《汽轮机原理》讲稿第04章

1、汽轮机原理讲稿第04章1 第四章 汽轮机的调节 第一节第一节 汽轮机自动调节系统汽轮机自动调节系统 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 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。量、质量要求同时满足用户要求。 （1 1）数量要求）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：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。来调

2、整发电大小，以满足用户要求。 （2 2）供电质量要求）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：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。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则频率低。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。求，供给所需电力，并保证电网频率稳定在一定范围之内。 汽轮机原理讲稿第04章2 （3 3）火电厂自身安全的需要：火电

3、厂自身安全的需要：汽轮发电机组工作时，汽轮发电机组工作时， 转子、叶轮、叶片转子、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。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 2，总结：调速系统的任务：，总结：调速系统的任务： （1）满足用户足够的电力（数量、质量）；）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。）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

4、机组还必须具有保护系统（超速除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超速 保护、轴向位移保护等）。保护、轴向位移保护等）。 汽轮机原理讲稿第04章3 3 3，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、发电机电机组在工作时，作用在转子上的力矩有三个：蒸汽主力矩、发电机电 磁（阻力）矩、摩擦力矩。在稳定状态下，三者的代数和为零：磁（阻力）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：通常，摩擦力矩很小，这样一来，上式可写成： 机组运行时，只要蒸汽主力矩和发电机电磁阻力矩不平衡，就会

5、产生角加速机组运行时，只要蒸汽主力矩和发电机电磁阻力矩不平衡，就会产生角加速 度。度。 0 dt d fet MMMI 0 et MM itiit 60 n2 / HGPPM， 在在Pi一定时，一定时，Mt与与n成反比。减小进汽量成反比。减小进汽量G，Pi减小，当减小，当n不变时，不变时，Mt减小。减小。 在外界负荷一定时，在外界负荷一定时，Me与与n成正比，当外界负荷减小，而成正比，当外界负荷减小，而n不变时，不变时，Me减小。减小。 汽轮机原理讲稿第04章4 4 4，调速系统的功能：，调速系统的功能： 蒸汽主力矩和发电机阻力矩随转速的变蒸汽主力矩和发电机阻力矩随转速的变 化如图所示：当转速

6、化如图所示：当转速n增加时，蒸汽主力矩减增加时，蒸汽主力矩减 小，发电机阻力矩增加。小，发电机阻力矩增加。 A点是两力矩平衡状点是两力矩平衡状 态点：曲线态点：曲线1、2之交点。之交点。 当外界负荷减少时，阻力矩由曲线当外界负荷减少时，阻力矩由曲线2变到曲变到曲 线线2，而主力矩曲线，而主力矩曲线1不变。其工作点不变。其工作点 由由A移移 到到 B-转速升高，机组转速有（自调节特性）：转速升高，机组转速有（自调节特性）： 当当 不考虑调速系统的功能作用下，负荷变动时，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。机组能自动保持平衡状态的能力。 (2) 当调速系统动作，

7、减小进汽量，主力矩曲线由当调速系统动作，减小进汽量，主力矩曲线由1 变为变为1，与阻力矩曲线，与阻力矩曲线2交于交于 C点，机组转速与原转速接近，称有差调节）。点，机组转速与原转速接近，称有差调节）。 Mt（ （G1） Me（ （Pe） Me（ （Pe1） Mt（ （G） 汽轮机原理讲稿第04章5 二，汽轮机调速系统的基本原理二，汽轮机调速系统的基本原理 （一）最简单直接调节系统（一）最简单直接调节系统 当负荷减小时则转速升高，使离心当负荷减小时则转速升高，使离心 调速器的飞锤向外扩张，带动滑环调速器的飞锤向外扩张，带动滑环 在转轴上向上移动在转轴上向上移动x，滑环上移通，滑环上移通 过杠杆使

8、调节阀关小，减小进汽量过杠杆使调节阀关小，减小进汽量 以适应外界新的负荷。以适应外界新的负荷。 调节汽阀由调速器直接带动称为直调节汽阀由调速器直接带动称为直 接调节。调速器的能量有限，一般接调节。调速器的能量有限，一般 难以直接带动调节汽阀，所以应将难以直接带动调节汽阀，所以应将 x在功率上加以放大，从而构成间在功率上加以放大，从而构成间 接调节系统。接调节系统。 汽轮机原理讲稿第04章6 （二）简单的汽轮机自动调速系统（二）简单的汽轮机自动调速系统 1，主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。，主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。 2，油路：，油路：Po-高压油，高压

9、油，Pn-排油。排油。 3，工作原理：，工作原理： 当外界负荷当外界负荷N减少，机组转速减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移，杠上移，杠 杆杆ABC以以C点为支点带动滑阀点为支点带动滑阀B点上移，高压油点上移，高压油Po通过滑阀油口进入油动机上通过滑阀油口进入油动机上 油室，油动机下油室与排油油室，油动机下油室与排油 Pn相通，活塞下移，关小调节阀相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，减小进汽量， 机组功率减小。机组功率减小。 在油动机活塞下移时，杠杆以在油动机活塞下移时，杠杆以A点为支点带动滑阀点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切点下移，滑

10、阀回中，切 断油口，高压油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。断油口，高压油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。 * 当外界负荷当外界负荷N增加时，机组转速增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而下降，调速系统各部套调节过程相同，而 动作方向相反。动作方向相反。 汽轮机原理讲稿第04章7 错油门错油门 油动机油动机 调速器调速器 间接调节系统图间接调节系统图 汽轮机原理讲稿第04章8 间接调节原理图间接调节原理图 液压伺服机构液压伺服机构 汽轮机原理讲稿第04章9 （三）调速系统的组成部分 （1 1）转速感受器：）转速感受器： 转速感受机构的作用是测量机组转速的变转速感受机构的作

