调速系统组成

1、调速系统的发展调速系统的发展调速系统的构成1。感应机构2。传动放大机构。3。配汽机构4。反馈机构感应机构转速感应机构： 机械式调速器： 高速弹性调速器 低速离心重锤调速器 液压式调速器 径向钻泵 旋转阻尼器压力感应机构（调压器）： 薄膜钢带式调压器 波纹筒式调压器 蝶阀式调压器作用和分类：作用：感受汽轮机转速的变化，并把转速变化转换成相应的物理量输出，以供后面传动放大之用。转换成的物理量不同，转速感受机构的型式也不同：aa机械位移机械位移机械式机械式 根据转速变化，离心力根据转速变化，离心力 发生变化原理工作发生变化原理工作 油压变化油压变化液压式液压式 电压变化电压变化电气式电气式电脉冲变化

2、电脉冲变化电气式电气式 一、机械式转速感受元件一、机械式转速感受元件 高速弹簧调速器高速弹簧调速器1、结构组成与工作原理（1）结构简图（2）工作原理在额定转速下，重锤的离心力与弹簧的拉力相平衡，弹簧板处于一个稳定的形状，前端的挡油板处于设计位置Z0。当转速升高时，重锤离心力增加，克服弹簧的约束力向外移，使调速块右移了 距离， 的大小正比于转速的变化，是调速器的输出信号， 与转速n间的关系是静态特性。重锤弹簧板调速块挡油板高速弹性调速器调速器的静态特性（1）定义 在各个稳定状态下转速与输出的物理量，如滑环的行程，挡油板的位置之间的关系。 对于机械离心式调速器，其静态特性主要取决于重锤的离心力和弹

3、簧的约束力之间的平衡关系。 （2）调速器的静态特性曲线 w为纵坐标，Z为横坐标，通过做试验 可直接求出曲线 。二、液压式二、液压式 液压式调速器把转速的变化转化成油压的变化进行输出。 目前我国机组常用有两种： 1、径向钻孔式脉冲泵 2、旋转阻尼器 径向钻孔式脉冲泵（2）工作原理 根据离心泵的工作原理，在油泵出口阻力不变时，泵轮的进出口油压差和油泵转速的平方成正比，其出口油压为 油泵出口油压的变化值为结论： 可认为油泵出口油压的变化 近似和油泵转速变化 成正比，可用油泵出口油压变化来反映转速变化。 油压的变化比例比转速的变化比例扩大一倍，转速相对升高10，油压要相对升高20。221020100(

4、)()nppppn220201002()npppppn pn（3）优缺点 优点：结构简单，工作可靠 特点是特性曲线平坦， 随流量的增加略有下降。在工作油量的变化范围内， 只是转速的函数，与用油量无关，调节信号的准确性高。 缺点：油压有时发生低频周期性波动，引起调速系统的晃动，可通过在出口加装稳流网来稳定油泵的出口压力。旋转阻尼器工作原理来自主油泵的压力油经针形阀节流后进入阻尼管外的油室A，经阻尼管排出。当阻尼器同主轴一起旋转时，产生一个离心力，与转速平方成正比，当A室油压与单位面积油柱离心力相等时，有 油压 可以反映转速n的变化当转速在额定转速附近变化时，n与 近似成直线211pFKn1p液压

5、调速器的优缺点 优点：结构简单，工作可靠，灵敏度高 缺点：出口油压在转速不变条件下会出现波动。因为液压调速器是根据输出油压的变化来反映转速变化，如由于其他原因引起的油压波动易引起调速系统误操作。 电气式电气式 电磁式转速感受器：将转速信号转变为电脉冲频率信号，是电液调节系统的转速感受器。 磁阻式转速感受器 传动放大机构传动放大机构的作用和分类调速器发出的转速变化信号很小，不可能直接操纵配汽机构，中间要经过多级信号放大和转移，一般采用电子或液压元件，多采用液压式。主要包括：滑阀（错油门）、油动机、反馈机构。 错油门（滑阀） 作用：控制油动机的进油方向和油量大小。 分类： 断流式：滑阀的凸肩切断通

