第四章汽輪機的調(diào)節(jié)

1、第四章 汽輪機的調(diào)節(jié) 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性 汽輪機液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 中間再熱機組的調(diào)節(jié)第一節(jié) 汽輪機調(diào)節(jié)的任務(wù)與組成一、汽輪機調(diào)節(jié)的任務(wù)任務(wù)機組的功率與外界負荷相適應(yīng)使供電的頻率基本不變供電質(zhì)量標準主要有兩個：一是頻率；二是電壓。二、汽輪發(fā)電機組的自調(diào)節(jié)特性 作用在轉(zhuǎn)子上的力矩有三個：蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的主力矩 、發(fā)電機的電磁阻力矩 、摩擦力矩 。tMeMfMtedwIMMdt穩(wěn)定工況下：剩余力矩：teMMteMMM00,dwMndt外界負荷，00,dwMndt外界負荷，圖4-1 汽輪機與發(fā)電機的特性曲線三、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本工作原理及組成1、直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖4-3 直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖圖4-

2、2 直接調(diào)節(jié)系統(tǒng) 調(diào)節(jié)汽閥是由調(diào)速器本身直接帶動的，所以稱為直接調(diào)節(jié)。應(yīng)將調(diào)速器滑環(huán)的位移在功率上加以放大，從而構(gòu)成間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖4-5 間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理方框圖2、間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖4-4 間接調(diào)節(jié)系統(tǒng) 油動機活塞的運動是錯油門滑閥位移引起的，而活塞位移反過來又影響錯油門滑閥的位移，這種作用稱為反饋。因為這種反饋是要抵消調(diào)速器對滑閥的作用的，故稱為負反饋。一個閉環(huán)的汽輪機自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可分為下列四個組成部分：（4）調(diào)節(jié)對象。 對汽輪機調(diào)節(jié)來說，調(diào)節(jié)對象就是汽輪發(fā)電機組。當(dāng)汽輪機進汽量改變時，汽輪發(fā)電機組發(fā)出的功率、轉(zhuǎn)速也發(fā)生相應(yīng)的改變。（1）轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)。 其作用是感受轉(zhuǎn)速的變化，并將其變?yōu)槟苁拐{(diào)

3、節(jié)系統(tǒng)動作的信號。轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)通常又稱為調(diào)速器。（2）傳動放大機構(gòu)。 其作用是將調(diào)速器送來的信號進行放大，并將放大的信號送至執(zhí)行機構(gòu)-配汽機構(gòu)。傳送發(fā)達機構(gòu)在向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)信號的同時，還發(fā)出一個信號使滑閥復(fù)位并使油動機活塞停滯運動。實現(xiàn)反饋設(shè)備元件稱為反饋機構(gòu)。負反饋的作用是使調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）執(zhí)行機構(gòu)。 作用是接受放大后的調(diào)節(jié)信號，調(diào)節(jié)汽輪機的進氣量，即改變汽輪機的功率。 第三節(jié) 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的 靜態(tài)特性、動態(tài)特性一、汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性 穩(wěn)定工況下，汽輪機的功率與轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。（一）四方圖圖4-9 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的四方圖（二）速度變動率定義：汽輪機空負荷時

4、所對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速 與額定負荷時所對應(yīng)的最小轉(zhuǎn)速 之差，與額定轉(zhuǎn)速 的比值，稱為調(diào)速系統(tǒng)的速度變動率或速度不等率，通常用 表示，即maxnminn0nmaxmin0100%nnn 太小不穩(wěn)定 太大保護裝置動作一次調(diào)頻：當(dāng)外界負荷變化引起電網(wǎng)頻率變動時，各機組的調(diào)速系統(tǒng)將根據(jù)各自的靜態(tài)特性，自動增、減負荷，以維持電網(wǎng)的周波。這一過程稱為一次調(diào)頻。3%6%001PnPn功率分配速度變動率愈大，單位轉(zhuǎn)速變化所引起的功率變化就愈小。帶尖峰負荷機組，速度變動率應(yīng)取小些，對帶基本負荷的機組，速度變動率則應(yīng)取大些。速度變動率范圍：保護裝置動作轉(zhuǎn)速：0(1.10 1.12)n 如果電網(wǎng)頻率與額定頻率的偏離量為

