油动机的结构和工作原理

1.油动机的结构

油动机是调节汽阀的执行机构，它将由放大器或电液转换器输入的二次油信号转换为有足够作功能力的行程输出以操纵调节阀，控制汽轮机进汽。

油动机是断流双作用往复式油动机，以汽轮机油为工作介质，动力油用0.8MPa的压力油。油动机结构如图7-2-14所示。

油动机主要由油缸、错油门、连接体和反馈机构组成。错油门结构如图7-2-15所示。

错油门（8）通过连接体（7）与油缸（5）连接在一起，错油门与油缸之间的油路由连接体沟通，油路接口处装有O形密封圈。连接体有铸造和锻件加工两种，图示为铸件形式。

油缸由底座、筒体、缸盖、活塞、活塞杆等构成。筒体与底座、缸盖之间装有O形密封圈，它们由4只长螺栓组装在一起。活塞配有填充聚四氟乙烯的专用活塞环。活塞动作时在接近上死点处有10mm的阻尼区，用以减小活塞的惯性力和载荷力并降低其动作速度。缸盖上装有活塞杆密封组件，顶部配装活塞杆导轨及弯角杠杆支座。

油缸靠底座下部双耳环与托架上的关节轴承、销轴连接并支撑在托架上。在油缸活塞杆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错油门弹簧（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时，滑阀的力平衡改变使滑阀上移，于是，在动力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。如出现二次油压降低的情况，则各环节动作与上述过程相反，这里不再赘述。

图7-2-14 油动机结构

1—拉杆 2—调节螺栓 3—反馈板 4—活塞杆 5—油缸（缸盖） 6—活塞 7—连接体 8—错油门（错油门壳体） 9—反馈杠杆 10—调节螺钉 11—调节螺母 12—弯角杠杆 13—杆端关节轴承

（4）上端有拉杆（1）和杆端关节轴承（13），通过杆端关节轴承（13）使油缸与调节汽阀杠杆相连。

套筒（25、26、27）装在错油门壳体（8）中，其中上套筒（25）及下套筒（27）与壳体用骑缝螺钉固定，中间套筒（26）在装配时配作锥销与壳体定位固定。

套筒与壳体中的腔室构成5档功用不同的油路，对照图7-2-15可看出，中间是动力油进油，相邻两个分别与油缸活塞上、下腔相通，靠外端的两个是油动机回油。在工作时，油

为提高油动机动作的灵敏度，在油动机中采用了特殊结构的错油门，其主要特征是：在工作时错油门滑阀转动并上、下颤振，为此，在构成滑阀的滑阀体和转动盘中加工有油腔和通油孔，在转动盘上端紧配有推力球轴承（15）。

图7-2-16是转动盘工作示意图。压力油从进油孔（22）进入滑阀中心腔室，进而从转动盘的3只径向、切向喷油孔（24）喷出，在油流力作用下滑阀便连续旋转，转矩取决于喷油量，滑阀转速可借助调节阀（21）来加以调节，滑阀的推荐工作转速为300～800r/min（小尺寸滑阀用高转速），转速可从测速套筒（23）处测量，不过通常靠经验判断，也可从错油门壳体上盖的冒汽管口观查滑阀的转动情况。

图7-2-15 错油门结构

14—错油门弹簧 15—推力球轴承 16—转动盘 17—滑阀体 18—泄油孔 19—调节阀 20—放油孔 21—调节阀 22—喷油进油孔 23—测速套筒 24—喷油孔 25—上套筒 26—中间套筒 27—下套筒 C—二次油 P—动力油 T—回油

伴随着转动，滑阀还产生上、下颤振，这是因为滑阀每转动一转，滑阀下部径向的一只放油孔（20）便与泄油孔（18）沟通一次，在它们相通的瞬时，由于部分二次油泄放，二次油压略有下降，致使滑阀下移，而随着滑阀的旋转，放油孔被封住时，滑阀又上移。只要滑阀转动，上述动作就一直重复，二次油压有规律的脉动使滑阀产生颤振，而滑阀的颤振引起油动机活塞、活塞杆和调节汽阀阀杆产生微幅振荡，这样油动机就能灵敏地对调节系统控制信号作出响应。错油门滑阀的振幅可利用调节阀（19）来调整，振幅由油缸活塞杆的振幅间接测定，活塞杆振幅通常控制在0.2～0.3mm。

错油门壳体通过螺栓与两端的上盖、下盖连接在一起，盖与壳体接合面装有O形密封圈（或涂有密封胶）以防漏油。动力油及二次油从壳体侧面的接口P、C分别接至错油门壳体，油动机的回油从错油门下盖的油口T（底面或侧面）接至回油管。由于油动机与托架是可动连接，所以油动机回油管上配装有金属软管。

输入油动机二次油的变化范围是0.15～0.45MPa，二次油压P₂与油缸活塞杆行程h_Z的对应关系与反馈板型线（反馈板与弯角杠杆上滚柱轴承接触点的轨迹）有关。根据汽阀特性，反馈板型线有直线和特定曲线两种，在反馈板型线已确定的情况下，P₂—h_Z关系可利用拉杆（1）上的调节螺栓（2）改变反馈板安装角的方法来加以修正。不过要注意，反馈板安装角改变必然改变油动机活塞动作的初始值，活塞起始动作时的二次油压值通常是通过错油门顶部的调节螺钉（10）进行调整，必要时也可借助调节螺母（11）来调整（调节螺母两端的螺纹旋向是相反的）。

