Hiện đại hóa hệ thống điều chỉnh tuabin hơi

Hiện đại hóa hệ thống điều chỉnh
tuabin hơi
Rất nhiều đơn vị hiện đang tiến hành hiện đại hóa hệ thống điều
chỉnh các tuabin hơi (TH), trong đó có cả các TH của Nhà máy Cơ khí
Leningrađ. Mục tiêu của việc hiện đại hóa là khắc phục các khiếm
khuyết trong hoạt động của các bộ phận và nâng cao tính kinh tế của
TH bằng việc sử dụng các van điều chỉnh mới với các van và mặt tựa
van có prôfin (biên dạng) kinh tế hơn, các cột thép trong TH có trục
cam, áp dụng các phương pháp làm kín bằng kim loại lỏng, v.v., kể
cả việc đáp ứng các yêu cầu tăng cao đối với chất lượng điều chỉnh
sơ cấp TH, thực hiện bằng cách áp dụng rộng r
ãi hơn các hệ thống
điện
- thủy lực, gia tăng tỉ lệ điện tử.
Tuabin hơi công suất 220 MW
Một số vấn đề nảy sinh khi lựa chọn phương hướng và khối lượng
hiện đại hóa. Đối với những khía cạnh đó, cần cân nhắc đến số lượng
lớn TH đang và sẽ được xử lý, và đây cũng là những vấn đề cấp thiết
trong khâu thiết kế TH mới.
Phần điện tử của các hệ thống điều chỉnh có thể được thực hiện trên
cơ sở phần tử khác, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và khả năng vật
chất của khách hàng, nhưng giải pháp sơ đồ tương đối giống nhau.
Kinh nghiệm cần thiết trong việc thực thi các giải pháp đó, trong đó
kể cả việc chọn các thuật toán, đã tích lũy được kể cả trong hệ thống
điều chỉnh tốc độ quay và công suất, cũng như trong việc sử dụng
các thiết bị bảo vệ chống vượt tốc. Cũng có nhiều kinh nghiệm áp
d
ụng các bộ biến đổi điện - thủy lực (BĐĐTL) thuộc các thành tựu
mới nhất, thí dụ các cơ cấu chấp hành kiểu động cơ tuyến tính Exlar.
Phần cơ của hệ thống điều chỉnh được hiện đại hóa không phải bao
giờ cũng là cơ bản và kinh nghiệm tích lũy được trong hoạt động của

các bộ phận không phải bao giờ cũng được áp dụng triệt để. Cụ thể
như việc hiện đại hóa TH kiểu K
-200-100 bằng việc lắp đặt bộ biến
đổi điện
- cơ cho bộ truyền động trực tiếp của servomotor kiểu ngăn
kéo thuộc các van điều chỉnh của xilanh cao áp - xilanh trung áp
(ho
ặc chỉ xilanh cao áp trong các TH kiểu PT-80). Độ nhậy của hệ
thống điều chỉnh có thể đã được cải thiện ít nhiều, nhưng tất cả các
vấn đề cũ vẫn tồn tại, đã vậy lại còn vấn đề kiểm soát độ di trục của
bơm dầu chính m
à hậu quả sự cố của nó là đáng kể.
Ngoài ra với việc thay thế trên, vẫn còn một phần tử đáng nghi ngờ
trong hệ thống phân phối hơi, đó là các cam (vấu) của bộ phân phối
hơi. V
ì không thể tính toán, chế tạo các cam này với đủ độ chính xác
nên khó duy trì chúng ở trạng thái không đổi, điều chỉnh, và quan
tr
ọng hơn hết, rất khó hiệu chỉnh tại chỗ theo kết quả thử nghiệm.
Phản ứng của TH khi thay đổi tần số lưới điện được xác định không
chỉ bởi độ không nhậy của hệ thống điều chỉnh, mà còn bởi đặc
tuyến “công suất - hành trình servomotor”. Nếu trong TH K-300-240
mà ch
ỉ thay thế bộ điều chỉnh tốc độ kiểu cơ khí sang điện tử nhưng
vẫn giữ nguyên bộ biến đổi điện - thủy lực chung thì cho dù các đặc
tính của bộ biến đổi điện - cơ khí có hoàn thiện đi chăng nữa, vẫn
không thể đạt hiệu quả cần thiết cho việc tuyến tính hóa đặc tính
tĩnh “tần số quay - công suất”. Vì vậy đòi hỏi phải đặt bộ biến đổi
điện
- cơ khí riêng rẽ cho từng servomotor. Và đó mới thực sự là giải

