汽轮机转速控制系统

汽轮机转速控制系统（共5篇）

汽轮机转速控制系统 篇1

摘要：针对目前燃气轮机的研究使用现状, 应用模糊控制为发电厂燃气轮机转子设计了控制器。在设计阶段, 通过使用燃料流量来确定线性模型, 根据所确定的模型来控制燃气轮机的转子速度。在模拟阶段, 考虑了限制系统的燃料流量, 同时假设需求功率的扰动 (干扰) 输入和进口导流叶片 (IGV) 的位置是固定的。最后, 在相同的条件下对所提出的控制器的性能与H∞鲁棒控制器以及预测控制器 (MPC) 的性能进行比较。仿真结果表明, 所提出的模糊控制器相比于其他提到的控制器有更好的性能。

关键词：模糊控制,燃气轮机,转子转速

0 引言

当今, 由于燃气涡轮机具有运行和加载速度快、燃料使用多样性、在发电厂易于安装等特点, 已越来越多地被关注和使用。纵观燃气涡轮发展史, 1983年罗文 (Rowen) 首次提出了燃气轮机的简化数学模型, 然后在此模型的基础上增加了可变进气导向叶片 (VIGV) 使其能在电厂使用。另外还有一些具有代表性的模型, 像Al_hamdan设计的热力学模型以及上面提到的在罗文模型的基础上设计的ARX模型, 他们都在燃气轮机的联合循环发电机组中。

为了设计燃气轮机控制器, 研究人员对各种控制方法进行了调查研究。比如采用遗传算法设计的PID控制器、神经网络控制器以及模糊控制器, 都是用来控制燃气涡轮机的转速。在本文中, 提出了一种基于模糊逻辑的控制器来控制燃气涡轮机的转子速度。本文的其余部分安排如下:第1节, 描述使用燃气涡轮机的模型;第2节, 在马丹尼 (Mamdani) 方法的基础上提出设计模糊控制器的方法;第3节, 对本文提出的方法给出仿真结果;第4节, 得出结论。

1 燃气涡轮机模型

在前文提到的几种最具代表性的控制器已经在一些发电厂的燃气轮机中得到广泛的使用, 其系统框图见图1。

从电厂燃气涡轮机收集到的数据得出所选择的模式识别传递函数如下所示。

在上述式子中, N为转子转速, F为燃料流, P为产生电力, TX为排放气体温度, Tamb为环境温度, IGV为进口导流叶片。

2 模糊控制的提出

由燃气轮机的数学模型可知, 涡轮机转速的变化会引起频率偏差。为了解决这个问题, 需要设计一个控制器, 使其可以将燃气涡轮机的速度控制在适当的范围, 即:

另外致动器的饱和区中的燃料流的限制范围如下:

用于控制燃气涡轮机的速度的模糊逻辑控制器有两个输入端和一个输出端, 两个输入分别是转子速度误差e的和误差的变化率e, 输出为燃料流的变化 (F) 。每一种变化有5个语言变量, 其贝尔隶属度函数 (MF) 如下。

其中 (a, b, c) 是恒定的参数, x指向语言变量。各语言变量如图2所示。整个规则定义见表1, NB (负方向大的偏差) , NS (负方向小的偏差) , Z (零) , PS (正方向小的偏差) 和PB (正方向大的偏差) 。这些规则形式如下:

根据马丹尼的模糊推理系统, 最大值和最小值分别用T_norm和T_conorm算子来表示。推理机制的输出是一个模糊值, 采用去模糊化区域的方法转化为清晰值的方式如下:

其中, (F) 是聚合输出MF, Fcrisp是最后的控制器输出。FLC的结构如图3所示。

3 仿真与结果

本文所提出的模糊控制器通过MATLAB软件的Simulink工具箱仿真[14]。假定该系统的工作条件如下。经过150秒, 需求动力Pd由0.6个单位上升到0.9个单位, 而经过225秒后, 又从0.9单位降到0.5单位。TAMB=30和IGV开度百分比 (开口率) 假设是固定的。同时, 燃料输入约束在0.1935≤F≤1范围内。随着涡轮速度的变化, 燃料流量和所产生的电力分别示于图4-6。由图可知, 最大超调量大约是每单位0.01个, 这意味着转子速度超过了所期望的范围。然而, 它优于MPC控制器 (每单位约0.02) 。当PD从每单位0.9变化到每单位0.5时, 这个值也比鲁棒控制器小。燃气涡轮转速的稳定时间大约是50秒, 当需求功率从0.6每单位变化到0.9每单位期间, MPC和鲁棒控制器的稳定时间 (约30秒和20秒) 会比提出的模糊控制器更好。

