汽轮机调节系统-课件

汽轮机调节系统第一节第一节 汽轮机调节系统概述汽轮机调节系统概述一、汽轮机自动调节系统的任务：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？、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。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。2 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：、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）。33、汽轮发电机组转子运动方程式、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，可以写成：转子运动方程：机组运行时，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：、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；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。4(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，机组转速由（自平衡能力：当不考虑调速系统的功能作用下，负荷变动时，机组能自动保持平衡状态的能力）。(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151、节流调节 采用节流调节的汽轮机，其全采用节流调节的汽轮机，其全部蒸汽通过一个或几个同时启闭的部蒸汽通过一个或几个同时启闭的阀门，进入汽轮机的第一级，调节汽门后的压力即为汽轮机的进口压力。这种调节方式主要是用改变调节汽阀开度的方法对蒸汽进行调节，改变汽轮机进汽压力，从而使蒸汽流量及焓降改变，以适应外界负荷变化。在部分负荷运行时，阀后压力决定于流量比，进汽温度基本保持不变。汽轮机运行时，其输出功率必须与外界负荷相适应。改变汽轮机功率，可通过改变蒸汽在叶栅通流部分的焓降和改变进汽量。目前常用的调节方式有节流调节、喷嘴调节和滑压调节三种调节方式。二、汽轮机的功率调节方式二、汽轮机的功率调节方式62、喷嘴调节将汽轮机高压缸的第一级设为调节级，并将该级的喷嘴分成4组或更多组。每一喷嘴组由1个独立的调节汽门供汽，当汽轮机负荷改变时，依次开启或关闭调节汽门，以调节汽轮机的进汽量，这种调节进汽的方法称为喷嘴调节。(a)(a)全机示意图，全机示意图，(b)(b)调节级示意图调节级示意图 1-自动主汽门2-调节汽门73、滑压运行滑压运行：在单元机组中，汽轮机的调节汽门全开或开度不变，根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量，给水量和空气量，使锅炉出口汽压和流量随负荷而变化，且出口蒸汽温度不变的运行方式。特点：汽轮机的进汽压力随外界负荷增减而上下滑动，有时也称变压运行；汽轮机的进汽温度维持额定值不变；提高机组运行可靠性；部分负荷下经济性较高。8大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静9三、调节系统的基本工作原理及组成1、直接调节系统（利用调速器重锤的位移直接带动调节阀）102、间接调节系统（调速器带动的不是调节汽阀，而是错油门，将调速器滑环的位移在能量上加以放大）间接调节系统示意图间接调节系统示意图1-调速器；2-杠杆；3-油动机；4-调节汽阀；5-错油门11活塞的运动由错油门滑阀位移引起的，而活塞位移又反过来又影响错油门滑阀位移的作用称为反馈。这种反馈是要抵消调速器对滑阀的作用的，故称为负反馈。反馈的目的是使调节系统稳定，它是调速系统中不可缺少的组成部分。间接调节系统方框图123 3、自动调节系统的组成部分：、自动调节系统的组成部分：（1）转速感受机构。）转速感受机构。用来感受转速的变化，并将转速变化转变为其他物理量变化的调节机构。（2）传动放大机构。）传动放大机构。处于转速感受机构之后、配汽机构之前的，起着传递和放大作用的调节机构。