汽輪機(jī)原理-第五章汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)

1、第六章 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng) 本章概要 介紹汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)的任務(wù)、系統(tǒng)的基本組成和不同類型調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，著重分析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性對(duì)機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)性能和安全、穩(wěn)定運(yùn)行的影響，以汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的典型部件為例，介紹調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作原理和靜態(tài)特性計(jì)算。 第一節(jié) 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的任務(wù)和系統(tǒng)組成 一、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的任務(wù) 汽輪機(jī)是發(fā)電廠的原動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，向電網(wǎng)輸送符合數(shù)量和供電品質(zhì)(電壓與頻率)要求的電力。由同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性已知，發(fā)電機(jī)的端電壓決定于無(wú)功功率，而無(wú)功功率決定于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁；電網(wǎng)的頻率(或稱周波)決定于有功功率，即決定于原動(dòng)機(jī)的

2、驅(qū)動(dòng)功率。因此，電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)歸發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，頻率調(diào)節(jié)歸汽輪機(jī)的功率控制系統(tǒng)。這樣，機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差改變調(diào)節(jié)汽門的開度，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量及焓降，改變發(fā)電機(jī)的有功功率，滿足外界電負(fù)荷的變化要求。由于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以機(jī)組轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)對(duì)象，故習(xí)慣上將汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為調(diào)速系統(tǒng)。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是根據(jù)電網(wǎng)的頻率偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)功率輸出的，故在供電的量與質(zhì)的方面存在著矛盾；因?yàn)闈M足負(fù)荷數(shù)量要求后，并不能保持電網(wǎng)頻率不變。目前，電網(wǎng)是通過(guò)一、二次調(diào)頻實(shí)現(xiàn)供電的頻率品質(zhì)要求的。對(duì)短周期、小幅度的負(fù)荷變化由電網(wǎng)負(fù)荷頻率特性產(chǎn)生頻率偏差信號(hào)，網(wǎng)中的各臺(tái)機(jī)組根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性分擔(dān)這部分負(fù)荷變化，這一調(diào)

3、節(jié)過(guò)程稱為一次調(diào)頻。對(duì)幅度變化較大而速度變化較慢的負(fù)荷，則由電網(wǎng)的自動(dòng)頻率控制(AFC)裝置來(lái)分配調(diào)頻機(jī)組的負(fù)荷，這一調(diào)節(jié)過(guò)程稱為二次調(diào)頻。 然而，純粹的調(diào)速系統(tǒng)是難以滿足優(yōu)良的供電品質(zhì)要求的。因?yàn)樵跈C(jī)組運(yùn)行中，即使汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門開度保持不變，鍋爐燃料品質(zhì)不一致也會(huì)引起燃燒工況波動(dòng)，導(dǎo)致汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)和功率輸出改變，進(jìn)而使電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，供電品質(zhì)下降。這種由機(jī)組內(nèi)部因素造成機(jī)組有功功率及電網(wǎng)頻率波動(dòng)的擾動(dòng)稱之為"內(nèi)擾"。為抵御機(jī)組"內(nèi)擾"的影響，在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中還必須引入功率控制信號(hào)，在發(fā)生"內(nèi)擾"時(shí)，使機(jī)組的功率輸出維持在外

4、界要求的水平上。這種既調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，又調(diào)節(jié)功率的調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱之為功(率)頻(率)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽輪機(jī)是高溫、高壓、大功率高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，轉(zhuǎn)子的慣性相對(duì)于汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩很小。機(jī)組運(yùn)行中一旦突然從電網(wǎng)中解列甩去全部電負(fù)荷，汽輪機(jī)巨大的驅(qū)動(dòng)力矩作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)速快速飛升。如不及時(shí)、快速、可靠地切除汽輪機(jī)的蒸汽供給，就會(huì)使轉(zhuǎn)速超過(guò)安全許可的極限轉(zhuǎn)速，釀成毀機(jī)惡性事故。此外，機(jī)組運(yùn)行中還存在低真空、低潤(rùn)滑油壓、振動(dòng)大、差脹大等危及機(jī)組安全的故障。因此，為保障汽輪機(jī)各種事故工況下的安全，除要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)快速響應(yīng)和動(dòng)作外，還設(shè)置保護(hù)系統(tǒng)，并在調(diào)節(jié)汽門前設(shè)置主汽門。在事故危急工況下，保護(hù)系統(tǒng)快速動(dòng)作，使主汽門和調(diào)節(jié)汽門

5、同時(shí)快速關(guān)閉，可靠地切斷汽輪機(jī)的蒸汽供給，使機(jī)組快速停機(jī)。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的原理性結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。 圖6-1汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)原理性框圖 綜合上述，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的任務(wù)是：正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，使汽輪機(jī)的功率輸出滿足外界的負(fù)荷要求，且使調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速偏差在允許的范圍內(nèi)；在危急事故工況下，快速關(guān)閉調(diào)節(jié)汽門或主汽門，使機(jī)組維持空轉(zhuǎn)或快速停機(jī)。 二、中間再熱汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn) 再熱器的蒸汽管、傳熱管及聯(lián)箱等是個(gè)很大的蒸汽容積空間，其間貯存的蒸汽量決定于再熱器蒸汽的溫度和壓力。由第三章已知，在非設(shè)計(jì)工況下，中、低壓缸的功率與再熱器的蒸汽壓力呈一定的比例關(guān)系，這樣對(duì)應(yīng)于不同的

6、機(jī)組功率，貯存于再熱器中的蒸汽量是不等的。在機(jī)組功率變化過(guò)程中，因再熱器內(nèi)蒸汽壓力變化導(dǎo)致貯汽量的改變，產(chǎn)生的蒸汽吸蓄或泄放效應(yīng)，使中低壓缸的功率變化滯后于高壓缸。如圖6-2(a)所示，在機(jī)組功率增大時(shí)，增大高壓缸的進(jìn)汽量，高壓缸的功率輸出近似于階躍增大，并且因再熱器的壓力較低，高壓缸的功率還有一定的過(guò)增量。同時(shí)，高壓缸的排汽進(jìn)入再熱器內(nèi)時(shí)，部分增大的蒸汽量滯留在再熱器中，以提升再熱器的蒸汽壓力，使中低壓缸的功率緩慢增大。只有當(dāng)再熱器的蒸汽壓力達(dá)到新工況穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，才能使高壓缸的排汽量與中壓缸的進(jìn)汽量相等。相反，在機(jī)組功率下降時(shí)，高壓缸進(jìn)汽量減少，使再熱器蒸汽壓力下降，再熱器泄放出部分貯汽，使

7、得中壓缸的進(jìn)汽量大于高壓缸。 再熱器的時(shí)滯效應(yīng)降低了機(jī)組快速響應(yīng)外界負(fù)荷變化的一次調(diào)頻能力，因?yàn)橹?、低壓缸的功率約占整機(jī)功率的70。圖6-2(a)中陰影部分表示了負(fù)荷調(diào)節(jié)過(guò)渡過(guò)程中機(jī)組功率不能滿足外界要求的大小，在甩負(fù)荷危急工況下，再熱器中貯存的大量蒸汽，如在中低壓缸中繼續(xù)膨脹作功，可使機(jī)組的飛升轉(zhuǎn)速達(dá)額定轉(zhuǎn)速的40，嚴(yán)重危及著機(jī)組的運(yùn)行安全。 中間再熱機(jī)組為單元制機(jī)組，鍋爐的蓄熱相對(duì)減少，特別是直流鍋爐。傳統(tǒng)的鍋爐跟隨汽輪機(jī)的運(yùn)行方式，利用鍋爐金屬蓄熱釋放滿足汽輪機(jī)的流量要求，勢(shì)必引起鍋爐運(yùn)行參數(shù)的較大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成參數(shù)超限，危及機(jī)、爐的安全。再熱器通常布置于鍋爐的高溫?zé)煹绤^(qū)，在機(jī)組啟、停

