác, kinh nghiệm hiệu chỉnh cho thấy trong sơ đồ với bộ BĐĐTL -TH và servomotor có phản hồi cơ khí lên ngăn kéo của nó, việc sử dụng bộ cảm biến vị trí có thể chỉ giới hạn trong các nhiệm vụ về thông tin và hiệu chỉnh, nghĩa là không đưa tín hiệu của nó vào mạch điều chỉnh hoặc có đưa vào nhưng với chức năng hiệu chỉnh hạn chế. Để thực thi đặc tuyến mở van cần thiết một cách tương đối chính xác, có thể sử dụng sơ đồ bộ chỉ vị trí đã được nghiên cứu triển khai trong quá trình tối ưu hóa thu nhận các đặc tuyến cho trước của servomotor, bao gồm sự liên kết của hai hàm số tuyến tính từng đoạn nối tiếp nhau, một h àm số trong đó là đặc tuyến tính toán, tức là sự phụ thuộc cần thiết của hành trình van vào tín hiệu điều khiển hệ thống điều chỉnh (dòng điều khiển từ hệ thống điều chỉnh - hành trình c ủa servomotor), còn hàm số thứ hai là đặc tuyến thực nghịch đảo cũng của van đó (h ành trình của servomotor - dòng điều khiển được đưa tới bộ biến đội điện - cơ khí). Kết quả là tín hiệu đã hiệu chỉnh được đưa tới bộ BĐĐTL-TH để thu được đặc tuyến cho trước của van, có tính đến các sai lệch hiện hữu trong các đặc tuyến thực tế của các cụm. Trong sơ đồ tr ên, bộ cảm biến vị trí chỉ được sử dụng để hiệu chỉnh hệ thống, và sau đó tín hiệu của nó có thể loại bỏ khỏi mạch điều chỉnh. Trong trường hợp cần thiết, bộ cảm biến vị trí có thể được để lại trong vận hành liên t ục để hiệu chỉnh những sai số nhỏ (về nhiệt độ, v.v.). Những độ lệch nhỏ có thể bù bằng thành phần tích phân của hệ điều chỉnh chính (tần số quay, công suất, áp suất). Sơ đồ này đã được Nhà máy Cơ khí Leningrađ thử nghiệm khi hiện đại hóa các TH K - 200-130 t ại các Nhà máy nhiệt điện Maritsavostok-3 và Mariiska và đã cho thấy kết quả tốt. Ưu việt chính của sơ đồ là loại bỏ tất cả các bộ cảm biến vị trí của các servomotor không dẫn tới sự cần thiết của việc ngừng tổ máy, điều đó là ưu việt quan trọng nhất xét về quan điểm độ tin cậy của sơ đồ với bộ BĐĐTL -TH. M ột ưu việt nữa (đôi khi khá quan trọng) của sơ đồ đối với bộ BĐĐTL -TH là khả năng điều khiển hai (hoặc một số) servomotor chỉ nhờ một bộ BĐĐTL. Khả năng đó xuất hiện khi áp dụng việc phân phối hơi của các miệng phun trong trường hợp khi điểm bắt đầu mở một trong các van điều chỉnh nằm sau điểm mở hoàn toàn van điều chỉnh khác. Sơ đồ chỉ vị trí của các van trong phương pháp điều khiển đó phức tạp hơn đôi chút, nhưng vẫn duy trì được tất cả những ưu việt kể trên. Đối với một số TH, thí dụ K-300-240 của LMZ với 7 van điều chỉnh cao áp, việc áp dụng giải pháp tr ên có thể tiết kiệm được đáng kể. Tuabin hơi K-800-240 Khi s ử dụng bộ truyền động Exlar làm bộ biến đổi điện - cơ cho sơ đồ điều chỉnh tuabin hơi, cần phải duy trì độ tin cậy vận hành cho việc đóng van khi mất nguồn cung cấp hoặc các t ình huống tương tự của