李華芳

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000）

本文所探討的液力機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)液力變矩器的作用下可以表現(xiàn)出渦輪力矩轉(zhuǎn)速的基本特性，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)所產(chǎn)生的功率絕大部分都交由行星齒輪做進(jìn)一步的傳遞，但有少部分則交由液力變矩器完成。相較于耦合器而言，所帶來節(jié)能效果更為理想；相較于變頻器而言，又具有很強(qiáng)的耐久性，在運(yùn)行過程中穩(wěn)定性也能得到很好的保障。

1 調(diào)速系統(tǒng)分析

（1）啟動(dòng)。主油泵處于運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)壓力油會(huì)經(jīng)由逆止門并進(jìn)一步到達(dá)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)電磁閥之間的空間則是油壓得以暢通的基本保障，此外手動(dòng)停機(jī)閥也會(huì)達(dá)到暢通的狀態(tài)，但無論是速關(guān)電磁閥與啟動(dòng)油電磁閥均會(huì)在某一個(gè)時(shí)刻一同達(dá)到帶電狀態(tài)，二者分別對應(yīng)的是泄油與接通形式，在此作用下危急保安裝置進(jìn)行復(fù)位，實(shí)現(xiàn)對油壓力狀態(tài)的調(diào)整，從而變?yōu)榻油ǖ臓顟B(tài)。另一路油則會(huì)到達(dá)速關(guān)油油動(dòng)機(jī)之中，并迫使兩個(gè)活塞達(dá)到壓緊狀態(tài)，由此避免泄漏現(xiàn)象。此時(shí)速關(guān)閥會(huì)處于關(guān)閉狀態(tài)，達(dá)到5s 后便會(huì)失電，受此影響速關(guān)油的相關(guān)通道都會(huì)達(dá)到完全暢通狀態(tài)。由于兩個(gè)活塞的規(guī)格相同，速關(guān)閥將會(huì)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)。再經(jīng)過5s后，危急保安裝置的復(fù)位油便會(huì)逐步喪失，此時(shí)速關(guān)油實(shí)現(xiàn)暢通；此外，速關(guān)閥油動(dòng)機(jī)之中留有的啟動(dòng)油便會(huì)逐步泄放出來，在針形閥開度的作用下便可以實(shí)現(xiàn)對速關(guān)閥的調(diào)節(jié)，使其達(dá)到不同的開啟速度。

（2）調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)速探討的輔助下，加之放大器的作用，便可以輸出規(guī)格為4～20 mA的電流，并進(jìn)一步到達(dá)電液轉(zhuǎn)換器之中，此時(shí)僅需要通過調(diào)節(jié)泄油口的方式便可以獲得不同大小的二次油壓，對應(yīng)范圍可以達(dá)到0.15～0.45 kg/cm2，由于二次油壓具有變動(dòng)性，此時(shí)錯(cuò)油門會(huì)表現(xiàn)出上移或是下移的特性，進(jìn)一步推動(dòng)活塞桿進(jìn)行移動(dòng)，汽門大小隨之發(fā)生改變，經(jīng)過變動(dòng)后的轉(zhuǎn)速與調(diào)節(jié)閥開度等各類相關(guān)的參數(shù)均會(huì)再次進(jìn)入到Wood-Ward 505 做進(jìn)一步處理，經(jīng)一系列調(diào)節(jié)后便會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）速關(guān)閥試驗(yàn)。若對速關(guān)閥進(jìn)行推拉操作，此時(shí)壓力油會(huì)再次與試驗(yàn)油達(dá)到接通狀態(tài)，受此影響試驗(yàn)油將會(huì)到達(dá)油動(dòng)機(jī)的左側(cè)位置，從而使得主汽門關(guān)閉；如果松開手動(dòng)閥手柄，便可以隨機(jī)中止試驗(yàn)。

2 調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）調(diào)速系統(tǒng)模塊化。就當(dāng)前的國內(nèi)機(jī)組而言，其內(nèi)部的管路較為豐富，但表現(xiàn)出雜亂的問題；反之，西門子則采用的是模塊化的方案，此時(shí)諸如電磁閥以及電液轉(zhuǎn)換器等均會(huì)被集中在某一個(gè)特定的模塊之中，整個(gè)系統(tǒng)更為簡約。