8、過(guò)程中必須有足夠的蒸汽來(lái)冷卻再熱器，防止再熱器傳熱管燒損。但在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，再熱器的冷卻蒸汽量和鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃的產(chǎn)汽量遠(yuǎn)大于汽輪機(jī)的空載流量，因此機(jī)組的升速、帶負(fù)荷與再熱器的冷卻間有很大矛盾。 圖6-2再熱器的時(shí)滯效應(yīng)與高壓缸過(guò)調(diào) 為增強(qiáng)中間再熱機(jī)組的一次調(diào)頻能力，保護(hù)事故工況下機(jī)組的安全，提高機(jī)組啟、停操作的靈活性和安全可靠性，在中間再熱汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，設(shè)置動(dòng)態(tài)校正器。在機(jī)組功率增大或減小時(shí)，通過(guò)高壓調(diào)節(jié)汽門的過(guò)開或過(guò)關(guān)，由高壓缸功率的過(guò)增或過(guò)減補(bǔ)償再熱器產(chǎn)生的時(shí)滯效應(yīng)，使機(jī)組功率與外界要求保持一致。在中壓缸進(jìn)口處，設(shè)置中壓主汽門和中壓調(diào)節(jié)汽門，在危急事故工況下，快速切斷中壓缸的進(jìn)汽，避

9、免再熱器蒸汽進(jìn)入中低壓缸造成機(jī)組轉(zhuǎn)速惡性飛升。另一方面，在機(jī)組啟、停過(guò)程中，由中壓調(diào)節(jié)汽門控制再熱汽溫，使中壓缸的進(jìn)汽與中壓缸轉(zhuǎn)子及汽缸的熱狀態(tài)得到良好的匹配。為減小中壓調(diào)節(jié)汽門產(chǎn)生的節(jié)流損失，中壓調(diào)節(jié)汽門通常在機(jī)組負(fù)荷大于30時(shí)保持全開。 圖6-3汽輪機(jī)、鍋爐協(xié)調(diào)控制 為使中間再熱機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)，既能利用鍋爐金屬的蓄熱滿足快速響應(yīng)外界電負(fù)荷的要求，又能通過(guò)改變調(diào)節(jié)汽門的開度使主蒸汽壓力的波動(dòng)在允許的范圍之內(nèi)，從而要求機(jī)爐采用協(xié)調(diào)控制方式。機(jī)爐協(xié)調(diào)控制的流程圖如圖6-3所示。 為改善中間再熱機(jī)組的啟動(dòng)特性，加快機(jī)組的啟動(dòng)速度，回收啟動(dòng)過(guò)程中的工質(zhì)和熱量，以及在機(jī)組甩負(fù)荷工況下保護(hù)鍋爐的安全，

10、在中間再熱汽輪機(jī)的蒸汽系統(tǒng)中設(shè)有高、低壓旁路系統(tǒng)和大旁路系統(tǒng)。高壓旁路系統(tǒng)是將來(lái)自鍋爐過(guò)熱器的新蒸汽通過(guò)減溫、減壓器排至冷再熱器蒸汽管，低壓旁路系統(tǒng)是將再熱新蒸汽經(jīng)減溫、減壓器排至凝汽器，大旁路系統(tǒng)則是將新蒸汽經(jīng)減溫、減壓器直接排至凝汽器。在機(jī)組啟、停過(guò)程中，通過(guò)操作高、低壓旁路調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)汽門，控制再熱蒸汽溫度和再熱器的冷卻。在甩負(fù)荷工況下，由旁路系統(tǒng)控制鍋爐過(guò)熱器及再熱器的壓力，避免鍋爐安全閥動(dòng)作，使機(jī)組故障排除后盡快恢復(fù)運(yùn)行。中間再熱汽的旁路系統(tǒng)及高、中壓主汽門與調(diào)節(jié)汽門的布置如圖6-4所示。 圖6-4中間再熱機(jī)組的旁路系統(tǒng)及主汽門、調(diào)節(jié)汽門布置 三、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成和種類

11、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理性構(gòu)成如圖6-5所示。轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成一次控制信號(hào)；中間放大器對(duì)一次控制信號(hào)作功率放大，并按調(diào)節(jié)目標(biāo)作控制運(yùn)算，產(chǎn)生油動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)；油動(dòng)機(jī)是一種液壓位置伺服馬達(dá)，按中間放大器的控制信號(hào)產(chǎn)生帶動(dòng)配汽機(jī)構(gòu)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)力，并達(dá)到預(yù)定的開度位置；配汽機(jī)構(gòu)是將油動(dòng)機(jī)的行程轉(zhuǎn)變?yōu)楦髡{(diào)節(jié)汽門的開度，通過(guò)配汽機(jī)構(gòu)的非線性傳遞特性，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量與油動(dòng)機(jī)行程間校正到近似線性關(guān)系；同步器作用于中間放大器，產(chǎn)生控制油動(dòng)機(jī)行程的控制信號(hào)，單機(jī)運(yùn)行時(shí)改變汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)改變機(jī)組的功率；啟動(dòng)裝置在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)用于沖轉(zhuǎn)、并提升轉(zhuǎn)速至同步器動(dòng)作轉(zhuǎn)速。 圖6-5汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)原

12、理性框圖 由于汽輪機(jī)的蒸汽壓力很高，開啟主汽門和調(diào)節(jié)汽門需要很大的驅(qū)動(dòng)力。為滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻要求，必須要求調(diào)節(jié)汽門的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有較好的響應(yīng)靈敏性和較快的響應(yīng)速度。特別是在機(jī)組甩負(fù)荷等危急工況下，要求主汽門和調(diào)節(jié)汽門能在極短的時(shí)間內(nèi)全行程關(guān)閉。因此，對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門和主汽門的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提出慣性小、驅(qū)動(dòng)功率大的特殊要求。目前，電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)尚不能滿足這一特殊要求，故汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)總是以油動(dòng)機(jī)(即液壓伺服馬達(dá))為調(diào)節(jié)汽門和主汽門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)其轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)及中間放大器的結(jié)構(gòu)不同，可分為機(jī)械液壓調(diào)節(jié)、模擬電液調(diào)節(jié)和數(shù)字電液調(diào)節(jié)三種型式。 圖6-6原型性機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1.機(jī)械液

13、壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由杠桿、曲柄等機(jī)械機(jī)構(gòu)作信號(hào)放大和液壓流量控制閥作功率放大，其原理性系統(tǒng)如圖6-6所示。飛錘感受轉(zhuǎn)速的變化，并轉(zhuǎn)變?yōu)榛h(huán)的位移；斷流式錯(cuò)油門控制油動(dòng)機(jī)活塞腔室的進(jìn)、排油，當(dāng)錯(cuò)油門滑閥偏離居中位置時(shí)，分別開啟油動(dòng)機(jī)活塞上、下腔室的進(jìn)、排油口，使油動(dòng)機(jī)活塞帶動(dòng)調(diào)節(jié)汽門開啟或關(guān)閉；在油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)時(shí)，又帶動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，使錯(cuò)油門滑閥向著居中位置移動(dòng)。當(dāng)油動(dòng)機(jī)活塞的位移復(fù)現(xiàn)調(diào)速器滑環(huán)位移的變化規(guī)律時(shí)，錯(cuò)油門滑閥回到居中位置，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。隨著機(jī)組容量的增大，開啟調(diào)節(jié)汽門驅(qū)動(dòng)力要求的提高，特別是中間再熱機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽門動(dòng)態(tài)校正要求的提出，機(jī)械液壓調(diào)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓控制回路變得

14、十分復(fù)雜。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)曠動(dòng)間隙的存在，液壓控制部件易受油液污染的影響，使調(diào)節(jié)品質(zhì)和運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性不很理想。因機(jī)組的功率信號(hào)無(wú)法由機(jī)械或液壓機(jī)構(gòu)來(lái)感受，故機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)僅能起到調(diào)速系統(tǒng)的作用。另一方面，配汽機(jī)構(gòu)采用較為固定的機(jī)械機(jī)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)噴嘴、節(jié)流等多種運(yùn)行方式的靈活切換。 2.模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) 模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是基于模擬電路的連續(xù)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它將電子技術(shù)與液壓控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，綜合了電子元件檢測(cè)靈敏、精度高、線性好、遲緩小、傳輸速度快、調(diào)整方便、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜調(diào)節(jié)規(guī)律，以及液壓元件驅(qū)動(dòng)功率大、慣性小的優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)、運(yùn)算采用電子元件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓部件，兩者中介的核心部件是電液伺服閥