（3）配汽机构。）配汽机构。接受由转速感受机构通过传动放大机构传来的信号，并能依次来改变汽轮机进汽量的机构。（4）调节对象。调节对象。汽轮发电机组。13四、汽轮机调节系统的型式四、汽轮机调节系统的型式 汽轮机调节系统按其结构特点可划分为两种型式即液压调节系统和电液调节系统。1、液压调节系统 2、电液调节系统 (1)模拟电液调节系统 (2)数字电液调节系统14（1 1）具有高速弹性调速器的液压调节系统）具有高速弹性调速器的液压调节系统3 3、典型液压调节系统、典型液压调节系统152 2、径向泵液压调节系统、径向泵液压调节系统1-径向泵；2-压力变换器；3-滑阀；4-油动机；5-调节阀；6-反馈油口；7-传动杠杆163 3、旋转阻尼液压调节系统、旋转阻尼液压调节系统1-主油泵；2-旋转阻尼；3-放大器；4-滑阀；5-油动机；6-调节阀；7-继动器；8-静反馈弹簧；9-动反馈弹簧；10-放大器平衡板；11-主同步器；12-辅助同步器；13-可调支点；14-固定支架；15-反馈杠杆17第二节第二节 调节系统特性调节系统特性18一、汽轮机调节系统静态特性一、汽轮机调节系统静态特性 稳态时汽轮机的功率与转速之间的一一对应关系称为调节系统的静态特性，而描述功率与转速关系的曲线称为调节系统的静态特性曲线。(一)四方图 通过试验或计算得到各组成环节的静态特性曲线后，用作图的方法求取调节系统的静态特性 四象限图中各参数正方向的规定：转速、功率、油压均以增加方向为正；油动机形行程以功率增加方向为正；调速器滑环、压力变换器活塞、碟阀等部套以转速增加的位移方向为正。19图49 调速系统的四象限图nmPxn1n2n=n0转速感受机构静态特性传动放大机构静态特性配汽机构静态特性调节系统静态特性20 (二)转速变动率 1转速变动率的定义 当汽轮机单机运行，电功率从零增加到额定值时，转速相应从n1变到n2，转速的改变值n=n1-n2与额定转速之比的百分数称为调节系统的速度变动率（或称为转速不等率）。即212转速变动率对一次调频的影响转速变动率对一次调频的影响 在电网负荷变动时，速度变动率大的机组功率的相对变化量小，转速变化率小的机组功率的相对变化量大。汽轮机调节系统按其静态特性自动调整功率，以减少供电频率变化的调节过程叫做一次调频。223局部转速变动率局部转速变动率 静态特性线不是直线，而是曲线，如图所示。电网频率改变引起的功率变动取决于工作点附近静态特性线的斜率，也就是取决于局部速度变动率。23 （三）迟缓率 1迟缓现象及迟缓率的定义迟缓现象及迟缓率的定义 由于摩擦、间隙、滑阀盖度及油的粘滞力的影响，调节系统的静态特性曲线不是一根，而是一条静态特性带，这种现象称为调节系统的迟缓现象。24 通常用迟缓率来衡量迟缓程度，在同一功率下因迟缓而出现的最大转速变动量与额定转速的比值百分数被定义为迟缓率，即 机组单机运行时，迟缓会引起转速自发变化（即转速摆动）机组并网运行时，迟缓会引起功率自发发生变化（即功率飘移）。25 综上所述，由于液压调节系统只能根据转速变化信号来自动调节功率，而无法接受蒸汽参数变化信号来自动调节功率，因此，液压调节系统不具备抵抗蒸汽参数变化等内部扰动信号的能力。26二、液压调节系统的动态特性二、液压调节系统的动态特性 （一）动态特性指标（一）动态特性指标 1稳定性稳定性272超调量 在转速调节过程中，最大动态转速与最后的静态稳定转速之差被称为转速动态偏差，也称为转速动态超调量。3快速性 调节系统受到扰动后，从原来的稳定状态过渡到新的稳定状态所需要的最少时间被称为过渡过程时间。28（二）影响动态特性的主要因素（二）影响动态特性的主要因素 1.转子飞升时间常数 2.中间容积时间常数 3转速变动率 4.油动机时间常数 5.迟缓率29第四节汽轮机液压调节系统第四节汽轮机液压调节系统 30一、转速感受机构 速感受机构是将速度信号转变为一次控制信号的元件。种类：机械、液压和电子。1、高速弹性调速器高速弹性调速器特性曲线 312、径向钻孔脉冲泵 脉冲泵特性曲线油泵出口处的压力：径向泵的压增：323.旋转阻尼器 旋转阻尼器的特性曲线 阻尼管外端处的压力：33二、传动放大机构种类：压力控制式和流量控制式两种、随动滑阀放大器：与高速弹性调速器配套的调节系统第一级放大器，将调速块的位移放大为分配滑阀的油口开度。随动滑阀的关键部件是差动活塞，其工作原理如下图。