11、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如位移、油压或电压的变化信化，并把转速变化信号转化为其他物理量如位移、油压或电压的变化信 号而输送给传动放大机构，又称调速器。号而输送给传动放大机构，又称调速器。 （2 2）传动放大器：）传动放大器： 传动放大机构是将调速器送来的信号放大，并传动放大机构是将调速器送来的信号放大，并 输送给液压伺服机构。输送给液压伺服机构。 （3）液压伺服机构：）液压伺服机构：复现来自中间放大环节输入信号的变化规律，复现来自中间放大环节输入信号的变化规律， 使调节阀门的开度使调节阀门的开度 达到并保持在预定工作状态。同时还发出信号使滑阀达到并保持在预定工

12、作状态。同时还发出信号使滑阀 复位并使油动机活塞停止运动。实现反馈的设备元件称反馈机构，作用是复位并使油动机活塞停止运动。实现反馈的设备元件称反馈机构，作用是 使调节系统稳定。使调节系统稳定。 （4 4）配汽机构）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。量，改变机组功率。 汽轮机原理讲稿第04章10 四，国产汽轮机调速系统简介 （一）机械液压调速系统（一）机械液压调速系统（哈尔滨汽轮机厂）（哈尔滨汽轮机厂） 1，主要部件：调速器（高速弹性调速器），随动滑阀，主要部件：调速器（高速弹性调速器），随动滑阀， 分配滑阀，

13、同步器，分配滑阀，同步器， 油动机滑阀，油动机，反馈滑阀。油动机滑阀，油动机，反馈滑阀。 2，油路：高压油，油路：高压油Po，排油，排油Pb，控制油，控制油Px。 3，工作原理：，工作原理：a，在任意稳定工况下，转速，在任意稳定工况下，转速n一定，油动机滑阀在中间平衡位一定，油动机滑阀在中间平衡位 置，高压油不流动。其余各部件都有相应位置。置，高压油不流动。其余各部件都有相应位置。 b，当外界负荷，当外界负荷N减小，转速减小，转速n上升，调速器重块向外扩张，挡油板右移，随上升，调速器重块向外扩张，挡油板右移，随 动滑阀右移。由于杠杆作用，使分配滑阀右移，油口动滑阀右移。由于杠杆作用，使分配滑阀

14、右移，油口A开大，泄油量增加，控开大，泄油量增加，控 制油压制油压 Px下降，滑阀下移，打开下降，滑阀下移，打开a、b油口，高压油油口，高压油Po进入油动机上油室，下进入油动机上油室，下 油室与排油相通，活塞在压差作用下向下移动。关小调节阀，汽轮机功率减油室与排油相通，活塞在压差作用下向下移动。关小调节阀，汽轮机功率减 小。小。 在油动机活塞下移的同时，由于斜板作用，反馈滑阀右移，开大反馈油口在油动机活塞下移的同时，由于斜板作用，反馈滑阀右移，开大反馈油口 c， Px进油量增加，油压进油量增加，油压 Px增加，滑阀上移回中，增加，滑阀上移回中， 切断切断a、b油口，高压油不油口，高压油不 流动

15、，油动机在某一位置，使调速系统流动，油动机在某一位置，使调速系统 稳定在一新的平衡位置。稳定在一新的平衡位置。 c，当外界负荷，当外界负荷N增加时，机组转速增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，下降，调速系统各部套调节过程相同， 而调节方而调节方 向相反。向相反。 汽轮机原理讲稿第04章11 调速器调速器 同步器同步器 分配滑阀分配滑阀 反馈滑阀反馈滑阀 随动随动 滑阀滑阀 汽轮机原理讲稿第04章12 （高速弹性调速器）（高速弹性调速器） 图为高速弹性调速器示意图。图为高速弹性调速器示意图。 1 1，结构，结构：重块，弹簧板，弹簧，：重块，弹簧板，弹簧， 挡油板，限位器。挡油板，

16、限位器。 2，工作原理：，工作原理：调速器安装在汽轮机转调速器安装在汽轮机转 子前端，与主轴一同旋转。调速器工作时，子前端，与主轴一同旋转。调速器工作时， 重块的离心力与弹簧力相平衡。当转速变重块的离心力与弹簧力相平衡。当转速变 化时，引起重块离心力变化，使弹簧伸长化时，引起重块离心力变化，使弹簧伸长 或缩短。同时使弹簧片变形，即使挡油板或缩短。同时使弹簧片变形，即使挡油板 1产生相对位移。挡油板产生相对位移。挡油板1位移，会引起随位移，会引起随 动滑阀排油面积变化，将转速变化信号输动滑阀排油面积变化，将转速变化信号输 送给传动放大机构，完成物理量测量与转送给传动放大机构，完成物理量测量与转

17、换任务。换任务。 重块重块 弹簧弹簧 弹簧板弹簧板 挡挡 油油 板板 汽轮机原理讲稿第04章13 随动滑阀的中间放大器随动滑阀的中间放大器 工作原理工作原理： 1，将挡油板的位移放大为分配滑阀的油，将挡油板的位移放大为分配滑阀的油 口开度。同步器作用在控制滑阀上，使杠口开度。同步器作用在控制滑阀上，使杠 杆以随动滑阀为支点转动，改变分配滑阀杆以随动滑阀为支点转动，改变分配滑阀 油口的开度。油口的开度。 2，随动滑阀的差动活塞工作原理：压力油，随动滑阀的差动活塞工作原理：压力油 经节流孔经节流孔a1进入活塞左侧腔室，然后经活塞进入活塞左侧腔室，然后经活塞 上的节流孔上的节流孔a2进入活塞的右侧腔