pháp đúng đắn hơn cả, bởi v
ì các servomotor điện - thủy lực riêng
bi
ệt với các cam điện tử sẽ đơn giản hóa việc giải quyết những vấn
đề n
ày.
Nhưng ở đây có thể có hai phương hướng thiết kế các servomotor
điện
- thủy lực.
Phương án thứ nhất: Bộ biến đổi điện
- cơ khí liên hệ về mặt cơ khí
với ngăn kéo (van trượt) cắt của servomotor bị động. Phương án thứ
hai: Bộ biến đổi điện - cơ khí là bộ phận hợp thành của bộ biến đổi
điện
- thủy lực - tổng hợp (BĐĐTL-TH), tác động lên ngăn kéo cắt
của servomotor bằng thủy lực. Cả hai phương án có thể được thực
hiện với các đặc tuyến động lực khác nhau của bộ biến đổi điện - cơ
khí. Ứng lực hoán vị càng lớn của bộ biến đổi điện - cơ khí có thể chỉ
trong từng trường hợp đơn giản hóa đáng kể kết cấu của nó. Đồng
thời cả hai phương án đó đều mặc định việc ứng dụng bộ cảm biến vị
trí của servomotor làm mạch liên hệ ngược (mạch phản hồi).
Ngày nay ở các TH 300 và 800 MW đã tích lũy được nhiều kinh
nghiệm khả quan về hiện đại hóa và trên 5 năm vận hành các
servomotor điện - thủy lực với việc ứng dụng bộ biến đổi điện - cơ
(kiểu các bộ truyền động tuyến tính) trực tiếp nối với servomotor
kiểu ngăn kéo do các hãng Interautomatics và Compressor Controls
Corporation th
ực hiện trên các hệ thống với bộ biến đổi điện - cơ khí.
Nhìn chung cũng có nhiều kinh nghiệm tốt trong vận hành các hệ
thống điện - thủy lực của Nhà máy Cơ khí Leningrađ với việc ứng

dụng bộ BĐĐTL-TH (trên 25 hệ thống, hơn 90 bộ BĐĐTL-TH) trong
c
ả việc hiện đại hóa các hệ thống cũng như trong việc ứng dụng trên
các TH khác nhau thuộc thế hệ mới, nghĩa là cả hai phương án đến
nay đ
ã chứng tỏ khả năng hoạt động tốt. Vậy tiếp đến cần phải làm
gì?
Ti
ếp theo vấn đề đó được nghiên cứu từ quan điểm về điều kiện hoạt
động của các bộ phận trong hệ thống điều chỉnh TH, và kể cả sự
phát triển khả dĩ của các kết cấu hệ thống điều chỉnh và bản thân
các TH và khi cân nh
ắc đến các tình huống đó, có thể phương án 2
được ưa chuộng hơn. Việc nghi
ên cứu được tiến hành trên cơ sở các
hệ thống điều chỉnh mới được chế tạo trong những năm gần đây cho
các TH của Nhà máy Cơ khí Leningrađ.
Việc nghiên cứu triển khai bộ biến đổi điện - thủy lực - tổng hợp
(BĐĐTL
-TH) không có mối liên hệ cơ khí của bộ biến đổi điện - cơ khí
với ngăn kéo cắt của servomotor (ví dụ sử dụng bằng sáng chế số
2154201 của LB Nga, theo đó tín hiệu từ bộ biến đổi điện - cơ khí và
áp suất dầu từ đường bảo vệ tuabin được biến đổi thành áp suất
thay đổi điều khiển ngắn kéo của servomotor) khi có mạch li
ên hệ
ngược điện tử theo vị trí của servomotor cho phép thực hiện
servomotor điều chỉnh, servomotor n
ày có thể được bố trí không chỉ
thẳng đứng, mà cả nằm ngang, và nói chung với bất kỳ độ dốc nào.
Vi