（2）電液轉(zhuǎn)換器時(shí)污性強(qiáng)。關(guān)于WoodWard 505 部門，若采用美國的電液轉(zhuǎn)換器，受其濾網(wǎng)的影響極容易出現(xiàn)停機(jī)故障；考慮到該問題，采用的是德國VOITH的產(chǎn)品，此時(shí)濾網(wǎng)規(guī)格由原來的10 μm提升到了50 μm，整體耐污性得到了大幅提升。此外，由于油動(dòng)機(jī)的油壓相對較低（通常只為1 MPa），因此調(diào)速系統(tǒng)對油脂所提出的要求也更容易得到滿足。

（3）關(guān)于二次油壓，在節(jié)流孔板的基礎(chǔ)上還增設(shè)了逆止閥，前者可以控制加負(fù)荷速度，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；后者可以提升二次油的泄油速度，因此負(fù)荷下降速度明顯加快。

（4）使用了大量的節(jié)流孔板。在試驗(yàn)油與速關(guān)油動(dòng)機(jī)之間設(shè)置了節(jié)流孔板，除此之外還增設(shè)了可調(diào)節(jié)式節(jié)流閥，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于油壓的增減均表現(xiàn)為緩慢的趨勢，加之節(jié)流孔板的作用，因此系統(tǒng)的震蕩問題得到了有效的解決。

（5）主汽門活動(dòng)試驗(yàn)穩(wěn)定性高。就當(dāng)前的國內(nèi)部分機(jī)組而言，會(huì)通過泄油的方式進(jìn)一步明確主汽門的運(yùn)行狀況，其可行性較差；而在小汽輪機(jī)中增設(shè)了一路壓力油，此時(shí)僅需要通過加壓的方式便可達(dá)到相同的效果。此外，由于臺階具有限制作用，因此主活塞形成也會(huì)受到進(jìn)一步制約，加之節(jié)流孔板的作用，整個(gè)活動(dòng)試驗(yàn)以穩(wěn)步進(jìn)行，避免了誤操作而致使主汽門關(guān)閉的現(xiàn)象。

（6）錯(cuò)油門的旋轉(zhuǎn)與上下振動(dòng)。為了從根本上改善調(diào)速系統(tǒng)遲緩的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)給小汽輪機(jī)設(shè)置一個(gè)錯(cuò)油門，由于其具有上下振動(dòng)的基本規(guī)律，加之可以靈活進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此還可以避免錯(cuò)油門活塞卡澀現(xiàn)象。如果壓力油進(jìn)入到了活塞的中間區(qū)域，則會(huì)以均勻的狀態(tài)向外引出，每結(jié)束一次活塞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，都會(huì)致使二次油壓進(jìn)行泄放處理，此時(shí)活塞會(huì)進(jìn)一步表現(xiàn)出上下運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。在頻率方面則與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相同，受振幅的影響將會(huì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對泄油孔的調(diào)節(jié)。

3 節(jié)能改造的可行性

出于對鍋爐給水泵節(jié)能改造的目的，做出了如下分析。

3.1 用能原理分析

關(guān)于電動(dòng)給水泵，它可以實(shí)現(xiàn)對熱能的轉(zhuǎn)換，由此得到電能，而后再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；在變頻電動(dòng)泵的作用下，則可以實(shí)現(xiàn)對熱能的轉(zhuǎn)換，最終得到機(jī)械能。二者的轉(zhuǎn)變機(jī)制相同，但前者減少了最終所得到的機(jī)械能總量；反之，氣動(dòng)給水泵具有更高的節(jié)能效益，它所產(chǎn)生的排汽熱量可以進(jìn)一步被除氧裝置所使用。

3.2 能耗分析比較

就能耗角度而言，為了方便分析，假定了如下條件：給水泵規(guī)格為220 kW，其數(shù)量以2 臺為宜；涉及的壓力值均指的是絕對壓力；頻率器設(shè)置為440 kVA，此外小汽輪機(jī)功率設(shè)定為440 kW。

在兩臺電動(dòng)給水泵的作用下，可以為鍋爐提供溫度支持，使其達(dá)到104 ℃狀態(tài)，所具備的流量達(dá)到了86 t/h給水狀態(tài)時(shí)，其對應(yīng)的給水壓力達(dá)到了7.5 MPa，實(shí)際耗電量為350 kW/h。

當(dāng)變頻器的數(shù)量設(shè)置為1 臺時(shí)，依然保持上述所提出的溫度與鍋爐給水流量狀態(tài)。但有所區(qū)別的是，此時(shí)鍋爐所需的給水壓力尚未達(dá)到7.5 MPa，由此減小了給水泵出口處的壓力值；如果鍋爐給水壓力持續(xù)下降，處于6.9 MPa以下水平時(shí)，所需的耗電量則為250 kW/h。