6、往油动机油口， 只有在变动过程中才开启。 节流式：油口有一定的开度， 工况不同，对应的油口开度不同。 油动机作用：放大功率以操纵调速汽阀，改变形式后作为中间放大环节。 分类：1、往复式： 断流式滑阀控制：双侧进油、单侧进油 节流式滑阀控制：单侧进油、随动滑阀2、旋转式 l双侧进油油动机双侧进油油动机 单侧进油油动机单侧进油油动机油动机的技术指标：油动机的技术指标：l提升力：用于衡量油动机提升力大小。提升力：用于衡量油动机提升力大小。l油动机时间常数：用于衡量油动机动作的快慢，开关要求迅速，特别是油动机时间常数：用于衡量油动机动作的快慢，开关要求迅速，特别是关阀。关阀。 （600MW600MW机

7、组高压主汽阀关阀时间机组高压主汽阀关阀时间0.42s0.42s）断流式滑阀断流式滑阀双侧进油油动机双侧进油油动机优缺点优点：提升力大，时间常数小。缺点： 为减小时间常数要增大进油量，即增大油泵出力，如按最大进油量设计油泵，容量较大，大容量油泵在小流量下运行，经济性要降低。 双侧进油油动机的开关靠油压，如发生油泵故障或者油管破裂，调速汽门不能自动关阀停机。 （1）结构 油动机下部充满控制油 ，上部为弹簧力。 增大，油动机活塞上移， 减小，油动机活塞在弹簧力作用下下移。 （2）工作原理外界需求功率增大汽机转速下降滑阀下移压力油进入油动机下部活塞上移汽门开大汽轮机功率增大反之，滑阀上移油动机下侧与排

8、油管相通活塞在弹簧力作用下下移汽门关小汽轮机功率减小 优缺点 优点：关闭汽阀靠弹簧力，即使油管破裂，依靠弹簧力能关闭阀门，防止事故扩大；汽机汽门开启时可慢一点，关闭时要快，单侧进油油动机加负荷靠油压，减负荷时靠弹簧，不需要油泵供油，所以主油泵耗油少。 缺点： 开启阀门的有效提升力等于油压向上作用力与弹簧向下作用力之差，提升力的大小与油动机的位置有关 。为保证汽门有较大的关闭速度，要求弹簧力很大单侧进油油动机尺寸要比双侧进油油动机大 。油动机关闭时间常数大自定位能力差：容易受到油压波动的干扰 。断流式滑阀 断流，就是滑阀处于居中位置，靠凸肩切断通往油动机的进出口油口, 要断流，凸肩高度应大于油口

9、高度，1、2、3、4 为“盖度” 。 当滑阀向上移动距离超过1（3）进油，超过4（2）泄油。 1(3)进油盖度; 2(4)出油盖度; 4（2）油口A关小 增大油动机活塞上移z调节汽阀上升 汽机功率增大 带压力变换器的中间放大机构 应用于北重径向钻孔泵系统，是节流式滑阀与断流式滑阀的组合应用1、结构（1）径向钻孔泵（2）压力变换器节流滑阀，靠凸肩控制油口开度 转速n增大脉冲泵油压p1增大滑阀上移油口 减小px增大 节流式滑阀p1nana脉冲泵一次油压转换成控制油压脉冲泵一次油压转换成控制油压px的变化的变化（3）单侧进油油动机 作用力的平衡（弹簧力，油压px作用力） px增大活塞上移，把油压变化

10、转换成活塞位移。 图中（1）（3）组成了节流式滑阀与单侧进油油动机结构，作为系统的一级放大 。（4）断流式滑阀（5）双侧进油油动机 以上是第二级放大，功率放大（6）反馈油口（7）控制油路碟阀放大器 应用于上海汽轮机生产的调速系统，碟阀放大器与旋转阻尼配套使用。 （P356图6.2.15(a)） 1、结构 碟阀放大器由一端铰链支承的平衡杠杆，主同步器弹簧，辅同步器弹簧，一次油压波纹管，二次油压碟阀组成。pbb波纹管一次油压pp2、工作原理平衡杠杆受到四个力： 两个弹簧作用力; 一次油压通入波纹管(面积b)向上作用力; 二次油压靠碟阀建立，高压油由节流针阀流入碟阀，由间隙溢出。间隙s大，泄油量增加