压力油经节流孔a1进入活塞左侧腔室，然后经活塞上的节流孔a2进入活塞的右侧腔室，最后从喷嘴与调速块的间隙s中排出。活塞两侧腔室的油压决定于节流孔a1、a2和喷嘴与调速块的间隙s。34差动活塞上的净油压作用力：随动滑阀放大器的静态特性：352、波形筒一碟阀放大器 与旋转阻尼转速感受器配套的调节系统第一级放大器。原理性结构如图：36工作过程：当来自旋转阻尼器的一次油压p1上升时，波形筒底座上的油压作用力增大，杠杆向上转动、碟阀间隙s增大，引起二次油压p2下降。在碟阀间隙增大时，同步器及波形筒向下的弹簧力增大。当杠杆上一、二次油压作用力与弹簧力的改变量的总和为零时，碟阀的间隙达到新的平衡状态，从而建立起一、二次油压的对应关系。碟阀放大器放大比：碟阀放大器起到油压放大作用。同步器的弹簧力作用在杠杆上，起到改变碟阀间隙、平移传递特性曲线的作用。373、压力变换器 又称调速器滑阀，是与径向脉冲泵转速感受器配套的调节系统第一级放大器。原理结构图如下：38工作过程：在汽轮机的转速升高时，径向脉冲泵的一次油压上升，增大滑阀底部端的油压作用力，滑阀上移。当滑阀上油压作用力的改变量与弹簧力的改变量相等时，滑阀达到新的平衡状态，从而建立起一次油压与滑阀行程的一一对应关系。控制油路泄油口开度s的改变量与一次油压p1和同步器行程z1的关系：39三、油动机（一）油动机的基本原理 油动机又称液压伺服马达，是汽轮机调节系统中驱动调节汽门的执行机构。油动机是一个典型的反馈控制位置随动系统，其原理性框图如下图：40油动机的原理图(a)双侧进油油动机；(b)单侧进油油动机 41油动机的性能评价，在静态方面是提升力系数，在动态方面是时间常数。最大提升力和提升力系数 油动机活塞上产生最大推动力，即产生开启汽门的最大提升力：作用在汽门上的实际提升力应作传动比修正：油动机时间常数 42（二）错油门滑阀 分类:断流式、节流式盖度：滑阀凸肩比油口高出的数值断流式滑阀的盖度43（三）压力控制型油动机 是与波形筒碟阀放大器配套的调节系统执行机构。油动机行程改变量m与二次油压改变量p2的关系为：压力控制型油动机 上式表明减小静反馈弹簧刚度K3或增大杠杆比，均使油动机的传动比增大。44（四）流量控制型油动机增大继动器活塞面积原理图如右：静态特性：上式表明：增大控制油口的宽度，或减小静反馈斜槽的传动比及静反馈油口的宽度，均增大油动机的传动比，即对应于相同的油动机工作行程，就会减小控制油口的改变量。45四四、配配汽汽机机构构 由配汽传动机构(或称操纵机构)和调节汽阀两部分组成（一）调节汽阀 或称调节阀，简称调门，通过改变升程调节进入汽轮机的蒸汽量。要求有良好的空气动力学特性和升程一流量特性，流动损失小，流场稳定，开启的提升力平稳变化且尽可能小。球面型线调节阀应用最广。对调节系统特性分析，着重于调节汽门的流动特性和开启的提升力特性。46调节汽门的结构 1、调节气阀的结构形式单座阀在开启时的提升力：472、阀门的升程流量特性单座阀的升程流量特性调节汽阀的重叠度重叠度：在前一调节汽阀尚未完全开启，后续调节汽阀必须提前开启，以补偿前一调节汽阀的非线性特性，汽阀的这种开启方式称为重叠度。483、调节汽阀的提升力特性 单座阀的提升力特性 多阀依次开启时的提升力特性49(二)配汽传动机构 或称汽门操纵机构，将油动机活塞行程转变为调节汽门的升程。主要有提板式、凸轮式或楔形斜面式、杠杆式等。小型机组，主要采用结构较为简单的提板式 大型机组，特别是数字电液调节系统，通常单个油动机带动单个调节汽门，其传动机构采用杠杆式。50五五、汽汽轮轮机机液液压压调调节节系系统统分分析析 例：汽轮机全液压调节系统示意图 511 1.转转速速感感受受特特性性：在在额额定定转转速速附附近近作作线线性性化化处处理理 2.传递特性：对于波形-碟阀放大器，在主要工作范围内，一、二次油压的放大比近似为常数，即：p2=-p1 又故：523.3.配汽机构特性：配汽机构特性：设对应于机组空负荷到满负荷调节设对应于机组空负荷到满负荷调节汽门的升程，汽门的升程，4.调节系统的静态特性：调节系统的整体速度变动率 由式可知：影响本调节系统静态特性的主要因素，以及增大或减小整体速度变动率可用的方法。53第第三三节节 功功频频电电液液调调节节系系统统 功率频率电液调节系统是指系统中采用转速和功率两个控制信号，测量和运算采用电子元件，而执行机构仍用油动机的调节系统，简称“功频电调”。