NK型凝汽式汽轮机调节系统的设计【优秀机械机电毕业设计论文】【A6035】
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a6035
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湖南科技大学 毕业设计（论文）任务书 系（教研室）主任 : 机电工程学院 院 机械工程 系（教研室） （签名） 年 月 日 学生姓名： 刘伟 学号： 2003181218 专业： 机 械设计制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 凝汽式汽轮机调节系统的设计 2 学生设计（论文）时间： 自 2007 月 3 日开始至 6 月 1 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 1）实物测绘的工件图纸和技术要求 2）现 场资料 3） 汽轮机设备及系统 汽轮机数字式电液调节系统 和 汽轮机分册 等参考文献和设计手册 4 设计（论文）完成的主要内容： 1 凝汽式汽轮机调节系统设计方案说明； 2 凝汽式汽轮机调节系统原理图和凝汽式汽轮机总布置图； 3 505 调速器原理及其程序流程； 4 凝汽式汽轮机调节系统液压部分具体说明及其相关组件介绍 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 1）系统原理图 ,调节油管路图 ,总装配图各一张；毕业答辩图纸总量不少于 。 2）设计说明书按湖南科技大学毕业设计（论文）说明书的要求进行排版（打印）不少于 40 页 6 发题时间： 2007 年 3 月 4 日 指导教师：刘吉兆 （签名） 学 生： 兰 芳 （签名） 湖南科技大学 毕业设计（ 论文）进度表 毕业设计（论文）题目： 凝汽式汽轮机调节系统的设计 起止时间： 学生： 刘伟 （签名） 指导教师： 刘吉兆 （签名） 系（教研室）主任： （签名） 时 间 工 作 内 容 备 注 第 1 周至第 3 周 （ 3 月 19 日至 4 月 8日） 通过设计任务查阅相关资料并实习，对汽轮机及其调节系统相关知识有一定了解。 第 4 周至第 10 周 （ 4月 9 日至 4 月 22日） 拟写开题报 告，构思设计思路。 第 11 周至第 12 周 （ 4 月 23 日至 5 月 6 日） 写设计说明书草稿，通过向老师请教突破难点，通过前期检查。 第 13 周至第 14 周 （ 5 月 7 日至 5 月 25 日） 书写电子版本说明书并画图， 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 注：此表一式两份：一份存学院，一份发给学生。 湖南科技大学 毕业设计（论文）指导人评语 指导人： （签名） 年 月 日 湖南科技大学 毕业设计（论文）评阅人评语 评阅人： （签名） 年 月 日 湖南科技大学 毕业设计（论文）答辩委员会记录 日期： 学生： 刘伟 学号： 2003181218 班级： 03 级机制本二班 题目 : 凝汽式汽轮机调节系统的设计 提交毕业设计（论文） 答辩委员会下列材料 : 1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图 纸 共 3 页 3 指导人、评阅人评语 共 2 页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： 毕业设计（论文）答辩委员会主任： （签名） 委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 总评成绩： 什么是凝汽式汽轮机 ? 凝汽式汽轮机是指进入汽轮机的蒸汽在做功后全部排入凝汽器 ,凝结成水全部返回锅炉 . 三系列汽轮机主要有 10 个基型： 些基型中字母有其规定含义： N：正常进汽参数，最高为 a),510 H：高进汽参数，最高为 a),540 K：凝汽式汽轮机 G：背压式汽轮机 汽式汽轮机 分流凝汽式汽轮机，进汽参数最高为 a),420 汽轮机 控制系统问答 汽轮机 字式电液控制系统问答 H OQ,么是 什么要采用 制？ 所谓 是汽轮机数字式电液控制系统，由计算机控制部分和 压执行机构组成。采用 制可以提高高、中压调门的控制精度，为实现 调控制及提高整个机组的控制水平提供了基本保障，更有利于汽轮机的运行。 统有哪些主要功能？ 汽轮机转数控制；自动同期控制；负荷控制；参与一次调頻；机、炉协调控制；快速减负荷；主汽压控制；单阀、多阀控制；阀门试验；轮机程控启动； 制；甩负荷及失 磁工况控制；双机容错；与 统实现数据共享；手动控制。 系统由几部分组成？ 系统包括供油系统、执行机构和危急遮断系统，供油系统的功能是提供高压抗燃油，并由它来驱动伺服执行机构；执行机构响应从 来的电指令信号，以调节汽轮机各蒸汽阀开度；危急遮断系统由汽轮机的遮断参数控制，当这些参数超过其运行限制值时该系统就关闭全部汽轮机进汽门或只关闭调速汽门。 系统有几个蓄能器？作用分别是什么？ 系统中共有 5 个蓄能器，一个在油箱旁边，吸收 持系统油压平稳；其余 4 个分两组，分别位于左右两侧高压调门旁边，当系统瞬间用油量很大时，参与向系统供油，保证系统油压稳定。 表机组超速保护系统； 表自动停机危急遮断控制系统。 