汽輪機全套課件

傳動放大機構傳動放大機構的作用和分類調(diào)速器發(fā)出的轉速變化信號很小，不可能直接操縱配汽機構，中間要經(jīng)過多級信號放大和轉移，一般采用電子或液壓元件，多采用液壓式。主要包括：滑閥（錯油門）、油動機、反饋機構。

錯油門（滑閥）作用：控制油動機的進油方向和油量大小。分類：斷流式：滑閥的凸肩切斷通往油動機油口，只有在變動過程中才開啟。節(jié)流式：油口有一定的開度，工況不同，對應的油口開度不同。油動機作用：放大功率以操縱調(diào)速汽閥，改變形式后作為中間放大環(huán)節(jié)。分類：1、往復式：斷流式滑閥控制：雙側進油、單側進油節(jié)流式滑閥控制：單側進油、隨動滑閥2、旋轉式雙側進油油動機單側進油油動機油動機的技術指標：提升力：用于衡量油動機提升力大小。油動機時間常數(shù)：用于衡量油動機動作的快慢，開關要求迅速，特別是關閥。（600MW機組高壓主汽閥關閥時間0.42s）一、斷流式滑閥

雙側進油油動機1、油動機 （1）提升力下部油壓為，上部油壓為，這時上下油壓差最大，活塞受到的油壓作用力最大，稱為最大提升力?？紤]油口有流動阻力，油動機的提升力特點：雙側進油油動機的提升力只與活塞作用面積和上下的壓力差有關，而與油動機活塞的位置無關。（2）油動機時間常數(shù)定義在滑閥油口a、b全開時，開度為最大，油動機活塞在最大進油量條件下，走完整個工作行程所需要的時間，也就是以最大的進油量，充滿油動機時活塞走完全程所需要的時間。計算公式：分析：i）油動機時間常數(shù)：衡量油動機動作快慢的指標，一般＝0.1～0.3s

上升－>油動機移動速度下降－>機組的調(diào)節(jié)性較差，不能快速適應外界負荷變化，在甩負荷時，容易引起超速。活塞面積ii）減少油動機時間常數(shù)的措施

減小活塞作用面積－影響提升力減小活塞行程－受調(diào)節(jié)汽閥開啟大小的規(guī)定加大滑閥油口寬度－受滑閥強度限制增大滑閥最大行程增大進油壓力－首先有利于減小，同時有利于增大提升力。目前液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)＝1.2～2.0MPa，太高怕漏油造成失火，但機組容量增大以后，需要的提升力增大，為防止引起火災，把潤滑油和調(diào)節(jié)油分開。潤滑油為了保證軸承潤滑，對油質有要求，采用透平油，壓力可低于1MPa。北侖1#機組，壓力1.57MPa相當于國產(chǎn)30號透平油，著火點<350℃。調(diào)節(jié)油用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滑閥，油動機用抗燃油，燃點高于650℃，高過主蒸汽溫度，即使有漏油不會引起火災，理論上甚至可以用水，壓力達8～14MPa。北侖1#調(diào)節(jié)油壓力10.97MPa，磷酸酯抗燃油，著火點≈800℃iii）優(yōu)缺點優(yōu)點：提升力大，時間常數(shù)小。缺點：為減小時間常數(shù)要增大進油量，即增大油泵出力，如按最大進油量設計油泵，容量較大，大容量油泵在小流量下運行，經(jīng)濟性要降低。雙側進油油動機的開關靠油壓，如發(fā)生油泵故障或者油管破裂，調(diào)速汽門不能自動關閥停機。（1）結構油動機下部充滿控制油，上部為彈簧力。增大，油動機活塞上移，減小，油動機活塞在彈簧力作用下下移。

（2）工作原理外界需求功率增大－>汽機轉速下降－>滑閥下移－>壓力油進入油動機下部－>活塞上移－>汽門開大－>汽輪機功率增大反之，滑閥上移－>油動機下側與排油管相通－>活塞在彈簧力作用下下移－>汽門關小－>汽輪機功率減小px2、斷流式單側進油油動機（3）優(yōu)缺點優(yōu)點：關閉汽閥靠彈簧力，即使油管破裂，依靠彈簧力能關閉閥門，防止事故擴大；汽機汽門開啟時可慢一點，關閉時要快，單側進油油動機加負荷靠油壓，減負荷時靠彈簧，不需要油泵供油，所以主油泵耗油少。

缺點：開啟閥門的有效提升力等于油壓向上作用力與彈簧向下作用力之差，提升力的大小與油動機的位置有關。為保證汽門有較大的關閉速度，要求彈簧力很大∴單側進油油動機尺寸要比雙側進油油動機大。油動機關閉時間常數(shù)大自定位能力差：容易受到油壓波動的干擾。3、斷流式滑閥斷流，就是滑閥處于居中位置，靠凸肩切斷通往油動機的進出口油口,要斷流，凸肩高度應大于油口高度，△1、△2、△3、△4為“蓋度”。當滑閥向上移動距離超過△1（△3）進油，超過△4（△2）泄油?！?(△3)－進油蓋度;△2(△4)－出油蓋度;△4（△2）<△1（△3）蓋度對調(diào)速系統(tǒng)的影響：由于存在蓋度，只有當滑閥的移動距離超過蓋度后，才能使油動機工作，降低了調(diào)速系統(tǒng)的靈敏度－不利因素滑閥有微小的抖動后，油動機抖動，引起負荷轉速的晃動，只要抖動不超過蓋度，調(diào)速系統(tǒng)免除晃動－有利因素二、中間放大元件（一）節(jié)流式滑閥油動機1、原理壓力油經(jīng)節(jié)流孔板進入控制油路，一路通往油動機活塞下部，一路通過滑閥控制的油口A排出。調(diào)節(jié)過程中，油口A的面積是變動的，對控制油壓起節(jié)流作用，稱節(jié)流式滑閥?；y向下移△x－>油口A關?。?gt;增大－>油動機活塞上移△z－>調(diào)節(jié)汽閥上升－>汽機功率增大（二）帶壓力變換器的中間放大機構應用于北重徑向鉆孔泵系統(tǒng)，是節(jié)流式滑閥與斷流式滑閥的組合應用1、結構（1）徑向鉆孔泵（2）壓力變換器－節(jié)流滑閥，靠凸肩控制油口開度轉速n增大－>脈沖泵油壓p1增大－>滑閥上移－>油口減?。?gt;px增大節(jié)流式滑閥p1脈沖泵一次油壓轉換成控制油壓px的變化（3）單側進油油動機作用力的平衡（彈簧力，油壓px作用力）

px增大－>活塞上移，把油壓變化轉換成活塞位移。

圖中（1）～（3）組成了節(jié)流式滑閥與單側進油油動機結構，作為系統(tǒng)的一級放大。（4）斷流式滑閥（5）雙側進油油動機以上是第二級放大，功率放大（6）反饋油口（7）控制油路1、動作原理（1）在平衡狀態(tài)下，，n一定（2）

下降－>n上升－>脈沖泵油壓上升－>壓力變換器滑閥上移－>減?。?gt;增大－>油動機1△z增大－>斷流式滑閥△z增大－>壓力油進入油動機下室－>油動機活塞上移－>關小調(diào)速汽門－>下降（3）油動機活塞上移－>（反饋）－>反饋油口上升－>減?。?gt;油動機△z減?。?gt;斷流式滑閥△z減小－>滑閥居中。1、說明（1）控制油壓與排油口開度與反饋油口開度間的關系如下：由固定節(jié)流孔流入油量＝排出油量

由于調(diào)節(jié)結束，斷流式滑閥一定要居中－不變。令＝常數(shù)轉速變化時，改變，相應改變，具體見公式推導P354控制油壓優(yōu)化設計問題。選擇合理的px使同一位移下引起的控制油壓變化最大，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作迅速?！鄬求導得k＝1在變動時，變化最大?？梢圆捎靡簤郝?lián)系，取消杠桿，因而布置方便，且動作靈敏，不易損壞節(jié)流式油動機。5、靜態(tài)特性是指各個穩(wěn)定工況下傳動放大系統(tǒng)輸入量△x與輸出量△m之間的關系，可以根據(jù)油口、的流量變化特點來求。流過流量變化量＝流過油口流量變化量設，＝常數(shù)壓力變換器活塞位移

