徐章福1 彭家强2 李庆2 邓彤天1 钟晶亮11．贵州电力试验研究院。贵阳550002：2．四川东方电气自动控制工程有限公司，四川德阳618000

摘要：对某国产超超临界火电汽轮机组的调节阀操纵机构液压原理进行了阐述，通过Amesim软件进行了模型建立，并对

其关键特性进行了仿真分析。主要分析了调节阀操纵机构在开启和关闭过程中其工作腔油压与行程的关系曲线和快速关闭

的时间曲线，并将仿真结果与实际试验数据进行对比分析。从分析中可看出其仿真结果与实际试验数据基本一致，从而验

证了模型的合理性，为将来火电汽轮机调节阀操纵机构的设计和优化提供了理论基础。

关键词：汽轮机；调节阀操纵机构；特性分析

中图分类号：TK263．7 文献标识码：A 文章编号：1001-9006(2015)02—0033--04

Characteristic Analysis on Control Valve

Operating Mechanism of Steam Turbine

XU Zhanghtl，PENG Jiaqianf，LI Qin92，DENG Tongtianl，ZHONG Jinlian91

(1．Guizhou Electric Power Test＆Research Institute，550002，Guiyang，China；

2．Sichuan Dongfang Electric Auto·control Engineering Co．Ltd．，618000，Deyang，Sichuan，China)

Abstract：In this paper，hydraulic principles of control valve operating mechanism for a certain domestic ultra-supercritieal thermal

power aye described and models are established by using the Amesim software．The key features of which aI；e analyzed．including the

relationship of oil pressure of CUl、re and stroke of actuator in the opening and closing process and the time when it is fast closed．

Comparison of the simulation results with the actual test data is made，which indicates the models aye reasonable as the theoretical basis

for future design and optimization．

Key words：steam turbine；operating mechanism of control valve；characteristic analysis