5、，那么由調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線和速度變動率的定義可由求得機組功率改變的相對量為：n（4-4） 由式(4-4)定義的速度變動率稱為總體速度變動率，而將下式定義的速度變動率稱為局部速度變動率：%100dd00nPPn 機組在滿負荷附近，過小的速度變動率在電網(wǎng)頻率降低時容易使機組過載，危及機組的運行安全，所以，在機組滿負荷處的速度變動率也應(yīng)取得大一些。曲線形狀要求：1、沿功率增加方向向下傾斜；2、連續(xù)、平滑不應(yīng)有突躍點和水平段；3、在空負荷、較低負荷和滿負荷處較陡圖4-10 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動率分布（三）遲緩率定義：在調(diào)節(jié)系統(tǒng)增、減負荷特性曲線上，相同功率處轉(zhuǎn)速偏差 與額定轉(zhuǎn)速 的比為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲

6、緩率，通常用 表示，即1200100%nnnnn12nnn 0n 對機組運行的影響： 過大，會引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定單機運行，會引起轉(zhuǎn)速的自振， 并列運行，會引起功率的晃動，0nn 0PP圖4-12 調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩對汽輪機運行的影響（一條帶狀區(qū)域）（四）同步器與靜態(tài)特性曲線平移 （一簇線）1、同步器的作用 在汽輪機并列運行時，若電網(wǎng)的頻率基本不變，則機組所承擔(dān)的負荷也就基本不變。因此在機組并網(wǎng)帶負荷時，也應(yīng)有一能平移靜態(tài)特性先的裝置，在并列運行圖4-13 單機運行時同步器的作用（1）單機運行時 ，啟動過程中提升機組轉(zhuǎn)速達到額定值；帶負荷運行時可以保證機組在任何穩(wěn)態(tài)負荷下轉(zhuǎn)速維持在額定值。的機組見進

7、行負荷的重新分配。這種能夠平移調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線的裝置稱為同步器，其作用是： 通過平移轉(zhuǎn)速感受特性線的同步器為第一類同步器；平移中間傳遞放大特性線來實現(xiàn)的同步器，稱為第二類同步器。（2）并列運行時，同步器可改變汽輪機功率，并可在各機組間進行負荷重新分配，保持電網(wǎng)頻率基本不變，這個過程稱為二次調(diào)頻。 圖4-14 同步器平移靜態(tài)特性曲線（a）第一類同步器 （b）第二類同步器2、同步器的調(diào)節(jié)范圍同步器調(diào)節(jié)范圍要求： 在額定蒸汽參數(shù)和電網(wǎng)周波下能順利的將機組加載到滿負荷和卸載到空負荷外，還應(yīng)充分考慮蒸汽參數(shù)、真空和電網(wǎng)周波等在允許范圍內(nèi)變化時，也能完成上述功能。圖4-15 同步器的調(diào)節(jié)范圍（1）同步器

8、最小調(diào)節(jié)范圍。（2）靜態(tài)特性線的下限位置。通常設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下-5.0%處（3）靜態(tài)特性線的上限位置。上限位置通常設(shè)在7.0%處。初參數(shù)升高且真空升高，上移初參數(shù)降低切真空降低，下移二、汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性（一）動態(tài)特性基本概念 調(diào)節(jié)系統(tǒng)由一個穩(wěn)定工況到另一穩(wěn)定工況時轉(zhuǎn)速隨時間的變化關(guān)系。圖4-16 甩負荷后轉(zhuǎn)速的過渡過程 對于汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性必須提出穩(wěn)定性要好、震蕩次數(shù)要少及過度過程調(diào)整時間要短的要求。2、動態(tài)超調(diào)量max100%max0maxmax0nnn式中最大飛升轉(zhuǎn)速的相對量，即max0max0(1 1.5 )(1 1.5)nnnn（應(yīng)低于超速保安器整定的動作轉(zhuǎn)速）1、穩(wěn)定性