油動機活塞位移

（三）差動活塞a1a2a3pb1、結構：外殼滑閥：左側閥芯面積大，油壓有效作用面積小右側閥芯面積小，油壓有效作用面積大噴油嘴：直徑為d，間隙為y0，通流面積2、動作原理差動活塞與高速彈性調(diào)速器配套使用。在穩(wěn)定工況下，擋油板位置一定，噴油嘴與擋油板的間隙一定，油壓、一定，有，差動活塞穩(wěn)定不動。若轉速變化：n增大－>擋油板右移－>y增大－>增大，排油量增大－>減小，，滑閥右移－>y減小－>減小，排油量減?。?gt;增大當y＝時，成立，差動活塞停止運動。穩(wěn)定工況下，y＝擋油板位移量＝差動活塞移動量即△y＝△x差動活塞隨調(diào)速塊一起移動，又稱隨動活塞。由油壓差（）形成的活塞移動作用力放大了調(diào)速塊移動的作用力。3、為了提高活塞動作的靈敏度，應合理選擇活塞前后的壓力比，面積比。通常，則另外縮小節(jié)流孔a1的直徑也可提高靈敏度。4、差動活塞的時間常數(shù)（1）定義：在噴油嘴最大出油條件下，滑閥走完最大行程所需的時間。（2）公式：（四）碟閥放大器（P355）應用于上海汽輪機生產(chǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，碟閥放大器與旋轉阻尼配套使用。（P356圖6.2.15(a)）

1、結構碟閥放大器由一端鉸鏈支承的平衡杠桿，主同步器彈簧，輔同步器彈簧，一次油壓波紋管，二次油壓碟閥組成。pbb波紋管K1

Z1K2

Z2一次油壓pp2、工作原理平衡杠桿受到四個力：兩個彈簧作用力;一次油壓通入波紋管(面積b)向上作用力;二次油壓靠碟閥建立，高壓油由節(jié)流針閥流入碟閥，由間隙溢出。間隙s大，泄油量增加，二次油壓p2降低，通過碟閥面積向上的作用力減小。穩(wěn)定工況下，四個力達到平衡：當轉速變化，一次油壓增加，使碟閥移動，間隙s發(fā)生變化，使二次油壓變化，改變二次油壓作用力。新的平衡：（1）β為放大比，其大小取決于a、b、l1、l2，靠波紋管的作用面積b比碟閥a大，波紋管的力臂比碟閥的力臂長來達到放大油壓的目的。一般放大倍數(shù)（2）β為負說明一次油壓與二次油壓的變化方向相反。電液調(diào)節(jié)油動機電液調(diào)節(jié)油動機是數(shù)字電液控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，將電子控制器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)汽門開度電信號轉變?yōu)橛蛣訖C活塞的行程，由電液轉換器（電液伺服器）、油動機、快速卸載閥、線性位移差動變送器等組成。三、反饋機構反饋機構是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分，討論機械反饋和液壓反饋機構。

1、機械反饋旋轉阻尼調(diào)速系統(tǒng)采用杠桿彈簧機械反饋從旋轉阻尼來的一次油壓p1經(jīng)蝶閥放大器放大后成為二次油壓p2，作用于繼動器的活塞上。在穩(wěn)定工況下，斷流式滑閥處居中位置，作用在繼動器上的壓力p2與彈簧的作用力相平衡。（2）工作原理n增大－>p1增大－>p2減?。?gt;繼動器活塞上移－>碟閥間隙增大－>p3減?。?gt;滑閥上移－>壓力油進入油動機上部－>油動機下移－>關小汽門－>汽機功率減小關小汽門－>杠桿下移－>繼動器活塞下移－>p3增大－>滑閥下移。調(diào)節(jié)終了，滑閥居中，繼動器的位置也不變，p3不變，反饋是通過杠桿、彈簧來實現(xiàn)的。p2對繼動器作用力的變化＝彈簧作用力變化根據(jù)比例關系二次油壓的改變和油動機位移之間的關系，即為整個傳動放大機構的特性，通過改變彈簧的剛度或反饋杠桿比例，可以改變傳遞特性。

2．液壓反饋機構(P362)即油口反饋，通過改變反饋油口的開度，來使整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)達到穩(wěn)定工作。高速彈性調(diào)速器（P363圖6.2.25）和脈沖泵的調(diào)節(jié)系統(tǒng)（P353圖6.2.12）是液壓反饋機構。兩者的區(qū)別在于前者改變進油窗口面積，而后者改變的是排油口面積，結果都是使控制油壓px恢復到原穩(wěn)定值?？刂朴蛪簆x不變，排油面積不變。an+am=常數(shù)Δan＋Δam＝0即

當轉速升高－脈沖油壓增大－壓力變換器滑閥上移－an關?。璸x增大－油動機上移－am反饋油口增大－負荷變小改變油口寬度bn、bm可以改變傳動放大特性。3．全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)旋轉阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖液壓反饋四．傳動放大機構的靜態(tài)特性靜態(tài)特性是指在各個穩(wěn)定工況下，傳動放大機構的輸入量Δp2（油壓）或Δx（位移）與輸出量：油動機活塞位移Δm之間的關系。機械反饋

液壓反饋本節(jié)重點：傳動放大機構的作用組成部件－滑閥、油動機的類型、作用油動機的兩個技術指標（提升力和時間常數(shù)）減小油動機時間常數(shù)的措施斷流式單側進油油動機的工作原理蓋度的定義和蓋度對調(diào)速系統(tǒng)的影響節(jié)流式滑閥油動機的工作原理典型中間放大機構的工作原理差動活塞的工作原理碟閥放大器的工作原理、放大比反饋機構的作用、類型機械反饋和液壓反饋機構的工作原理分析調(diào)速系統(tǒng)特性一、

靜態(tài)特性、特性曲線1、定義：調(diào)速系統(tǒng)作用時，汽輪機在各個不同的穩(wěn)定工況下，轉速與負荷之間的對應關系，用曲線表示稱靜態(tài)特性曲線。回顧四方圖：第二象限表示轉速感受機構特性，為轉速n與滑環(huán)位移的關系，n增大，增大。第三象限表示傳動放大機構特性，為滑環(huán)位移與油動機活塞行程之間的關系，增大，減小。第四象限表示配汽機構特性，為油動機活塞行程與功率P的關系，減小，P減小。二、速度變動率1、定義：在不考慮同步器作用的前提下，當外界負荷發(fā)生變化，即使調(diào)速系統(tǒng)動作，穩(wěn)定工況下的轉速要發(fā)生微小變化。功率P↑則轉速n↓。速度變動率定義

電網(wǎng)中機組分類：帶尖峰負荷機組：承擔電網(wǎng)負荷的波動，積極參與一次調(diào)頻，啟停及負荷適應性好。特點：設計工況效率不一定高，但效率曲線較平坦，負荷變動時轉速變化不大。速度變化率取小一點，一般為3～4％。帶基本負荷機組：穩(wěn)定電網(wǎng)負荷頻率。特點：功率大，在設計工況下效率高，在電網(wǎng)頻率波動時，負荷變化不大，速度變動率應該大些，一般為4～6％。2、對運行的影響（1）決定了并列運行機組間的負荷分配兩臺并列運行的汽輪發(fā)電機組I、II額定轉速運行時，二臺機組轉速n0，對應功率為P1,P2?？偣β蔖＝P1＋P2。當外界負荷增加ΔP，調(diào)速系統(tǒng)動作以滿足負荷變化，引起電網(wǎng)頻率下降，汽輪機轉速降低Δn。Ⅰ機組功率增加ΔP1，