11、，二次油压p2降低，通过碟阀面积向上的作用力减小。电液调节油动机电液调节油动机是数字电液控制系统的执行机构，将电子控制器产生的调节汽门开度电信号转变为油动机活塞的行程，由电液转换器（电液伺服器）、油动机、快速卸载阀、线性位移差动变送器等组成。传动放大机构的静态特性静态特性是指在各个稳定工况下，传动放大机构的输入量p2（油压）或x（位移）与输出量：油动机活塞位移m之间的关系。机械反馈 液压反馈常数ddckApm332常数mnbbzm配汽机构调节汽门及带动调节汽门的传动机构调节汽门及带动调节汽门的传动机构 一、调节汽门 作用：在油动机控制下，通过改变阀门开启个数及开度，改变进入汽机的蒸汽量（或焓降

12、）。结构设计要合理阀门开启过程中流量特性要满足运行要求，阀门的提升力要小，平稳变化。阀门结构的改进对于高压机组，为减小提升力，采用预启汽门结构，一个大阀芯中间套一个小的阀芯，称为预启阀。a、当阀门关闭，大阀压在阀座上，小阀压在大阀上，大阀中压力 b、刚开启时，先提升小阀，此时阀前后压差最大，由于小阀受力面积小，提升力不大。c、小阀提升后，蒸汽流量，阀后压力不断， ，蒸汽从小孔流过， 。d、当小阀升到B位置，与隔板相碰，再提升大阀，此时前后压差不大，提升力较小。 20p 21pp21pp带动调节汽门的传动机构作用：传递油动机的作用力，按规定程序开启调速汽门。型式一般有三种：1、提板传动：开启次序

13、靠预留间隙，间隙越小先开启；关闭时，靠阀芯的自重与蒸汽作用力。优点：传动简单 缺点：阀芯在同一块提板上，一般用于调节级 上半周进汽。凸轮传动凸轮的角度及型线不同，阀门开启的先后、程序不同。汽门的关闭，靠上部弹簧作用。 超高压机组中，常用几只油动机通过杠超高压机组中，常用几只油动机通过杠杆开启调节汽门，开启顺序由杠杆上椭杆开启调节汽门，开启顺序由杠杆上椭圆孔与汽门杆上销子的间隙决定。圆孔与汽门杆上销子的间隙决定。反馈机构反馈机构反馈机构是调节系统的重要组成部分，讨论机械反馈和液压反馈机构。 1、机械反馈旋转阻尼调速系统采用杠杆弹簧机械反馈从旋转阻尼来的一次油压p1经蝶阀放大器放大后成为二次油压p

14、2，作用于继动器的活塞上。在稳定工况下，断流式滑阀处居中位置，作用在继动器上的压力p2与弹簧的作用力相平衡。（2）工作原理n增大p1增大p2减小继动器活塞上移碟阀间隙增大p3减小滑阀上移压力油进入油动机上部油动机下移关小汽门汽机功率减小关小汽门杠杆下移继动器活塞下移p3增大滑阀下移。调节终了，滑阀居中，继动器的位置也不变，p3不变，反馈是通过杠杆、弹簧来实现的。p2对继动器作用力的变化弹簧作用力变化根据比例关系 二次油压的改变和油动机位移之间的关系，即为整个传动放大机构的特性，通过改变弹簧的刚度或反馈杠杆比例，可以改变传递特性。 3323zkpAdcdmz3mdcdAkp332液压反馈机构即油