9、00(1)(1)ssnnnn影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的主要因素：3、靜態(tài)偏差值00( )snnn 4、過渡過程調(diào)整時間50s5、振蕩次數(shù)：明顯振蕩次數(shù)23次（二）影響甩負荷動態(tài)特性的主要因素1、本體設(shè)備對動態(tài)特性的影響（1）轉(zhuǎn)子時間常數(shù) 。時間常數(shù)越小，容易超速。（2）蒸汽中間容積時間常數(shù) 。aT中間容積內(nèi)蒸汽的做功能力越強中間容積大，關(guān)閉后易超速vT越大vT圖4-17調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負荷動態(tài)特性估算2、調(diào)節(jié)系統(tǒng)對動態(tài)特性的影響（1）速度變動率。大，動態(tài)超調(diào)量小，易穩(wěn)定，但 大；小，動態(tài)超調(diào)量大，不穩(wěn)定，但 小；snsn（2）油動機時間常數(shù)小，活塞移動快；大，活塞移動慢，滯后，不穩(wěn)定mTmT（3）遲緩率

10、圖4-18速度變動率對甩負荷動態(tài)特性的影響第四節(jié) 汽輪機液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、轉(zhuǎn)速感受機構(gòu) 轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)是將速度信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮慰刂菩盘柕脑?。在汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)主要有機械、液壓和電子式三類。1.高速彈性調(diào)速器圖4-19 高速彈性調(diào)速器圖4-20 高速彈性調(diào)節(jié)器特性曲線2.徑向鉆孔脈沖泵圖4-21徑向鉆孔脈沖泵圖4-22 脈沖泵特性曲線3.旋轉(zhuǎn)阻尼器圖4-23 旋轉(zhuǎn)阻尼器圖4-24 旋轉(zhuǎn)阻尼器的特性曲線二、中間放大器 對不同的轉(zhuǎn)速感受機構(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。1.隨動滑閥放大器圖4-25 隨動滑閥2.波形筒蝶閥放大器圖4-26 波形筒蝶閥

11、放大器3.壓力變換器圖4-27 調(diào)速器滑閥三、油動機圖4-28 油動機原理方框圖 我國電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)中主要采用斷流式雙側(cè)進油或單側(cè)進油兩種型式油動機。雙側(cè)進油斷流式優(yōu)點：體積小，提升力大缺點：一旦壓力油失去無法調(diào)節(jié)單側(cè)進油式優(yōu)點：失去壓力油時能關(guān)閉汽門缺點：提升力小，體積大 對油動機的性能評價，在靜態(tài)方面是提升力系數(shù)，在動態(tài)方面是時間常數(shù)。1、最大提升力和提升力系數(shù)產(chǎn)生開啟汽門的最大提升力：max0qbduFp Ap A提升力系數(shù)=油動機的最大驅(qū)動力傳動比系數(shù) 開啟汽門所需的最大提升力通常要求油動機的提升力系數(shù)大于2，有時甚至達到4。圖4-29 油動機原理圖（a）雙側(cè)進油油動機（b）單側(cè)進油油動