Ⅱ機組功率增加ΔP2調(diào)速系統(tǒng)自行動作，通過轉速的微小變化來改變機組負荷，以適應外界需要，從而維持電網(wǎng)頻率盡可能穩(wěn)定的能力稱一次調(diào)頻。并行機組負荷自動變化的特點:圖中：△abc與△ABC相似同理特點：每臺機組承擔的功率變化與機組額定功率成正比；每臺機組承擔的功率變化與機組速度變動率δ成反比；這些特點適用于并列運行電網(wǎng)中的所有機組。（2）δ決定了甩負荷時的動態(tài)超速；（3）δ決定了機組運行時工況的穩(wěn)定性；δ不能太小，否則轉速波動會產(chǎn)生很大的負荷波動，使動態(tài)特性穩(wěn)定性下降，一般δ≥3％（下限）。δ也不能太大，否則使機組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能力下降，另一方面使調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負荷后的穩(wěn)定轉速過高，有可能使甩負荷后最高飛升轉速超過危急保安器的動作轉速，不利于機組安全和甩負荷后重新并網(wǎng)帶負荷，δ≤6％（上限）。局部速度變動率轉速感受及中間放大傳遞特性存在著非線性，特別是配汽機構，調(diào)節(jié)汽門的開度與流量有嚴重的非線性，所以靜態(tài)特性曲線各處的速度變動率不相同?！嗑植克俣茸儎勇熟o態(tài)特性曲線的形狀：空負荷附近，要求速度變化率大些。滿負荷附近，速度變動率大些?？偟姆植际撬俣茸儎勇蕛啥舜?，中間小且無拐點平滑變化。三、遲緩率1、產(chǎn)生原因分為摩擦、間隙、滑閥重疊度三方面1)

摩擦：零件采用鉸接或滑動聯(lián)接，運動時存在摩擦力。以離心式調(diào)速器為例，轉速變化時，重錘產(chǎn)生的離心力變化首先要克服滑環(huán)移動的靜摩擦力，只有克服摩擦后，滑環(huán)的位置才隨轉速的變化而變化。2)間隙凡是有鉸接的地方，為了自由轉動，都有間隙存在，只有杠桿的轉動量大于間隙時，才能帶動滑閥。3）滑閥重疊度：為了保證斷流式滑閥的斷流，滑閥的凸肩高度大于油口的高度。只有滑閥移動的距離超過重疊度后，油動機才開始動作。2、遲緩率定義：在同一功率下，轉速偏差Δn＝n1－n2與額定轉速n0之比3、ε對運行的影響：遲緩現(xiàn)象的存在，使靜態(tài)特性曲線中轉速與功率無一一對應關系。單機供電時，負荷由外界負載決定，假定P不變，轉速會發(fā)生波動，即頻率發(fā)生波動而無法控制。并列運行時，轉速由電網(wǎng)頻率決定，功率發(fā)生波動ΔP，無法控制。結論：運行上，ε越小越好，但要求過高給結構和工藝帶來困難，制造成本提高。由于機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機械傳動和液壓放大環(huán)節(jié)多，ε較大，一般ε<0.3～0.6%，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)ε<0.2％。

ii）ε與δ關系功率晃動的幅度由于遲緩現(xiàn)象存在而造成的負荷波動與ε成正比，與δ成反比；為滿足一定的ΔP，δ越小，ε也越小，由于ε難以避免，δ不能太小。額定負荷

4、遲緩現(xiàn)象在四方圖上的表示（i）如無遲緩現(xiàn)象，n－z－

m－P有對應關系；（ii）開始汽輪發(fā)電機組穩(wěn)定在1點運行，轉速為n1，z1，

m1，P1；（iii）如外界負荷降低，轉速升高，由于遲緩存在轉速剛上升時，z＝0，

m，P不變。當轉速達到n2時，離心力克服遲緩后，滑塊位移z隨n的升高而升高，此時

m2P2不變。第二象限內(nèi)，靜態(tài)特性線為兩根，在這范圍內(nèi)，轉速的變化不引起z變化，稱調(diào)速器的不靈敏區(qū)；（iv）由于傳動放大機構的遲緩，當轉速升到n3，滑塊的位移z3克服了摩擦間隙及滑閥的重疊度，隨著z的增大，油動機開始關小，Δm↓。第三象限區(qū)，同樣存在傳動放大機構的不靈敏區(qū)；（v）當轉速從3點上升，z↑，Δm↓，由于配汽機構的遲緩，閥門開度不變，P不變。當轉速升到n4，克服配汽機構的遲緩后，汽門的開度隨著油動機的關小而減小。第四象限區(qū)存在配汽機構的不靈敏區(qū)。（vi）綜上所述，當轉速變化后，汽機功率要遲緩一段時間作相應的變化。第一象限二根特性曲線之間稱為整個調(diào)速系統(tǒng)的不靈敏區(qū)。四、同步器(P334)1、功能與作用（1）功能：使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線，按照運行需要進行平移。（2）具體作用討論:（i）汽輪機單機運行時，同步器可以在滿足功率要求的同時滿足轉速要求，即保證機組在任何穩(wěn)態(tài)負荷下轉速維持在額定值。（ii）并列運行時，通過同步器可改變各臺機組的功率使電網(wǎng)總功率符合外界需要，同時維持電網(wǎng)頻率在額定范圍之內(nèi)，這種利用同步器調(diào)整并列運行的機組負荷，以維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的方式稱為二次調(diào)頻。（iii）并網(wǎng)前機組功率為零，通過同步器移動特性線，相當于改變汽輪機組的轉速，當轉速與外界電網(wǎng)頻率同步時，可以合閘并網(wǎng)，這是同步器名稱的來歷。2、同步器類型靜態(tài)特性曲線的平移一般通過移動調(diào)速器的特性線（第一類同步器）或傳動放大機構的特性線（第二類同步器）實現(xiàn)，以第二類為主。通過旋轉同步器手輪，使彈簧緊力改變，從而使調(diào)速器的靜態(tài)特性線平移。3、同步器工作范圍1）額定初終參數(shù)、轉速下能帶滿負荷，即特性線能移到A－A位置，同時能減負荷到零，即特性線能移到B－B位置，這時同步器的工作范圍相當于速度變動率。特性線向上移實質是通過同步器開大調(diào)速汽門，下移則關小調(diào)速汽門。但是蒸汽的初終參數(shù)及汽輪機轉速按照規(guī)程允許有一個合格的波動范圍。為了使波動時仍能維持汽輪機在零負荷與額定負荷間正常運行，同步器的工作范圍需繼續(xù)擴大。（2）同步器的下限：（i）當電網(wǎng)頻率下降到允許的下限（49.5Hz）時，汽輪機要維持零負荷運行，特性線移至C－C。（ii）當蒸汽參數(shù)在允許范圍內(nèi)升高或背壓參數(shù)在允許范圍內(nèi)降低時，汽輪機能維持空負荷運行。由于蒸汽初參數(shù)上升，背壓下降，每公斤蒸汽在汽輪機中的焓降上升，為了維持汽輪機零負荷運行所需的蒸汽量下降，因此調(diào)速汽門要通過同步器進一步關小，特性線下移到D－D，一般下限行程設為在額定轉速下3～5％處。（3）同步器的上限：（i）當電網(wǎng)頻率上升到允許的上限時（50.5Hz），汽輪機要維持滿負荷運行，特性曲線移到E－E。（ii）當蒸汽參數(shù)在允許范圍內(nèi)降低或當蒸汽背壓在允許范圍內(nèi)升高時，汽輪機仍能帶滿負荷運行。由于蒸汽初參數(shù)下降，背壓升高，每公斤蒸汽在汽機中的焓降減少，為了能發(fā)出額定功率，勢必蒸汽流量升高，即通過調(diào)速汽門進一步開大，特性線上移到F－F。所以同步器的上限，一般（6～7％），不小于δ＋（1～2）％。五、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性1、概念：靜態(tài)特性：汽機在穩(wěn)定狀態(tài)下功率和轉速的關系；動態(tài)特性：汽機如何從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，是動態(tài)過程。（1）穩(wěn)定過程和不穩(wěn)定過程a、b、c為穩(wěn)定過程。a為非周期過程，b為微振的過渡過程，c為振蕩的過渡過程，d、e、f為不穩(wěn)定過渡過程。d為等幅振蕩，e為發(fā)散振蕩，f為幅值越來越大。（2）研究內(nèi)容包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及機組甩負荷后的最高轉速不超過保險的動作轉速。最高轉速不超過額定轉速的11％～12％。第一保護裝置：轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動作靈活，可靠性高超速保險系統(tǒng)，動作后汽機需要重新掛閘啟動，增加并列時間，容易引發(fā)事故。（3)動態(tài)特性的影響因素系統(tǒng)設計，結構因素，動態(tài)參數(shù)（時間常數(shù)，速度變動率）加工制造及裝配質量（影響遲緩率）運行上因素：油壓波動，油質好壞2、對調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的要求I）穩(wěn)定性用穩(wěn)定裕度來判別。II）動態(tài)超調(diào)量一般取7～9％，σ取40％～80％。III）靜態(tài)偏差值IV）過渡過程的調(diào)整時間T定義：外界擾動作用后，從調(diào)節(jié)過程開始到被調(diào)量滿足下列不等式的最短時間。一般Δ取靜態(tài)偏差的5％，Δ＝5％。T一般幾s到幾十s2、影響動態(tài)特性的主要因素分析汽輪機甩負荷時的動態(tài)最大飛升轉速具體含義見P339，式6.1.6