V、 代表什么？ 表高压主汽门控制回路； 表高压调门控制回路； 表中压调门控制回路。 代表什么意思？ H 系统压力油管路； 表 统有压回油管路； 表 统无压回油管路。隔膜阀的作用及其工作原理是什么？ 隔膜阀联接着润滑油 的低压安全油系统与 的高压安全油系统，其作用是润滑油系统的低压安全油压力降低到 ，可以通过 系统遮断汽轮机。 当汽轮机正常工作时，润滑系统的透平油通入阀内活塞上的油室中，克服弹簧力，使阀在关闭位置，堵住 急遮断油母管的泄油通道，使 统投入工作。当危急遮断器动作或手动打闸时均能使透平油压力降低或消失，从而使压缩弹簧打开把 闭所有进汽门。再生装置有什么作用？由几个滤器组成？ 再生装置是用来存储吸附剂和使抗燃油得到再生（使油保持中性、去除水份等）的装置。该装置主要 由硅藻土滤器和精密滤器（波纹纤维滤器）等组成。 系统中的水分，会使磷酸脂抗燃油水解，并给油质的再生处理带来困难，同时其水解产物对磷酸脂的水解过程又是极强的催化剂。因此，必须在运行中用油再生系统来控制抗燃油的酸值，防止系统中酸性分解物的增加。卸荷阀有什么作用？当 系统危急遮断油被泄掉时，卸荷阀活塞上油压消失，油动机活塞下腔的 力油克服卸荷阀的弹簧力，通过卸荷阀迅速排到压力回油管，使该卸荷阀对应的执行机构迅速关闭。 磁阀什么作用？ 磁阀是超速保护控制电磁阀，当机组转速达 103%额定 转速时，该电磁阀被通电打开，使 管泄油。相应执行机构上的卸荷阀就快速开启，使调节汽阀迅速关闭。隔膜阀连接低压透平油系统与 系统。透平油通入阀盖内活塞上面腔室中。当机械超速遮断机构动作或解脱滑阀动作使危急遮断器滑阀下落后，透平油压力消失，隔膜阀在弹簧压力作用下打开，泄掉 ，关闭主、调门。 汽机抽汽逆止阀的用气源控制 防止水和汽倒串 汽轮机调速系统的迟缓率是指在调速系统中由于各部件的摩擦、卡涩、不灵活以及连杆、绞链等结合处的间隙、错油门的重叠度等因素造成的动作迟缓程度。机械液压 型调速器最好的迟缓率 = 。采用电液压式数字型调速器灵敏度很高 ,迟缓率 (人工死区 )可以调节到接近于零。 速度变动率是指汽轮机由满负荷到空负荷的转速变化与额定转速之比 ,其计算公式为 : =( n 100%式中 轮机空负荷时的转速 , 汽轮机满负荷时的转速 , 速度变动率的解释如下 :汽轮机在正常运行时 ,当电网发生故障或汽轮发电机出口开关跳闸使汽轮机负荷甩到零 ,这时汽轮机的转速先升到一个最高值然后下降到一个稳定值 ,这种现象称为 动态飞升 。转速上升的最高 值由速度变动率决定 ,一般应为 4 5 %。若汽轮机的额定转速为 3000 转 /分 ,则动态飞升在 120 150 转 /分之间。速度变动率越大 ,转速上升越高 ,危险也越大。 汽轮机调速系统的静态频率调节效应系数 倒数为调速系统的调差系数。调差系数的计算公式为 : f(%)/ P(%)式中 : f(%): 电网频率变化的百分数 , P(%): 汽轮发电机组有功功率变化的百分数。调差系数的大小对维持系统频率的稳定影响很大。为了减小系统频率波动 ,要求汽轮机调速系统有合理的调差系数值 ,一般为 4% 5 %。 毕 业 设 计 说 明 书 1 摘 要 调节系统有全液压式， 械液压式及由微机控制的电液调节系统等多种调节系统，一般根据参数对系统功能及由自控水平的要求进行合理的选择和配置。 随着电力工业的发展， 200组已成为电网的调峰机组，其负荷适应能力及响应速度的快慢便显得越来越重要，过去，国产 200组控制普遍采用传统的液压控制系统，此类系统结构复杂，控制精度低，可靠性差，传动速度慢，已远远满足不了电网调度自动化的要求。 而 电液调节系统越来越受重视。 本设计对凝汽式汽轮机调节系统的选用原理进行了研究，选择了电液调节系统 ，介绍了其工作原理，完成各部件设计，配汽采用喷嘴调节法。调节气阀的启闭由油动机通过横梁两阀杆和杠杆系统进行控制。 在调节系统设计中，除了相应的液压部件控制外，还有转速控制系统 、 安全保护系统 、就地操作、超速跳闸装置等。备有转速、新汽压力、抽汽压力等保安装置，上述各参数的测量、变换、执行等元件可采用气动或电动单元。 随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。 关键词 汽轮机 ； 凝汽式汽轮机；调节系统；电液调节系统 as be on 00 to of it of to of of to be 00 of to to of is is to of to be 毕 业 设 计 说 明 书 2 In is of of by an a a in so of of a is by of to is a 业 设 计 说 明 书 3 目 录 1 概述 . 错误 !未定义书签。 节系统简介 . 错误 !未定义书签。 压调节系统 . 错误 !未定义书签。 液调节系统 . 错误 !未定义书签。 2 总体设计 . 错误 !未定义书签。 汽式汽轮机选型计算 . 错误 !未定义书签。 节系统的选用 . 错误 !未定义书签。 体的设计 . 错误 !未定义书签。 轮机数字电液控制系统 . 错误 !未定义书签。 3 速关组件的设计 . 错误 !未定义书签。 4 启动调节器的设计 . 错误 !未定义书签。 5 速关阀的设计 . 错误 !未定义书签。 6 505 调节器 . 错误 !未定义书签。 7 其他相关部件 . 错误 !未定义书签。 