汽轮机用低噪声变速恒压调速系统

许 涛，王 晗，李典来，周 琴，周云瑞

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

调速器影响到汽轮发电机组的运行稳定性以及安全可靠性，是汽轮发电机组的重要组成部分。低噪声变速恒压调速系统主要包括高压油动机、液压油站、伺服电机、伺服控制箱、蓄能器和测量仪表等。其中，液压油站作为高压油动机的供

2.1 油箱

根据油箱容积的经验公式：

式中：a为经验系数；qv为泵的额定流量，L/min。

为保证油液在油箱的滞留时间最少8 min以上，这里选择经验系数a为10，泵的流量为7 L/min。油站容积V＝70 L；油箱总容积V总＝82.35 L。因此，选取油箱设计的总容积为125 L[3-4]。

2.2 电动油泵

油站油泵采用伊顿公司PVQ系列产品，型号为：PVQ10。油泵参数如表1所示。

表1 油泵型号及排量、额定转速和压力额定值

2.3 伺服电机和伺服控制箱

采用菲仕AxN系列伺服电机和伺服驱动器，如图3所示。

图3 伺服电机和伺服驱动器

伺服驱动器的主要特点为：

1）采用高精度的驱动器扭矩补偿技术，大大降低大扭矩低速电机的扭矩波动，2 r/min速度下扭矩波动±1%。

2）多驱动器PWM同步技术配合分瓣式直驱电机设计，形成完美的控制匹配。

3）支持超高精度的编码器，采用位置和速度双环并联设计，完美的完成高精度的位置和速度控制。

4）可适用CANopen、EtherCA和Modbus等多种现场总线EtherCAT和CANOpen总线[1-2]。

作为伺服电机调速系统的核心，通过模拟命令输入的方式控制伺服电机，伺服电机驱动器的速度命令输入范围为-10～10 V，代表-n～nr/min的转速命令。伺服驱动器通过编码器采集伺服电机转速以及压力传感器采集调节油压，并根据编码器和压力传感器反馈回来的伺服电机转速与油压数据进行分析，采用模糊PID算法控制，驱动伺服电机，提高伺服电机转速跟踪和动态适应能力，并通过控制伺服电机的转速以保持液压油站油压恒定。

在调节系统调节油压的控制策略方面，将PID控制和模糊控制方法结合起来，构成互补、兼有这两种控制优点的模糊—PID控制策略，如图4所示。通过开关函数根据转速误差在稳态的PI控制模块和瞬态的自适应模糊PID控制模块之间灵活切换。模糊—PID控制策略使得伺服电机在各种条件下的转速响应、稳态误差和超/欠调量等均有较大改善，使其具有更好的鲁棒性、抗干扰性和动态适应能力[5-6]。

图4 模糊—PID控制策略

伺服电机的上位机界面主窗口主要包括了用户界面窗口、目录窗口、连接状态窗口、输出窗口、监控窗口等，可实时监测伺服电机的工作状态和电机自身特性。可直观友好的展示设备信息和参数配置信息，方便用户对设备进行全面的操作。上位机界面主窗口如图5所示。

图5 上位机界面主窗口

2.4 蓄能器

蓄能器的作用是当油动机调节时，由高压蓄能器瞬间提供油动机的供油；蓄能器也能吸收管路油压脉冲，使系统油压保持稳定。

蓄能器满足系统从泵联锁阶段保持压力30 s系统不停机，调门快速动作时的辅助动力源并消除系统的震动。

系统泵连锁报警P连锁＝12 MPa，系统低停机信号P低低＝10 MPa，蓄能器充氮压力P氮＝9.1 MPa，Q耗＝3.44 L/min，V1＝1.72 L，V蓄能器min＝V1/(P氮/P低低－P氮/P连锁)＝11.3 L。故选用16 L蓄能器。

3 结论

本系统通过采用变速恒压的高压电液调速方式，实现了高效的低噪声和节能效果，同时进一步提升了调速系统的调节精度和快速性，获得了更优异的静、动态调速特性，从而进一步提升了汽轮发电机组的运行稳定性和安全可靠性。