18、室，最后从进入活塞的右侧腔室，最后从 喷管与调挡油板的间隙中排出。节流孔喷管与调挡油板的间隙中排出。节流孔a1,a2 和喷管挡油板的间隙和喷管挡油板的间隙y决定活塞两侧腔室的决定活塞两侧腔室的 油压油压p1,p2。 随动滑阀随动滑阀 同步器同步器 分配滑阀分配滑阀 汽轮机原理讲稿第04章14 1.随动滑阀放大器随动滑阀放大器 s l2 l1 1 1 2 2 3 2 2 3 2 1 2 2 2 1 3 1 2211 23212 212101 a a a a a a A a a A pApAF pappa ppappa h 由杠杆传动关系，随动滑阀放大器由杠杆传动关系，随动滑阀放大器 的静态特性：

19、的静态特性： s l l Z 1 2 z分配滑阀位移分配滑阀位移 Dsa 3 汽轮机原理讲稿第04章15 断流式滑阀油动机机构断流式滑阀油动机机构 1 1，结构，结构：断流式滑阀（错油门），断流式滑阀（错油门）， 双侧进油往复式油动机。双侧进油往复式油动机。 2 2，工作原理：，工作原理： 控制油压控制油压 px 为为“二进一出二进一出”，即高压，即高压 油油 经经B、C油口进入控制油路，从油口进入控制油路，从A油口排出。油口排出。 在稳定工况下，滑阀上下油压平衡，滑阀在稳定工况下，滑阀上下油压平衡，滑阀 居中，凸肩正好堵住居中，凸肩正好堵住a、b油口，油动机活塞油口，油动机活塞 不动。不动。

20、 控制油压来自控制油压来自B、C油口，从油口，从A油口油口 排出，排出，px 为稳定值。为稳定值。 汽轮机原理讲稿第04章16 当调速器分配滑阀当调速器分配滑阀5右移，右移，A油口开大，控油口开大，控 制油压制油压px下降，滑阀平衡破坏，滑阀下移，下降，滑阀平衡破坏，滑阀下移， 打开打开a、b油口，高压油进入油动机油口，高压油进入油动机6的上的上 油室，下油室与排油相通，油室，下油室与排油相通， 油动机活塞下油动机活塞下 移，关小调节阀。移，关小调节阀。 在油动机活塞下移的同时，由于斜杆在油动机活塞下移的同时，由于斜杆 作用，反馈滑阀作用，反馈滑阀3右移，开大右移，开大B油口，控制油口，控制

21、油压油压px回升，滑阀回中，堵住回升，滑阀回中，堵住a、b油口，油口， 高压油不流动，油动机到达新的平衡位置。高压油不流动，油动机到达新的平衡位置。 系统处于新的平衡状态。系统处于新的平衡状态。 汽轮机原理讲稿第04章17 （二）径向泵液压调速系统（二）径向泵液压调速系统 1，主要部件：径向泵（调速器，主要部件：径向泵（调速器 ），压力变换器，滑阀，油动机，），压力变换器，滑阀，油动机， 反馈油口，反馈油口， 调节阀，同步器。调节阀，同步器。 2，油路：高压油，油路：高压油Po，排油，排油Pb，控制油，控制油Px。 3，工作原理：，工作原理： a，当外界负荷，当外界负荷N减小：减小： b，当外

22、界负荷，当外界负荷N增加：增加： 压力变换器压力变换器 径向泵径向泵 反馈反馈 油筒油筒 汽轮机原理讲稿第04章18 液压式转速感受元件 泵轮上均匀分布地钻有等孔径的径泵轮上均匀分布地钻有等孔径的径 向油孔，油流由泵轮中心进入，泵向油孔，油流由泵轮中心进入，泵 的出口油压为调节系统的一次控制的出口油压为调节系统的一次控制 信号。由离心泵的工作原理可知，信号。由离心泵的工作原理可知， 油泵出口处的压力为油泵出口处的压力为 2 1 2 2 2 1 2 12 2 12 1 RRprdrpp R R R1、R2分别为泵轮内外半径分别为泵轮内外半径, 径向泵的压增为径向泵的压增为 1 2 1 1 2 1

23、 2 1 2 2 121 2122 121 n n n nn n nn PP PP PP P 当转速变化不大时，油泵进出口油压差的变化率与转速的变化率成线性关当转速变化不大时，油泵进出口油压差的变化率与转速的变化率成线性关 系系。 进出口油压差变化率进出口油压差变化率 2 1 2 2 2 2 1 RR 汽轮机原理讲稿第04章19 东方汽轮机厂汽轮机的调速系统东方汽轮机厂汽轮机的调速系统 1 1，主要部件，主要部件：脉冲泵（调速器：脉冲泵（调速器 ），压力变换器，滑阀，油动机，），压力变换器，滑阀，油动机， 反馈滑反馈滑 阀，调节阀，同步器。阀，调节阀，同步器。 2，油路：高压油，油路：高压油P

24、o，排油，排油Pb，控制油压，控制油压Px1,Px2。 3，工作原理：，工作原理： a，当外界负荷，当外界负荷N减小，减小，b,当外界负荷当外界负荷N增加时增加时 汽轮机原理讲稿第04章20 （三）旋转阻尼液压调速系统（上汽） 1，主要部件：主油，主要部件：主油 泵，旋转阻尼（调速泵，旋转阻尼（调速 器器 ），放大器，碟阀，），放大器，碟阀， 继动器，滑阀，油动继动器，滑阀，油动 机，调节阀，同步器弹机，调节阀，同步器弹 簧。簧。 2，油路：高压油，油路：高压油Po， 排油排油Pb，一次油压，一次油压P1、 二次油压二次油压P2、 三次油三次油 压压P（继动油压）。（继动油压）。 3，工作原理