當(dāng)采用一臺規(guī)格為440 kW 的小汽輪機(jī)作為基本動(dòng)力，由此實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)給水泵的效果，此時(shí)依然遵循上述的溫度與流量標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐給水壓力也控制為6.9 MPa水平。受小汽輪機(jī)自身運(yùn)行特性的影響，所產(chǎn)生的尾汽依然可以被除氧裝置所使用。若從能量梯級利用的角度進(jìn)行分析，上述提及的設(shè)備可以構(gòu)成一個(gè)能源利用組合體系。此時(shí)，要想對汽動(dòng)給水泵的能耗進(jìn)行分析，可以轉(zhuǎn)換為對汽動(dòng)給水泵以及電動(dòng)給水泵分析的方式。此時(shí)，設(shè)定了A、B兩個(gè)組合，二者都涉及到給水泵以及除氧器兩大組件，但A組合中為汽輪機(jī)，而B組中則為電動(dòng)機(jī)。經(jīng)相關(guān)計(jì)算后可以得知，可以得到如表1所示內(nèi)容：

表1 組合A與組合B的能耗比較

綜合上述結(jié)果進(jìn)行分析可知，相比之下A 組合的耗電量更少，具體減少有350 kW/h，但耗汽量有所增加，此時(shí)多出了0.3 t/h，而多耗費(fèi)的這一部分則等同于汽動(dòng)給水泵所耗費(fèi)的能量。在確保熱負(fù)荷不發(fā)生變動(dòng)的情況下，可以基于對機(jī)組負(fù)荷改變的方式而得到。假定壓力值為5.0 MPa，在440 ℃的條件下多耗費(fèi)的部分則可以進(jìn)行做工，此時(shí)得到0.7 MPa 的壓力。經(jīng)過進(jìn)一步計(jì)算可以得知，在忽略熱量損失的情況下多帶來的發(fā)電量有28 kW/h，但如果考慮到0.3 t/h 的工況要求，此時(shí)鍋爐所耗費(fèi)的煤量則會(huì)大幅增加，而耗電量也增加了3 kW/h。參閱相關(guān)資料可以得知，對于循環(huán)流化床鍋爐而言，其具備的熱效率達(dá)到了85%及其以上水平，因此多使用的煤料將會(huì)以85%的熱效率轉(zhuǎn)化出來。對于B組合，當(dāng)其生產(chǎn)運(yùn)行狀況發(fā)生變化時(shí)，可以進(jìn)一步得知?dú)鈩?dòng)給水泵耗煤量為0.038 t/h，此時(shí)所需的供電量為25 kW/h。

對此，對多消耗的0.038 t/h標(biāo)煤作進(jìn)一步分析，通過火力發(fā)電的方式對其供電煤耗情況做進(jìn)一步的折算。參閱相關(guān)資料，由此對0.038 t/h 標(biāo)煤作進(jìn)一步計(jì)算，經(jīng)折算后可以得知電量為114 kW/h，此時(shí)將過熱蒸汽所得到的25 kW/h 扣除出去，由此得知啟動(dòng)給水泵的耗電情況為89 kW/h。

考慮所需達(dá)到的節(jié)能效果，對2 臺規(guī)格為220 kW的電動(dòng)給水泵進(jìn)行了改造，由此得到一臺規(guī)格為400 kW的設(shè)備，此時(shí)所需的進(jìn)汽壓力則為0.7 MPa；此外，小汽輪機(jī)在排汽時(shí)所需的壓力為0.2 MPa，運(yùn)行時(shí)的功率為333.8 kW，可以帶來70%的效率，總體所需的投資金額為30 萬元。通過對電動(dòng)給水泵的改造，可以得到一臺容量更高的氣動(dòng)給水泵，能夠滿足鍋爐運(yùn)行過程中所提出的供水要求。經(jīng)上述改造后，還展開了負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)鍋爐供水達(dá)到50 t/h 及其以上水平時(shí)，小汽輪機(jī)的尾汽能夠在除氧設(shè)備的作用下做進(jìn)一步的吸收，由此滿足了供熱負(fù)荷所提出的要求，整個(gè)啟動(dòng)給水泵的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

綜上所述，本文圍繞鍋爐給水泵液力機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)展開探討，涉及其運(yùn)行特點(diǎn)以及節(jié)能技術(shù)等多個(gè)方面，基于技術(shù)改造的方式可以提升整個(gè)系統(tǒng)對資源的利用率，發(fā)揮出更理想的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益，而給水泵在運(yùn)行過程中穩(wěn)定性更高，因此具有一定的參考價(jià)值。