12、機2、油動機時間常數(shù)dd2210101mAppnsbppaQmssmA、ssabsn進油側(cè)活塞的有效面積；分別為錯油門對應(yīng)的個數(shù)、開度、寬度和 通流面積；油口的流量系數(shù)，一般取 ；油動機活塞的行程；進油側(cè)油動機活塞下油壓。 油動機活塞運動時，活塞移動產(chǎn)生的上、下腔室的容積變化，在油液不可壓縮假設(shè)下，可由流體力學(xué)基本方程，得出進油容積流量：1pm7 . 0以 表示排油側(cè)活塞面積，同理可得排油側(cè)的流量dd222mAppnsbQmds 2QmA 2p排油側(cè)油動機活塞下油壓為討論方便，假設(shè)油動機活塞為對稱結(jié)構(gòu)，即 且活塞及油流動的慣性力和開啟調(diào)節(jié)汽閥的提升力略去不計。則有 ，上述流量方程簡化為 mmm

13、AAA dpppp02121dsmppnsbmAQQ0212dd 當(dāng)錯油門油口為最大開度 時，油動機活塞腔室的進、排油量達到最大值，即dsmmmppbnsAmQAmT0maxmaxmaxmax1maxS 油動機時間常數(shù) 表示在錯油門滑閥油口開度最大時，油動機活塞在最大進油條件下走完整個工作行程所需的時間。即：mTdsppbnsQ0maxmax1 減小油動機時間常數(shù)措施：減小活塞面積增加油口寬度增大油壓（二）錯油門滑閥圖4-30 斷流式滑閥的蓋度特點：在穩(wěn)定工況下滑閥處 于中間位置。蓋度：滑閥上的凸肩應(yīng)比油口稍高，這個高出的數(shù)值稱為蓋度。 為使油動機進油前，另一側(cè)能稍許提前排油，其進油蓋度 應(yīng)大

14、于排油蓋度 。13()、24()、錯油門滑閥可分為為斷流式和節(jié)流式。四、配汽機構(gòu)1、配汽傳動機構(gòu)：提板式、凸輪式和杠桿式等。2、調(diào)節(jié)汽閥的結(jié)構(gòu)型式圖4-31 調(diào)節(jié)閥（a）球形閥 （b）帶節(jié)流錐閥（c）帶蒸汽彈簧預(yù)啟閥的閥門1提板；2閥芯；3擴壓管；4帶錐閥芯2、閥門的升程流量特性圖4-32 單座閥升程流量特性 球形閥的升程流量特性如圖4-32的曲線1所示。在汽門開度較小時，調(diào)節(jié)汽閥內(nèi)為臨界流動，此時通過調(diào)節(jié)汽閥的流量正比于調(diào)節(jié)汽閥的升程，與后門壓力無關(guān)；曲線2為錐形閥的升程流量特性，在剛開啟的階段，汽門面積增加較小，故流量增加較小。3.閥門的重疊度 在噴管調(diào)節(jié)配汽中，如果在前一調(diào)節(jié)閥門完全開啟

15、，后續(xù)調(diào)節(jié)汽閥才開啟，這樣就會形成圖4-33點滑線所示的波折形行程流量曲線，反映在調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜 態(tài) 特 性 線 上 ， 速圖4-33調(diào)節(jié)汽閥的重疊度度變動率同樣是波折形曲線，不符合調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計要求，因此在前一調(diào)節(jié)汽閥尚未完全開啟，后續(xù)調(diào)節(jié)汽閥必須提前開啟，以補償前一調(diào)節(jié)汽閥的非線性特性，得到圖中實線所示的光滑曲線。汽閥的這種開啟方式稱為重疊度。重疊度的選擇要經(jīng)過方案比較，過大的重疊度也會破壞升程流量特性的線性度，是局部速度變動率過小，引起負荷晃動。第五節(jié) 中間再熱機組的調(diào)節(jié)一、中間再熱給調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來的問題（一）中間容積的影響1、中、低壓缸功率滯后：滯后現(xiàn)象，大大降低了機組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻的能力；