25、：，工作原理： a，当外界负荷，当外界负荷N减减 小，小， b,当外界负荷当外界负荷N增加：增加： 旋转阻尼旋转阻尼 放大器放大器 继动器继动器 汽轮机原理讲稿第04章21 波形筒波形筒-蝶阀放大器蝶阀放大器 输入信号为一次油压输入信号为一次油压p1，输，输 出信号为二次油压出信号为二次油压p2，通过，通过 杠杆力平衡的变化，达到改杠杆力平衡的变化，达到改 变蝶阀间隙、变换和放大油变蝶阀间隙、变换和放大油 压信号的作用，杠杆向上的压信号的作用，杠杆向上的 作用力是向上的一、二次油作用力是向上的一、二次油 压力，向下是主、辅同步器压力，向下是主、辅同步器 及波形筒弹簧力。及波形筒弹簧力。 p1升

26、高，升高，s2增大，增大，p2下降下降 波形筒波形筒 主同步器主同步器 辅同步器辅同步器 蝶阀蝶阀 汽轮机原理讲稿第04章22 K1 K2 L2 L1 K2 2、波形筒、波形筒-蝶阀放大器蝶阀放大器 0 2 0 2 2 1 1 p a a p a0p0 a2蝶阀泄油面积蝶阀泄油面积sda 12 2 122 2 11222111 44 dlpdlpzlKzlK h 杠杆力矩平衡方程杠杆力矩平衡方程 2 12 2 1 1 2 2 122 2 11 dl dl p p dlpdlp h h 输入信号为一次油压输入信号为一次油压p1， 输出信号为二次油压输出信号为二次油压p2 汽轮机原理讲稿第04章2

27、3 继动器和反馈机构继动器和反馈机构 p2减小，由于静反馈弹簧减小，由于静反馈弹簧 作用，继动器活塞上移，作用，继动器活塞上移， 三次油泄油间隙增大，三次油泄油间隙增大，p3 下降，错油门在下部弹簧下降，错油门在下部弹簧 作用下上移，油动机活塞作用下上移，油动机活塞 下移，关小调节阀，同时下移，关小调节阀，同时 通过反馈杠杆减小反馈弹通过反馈杠杆减小反馈弹 簧拉力，继动器活塞下移，簧拉力，继动器活塞下移， p3恢复原值。恢复原值。 p2减小，减小，s3增大，增大，p3减小减小 继动器继动器 反馈弹簧反馈弹簧 汽轮机原理讲稿第04章24 （一）油动机 为了迅速关闭调节阀，必需具备足够大的提升力和

28、较小的时间常数。为了迅速关闭调节阀，必需具备足够大的提升力和较小的时间常数。 1 1，提升力，提升力： 油动机两侧有压差作用，作用面积为油动机两侧有压差作用，作用面积为A，最大阻力为，最大阻力为Rmax ， 则则 其中，其中，P0 、Pb -高压油及排油压力；高压油及排油压力； A -油动机活塞面积；油动机活塞面积； Rmax -阻力最大值（开启调节阀的力）。阻力最大值（开启调节阀的力）。 2 2，油动机时间常数，油动机时间常数T Tm m 油动机时间常数油动机时间常数Tm定义为：当滑阀的定义为：当滑阀的a、b油口全开时，油动机在最大进油油口全开时，油动机在最大进油 量量Qmax条件下走完整个

29、工作行程条件下走完整个工作行程Mmax 所需要的时间。所需要的时间。 max 5 .1)(RPPA bo 汽轮机原理讲稿第04章25 )( 1 0maxmaxbs PPbnSQ 最大进油量最大进油量： 压力油、排油压力。、 油密度； 开度（滑阀最大位移）油口个数、宽度、油口、 油口流量系数；式中， b s PPo Sbn . . . max 油动机时间常数：油动机时间常数： )( 1 0max max max max bs m PPbnS Am Q Am T 其中，A-活塞有效面积； m-油动机工作行程。 汽轮机原理讲稿第04章26 油动机时间常数油动机时间常数 Tm 越大，其移动速度越慢，开

30、启调节阀越大，其移动速度越慢，开启调节阀 动作慢，会引起超速动作慢，会引起超速。通常，大机组 : Tm = 0.10.25 s。 为了迅速关闭调节阀，需减小油动机时间常数。可通过增增 大油口宽度和增大高压油压力大油口宽度和增大高压油压力来减小油动机时间常数。 （二）断流式滑阀（错油门）（二）断流式滑阀（错油门） 滑阀的盖度盖度：盖度如图所示，有1、2、3、4。 当机组处 于稳定时，滑阀居中，凸肩盖住 a、b油口， 压力油不流动。凸 肩的宽度大于油口的高度。 优缺点：a，降低了灵敏度； b，有效地克服了各种因素引起 负荷摆动。 汽轮机原理讲稿第04章27 三、配汽机构三、配汽机构 一，调节阀一，

31、调节阀 1，单座阀：如图，单座阀：如图4-a所示，结构简单，提升力大。所示，结构简单，提升力大。 2，带减压阀的调节阀：如图，带减压阀的调节阀：如图4-b所示。开启时，先开预启阀，所示。开启时，先开预启阀， 使上下相通，再提起主阀。使上下相通，再提起主阀。 3，调节阀的提升力特性（图，调节阀的提升力特性（图4-c）：当开度为零时，提升力）：当开度为零时，提升力R最大，最大， 随随L增大，增大，R变小。变小。 4，调节阀的升程流量特性（图，调节阀的升程流量特性（图4-d)： 当开度较小时，流量当开度较小时，流量D与开与开 度度L成直线关系；当开度继续成直线关系；当开度继续 开大时，通流面积增大，