8 静态校核 . 错误 !未定义书签。 态特性 . 错误 !未定义书签。 8.应机构的迟缓率 . 错误 !未定义书签。 8.度变化率 . 错误 !未定义书签。 8. 4 调节汽阀的重叠度 . 错误 !未定义书签。 1调节汽阀顺序开始时，应有适当的重叠度； . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 汽轮机调节系统 . 错误 !未定义书签。 毕 业 设 计 说 明 书 1 汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要 。汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用。汽轮机种类很多，并有不同的分类方法。按结构分，有单级汽轮机和多级汽轮机；各级装在一个汽缸内的单缸汽轮机，和各级分装在几个汽缸内的多缸汽轮机；各级装在一根轴上的单轴汽轮机，和各级装在两根平行轴上的双轴汽轮机等。大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向，这其中研制更长的末级叶片， 是进一步发展大型汽轮机的一个关键；研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。 电网将发电厂生产的电能源源不断地输送到各个用电设备，为人们的生产、生活服务。而 为保证各种用电设备能正常运转，不但要求提供连续不断的电能，而且还对供电的品质提出了严格的要求： 供电频率由电网中的总发电量、总用电量共同确定。稳态时，供电频率与汽轮发电机组的转速对应相等。若总发电量 总用电量，则供电频率增加，机组转速也增加 。必须通过控制系统使电网中并网发电机组的总发电量，适应总用电量的要求，才能保证供电频率精度。 电网中的总用电量是一个随机变量，其频谱表明：负荷变化低频率对应大幅度，高频率对应小幅度。小幅度高频率的负荷变化，通过汽轮机调节系统的一次调频功能，利用锅炉的蓄能调节发电量，使总发电量适应总用电量的变化。大幅度低频率的负荷变化，由电网的自动调频装置，通过汽轮发电机组控制系统的自动发电 变机组的发电量，使总发电量适应总用电量的变化。 这就是二次调频作用。电网中调根据负荷的统计特性要求发电机组按日负荷曲线大幅度改变负荷，这就是调峰作用。 二次调频和调峰，由于负荷变化的幅度较大，锅炉控制系统必须相应动作，使锅炉的出力满足汽机的要求，同时为保证整个发电系统的安全性和经济性，要求在改变负荷的过程中，机、炉、电控制系统必须协调动作。 必须将汽轮发电机组的转速升到同步转速，即 3000r/电机并网 后才能向电网输出电能。因此要求汽轮机调节系统具有升速控制功能。汽轮机是一种高转速的大型旋转机械，它对转速的要求很高，转速超过 120%后，机组就可能损坏。因此要求汽轮机控制系统具有完善的保护功能。 7| x b:_ f 汽轮机调节系统的主要任务就是调节汽轮发电机组的转速、功率，使其满足电网的要求。汽轮机控制系统的控制对象为汽轮发电机组，它通过控制汽轮机进汽阀门的开度来改变进汽流量，从而控制汽轮发电机组的转速和功率。在紧急情况下，其保安系统迅速关闭进汽阀门，以保护机组的安全。 #R l&*w u 由于液压油动机独特的优点，驱动力大、响应速度快、定位精度高，汽轮机进汽阀门均采用油动机驱动。汽轮机控制系统与其液压调节保安系统是密不可分的。 X o!b a$ 随着单机容量的不断增大，蒸汽参数的逐渐提高，中间再热循环的广泛采用以及机组运行方式的多样化，对机组运行的安全性、经济性、自动化程度以及多功能调节提出了更高的要求，仅靠原有的液压调节技术已不能完全适应。 老机组原纯液压调节系统在可控性和控制功能方面已不能满足机组协调控制（ 电网自动发电控制（ 要求，且还存在着调节 系统部套易卡涩、迟缓率大、调节品质差、不能实现阀门管理等等缺点。先进的数字式电液调节系统（ 灵活组态各种控制策略，可满足现代汽轮机控制系统的要求，在系统的安全性、可靠性方面也已经达到电厂的要求。 于是，电液调节系统应运产生了。该系统主要由电气部件、液压部件组成。电气部件测量与传输信号方便，并且信号的综合处理能力强，控制精度高，操作、调整与调节参数的修改又方便。液压部件用作执行器时充分显示出响应速度快、输出功率大的优越性，是其他执行器所无法替代的。 毕 业 设 计 说 明 书 2 目前，绝大多数数字电液调节系统主要是由汽轮机制造厂设计 与制造的专用装置，它是分散控制系统的重要组成部分，其优点是：设备硬件通用，软件透明，便于掌握、维护和改进；随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。 近年来，我国发电事业已有长足发展，尤其是随着汽轮发电机组容量的增大，蒸汽参数的提高，对机组的安全性、经济性、自动化水平的要求也越来越高。目前已采用汽轮机 数字 电液调节系统 代了传统的机械（液压）式调节系统（ 简称 液调节系统采用电子控制技术、可实现多参量的调节与控制，具有灵敏度高、调节精度高、抗内扰能力强及融调节与保护于一体的特点，从而大大提高了机组运行的安全性与可靠性。正是由于电液调节系统的上述特点，目前我国在 300A 汽轮机数字电液控制系统 为电子控制部分和液压调节保安部分。电子控制主要由分布式控制系统 完成信号的采集、综合计算、逻辑处理、人机接口等 方面的任务。