VariStroke-I 在乙烯装置压缩机上的应用

高大勇

（大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆 163000）

0 引言

美国伍德沃德（WOODWORD）公司生产的电液转换器VariStroke-I 主要用于蒸汽透平调速控制的电/液转换，对蒸汽透平转速控制的平稳与否起着重要作用。大庆石化乙烯装置目前共有大型机组9 台，其中老区30 万吨乙烯装置裂解气压缩机EC-301 机组和新建60 万吨乙烯装置丙烯机EC-3351 机组调速阀和抽气阀均使用VariStroke-I 系列电液转换器。

1 VariStroke-I 电液转换器简介及原理

1.1 简介及构成

VariStroke-I 系列电液转换器是伍德沃德公司最新一代产品[1]，是一种线性电液执行器，采用双作用或弹簧辅助液压动力缸集成电驱单元、伺服阀和冗余MLDTs（磁致伸缩线性位移传感器），基于位置反馈传感器精确地控制汽轮机阀门。该执行器的驱动模块接收一路或两路（冗余）4～20 mA 设定值并与行程位置信号进行比较以精确地控制输出轴位。

VariStroke-I 系列电液转换器由以下4 部分组成：液压动力缸；旋转伺服阀；反馈传感器，为MLDT（Magnetostrictive Linear Displacement Transducer，磁致伸缩线性位移转换器），用于动力缸位置控制；集成电子驱动单元（Printed Circuit Board，PCB）。

1.2 动作原理

该产品由一个数字控制器驱动一个旋转伺服阀[2]，阀口连接油缸进而控制输出轴位。伺服阀有4 个油口：一个供油口，两个控制油口，一个回油口。当液压阀芯处于其中间位置时，所有的端口被封闭。当阀旋转时，供油口接通到一个控制端口，同时回油口接通到另一个控制端口。伺服位置控制和液压缸位置控制的共同作用调节动力活塞位置以达到控制需求。另外，伺服部分还附带一个OVBD（Over Board Drain）口，该端口与回油口一直接通，作为可选项，它可以接到液压缸的OVBD 端口上，以导出第一重轴封可能渗出的漏油。该控制架构不仅能够实现正常工况下稳定可靠的位置控制，同时还能实现瞬变工况下的快速阶跃响应。执行器的输出力是通过油压进入双作用油缸实现的。内部带弹簧的执行器输出力则是油压和弹簧力共同作用实现的。内部带弹簧的执行器工作方式与双作用执行器一样，只是其内部多了一个辅助弹簧，弹簧能安装在活塞的上侧或下侧，辅助弹簧力用于作用油缸使其

移动至安全位置，对应每一种缸径都至少有3 种不同作用力弹簧可选，26.667 cm（8 寸）和33.333 cm（10 寸）缸径则有4 种弹簧可选，其作用力分别相当于500 psi 下输出力的约1.5%、2.5%、5.5%和10.5%。为了保护透平系统，伺服阀部分内还设置了一个阀芯旋转回位弹簧，它能在任何内部故障（电源故障、位置传感器故障、处理器故障等）发生时迫使油缸回到安全位置。油缸内部也集成了辅助弹簧的产品，这样能在失掉油压的情况下继续关闭油缸并保持在安全位置。

2 VariStroke-I 电液转换器优点

（1）污垢耐性[1]。VariStroke-I 执行器是专为润滑油也作为控制油压的蒸汽透平应用而设计的。透平应用中，压力油中的污垢、金属碎屑、水分以及其他杂质（轴衬的巴氏合金、氨等）对于执行机构来说是最具挑战的。也是由于透平的高温，透平油分解也很常见，进而导致产生污泥状的物质和系统内部漆面脱落。然而，VariStroke-I 执行器就是为在这样具有挑战性的环境下可靠运行而设计的。它的耐腐蚀材料，单一旋转阀芯，高达222 N（50 磅）的剪切力和自洁出口设计允许它在这样的应用中不会遇到不良的粘滞或拖延。

图1 VariStroke-I 内部结构

图2 VariStroke-I 液压结构

（2）开度线性校准[1]。由于单一提板进汽阀门的进汽流量一般都是非线性的，透平控制必须去拟合由此产生的不稳定或迟滞点，使进汽流量趋于线性，作为一种可选的优化方式，VariStroke-I 可提供一个11 个点组成的线性化表，OEM（Original Equipment Manufacturer，定点生产）涡轮厂商或用户可以通过设置此数字线性化表去优化阀位与进汽流量的对应关系。

（3）耐受侧向应力[1]。执行器驱动的提升阀一般是呈弧线动作的，由于侧向应力的存在，执行器另一个常见的问题就是长时期带侧向力运行导致的输出轴封漏油。VS-I 执行器为此设计了三重高力精密轴封技术以解决此问题，该结构能够长期负荷10%的侧向输出力而不产生漏油。经过上百万次的动作实验，验证了此结构的可靠性。

3 VariStroke-I 电液转换器常见故障分析及处理措施[1]

3.1 控制信号故障

VariStroke-I 电液转换器常见的控制信号故障、原因及处理措施见表1。

3.2 供电故障

VariStroke-I 电液转换器常见的供电故障、原因及处理措施见表2。

3.3 反馈故障

VariStroke-I 电液转换器常见的反馈故障、原因及处理措施见表3。

3.4 执行故障

VariStroke-I 电液转换器常见的执行故障、原因及处理措施见表4。

4 VariStroke-I 电液转换器保养及整修要求

该产品为工业环境持续运行设计，大修周期为5～8 年，内部没有必须定期检修的部件，到达大修周期后，要求将设备发回伍德沃德或指定授权服务机构进行检查、服务和进一步关于产品的软硬件改进。

表1 常见的控制信号故障、原因及处理措施

表2 常见的供电故障、原因及处理措施

表3 常见的反馈故障、原因及处理措施

表4 常见的执行故障、原因及处理措施

5 结论

电液转换器是机组控制的核心部件，自控人员需要清楚VariStroke-I 电液转换器原理，更要具备常见故障分析判断能力，作为自控专业技术人员，日后还需要进一步摸索机组调速器控制理念，做到一旦设备出现异常状况，能够准确判断故障原因，清楚故障点，以保障装置的稳定运行。