15、(俗稱電液轉(zhuǎn)換器)。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率經(jīng)傳感器或變送器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)電子線路放大、運(yùn)算，產(chǎn)生油動(dòng)機(jī)行程的控制信號(hào)，輸?shù)絇ID(比例、積分和微分)凋節(jié)回路，然后經(jīng)模擬電路功率放大作用于電液轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生控制油動(dòng)機(jī)行程的液壓信號(hào)，經(jīng)中間放大后使油動(dòng)機(jī)按調(diào)節(jié)指令動(dòng)作。模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理性框圖如圖6-7所示，系統(tǒng)中設(shè)有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路、功率調(diào)節(jié)回路和功-頻調(diào)節(jié)回路，在機(jī)組單機(jī)運(yùn)行時(shí)控制轉(zhuǎn)速；并網(wǎng)非調(diào)頻工況時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組功率；并網(wǎng)調(diào)頻運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)功-頻調(diào)節(jié)，克服"內(nèi)擾"和再熱器中間容積時(shí)滯效應(yīng)的影響。功率設(shè)定可遠(yuǎn)方遙控設(shè)置，便于電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)。蒸汽壓力輸入可實(shí)現(xiàn)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制。模擬

16、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制功能和調(diào)節(jié)品質(zhì)較機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)有了很大的提高，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的安全性。 圖6-7汽輪機(jī)模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖 3.數(shù)字電液控制系統(tǒng) 數(shù)字電液控制系統(tǒng)(Digital Electro-Hydraulic Control System，簡(jiǎn)稱DEH)是以計(jì)算機(jī)替代模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制運(yùn)算的模擬電路，發(fā)揮計(jì)算機(jī)控制運(yùn)算、邏輯判斷與處理能力強(qiáng)及軟件組態(tài)靈活、方便的優(yōu)勢(shì)，將汽輪機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、順序控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)融為一體。特別是液壓系統(tǒng)采用高壓抗燃油(三芳基磷酸脂)后，簡(jiǎn)化了液壓控制回路，提高了油動(dòng)機(jī)的推動(dòng)力。調(diào)節(jié)汽門由各自油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可使機(jī)組實(shí)現(xiàn)噴嘴

17、、節(jié)流等多種運(yùn)行方式靈活切換，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行控制的靈活性。由于數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，維修調(diào)試方便，冗余控制、多層保護(hù)和自檢、自診斷功能使調(diào)節(jié)品質(zhì)、運(yùn)行可靠性和機(jī)組的安全性均較模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)有了很大提高。數(shù)字電液控制系統(tǒng)是由電子控制器、操作系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、保護(hù)系統(tǒng)和供油系統(tǒng)組成，它實(shí)現(xiàn)的主要功能是： (1)汽輪機(jī)自動(dòng)程序控制(ATC)。通過(guò)監(jiān)測(cè)高、中壓汽缸溫度和蒸汽溫度，計(jì)算出轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力。在汽輪機(jī)允許的應(yīng)力范圍內(nèi)，以最大的速率、最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)機(jī)組由盤車、沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)到帶負(fù)荷的全自動(dòng)程序化操作。 (2)汽輪機(jī)功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)有操作員自動(dòng)、遠(yuǎn)

18、方控制和電廠計(jì)算機(jī)控制三種模式。根據(jù)電網(wǎng)的要求，可選擇調(diào)頻運(yùn)行方式或基本負(fù)荷運(yùn)行方式。在機(jī)組冷、熱態(tài)啟動(dòng)中，能自動(dòng)地根據(jù)啟動(dòng)狀態(tài)控制調(diào)節(jié)汽門的開度。 (3)汽輪機(jī)的自動(dòng)保護(hù)。設(shè)有三層超速保護(hù)，即超速保護(hù)控制(OPC)、危急遮斷控制(ETS)和機(jī)械超速保護(hù)與手動(dòng)遮斷脫扣。超速保護(hù)控制是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)103n0時(shí)，OPC電磁閥動(dòng)作，快速關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)汽門；ETS是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到110n0時(shí)，自動(dòng)停機(jī)遮斷(AST)電磁閥動(dòng)作，快速關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門。此外，當(dāng)出現(xiàn)低潤(rùn)滑油壓、推力軸承磨損、低真空、高壓排汽溫度高等危急事故時(shí)，ETS通過(guò)AST電磁閥使機(jī)組快速停機(jī)；機(jī)械超速保護(hù)是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升高至112

19、n0時(shí)動(dòng)作，關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門。 (4)機(jī)組和DEH系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)視和顯示機(jī)組及DEH系統(tǒng)的重要參數(shù)、運(yùn)行曲線、歷史趨勢(shì)和故障，以及指示操作按鈕的狀態(tài)。第二節(jié) 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性 一、四方圖 由前已知，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)、中間放大器和配汽機(jī)構(gòu)三大環(huán)節(jié)組成。這三個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞特性便決定了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與調(diào)節(jié)汽門的開度，在額定參數(shù)工況下也就決定了機(jī)組的功率。我們將額定參數(shù)工況下汽輪機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 為描述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的放大傳遞特性和靜態(tài)特性，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性分析中用特殊的四象限圖-四方圖來(lái)表示，其中第象限表示轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)特性，第III

20、象限表示中間放大環(huán)節(jié)的傳遞特性，第象限表示配汽機(jī)構(gòu)特性，第I象限則為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 這里以圖6-6所示的機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，說(shuō)明調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線的繪制和分析影響靜態(tài)特性的因素。 在機(jī)組額定轉(zhuǎn)速n0=3000r/min附近，當(dāng)轉(zhuǎn)速n升高時(shí)，調(diào)速器滑環(huán)在飛錘離心力的作用下上移z，反之亦然。轉(zhuǎn)速n與滑環(huán)位移z間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系即為轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)特性，其特性曲線如圖6-8中第象限所示。 圖6-8汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的四方圖 在穩(wěn)定工況下，錯(cuò)油門滑閥處于居中位置，油動(dòng)機(jī)活塞的行程m與調(diào)速器滑環(huán)位移z間的關(guān)系決定于杠桿的傳動(dòng)比，滑環(huán)的位移z愈大，油動(dòng)機(jī)活塞所帶動(dòng)的調(diào)節(jié)汽門的開度就愈小，中間放大環(huán)節(jié)的傳遞

21、特性曲線如圖6-8中第象限所示。油動(dòng)機(jī)活塞的行程m通過(guò)配汽機(jī)構(gòu)決定了調(diào)節(jié)汽門的開度，在額定參數(shù)工況下，也就決定了汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，亦即決定了汽輪機(jī)的功率P。隨著油動(dòng)機(jī)活塞行程m的增大，調(diào)節(jié)汽門的開度增加，汽輪機(jī)的功率隨之提高。油動(dòng)機(jī)活塞行程m與機(jī)組功率P間的關(guān)系即為配汽機(jī)構(gòu)特性，其特性曲線如圖6-8中第象限所示。有了轉(zhuǎn)速感受特性、中間放大傳遞特性和配汽機(jī)構(gòu)特性三條曲線，便可唯一地確定出第I象限中調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線。對(duì)某一功率Pi，由配汽機(jī)構(gòu)特性曲線得到對(duì)應(yīng)的油動(dòng)機(jī)活塞的行程mi；由中間放大環(huán)節(jié)的傳遞特性曲線得到對(duì)應(yīng)于mi的調(diào)節(jié)器滑環(huán)位移zi，再由轉(zhuǎn)速感受特性曲線求得對(duì)應(yīng)于zi的轉(zhuǎn)速ni。Pi