15、口反馈，通过改变反馈油口的开度，来使整个调节系统达到稳定工作。高速弹性调速器（P363图6.2.25）和脉冲泵的调节系统（P353图6.2.12）是液压反馈机构。两者的区别在于前者改变进油窗口面积，而后者改变的是排油口面积，结果都是使控制油压px恢复到原稳定值。控制油压px不变，排油面积不变。an+am=常数 anam0即 当转速升高脉冲油压增大压力变换器滑阀上移an关小px增大油动机上移am反馈油口增大负荷变小 改变油口宽度bn、bm可以改变传动放大特性。mnbbZm中间再热式汽轮机的调节 一、中间再热机组出现的问题 1、功率滞后 （1）外界负荷增大中间再热机组存在功率滞后现象；（2）高压缸

16、功率PH能突然增大，中低压缸功率PIPL随中间再热容积压力Pv的提高，流量增大而增加。2、中间再热容积影响甩负荷后的转速飞升 如果没有中压调节汽门，当汽机甩负荷后，即使立即关闭高压主汽门，调速汽门，中间再热容积中的蒸汽继续到中低压缸膨胀作功，使汽轮机严重超速，超速量可达4050，超过强度所允许的极限。3、机炉相互配合问题 （1）锅炉稳燃最小负荷为额定蒸发量的3050，汽机的空载流量为额定流量的58。汽机在空载或低负荷时，必须处理锅炉的多余蒸汽。 （2）中间再热器需要通过蒸汽来冷却管道，以防止烧坏。20万千瓦机组冷却需要的蒸汽流量约为额定值的14。必须考虑在启动过程中对中间再热器的保护问题。二、

17、中间再热机组调速系统特点 1、高压调节汽门采用动态过开解决功率滞后 增设动态校正器使高压缸调速汽门动态过开，利用高压缸增发的功率弥补中低压缸的功率滞后，以后随着中低压缸功率的增加，高压调速汽门逐渐关小，达到稳定时所需的数值。功率滞后示意图 2、设置中压缸主汽门和调速汽门防止甩负荷时动态飞升中压缸前设中压主汽门和中压调速汽门，分别受保安系统、调速器控制。汽机甩负荷出现转速飞升时，调速系统同时关闭高中压调速汽门，切断新蒸汽和再热蒸汽，避免大量再热蒸汽进入中低压缸引起严重超速。调速系统如果失灵，转速超过危急保安器的动作转速时，危急遮断器将动作，关闭高中压主汽门。 中压调节汽门起节流作用，为减少损失，

18、汽轮机在30负荷以上运行时，中压调速汽门全开。30负荷以下时，中压调速汽门关小，并且将和高压调速汽门同时关死。 3、设置旁路系统解决机炉组合 （1） 旁路种类小旁路：部分主蒸汽不经高压缸而经减温减压器直达再热器（I级小旁路），冷却再热器后，部分蒸汽不经中低压缸，经减温减压器进入冷凝器，目的是保证锅炉和再热器的安全运行（II级小旁路） 。大旁路：汽机负荷低于锅炉稳燃最低负荷时，多余蒸汽经减温减压器进入冷凝器，以收回工质。 （2）旁路系统型式及容量根据机炉特性及运行要求确定。 哈汽20万机组的旁路： 汽机空载流量5 14% 中间再热器最小冷却量 高压小旁路取9 50维持锅炉稳燃 大旁路 36 北重

19、调速系统适当放大小旁路，不设大旁路（3）旁路的操作有自动、手动，自动的投入信号来自高、中压缸调节汽门，阀门关小到一定程度就自动打开旁路。调速系统特性 一、一、 静态特性、特性曲线静态特性、特性曲线1、定义：调速系统作用时，汽轮机在各个不同的稳定工况下，转速与负荷之间的对应关系，用曲线表示称静态特性曲线。回顾四方图：第二象限表示转速感受机构特性，为转速n与滑环位移 的关系，n增大， 增大。第三象限表示传动放大机构特性，为滑环位移与油动机活塞行程 之间的关系， 增大， 减小。第四象限表示配汽机构特性，为油动机活塞行程 与功率P的关系， 减小，P减小。二、速度变动率 1、定义：在不考虑同步器作用的前