4 结语

本文设计了一个模糊控制器, 用于确定电厂燃气轮机的模型。FLC是在马丹尼 (Mamdani) 算法的基础上设计的, 其目的是用来控制燃气涡轮机的速度。转速误差及其变化率为FLC的两个输入, 燃气流变化率假定为控制器的输出。结果表明 (FLC) 的超调量小于MPC和H∞鲁棒控制器。由实验结果分析知, 模糊控制器具有更好的速度控制能力。

参考文献

[1]冯利, 马金平, 李炳涛.某型燃气轮机转子振动特性分析[J].机电工程技术, 2012

[2]白中祥.小型燃气轮机转子动力特性研究[D].上海:上海交通大学, 2012

[3]孙建华, 汪伟, 余海燕.基于模糊-PID的汽轮机转速控制系统[J].自动化技术用, 2008, 27 (1) :27-33

[4]E.najimi, and M.H.Ramezani, “Robust control of speed and temperature in a power plant gas turbine, "Elsevier, ISA Trans., vol.51, no.2, March 2012

[5]邓玮, 张化光.基于燃气轮机转速直接型自适应模糊控制器的设计[J].系统仿真学报, 2007

[6]J.S.R.Jang, C, T.Sun, and E.Mizutani, Neuro-Fuzzy and Soft Computing, Prentice-Hall, 1997

[7]李国勇.智能控制及其MATLAB实现[M].北京:电子工业出版社, 2005:194-256

汽轮机转速控制系统 篇2

关键词：测量原理,检测器,故障现象

1 转速测量原理

3500本特利系统测量转速采用的8mm的电涡流探头, 转速测量回路的配置是:探头、前置器、延长线、监测器模块。测量原理:利用电涡流探头采集大轴旋转产生的脉冲数, 3500/50/53转速、超速监测器模块通过单片机芯片程序测出单位时间 (s) 的脉冲频率, 然后通过公式 (1) 算出实时转速, 这里有必要解释一下这个公式的推算道理, 首先我们定义每分钟转数为n, 1分钟有60s, 1转z个脉冲, 那么单位时间计数脉冲比上齿数得出单位时间重复旋转次数, 也就是f (频率) , 一分钟有多少转就为:n=60f。下面以我厂的设备做简要引述:我厂使用的本特利3500/50/53转速、超速监测器模块, 配3300xl-8mm proximitor电涡流传感器, 电涡流传感器:根据法拉第电磁感应原理, 金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将呈涡旋状的感应电流, 此电流叫电涡流。以上现象称为电涡流, 而根据这个效应制成的传感器为电涡流传感器。

转速undefined

由于传感器反馈回的电感电压是有一定频率的调幅信号, 需检波后, 才能得到间隙随时间变化的电压波形, 由此得知, 要测量位移必须有一个专用的测量线路, 这一测量线路 (称为前置器) 应包括一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路, 涡流小传感器加上一测量线路, 从前置器输出的电压Vd是正比于间隙d的电压, 它分为两部分:一为直流电压Vde, 对应于平均间隙 (初始间隙) ;一为交流电压Vac, 对应于变化间隙。

到这有人要问:测量转速和位移有什么关系?其实电涡流传感器主要用来侧间隙位移的, 测量转速其实采的一个变化间隙位移所对应的变化的脉冲电压值 (Vac) , 通过检波器后, 把电压信号送到检测器 (3500/50/53) 上, 它测算出脉冲频率, 最后计算出转速。

对于维护人员主要重视调试和故障处理的这一块工作, 上述引入一些工作原理, 目的为了让维护人员处理问题时理解问题本质。

2 安装调试注意事项

在探头安装时, 为了防止机械损坏, 应断开探头引线与延伸电缆的连接, 并且不能采用握住传感器引线旋入的方法进行安装, 正确的方法及要求见下所述:

(1) 用工具夹住探头上的扳手平台进行传感器的旋入, 并保证探头引线随之旋转。

(2) 每个传感器头端面对于被测面都要求垂直, 最大偏移角度小于1°。

(3) 按要求紧固探头后, 接好探头引线与延伸电缆接头, 再捆扎好固定在箱体内, 防止运行时损坏电缆。

(4) 把各测速传感器, 牢固装在相应的测速传感器支架上, 间隙约为0.8～1.0mm。

传感器系统在现场的连接有以下几点需要注意, 以保证测量系统的正常工作:

(1) 接地。严格按图样和资料的要求, 对装置和信号输入单端接地, 接地电阻应小于4Ω。

(2) 电缆的铺设应按有关要求进行, 信号输入电缆的铺设应与强电电缆分开, 强弱电交汇处应相互垂直。传感器测点应采用单独的屏蔽电缆进行连接, 不允许几个信号混入一根多芯屏蔽电缆中。针对转速和超速的传感器系统最好采用对绞电缆进行连接。

(3) 探头电缆与延伸电缆之间的接插件连接好后, 应用热缩套管封装, 使之与外部铠装电缆绝缘;此处禁止采用绝缘胶布等易腐材料进行封装, 否则会影响传感器的阻抗, 导致测量误差。

所有接线应在断电情况下进行, 并且通电前应仔细比照相关图纸, 认真核对, 确认无误后方可通电。特别是对于带前置器的接线, 更应正确区分电源、地与信号端, 切忌接反, 以免产生不良后果。

3 转速检测器工作介绍

实际工作中3500/50转速模块主要用来检测零转速比例值 (小于99r/min) , 当超出组态值报警并把报警接点信号送给盘车装置, 另外还可以把比例值传送到DCS上;用于转速的指示, 3500/53 (3块逻辑三取二) 超速模块主要用来检测超速比例值 (大于3300r/min) , 当超出组态值报警并把报警接点信号送给ETS装置, 这里需要简单介绍一下这两块模块。

3500/50转速表模块是一个双通道模块, 它可接受来自涡流探头或磁探头的速度脉冲输入信号, 并用此输入信号驱动报警输出。下面介绍一下模块上部件的功用

(1) 通道状态“OK”:

它标识是否已经有故障被相应模块的通道检测到。在下列任何条件下, 一个非OK状态将被返回:

·传感器故障

·探头间隙OK检测失败

·通道特定硬件故障

触发Not OK的条件包括:

·输入信号的频率高于20kHz

·输入信号频率低于规定的传感器的最小频率值。

·输入转速高于99999r/min。

·在一个旋转周期中, 输入信号的变化等于或高于50%。

·零转速的比较百分比 (%Comparison) 检测失败。

(2) 旁路:

它标识通道已经旁路了它的一个或多个比例值的报警。下列条件将导致通道处于旁路状态:

·转速表模块从未组态

·转速表模块处于组态模式

·转速表通道组态中有错误

·转速表模块处于上电自检状态

·在自检时发现致命错误

·通道按零转速组态, 但零转速使能触点开路 (未激活)

·报警通过软件开关被旁路

·框架报警抑制被使能

(3) I/O模块:

转速表I/O模块从探头接收信号, 并将信号经由它送到转速表模块。I/O模块还为传感器提供电源, 并为每个传感器输入通道提供4至20mA记录仪输出及传感器缓冲输出。每个监测器模块需要安装一块I/O模块。I/O模块安装在机柜式或控制台式框架中监测器的背面,

3500/53超速保护模块, 其设计是一个通道模块。它适用于两模块或三模块组的超速保护应用。模块接收来自趋近式传感器或磁电式传感器的转速脉冲输入信号, 并使用这个输入信号驱动报警。为了实现机器保护目的, 模块提供四种快速响应报警继电器输出。3500超速保护系统组态成两模块二选一表决或三模块三选二表决设置。本说明书只叙述三模块组。