ệc sử dụng servomotor đó cho van stop đã cho phép Nhà máy Cơ
khí Leningrađ thực hiện đối với TH thế hệ mới (T
-150, K-110, v.v.)
các kh
ối phân phối hơi với van stop nằm ngang và một hoặc hai van
điều
chỉnh đặt đứng. Điều đó đơn giản hóa đáng kể bản thân các
khối phân phối hơi và việc xếp đặt tuabin. Servomotor của van điều
chỉnh trong các khối đó trước đây được thực hiện với liên hệ ngược
cơ khí kiểu cam cho ngăn kéo cắt v
ì vào thời đó chưa có kinh nghiệm
hoạt động với các servomotor “cam” điện tử, chưa có các dữ liệu về
độ tin cậy của các bộ cảm biến vị trí của các servomotor v
à không có
kinh nghiệm vận hành dài lâu các van điều chỉnh chống rung kiểu
mới.
Hiện nay, khi tất cả những vấn đề đó đã được nghiên cứu kỹ lưỡng,
hoàn toàn hợp lý để tiếp tục phát huy bước sau: sử dụng các
servomotor tương tự, nhưng với li
ên hệ ngược điện tử cho các van
điều chỉnh, các van n
ày cũng có thể bố trí nằm ngang hoặc nghiêng
m
ột góc bất kỳ. Những khối đó (thí dụ từ một van điều chỉnh về van
stop) sẽ cho phép giảm đáng kể tổn thất áp suất trong toàn bộ hệ
thống phân phối hơi, đặt các van gần xilanh hơn, đơn giản hóa
phương pháp sấy các đường ống hơi khi khởi động tuabin v
à thao tác
các van trong quá trình vận hành. Khả năng sắp xếp các khối van đó
sẽ cho phép hiện đại hóa triệt để các hệ thống phân phối hơi của các

TH K-300-240, K-800-240, v.v., trong đó chiều dài của các ống giữa
các van thuộc xilanh cao áp và xilanh là đáng kể (hằng số thời gian
của thể tích hơi khoảng 0,2 - 0,3 s khi sử dụng các khối van và tới
0,6 s khi các van stop được đặt ri
êng rẽ).
Chúng tôi cho rằng khả năng giảm các thể tích hơi đó, đặc biệt đối
với các tuabin có hằng số thời gian của roto 5 - 7 s, sẽ là cấp thiết
ngay c
ả trong tương lai và giải pháp đó là có triển vọng trong thiết
kế.
Xung quanh servomotor đôi khi tạo ra chế độ bất thư
ờng về nhiệt độ
và độ ẩm, dẫn đến tình trạng thiết bị điện và đặc biệt thiết bị điện tử
ngừng hoạt động. Đôi khi nhân viên vận hành không thể đến gần
thân cao áp của tuabin hơi do xì hơi trục van stop, xì hơi ở bộ chèn
hơi. Lưu lượng dầu trong các servomotor khá lớn và mặc dầu có thể
vận hành tạm thời ở các chế độ bất thường đó, nhưng dầu nhanh
chóng bị hỏng.
Để nâng cao độ tin cậy vận hành khi đặt bộ BĐĐC trực tiếp lên ngăn
kéo của servomotor nhất thiết phải đưa vào sơ đồ điều chỉnh các tín
hiệu phản hồi (liên hệ ngược) từ các bộ cảm biến vị trí các
servomotor của các van điều chỉnh (đôi khi của chính ngăn kéo)
trong khi đó các chỉ số của các bộ cảm biến trở n
ên tới hạn xét trên
quan điểm về độ tin cậy của bộ điều chỉnh.
Những điều kiện hoạt động của các bộ cảm biến đó có thể không
thuận lợi không chỉ vì các chế độ nhiệt độ mà còn vì cả sự phát sinh
rung của các van hoặc độ rung tăng cao của chính tuabin khi đi qua
điểm tới hạn hoặc khi phát sinh độ rung tần số thấp.
Đối với các tuabin công suất lớn có nhiều servomotor của các van