图7-2-16 转动盘工作示意图

油动机中油缸按名义直径有100、125、160、200、250及320六种规格，错油门按滑阀直径有16、22、32、45、60及90六档，根据机组特性的不同，错油门和油缸可构成多种搭配组合。

错油门<45时，壳体及盖由锻件加工而成，在≥45的错油门中，壳体及盖用铸铝件。当采用90的错油门时，在液压调节系统的放大器中两只随动活塞与其配用。

2.油动机的构成和类型

油动机是汽轮机调节保安系统的执行机构，它接受DEH控制系统发出的指令，操纵汽轮机阀门的开启和关闭，从而达到控制机组转速、负荷以及保护机组安全的目的。

油动机由油缸和一个控制集成块相连而成，两者之间由O形密封圈实现静密封。按照其控制方式的不同，油动机分为连续型（主要用于调节阀油动机）和开关型（主要用于主汽阀油动机）两类，其原理分别如图7-2-17及图7-2-18所示。

（1）油缸(www.xing528.com)

油动机的油缸，其开启由抗燃油驱动，而关闭是靠弹簧紧力，属单侧进油的油缸，为保证油缸快速关闭时，蒸汽阀碟对阀座的冲击力在允许的范围内，在油缸的活塞尾部采用了缓冲装置，它可在活塞到达行程末端时迅速减速。油缸为活塞式液压伺服缸，主要由活塞、活塞杆、前端盖、后端盖、缸筒、缓冲装置、防尘导向环、活塞杆串联密封、活塞密封和相应的联结件构成。

所有的密封件对于磷酸酯抗燃油都具优良的理化适应性，其结构如图7-2-19所示。其特点是：

1）采用防尘导向环；

2）活塞杆采用唇形串联密封提高杆密封的可靠性；

3）活塞密封采用活塞环密封；

4）液压缸缓冲采用圆锥形缓冲。

在EH系统中，油缸的设计是整个执行机构的核心关键之一。根据阀门工作形式的不同，油缸设计可分为推力油缸和拉力油缸两种。其定义为：当油缸活塞杆伸出去时是使阀门打开，油缸活塞杆进去时是使阀门关闭，则称其为推力油缸；反之，当油缸活塞杆缩进去时是使阀门打开，油缸活塞杆伸出去时是使阀门关闭，则称其为拉力油缸。拉力油缸和推力油缸的提升力计算是不一样的，如图7-2-20所示。对于推力油缸，其提升力为

图7-2-17 开关型油动机

图7-2-18 连续型油动机

对于拉力油缸，其提升力为

式中 P——实际作用在活塞腔的工作油压，在高压抗燃油系统中，一般来说P总在12～21MPa左右。

图7-2-19 油缸结构示意图

在油动机快速关闭时，为了使蒸汽阀心与阀座的冲击应力保持在允许的范围内，在油动机活塞尾部采用液压缓冲装置，可以将动能累积的主要部分在冲击发生的最后瞬间转变为流体的能量。

（2）控制集成块

控制集成块的作用是将所有的液压部件安装连接在一起。由于采用了油路块，大大减少了系统中元件之间相互连接管子和管接头，消除了许多潜在的泄漏点。

油动机的控制块上装有伺服阀（或电磁阀）、卸荷阀、遮断电磁阀和单向阀及测压接头等。所有O形密封圈均采用氟橡胶材料。

图7-2-20 油缸提升力示意图

a）推力油缸 b）拉力油缸

3.油动机的工作原理

液压伺服系统有两个功能：一是控制阀门的开度，二是伺服机构、阀门系统的快速卸载，即阀门的快关功能。对于连续型油动机，其阀门的开度控制是一个典型的闭环位置控制系统。对于开关型油动机，其阀门的开度控制则是一个开环控制系统。现以连续型（调节阀）油动机为例加以说明。当遮断电磁阀失电时，控制油通过遮断电磁阀进入卸载阀上腔，在卸载阀上腔建立起安全油压，卸载阀关闭。油动机工作准备就绪。计算机送来的阀位控制信号通过伺服放大器传到伺服阀，使其通向负载的阀口打开，高压油进入油缸下腔，使活塞上升并在活塞端面形成与弹簧相适应的负载力。由于位移传感器（LVDT 2只，冗余配置）的拉杆与活塞连接，所以活塞的移动便由位移传感器产生位置信号，该信号通过解调器反馈到伺服放大器的输入端，直到与阀位指令相平衡时，伺服阀回到零位，遮断其进油口和排油口，活塞停止运动。此时蒸汽阀门已经到了所需要的开度，完成了电信号→液压力→机械位移的转换过程。随着阀位指令信号有规律的变化，油动机不断地调节蒸汽阀门的开度。卸载阀装在油动机的控制集成块上。正常工作时，阀心将负载压力、回油压力和安全油压力分开，当电厂急需汽轮机机组停机时，安全系统动作，安全油压下降至零，卸载阀在油动机活塞下油压的作用下打开，这时油动机活塞下油压的压力迅速下降，油动机活塞在阀门操纵座弹簧紧力下迅速下降，油动机活塞下的油液通过卸载阀向油动机活塞上腔转移，多余的油液则通过单向阀流回油箱，使阀门快速关闭。油动机自身关闭时间为0.15s。

当需要单个油动机做快关试验（如OPC动作）时，可以通过遮断电磁阀的带电来实现。其过程同安全系统动作类似。

当需要重新建立工作状态时，油路的设置保证了先建立安全油，使卸载阀关闭，使油动机活塞下腔与回油通道切断，油动机就可以再次实现位置伺服控制。