液压调节保安部分主要由电液转换器、电磁阀、油动机、配汽机构等组成，它将电气控制信号转换为液压机械控制信号，最终控制汽轮机进汽阀门的开度。 而我的设计也正是通过在 在汽轮机上 的 转速自动调节系统 .:使得 当用户耗电量变化时 ,通过改变汽轮机汽量 ， 调节汽轮机的输出功率 ， 使其与外界负荷相适应 ， 并维持汽轮机转速在规定范围内 . 汽轮机的调节系统由转速感应机构、传动放大机构、执行机构、和反馈机构组成 . 毕 业 设 计 说 明 书 1 摘 要 调节系统有全液压式， 械液压式及由微机控制的电液调节系统等多种调节系统，一般根据参数对系统功能及由自控水平的要求进行合理的选择和配置。 随着电力工业的发展， 200组已成为电网的调峰机组，其负荷适应能力及响应速度的快慢便显得越来越重要，过去，国产 200组控制普遍采用传统的液压控制系统，此类系统结构复杂，控制精度低，可靠性差，传动速度慢，已远远满足不了电网调度自动化的要求。 而 电液调节系统越来越受重视。 本设计对凝汽式汽轮机调节系统的选用原理进行了研究，选择了电液调节系统 ，介绍了其工作原理，完成各部件设计，配汽采用喷嘴调节法。调节气阀的启闭由油动机通过横梁两阀杆和杠杆系统进行控制。 在调节系统设计中，除了相应的液压部件控制外，还有转速控制系统 、 安全保护系统 、就地操作、超速跳闸装置等。备有转速、新汽压力、抽汽压力等保安装置，上述各参数的测量、变换、执行等元件可采用气动或电动单元。 随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。 关键词 汽轮机 ； 凝汽式汽轮机；调节系统；电液调节系统 as be on 00 to of it of to of of to be 00 of to to of is is to of to be In is 业 设 计 说 明 书 2 of of by an a a in so of of a is by of to is a 业 设 计 说 明 书 3 目 录 1 概述 . 4 节系统简介 . 4 压调节系统 . 5 液调节系统 . 5 2 总体设计 . 6 汽式汽轮机选型计算 . 6 节系统的选用 . 7 体的设计 . 8 轮机数字电液控制系统 . 8 3 速关组件的设计 . 12 4 启动调节器的设计 . 15 5 速关阀的设计 . 19 6 505 调节器 . 22 7 其他相关部件 . 32 8 静态校核 . 32 态特性 . 32 8.应机构的迟缓率 . 33 8.度变化率 . 33 8. 4 调节汽阀的重叠度 . 34 1调节汽阀顺序开始时，应有适当的重叠度； . 34 参考文献 . 36 致 谢 . 37 汽轮机调节系统 . 40 毕 业 设 计 说 明 书 4 1 概述 节系统简介 汽轮机是将蒸汽能转化为机械能的外燃回转式原动机。它具有单机功率大，转速高 ,效率高 ,运转稳和，使用寿命长等优点，因而在现代工业中得到了广泛的应用。 电网将发电厂生产的电能源源不断地输送到各个用电设备，为人们的生产、生活服务。 而 为保证各种用电设备能正常运转，不但要求提供连续不断的电能，而且还对供电的品质提出了严格的要求： 频率误差 0. 4% 电压误差 6%7r E i#1g n 供电频率由电网中的总发电量、总用电量共同确定。稳态时，供电频率与汽轮发电机组的转速对应相等。若总发电量 总用电量，则供电频率增加，机组转速也增加。必须通过控制系统使电网中并网发电机组的总发电量，适应总用电量的要求，才能保证供电频率精度。 电网中的总用电量是一个随机变量，其频谱表明：负荷变化低频率对应大幅度，高频率对应小幅度。小幅度高频率的负荷变化，通过汽轮机调节系统的一次调频功能，利用锅炉的蓄能调节发电量，使总发电量适应总用电量的变化。大幅度低频率的负荷变化，由电网的自动调频装置，通过汽轮发电机组控制系统的自动发电 能自动地或手动地改变机组的负荷指令，改变机组的发电量，使总发电量适应总用电量的变化。这就是二次调频作用。电网中调根据负荷的统计特性要求发电机组按日负荷曲线大幅度改变负荷，这就是调峰作用。 二次调频和调峰，由于负荷变化的幅度较大，锅炉控制系统必须相应动作，使锅炉的出力满足汽机的要求，同时为保证整个发电系统的安全性和经济性，要求在改变负荷的过程中，机、炉、电控制系统必须协调动作。 必须将汽轮发电机组的转速升到同步转速，即 3000r/电机并网后才能向电网输出电能。因此要求汽轮机调节系统具有升速控制功能。汽轮机是一种高转速的大型旋转机械，它对转速的要求很高，转速超过 120%后， 机组就可能损坏。因此要求汽轮机控制系统具有完善的保护功能。 x b:_ f 汽轮机调节系统的主要任务就是调节汽轮发电机组的转速、功率，使其满足电网的要求。汽轮机控制系统的控制对象为汽轮发电机组，它通过控制汽轮机进汽阀门的开度来改变进汽流量，从而控制汽轮发电机组的转速和功率。在紧急情况下，其保安系统迅速关闭进汽阀门，以保护机组的安全。 #R l&*w u 由于液压油动机独特的优点，驱动力大、响应速度快、定位精度高，汽轮机进汽阀门均采用油动机 驱动。汽轮机控制系统与其液压调节保安系统是密不可分的。 X o!b 毕 业 设 计 说 明 书 5 a$S A 汽轮机数字电液控制系统 为电子控制部分和液压调节保安部分。电子控制主要由分布式控制系统 用模件组成，它完成信号的采集、综合计算、逻辑处理、人机接口等方面的任务。