toàn bộ mạch điều chỉnh tốc độ như một tầng bảo vệ đầu tiên chống lồng tốc tuabin. Các bộ truyền động loại GS được trang bị các động cơ lực, với bộ khuếch đại không có chổi than v à vận hành giống như các servomotor không có chổi than. Bộ khuếch đại servo được sử dụng để quay motor, đồng thời đảm bảo khống chế tốc độ và mômen xo ắn cũng như để khống chế số vòng quay và thời gian quay. Chuyển động quay biến thành chuyển động tuyến tính nhờ cơ cấu trục vít bánh răng hành tinh được lồng ghép vào bộ truyền động tuyến tính GS. Phần tử “tinh vi” nhất trong bộ BĐĐTL-TH đòi hỏi lắp ráp kỹ lưỡng và hiệu chỉnh tốt là bộ biến đổi điện – cơ khí. Nếu sử dụng bộ truyền động tuyến tính (kiểu Exlar) để l àm bộ biến đổi điện – cơ khí cho bộ BĐĐTL -TH, có thể không cần sử dụng hệ thống theo dõi trong bộ BĐĐTL -TH và sự di chuyển ngăn kéo của bộ BĐĐTL bằng chính bộ truyền động công suất nhỏ kiểu GS20-0302 với ứng lực tuyến tính cực đại khoảng 90 kg và hành trình toàn phần 5 mm. Khối lượng của bộ truyền động này khoảng 2,5 kg, cao gần 200 mm. Nếu lợi dụng khả năng rộng lớn của các bộ điều chỉnh vi xử lý điện tử thì về nguyên tắc, servomotor của các van điều chỉnh và van stop thu ộc bất cứ kiểu gì đều có thể thực hiện với phản hồi cơ khí tuyến tính (bằng cách đó đơn giản hóa và chuẩn hóa được kết cấu), còn đặc tuyến mở cần thiết thực hiện bằng các hàm số tuyến tính từng đoạn n êu trên. Triển vọng giải pháp sơ đồ đó sẽ cho phép hiệu chỉnh đặc tuyến mở các van điều chỉnh trong chế độ tự động, điều đó giảm thiểu đáng kể chi phí nhân lực cho việc bảo dưỡng hệ thống điều chỉnh. Kết luận 1. Sử dụng van điều chỉnh với servomotor điện - thủy lực riêng lẻ cho phép đảm bảo chính xác hơn độ tuyến tính cho đặc tuyến tĩnh của hệ thống điều chỉnh tuabin hơi. 2. Sử dụng servomotor điện - thủy lực với bộ biến đổi điện - cơ, về cơ khí không liên hệ với ngăn kéo ngắt của servomotor điều khiển nó, cho phép tạo ra các khối phân phối hơi có mức tổn thất áp suất hơi thấp nhất v à có nhiều điều kiện bố trí tốt nhất. 3. Sử dụng các bộ chỉ vị trí với việc ứng dụng tính liên tục của các hàm số tuyến tính từng đoạn đảm bảo sự hoạt động tin cậy và chất lượng cao của hệ thống điều chỉnh ngay cả khi các bộ cảm biến vị trí của các servomotor không hoạt động, các bộ cảm biến này có thể chỉ được sử dụng cho các mục tiêu phụ trợ. Đồng thời servomotor thủy lực có thể được thực hiện với phản hồi tuyến tính cho ngăn kéo ngắt của nó, điều đó làm đơn giản kết cấu của chính servomotor. . Hiện đại hóa hệ thống điều chỉnh tuabin hơi Rất nhiều đơn vị hiện đang tiến hành hiện đại hóa hệ thống điều chỉnh các tuabin hơi (TH), trong. thuộc cần thiết của hành trình van vào tín hiệu điều khiển hệ thống điều chỉnh (dòng điều khiển từ hệ thống điều chỉnh - hành trình c ủa servomotor), còn hàm