1）調(diào)節(jié)對象對動態(tài)特性的影響I）轉子飛升時間常數(shù)Ta影響因素：轉子的轉動慣量J，額定轉矩MT0機組容量↑，MT0↑，Ta↓高壓機組容量Ta7～10s，中壓1～14s，中間再熱5～8s。功率大，超速的可能性大，動態(tài)超速的控制難。II）蒸汽容積常數(shù)Tv應盡量減小Tv，因為甩負荷時，調(diào)節(jié)汽門關閉到空負荷位置，但各中間容積的蒸汽繼續(xù)膨脹做功，使轉速的額外飛升增大。2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)對動態(tài)特性的影響I）速度變動率大動態(tài)過程的最高轉速及穩(wěn)定轉速高，動態(tài)超調(diào)量?。?/p>

小轉速飛升的絕對值小，但動態(tài)超調(diào)量大，振蕩次數(shù)增加，動態(tài)穩(wěn)定性差。II）油動機時間常數(shù)Tm

0.1s～0.3sTm大則汽門關閉時間長，動態(tài)過程中的最大轉速高，過渡時間長；另一方面減小油壓波動對調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動影響。III）遲緩率εε延長汽門關閉時間，超調(diào)量增大。六、汽輪機保護裝置作用：機組遇到事故或出現(xiàn)異常時能及時動作，避免造成設備損壞或事故擴大，確保機組安全運行。1、超速保護裝置汽機轉速超過額定轉速的10％～20％時，超速保險動作，并迅速切斷向汽輪機供汽，迫使汽輪機停止運轉，并將汽機從電網(wǎng)中解列。按結構特點分飛錘式、飛環(huán)式。2、軸向位移保護裝置轉子軸向位移達到一定數(shù)值時發(fā)出警報，當增大到某一危險值時保護裝置動作，自動停機。電氣式或液壓式3、低油壓保護裝置4、安全防火保護5、低汽壓保護6、低真空保護本節(jié)重點：靜態(tài)特性曲線定義、四象限圖速度變動率定義及對運行的影響，速度變動率的上下限及原因分析一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的含義遲緩率產(chǎn)生的原因、定義及對運行的影響同步器的功能、工作范圍了解調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性和影響主要因素了解調(diào)速保護系統(tǒng)的作用配汽機構－調(diào)節(jié)汽門及帶動調(diào)節(jié)汽門的傳動機構

一、調(diào)節(jié)汽門

作用：在油動機控制下，通過改變閥門開啟個數(shù)及開度，改變進入汽機的蒸汽量（或焓降）。結構設計要合理閥門開啟過程中流量特性要滿足運行要求，閥門的提升力要小，平穩(wěn)變化。1、調(diào)節(jié)汽門的流量計算：（1）計算任務：已知條件：必要的熱力計算數(shù)據(jù)汽門的型線及基本尺寸計算不同汽門開度L下，蒸汽流量Dn或者根據(jù)Dn下確定閥門開度L。（2）特點：以球閥為例：閥座上有擴壓管擴壓管喉部面積為Av＝1）不同的開啟位置，汽門的最小通流面積不是常數(shù)。2）汽門喉部壓力pv≠汽門后壓力，有擴壓，汽門前后壓力比不是常數(shù)。汽門的流量一般采用理論分析＋試驗方法，給出經(jīng)驗公式。pvv0’1、試驗：

定義：在壓力差△p＝p0‘-p0″及開度L下的實際流量為G，可通過對具體的閥門進行試驗。臨界流量Gc

χ＝為汽門相對流量系數(shù)。通過試驗求取不同汽門壓差⊿p、升程L下的流量G后，可作出相對流量系數(shù)曲線?？v坐標為χ，橫坐標為閥門的相對升程把同一比值下，χ隨變化規(guī)律整理成一條曲線，不同可得到不同曲線。P357圖6.2.17結論：（1）在同一個Δp下，升程L↑，χ↑，G↑。但當閥門基本全開（＝0.25～0.3）后，升程增大，流通面積增大很少，流量的增加趨勢變慢，χ曲線平坦。（2）在同一升程L下，壓力降Δp↑，χ↑，G↑，但當Δp增大到某一范圍后，pv接近臨界壓力，流量的增加趨勢變慢，表現(xiàn)為曲線變得密集。當>30％后達臨界壓比，流量不再增加，曲線到此為止。要計算閥門流量G，關鍵是求出。2、升程流量特性閥門在開啟過程中流量大小與閥門的結構及蒸汽參數(shù)有關。下面以單座閥加以說明。（1）單座閥結構特性：閥門升程L與流通面積A的關系。當閥門提升到一定高度時，其流通面積將等于閥門的喉部面積。若再提高汽門開度，決定流量的最小截面是喉部面積。喉部直徑

（2）閥座流量特性：升程與流量升程L＝0，流量G＝0閥門開度較小時，ε<εcr，蒸汽為臨界流動，在閥門前壓力不變的條件下，流量與流通面積成正比，即與升程L成正比，為超臨界段閥門再開大→流量增加亞臨界段

Δp↓流速降低→流量↓ 閥門升程繼續(xù)增大，當限制流量的通流面積為喉部面積時，升程增加，流量也不增加，通常汽門前后的壓力比=0.95~0.98，汽門為全開。P358圖6.2.18(a)（3）汽輪機運行對流量特性的要求a、汽輪機啟動并網(wǎng)時，隨著閥門升程的增加，蒸汽流量增加慢一點，即穩(wěn)定性。第一只調(diào)節(jié)汽門在結構上常采用“節(jié)流錐”。b、采用噴嘴依次開啟來調(diào)節(jié)，流量曲線是一條折線。曲線平坦處表示，同一個蒸汽流量可允許不同的閥門升程，會引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)的晃動。

重疊度：當前一只閥門開到壓力比＝0.85～0.95時，后一只閥門提前開啟。該升程－流量曲線是一條光滑連續(xù)曲線，總的閥門升程也減小，使油動機行程減小。提前開啟量5～15％稱為重疊度。由于兩個汽門同時部分開啟，節(jié)流損失增大，經(jīng)濟性下降。3、提升力計算（1）分析：提升力與汽門前后蒸汽壓力、閥門結構有關以球芯閥為例：a、在將要打開而未打開時，閥后參數(shù)p0’’最低，此時提升力最大。b、隨著閥門開啟，閥后壓力↑，所以閥門提升力↓。c、閥門結構不同，提升力變化規(guī)律也不同，需要通過試驗確定。d、為減小閥門剛開啟的提升力，閥桿截面積大一點有利。（2）計算：根據(jù)試驗曲線相對提升力系數(shù)＝開啟汽門實際需要的提升力Fq/（汽門的公稱面積Av×汽門前壓力）對于不同閥門，在不同開度L，，Δp下進行提升力的測量，整理成曲線。

a、

在同一L下，↑，↑，提升力↑；b、在同一下，L↑，↓，提升力↓；提升力（3）閥門結構的改進對于高壓機組，為減小提升力，采用預啟汽門結構，一個大閥芯中間套一個小的閥芯，稱為預啟閥。a、當閥門關閉，大閥壓在閥座上，小閥壓在大閥上，大閥中壓力b、剛開啟時，先提升小閥，此時閥前后壓差最大，由于小閥受力面積小，提升力不大。c、小閥提升后，蒸汽流量↑，閥后壓力不斷↑，，蒸汽從小孔流過，。d、當小閥升到B位置，與隔板相碰，再提升大閥，此時前后壓差不大，提升力較小。