32、但是压力开大时，通流面积增大，但是压力 差变小，流量不会再增大。差变小，流量不会再增大。 汽轮机原理讲稿第04章28 图图4a单座阀：单座阀： 图4b 带减压阀的调节阀带减压阀的调节阀 图4c 调节阀的提升力特性调节阀的提升力特性 图4d 调节阀的生程流量特性调节阀的生程流量特性 汽轮机原理讲稿第04章29 （一）体板式传动机构：（一）体板式传动机构： （图（图a) 用于中小型机组，结构简单，提升力小。用于中小型机组，结构简单，提升力小。 （二）凸轮传动机构：（图（二）凸轮传动机构：（图b） 用于用于5万万KW机组。机组。 油动机通过齿轮、齿条和凸轮带动调节阀。油动机通过齿轮、齿条和凸轮带动调

33、节阀。 （三）杠杆传动机构：（图（三）杠杆传动机构：（图c) 用于大型机组，用于大型机组，200MW、300Mw机组。机组。 三，配汽机构的静态特性三，配汽机构的静态特性 配汽机构的静态特性就是油动机活配汽机构的静态特性就是油动机活 塞位移（塞位移（ m ）和机组功率）和机组功率N之间的之间的 关系。关系。 N / m = N / m = 常数。常数。 汽轮机原理讲稿第04章30 一，调节系统的静态特性曲线一，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、中间放大机构和配汽汽轮机调节系统的静态特性曲线是由转速感受机构、中间放大机构和配汽 机构的静态特性曲线所组成，如图所

34、示。其中，将调速器、中间放大机构和机构的静态特性曲线所组成，如图所示。其中，将调速器、中间放大机构和 配汽机构的静态特性曲线分别画在直角坐标系的第二、三、四象限，将调节配汽机构的静态特性曲线分别画在直角坐标系的第二、三、四象限，将调节 系统的静态特性曲线画在直角坐标系的第一象限，组成四象限图。系统的静态特性曲线画在直角坐标系的第一象限，组成四象限图。 汽轮机原理讲稿第04章31 二，速度变动率 1，定义定义：在稳定工况下，汽轮机的功率由满负荷减到零负荷时，在稳定工况下，汽轮机的功率由满负荷减到零负荷时， 其转速其转速 的改变量的改变量 n与额定转速与额定转速n0之比的百分数称为速度变动率，之比

35、的百分数称为速度变动率， 用用 表示：表示： 单机运行的机组，由一台机组向用户供电，机组负荷等于用户单机运行的机组，由一台机组向用户供电，机组负荷等于用户 耗电量，这样，耗电量，这样， 当功率变化时，转速也要变化。当功率变化时，转速也要变化。 并列运行的机组，网内所有机组同时向电网送电，再由电网向并列运行的机组，网内所有机组同时向电网送电，再由电网向 用户供电用户供电。 %100*%100* 0 minmax 0 max n nn n n 汽轮机原理讲稿第04章32 并列运行的机组，网内频率相同，所有机组转速一样，机组总并列运行的机组，网内频率相同，所有机组转速一样，机组总 功率正好等于用户总

36、耗电量。当外界负荷变动而引起电网频率变化时，网内功率正好等于用户总耗电量。当外界负荷变动而引起电网频率变化时，网内 各机组调速系统同时动作，自动增减负荷，以维持电网的周波。这种由调速各机组调速系统同时动作，自动增减负荷，以维持电网的周波。这种由调速 系统随电网周波变化，自动控制机组负荷增减，以保证电网频率稳定的方式，系统随电网周波变化，自动控制机组负荷增减，以保证电网频率稳定的方式， 称为一次调频。如图所示。称为一次调频。如图所示。 汽轮机原理讲稿第04章33 ： 如图所示，两台机组并列运行，其速度变动率分别为如图所示，两台机组并列运行，其速度变动率分别为1 、2 ，额定功率，额定功率 分别为

37、分别为P1、P2。当电网频率变化时，二者转速变化值相同（。当电网频率变化时，二者转速变化值相同（ n）。这样：）。这样： 上式表明，并列运行的机组，在一次调频时，机组功率变化的相对值与上式表明，并列运行的机组，在一次调频时，机组功率变化的相对值与 其速度变动率成反比。即速度变动率其速度变动率成反比。即速度变动率 大的机组，功率变化小；速度变动大的机组，功率变化小；速度变动 率率 小的机组，功率变化大，进汽量和蒸汽参数变化大，各零部件受热应力过小的机组，功率变化大，进汽量和蒸汽参数变化大，各零部件受热应力过 大，汽轮机寿命减小。大，汽轮机寿命减小。 1 /. ).( . 2 . 1 0 0 2

38、2 2 0 1 1 1 0 2 2 02 max 022 max 2 1 1 01 max 011 max 1 n n PP P P n n P P n n PnP n nP n P n P n PnP n nP n P n P n 则有： ，：对于机 ；，：对于机 汽轮机原理讲稿第04章34 （1 1）对于承担基本负荷的机组，希望运行稳定，速度变动率）对于承担基本负荷的机组，希望运行稳定，速度变动率 应取应取 大一些，一般为大一些，一般为(46)%(46)%； （2 2）对于承担尖峰负荷的机组，希望增强对负荷的适应性，速度）对于承担尖峰负荷的机组，希望增强对负荷的适应性，速度 变动率变动率

39、应取小一些，一应取小一些，一 般为般为(34)%(34)%。 （3 3）为了保证机组在甩负荷时，其超速保护装置不动作，对速度）为了保证机组在甩负荷时，其超速保护装置不动作，对速度 变动率变动率 有一定的要求：有一定的要求： 从静态曲线上来看，机组功率由满负荷从静态曲线上来看，机组功率由满负荷 变为零负荷时，其转速将由额定转速变为零负荷时，其转速将由额定转速n n0 0上升为（上升为（1+1+ )n)n0 0；所以，；所以， 上限为上限为6%6%。 ：实际上，调速系统的静态特性曲线为一曲实际上，调速系统的静态特性曲线为一曲 线，在不同的功率下线，在不同的功率下 有不同的速度变动率，即局部速度变动