调节阀操纵机构是汽轮机调节系统中最重要

的组成部分，它接受DEH控制系统发出的指令，

操纵汽轮机阀门的开启和关闭，从而达到控制机

组转速、负荷以及保护机组安全的目的。调节阀

操纵机构具有调节精度高、输出力矩大、行程速

度快、响应迅速、操作平稳和工作可靠性高等优

点，因而被广泛应用在汽轮机调节系统上。

本文主要是运用Amesim软件对某国产超超临

界的汽轮机机组调节阀操纵机构的各个部分和元

件进行建模，研究了调节阀操纵机构快关特性，

工作腔油压与行程的关系，并与生产处实物试验

数据进行比较，验证了利用软件分析的正确性，

为以后更为高效地设计和优化调节阀操纵机构提

供了一种仿真手段。

1 调节阀操纵机构工作原理

图l是调节阀操纵机构工作原理图。调节阀操

纵机构主要由油动机和操纵座2部分组成。其中油

动机主要由电磁阀、伺服阀、卸荷阀、集成块、

油缸等组成；操纵座则主要是一个预压弹簧机构。

调节阀操纵机构的工作原理如下：在电磁阀处于

失电状态下，压力油经过一个节流孔后形成高压

安全油，使卸荷阀关闭，此时调节阀操纵机构工

作准备就绪；当阀门需要开启时，伺服阀将压力

收稿日期：2014—12—18

作者简介：徐章福(1981--)，男，2009年毕业于华北电力大学热能工程专业，工学硕士，工程师。现在贵州电力试验研究院工作，主要从

事电站汽轮机现场调试及生产试验工作。

33

油引入油动机工作腔，调节阀操纵机构在压力油

的作用下克服弹簧阻力使阀门开启，位移传感器

将其行程信号反馈给控制系统；当需要关小阀门

时，伺服阀将油动机工作腔接通排油，调节阀操

纵机构在弹簧力作用下使阀门关小，并实时通过

位移传感器将其行程信号反馈给控制系统。当调

节阀操纵机构开启或关小到设定位置时，控制系

统将其指令与位移传感器反馈信号偏差也为零，

控制信号会使伺服阀处于中位，调节阀操纵机构

则停留在设定位置上。当需要通过调节阀操纵机

构快速关闭阀门时，则需令电磁阀带电动作，此

时卸荷阀打开，油动机的工作腔通过卸荷阀接通

排油，调节阀操纵机构在弹簧力作用下使阀门快

速关闭，其快速关闭应小于或等于0．3 S的设

计值E¨。

2调节阀操纵机构系统模型的建立

AMEsim是基于图形化设计的仿真软件，在其

液压仿真软件包中含有大量常用的液压元件。考

虑到目前AMEsim液压库中的液压缸模型过于简

单，不能表征调节阀操纵机构中油动机的内泄漏，

尚无法体现实际系统的性能需要，故采用机械设

计库和HCD(Hydraulic component design)库中模块

图1 调节阀操纵机构工作原理图

来搭建调节阀操纵机构模型，系统模型如图2

所示。

系统压力为14 MPa，电磁阀采用力士乐lO通

径，流量为150 L／min，卸荷阀为不带阻尼的，通

径为50，面积比为2：1，开启压力0．1 MPa，具体

参数见力士乐样本旧o；伺服阀最大流量150 L／min，

单边压降7 MPa，额定电流值为±40 mA，详细参

数见MOOG72的样本旧。J。油动机和操纵座的参

数分别如表1和表2所示：

图2 调节阀操纵机构工作原理图

表1油动机的结构参数

工作方式缸径／mm 杆径／mm工作行程p／mill预起行程∥m“

推缸 150 75 318．5 10

◇一’’圆

表2操纵座弹簧的结构参数

调节阀油动机采用的是单作用液压缸，活塞杆及

活塞质量200 ks，泄漏系数0-02(L·min～)／MPa。

节流孔的直径为3 mm，最大流量系数为0．7。压力

油管的直径为25 mm，回油管的直径为50 mm，所

以管道均为层流，雷诺数为1000。本次仿真是在

汽轮机静止状态下对调节阀操纵机构特性进行的

仿真，因此不考虑其受到的阀门蒸汽力。

3仿真结果分析

3．1 调节阀操纵机构开启和关闭时，行程与时间

的关系曲线

图3是调节阀操纵机构开启和关闭整个过程的

行程曲线图。从图中可以看出调节阀操纵机构走

完全行程所需的时间是3．2 S，这与该机组的调门

阀阀门的实际全开时间3 S基本一致。在Amesim

中，设置5 S后给电磁阀线圈带电信号，使其带电

动作，卸荷阀上腔室的油与油箱接通，此时其下

腔室作用力远大于上腔室的弹簧力，使得系统压

力油接通排油，调节阀油动机工作腔内的油液在

弹簧力的作用下快速进入油箱，从而关闭阀门。从

0

；，。、 I行程与时间的关系

I

／1 《0 l 2 3 4 5 6

It,j问，s(b)

