汽轮机第七章2008.

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1、第七章 汽轮机调节 第一节 汽轮机自动调节系统 一、汽轮机自动调节系统的任务： 1、汽轮机为什么必需具备自动调节系统？ 电能不能大量储存，火电厂发出的电力必须随时满足用户要 求，即在数量、质量要求同时满足用户要求。 （1）数量要求：用户对发电量的要求。这就是要求电力负荷根据用户要求 来调整发电大小，以满足用户要求。 （2）供电质量要求：供电质量就是指频率和电压。其中，电压可以通过变 压器解决。电网频率则直接取决于汽轮机的转速。转速高则频率高，转 速低则频率低。 1 因此汽轮机必须具备调速系统，以保证汽轮发电机组根据用户要求，供给所 需电力，并保 证电网频率稳定在一定范围之内。 （3）火电厂自身

2、安全的需要：汽轮发电机组工作时， 转子、叶轮、叶片等承 受很大的离心力，而且离心力与转速的平方成正比。转速增加，离心力将迅 速增加。当转速超过一定限度时就会使部件破坏，出大事故。 2、调速系统的任务（？）： （1）满足用户足够的电力（数量、质量）； （2）保证汽轮发电机组始终在额定转速左右运行。 * * 除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超速保护、轴向位 移保护等）。 2 3、汽轮发电机组转子运动方程式： 机组在工作时，作用在转子上的力矩有三个：蒸汽主力矩、发电机反力矩、摩擦力 矩。在稳定状态下，三者的代数和为零： 通常，摩擦力矩很小，这样一来，上式可写成： （72） 机组运行时，

3、只要蒸汽主力矩和发电机反力矩不平衡，就会产生角加速度。 4、调速系统的功能： 蒸汽主力矩和发电机反力矩随转速的变化如图7-1所示：当转速n增加时，蒸汽主 力矩减小，发电机反力矩增加（为什么？）；当转速n减小时，蒸汽主力矩增加，发电 机反力矩减小。 A点是两力矩平衡状态点：曲线1、2之交点。 3 (1) 当外界负荷减少时，反力矩由曲线2变 到曲线2，而主力矩曲线1不变。其工 作点 由A移到B（什么叫汽轮机的自平 衡能力?）。 (2) 当调速系统动作，减小进汽量，主力 矩曲线由1 变为1，与反力矩曲线2交 于C点，机组转速变为接近）。 图7-1 4 二、运行对调速系统的要求 1、调速系统应能保证：

4、当蒸汽参数和电网频率在允许范围内 变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证 机组能顺利地并网和解列； 2、当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全 地过渡到另一稳定工况，而不发生较大的长期的负荷摆动； 3、为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允 许范围内； 4、当机组突然甩全负荷时，调速系统应能保证机组转速最大 升高值小于超速保护装置动作转速。 5 三、汽轮机调速系统的基本原理 （一）简单的汽轮机自动调速系统（图7-2） 1、主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。 2、油路：Po-高压油，Pn-排油。 3、工作原理： 当外界负荷N减少，机组转速n升

5、高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移， 杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压油Po通过滑阀油口进入油动机 上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量 ，机组功率减小。 同时，杠杆以A点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切断窗口，高压 油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。 * 当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而 动作方向相反。 6 7 图7-2 8 （二）调速系统的静态特性曲线（图7-3） 1、有差调节：从图7-2可知，杠杆C有不同位置，则A就有不同位置，而B点在 任一平衡状态其位置不变。这就是说，对应不同的功率，就有不同的转速

6、。 2、静态特性曲线： 汽轮发电机组转速与功率的关系曲线称为调速系统的静态 特性曲线。如图7-3所示。 3、静态特性曲线的平移-同步器 同步器是调速系统的部件之一。操作同步器，可使汽轮机 在同一转速下有 不同的功率，或者是在同一功率下有不同的转速。 4、速度变动率：当同步器位置不变，机组的功率从额定功率变为零功率时，其 转速由 上升到 。转速的变化量与额定转速 之比称为调速系统的速度变 动率，用表示。 (7-3) 9 （三）调速系统的组成部分 ( 1）转速感受元件： 转速感受元件的作用是测量机组转速的变化 ，并把转速变化信号转化为其他物理量而输送给下一调节环节。 （2）传动放大机构： 传动放大

7、机构是接受、放大转速感受元件输 送的信号，并输送给下一机构。 （3）配汽机构： 配汽机构是接 受放大后的信号，调节汽轮机 的进汽量，改变机组功率。 另外，还有同步器等 10 汽轮机的供油系统 1，供油系统的作用： 润滑轴承，带走热量；给调速系统、保护系统供工作油。 2，供油系统的主要部件及其作用： a，主油泵：机组正常工作时，向各部件供油； 常用的主油泵有：离心式：效率高，压力-流量特性稳定，流量大。用于大 机组。 b，射油器：共两个，一个给主油泵供油，另一个给轴承供油； c，冷油器：利用冷油器冷却油，维持轴承油膜正常工作； d，油箱： 储油，把水份和蒸汽、杂物去掉； e，交流电动高压油泵：启

8、动时，代替主油泵； f，交流辅助油泵：开机前，打开油循环；停机时，向轴承供油； g，直流事故油泵：在厂用电全停时，向轴承供油（惰走21分钟）； h，排烟机： 11 200MW汽轮机的油系统 12 作业： 1、叙述汽轮机液压调节系统主要组成部分及其功能。 2、简述p321图74所示液压调节系统的工作原理。 13 第二节 调速系统的转速感受机构（ 调速器） 调速器的作用就是将一个物理量（转速）转换为另一个物 理量（位移、油压），并作为下一个调节环节的输入。调速器 系统有机械液压和电子液压系统两大类。 一、机械式转速感受元件（高速弹性调速器） 特点：没有摩擦元件，灵敏度高，能在低转速下开始工作， 所