（4）

噴嘴調(diào)節(jié)提升力的分析油動機控制多個調(diào)節(jié)汽門依次開啟，第一汽門剛開啟，前后壓差大，提升力↑，逐漸開啟后，汽門后壓力↑，提升力↓，第二汽門開啟，前后壓差仍較大，提升力↑，所以提升力先↑再↓。二、帶動調(diào)節(jié)汽門的傳動機構作用：傳遞油動機的作用力，按規(guī)定程序開啟調(diào)速汽門。型式一般有三種：1、提板傳動：開啟次序靠預留間隙，間隙越小先開啟；關閉時，靠閥芯的自重與蒸汽作用力。優(yōu)點：傳動簡單缺點：閥芯在同一塊提板上，一般用于調(diào)節(jié)級上半周進汽。2、凸輪傳動凸輪的角度及型線不同，閥門開啟的先后、程序不同。汽門的關閉，靠上部彈簧作用。3、杠桿傳動超高壓機組中，常用幾只油動機通過杠桿開啟調(diào)節(jié)汽門，開啟順序由杠桿上橢圓孔與汽門桿上銷子的間隙決定。本節(jié)重點：配汽機構的作用閥座流量特性，汽輪機運行對流量特性的要求噴嘴調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)汽門采取重疊度的原因了解提升力的計算及開啟過程中的變化趨勢了解三種傳動機構汽機葉片靜強度計算一、葉片的結構與分類1、葉片的結構分為三部分：葉型－作用：汽輪機的主要通流部分，承擔把蒸汽的動能轉變?yōu)闄C械能的任務，要求有好的汽動特性，比如型線、進汽角、出汽角等。葉根－作用：把葉片牢固地固定在輪緣上。葉頂－作用：汽流通道的上表面，并通過圍帶的不同結構起到調(diào)整葉片頻率作用。2、分類按葉片截面沿葉高變化的規(guī)律分：（1）等截面葉片：葉片的截面處處相等，適用于短葉片，即徑高比（2）變截面葉片（扭葉片）：葉片高度增大后為提高葉片的效率，葉片的型線沿高度變化，為了改善葉片的強度條件，自下而上葉片截面積縮小。3、葉根的分類倒T型－簡單，強度條件差，安裝方式：圓發(fā)展為雙倒T型周向裝配方式外包T型－改善輪緣向外彎曲叉型－長葉片－插入裝配縱樹型－長葉片、葉根與輪緣截面接近于等強度—軸向裝配。葉根的選型是根據(jù)受力情況和加工的工藝習慣。T型葉根外包T型叉型縱樹型4、葉頂整體圍帶，裝配圍帶圍帶作用：減小葉頂漏汽損失，增加葉片抗彎剛度。由薄鋼板或帶制成，通過鉚接或焊接固定在葉頂上。長葉片取消圍帶，改為頂部削薄拉筋：焊接拉筋（緊拉筋），松拉筋拉筋作用：調(diào)整葉片的自振頻率，增強葉片振動阻尼。拉筋由直徑為5-12mm的細金屬絲或管組成，貫穿于葉型段的拉筋孔中。(松拉筋)

拉筋置于動葉流道內(nèi)，造成流動損失，降低經(jīng)濟性，只有在葉片振動特性迫切需要才使用。二、葉片的拉伸應力與彎曲應力（一）葉片受力情況分析1、作用力的主要形式：離心力作用蒸汽作用力圍帶、拉筋發(fā)生彎曲變形時的作用力當葉片安裝偏移時，離心力的作用點不通過計算截面的形心時，將引起彎曲應力。應力分析包括：汽流作用力：包括彎曲應力和振動－動應力、頻率特性（計算自振頻率是否會共振）離心力－拉伸應力、彎曲應力受熱不均勻－不均勻溫度場引起的溫度應力2、最危險工況下的校核葉片所受離心力隨轉速、葉片質量變化，蒸汽作用力隨級的焓降和流量而變化。要保證運行安全性，必須在最危險工況下即葉片受力最大的情況下進行校核。汽輪機中各級葉片的最危險工況并不是同時出現(xiàn)。例如調(diào)節(jié)級的最危險工況是在第一個調(diào)節(jié)閥接近全開而第二個調(diào)節(jié)閥尚未開啟之時，此時調(diào)節(jié)級的理想比焓降最大，部分進汽度最小；對于低壓級，最危險工況是在最大蒸汽流量和最高真空時。3、對于同一葉片，其葉頂、葉身、葉根等不同位置的應力情況不同，應對最危險截面進行校核。一般而言，靠近葉根位置的應力較大，對于變截面葉片應該對應力最大的截面進行校核。4、同一因素對強度的不同影響許多級的葉片采用裝配式圍帶，圍帶將葉片連接成組后，抗彎剛度比單個葉片增強，可以減小葉片的彎曲應力，剛度的增加有使葉片自振頻率提高的趨勢。由于在葉頂增加了質量，從而增加葉片所受的離心力，質量增加使葉片自振頻率有降低的趨勢。（二）葉片的離心應力計算1、等截面葉片的離心應力葉片截面積處處相等，在不同截面上葉片所承受的離心力不同，自上而下是逐漸增大，根部的拉伸應力最大。（P237計算公式）討論：（1）等截面葉片根部截面上所受的離心力拉伸應力與截面積大小無關。在等截面葉片的強度設計，不能用增大截面積來降低離心拉伸力。（2）采用低密度、高強度的葉片材料來降低根部拉應力。如鈦基合金密度＝4.5×103kg/m3，相當于不銹鋼的57％，拉應力也只有57％。（3）當?shù)冉孛嫒~片的材料一定時，可采用變截面葉片降低離心應力。平均直徑2、變截面葉片的離心應力（1）特點：當葉片徑高比<8～12，為減少汽流入口的撞擊損失，提高級效率，采用扭葉片，變截面葉片的最大離心應力比等截面葉片小50％。 為了減小離心拉應力，希望葉片的截面積自下而上逐漸減小。扭葉片的葉型截面積沿葉高變化，一般無法用簡單函數(shù)式表達，常把葉片分成若干段，用數(shù)值積分法近似求解。

一般將葉片沿葉高等分成5～10段，設n段，i截面號，j分段號，i截面上離心應力為

j段平均面積

j段平均半徑討論：（1）葉片分段數(shù)越多，計算結果越精確；（2）對于變截面葉片，離心力和截面積都隨葉高而變化，不一定是根部拉應力最大，應該找出最危險截面進行校核；（3）實際上葉片截面上的離心拉應力不是均勻分布，截面中心區(qū)的離心拉應力大于進出口邊的拉應力值。（三）葉片的彎曲應力計算

葉片受力分解1、等截面葉片彎曲應力計算（1）葉片的蒸汽作用力根據(jù)第一章討論，噴嘴出來的蒸汽對葉片的作用力可分解為Fu（輪周向力）Fz（軸向力）

同理，Zb-級中動葉片數(shù)目；Pu－級的輪周功率；

說明：對于不同葉片應選擇最危險工況計算，壓力級按最大流量工況來計算Fu、Fz，調(diào)節(jié)級是在第一調(diào)門全開和第二調(diào)門未開的工況計算，此時部分進汽度最小，調(diào)節(jié)級理想比焓降最大，選最危險工況計算。（2）蒸汽作用力引起的彎矩將葉片看成是一個直立的懸臂梁均布載荷q＝F/L；F為Fu和Fz的合力彎矩從彎矩公式看，等截面葉片根部的彎矩為最大，即危險截面。方向與F一致。（3）蒸汽彎矩的分解

圖中該截面的最小和最大主慣性軸為1-1，2-2。1-1軸近似與葉弦平行。設F與2-2軸的夾角為

，則M0在1-1軸方向的彎矩迫使葉片繞1-1軸彎曲。（4）彎應力計算

出口O點處蒸汽彎曲應力最大，出口邊不能太薄，

Δ=1～1.5mm

令根部截面最小主慣性矩Imin，最大主慣性矩Imax（5）公式的簡化對于等截面葉片，夾角很小， ，所以，，最大彎應力，b處最大彎應力結果偏于安全?？箯澖孛婺Ａ?、扭葉片彎曲應力計算