22、與ni在第I象限的交點(diǎn)即為調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線上的狀態(tài)點(diǎn)。對(duì)所有的汽輪機(jī)功率P，同樣地可求得對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和第I象限的狀態(tài)點(diǎn)，所有的狀態(tài)點(diǎn)便連成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性線，從而得到描述調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的四方圖。二、速度變動(dòng)率 由圖6-8的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線可知，對(duì)應(yīng)于汽輪機(jī)不同的功率，機(jī)組的轉(zhuǎn)速是不同的，靜態(tài)特性曲線的斜率表明了這種差異。我們定義：汽輪機(jī)空負(fù)荷時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速nmax與額定負(fù)荷時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小轉(zhuǎn)速nmin之差，與額定轉(zhuǎn)速n0的比，稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動(dòng)率或速度不等率，通常用表示，即 (6-1)速度變動(dòng)率表示了單位轉(zhuǎn)速變化所引起的汽輪機(jī)功率的增(減)量。在機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，各機(jī)組感

23、受電網(wǎng)頻率的變化是相同的，但調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動(dòng)率的不同，使各機(jī)組功率的改變量不同。如果電網(wǎng)頻率與偏離額定頻率的偏離量為n，那么由調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線和速度變動(dòng)率的定義可求得機(jī)組功率改變的相對(duì)量為 (6-2)式中：P0為機(jī)組的額定功率。上式表明，速度變動(dòng)率愈大，單位轉(zhuǎn)速變化所引起的功率變化就愈小。因此，速度變動(dòng)率的大小，對(duì)機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行和參與電網(wǎng)一次調(diào)頻有著重要影響。速度變動(dòng)率愈小，即靜態(tài)特性曲線愈平坦，則轉(zhuǎn)速變化很小就會(huì)引起汽輪機(jī)較大的功率變化，使汽輪機(jī)的進(jìn)汽量和蒸汽參數(shù)變化較大，機(jī)組內(nèi)各部件的受力、溫度應(yīng)力等都變化很大，將造成壽命損耗，甚至造成部件損壞。=0的極限情況下，只要電網(wǎng)頻率稍有改

24、變，機(jī)組的負(fù)荷就由額定負(fù)荷變?yōu)榭肇?fù)荷，或由空負(fù)荷變?yōu)轭~定負(fù)荷，機(jī)組負(fù)荷產(chǎn)生嚴(yán)重晃動(dòng)而無(wú)法運(yùn)行。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動(dòng)率一般不得小于3.0。但是，速度變動(dòng)率也不宜太大，因?yàn)檫^(guò)大的速度變動(dòng)率，一方面使機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能力下降；另一方面使調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負(fù)荷后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速過(guò)高，稍有不慎，有可能使甩負(fù)荷后最高飛升轉(zhuǎn)速超過(guò)危急保安器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速，不利于機(jī)組安全和甩負(fù)荷后重新并網(wǎng)帶負(fù)荷。所以，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動(dòng)率一般不要超過(guò)6.0。綜上所述，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動(dòng)率，應(yīng)根據(jù)機(jī)組在電網(wǎng)中所處的地位和安全性方面的要求來(lái)確定。對(duì)一次調(diào)頻要求較高的帶尖峰負(fù)荷機(jī)組，速度變動(dòng)率應(yīng)取小些，如=3.04.0；對(duì)帶基本負(fù)荷的

25、機(jī)組，速度變動(dòng)率則應(yīng)取大些，如=4.0-6.0。一般地，速度變動(dòng)率通常設(shè)為=5.0。對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性稍差的機(jī)組，速度變動(dòng)率應(yīng)取小些。在實(shí)際調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速感受及中間放大傳遞特性存在著一定非線性。特別是配汽機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)汽門的開度與通流量存在著嚴(yán)重的非線性。雖然經(jīng)配汽機(jī)構(gòu)校正，但第象限的特性曲線仍有一定的非線性，因而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線并非是直線，即靜態(tài)特性曲線上各處的速度變動(dòng)率并不相同。我們將由式(6-1)定義的速度變動(dòng)率稱為整(總)體速率變動(dòng)率，而將下式定義的速度變動(dòng)率稱為局部速度變動(dòng)率： (6-3)事實(shí)上，我們也不應(yīng)該要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線為直線。在機(jī)組空負(fù)荷附近，為便于機(jī)組并網(wǎng)操作，要求

26、速度變動(dòng)率大些，容易控制機(jī)組并網(wǎng)前的轉(zhuǎn)速。另外，在機(jī)組帶初負(fù)荷后應(yīng)有一定的暖機(jī)時(shí)間，以免剛帶負(fù)荷后機(jī)組加熱太快產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力和脹差。為防止電網(wǎng)頻率變化對(duì)機(jī)組帶初負(fù)荷暖機(jī)的影響，通常在機(jī)組010負(fù)荷范圍內(nèi)，對(duì)其最大局部速度變動(dòng)率不作限制。圖6-9汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變化率分布 相反地，在機(jī)組滿負(fù)荷附近，過(guò)小的速度變動(dòng)率在電網(wǎng)頻率降低時(shí)容易使機(jī)組過(guò)載，危及機(jī)組的運(yùn)行安全。所以，在機(jī)組滿負(fù)荷處的速度變動(dòng)率也應(yīng)取得大些。一般在90100負(fù)荷范圍內(nèi)，最大局部速度變動(dòng)率不大于整體速度變動(dòng)率的3倍。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動(dòng)率在滿足整體設(shè)計(jì)要求條件下，其分布應(yīng)當(dāng)是兩端大、中間小且無(wú)拐點(diǎn)平滑變化，如圖6-9所示，

27、但中間段的最小局部速度變動(dòng)率不得小于整體速度變化率的40。由調(diào)節(jié)系統(tǒng)四方圖可知，影響速度變動(dòng)率分布的因素是轉(zhuǎn)速感受、中間傳遞和配汽機(jī)構(gòu)三大環(huán)節(jié)，其中配汽機(jī)構(gòu)特性是影響速度變動(dòng)率中間段分布的主要因素。因?yàn)椴磺‘?dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)汽門開啟重迭度有可能使調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線出現(xiàn)拐點(diǎn)。改變調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動(dòng)率，工程上以改變中間傳遞特性曲線的斜率為主。第象限特性線愈陡，亦即斜率的絕對(duì)值愈大，則對(duì)應(yīng)于一次控制信號(hào)的范圍及速度變動(dòng)率就愈小。三、遲緩率 在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間不可避免地存在動(dòng)、靜摩擦，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中存在著曠動(dòng)間隙，滑閥存在一定的蓋度，這些非線性因素的存在，使轉(zhuǎn)速感受特性和傳遞特性發(fā)生畸變，最終表

28、現(xiàn)在靜態(tài)特性曲線上，使之偏離理想工況。對(duì)圖6-6所示的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)速升高時(shí)為使調(diào)速器滑環(huán)移動(dòng)，飛錘離心力增量的一部分必須首先克服滑環(huán)移動(dòng)的靜摩擦力，方能使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)。而杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)量必須大于曠動(dòng)間隙和錯(cuò)油門滑閥的蓋度，方能開啟油動(dòng)機(jī)活塞腔室的進(jìn)、排油口使活塞運(yùn)動(dòng)，關(guān)小調(diào)節(jié)汽門、減小機(jī)組功率。很明顯，機(jī)組功率的減小量小于由式(6-2)得的理想值。相反地，在電網(wǎng)頻率降低時(shí)，這些非線性因素的作用，使機(jī)組功率的增加量小于式(6-2)得的理想值。這種機(jī)組增負(fù)荷和減負(fù)荷特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲緩。遲緩在四方圖上的表示如圖6-10所示。 圖6-10調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩在四方圖上的表示 我們定義：在調(diào)節(jié)系統(tǒng)增、減負(fù)荷