40、率有不同的速度变动率，即局部速度变动率 。这样，在电网频率。这样，在电网频率 变动时，各机组的功率变化取决于工作变动时，各机组的功率变化取决于工作 点的局部速度变动率点的局部速度变动率 ，而不是系统总速度变动率，而不是系统总速度变动率 。 汽轮机原理讲稿第04章35 ：如下图，当外界负荷下降而转速上升时，机组功率并不马上降低。如下图，当外界负荷下降而转速上升时，机组功率并不马上降低。 而是当转速上升到一定程度时，功率才开始下降。同样，而是当转速上升到一定程度时，功率才开始下降。同样， 当外界负荷上升机当外界负荷上升机 组转速下降时，机组功率并不马上增加，而是当组转速下降时，机组功率并不马上增加

41、，而是当 转速降低到一定时，功率才转速降低到一定时，功率才 开始上升。这就是说，机组在同一功率下有不同的转速，或者说在同开始上升。这就是说，机组在同一功率下有不同的转速，或者说在同 一转速下有不同的功率。这就是调速系统的迟缓现象。一转速下有不同的功率。这就是调速系统的迟缓现象。 汽轮机原理讲稿第04章36 2，产生迟缓的原因，产生迟缓的原因：调速系统的各部件存在着摩擦、铰练间隙、滑阀重叠调速系统的各部件存在着摩擦、铰练间隙、滑阀重叠 度。这样，各部件的静态特性曲线就不是一条线，而是一个带状区域。因此，度。这样，各部件的静态特性曲线就不是一条线，而是一个带状区域。因此， 当电网频率变化时，机组功

42、率并不马上变动而是有一段迟缓。通常用迟缓率当电网频率变化时，机组功率并不马上变动而是有一段迟缓。通常用迟缓率 （不灵敏度）来表示这种迟缓程度的大小。（不灵敏度）来表示这种迟缓程度的大小。 3，迟缓率迟缓率 ：同负荷条件下的最大转速变动（同负荷条件下的最大转速变动（n2 - n1）与额定转速）与额定转速 n0之比，即之比，即 4 4，机组最大负荷摆动，机组最大负荷摆动 P P 从图中的三角形相似就可以看出：从图中的三角形相似就可以看出： 由于迟缓的存在，机组可能发生的最大负荷摆动为由于迟缓的存在，机组可能发生的最大负荷摆动为 P。迟缓率。迟缓率越大，速度越大，速度 变动率变动率越小，功率晃动的幅

43、度越小，功率晃动的幅度P越大。越大。 %100* 0 12 n nn PP n n P P 0 0 汽轮机原理讲稿第04章37 5，迟缓率迟缓率 的大小的大小：调速系统的迟缓率为各部件迟缓率的累积。为了减小负调速系统的迟缓率为各部件迟缓率的累积。为了减小负 荷摆动，一般要求荷摆动，一般要求 不大于不大于0.5%，最好，最好 不大于不大于0.3%。要减小迟缓率，则应在。要减小迟缓率，则应在 各元件的设计、制造、安装和运行个方面予以减小。各元件的设计、制造、安装和运行个方面予以减小。 四，静态特性曲线的平移四，静态特性曲线的平移( (同步器同步器) ) （一）同步器的作用（一）同步器的作用 1，单

44、机运行的机组，当功率由，单机运行的机组，当功率由P1上上 升到升到P2时，转速（频率）将由时，转速（频率）将由n1降为降为n2， 这样，就不能满足供电质量的要求。这样，就不能满足供电质量的要求。 而同步器则可以平移调速系统的静态而同步器则可以平移调速系统的静态 特性曲线特性曲线（即用同步器改变机组的进汽即用同步器改变机组的进汽 量），使机组的转速不变（量），使机组的转速不变（ n1 ），如图），如图 所示。所示。 汽轮机原理讲稿第04章38 2，并列运行的机组，可以用同步器调整网内各机组的负荷，使之按给定负荷，并列运行的机组，可以用同步器调整网内各机组的负荷，使之按给定负荷 运行，并保持电网频

45、率基本不变。这种用同步器调频的方式称为运行，并保持电网频率基本不变。这种用同步器调频的方式称为“二次调二次调 频频”。如图有两台并列运行的机组。如图有两台并列运行的机组 ， 功率分别为功率分别为P1、P2 。可以用同步器增加。可以用同步器增加 P给给1 号机，而使二号机减少号机，而使二号机减少 P，而使总的功率不变，转速不变。，而使总的功率不变，转速不变。 汽轮机原理讲稿第04章39 二（1类同步器）平移调速器的静态特性曲线 如图如图a，调速器飞锤离心力与，调速器飞锤离心力与a、b弹簧的弹力相平衡。当转速不变时，可弹簧的弹力相平衡。当转速不变时，可 以改变以改变b弹簧的预紧力而改变调速器滑环的

46、位置弹簧的预紧力而改变调速器滑环的位置A，使调节阀开度改变。相，使调节阀开度改变。相 反，当转速增加或者减少时，可以用同步器使调速器滑环位置反，当转速增加或者减少时，可以用同步器使调速器滑环位置A不变。这就不变。这就 是说，同步器可以上下平移调速器的静态特性曲线（图是说，同步器可以上下平移调速器的静态特性曲线（图b）。）。 汽轮机原理讲稿第04章40 三（2类同步器）平移放大机构的静态特性曲线 如图是高速弹性调速汽调节系统。当转速如图是高速弹性调速汽调节系统。当转速n0一定时，随动滑阀位置一一定时，随动滑阀位置一 定。当用同步器通过杠杆改变调速器滑阀位置时，改变了油口定。当用同步器通过杠杆改变