對于扭葉片，單位葉高的蒸汽作用力，各截面的主慣性矩或抗彎截面模量沿葉高變化，彎曲應力最大值不一定在根部截面，必須計算彎曲應力沿葉高的變化規(guī)律，對最大彎曲應力的截面進行強度校核。工程中采用近似方法計算，類似于離心應力，將葉片分段，求出任一小段的ΔG，j段上蒸汽輪周向、軸向作用力。作用力彎矩然后計算出各截面上的進出口點i，O和葉背點b的彎曲應力，以最大彎曲應力所在截面的彎曲應力與材料許用彎應力進行強度校核。四、圍帶或拉筋成組葉片的應力計算（一）圍帶或拉筋離心力對葉片離心力的影響如果葉片的不同部位裝有圍帶或拉筋，則圍帶與拉筋在旋轉時，也要產(chǎn)生離心力，作用于葉片的不同部位。（1）圍帶產(chǎn)生的離心力設圍帶的厚度為δ，節(jié)矩ts＝周長/葉片數(shù)，寬度b，旋轉半徑圍帶離心力（2）拉筋產(chǎn)生的離心力一個節(jié)矩拉筋的離心力圓形，直徑dw，面積，旋轉半徑Rw，拉筋離心力（二）圍帶或拉筋的彎曲應力計算均布載荷拉筋圍帶葉片間的拉筋可視為兩端固定的靜不定梁在外力作用力，A、B處轉角和＝0。根據(jù)材料力學求出同理，兩端固定的圍帶的附加彎矩為所以，彎曲應力分別為，或（三）圍帶或拉筋的反彎矩對葉片彎曲應力的影響

當葉片組發(fā)生彎曲時，圍帶、拉筋也隨之彎曲以阻止葉片組彎曲，其彎矩方向與蒸汽的彎矩方向相反，稱反彎矩，使合成彎矩減小。1、圍帶反彎矩（1）葉片頂部位移y0

蒸汽作用力作用在最大主慣性軸（2-2軸）方向，因此彎曲變形發(fā)生在2-2軸所在平面，最大主慣性軸2-2與輪周平面的夾角為β。y0可分解為：輪周向位移軸向位移對于扭葉片來說：，近似取平均值－葉根處夾角；－葉頂處夾角如葉頂與圍帶是牢固連接，則y1會引起圍帶彎曲，y2則不引起圍帶彎曲。葉頂轉角α定義：在葉頂處，彈性曲線（即葉片各個截面中心的連線）的切線與垂直線之間的夾角為傾角α。因葉片和圍帶彎曲很?。€的斜率；當投影到葉輪方向時

葉頂?shù)膬A斜使圍帶彎曲成波浪狀，圍帶和葉頂是剛性連接，所以，圍帶傾角＝葉頂轉角，的大小、方向決定了圍帶反彎矩的大小和方向。2、反彎矩計算公式的推導P244，5.2.5（c）中，A、C為波浪形的轉折點，在數(shù)學上稱拐點，二階導數(shù)，在工程力學中二階導數(shù)是決定彎矩大小。

所以，我們?nèi)《€拐點A、C間的一段圍帶作分離體進行討論。因為A、C點上彎矩為零，只有切力Q的作用。由于葉片圍帶的彎曲變形很小，彎曲以后，A、C點離開葉頂B的距離仍為，兩側看成兩個懸臂梁。所以，兩側圍帶懸臂梁對葉片的反彎矩為

撓度：要求Q，則先求撓度δ

彎矩是作用在葉輪平面上，將投影到1-1軸上，其對應的截面慣性矩為最小，引起的彎曲效果較大。圍帶對葉片的反彎矩的理論計算值：圍帶材料的彈性模量圍帶截面的慣性矩3、反彎矩的修正系數(shù)

前面的假定：圍帶或葉片剛性連接，實際上兩者一般靠鉚釘聯(lián)接，不可能剛性聯(lián)接，剛性不足使反彎矩下降，另外沒有考慮葉片自身厚度的影響，反彎矩還與葉片組內(nèi)的葉片數(shù)有關，因此，要根據(jù)計算和經(jīng)驗引入牢固系數(shù)Hs。所以，圍帶對葉片產(chǎn)生的實際反彎矩Hs表示圍帶和葉頂連接的牢固程度，越牢固Hs越大。如：整體圍帶，兩個葉片的圍帶間無連接Hs=0；鉚釘連接，不加焊Hs=0.1~0.5；鉚釘連接加焊接Hs=0.6~1.0。同一圍帶連接的葉片數(shù)目修正

前面討論假定一級葉片用整圈圍帶來連接，得到一個葉片承受一個節(jié)距圍帶產(chǎn)生的反彎矩，級中葉片常分成若干組圍帶連接，一組中葉片的數(shù)目少則3～5片，多則8～10片。每個葉片組的圍帶兩端為自由端，無切力，若有z個葉片，則圍帶對葉片組的反彎矩只有z-1，所以4、圍帶反彎矩的實際計算1）計算葉片頂部截面的轉角在最大主慣性軸平面內(nèi)，葉片受到兩個彎矩，蒸汽彎矩Mx和圍帶產(chǎn)生的反彎矩Ms。葉片的彎矩M為二者之差令剛度系數(shù)，反映了圍帶對葉片剛度的影響程度，對于等截面葉片Ix=I0＝常數(shù)，積分一次。邊界條件x＝0時得M0為蒸汽在根部截面引起的彎矩（2）彎曲應力任意截面上葉片作用的彎矩，任意截面上的彎應力為（3）討論由于圍帶反彎矩方向與蒸汽作用力的彎矩方向相反，葉片采用圍帶后使總彎矩減少10～40％，彎應力也相應減小。圍帶反彎矩的大小與πs有關，πs大，Ms則大，πs趨于∞，，一般為20～25％，πs大小主要根據(jù)葉片振動安全性要求來確定，而不是從減小彎曲應力的角度來考慮。5、拉筋反彎矩的計算

拉筋對葉片的反彎矩計算方法，公式原則上與圍帶相同，應注意：

(1)拉筋的反彎矩只對裝拉筋地方及以下的葉片段起作用，拉筋以上不起作用；

(2)圍帶計算公式中的，應用拉筋處的數(shù)值—裝拉筋高處。

(3)πs應查拉筋曲線五、葉片離心力引起的彎矩及偏裝1、葉片離心力引起的彎矩葉片的截面型心連線在蒸汽作用下發(fā)生彎曲變形，所以離心力在截面上的作用點與型心有一段距離，從而形成離心力對截面的彎矩，與蒸汽彎矩方向相反，使合成彎應力減小。2、葉片的偏裝

對于扭曲長葉片，各截面型心連線是一條空間曲線，曲線各點不可能與離心力作用線重合，離心力彎矩方向不一定與蒸汽彎矩方向相反，可能相同，加大葉片的彎曲應力。所以，應對葉片進行安裝計算，目的通過改變安裝位置，人為調(diào)整葉片的離心力彎矩的大小方向，達到抵消部分蒸汽力彎矩，使合成應力減小并均勻。葉片偏裝方法：1）使葉型部分順葉輪旋轉的輪周方向傾斜角度；2）將葉型部分相對于葉跟截面逆葉輪轉動方向，在輪緣上平移一段距離；六、葉根與輪緣的應力計算

葉根部分承受離心力和蒸汽彎曲應力，輪緣承受葉片離心力和自身產(chǎn)生的離心力。葉根分類：T型葉根：結構簡單，加工方便，離心力較小的短葉片；外包T型：葉片離心力對輪緣兩側產(chǎn)生彎矩，使輪緣向兩側張大，加凸肩可減小輪緣彎曲應力；叉型葉根：中長葉片，加工簡單，拆除方便，裝配費工，不易產(chǎn)生應力集中；縱樹型：長葉片有多個支承面，從單個承載面的應力，變形減小，近似為等應力分布；縱樹型具有很強的承載能力。具體應力計算（略）汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)(controlsystem)介紹有關汽輪機調(diào)節(jié)的基本概念調(diào)速系統(tǒng)(speedgoverningsystem)一、火力發(fā)電廠的生產(chǎn)目標：以經(jīng)濟、環(huán)保的生產(chǎn)方式提供合格的電能，滿足電力用戶的需要。對于供熱式機組，還要供出一定數(shù)量和質量的蒸汽。數(shù)量上－根據(jù)用戶的需要來改變發(fā)電量。質量上－兩個指標：（1）電壓－通過勵磁電流調(diào)節(jié)220V（2）頻率―由轉速決定50Hz機轉速組3000r/min汽輪機轉速與汽機自身的安全性有關。當鍋爐燃燒產(chǎn)生足夠的主蒸汽時，保證供電數(shù)量和質量的任務由汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成。二、決定汽輪發(fā)電機組轉速的因素：

1、假定一臺汽輪機拖動一臺發(fā)電機單獨對外供電無調(diào)速系統(tǒng)，轉速為2、轉子運轉方程式作用在轉子上的三個力矩：（1）汽輪機的蒸汽主力矩Mt