29、特性曲線上，相同功率處轉(zhuǎn)速偏差n=n1-n2與額定轉(zhuǎn)速n0的比為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率，通常用表示，即 (6-4)遲緩率對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制精度和機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。在汽輪機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的功率決定于外界的電負(fù)荷。在某一穩(wěn)定負(fù)荷下，遲緩率的存在將會(huì)使機(jī)組的轉(zhuǎn)速在n=n0范圍內(nèi)漂移，引起機(jī)組轉(zhuǎn)速波動(dòng)，如圖6-11(a)所示。如果遲緩率為=0.5，則對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)的幅度為n=15r/min，相當(dāng)于供電頻率有0.25Hz的波動(dòng)。在多臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)的頻率，當(dāng)電網(wǎng)的頻率一定時(shí)，遲緩率存在將會(huì)引起機(jī)組功率晃動(dòng)，如圖6-11(b)所示。由速度變動(dòng)率和遲緩率的定義可知，功率晃動(dòng)的幅度為

30、,P=/P0。遲緩率愈大、速度變動(dòng)率愈小，功率晃動(dòng)的幅度就愈大。所以，為提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制精度和運(yùn)行穩(wěn)定性，要求遲緩率盡可能小。由于遲緩率難以避免，故希望速度變動(dòng)率不宜過(guò)小。圖6-11調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響 由于機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)和液壓放大環(huán)節(jié)較多，故遲緩率相對(duì)較大，但通常要求機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率小于0.6。電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，特別是采用高壓抗燃油的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，液壓控制回路很為簡(jiǎn)單；減少了產(chǎn)生遲緩的中間環(huán)節(jié)，故遲緩率較小，一般要求電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率小于0.2。 四、同步器與靜態(tài)特性曲線平移 (一)同步器的作用 由調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性已知，機(jī)組在不同功率下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是不等的

31、。汽輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速n0下單機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)機(jī)組的功率由P11增加到p2時(shí)，一次調(diào)頻的結(jié)果使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速由n0降低到n2，如圖6-12所示。很明顯，調(diào)節(jié)系統(tǒng)僅有一次調(diào)頻功能是不能滿足優(yōu)良供電品質(zhì)要求的。只有當(dāng)外界電負(fù)荷增大到p2后，若能使靜態(tài)特性曲線向上平移到C點(diǎn)，那么在機(jī)組功率增大后又能保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速仍為額定轉(zhuǎn)速，即供電頻率維持在額定值。因此，在單機(jī)運(yùn)行時(shí)要求有一個(gè)能平移靜態(tài)特性線的裝置。在汽輪機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，若電網(wǎng)的頻率基本不變，則機(jī)組所承擔(dān)的負(fù)荷也就基本不變。因此，在機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷時(shí)，也應(yīng)有一能平移靜態(tài)特性線的裝置，在并列運(yùn)行的機(jī)組間進(jìn)行負(fù)荷的重新分配。這種能平移調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線的裝置稱為同步

32、器，其主要作用是：(1)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程中提升機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)額定值，帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可以保證機(jī)組在任何穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下轉(zhuǎn)速維持在額定值；(2)并列運(yùn)行時(shí)，在各機(jī)組間進(jìn)行負(fù)荷重新分配，承擔(dān)電網(wǎng)二次調(diào)頻任務(wù)，保持電網(wǎng)頻率基本不變。圖6-12單機(jī)運(yùn)行時(shí)同步器的作用 由此可見(jiàn)，在同步器平移靜態(tài)特性線后，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)四方圖的第I象限是一簇相互平行的曲線。平移調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性線，可以通過(guò)平移轉(zhuǎn)速感受特性線，即將第象限中的轉(zhuǎn)速感受特性線上、下平移，如圖6-13(a)所示。也可平移中間放大傳遞特性線來(lái)實(shí)現(xiàn)，即將第象限中的傳遞特性線左右平移，如圖6-13(b)所示。前者稱為第一類同步器，后者稱為第二類同步器。目前，實(shí)際

33、使用中以第二類同步器為主。 圖6-13同步器平移靜態(tài)特性線 (a)第一類同步器；(b)第二類同步器 根據(jù)同步器提升轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的作用，同步器平移靜態(tài)特性線的調(diào)節(jié)范圍，除滿足正常蒸汽參數(shù)和額定轉(zhuǎn)速工況要求外，還應(yīng)充分考慮蒸汽參數(shù)、真空和電網(wǎng)頻率等實(shí)際運(yùn)行因素的影響，為這些因素變化預(yù)留足夠的調(diào)節(jié)范圍。(1)同步器最小調(diào)節(jié)范圍。為使機(jī)組的正常蒸汽參數(shù)、額定轉(zhuǎn)速時(shí)能帶滿負(fù)荷，并能通過(guò)操作同步器卸去全部負(fù)荷，同步器的最小調(diào)節(jié)范圍至少為，即圖6-14中AA-BB所示范圍。(2)靜態(tài)特性線的下限位置。下限工作位置的設(shè)置應(yīng)考慮電網(wǎng)頻率降低、蒸汽參數(shù)升高及真空上升等運(yùn)行因素，并為機(jī)組并網(wǎng)前操作留有一定操作

34、空間。當(dāng)電網(wǎng)頻率低于額定值時(shí)，若仍能使機(jī)組維持空負(fù)荷運(yùn)行，則應(yīng)能將靜態(tài)特性線下移至圖6-14中CC位置，方可進(jìn)行并網(wǎng)帶負(fù)荷操作，以及機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)用同步器卸去全部負(fù)荷維持空轉(zhuǎn)運(yùn)行。圖6-14同步器的調(diào)節(jié)范圍 當(dāng)新蒸汽參數(shù)升高或真空上升時(shí)，在同一調(diào)節(jié)汽門開度或油動(dòng)機(jī)活塞行程m下，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量和理想比焓降增大，機(jī)組功率上升，相當(dāng)于配汽機(jī)構(gòu)特性線向右上方平移，對(duì)應(yīng)于此工況的空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)汽門開度就要減小。如果此工況與電網(wǎng)頻率降低同時(shí)發(fā)生，靜態(tài)特性曲線在CC位置處是不能維持空轉(zhuǎn)運(yùn)行的。因此，靜態(tài)特性線還應(yīng)下移至圖6-14中DD位置。此外，還應(yīng)為機(jī)組并網(wǎng)前的操作留有足夠的空間，在圖6-14中DD線下還應(yīng)有一

35、定的調(diào)節(jié)空間。綜合考慮這些情況后，同步器調(diào)節(jié)的下限位置通常設(shè)在為額定轉(zhuǎn)速下-5.0處。 (3)靜態(tài)特性線的上限位置。上限位置的設(shè)定主要考慮電網(wǎng)頻率升高和新蒸汽參數(shù)降低、真空惡化工況。在電網(wǎng)頻率升高時(shí)，為能使機(jī)組卸去全部負(fù)荷并維持空轉(zhuǎn)運(yùn)行，靜態(tài)特性曲線必須平移至圖6-14中的EE位置。在低新蒸汽參數(shù)、低真空工況下，配汽機(jī)構(gòu)特性線向左下方平移，為使機(jī)組在此種工況下電網(wǎng)頻率升高時(shí)仍能帶滿負(fù)荷運(yùn)行，靜態(tài)特伯線必須能上移至圖6-14中的FF位置。通常要求同步器調(diào)節(jié)的上限位置不小于(12)。對(duì)于一般機(jī)組，速度變動(dòng)率取為5.0，則同步器調(diào)節(jié)的上限位置取為7.0。 第三節(jié) 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 圖6-15

36、甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)速過(guò)渡過(guò)程 一、動(dòng)態(tài)特性基本概念 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由多個(gè)環(huán)節(jié)組成的復(fù)雜閉環(huán)系統(tǒng)，部件運(yùn)動(dòng)慣性、油流流動(dòng)阻力和蒸汽中間容積等的存在，使得調(diào)節(jié)系統(tǒng)由一個(gè)穩(wěn)定工況到另一穩(wěn)定工況時(shí)經(jīng)歷著復(fù)雜的過(guò)渡過(guò)程。圖6-15是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負(fù)荷工況下較為典型的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程曲線。其中，a為無(wú)振蕩的過(guò)渡過(guò)程，b為小幅振蕩快速衰減的過(guò)渡過(guò)程，c為大幅振蕩慢衰減過(guò)渡過(guò)程。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的參數(shù)選取不當(dāng)，也有可能產(chǎn)生持續(xù)振蕩而無(wú)法正常工作。為使機(jī)組滿足優(yōu)良供電品質(zhì)、參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)靈敏、快速地響應(yīng)各種擾動(dòng)，并平穩(wěn)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。為保障機(jī)組甩負(fù)荷工況下的安全，必須要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)能快速地全行程