一、功频电液调节系统的基本工作原理一、功频电液调节系统的基本工作原理 1.转速调节回路转速调节回路 2功率调节回路功率调节回路 3功率一频率调节回路功率一频率调节回路 4甩负荷过程甩负荷过程545556二、功频电液调节系统反调现象的产生和二、功频电液调节系统反调现象的产生和消除消除 产生功率反调现象的原因除上述提到的转速变化信号落后于功率变化信号外，还有一个原因是在动态过程中，发电机功率与汽轮机功率不相等。而功率反馈信号取自于发电机。1转速一次微分器 2带惯性延迟的测功器 3功率负微分器57 一、电子调节装置一、电子调节装置 1转速测量器件 2功率测量器件583频差校正器594功率校正器605调节级压力校正器61 二、阀位控制装置二、阀位控制装置 （一）电液转换器（一）电液转换器 电液转换器由力矩马达和液压放大两部分组电液转换器由力矩马达和液压放大两部分组成。力矩马达有动圈式和动铁式两种基本类型，成。力矩马达有动圈式和动铁式两种基本类型，它的作用是将电的信号转换成为机械位移信号；它的作用是将电的信号转换成为机械位移信号；液压放大部分从结构上分为断流式（或滑阀式）液压放大部分从结构上分为断流式（或滑阀式）和继流式（或称碟阀式）两种，它的作用是将和继流式（或称碟阀式）两种，它的作用是将机械位移信号放大并输出液压信号。力矩马达机械位移信号放大并输出液压信号。力矩马达和液压放大的不同配合，就得到电液转换器的和液压放大的不同配合，就得到电液转换器的不同结构型式。不同结构型式。621动圈式电液转换器632动铁式电液转换器643碟阀型电液转换器 65（二）油动机 油动机俺进油方式分为两种：油动机有两个重要指标：一是提升力；二是时间常数 1双侧进油式油动机66 2单侧进油式油动机67 三、配汽机构三、配汽机构 （一）驱动调节汽阀的传动机构驱动调节汽阀的传动机构有三种：提板式、杠杆式、凸轮式。1杠杆式传动机构682凸轮式传动机构69（二）调节汽阀1结构型式70 2升程流量特性71 3升程提升力特性72第五节 电液调节系统的主要装置73 一、电子调节装置一、电子调节装置 1转速测量器件 2功率测量器件743频差校正器754功率校正器765调节级压力校正器77 二、阀位控制装置二、阀位控制装置 （一）电液转换器（一）电液转换器 电液转换器由力矩马达和液压放大两部分组电液转换器由力矩马达和液压放大两部分组成。力矩马达有动圈式和动铁式两种基本类型，成。力矩马达有动圈式和动铁式两种基本类型，它的作用是将电的信号转换成为机械位移信号；它的作用是将电的信号转换成为机械位移信号；液压放大部分从结构上分为断流式（或滑阀式）液压放大部分从结构上分为断流式（或滑阀式）和继流式（或称碟阀式）两种，它的作用是将和继流式（或称碟阀式）两种，它的作用是将机械位移信号放大并输出液压信号。力矩马达机械位移信号放大并输出液压信号。力矩马达和液压放大的不同配合，就得到电液转换器的和液压放大的不同配合，就得到电液转换器的不同结构型式。不同结构型式。781动圈式电液转换器792动铁式电液转换器803碟阀型电液转换器 81（二）油动机 油动机俺进油方式分为两种：油动机有两个重要指标：一是提升力；二是时间常数 1双侧进油式油动机82 2单侧进油式油动机83 三、配汽机构三、配汽机构 （一）驱动调节汽阀的传动机构驱动调节汽阀的传动机构有三种：提板式、杠杆式、凸轮式。1杠杆式传动机构842凸轮式传动机构85（二）调节汽阀1结构型式86 2升程流量特性87 3升程提升力特性88 四、四、DEH-型调节系统的电液伺服执行机构型调节系统的电液伺服执行机构89（1）所有的控制系统都有一套独立的汽阀、油动机、电液伺服阀（开关型汽阀例外）、隔绝阀、止回阀、快速卸载阀和滤油器等，各自独立执行任务。（2）所有的油动机都是单侧油动机，其开启依靠高压动力油，关闭靠弹簧力，这是一种安全型机构，例如在系统漏“油”时，油动机向关闭方向动作。（3）执行机构是一种组合阀门机构，在油动机的油缸上有一个控制块的接口，在该块上装有隔绝阀、快速卸载阀和止回阀，并加上相应的附加组件构成一个整体，成为具有控制和快关功能的组合阀门机构。