（2）發(fā)電機的電磁反力矩Me（3）軸承的摩擦阻力矩Mf穩(wěn)定工況時，三個力矩之和為零Mt－Me－Mf＝0力矩不平衡時

3、Mt與n(w)關系―汽輪機外特性

轉動機械的功率＝力矩×轉速其中＝結論：1）當汽輪機功率不變時，蒸汽力矩Mt與轉速n成反比2）汽輪機蒸汽量變化，功率變化4、Me與n(w)關系―發(fā)電機特性

（1）第一類負載：所消耗的功率與轉速無關，是純電阻負載，如電爐，照明（2）第二類負載：所消耗的功率與轉速一次方成正比，如車床（3）第三類負載：所消耗的功率與轉速的立方成正比，如水泵，風機各種負載組成了發(fā)電機的電磁反力矩。結論：（1）同樣的負載設備下，n增大，Me增大（2）負載設備減少，Me減小

5、轉速確定及自平衡能力

（1）Mt＝Me時，處平衡狀態(tài)，轉速由1、2的交點A確定nA。（2）如外界負荷下降，發(fā)電機特性曲線2下移到2’，則Mt>Me，n增大，Mt沿曲線1下降，Me沿曲線2’上升，其交點為B時，Mt＝Me，轉速穩(wěn)定為nB

即使沒有調(diào)速系統(tǒng)，當外界負荷發(fā)生變化，汽輪機組理論上有能力通過轉速n的變化，從一個穩(wěn)定工況A過渡到另一個穩(wěn)定工況B。即當外界負荷變化，汽輪機進汽量不作調(diào)整，靠轉速的改變使汽輪機發(fā)出的電功率與外界電負荷相適應，這種能力稱汽輪機組的自平衡能力或自調(diào)節(jié)能力。三、調(diào)節(jié)系統(tǒng)任務

（1）設置調(diào)節(jié)系統(tǒng)原因：自平衡能力的缺點：負荷的可變化范圍不大，不能滿足外界從零負荷到滿負荷的需要；負荷變化時，靠自平衡能力轉速波動太大，負荷變化10％，轉速變化20%-30％，而電力規(guī)范規(guī)定轉速波動<=30轉/分。（2）當外界負荷變化，通過調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量或焓降來改變功率，與外界負荷變化相適應，同時穩(wěn)定機組轉速在允許范圍內(nèi)。如圖中，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)使汽輪機的進汽量減小，Mt減小，如曲線1’所示，1’和2’的交點轉速為nc，轉速變化幅度小。（3）為保障事故工況的安全設置保護系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)汽門前設置主汽門，使事故時主汽門和調(diào)節(jié)汽門同時快速關閉，使機組快速停機。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務：（1）及時調(diào)節(jié)汽輪發(fā)電機組所發(fā)功率，以滿足用戶數(shù)量上的要求；（2）調(diào)節(jié)汽輪機轉速，維持在允許的工作范圍內(nèi)；（3）在危急事故工況下，快速關閉調(diào)節(jié)汽門或主汽門，使機組維持空轉或快速停機。四、調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成及原理(P328)

直接調(diào)節(jié)和間接調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)汽門是由調(diào)速器本身直接帶動，稱直接調(diào)節(jié)。由于調(diào)速器能量有限，一般難以直接帶動，中間加放大機構，構成間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)。最簡單的調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖：方框圖工作原理分析：圖6.1.2中，外界負荷減小，轉速n上升－>A，B上升－>錯油門滑閥上升－>壓力油進入油動機上部，油動機下部回流，形成壓力差－>油動機活塞下移－>調(diào)節(jié)汽門下移－>Pe減小。同時油動機活塞下移－>B下移－>錯油門滑閥下移－>滑閥居中，活塞停止活動，達到新的平衡狀態(tài)。1、調(diào)速系統(tǒng)的基本組成

（1）調(diào)速器（speedgovernor）

圖中是重錘彈簧式。圖為高速彈性調(diào)速器。（2）滑閥（錯油門）(slidevalve)套筒中間是兩個同軸的活塞，稱為滑閥，在穩(wěn)定工況下，剛好能遮住上下兩個油動機的連接口。（3）油動機

在上下油壓的作用下移動。（4）調(diào)節(jié)汽閥(regulatingsteamvalve)由油動機控制，上下移動以改變蒸汽量、焓降，從而改變汽輪機功率。（5）反饋機構(feedbackcontrol)總結：調(diào)速系統(tǒng)的三大組成部分（1）轉速感受機構作用：感受汽輪機轉速的變化，并把它轉換成其他物理量變化。（2）傳動放大機構作用：把轉速感受機構來的信號進行放大，然后帶動配汽機構進行調(diào)節(jié)。圖中包括錯油門，油動機，傳動放大杠桿，反饋杠桿等。（3）配汽機構接受傳動放大機構的控制，通過改變閥門開度，改變進汽量和蒸汽焓值，以改變汽輪機功率，使之與外界負荷相適應。2、有差調(diào)節(jié)和無差調(diào)節(jié)

圖中，當調(diào)速系統(tǒng)處于穩(wěn)定工況，錯油門必定居中，把上下兩個窗口堵住，閥門的開度與負荷相適應。不同負荷下，開度不同，B點位置不同，通過杠桿AOB，A點位置不同，實際上表示調(diào)速器的離心力不同，即轉速n不同，不同負荷對應不同穩(wěn)定轉速，只是轉速的變動較小，稱為有差調(diào)節(jié)。無差調(diào)節(jié)：若負荷變化，調(diào)節(jié)結束后轉速不發(fā)生變化，可通過彈性反饋來實現(xiàn)。如圖所示，由于緩沖油缸和彈簧的作用，進行緩慢調(diào)節(jié)，M點恢復原位，調(diào)速器滑環(huán)也恢復原位，即轉速不變。常用于供熱汽輪機的調(diào)壓系統(tǒng)中，使供熱壓力維持不變。3、速度調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)

以汽輪機轉速作為調(diào)節(jié)信號，根據(jù)轉速變化控制調(diào)節(jié)汽門開度，稱速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，除測量速度信號外，還測取汽機的功率信號進行調(diào)節(jié)，稱功率調(diào)節(jié)。4、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動態(tài)特性（1）靜態(tài)特性與靜態(tài)特性曲線(staticperformance)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性是在不同的穩(wěn)定工況下，功率P與轉速n的一一對應關系。靜態(tài)特性曲線可以通過計算或試驗獲得。

由于調(diào)速系統(tǒng)是由轉速感受機構，傳動放大機構，配汽機構三部分組成，因此靜態(tài)特性曲線可由這三部分特性合成。用曲線表示稱為四象限圖—四方圖。（2）動態(tài)特性(dynamicperformance)說明汽輪機從一個穩(wěn)定工況過渡到另一個穩(wěn)定工況時的過渡形式。根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)性能不同，可能有各種過渡形式1或2，甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定的振蕩3。六、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展

汽輪機誕生，調(diào)節(jié)系統(tǒng)同時形成隨著機組功率增大，中間再熱方式的采用，調(diào)節(jié)要求也相應提高從機械液壓式－>全液壓式－>功頻電液調(diào)節(jié)(DEH)數(shù)字式風機，水泵的直接動力是變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本節(jié)重點：（1）汽輪發(fā)電機的自平衡能力（2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務（3）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三大組成部分及作用（4）簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理（5）基本概念：直接調(diào)節(jié)和間接調(diào)節(jié)，有差調(diào)節(jié)和無差調(diào)節(jié)，速度調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)（6）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性（四方圖）汽輪機葉片的動強度一、葉片的動強度概念

汽輪機受到因汽流不均勻產(chǎn)生的激振力作用，激振力由結構因素、制造和安裝誤差及工況變化等原因引起。因葉片高速旋轉，所以激振力對葉片的作用是周期性的，葉片在振動狀態(tài)下工作。葉片的振動分為兩大類：1）自由振動：Ⅰ）振動的頻率稱為自振頻率，取決于