47、调速器滑阀位置时，改变了油口an开度，使开度，使 控制油压控制油压 px 改变，油动机位置变化，即用同步器平移放大机构的静态特性改变，油动机位置变化，即用同步器平移放大机构的静态特性 曲线（图曲线（图b）。）。 汽轮机原理讲稿第04章41 思考题：思考题： 1、解释专业名词：调速系统的静态特性、速度变动率、迟缓率、一次调频、二调速系统的静态特性、速度变动率、迟缓率、一次调频、二 次调频、油动机时间常数。次调频、油动机时间常数。 2、叙说同步器的作用同步器的作用。 3、画出调速系统四象限图，并说明各部分的意义调速系统四象限图，并说明各部分的意义。 4、带不同负荷的机组对速度变动率有何要求？带不同

48、负荷的机组对速度变动率有何要求？ 汽轮机原理讲稿第04章42 调速系统动态特性 一，调速系统的动态过程一，调速系统的动态过程 1 1，静态特性与动态特性，静态特性与动态特性 * 静态特性，是指汽轮机稳定工况下的特性（静态特性，是指汽轮机稳定工况下的特性（n-P)，不涉及两，不涉及两 个稳定工况之间的过渡过程；个稳定工况之间的过渡过程； * 动态特性，是研究调速系统从一个稳定工况过渡到另一个稳定动态特性，是研究调速系统从一个稳定工况过渡到另一个稳定 工况的过渡过程。动态特性是指过渡过程中，机组的功率、转速、工况的过渡过程。动态特性是指过渡过程中，机组的功率、转速、 调节阀开度等参数随时间的变化规

49、律。调节阀开度等参数随时间的变化规律。 2 2，调速系统的动态过程曲线，调速系统的动态过程曲线 发电机突然甩全负荷的功率曲线，自时间发电机突然甩全负荷的功率曲线，自时间t0 后，后， 功率功率Pn 为零；为零； 汽轮机原理讲稿第04章43 a，无震荡单调过渡过程。，无震荡单调过渡过程。t0时突然甩负荷，时突然甩负荷，发电机负荷突降为发电机负荷突降为0。由由 于迟缓的存在，调节阀仍在进汽。因此，这时候进入的蒸汽全部用于于迟缓的存在，调节阀仍在进汽。因此，这时候进入的蒸汽全部用于 汽轮机升速，转速升高，调速系统开始动作，调节阀逐渐关小，转子汽轮机升速，转速升高，调速系统开始动作，调节阀逐渐关小，转

50、子 转速增加率减慢。当调节阀关到空负荷位置时，转速升高到新的位置转速增加率减慢。当调节阀关到空负荷位置时，转速升高到新的位置 n（空负荷转速）（空负荷转速）n = n0 (1+ ) ； 汽轮机原理讲稿第04章44 b，小幅震荡快速衰减过渡过程。当机组甩负荷时，小幅震荡快速衰减过渡过程。当机组甩负荷时，由于迟缓较大，动由于迟缓较大，动 作较慢，当转速升高到作较慢，当转速升高到n时，调节阀还未关小到空负荷位置，转速要超时，调节阀还未关小到空负荷位置，转速要超 过过n。当调节阀关到空负荷位置时，由于惯性的存在，转速上升到峰。当调节阀关到空负荷位置时，由于惯性的存在，转速上升到峰 值。其高出空负荷转速

51、的部分称为动态超调量（值。其高出空负荷转速的部分称为动态超调量（ n）。此时，调节阀要）。此时，调节阀要 继续关到空负荷以下位置时，转子才停止加速。当调节阀反方向开大到继续关到空负荷以下位置时，转子才停止加速。当调节阀反方向开大到 空负荷空负荷 位置时，转速才慢慢地停留在空负荷转速。位置时，转速才慢慢地停留在空负荷转速。 汽轮机原理讲稿第04章45 c，大幅震荡慢衰减过渡过程。由于惯性的存在，转速不会一下子停留在空，大幅震荡慢衰减过渡过程。由于惯性的存在，转速不会一下子停留在空 负荷转速负荷转速n，而会低于，而会低于n；调速系统要反复动作几次，最后衰减到平衡位置；调速系统要反复动作几次，最后衰

52、减到平衡位置 转速。转速。 以上三种情况，当机组甩负荷后，调速系统最后可以使转速过以上三种情况，当机组甩负荷后，调速系统最后可以使转速过 渡到空负荷转速渡到空负荷转速nn。这种系统是稳定系统。这种系统是稳定系统。 汽轮机原理讲稿第04章46 d，如果设计、检修、调试不好，则会产生图所示三种情况：，如果设计、检修、调试不好，则会产生图所示三种情况： * 曲线1，一直振荡，不会衰减，不会稳定。一直振荡，不会衰减，不会稳定。 * 曲线2，摆动越来越大，直到超过允许值。摆动越来越大，直到超过允许值。 * 曲线3，机组甩负荷后直到危急保安器动作转速。机组甩负荷后直到危急保安器动作转速。 这三种系统都是不

53、稳定系统，不稳定系统是不可以采用的这三种系统都是不稳定系统，不稳定系统是不可以采用的。 汽轮机原理讲稿第04章47 3 3，动态稳定指标，动态稳定指标 （1）稳定性：运行机组受到干扰后离开平衡位置，经调节系统作用后，）稳定性：运行机组受到干扰后离开平衡位置，经调节系统作用后， 能过渡到新的平衡状态；或者在扰动撤消后，能恢复到原来平衡位置，能过渡到新的平衡状态；或者在扰动撤消后，能恢复到原来平衡位置， 这样的系统就是稳定系统。如上述前三种情况。这样的系统就是稳定系统。如上述前三种情况。 （2）动态超调量：在过渡过程中，转速超过最后稳定值的最大转速偏差）动态超调量：在过渡过程中，转速超过最后稳定值