37、動(dòng)作。因此，對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性必須提出穩(wěn)定性要好、過(guò)渡過(guò)程中超調(diào)量要小、振蕩次數(shù)要少及過(guò)渡過(guò)程調(diào)整時(shí)間要短的要求。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析是項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的工作，通常按圖6-16所示的各環(huán)節(jié)建立數(shù)學(xué)模型，如傳遞函數(shù)等，借助于MathlAb或Simulink等控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析。這里簡(jiǎn)要地介紹調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的一些基本概念，并討論影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要因素。 圖6-16汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性方框圖 1.穩(wěn)定性 汽輪機(jī)運(yùn)行中，當(dāng)受到擾動(dòng)激勵(lì)離開原來(lái)的穩(wěn)定工況后，能很快地過(guò)渡到新的穩(wěn)定工況，或擾動(dòng)消失后能回復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定工況，這樣的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別，

38、可由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)按自動(dòng)控制理論中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)來(lái)分析、計(jì)算。對(duì)于實(shí)際的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，除滿足穩(wěn)定性基本要求外，還應(yīng)留有一定的穩(wěn)定性裕度。2.動(dòng)態(tài)超調(diào)量對(duì)于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，甩負(fù)荷過(guò)程中被調(diào)量轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)超調(diào)量可表示為 (6-5) 式中：max為最大飛升轉(zhuǎn)速的相對(duì)量，即max=(nmax-n0)/n0。為在機(jī)組甩負(fù)荷工況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速飛升不致使超速保安器動(dòng)作，甩負(fù)荷后的最高飛升轉(zhuǎn)速應(yīng)低于超速保安器整定的動(dòng)作轉(zhuǎn)速。3.靜態(tài)偏差值 汽輪機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷改變將引起機(jī)組轉(zhuǎn)速變化。在機(jī)組額定功率下從電網(wǎng)中解列、甩去全部負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速的靜態(tài)偏差值就是甩負(fù)荷后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差，即()=。由調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性

39、可知，機(jī)組甩負(fù)荷的數(shù)量不同，靜態(tài)偏差值是不等的。4.過(guò)渡過(guò)程調(diào)整時(shí)間擾動(dòng)作用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，從響應(yīng)擾動(dòng)開始到被調(diào)量達(dá)到基本穩(wěn)定所經(jīng)歷的時(shí)間稱為過(guò)渡過(guò)程調(diào)整時(shí)間。評(píng)定被調(diào)量是否達(dá)到穩(wěn)定，通常用被調(diào)量與靜態(tài)偏差值的誤差，當(dāng)|()-()|時(shí)，即認(rèn)為被調(diào)量已達(dá)到穩(wěn)定。在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析中，通常將允許偏差取為靜態(tài)偏差值的5，即=5n0。很明顯，我們要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程調(diào)整時(shí)間盡可能短些，一般為數(shù)秒或數(shù)十秒，最長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)1min。二、影響甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性的主要因素由圖6-16已知，影響汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的因素來(lái)自于機(jī)組本體設(shè)備(如再熱器等的中間容積、轉(zhuǎn)子等)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)部件兩個(gè)主要方面。對(duì)圖6-

40、16所示的調(diào)節(jié)系統(tǒng)建立簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型后，研究表明：機(jī)組甩負(fù)荷后最大動(dòng)態(tài)飛升轉(zhuǎn)速(如圖6-17所示)可由下式來(lái)估算： (6-5) (6-7) (6-8)圖6-17調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性估算 式中-甩去負(fù)荷的百分率；T1，T2-油動(dòng)機(jī)動(dòng)作的滯后時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間；Ta-轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；J-汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；M0-汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；Tv-蒸汽中間容積時(shí)間常數(shù)；Wi-各中間容積中蒸汽的膨脹功；n0、P0-機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速和額定功率。(一)本體設(shè)備對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 (1)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Ta。轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Ta表示了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與額定轉(zhuǎn)矩的相對(duì)大小。轉(zhuǎn)子的慣性愈大，甩負(fù)荷后的最大飛升轉(zhuǎn)速就愈小。隨著機(jī)組容量

41、的增大，機(jī)組轉(zhuǎn)矩增加較轉(zhuǎn)子慣性增大來(lái)得快，故大型機(jī)組的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)小于小型機(jī)組，一般大型機(jī)組的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)約為89s。(2)蒸汽中間容積時(shí)間常數(shù)Tv。蒸汽中間容積時(shí)間常數(shù)Tv表示了中間容積內(nèi)蒸汽的做功能力與機(jī)組額定功率的比值。Tv愈大，表明中間容積內(nèi)蒸汽的做功能力愈強(qiáng)，那么機(jī)組甩負(fù)荷后，即使調(diào)節(jié)汽門全部關(guān)閉，各中間容積內(nèi)的蒸汽繼續(xù)膨脹做功，也會(huì)使機(jī)組轉(zhuǎn)速額外飛升。因此，在導(dǎo)汽管及調(diào)節(jié)汽室的結(jié)構(gòu)與布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能減小蒸汽中間容積。對(duì)于中間再熱機(jī)組，為避免再熱器蒸汽中間容積對(duì)甩負(fù)荷特性的影響，蒸汽在中壓缸的進(jìn)汽口前設(shè)置中壓調(diào)節(jié)汽門和中壓主汽門。在大型機(jī)組中，導(dǎo)汽管及調(diào)節(jié)汽室的蒸汽中間容積時(shí)間常數(shù)

42、約為0.20.25s，再熱器蒸汽中間容積的時(shí)間常數(shù)約為9s左右。(二)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 (1)速度變動(dòng)率。速度變動(dòng)率對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有重要影響，愈大，則單位轉(zhuǎn)速變化所產(chǎn)生的調(diào)節(jié)汽門的關(guān)閉量就愈小，使機(jī)組在甩負(fù)荷工況下調(diào)節(jié)汽門的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)，最高飛升轉(zhuǎn)速增高。另一方面，大的速度變動(dòng)率將減緩油動(dòng)機(jī)的關(guān)閉速度遲后于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速飛升，從而減小動(dòng)態(tài)超量和過(guò)渡過(guò)程的振蕩次數(shù)，縮短過(guò)渡過(guò)程的調(diào)整時(shí)間。相反地，小的速度變化率，使油動(dòng)機(jī)的關(guān)閉速度遲后于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速飛升，盡管最高飛升轉(zhuǎn)速不大，但動(dòng)態(tài)超調(diào)量較大，從而使過(guò)渡過(guò)程的振蕩次數(shù)增多，調(diào)整時(shí)間延長(zhǎng)。速度變動(dòng)率對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負(fù)荷特性的影響如圖6-18所示。

43、圖6-18速度變動(dòng)率對(duì)甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性的影響 (2)油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm。油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)是錯(cuò)油門油口最大開度時(shí)，油動(dòng)機(jī)活塞走完關(guān)閉全行程所需的時(shí)間，表明油動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)關(guān)閉性能。油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)愈大，油動(dòng)機(jī)的關(guān)閉速度遲后于轉(zhuǎn)速飛升就愈大，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)飛升增加、過(guò)渡過(guò)程的振蕩次數(shù)增多。(3)遲緩率。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率對(duì)穩(wěn)定性和甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性均產(chǎn)生不利影響。遲緩率存在時(shí)，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速飛升量超過(guò)遲緩值后方能使油動(dòng)機(jī)動(dòng)作，反映在式(6-6)中油動(dòng)機(jī)的動(dòng)作滯后時(shí)間上，不僅使動(dòng)態(tài)飛升轉(zhuǎn)速增加，而且使動(dòng)態(tài)偏差增大，從而過(guò)渡過(guò)程的振蕩次數(shù)增多和調(diào)整時(shí)間延長(zhǎng)，嚴(yán)重可能產(chǎn)生自持振蕩。另一方面，遲緩的存在，也是調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定