液压调节保安部分主要由电液转换器、电磁阀、油动机、配汽机构等组成，它将电气控制信号转换为液压机械控制信号，最终控制汽轮机进汽阀门的开度。 为满足上述要求 ,在汽轮机上均设有转速自动调节系统 当用户耗电量变化时 ,通过改变汽轮机 汽量 ， 调节汽轮机的输出功率 ， 使其与外界负荷相适应 ， 并维持汽轮机转速在规定范围内 . 汽轮机的调节系统由转速感应机构、传动放大机构、执行机构、和反馈机构组成。 压调节系统 调节系统主要是由机械部件和液压部件组成，主要依靠液体作为工作介质来传递信息，因而被称为液压调节系统。又由于是根据机组转速的变化来进行调节，所以称为液压调节系统。这种调节系统的调节精度低，反应速度慢，运行时工作特性是固定的，不能根据转速以外的信号进行调节，而且调节功能少，所以大功率机组一般不再采用单纯的液压调节系统，而采用电液调节系统。 液调节系统 随着单机容量的不断增大，蒸汽参数的逐渐提高，中间再热循环的广泛采用以及机组运行方式的多样化，对机组运行的安全性、经济性、自动化程度以及多功能调节提出了更高的要求，仅靠原有的液压调节技术已不能完全适应。于是，电液调节系统应运产生了。该系统主要由电气部件、液压部件组成。电气部件测量与传输信号方便，并且信号的综合处理能力强，控制精度高，操作、调整与调节参数的修改又方便。液压部件用作执行器时充分显示出响应速度快、输出功率大的优越性，是其他执行器所无法替代的。 目前，绝大多数数字电液调节系统主要 是由汽轮机制造厂设计与制造的专用装置，它是分散控制系统的重要组成部分，其优点是：设备硬件通用，软件透明，便于掌握、维护和改进；随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。 近年来，我国发电事业已有长足发展，尤其是随着汽轮发电机组容量的增大，蒸汽参数的提高，对机组的安全性、经济性、自动化水平的要求也越来越高。目前已采用汽轮机电液调节系统（ ,简称 毕 业 设 计 说 明 书 6 取代了传统的机械（液压） 式调节系统（ 简称液调节系统采用电子控制技术、可实现多参量的调节与控制，具有灵敏度高、调节精度高、抗内扰能力强及融调节与保护于一体的特点，从而大大提高了机组运行的安全性与可靠性。正是由于电液调节系统的上述特点，目前我国在 300以上的汽轮机组中大都采用了电液调节系统。 2 总体设计 汽式汽轮机选型计算 (1) 确定进汽焓 查 215J/2) 确定进汽比容 查 m/1) 确定排汽焓 查 190k J/确定排汽比容 查 m/5 )确定可用绝热焓降 h= =3215025kJ/6) 估算质量流量 (假定总效率 Ma=p/( h. =10000/(102513 k J/7) 计算进汽容积流量 =m/s (8) 计算排汽容积流量 毕 业 设 计 说 明 书 7 =29 m/s (9 )选择进汽段 选择确定进汽段号 25 和 32 都可选用 (10 )选择排气段 查排 汽 段图 选择图上 s 的线和 8500r/线相交在 45 矩形内，这表明排汽段号为 45 (11 )验证进汽 段和排气段和兼容性 查兼容性图 25 号进汽段不能和 45 号排气段相合， 32 号进汽段能够和 45 号排气段相结合 (12 )验证所选排气段允许通过的质量流量 查许可性图查得选用的汽轮机型号为 5 节系统的选用 此单机容量较大 ,蒸汽参数较高 ,中间再热循环的广泛采用以及机组运行方式的多样性 ,对机组运行的安全性 ,经济性 ,自动化程度以及多功能调节提出了更高的要求 系统主要由电气部件，液压部件组成。电气部件测量与传输信号方便，并且信号的综合处理能力强， 控制精度高，操作，调整与调节参数的修改又方便。液压部件用执行器时充分显示出响应速度快，输出功率大的优越性，是其他执行器无法替代的。电液调节系统的优点是： 1 设备硬件通用，软件透明，便于掌握，维护和改进；数字电液调节系统通过分散控制系统的高速通信网络伺机组其他控制系统交换信息，便于协调，减少设备的重复设置，提高了系统的可靠性，简化了运行人员的操作步骤。 （ 1） 转速感应机构：它能感应转速的变化并将其转变成其他物理量的变化，送至传动放大机构。 （ 2） 传动放大机构：由于转速感应机构产生的信号往往功率太小，不足以直接带动配汽机构，因此，传动放大机构的作用是接受转速感应机构的信号，并加以放大，然后传递给配汽机构，使其动作。 （ 3） 执行机构：它的作用是接受传动放大机构的信号来改变汽轮机的进汽量。 （ 4） 反馈机构：传动放大机构在速信号放大传递给配汽机构的同时，还发出一个毕 业 设 计 说 明 书 8 信号使滑阀复位，油动机活塞停止运动。这样才能使调节过程稳定。 体的设计 （见调节系统图） 液压部分用速关阀组件（ 1840）控制速关阀的启闭，进而控制蒸汽阀开度的大小，蒸汽流量的大小等；调节汽阀控制蒸汽的流速，进而控制电量的大小；此外还用危急遮断器、危急保安装置来处理异常情况的停机等。 下面部分为电子类的装置，控制盘，转速控制系统，安全保护系统等。用电液转换器实现电子信息和液压信号的转变。 各个部分还有各种测量装置，用于测量温度、，速度、压力强度的信息，这种信息再转移到电子装置，实现适时控制。 轮机数字电液控制系统 主要任务就是调节汽轮机的蒸汽转矩，使之维持等转速运行，与外界负荷 相适应。