20、提下，当外界负荷发生变化，即使调速系统动作，稳定工况下的转速要发生微小变化。功率P则转速n。 速度变动率定义 maxmin0nnnmaxmin02nnn电网中机组分类： 带尖峰负荷机组：承担电网负荷的波动，积极参与一次调频，启停及负荷适应性好。特点：设计工况效率不一定高，但效率曲线较平坦，负荷变动时转速变化不大。速度变化率取小一点，一般为34。带基本负荷机组：稳定电网负荷频率。特点：功率大，在设计工况下效率高，在电网频率波动时，负荷变化不大，速度变动率应该大些，一般为46 。 2、 对运行的影响（1）决定了并列运行机组间的负荷分配 两台并列运行的汽轮发电机组I、II额定转速运行时，二台机组转速

21、n0，对应功率为P1,P2。总功率PP1P2。当外界负荷增加P，调速系统动作以满足负荷变化，引起电网频率下降，汽轮机转速降低n 。 机组功率增加P1 ， 机组功率增加P2调速系统自行动作，通过转速的微小变化来改变机组负荷，以适应外界需要，从而维持电网频率尽可能稳定的能力称一次调频。 并行机组负荷自动变化的特点:图中：abc与ABC相似 同理特点：每台机组承担的功率变化与机组额定功率成正比；每台机组承担的功率变化与机组速度变动率成反比；这些特点适用于并列运行电网中的所有机组。1101Hpnpn2202Hpnpnminmax11nnPnPH（2）决定了甩负荷时的动态超速；（3）决定了机组运行时工况

22、的稳定性；不能太小，否则转速波动会产生很大的负荷波动，使动态特性稳定性下降，一般 3（下限）。也不能太大， 否则使机组参与电网一次调频能力下降，另一方面使调节系统甩负荷后的稳定转速过高，有可能使甩负荷后最高飞升转速超过危急保安器的动作转速，不利于机组安全和甩负荷后重新并网带负荷， 6（上限）。局部速度变动率 转速感受及中间放大传递特性存在着非线性，特别是配汽机构，调节汽门的开度与流量有严重的非线性，所以静态特性曲线各处的速度变动率不相同。局部速度变动率静态特性曲线的形状：空负荷附近，要求速度变化率大些。满负荷附近，速度变动率大些。总的分布是速度变动率两端大，中间小且无拐点平滑变化。0100%H

23、pdndp n 三、迟缓率1、产生原因 分为摩擦、间隙、滑阀重叠度三方面1) 摩擦： 零件采用铰接或滑动联接，运动时存在摩擦力。以离心式调速器为例，转速变化时，重锤产生的离心力变化首先要克服滑环移动的静摩擦力，只有克服摩擦后，滑环的位置才随转速的变化而变化。2) 间隙 凡是有铰接的地方，为了自由转动，都有间隙存在，只有杠杆的转动量大于间隙时，才能带动滑阀。3）滑阀重叠度：为了保证断流式滑阀的断流，滑阀的凸肩高度大于油口的高度。只有滑阀移动的距离超过重叠度后，油动机才开始动作。2、迟缓率定义：在同一功率下，转速偏差nn1n2与额定转速n0之比 0nn3、对运行的影响： 迟缓现象的存在，使静态特性

24、曲线中转速与功率无一一对应关系。单机供电时，负荷由外界负载决定，假定P不变，转速会发生波动 ，即频率发生波动而无法控制。并列运行时，转速由电网频率决定，功率发生波动P，无法控制。结论：运行上，运行上，越小越好，但要求过高给结构和工艺带来困难，制造成本提高。越小越好，但要求过高给结构和工艺带来困难，制造成本提高。由于机械液压调节系统的机械传动和液压放大环节多，由于机械液压调节系统的机械传动和液压放大环节多，较大，一般较大，一般0.30.30.6%0.6%，电液调节系统，电液调节系统0.20.2。 ii）与关系 功率晃动的幅度 由于迟缓现象存在而造成的负荷波动与成正比，与成反比；为满足一定的P，越