3通道超速保护系统:作为3500机器管理和保护系统的一部分, 三通道3500/53超速保护系统可提供高可靠性超速保护。三通道超速保护系统要求三个独立的传感器输入, 三个模块组, 必须相邻安装。每个3500框架中只能安装一组超速保护系统。3500/53超速保护系统可安装在具有其它3500监测功能的3500框架中, 三通道超速保护系统提供3个独立的转速监测通道。在报警时, 三通道超速保护系统可组态成能提供3选2的表决功能。具有这种功能时, 来自每个模块的报警输出进行比较, 在继电器被驱动前, 两个模块必须一致。使用在系统背板上的一高速内部模块通讯网络来实现模块间的通讯。下面介绍一下模块上部件的功用。

(1) 通道状态OK:

这表示在通道中是否已检测到错误。在下列任何情况下, 将返回到非OK状态:

·传感器故障

·探头间隙OK检查故障

·通道特殊硬件故障

触发非OK条件——包括:

·输入信号频率大于20kHz

·输入信号频率低于传感器特有频率最小值。

·输入速度大于99999rpm

·在一周期中, 输入信号有50%或大于50%的变化

·比较检查故障

(2) 警告/报警1:

这表示相应模块通道已进入警告/报警1。当通道提供的比例值超过它组态的警告/报警1设置点时, 通道将进入警告/报警l状态。

(3) 危险/报警2 (超速) :

这表示相应模块的通道已进入危险/报警2 (超速) 。当通道的比例值超过它组态的危险/报警2 (超速) 设置点时, 通道将进入危险/报警2状态。

(4) 旁路:

这表示通道已经旁路了比例值报警。下列情况可引起通道旁路状态:

·超速模块从未组态

·超速模块处于组态模式

·超速通道有一无效组态

·超速模块处于上电自检

·在自检期间, 发现致命错误

·通过软件开关设置报警为旁路

·框架报警抑制可以实现

(5) I/O模块描述:

超速保护I/O模块接收来自传感器的信号并发送该信号给超速保护模块。I/O模块也为趋近式传感器供电, 并为传感器输入通道提供4-20mA记录仪输出。超速保护I/O模块还提供四套继电器触点, 每个继电器能组态成常带电或常不带电形式。每个监测器都装有一I/O模块。在架装框架或盘装框架中, I/O模块安装在监测器的后部。

4 故障现象分析

上述资料引用本特利产品用户指导说明, 旨在说明工作中我们所见故障现象, 是源于何因。平时本产品一但调试好, 运行非常稳定, 常见问题: (1) 干扰问题, 安装时注意信号线接线屏蔽 (上述有介绍) , 探头安装尽量避免与带有磁性的探头 (磁电转速探头) 太靠近, 具体按照厂家设计图纸定位安装, 电涡流探头附近如受到外部电磁场干扰, 上传到模块的频率信号会失真, 有时模块“旁路”指示灯会亮, 此时测量比例值跳动很大, 处理的唯一办法, 就是摘掉此转速传感器信号线, 带停机后处理。 (2) 探头间隙调校不合适, 太大指示值会偏小, 或报通道故障, 太小容易在大轴运转时打坏探头。 (3) 3500/53危险报警开关选择当模块断电后, 报警开关触点 (去ETS装置的传送点) 闭合的那组, 这是特别提醒的, 其实理由很简单:所有的机组保护设置, 并不是保护机组稳定运行, 而是确保机组能在失控的情况下, 安全停下来。当3500系统已断电, 汽轮机安全监控系统已失控, 这时唯一的迫切的要求就是机组必须安全停下来。

5 结束语

汽轮机转速控制系统 篇3

我公司5 000kW纯低温余热发电系统于2009年10月投入运行, 汽轮机为BN5-1.6/0.3型补汽式汽轮机。在多次启动中, 过临界转速时转轴振动较大, 其中3号轴瓦最大, 其垂直振动值保持在53μm。2010年5月21日冷态启动过临界转速时开始出现转轴振动增大趋势, 但仍在合格范围内。6月19日冷态启动中3号轴瓦过临界转速时垂直振动达到82μm, 超过了70μm的振动跳机保护值, 威胁到机组的安全运行。6月30日对该问题进行了处理。