44、晃動(dòng)等動(dòng)態(tài)故障的重要原因。第四節(jié)汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一、轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)是將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮慰刂菩盘?hào)的元件。在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)主要有離心式和電磁式兩類。在離心式中有機(jī)械式和液壓式兩種，其中機(jī)械式有高速?gòu)椥哉{(diào)速器和飛錘或飛環(huán)式超速危急保安器；液壓式中有徑向鉆孔脈沖泵和旋轉(zhuǎn)阻尼器兩種。 圖6-19高速?gòu)椥哉{(diào)速器 1.高速?gòu)椥哉{(diào)速器高速?gòu)椥哉{(diào)速器的結(jié)構(gòu)如圖6-19所示，它是由重錘、彈簧板、彈簧和調(diào)速塊等組成。該調(diào)速器安裝于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的前端，與汽輪機(jī)主軸一同旋轉(zhuǎn)。重錘的離心力與彈簧拉力及彈簧板的張力相平衡。在機(jī)組轉(zhuǎn)速改變時(shí)，重錘離心力的變化使彈簧伸長(zhǎng)或縮短及彈簧板外張或內(nèi)合

45、，從而使彈簧板前端的調(diào)速塊產(chǎn)生前、后軸向位移。由于重錘的回轉(zhuǎn)半徑遠(yuǎn)大于彈簧的伸長(zhǎng)量，故調(diào)速塊的位移僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)。調(diào)速塊的位移是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次控制信號(hào)，它與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即調(diào)速器的靜態(tài)特性曲線如圖6-20所示。在機(jī)組由靜止升速至額定轉(zhuǎn)速3000r/min時(shí)，調(diào)速塊的水平軸向位移約為9mm。在額定轉(zhuǎn)速附近，轉(zhuǎn)速與調(diào)速塊的位移近似于線性關(guān)系，其靈敏度為150r/rain時(shí)為1mm。該型調(diào)速器具有無(wú)動(dòng)靜接觸部件、靈敏度高、遲緩小、穩(wěn)定性好和全行程調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)場(chǎng)維修與調(diào)試不甚方便。圖6-20高速?gòu)椥哉{(diào)速器特性曲線 圖6-21徑向鉆孔脈沖泵 2.徑向鉆孔脈沖泵 徑向鉆孔脈沖泵，或稱徑向脈沖泵，簡(jiǎn)稱為

46、徑向泵或輻向泵。它是一種基于離心泵工作原理的轉(zhuǎn)速感受器，由泵輪、穩(wěn)流網(wǎng)和殼體等組成，其結(jié)構(gòu)如圖6-21所示。泵輪上均勻分布地鉆有等直徑的徑向油孔，油流由泵輪中心進(jìn)入，泵的出口油壓為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次控制信號(hào)。由離心泵的工作原理可知，油泵出口處的壓力為 (6-9)式中：R1、R2分別為泵輪內(nèi)外半徑。徑向泵的壓增為 (6-10) 這種轉(zhuǎn)速感受器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便、靈敏度高及遲緩小的優(yōu)點(diǎn)，并且當(dāng)泵的負(fù)載流量增大時(shí)，泵的壓增特性基本不變。對(duì)于小型汽輪機(jī)，徑向脈沖泵還可當(dāng)作主油泵來(lái)使用。這種轉(zhuǎn)速感受器的主要不足在于有時(shí)會(huì)出現(xiàn)油壓低周波動(dòng)，從而引起整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)晃動(dòng)，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在泵輪外設(shè)

47、置一個(gè)穩(wěn)流網(wǎng)，其作用是抑制油泵出口的高頻油壓脈動(dòng)。徑向鉆孔脈沖泵的靈敏度通常為150r/min時(shí)585kPa。3.旋轉(zhuǎn)阻尼器 旋轉(zhuǎn)阻尼器也是一種基于離心泵工作原理的轉(zhuǎn)速感受器，它主要由阻尼管、油封環(huán)(或穩(wěn)流網(wǎng))、殼體及針形閥等組成，其結(jié)構(gòu)如圖6-22所示。旋轉(zhuǎn)阻尼器與徑向泵的差別，主要在于旋轉(zhuǎn)阻尼器的供油來(lái)自于主油泵的壓力油，經(jīng)針形閥節(jié)流降壓進(jìn)入A腔室，然后經(jīng)阻尼管徑向向內(nèi)流動(dòng)，最后排至回油系統(tǒng)。A腔室的油壓即為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次控制信號(hào)。同樣地，阻尼管外端處的壓力為 (6-11)式中：A為阻尼管外端面的通流面積。很明顯，阻尼管內(nèi)油液的離心力起著阻止通過(guò)針形閥流量的作用。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升高時(shí)，阻尼管外

48、端處的壓力升高，通過(guò)針形閥的流量就會(huì)減小。圖6-22旋轉(zhuǎn)阻尼器 圖6-23旋轉(zhuǎn)阻尼器的特性曲線 旋轉(zhuǎn)阻尼器的特性曲線如圖6-23所示。旋轉(zhuǎn)阻尼器有著與徑向脈沖泵相似的特點(diǎn)，但因旋轉(zhuǎn)阻尼器的供油來(lái)自于主油泵，主油泵出口油壓的波動(dòng)有時(shí)對(duì)一次控制油壓產(chǎn)生顯著影響。另外，油封環(huán)的磨損很容易引起一次控制油壓波動(dòng)，造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)晃動(dòng)。旋轉(zhuǎn)阻尼器的靈敏度小于徑向脈沖泵，一般為22kPa/150r/min。 4.機(jī)械超速危急保安器 機(jī)械超速危急保安器是保護(hù)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速感受器，有飛錘和飛環(huán)式兩種，其結(jié)構(gòu)如圖6-24所示。在汽輪機(jī)軸端徑向安裝的偏心體，飛錘或飛環(huán)，被彈簧的預(yù)緊力就位在塞頭或套筒的端面上。設(shè)偏心體的質(zhì)量

49、為m、偏心距為e，彈簧剛度為K，彈簧預(yù)緊力的壓縮長(zhǎng)度為l0，作用在偏心體上的彈簧預(yù)緊力為Fs=Kl0，偏心體隨機(jī)組主軸一同旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力為Fe=me2。 偏心體的離心力隨轉(zhuǎn)速平方增加，在達(dá)到某個(gè)轉(zhuǎn)速t時(shí)，偏心體的離心力與彈簧的預(yù)緊力相等，即t2=Kl0/(me)，只要e<l0，隨后轉(zhuǎn)速稍有增加，偏心體就會(huì)在離心力的作用下快速飛出x，撞擊在危急遮斷錯(cuò)油門的門桿上，使危急遮斷錯(cuò)油門動(dòng)作。我們稱t為超速危急保安器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速或遮斷轉(zhuǎn)速。 在偏心體飛出后，彈簧力躍變?yōu)镕s=K(l0+x)，離心力躍變?yōu)镕e=m2(e+x)。 圖6-24飛錘和飛環(huán)式機(jī)械超速危急保安器 (a)飛錘式；(b)飛環(huán)式 在

50、保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作后，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，偏心體的離心力減小，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降至t時(shí)，離心力與彈簧力相等，即t2=K(l0+x)/m(e+x)，隨后轉(zhuǎn)速稍有減小，因離心力的下降速率大于彈簧力，故使偏心體快速?gòu)?fù)位。我們稱t為復(fù)位轉(zhuǎn)速。 圖6-25超速危急保安器的動(dòng) 作轉(zhuǎn)速與復(fù)位轉(zhuǎn)速 圖6-25給出了機(jī)械式超速危急保安器動(dòng)作與復(fù)位過(guò)程中離心力與彈簧力的變化關(guān)系。很明顯，動(dòng)作轉(zhuǎn)速t高于復(fù)位轉(zhuǎn)速t，兩者差值的大小正比于l0與e的差值。為使機(jī)組能可靠地停機(jī)，通常要求復(fù)位轉(zhuǎn)速不要太高，但也不宜太低，一般要求復(fù)位轉(zhuǎn)速高于機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速，這樣在降速到額定轉(zhuǎn)速前系統(tǒng)就能復(fù)位，以便機(jī)組排除故障后盡快帶負(fù)荷運(yùn)行。 5.電磁式轉(zhuǎn)速感