9、以叫做全速调节，精度不高。 二、液压式转速感受元件 特点： 结构简单，工作可靠，灵敏度高，但是它的出口油 压在转速不变的条件下会出现波动，这主要是由于涡流，油 中含有空气及进口油压不稳定引起的。 14 国产汽轮机常常采用液压式调速器。 液压式转速感受元件例子： 径向泵（脉冲泵）特点 压力流量特性曲线比较平坦，当流量改变时，泵的出 口压力基本不变，这样，可以认为压力仅仅时转速的函数 。 15 调速器的静态特性： 机组转速n与调速器产生的信号（位移或油压）的关系。 16 第三节 调速系统的传动放大机构 操纵汽轮机的调节阀需要很大的力量，而调速器位移产生的 作用力是很小的。因此，必需设置中间放大机构

10、，将调速器位移 （油压）信号加以放大、传递和转换。液压式传动放大机构有两 类：即断流式滑阀油动机机构和节流式滑阀油动机机构。前者可 作为中间放大和执行机构；后者一般只作中间放大机构。 17 节流式滑阀油动机机构（图7-18） 1、结构：节流式滑阀，单侧进油油动机活塞，弹簧。 2、控制油路：压力油 经节流孔板 进入控制油路 ，控制油分 两路：一路通往油动机（或继动器）活塞下部；另一路通节流式 滑阀控制的油口A排出。A的大小可变动，但不关死（节流）。 3、工作原理： 当滑阀下移时，关小A油口，控制油 上升，油动 机平衡破坏，活塞上移；当滑阀上移时，开大A油口，控制油 下降，油动机平衡破坏，活塞下移

11、。 * 图中，x-输入量，z-输出量。 这种油动机提升力小，只用于中间传 动放大机构。 图7-18 18 （二）具有随动滑阀的中间放大器 1、结构：如图7-23 所示； 2、工作原理： 压力油 经孔板 首先进入活塞左油室，形成一次油压 ，再经 孔板 进入活塞右油室，形成二次油压 ，最后从间隙 f 排出。 随动滑阀力平衡： 当挡油板右移时，间隙 增大为 ，排油量增大，活塞右油室油 压 降低，则活塞右移。同时，间隙 减小为 ， 升高，活塞 停止 移动。 当挡油板左移时，调节动作 相同而方向相反。 图7-23 19 三，反馈机构三，反馈机构 反馈机构是调速系统的重要部分。没有反馈的系统是不 稳定的系

12、统。 （二）液压反馈（二）液压反馈 用油口开度实现反馈，称为液压反馈，如图7-6中的反馈 就是 液压反馈。 1、工作原理：（如东方厂系统）在稳定工况下，滑阀居中，Px2 一定，油口B为常数。当工况由稳定工况过渡到另一种工况时， B不变。 20 21 （三）静、动反馈 静反馈：静反馈是工况稳定后起作用。静反馈只对静态特性有影响 。 动反馈：只是在工况变动时起作用，工况稳定后不起作用。 1、图7-9中，B油口为滑阀凸肩所控制。在稳定工况下，滑阀居 中，B油口开度一定，控制油压 一定，不影响静态特性。但在 工况变动过程中，如控制油压 上 升，滑阀上移时，B油口关小 ，减少进入 的油量，使 上升速度减

13、慢，滑阀上移减慢，机产 生反馈作用。 2、图7-26中，继动器上的压弹簧就是动反馈。在稳定工况下，继 动器居中，压弹簧（动反馈）不受力。不影响静态 特性。 但当 上升，继动器下移时，静弹簧拉长，动弹簧也伸长，使弹力减小 ，相当于加了一向上的力。继动器受到弹力为两个弹簧力之和。 22 四四、传动放大机构的静态特性传动放大机构的静态特性 传动放大机构的输入信号为x (P)，输出信号为m， 如图7-28，则有 23 第四节 配汽机构 一、调节阀 1、单座阀：如图7-29所示，结构简单，提升力大。 2、带减压阀的调节阀：如图7-30所示。开启时，先开预启阀， 使上下相通，再提起主阀。 3、调节阀的提升

14、力特性（图7-31）：当开度为零时，提升力R最 大，随L增大，R变小。 4、调节阀的生程流量特性（图7-32)： 当开度较小时，流量D与 开度L成直线关系；当开度继续 开大时，通流面积增大，但是压 力差变小，但流量不会再增大。 5、球形阀的流量： 图7-33 6、阀门提升力R 24 图7-29 单座阀： 图7-30 带减压阀的调节阀 图7-31 调节阀的提升力特性 图7-32 调节阀的生程流量特性 25 二、调节阀的传动机构二、调节阀的传动机构 （一）提板式传动机构： （图7-35a) 用于中小型机组，结构简单，提升力小 。 （二）凸轮传动机构：（图7-35b）用 于5万KW机组。 油动机通过齿轮、齿条和凸轮带动调节阀 。 （三）杠杆传动机构：（图7-35c) 用于大型机组，200MW、300Mw机组 。 三、配汽机构的静态特性 配汽机构的静态特性就是油动机活 塞位移（m ）和机组功率N之间的 关系。 N / m = N / m = 常数。 26 第五节第五节 调节系统的静态特性调节系统的静态特性 一、调节系统的静态特性曲线 汽轮机调节系统的静态特性曲线是由转速感受机构、中间放大 机构和执行机构的静态特性曲线所组成，如图7-36、 图7-37所 示。其中，将调速器、中间放大机构和执行机构