图3 调节阀操纵机构开启和关闭时行程与时间的关系图

仿真的结果可以得出，调节阀操纵机构快速关闭

时，工作腔压力下降很快，调节阀操纵机构快速

关闭时间约为0．3 s。

3．2调节阀操纵机构开启和关闭时。工作腔室油

压与时间的关系

图4是调节阀操纵机构开启和关闭整个工作过

程中调节阀油动机工作腔油压随时间的变化曲线。

从表2可以得到弹簧的预压力7334．76 N，调节阀油

动机工作腔活塞的面积为17 671．459 rain2，所以当

克服弹簧的预压力时，所需的压力为0．415 MPa。从

仿真结果中，可以得出克服弹簧所需的压力为

0．435 MPa，理论与仿真的误差约为4．8％。由于仿

真模型中，考虑了管道的摩擦、管道的长度，理论

和仿真的误差可以接受。从图中可以看出，在调节

阀操纵机构运动到满行程之前为1．545 MPa，当运

动到满行程的瞬间，由于急剧上升到达14 MPa。在

调节阀操纵机构快关过程中，调节阀油动机工作腔

油压变化较快，很快接近0 MPa。

0 l 2 3 4 5 6l¨Ihq／s

图4调节阀操纵机构开启和关闭时油压曲线图

4试验与仿真结果的比较

利用某公司的阀门操纵机构总装试验台及微

机试验数据测试和采集处理系统(包括相应的压力

变送器及LVDT等)，对该国产超超临界汽轮机机

组进行了调节阀操纵机构工作油压与行程的关系

试验以及调节阀操纵机构快关试验。

4．1 调节阀操纵机构快关仿真结果与试验的比较

试验与仿真下的调节阀操纵机构快关行程与时

间关系曲线如图5所示。从图中可以看出，调节阀

操纵机构从全开到全关，整个过程所用时间小于等

于0．3 s。在快关过程前的0．2 s，调节阀操纵机构

关闭速度很快。接近油动机底部时，由于油动机结

构上的缓冲，关闭比较缓慢。仿真结果和试验结果

比较接近，验证了仿真的模型可行性。

Lt；Jl词／s

图5 调节阀操纵机构快关行程与时间关系

4．2调节阀操纵机构工作腔油压与行程关系的仿

真结果与试验的比较

图6是调节阀操纵机构中油动机工作腔油压与

行程的关系图。从图中可以得出，除了调节阀油动

机工作腔的初始段和末端，其油压与行程成线性关

系，仿真结果与试验结果2条曲线的趋势基本一致。

在同一工作行程中，试验结果与仿真数据的偏差约

为0．1 MPa。油压仿真设置时，调节阀油动机的摩

擦系数比实际的偏小，但造成的误差值可以接受。

5结语

00 005 010 015 0．20 0．25 0 30 0 35行程佃

图6调节阀油动机油压与行程关系

节阀操纵机构进行AMEsim建模并仿真，得出了调

节阀操纵机构开启和关闭时油动机工作腔油压与行

程的关系曲线和调节阀操纵机构快关时间曲线，并

通过对实物进行相关试验，验证了仿真分析结果的

正确性，同时证明了此仿真分析方法对以后更为高

效地设计和优化调节阀操纵机构提供理论参考。

参考文献：

[1]火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件[s]．2006：DL／

1996—2006

[2]Rexroth bosch工业应用液压元件[R]

[3]MooG．Servo valv∞pilot operated flow control valve with analog

interface 72 series[R]

[4]付用领，祁晓野．LMS Imagilie．Lab AMESim系统建模和仿真

参考手册[M]．北京航空航天大学出版社，201l

通过对某国产超超临界火电汽轮机机组的调 [5]吴振顺．液压控制系统[M]．高等教育出版社，2008

q声峙声吣产u，4q，4吣声屯垆屯，芦屯，^u声℃p吣p吣)p吨沪屯p吨p吣声吨声峙p吣沪峙P乜妒吣垆峙妒吨声龟声峙声吣垆u妒峙≯它声屯沪吨妒吨声乜妒tp屯声吨声毡妒吨p峙≯峙妒吨声峙声吣妒峙)p

<东方电气评论》简介

主管主办：《东方电气评论》于1987年创刊，是全国发电设备研发制造专业技术综合性季刊。由中国东方电气集团有限

公司、四川省动力工程学会主办，是四川省动力工程学会会刊。国内外公开发行，国内统一连续出版物号CN51-1333／TM，国

际标准连续出版物号ISSNl001-9006。

期刊收录：由国家新闻出版总署、万方数据库、知网数据库、维普网收录，首届(CAJ—CD规范》执行优秀奖获期刊。

图书馆藏：由国家图书馆、北京图书馆、中国版本图书馆、四川省图书馆和众多高校企业、兄弟刊社图书情报室

馆藏。

办刊宗旨：“创新科技，服务电力”是《东方电气评论》办刊宗旨。报道国内外电气领域重点是东方电气集团所属各成员

单位先进的科学技术，促进电站装备制造水平，提高与同行业科技的交流，为繁荣祖国科学技术园地作出贡献。

内容范围：主要涉及各类水电、火电、核电、气电、风电、光伏等发电机组研发制造技术，新能源技术研究和产品开

发等。本刊注重先进性、科学性、实用性，内容丰富、新颖。

主要栏目：包括基础研究、燃煤发电、燃气发电、水力发电、风力发电、核能发电、光伏发电、工程技术、项目管

理等。

读者对象：发电企业、发电设备制造企业技术及管理人员，大专院校相关专业师生，电力设计、科研、试验院所等相

关人员。

期刊征订：本刊为大16开本，每季末月下旬出版发行，每年4期，每期80页，每册定价8．00元。邮发代号62-187。

册∞∞如m∞∞舳加∞∞∞∞加m

0o

Ⅻ湖姒誊吾ⅫⅫ掰獬ⅢMⅢⅢM盯吖们N