51、受器 電磁式轉(zhuǎn)速傳感器是電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速感受器，它將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖頻率信號(hào)。在電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中主要采用無(wú)源的磁阻訊號(hào)發(fā)送器和有源的電渦流傳感器，這里僅以磁阻式轉(zhuǎn)速感受器為例作簡(jiǎn)要介紹。 圖6-26磁阻式轉(zhuǎn)速感受器 磁阻式轉(zhuǎn)速感受器是由磁鋼、線圈、鐵芯等組成，其原理性結(jié)構(gòu)如圖6-26所示。當(dāng)與汽輪機(jī)主軸一同旋轉(zhuǎn)的測(cè)速齒輪的齒頂轉(zhuǎn)至鐵芯時(shí)，鐵芯與測(cè)速齒輪所構(gòu)成的磁路的磁阻減小，則通過(guò)線圈的磁通量增大；相反地，當(dāng)齒頂轉(zhuǎn)離鐵芯時(shí)磁阻增大，通過(guò)線圈的磁通量減小。這樣在齒頂交替轉(zhuǎn)近和轉(zhuǎn)離鐵芯時(shí)，線圈內(nèi)磁通量交替發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其頻率為齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積。通常測(cè)速齒輪的齒數(shù)設(shè)為60，這樣信

52、號(hào)的頻率恰為機(jī)組每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。信號(hào)電壓的大小決定于單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化率。在轉(zhuǎn)速升高時(shí)，信號(hào)的電壓隨之增大。這種轉(zhuǎn)速感受器是一種無(wú)源元件，工作可靠性很高，其不足是低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出信號(hào)太小，一般轉(zhuǎn)速低于150r/min下時(shí)不能正常工作。二、中間放大器 對(duì)不同的轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)，與之配套的中間放大器的型式是不同的，主要有壓力控制式和流量控制式兩種。這里僅介紹液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常用的隨動(dòng)滑閥、碟閥和壓力變換器三種中間放大元件。1.隨動(dòng)滑閥放大器隨動(dòng)滑閥放大器是與高速?gòu)椥哉{(diào)速器配套的調(diào)節(jié)系統(tǒng)第一級(jí)放大器，將調(diào)速塊的位移放大為分配滑閥的油口開度。它主要由隨動(dòng)滑閥、控制滑閥和分配滑閥、杠桿等組成，它的作用是將調(diào)速塊

53、的位移非接觸地轉(zhuǎn)變?yōu)榉峙浠y的油口開度。同步器作用在控制滑閥上，使杠桿以隨動(dòng)滑閥為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)改變分配滑閥油口的開度，起到平移傳遞特性曲線的作用。隨動(dòng)滑閥的關(guān)鍵部件是差動(dòng)活塞，其工作原理如圖6-27所示。壓力油經(jīng)節(jié)流孔a1進(jìn)入活塞左側(cè)腔室，然后經(jīng)活塞上的節(jié)流孔a2進(jìn)入活塞的右側(cè)腔室，最后從噴嘴與調(diào)速塊的間隙s中排出?；钊麅蓚?cè)腔室的油壓決定于節(jié)流孔a1、a2和噴嘴與調(diào)速塊的間隙s為簡(jiǎn)化分析，略去油液的可壓縮性，并假設(shè)各油口的流量系數(shù)均相等。那么，根據(jù)流體力學(xué)理論，建立下列流量平衡方程： 圖6-27隨動(dòng)滑閥 式中：a3=sD，D為噴嘴的直徑。由上述流量平衡便可求得作用于差動(dòng)活塞上的凈油壓作用力(

54、右向?yàn)檎?為 (6-12)式中：A1、A2分別為差動(dòng)活塞側(cè)面積。差動(dòng)活塞在平衡狀態(tài)下，作用其上的凈油壓作用力應(yīng)等于零，即A1p11=A2p2，與之對(duì)應(yīng)的噴嘴泄油口的面積為a30。當(dāng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，例如轉(zhuǎn)速升高，調(diào)速塊右移，使a3>a30，由式(6-11)可知，差動(dòng)活塞上的凈油壓作用力大于零，即活塞在左向油壓作用力的推動(dòng)下向右移動(dòng)。當(dāng)活塞的右移量與調(diào)速塊的位移量相等時(shí)，差動(dòng)活塞達(dá)到新的平衡狀態(tài)。由于差動(dòng)活塞跟隨調(diào)速塊運(yùn)動(dòng)，故稱之為隨動(dòng)滑閥。我們知道，要提高隨動(dòng)滑閥的動(dòng)作靈敏性，必須要求Fb在平衡位置附近相對(duì)于間隙s的變化率盡可能大，從而使；微量改變就能產(chǎn)生很大的差動(dòng)力，使之克服隨動(dòng)滑閥

55、及分配滑閥上的動(dòng)、靜摩擦力，快速地響應(yīng)調(diào)速塊位移的改變。研究表明：當(dāng)A1=A1/2時(shí)，在差動(dòng)活塞平衡位置附近Fb，相對(duì)于s的變化率為最大值。所以在穩(wěn)態(tài)時(shí)，p2=p11/2。由杠桿傳動(dòng)關(guān)系可得，隨動(dòng)滑閥放大器的靜態(tài)特性是 2.波形筒一碟閥放大器 波形筒-碟閥放大器是與旋轉(zhuǎn)阻尼轉(zhuǎn)速感受器配套的調(diào)節(jié)系統(tǒng)第一級(jí)放大器，它是由波形筒、碟閥、杠桿等部件組成，其原理性結(jié)構(gòu)如圖6-28所示。 6-28波形筒-碟閥放大器 波形筒-碟閥放大器的輸入信號(hào)為一次油壓p11輸出信號(hào)為二次油壓p2，通過(guò)杠桿力平衡的變化，達(dá)到改變碟閥間隙、變換和放大油壓信號(hào)的作用。杠桿上的作用力是向上的一、二次油壓力，向下的是主、輔同步器

56、及波形筒的彈簧力。 來(lái)自主油泵的壓力油經(jīng)節(jié)流孔a0供到碟閥腔室A，然后經(jīng)碟閥間隙s排出，在腔室A中形成二次油壓p2。由流量平衡方程求得 式中：A2=d1s；d1為碟閥直徑。很明顯，碟閥間隙增大時(shí)，二次油壓p2下降。 當(dāng)來(lái)自旋轉(zhuǎn)阻尼器的一次油壓p11上升時(shí)，波形筒底座上的油壓作用力增大，杠桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)、碟閥間隙s增大，引起二次油壓p2下降。在碟閥間隙增大時(shí)，同步器及波形筒向下的彈簧力增大。當(dāng)杠桿上一、二次油壓作用力與彈簧力的改變量的總和為零時(shí)，碟閥的間隙達(dá)到新的平衡狀態(tài)，從而建立起一、二次油壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系。杠桿的力矩平衡方程為 (6-14)式中：k1、k2為主、輔同步器彈簧剛度；z1、z2為主、輔同步器彈簧的壓縮量；dh為波形筒底座直徑；d1為碟閥直徑。 碟閥間隙改變量由流量平衡方程求得，即 (6-15)式中：s0為計(jì)算工況起始點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的碟閥間隙。 由式(6-14)和式(6-15)聯(lián)合求解，即可求得碟閥放大器的靜態(tài)特性。在簡(jiǎn)化計(jì)算中，略去碟閥間隙改變對(duì)杠桿力平衡的影響，但二次油壓的放大比偏大。 由于波形筒底座的面積大于碟閥，并且一次油壓在杠