在讨论汽轮发电机组的控制控制系统时，通常将汽轮发电机轴系看作一个整体旋转刚体，建立一个系统较为完善的数学模型，然后对该系统进行较准确的分析和设计。汽轮机控制系统设计的依据就是转子的能量平衡方程式，转子的转动方程为： Jd/ 式中： J汽轮发电机组转子的转动惯量 ( 转子的旋转角速度 ( 轮机蒸汽转矩 ( 电机电磁转矩 ( 种阻力矩 ( 转动惯量对于特定的机 组安装完成后，即为一常数， 控制的转速 n 与角速度 成正比。 =2f=2n/60 其中： f频率 ( n转速 (r/ 由汽轮机工作原理知，蒸汽转矩 ： 0e/n (式中： D进入汽轮机的蒸汽流量 (Kg/h) 毕 业 设 计 说 明 书 9 热焓降 (g) 0e汽轮机相对效率 n转速 (r/ 发电机电磁转矩 主要取决于负载的特性，可表示为： n+K3 式中， 随机变量，且均为正值。 各种阻力矩 与转速、真空、轴系油温等很多因素有关，可视随转速增大的随机变量。 图 1 表示汽轮机和发电机的转矩特性，其中曲线 曲线 明了蒸汽轮机转矩和转速的关系曲线，称为汽轮机的内特性。曲线 曲线 应于两个不同的进汽量。其中曲线 曲线 明了发电机阻力转矩和转速的关系曲线，称为发电机的特性。曲线 曲线 应于两个不同的电负载。曲线 曲线 交点 a 即为汽轮机带发电机运转，在转速 一个稳定状态。 图 先从图 1 和式 (2知，汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，比如当发电机的阻力矩 为 ，若汽轮机进汽量保持不变，那么新的平衡工况点即为 b，即汽轮发电机组以 速稳定运行，也就是说汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，此时工作转速 差较大。但汽轮机、发电机和电网负载是不允许网频（汽轮机转速）有大幅度的变化的，这就要求当发电机的阻力矩 为 ，汽轮机进汽量能跟随变化，那么新的平衡工况点就可变为 c，汽轮发电机组以 速稳定运行，此时工作转速 差不大，这是电气设备允许的，而这只有靠汽轮机调节系统才能实现。 毕 业 设 计 说 明 书 10 汽轮机调节系统控制汽轮机的 D，即能改变 使 终跟随 化，以维持转速 n 即供电频率在规定的范围内，满足国家对供电品质的要求。 实际汽轮机控制系统都是通过执行机构 (油动机 )来控制安装在进汽口上的调节汽阀来改变 调节汽轮机的转速和功率的。汽轮机控制流程框图见图 2，图 2 表示汽轮机控制的整个过程及整个控制 过程中的各个物理对象的数学描述，是做系统稳定性分析的基础。汽轮机控制原理图见图 3，图 3 则是根据上述原理进行 统设计的依据。 从图 3 可以看出机组在启动和正常运行过程中， 收到操作人员通过人机接口所发出的增、减指令、 令、汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈信号等进行分析处理，综合运算，输出控制信号到伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。 机组在升速过程中（即机组没有并网）， 制系统通过转速调节回路来控制机组的转速，功率控制回路不起作用。这点可从原理图中看出，当没有并 网信号时，控制信号就为 1，则输出等于输入 1(即转速回路调节器输出 )。在此回路下， 制系统接收现场汽轮机的转速信号，经 取二逻辑处理后，作为 反馈信号。此信号与 转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算， 节，然后输出油动机的开度给定信号到伺服卡。此给定信号在伺服卡内与现场 动机位置反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率。 机组并网后， 制系统便切到功率控 制回路，转速调节回路便不起作用。这点可从原理图中看出 :当有并网信号时，控制信号就为 0，则输出等于输入 2(即功率控制回路的输出 )。在此回路下有三种调节方式（此三种模式下，一次调频回路，始终存在）： (1) 负荷反馈不投入，调节级压力反馈也不投入。 在这种情况下，阀门开度直接由操作员设定进行控制。设定所要求的开度后， 出阀门开度给定信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，以满足要求的功率。 (2) 负荷反馈投入。 这种情况下，负荷 回路调节器起作用。 收现场功率信号经 取二逻辑处理后与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算， 节输出阀门开度信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。 毕 业 设 计 说 明 书 11 (3) 调节级压力反馈投入。 在这种情况下，调节级压力回路调节器起作用。 收汽轮机调节级压力信号与给定信号进行比较后，送到调节级压力回路调节器进行差值放大，综合运算， 节输出阀门开度信号 到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。 上述三种模式下，一次调频回路，始终存在与每一个回路中，只是有死区而已，在网频（汽机转速）波动较小时，它不产生作用。运行时，操作人员可设置目标值和升负荷率。