(1)葉片本身的形狀、尺寸、材料；(2)葉片的邊界條件，如葉根的緊固程度，有無圍帶、拉筋等；Ⅱ）葉片在自振過程中，受到阻尼作用，振動強衰減并消失，回到原來的平衡位置，振動振幅隨時間變化的過程可用曲線表示。振幅按指數(shù)規(guī)律遞減，而頻率基本不變。葉片在工作時的阻尼主要來自兩方面：材料本身的內(nèi)摩擦，介質的粘性阻尼。2）強迫振動Ⅰ）強迫振動的頻率等于激振力頻率Ⅱ）強迫振動的振幅取決于激振力幅值大??；激振力頻率與葉片自振頻率的接近程度，可用曲線表示。激振力頻率與自振頻率越接近，振幅越大，當兩者相等將發(fā)生共振，振幅及動應力明顯增大，最終可能導致葉片損壞。說明：（1）在汽機葉片激振中，激振力往往是矩形的脈沖波，周期為T；（2）葉片自振頻率為激振力頻率的整數(shù)倍時，因為激振力是脈沖形式，即f自＝kf激，也要激起葉片的共振，k＝3舉例見P263圖5.6.2

為了保證葉片安全工作，必須研究激振力，葉片振動特性，及葉片在動應力作用下的承載能力，屬葉片動強度范疇。目前還不能精確地對葉片動應力進行理論計算。二、激振力產(chǎn)生的原因及其頻率計算

葉片的激振力是由級中汽流流場不均勻所致，（1）葉柵尾跡擾動（2）結構擾動，部分進汽，抽汽口、排汽管，葉柵節(jié)距偏差等原因引起汽流流場不均勻。激振力分類：（一）低頻激振力1、產(chǎn)生的原因：主要與結構因素有關若個別噴嘴損壞或加工尺寸有偏差，動葉片旋轉到這里受到一次擾動力；上下兩隔板結合面處噴嘴錯位或有間隙；級前后有抽汽口，抽汽口附近噴嘴出口汽流的軸向速度小，引起擾動；高壓級采用窄噴嘴時，加強筋對汽流產(chǎn)生擾動；采用噴嘴配汽方式2、低頻激振力頻率計算（1）對稱激振力，若引起汽流擾動的因素沿圓周對稱分布，則，n為動葉轉速，k為一個圓周內(nèi)的激振力次數(shù)。（2）非對稱激振力如噴嘴配汽有兩個不通汽弧段相隔，動葉轉速n，則每秒轉過2πn弧度。則周期，，如果二個異常點的分布沒有規(guī)律，就不可能與葉片自振頻率合拍，引起共振。（二）高頻激振力（1）產(chǎn)生原因由噴嘴尾跡引起。另外汽流和通道壁面的摩擦力，使噴嘴出口沿圓周方向汽流的作用力不均勻分布，葉片每經(jīng)過一只噴嘴片，汽流作用力就減小一次，即受到反方向的擾動。（2）計算Ⅰ）全周進汽噴嘴沿圓周向是均勻分布，所以，一般zn＝40～90。Ⅱ）部分進汽，部分進汽度e

進汽弧度有個噴嘴，級平均直徑dm，

動葉經(jīng)過一個節(jié)距所需時間所以

，當量噴嘴數(shù)三、葉片與葉片組的振型

所謂振型是指葉片在不同的自振頻率下振動所具有的振動形狀，可分為兩大類(1)彎曲振動：切向彎曲振動，軸向彎曲振動；(2)扭轉振動（一）單個葉片的振型1、單個葉片的振型（1）切向振動葉片振動容易發(fā)生在最大主慣性軸（2－2軸）方向，Ⅰ）葉片在激振力作用下振動，頂端也振動，稱A型振動，按自振頻率由低到高振型曲線上不動的節(jié)點數(shù)增加，A0

，A1，A2型振動

A0在最低的自振頻率下振動，一階振型，頂部振幅最大，自上而下逐漸減小，只有根部不動。Ⅱ)B型振動葉片葉身振動，頂端不振動，稱B型振動，B0B1B2

上述振型中，A0型最危險，B0型次之

（2）軸向振動振動沿最小主慣性軸（1－1）方向的振動稱軸向振動。理論上有A0、A1，但軸向慣性矩大，振動頻率高，不易出現(xiàn)有節(jié)點的軸向振動。2、單個葉片扭轉振動

葉片各個橫截面重心的連線，組成了一條軸線，當葉片受到一個繞軸線來回變化的交變扭矩時，發(fā)生扭轉振動，常在長葉片中出現(xiàn)。一階振型－所有截面發(fā)生同方向的來回扭轉，頂部轉角最大，這時葉片中不扭轉的線稱為節(jié)線，（二）葉片組的振型1、葉片組彎曲振動（1）切向振動根據(jù)葉片頂部是否振動分A型、B型。

A型振動－方向相同，葉片頂部的振幅最大。組內(nèi)各葉片在圍帶聯(lián)系下，振動頻率相同，A0型最危險。當有拉筋時，節(jié)點往往在拉筋附近。B型振動－無節(jié)點的B0型最危險葉身振動時，圍帶基本不動。B01型：葉片組中心線兩側等距離的葉片振動相位雙雙相反，對圍帶的作用力剛好相反，可抵消。B02型：葉片組中心線兩側等距離的葉片振動相位雙雙相同，圍帶不動，組內(nèi)各葉片的振動頻率也不相同，而是略有大小的一組頻率數(shù)值——頻帶，不容易避開激振力頻率。（2）軸向振動

軸向振動要與葉輪的軸向振動來共同分析，同組中兩部分葉片各作反方向振動，圍帶上出現(xiàn)不振動的節(jié)點，每一葉片的振動同時伴有葉片的扭轉振動。2、葉片組扭轉振動節(jié)線扭振和葉片組扭振（節(jié)點扭振）今后我們主要討論切向振動，因為（1）切向振動是繞葉片最小主慣性軸的振動，即使很小的激振力也可能激發(fā)相當大的振動；（2）討論彎曲應力時，蒸汽對葉片作用力的方向幾乎是這個方向；切向振動容易發(fā)生且比較危險，我們關心低頻的A0，B0，A1型四、單個葉片的自振頻率計算1、一般說明（1）葉片的自振頻率葉片頻率分：靜頻率：葉片或葉片組在不轉動時所具有的自振頻率；動頻率：葉片或葉片組在轉動的葉輪上所具有的自振頻率；動頻率不同于靜頻率，因為轉動時葉片受到離心力的作用，另外根部緊固條件也要發(fā)生變化，一般指靜頻率。（2）葉片頻率求取的方法：試驗法：當葉片制造并安裝好以后，可采用試驗方法測定葉片靜頻率的數(shù)值，對于長葉片還可測取相應的振型。但是目前測動頻率比較困難。計算法：當對葉片進行改型或設計新葉片時，由于無實物無法測定。對于設計葉片用計算方法求取各階振型的自振頻率，預先分析是否會發(fā)生共振，以選擇最佳的設計方案。（一）葉片彎曲振動的微分方程計算方法：首先根據(jù)葉片結構及實際工作情況作出假定，得出簡化的力學模型，然后列出微分方程式，求通解。由葉片的邊界條件確定積分常數(shù)最后求出葉片自振頻率1、基本假定葉片根部剛性固定，根部截面處撓度轉角為0；葉片為彈性桿；葉片只在一個平面內(nèi)振動；葉片振動無阻尼；不考慮離心力對振動影響；2、彎曲振動的微分方程式

書中P269式5.6.9（二）等截面葉片的自振頻率計算

求得頻率方程式用圖解法求kl，兩條曲線的交點有無數(shù)多個f的影響因素：葉片材料（E、ρ），結構（A，I，l）

……1.8754.6947.85510.996……A0型的最低階振動自振頻率實例：

例：國產(chǎn)某機第九級等截面葉片，高度l=5.1cm，截面積截面最小主慣性矩，葉片材料1Cr13不銹鋼，請計算它的切向第一、二階自振頻率解：由材料手冊查1Cr13(三)對自振頻率理論計算值的修正

1、溫度修正系數(shù)

在葉片自振頻率計算時，包括建模，確定積分常數(shù)－邊界條件時，做過假定：（1）

假定葉片根部剛性固定在葉輪（2）

不計葉片振動彎曲時剪力對擾度的影響（3）

沒有考慮工作溫度的影響（4）

沒有考慮轉速的影響

假定必須加以修正。

（1）（2）假定用葉根緊固修正系數(shù)修正

（3）用溫度修正系數(shù)修正

（4）提出動頻率的概念由葉片自振頻率計算公式分析