2 原因分析

汽轮发电机组过临界转速时的振动受多方面因素的影响, 与汽轮机本体有关的任何设备或介质都可能是机组振动的原因, 经查机组启动时与振动相关的油温、汽温、热膨胀等数据符合标准。分析认为, 引起该汽轮机临界转速下转轴振动过大的原因有以下几点:

1) 转轴上内应力释放。由于转轴制造加工、直轴后退火不彻底等原因, 残留了较大的内应力, 机组运行一段时间后, 其内应力会释放, 使转子弯曲增大, 而且机组在无异常情况下发生转轴振动增大, 这种故障的处理必须将转子整体动平衡试验, 重新调整配重才能恢复正常。

2) 由于疏水不畅、汽缸进水、上下缸温差过大等原因, 可能导致冷态启动中汽轮机转轴与水接触, 局部冷却引起振动突然增大。该过程很短, 一般只要1～2min即可使机组的轴瓦振动增大到100μm以上, 同样在短时间内也可消失。这是由于转轴与水的热交换强度非常高, 一旦与水接触或停止接触, 转轴热弯曲很快形成或消失。

国内已出现多台机组在冷态和热态启动时, 在中速、升速或带负荷过程中发生强烈振动, 有些机组启动七八次, 持续两三天, 转速都未能升至3 000r/min。现场往往将这种振动诊断为汽缸膨胀受阻引起的, 但实际是疏水不畅, 转轴与水接触使转轴产生热弯曲所致。

3) 转轴残留热弯曲。机组启动前和运行中转轴都可能产生明显的热弯曲。热弯曲机理:转轴静止一段时间后, 由于其上下存在温差, 会使转轴产生热弯曲, 热弯曲值与转轴的静止时间、缸温、上下缸温差有关, 当缸温一定时, 转轴静止时间超过4h, 其热弯曲值才趋于稳定。

3 故障处理

1) 首先考虑转轴上内应力释放引起转轴弯曲变形的因素, 转轴变形会引起轴瓦紧力松弛。拆汽轮机后检查轴承箱:测量3号轴瓦紧力为0.03mm, 联轴器晃度0.02mm且轴承接触面良好, 在安装标准范围内。因此可排除该因素。

2) 再考虑小的因素, 在最近几次开机时都安排专人进行疏水操作并详细检查疏水管的温度, 确认疏水顺畅, 因此不存在疏水不畅而使汽缸上下缸温差过大的问题。

3) 查原始记录, 发现连续3次开机过程中, 虽然转轴连续盘车时间大于3h、蒸汽过热度大于50℃, 但中速暖机结束后汽轮机上下缸温差仍达48℃。因此怀疑由于操作不当引起转轴残留热弯曲启动。

综合上述排查情况, 在7月2日启动时调整启动方式:主蒸汽温度控制在300℃, 通过电动主汽门前的排空阀将主蒸汽压力控制在1.0MPa (即降低压力增加进汽量, 加强下汽缸的暖机效果) , 疏水管道温升正常, 中速暖机时间延长30min后汽缸上下缸温差缩小到35℃。汽轮机升速过临界转速时3号瓦垂直振动值恢复到53μm, 其他3个轴瓦的振动值也有明显改善, 过临界转速时转轴振动大的问题得到解决。

4 预防措施

1) 余热发电的主蒸汽温度受窑工况的影响, 短时间内变化较大 (298～370℃波动) , 虽然仍在允许范围内, 但主蒸汽温度频繁的变化使转轴、汽缸的金属温度的变化率过大, 转轴上残留的内应力会更快速释放, 使转轴碰磨很快进入晚期。因此机组在启动和变工况运行中应加强监视蒸汽参数的变化, 主蒸汽、汽缸金属温度的变化率不应大于规程规定。

2) 严防抽汽系统及门杆漏气管道向汽缸内漏水, 可避免发生转轴与水接触。

3) 严防汽缸上下缸温差过大。启动时汽缸进冷气或进水, 热态启动时汽缸较长时间吸入冷空气, 下缸保温效果不良, 都可能造成上下汽缸温差偏大。因此启动时注意监视汽缸膨胀, 尤其是冷态开机, 暖机要充分, 汽缸上下缸温差最好不超过35℃。