制系统逻辑设定负荷反馈投入方式和调节级压力投入方式不能同时投入， 投入一种反馈时另一种反馈自动切除。 机组启动时可选用高中压联合启动方式和中压缸启动方式里的任何一种方式。当选择高中压联合启动方式时，阀切换系数等于 1，阀门开度信号同时输出到高压调节阀和 中压调节阀。当选择中压缸启动方式时，阀切换系数等于 0，则阀门开度信号送高压调节阀的指令乘系数 0，值为 0，则高调阀开度为 0。因此，阀位开度信号便送到中压调阀控制回路，从而控制中调阀的开度，满足中压缸启动方式。在阀切换过程中，阀切换系数由 0 逐渐变到 1，机组便转换为高中压联合进汽形式。对汽轮发电机组来讲，由于调节阀的开度同蒸汽流量存在非线性，因此要进行阀门的线性修正， 制系统设计了阀门修正函数 F(x)来进行。 阀门方式 说明机组正在运行的阀门方式。主汽阀控制（ 高压调节阀控制 （ 再热调节阀控制（ 还显示主汽阀 调节汽阀转换（ N 阀门试验状态（ N 再热调节汽阀切换到主汽阀和中压调节阀联合控制。另外，提供单阀 /顺序阀切换功能。 本系统中 300轮机是由 制冲转的。汽机挂闸且阀门不在校验状态时，运行人员可发出命令，此时 开， 持关闭。挂闸实际上就是开机命令指令，一旦发出，就意味着冲转开始；在汽机运行期间挂闸命令始终保 持，只有当汽机重新跳闸才能清除掉。 面设定目标转速和升速率；一旦目标值发生改变，程序自动进入态，当运行人员选择 令后，转速给定按照事先设定的升速率向目标值爬升，转速 偏差的作用下输出增加，开启 机实际转速随之上升。当转速给定与目标值相等时，程序自动进入 态，等待运行人员发出新的目标值。升速过程中，运行人员可随时发出 令（临界区除外），这时，转速给定等于当前实际转速，汽机将停止升速，保持当前转速。 _#$0k,为保证汽机安全通过临界区，当实际转速在 1150 2000，毕 业 设 计 说 明 书 12 转速进入临界区，此时，升速率自动设置为 400速临界区的范围可通过工程师站在线修改。 |电厂锅 2950当转速达到 2950入 行人员发出 始以 1 /s 的速率缓缓关闭；当 影响到汽机转速时， 2 / 度达到 100时，汽机转速由 制， V 切换结束。 V 切换过程中，汽机转速将保持在 2950近。切换结 束后，转速设定到 3000 制汽机升速到 3000 3000速后，可以进行自动同期。 自同期装置发出的增 /减脉冲指令进行累加，产生转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值限制在同期转速允许范围内（ 29853015 3 速关组件的设计 速关组件用于汽轮机遥控启动，就地停机，遥控停机，速关阀联机试验及危急遮断油门自动挂钩。速关组件适用于采用电液调节系统的汽轮机。速关组件是将 调节系统中一些操作件集装在一起的液压件组合，它不仅使操作便捷，并且也使得油管路及电气线路的布置趋于合理、简化。 速关组件的功能及工作原理： 试验阀（ 1）位 2309 是手动换向阀，用于速关阀联机试验。图示换向阀可对两只速关阀进行试验。作试验时，将手柄向操作侧拉动，压力油 p 便与实验油 通，即可对汽轮机右侧的速关阀进行试验；推动手柄则使压力油 p 与实验油 通对左则速关阀进行试验。放开手柄，换向阀自动恢复到中间位置，退出试验。由于在 路上有节流孔，所以手动换向阀投入或退出试验的操作不会影响机组的正常 运行。如汽轮机仅配用一只速关阀，一般是 堵不用。如果 2309 采用电磁阀，则速关组件具有速关阀遥控试验功能，改变电磁阀状态（得电或失电）即可进行速关阀试验，电磁阀复位便退出试验。启动油电磁阀（ 3）位号 1843， 速关油电磁阀（ 4） 位号 1842， 它们用于遥控开启速关阀。图示 1842 1843 为不带电状态，启动时，使 1842 和 1843 同时得电，则 1842 的 P 与 B， A 与 T 通路， 于是 装阀关闭切断 路，速关油 压为 0；同时， 1843 的 P 与 B 成通路，启动油 F 和开关油建立压 力（若 M 接至危急遮断油门， 速关组件具有油门自动挂钩功能，若 M 不用危急遮断油门须就地手动挂钩复位），当启动油压力达到 ，再使 1843断电复位， F 与 T 电接通， 由于 1843 回油口装有节流孔板和可调针阀（在操作侧 A 面左毕 业 设 计 说 明 书 13 侧靠上部位置），所以以速关阀随着启动油的缓慢回油而逐渐开启。 1842 与 1843 的节换控制通常有两种方式：一种是按启动油和速关油的压力人工操纵电磁阀的通、断电；另一种是由时间继电器来控制，即根据启动指令，在 1842、 1843 得电后，经 1842 断电，再经后 1843 断电， 由于 汽轮机速关阀只数及油缸规格的不同是可变值，所以 t1、按实际要求在 5 20 秒范围内设定。 停机电磁阀（ 5， 8）位号分别是 2222 和 2223 它们用于汽轮机遥控停机。图 2 所示电磁阀为不带电状态，启动和正常运行时， 2222 和 2223 的压力油是通路， 装阀在压力油作用下关闭。当 2222 和 2223 中任一只得电时， 腔与回油接通，于是 关油迅速排泄，致使速关阀关闭、汽轮机停机。 电磁阀根据用户使用要求，可配用 （常开型，正常运行不带电）或 （常开型，正常运行带电），也可配用防暴电磁阀。 电液转换器（ 6）不属于速关组件的功能元件，它只是利用本体集装在速关组件中，根据机组的需要可装接一只或两只。 