16、2、甩負荷時的超速：可使汽輪機超速40%50%；圖4-36 中間再熱式汽輪機組原則性系統(tǒng)圖1、3高壓及中壓主汽門；2、4高壓及中壓調(diào)節(jié)閥；5、8、10減溫減壓調(diào)節(jié)器；6、7、9截止閥；11高壓缸；12中壓缸；13低壓缸；14鍋爐；15過熱器；16再熱器；17止回閥（二）采用單元制的問題1、機爐動態(tài)相應(yīng)時間的差異2、機爐最低負荷的不一致3、再熱器的冷卻問題 對于中間再熱機組，由于中間再熱壓力是隨著機組功率的變化而變化的，因此不統(tǒng)計組的再熱器之間不能聯(lián)通；同時，為使鍋爐正常運行，必須使新汽流量與流經(jīng)再熱器的流量之間保持嚴格比例。這樣，不同機組之間各鍋爐的主蒸汽管道也不能相互聯(lián)通。因此，中間再熱的應(yīng)

17、用必然導(dǎo)致單元制，即一機配一爐。單元制的采用給機爐的相互配合帶來了新的問題。二、中間再熱機組的調(diào)節(jié)特點1、高壓缸調(diào)節(jié)閥的動態(tài)過調(diào) 動態(tài)過調(diào)是指在機組負荷突然變化時，將高壓調(diào)節(jié)汽閥的開度暫時跳到超過負荷變化時調(diào)節(jié)汽閥所需要的靜態(tài)開度，利用高壓缸的過量負荷變化來彌補中、低壓缸的功率遲滯。2、設(shè)置中壓主汽門和調(diào)節(jié)汽門3、設(shè)置旁路系統(tǒng)4、汽輪機、鍋爐的協(xié)調(diào)控制方式：（1）汽輪機跟隨控制方式（2）鍋爐跟隨控制方式（3）機爐協(xié)調(diào)控制方式圖 4-38 汽輪機、鍋爐的控制方式第七節(jié) 汽輪機保護系統(tǒng)及主要裝置一、汽輪機的保護系統(tǒng)（1）超速保護（2）低油壓保護（3）軸向位移及差脹保護（4）低真空保護（5）振動保護

18、（6）軸承回油溫度或瓦溫保護（7）發(fā)電機故障保護（8）手動遮斷保護（9）防火保護圖4-40 安全保護裝置聯(lián)鎖作用原理二、自動主汽門 自動主汽門是保護系統(tǒng)的執(zhí)行元件。要求自動主汽門動作迅速，關(guān)閉嚴密。圖4-41 自動關(guān)閉器1油動機彈簧；2錯油門活塞；3緩沖器；4開度指示器；5行程開關(guān)；6熱擋板；7閥桿結(jié)合器；8油動機活塞三、超速保護裝置 超速保護裝置的感受元件有機械式、液壓式、電氣式等。 汽輪機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)度的110%112%時，超速保護裝置動作。泄去安全油，迅速關(guān)閉自動主氣門及調(diào)節(jié)汽閥，切斷汽輪機的進汽，是汽輪機停止轉(zhuǎn)動。圖4-42 飛錘式超速保安器1調(diào)整螺帽；2飛錘；3壓彈簧；4鍵圖4-43 飛環(huán)式超速保安器1飛環(huán)；2調(diào)整螺母；3主軸；4彈簧；5螺釘；6圓柱銷；7螺釘；8孔口；9泄油孔口；10套筒圖4-44 危機遮斷油門1掛鉤；2活塞；3殼體；4壓彈簧；5扭彈簧第九節(jié) 數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展1、調(diào)速系統(tǒng)2、功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)3、DEH（系統(tǒng)）一、基本調(diào)節(jié)原理及概述擾動外擾：外界負荷變化內(nèi)擾：內(nèi)部參數(shù)變化二、DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能總體概括為四個方面：1.DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行方式選擇a.二級手動（最低級）b.一級手動（開環(huán)方式)c.操作員自動(最基本）d.自動透平控制ATC（最高級）三、DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及數(shù)字部分該