4) 转轴残留热弯曲启动纯属操作不当。但是分析寻找转轴碰磨振动大的原因时, 从运行记录和有关人员了解中可能得不到真实情况, 主要应查明冲转前2h之内, 机组做了哪些操作、检查和检修。因此冲转前, 转轴连续盘车时间应足够, 一般为2～4h, 并应尽可能避免中间停止盘车。如发生盘车中断, 则要延长盘车时间。同时主蒸汽温度至少高于汽缸最高金属温度50℃, 但不超过额定汽温, 蒸汽过热度不低于50℃, 确保不发生转轴残留热弯曲的现象。另外, 启动升速过程中, 应有专人监视振动, 机组在1 200r/min中速暖机时, 轴承振动超过30μm时应停机, 过临界转速时, 轴承振动超过100μm时, 也应停机, 避免转轴进入碰磨晚期。

5 结束语

汽轮机转速控制系统 篇4

2007年8月K201机组的转速逐渐出现了转速波动现象。该机组是2005年大检修进行了大修。开工运行一直正常, 转速波动小于20转/分钟。运转一年多后出现了转速不衰减波动的现象, 刚开始时转速波动只有50—2 0 0转/分钟, 机组的其他检测数据一切正常。针对这种现象我们对故障原因进行了查找, 从离心机工艺负荷不稳, 氢气纯度低, 蒸汽品质压力、温度是否有波动, 控制油压力有波动等, 在逐渐的排查过程中, 汽轮机转速波动越来越大, 波动范围扩大到1000转/分钟, 调节汽阀不停的开关, 二次油压波动明显, 表压从0.36Mpa—0.42Mpa, 二次油管线振动明显, 汽轮机运转声音较大。已严重影响了生产的操作和机组的安全运行。通过对工艺负荷, 蒸气品质, 控制油压力等检查, 未发现明显的问题。

2 故障原因分析

引起转速波动的原因除了工艺操作外还有错油门、油动机、调速器、单向节流阀、调节气阀工作不正常等。

2.1 错油门对转速的影响

错油门的阀滑体出现卡涩或阀滑体转盘脱落会引起转速波动, 错油门工作原理如图。

在工作时, 油的流向由错油门滑阀控制, 滑阀是滑阀体 (17) 和转动盘 (16) 的组合件, 在稳定工况, 滑阀下端的二次油作用力与上端的弹簧 (14) 力相平衡, 使滑阀处在中间位置, 滑阀凸肩正好将中间套筒的油口封住, 油缸的进、出油路均被阻断, 因此油缸活塞不动作, 汽阀开度亦保持不变。若工况发生变化, 如瞬时由于机组运行转速降低等原因出现二次油压升高情况理, 滑阀的力平衡改变使滑阀上移, 于是在控制油通往油缸活塞上腔的油口被打开的同时, 活塞下腔与回油接通, 由于油缸活塞上腔进油, 下腔排油, 因此活塞下行, 使调节汽阀开度加大, 进入汽轮机的蒸汽流量增加, 使机组转速上升。与此同时, 随着活塞下行, 通过反馈板 (3) , 弯角杠杆 (12) , 反馈杠杆 (9) 等的相应动作, 使错油门弹簧的工作负荷增大, 当作用在滑阀上的二次油压力与弹簧力达到新的平衡时, 滑阀又恢复到中间位置, 相应汽阀开度保持在新的位置, 机组也就在新工况下稳定运行。从错油门的工作原理可以看出, 转动盘的脱落、转速低, 滑阀的卡涩与二次油回油量的大小都会严重影响错油门的灵敏度。从而使压缩机的转速不停的波动。所以我们在不停机的情况下对错油门进行了检查, 首先我们从错油门上的排空孔观察旋转盘是否出现脱落或不转, 通过观察未发现问题, 为防止阀滑体出现轴向卡涩, 通过调节螺钉增大了滑阀体的转速至500转/分钟, 同时也调节了二次油回油箱调整阀 (19) , 使二次油回油箱的油量增大, 使滑阀体的上下颤振增大。进一步防止滑阀体出现卡涩, 提高错油门的灵敏度。调整后用手触摸错油门筒壁有明显颤振感, 说明滑阀体未出现卡涩。但通过调整压缩机的波动现象未出现明显好转。