手动停机阀（ 位号 2250， 用于汽轮机就地停机。 2250 前方有一块红色防护板，若要手动停机，先将防护板向操作侧翻下，之后拿动手柄，其结果与 2222（ 2223）得电时一样，使汽轮机停机。 毕 业 设 计 说 明 书 14 关组件图 毕 业 设 计 说 明 书 15 4 启动调节器的设计 : 启动调节器是调速器的一个多功能操作单元，可配合 调速器 启动调节器组装在调速器中，其结构如图 1 所示， 图 动调节器 连接块（ 9）通过枢轴（ 8）与调速器本体比例杠杆（ 10）连接在一起，而比例杠杆可操纵放大器的二次油压，因此在操作启动调节器的过程中二次油压会相应变化。启动调节器可看作一个五位四通阀，通常在系统图上以框图形式表示 毕 业 设 计 说 明 书 16 图 动系统前初始状态 操作及工作原理结合其功能并对照图 1图 6 分别介绍如下：开启速关阀：图 2 是启动前系统的初始状态，速关阀关闭，遮断油门脱扣，速关油及二次油无压，启动调节器在 100运行位置。在此状态松开锁紧手柄（ 1），顺时针方向旋转手轮（ 13）时，滑阀（ 3）、导杆（ 5）、连接块在弹簧（ 4， 6）作用下跟随螺杆（ 2）向上移动，最终导杆的上行被档圈（ 7）限定。随着滑阀上移，滑阀凸肩与套筒（ 12）之间油路通道也随之变化： F 接通， T 接通，相应如图 3 所示，滑阀由 “e”移至 “a”，在遮断油门复位后，启动油通至速关阀油缸活塞前将活塞压向活塞盘。由于在机组起 动前调速器油缸输出在其最大位置 A 点保持不动，所以滑阀在 “e”时， C 点随 B 点上移，放大器二 油压升 次油窗口为最大开度，二次油压为 0，调节汽阀关闭。接着逆时针方向转动手轮，滑阀、导杆便随着螺杆向下移动，当滑阀移位至 “C”，也就是图 4 所示位置时，启动油开始泄油， 而速关油 着活塞盘的移动速关阀开启，在此过程中，当 高， 免活塞盘与活塞脱开使速关阀无法开启。在位置 “c” B、过放大器随动活塞套筒还未到达控制位置， 所以二次油压仍不能建立，调节汽阀亦然关闭。 毕 业 设 计 说 明 书 17 图 动调节器启动位置 图 关阀开启 毕 业 设 计 说 明 书 18 图 关阀开启，汽轮机启动 气轮机起动：从冲转暖机到升速至调速器下限转速的汽轮机起动过程是通过启动调节器的操作来完成的。在速关阀 开启后，继续逆时针方向转动手轮，滑阀移位至 “d” ， B、 次油压开始建立，当 调节汽阀开启，随着 C 点的下移，二次油压升高，汽轮机冲转升速，这也就是图 5 所状态。继续转动手轮，使调节器由 “d”变化至 “e”，当导杆的下移被套筒限止时，便是启动调节器 100运行位置，这时用手柄将螺杆锁紧，系统状态如图 6 所示。在由 “d”至 “e”的过程中，机组转速达到调速器下限转速后， A 点位置从 化， A、 B 点均下移，综合的结果 C 点不动，于是机组转速由调速器控制。机组负 荷限制：在 “d”至 “e”的操作过程中，若启动调节器未达到 100位置，则由于 B 未到位而使 C 的位移受到限制，二次油压达不到 100负荷所需的 ，因此机组负荷受到限制。可控停机：在机组正常运行时，若将启动调节器进行反向操作，使其由 “e”逐步变化至 “a”则机组就会减负荷、降速、关闭调节汽阀最后速关阀关闭，完成可控停机。 调节系统静态调试：这里所说的调节系统静态与传统概念的含义是有区别的。尤其在电力行业中静态特性是指在汽轮机空负荷时调节系统处于平衡状态下的特性，通常是用四象限图来表示。而我们这里所说 的静态调试是在汽轮机静止状态下（用外部操作设备切断汽轮机汽源）来调整、测定调节系统特性。具体操作是：在位置 “d”使 查放大器二油压油切断点是否符合要求。由 “d”调整到 “e” 。 毕 业 设 计 说 明 书 19 图 启动调节器 100位置，调速器控制机组转速 5 速关阀的设计 速关阀又称为主汽门，它是主蒸汽管路与汽轮机之间的主要关闭机构，在紧急状态时能立即切断汽轮机进汽，使机组快速停机。 汽轮机停机时速关阀是关闭的，在汽轮机起动和正常运行期间速关阀处于 全开状态。 速关阀阀壳与汽缸进汽室是整体构件，因此，速关阀不带单独的阀壳。速关阀水平装配在汽缸进汽室侧面，根据进入汽轮机新蒸汽容积流量的大小，一台汽轮机可配置一只或两只速关阀。 速关阀主要由阀、油缸和支座三部分构成，其结构如图 1所示。 毕 业 设 计 说 明 书 20 图 体部分主要由件 1 9和件 23组成。 主蒸汽经由蒸汽滤网（ 3）通至主阀碟（ 1）前的腔室，在速关阀关闭状态，阀碟在蒸汽力及油缸弹 簧（ 17）关闭力作下被紧压在阀座（ 23）上，新蒸汽进入汽轮机通流部分的通路被切断。在主阀碟中装有卸载阀（ 2），由于在速关阀全开之前调节汽阀是关闭的，所以在速关阀的开启过程中，当卸载阀开启后，主阀碟前后蒸压力很快趋于平衡，这样就使得主阀碟开启的提升力大为减小 速关阀中的蒸汽滤网大多采用不锈钢波形钢带卷绕结构的滤网，也有一些汽轮机的滤网由带孔不锈钢板卷焊而成。 为阻止、减少蒸汽向外泄漏，在阀的动、静部分都采用了相应的密封措施。剖分为 4瓣的弓形环（ 7）嵌装在进汽室中，螺栓（ 6）通过压环（ 8）和弓形环使密封环（ 22）既被阀盖（ 5）压紧又与进汽室内壁面紧密贴合，在蒸汽压力作用下，该结构具有自密封作用，这样，静体
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