25、小，也越小，由于难以避免，不能太小 。额定负荷 0PP4、迟缓现象在四方图上的表示（i）如无迟缓现象，）如无迟缓现象，nz mP有对应关系；有对应关系；（ii）开始汽轮发电机组稳定在）开始汽轮发电机组稳定在1点运行，转速点运行，转速为为n1，z1， m1，P1；（iii）如外界负荷降低，转速升高，由于迟缓）如外界负荷降低，转速升高，由于迟缓存在转速刚上升时，存在转速刚上升时，z0， m，P不变。当不变。当转速达到转速达到n2时，离心力克服迟缓后，滑块位时，离心力克服迟缓后，滑块位移移z随随n的升高而升高，此时的升高而升高，此时 m2P2不变。第不变。第二象限内，静态特性线为两根，在这范围内，二

26、象限内，静态特性线为两根，在这范围内，转速的变化不引起转速的变化不引起z变化，称调速器的不灵变化，称调速器的不灵敏区；敏区；（iv）由于传动放大机构的迟缓，当转速升到n3，滑块的位移z3克服了摩擦间隙及滑阀的重叠度，随着z的增大，油动机开始关小，m。第三象限区，同样存在传动放大机构的不灵敏区；（v）当转速从3点上升，z，m，由于配汽机构的迟缓，阀门开度不变，P不变。当转速升到n4，克服配汽机构的迟缓后，汽门的开度随着油动机的关小而减小。第四象限区存在配汽机构的不灵敏区。（vi）综上所述，当转速变化后，汽机功率要迟缓一段时间作相应的变化。第一象限二根特性曲线之间称为整个调速系统的不灵敏区。四、同

27、步器1、功能与作用（1）功能：使调节系统的静态特性曲线，按照运行需要进行平移。（2）具体作用讨论:（i）汽轮机单机运行时，同步器可以在满足功率要求的同时满足转速要求，即保证机组在任何稳态负荷下转速维持在额定值。（ii）并列运行时，通过同步器可改变各台机组的功率使电网总功率符合外界需要，同时维持电网频率在额定范围之内，这种利用同步器调整并列运行的机组负荷，以维持电网频率稳定的方式称为二次调频。（iii）并网前机组功率为零，通过同步器移动特性线，相当于改变汽轮机组的转速，当转速与外界电网频率同步时，可以合闸并网，这是同步器名称的来历。2、同步器类型 静态特性曲线的平移一般通过移动调速器的特性线（第

28、一类同步器）或传动放大机构的特性线（第二类同步器）实现，以第二类为主。通过旋转同步器手轮，使弹簧紧力改变，从而使调速器的静态特性线平移。3、同步器工作范围1）额定初终参数、转速下能带满负荷，即特性线能移到AA位置，同时能减负荷到零，即特性线能移到BB位置，这时同步器的工作范围相当于速度变动率 。特性线向上移实质是通过同步器开大调速汽门，下移则关小调速汽门。但是蒸汽的初终参数及汽轮机转速按照规程允许有一个合格的波动范围。为了使波动时仍能维持汽轮机在零负荷与额定负荷间正常运行，同步器的工作范围需继续扩大。 0n（2）同步器的下限：（i）当电网频率下降到允许的下限（49.5Hz）时，汽轮机要维持零负荷运行，特性线移至CC。（ii）当蒸汽参数在允许范围内升高或背压参数在允许范围内降低时，汽轮机能维持空负荷运行。 由于蒸汽初参数上升，背压下降，每公斤蒸汽在汽轮机中的焓降上升，为了维持汽轮机零负荷运行所需的蒸汽量下降，因此调速汽门要通过同步器进一步关小，特性线下移到DD，一般下限行程设为在额定转速下35处。（3）同步器的上限：（i）当电网频率上升到允许的上限时（50.5Hz），汽轮机要维持满负荷运行，特性曲线移到EE。（ii）当蒸汽参数在允许范围内降低或当蒸汽背压在允许范围内升高时，汽轮机仍能带满负荷运行。 由于蒸汽初参数