2.2 二次油压对转速的影响

在K201汽轮机控制系统中, 影响二次油压的组件主要包括调节针阀、单向节流阀, 以及油路系统的控制油压力波动。单向节流阀是二次油管路重要的组成元件, 有利于保持二次油压稳定, 避免出现较大幅度的波动, 从而有利于保证机组转速的稳定, 为了遏制二次油压的波动, 对装接在靠近油动机错油门的二次油管路上的单向节流阀进行了调整。在调整单向阀的过程中, 二次油压的波动未见减小。同时也证明转速的波动不是二次油压造成的。

2.3 油动机对转速的影响

油动机是机组转速升降的执行动力机构, 通过油动机带动调节气阀来提高或降低汽轮机的转速, 油动机也是可能造成汽轮机转速波动的因素之一, 而油动机是液压油缸, 因此油动机的密封性能、灵活性是影响转速的因素, 如油动机活塞环卡死、损坏, 以及油缸磨损、活塞杆密封过紧等, 都对油动机的正常工作造成极大的影响。由于开机期间无法处理, 该因素作为停机处理后的一个重要检查项目。

3 故障检查与处理

2008年装置停工大检修时, 我们对该机组的控制系统进行解体检查。主要是对油动机、调节汽阀、反馈系统进行了检查。拆下调节阀杆, 未发现阀杆弯曲和与套筒壁磨擦现象, 阀梁与各阀碟的也连接发现异常。调速器送厂家进行调校未发现问题, 错油门的拆检未发现问题, 对反馈系统检查未发现异常。

但当拆卸油动机时发现了问题, 在油动机与支架联接的销轴与关节轴承严重卡死, 左右的拉杆蝶簧也严重卡死。其主要原因是油动机壳体有渗油现象, 压力油从壳体渗出, 滴在了关节轴承和蝶簧拉杆上, 在汽轮机高温长期烘烤作用下结焦, 从而使油动机不能随支架里外左右摆动。进一步解体油动机。发现油缸内壁与活塞出现了严重的偏磨拉伤现象, 至此引起汽轮机转速波动的原因找到了。因为油动机与支架联接的关节轴承严重卡死, 油动机不能随支架摆动, 造成油动机活塞与油缸内壁偏磨, 引起油缸与活塞密封不严, 活塞出现跳稳现象, 极易使油动机形成过调。从而引起调节气阀开度过大或过小, 汽轮机转速超出了给定值, 超速信号又通过反馈系统传递给错油门, 错油门引导动力油反向进入油动机。由于油动机活塞偏磨引起卡涩又使油动机形成过调。这样周尔复使使压缩机转速形成不衰减的波动。在更换油动机, 按标准安装油动机, 检修调效后开机一切正常未出现转速波动现象。

4 结束语

通过对该机转速波动原因的排查, 解决了压缩机转速波动故障, 保证了机组和生产平稳运行, 同时使自已对汽轮机的调控系统有了更深刻的了解, 增长了知识。提高了处理汽轮机调控系统出现故障的能力。虽然目前汽轮机的转速控制系统由机械液压式改为了电子液压式但控制系统的放大系统、反馈系统没变。为今后对汽轮机控制系统日常维护保养提供了经验, 加强对控制系统各连接部件的防尘处理, 从细小的表面问题发现机组运行可能存在的安全隐患。

参考文献

[1]杭州汽轮使用说明书[1]杭州汽轮使用说明书

直流电机转速控制系统软件设计 篇5

关键词：直流电机,PWM控制,转速,C51

1 软件设计概述

基于Keil编译环境和C51语言, 软件部分的设计采用模块化编程思想, 主要模块有主程序、脉宽调制D/A输出中断子程序、转速周期测量中断子程序、采样周期定时中断子程序、PID调节规律子程序和显示键盘处理子程序, 根据硬件的工作原理依据编程策略完成编程。

2 主程序流程图

为了是使编程思路更加清晰, 使软件程序更具整体性和可读性, 先设计画出主程序流程图, 如图1所示:

2.1 转速测量子程序流程图

转速测量子程序流程图如图2所示:

2.2 PWM脉宽调制子程序流程图

PWM脉宽调制子程序流程图如图3所示:

2.3 PID调节控制规律的实现

对电机转速控制效果的好坏关键在于PID控制规律的确定及参数的选取, 本设计将通过在程序中加入PID算法子程序来实现对电机转速的精确控制。下面对PID的相关知识和在本设计中的应用作一定的说明。

2.3.1 PID控制的原理和特点

在实际应用当中, 应用最为广泛的控制规律为比例、积分、微分控制, 简称PID控制, 又称PID调节。PID控制规律它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为控制领域的主要调节规律之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握, 或得不到精确的数学模型时, 控制理论的其它技术难以采用时, 系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定, 这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象, 或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时, 最适合用PID控制技术。PID控制, 实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差, 利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例调节作用:是按比例反应系统的偏差, 系统一旦出现偏差, 比例调节立即作用用以减小偏差。比例作用大, 可以加快调节, 减少误差, 但是过大的比例, 是系统稳定性下降, 甚至造成系统的不稳定。

积分调节作用:使系统消除稳态误差, 提高无差度。因为有误差。积分调节就进行, 直至无差, 积分调节停止, 积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti, Ti越小, 积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱, 加入积分调节可使系统稳态性下降, 动态响应慢。积分作用常与另两种调节规律结合, 组成PI调节或PID调节。

微分调节作用:微分作用反应系统偏差信号的变化率, 具有预见性, 能预见遇见偏差变化的趋势, 因此能产生超前调节的控制作用, 在偏差没有形成之前, 已被微分调节作用消除。微分作用对噪声干扰有放大作用, 因此过强的加微分调节, 对系统抗干扰不利。此外微分反应的是变化率, 而当输入没有变化时, 微分作用输出为零。微分作用不能单独使用, 需要与令两种调节规律相结合, 组成PD调节或PID调节。

2.3.2 增量式PID控制算法

增量式PID控制算法的研究对象是离散变化的, 比例环节根据两次输入的偏差动作;积分环节是根据反馈值和给定值的偏差来动作的;微分环节是根据系统偏差的大小来动作。增量式PID控制算法一般采用微分先行的控制方式, 这样可以有效地抑制系统阶跃扰动的影响。控制算式如下:

离散化的PID表达式如下:

增量式PID控制算法虽然只是在算法上做了一点改进, 但却带来了不少优点。由于计算机输出的是增量, 所以误动作的时候对输出的影响比较小, 必要的时候可以使用逻辑判断的方法将这种影响消除。算式中不需要对误差进行累加, 控制增量uk的确定仅与最近的k、k-1、k-2次的采样值有关, 所以能够比较容易的通过加权处理而获得比较好的控制效果。

2.3.3 PID控制规律的确定

有了对上述比例调节作用、积分调节作用、微分调节作用的了解, 正确地选择数字PID的有关参数将大大提高系统的控制效果。通过对设计的被控对象特性和操作环境的分析研究, 本次设计决定不引入积分调节作用, 而选择比例调节和微分调节联合作用即组成PD控制规律。

因为-积分调节作用是根据系统是否存在误差作用的, 而系统不可能不存在误差, 电机的响应速度又比较快, 如果引入积分调节作用, 会使系统因误差存在长时间处于调节状态, 造成系统震荡, 同时积分调节又属于之后调节, 因此加入积分调节难以得到好的控制效果。

2.3.4 PD参数的整定

本系统选择了PD控制规律, PD控制参数的整定采用工程整定法, 即用经验法整定PD参数, 也称为试凑法。其方法是根据经验先将PD参数设定在某些数值上, 然后运行观察系统运行状态, 再根据系统的运行情况, 反复调整PD参数值运行系统并记录, 直到找到最佳的参数值, 达到满意的控制效果为止。

参考文献

[1]施仁, 蔡建陵.微机控制仪表及系统[M].西安:陕西科学出版社, 1998.

[2]何希才编.电动机控制电路应用电路实例[M].北京:中国电力出版社, 2005.