90（一）高压主汽阀和调节汽阀的组合机构1控制型汽阀的工作原理912电液伺服阀3快速卸荷阀924隔绝阀5过滤器6逆止阀7线性位移差动变送器93（二）中压主汽阀的组合机构94第六节危急遮断保护系统和供油系统第六节危急遮断保护系统和供油系统一、危急遮断保护系统一、危急遮断保护系统（一）电气危急遮断保护系统1超速保护电磁阀（OPC电磁阀）2自动停机危急遮断电磁阀（AST电磁阀）300MW机组的危急跳闸装置监视的项目和控制参数为：1）超速保护。转速达到110时遮断机组。2）轴向位移保护。3）轴承供油低油压和回油高油温保护。轴承供油油压低到34.4748.26kPa时遮断机组。4）EH（抗燃）油低油压保护。EH油压低到9.31MPa时遮断机组。5）凝汽器低真空保护。汽轮机的排汽压力高于20.33kPa时遮断机组。953单向阀（逆止阀）4空气引导阀（二）机械超速危急遮断系统969798 二、供油系统二、供油系统供油系统的主要作用是：（1）供给轴承润滑系统用油。（2）供给调节系统与危急遮断保护系统用油。（一）采用汽轮机油的供油系统99（二）采用抗燃油的供油系统 1抗燃油及供油系统100 2蓄能器1013EH油再生装置102第六节危急遮断保护系统和供油系统第六节危急遮断保护系统和供油系统一、危急遮断保护系统一、危急遮断保护系统（一）电气危急遮断保护系统1超速保护电磁阀（OPC电磁阀）2自动停机危急遮断电磁阀（AST电磁阀）300MW机组的危急跳闸装置监视的项目和控制参数为：1）超速保护。转速达到110时遮断机组。2）轴向位移保护。3）轴承供油低油压和回油高油温保护。轴承供油油压低到34.4748.26kPa时遮断机组。4）EH（抗燃）油低油压保护。EH油压低到9.31MPa时遮断机组。5）凝汽器低真空保护。汽轮机的排汽压力高于20.33kPa时遮断机组。1033单向阀（逆止阀）4空气引导阀（二）机械超速危急遮断系统104105106 二、供油系统二、供油系统供油系统的主要作用是：（1）供给轴承润滑系统用油。（2）供给调节系统与危急遮断保护系统用油。（一）采用汽轮机油的供油系统107（二）采用抗燃油的供油系统 1抗燃油及供油系统108 2蓄能器蓄能器1093EH油再生装置油再生装置110第七节 背压和抽汽式汽轮机的调节 一、背压式汽轮机调节的概念一、背压式汽轮机调节的概念 背背压压式式汽汽轮轮机机是是既既供供电电又又供供热热的的汽汽轮轮机机的的一一种种。显显然然，热热用用户户所所需需要要的的蒸蒸汽汽量量和和电电用用户户对对汽汽轮轮机机功功率率的的要要求求是是不不可可能能完完全全一一致致的的。在在一一般般情情况况下下，背背压压式式汽汽轮轮机机是是按按照照热热负负荷荷运运行行的的，也也就就是是根根据据热热用用户户的的需需要要决决定定汽汽轮轮机机的的运运行行工工况况，此此时时汽汽轮轮机机的的进进汽汽量量由由热热用用户户所所消消耗耗的的蒸蒸汽汽量量决决定定，并并随随供供热热量量的的变变化化而而作作相相应应的的改改变变，汽汽轮轮机机的的功功率率将将随随热热负负荷荷变变化化，而而电电网网频频率率将将由由电电网网中中并并列列运运行行的其它凝汽式机组维持。的其它凝汽式机组维持。111背背压压式式汽汽轮轮机机进进汽汽量量的的调调节节由由调调压压器器来来实实现现。当当热热用用户户消消耗耗的的蒸蒸汽汽量量增增大大时时，供供热热压压力力降降低低，调调压压器器接接受受这这一一压压力力信信号号后后，通通过过中中间间放放大大机机构构开开大大调调节节汽汽门门，以以增增加加汽汽轮轮机机进进汽汽量量，反反之之亦亦然然。由由于于调调压压器器的的作作用用，背背压压式式汽汽轮轮机机的的排排汽汽压压力将维持在一定范围内。力将维持在一定范围内。112113二、具有一段抽汽的抽汽式汽轮机的调节概念二、具有一段抽汽的抽汽式汽轮机的调节概念114在在机机组组从从一一个个稳稳定定工工况况过过渡渡到到另另一一个个稳稳定定工工况况的的过过程程中中，应应满满足足热热负负荷荷改改变变而而电电负负荷荷不不变变，以以及及电电负负荷荷改改变变而而热热负负荷荷不不变变的的要要求求，这这就就是是动动态态自自整整。由由于于动动态态过过程程的的时时间间很很短短，而而且且过过渡渡过过程程中中抽抽汽汽量量或或电电负负荷荷的的暂暂时时变变化化一一般般不不会会引引起起不不良良影影响响，因因此此实实际际设设计计调调节节系系统统时时，往往往往可可以以不不满满足足或或只只基基本本满满足足动动态态自自整整条件即可。条件即可。115