điều chỉnh, điều đó dẫn tới phức tạp hóa đáng kể sơ đồ điều chỉnh,
làm tăng giá thành phần thiết bị v
à có thể chiếm hết công suất tính
toán của bộ xử lý trung tâm. Ngoài ra xét về các điều kiện không
thuận lợi trong sự hoạt động của các bộ cảm biến, ngay cả việc lắp
dự phòng (tăng độ dư thừa lên gấp đôi) cũng có thể không nâng cao
được độ tin cậy như mong muốn. Đương nhiên điều đó có thể không
phải là trở ngại không vượt qua được.
Mặt khác, kinh nghiệm hiệu chỉnh cho thấy trong sơ đồ với bộ
BĐĐTL
-TH và servomotor có phản hồi cơ khí lên ngăn kéo của nó,
việc sử dụng bộ cảm biến vị trí có thể chỉ giới hạn trong các nhiệm
vụ về thông tin và hiệu chỉnh, nghĩa là không đưa tín hiệu của nó vào
mạch điều chỉnh hoặc có đưa vào nhưng với chức năng hiệu chỉnh
hạn chế.
Để thực thi đặc tuyến mở van cần thiết một cách tương đối chính
xác, có thể sử dụng sơ đồ bộ chỉ vị trí đã được nghiên cứu triển khai
trong quá trình tối ưu hóa thu nhận các đặc tuyến cho trước của
servomotor, bao gồm sự liên kết của hai hàm số tuyến tính từng
đoạn nối tiếp nhau, một h
àm số trong đó là đặc tuyến tính toán, tức
là sự phụ thuộc cần thiết của hành trình van vào tín hiệu điều khiển
hệ thống điều chỉnh (dòng điều khiển từ hệ thống điều chỉnh - hành
trình c
ủa servomotor), còn hàm số thứ hai là đặc tuyến thực nghịch
đảo cũng của van đó (h
ành trình của servomotor - dòng điều khiển
được đưa tới bộ biến đội điện
- cơ khí).
Kết quả là tín hiệu đã hiệu chỉnh được đưa tới bộ BĐĐTL-TH để thu

được đặc tuyến cho trước của van, có tính đến các sai lệch hiện hữu
trong các đặc tuyến thực tế của các cụm. Trong sơ đồ tr
ên, bộ cảm
biến vị trí chỉ được sử dụng để hiệu chỉnh hệ thống, và sau đó tín
hiệu của nó có thể loại bỏ khỏi mạch điều chỉnh. Trong trường hợp
cần thiết, bộ cảm biến vị trí có thể được để lại trong vận hành liên
t
ục để hiệu chỉnh những sai số nhỏ (về nhiệt độ, v.v.).
Những độ lệch nhỏ có thể bù bằng thành phần tích phân của hệ điều
chỉnh chính (tần số quay, công suất, áp suất). Sơ đồ này đã được
Nhà máy Cơ khí Leningrađ thử nghiệm khi hiện đại hóa các TH K
-
200-130 t
ại các Nhà máy nhiệt điện Maritsavostok-3 và Mariiska và