54、的最大转速偏差 量称为超调量，即量称为超调量，即 一般要求汽轮机甩负荷后的转速升高不超过危急保安器动作转速，而且一般要求汽轮机甩负荷后的转速升高不超过危急保安器动作转速，而且 有一定余量有一定余量 3%左右；危急保安器动作转速为左右；危急保安器动作转速为(1.101.12)no，因此，最，因此，最 高转速不超过高转速不超过(1.071.09)no。 所以，所以， n (0.020.04)n0 （3）过渡时间：机组经扰动之后，从原来的平衡状态过渡到新的平衡状）过渡时间：机组经扰动之后，从原来的平衡状态过渡到新的平衡状 态所需要的时间称态所需要的时间称 为过渡时间。为过渡时间。 过渡时间不能太长，

55、一般在过渡时间不能太长，一般在550秒。秒。 %)6.(.)1 ( 0max nnn 汽轮机原理讲稿第04章48 二，影响动态特性的主要因素 （一）调节对象对动态特性的影响：（一）调节对象对动态特性的影响： 1，转子飞升时间常数，转子飞升时间常数Ta-在额定功率时的蒸汽力矩在额定功率时的蒸汽力矩(Mto)作用下，作用下， 机组转速由机组转速由0上升到额定转速时所需要的时间，即上升到额定转速时所需要的时间，即 随着机组容量增加，蒸汽力矩随着机组容量增加，蒸汽力矩(Mt0)增加，则转子飞升时间常数增加，则转子飞升时间常数Ta降低。对降低。对 于中小型机组，于中小型机组，Ta = 1114 秒；高压

56、机组，秒；高压机组，Ta = 710 秒；中间再热机秒；中间再热机 组，组，Ta = 58 秒。机组越大，时间常数秒。机组越大，时间常数Ta越小，越容易超速。越小，越容易超速。 额定转速时的角速度。 额定蒸汽力矩； 转子转动惯量；其中， 0 , 0, 0 0, 0 . .)0( ot tt a M I M I M I T 汽轮机原理讲稿第04章49 2，中间容积时间常数，中间容积时间常数Tv-蒸汽在额定流量蒸汽在额定流量G0下，以多变过程充满下，以多变过程充满 中间容积并达到密度为中间容积并达到密度为 所需要的时间称为容积时间常数所需要的时间称为容积时间常数Tv，其值为，其值为： 其中，Do-

57、中间容积蒸汽参数为po、 时，整个容积的充汽量； V-中间容积； -蒸汽密度； G0-额定进汽量。 中间容积中间容积V越大，参数越高，则中间容积时间常数越大，参数越高，则中间容积时间常数Tv越大。越大。Tv越大，中间越大，中间 储汽越多，作功能力越强，使汽轮机转速额外飞升越大。对于中间再热机组储汽越多，作功能力越强，使汽轮机转速额外飞升越大。对于中间再热机组 来说，除了本体容积来说，除了本体容积 之外，还有再热器再热蒸汽管道，容积很大。因此必需之外，还有再热器再热蒸汽管道，容积很大。因此必需 有中压调节阀有中压调节阀。 0 0 0 0 G V G D Tv 0 0 0 汽轮机原理讲稿第04章5

58、0 1，速度变动率，速度变动率 的影响，如图的影响，如图b所示：所示： a，速度变动率，速度变动率 越大，单位转速变化对应的调节阀关闭量越小，甩负荷越大，单位转速变化对应的调节阀关闭量越小，甩负荷 后的机组转速飞升（后的机组转速飞升（ ）越高，所以，）越高，所以， 速度变动率速度变动率 不大于不大于6%； b，速度变动率，速度变动率 越小，油动机关闭速度越滞后于转子飞升速度，超调量越小，油动机关闭速度越滞后于转子飞升速度，超调量 （ n）越大，波动次数多，衰减慢，稳定性差。所以）越大，波动次数多，衰减慢，稳定性差。所以 要求速度变动率要求速度变动率 不小于不小于3%。一般为。一般为0.040.

59、05。 汽轮机原理讲稿第04章51 2，油动机时间常数，油动机时间常数Tm的影响的影响：图图a所示。所示。 a，油动机时间常数，油动机时间常数Tm越大，油动机关闭速度滞后于转速飞升越大，最大越大，油动机关闭速度滞后于转速飞升越大，最大 转速越高，过渡曲线摆动大，过渡时间长，甩全负荷增大了超调量，调节转速越高，过渡曲线摆动大，过渡时间长，甩全负荷增大了超调量，调节 品质差。品质差。 b，油动机时间常数，油动机时间常数Tm太小，则要增加主油泵的功率，引起调速系统摆太小，则要增加主油泵的功率，引起调速系统摆 动。动。 3，迟缓率的影响：迟缓率对动态特性的影响是不利的。迟缓率越大，调，迟缓率的影响：迟

60、缓率对动态特性的影响是不利的。迟缓率越大，调 节阀关闭迟缓，转速超调量大。节阀关闭迟缓，转速超调量大。 汽轮机原理讲稿第04章52 第五节第五节 中间再热机组的调节中间再热机组的调节 中间再热循环不仅可提高排汽干度，同时可提高机组的中间再热循环不仅可提高排汽干度，同时可提高机组的 热经济性。中间再热的采用，对汽轮机的动态特性有显著热经济性。中间再热的采用，对汽轮机的动态特性有显著 影响，也给调节系统带来新的问题。影响，也给调节系统带来新的问题。 汽轮机原理讲稿第04章53 1. 1.中间容积的影响中间容积的影响 中间再热汽轮机有再热器、再热管道这一巨大的中间中间再热汽轮机有再热器、再热管道这一