机械液压调速器的基本原理

机械液压调速器的基本原理

机械液压调速器的基本原理2同步发电机组的调速系统是电力系统频率和有功功率自动控制系统的基本控制级机组调速器是实现电力系统频率和有功功率自动控制的基础设备从电力工业诞生起到20世纪50年代，汽轮机和水轮机都是由机械液压调速器来调节转速的由于机械调速器失灵度大、调节稳定性差等缺点，已逐渐被电气液压调速器所取代但现在还有一定数量的机械液压调速器在运行，需要介绍一下机械调速器的基本工作原理离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器一机械液压调速器的基本结构测速机构放大执行机构转速给定装置调差机构一机械液压调速器的基本结构测速机构放大执行机构转速给定装置调差机构ABC是杠杆DEF是杠杆一机械液压调速器的基本结构（一）测速机构（二）放大执行机构（三）转速给定装置（四）调差机构一、机械液压调速器的基本结构（一）杠杆机构及其轴（二）点位置移动的原因（三）错油门与油动机工作原理（四）相对关系与动作次序分析7测速机构由汽轮机主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆组成当机组转速稳定不变时，离心飞摆重锤的离心力和弹簧的作用力相平衡，套筒A固定在某一确定的位置上离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（一）测速机构8当机组的转速升高时，通过齿轮传动机构带动离心飞摆转动加快，重锤的离心力增加，带动套筒A克服弹簧的阻力向上移动当机组转速下降时，套筒A将向下移动套筒A的位置表征机组转速的大小套筒A的位移表征机组转速的变化量离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（一）测速机构9放大执行机构由错油门和油动机组成在图中位置时，错油门的两个凸肩正好堵住了油动机上、下腔的油路，油动机活塞静止不动，汽轮机的调节汽阀保持一定的开度不变离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（二）放大执行机构10当E点带动错油门凸肩向上移动时，油动机活塞的上腔和下腔分别与压力油和排油接通在油压力的作用下，油动机活塞向下移动，关小调节汽阀的开度，减少进入汽轮机的蒸汽量当E点向下移动时，压力油进入油动机的下腔，开大调节汽阀的开度，增加汽轮机的进汽量离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（二）放大执行机构11放大执行机构的作用：将E点微小的机械位移放大成了调节汽阀开度的较大变化将引起E点位移的微小的作用力变成了强大的、能够操动调节汽阀开度变化的作用力离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（二）放大执行机构（三）转速给定装置12图中同步器就是转速给定装置同步器中的控制电动机由运行人员或自动装置控制，使其正转或反转，再通过机械机构推动D点向上或向下移动离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器13当转速给定装置推动D点向上移动时，由于机组转速和油动机活塞的位置尚未来得及变化，A，B，C，F各点都不会动这样D向上移动，就以F点为轴推动E点向下移动，引起如下调节过程：离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器转速给定装置的作用1）机组空载运行时调节机组转速(频率)14错油门凸肩向下移动→压力油进入油动机活塞下腔，油动机活塞向上移动→开大调节汽阀的开度→进入汽轮机的蒸汽量增加

→汽轮机输出的机械转矩增加→机组转速增加

→

A点向上移动

→C，F点向上移动

→E点向上移动B点运动？有何影响？

上移、不动、下移离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器1）机组空载运行时调节机组转速(频率)这是一个自动调节过程当调节到错油门的两个凸肩重新将油动机活塞上腔和下腔油路堵住时，调节汽阀的开度就不再变化了调节过程结束显然，调节过程结束时，发电机组的转速升高了15离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器1）机组空载运行时调节机组转速(频率)16空载运行时，开大调节汽阀开度增加机组转速只需克服由于机组转速增加而增加的摩擦阻力和风阻力。这相对于汽轮机额定功率是很小的机组空载运行时，调节汽阀开度只要有一个很小的增加(B点一个很小的上移)，就会使机组转速有一个很大的增加，(A点上移较大)离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器17ACBDFEACBDFEACBFED空载运行时，开大调节汽阀开度增加机组转速只需克服由于机组转速增加而增加的摩擦阻力和风阻力。这相对于汽轮机额定功率是很小的机组空载运行时，调节汽阀开度只要有一个很小的增加(B点一个很小的上移)，就会使机组转速有一个很大的增加，(A点上移较大)18通过转速给定装置使D点向上移动时，调节过程结束主要是靠A点向上移动实现的通过调节转速给定装置使机组的转速增加了同样，在机组空载运行中，通过转速给定装置推动D点向下移动时，调速器调节的结果会使机组转速下降离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器1）机组空载运行时调节机组转速(频率)19ACBDFEACBDFEACBFEDACBDFEACBDFEACBFED2）机组并联运行时调节机组的有功出力20机组并网运行时，转速给定装置推动D点向上移动时，调速器的动作和机组空载运行时是一样的，但调节结果不同机组并网运行时，由于机组容量相对于系统容量来说一般都比较小，机组输出的有功功率多或少，不会引起系统频率明显的变化离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器21即机组并网运行时机组有功功率变化并不会引起A点位置有明显变化由于A点基本不动，那么转速给定装置使D点上移推动E点下降后，E点重新上升到使错油门凸肩堵住油动机上、下腔油路的位置，主要是靠B点向上移动所带动离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器2）机组并联运行时调节机组的有功出力22ACBDFEACBDFEACBFEDACBDFEACBDFEACBFED23B点向上移动就标志着调节汽阀开度增加这就是说，机组并网运行时，转速给定装置只能调节机组有功出力，而对机组转速基本上没有调节作用离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器2）机组并联运行时调节机组的有功出力（四）调差机构24为了保证并联运行的机组能够在某一确定的有功功率运行并合理分配并联运行机组间的有功功率，要求发电机组调速系统有下图表示的静态特性ΔfΔPGfPG0f1①PG1f2②PG2fc发电机组调速系统的静态特性（四）调差机构25机组调速系统对发电机频率调节的结果，并没有保证发电机频率恒定不变，而是“有差”的因此，发电机调速系统的静态特性也称为调差特性调速器中形成调差特性的机构称为调差机构ΔfΔPGfPG0f1①PG1f2②PG2fc发电机组调速系统的静态特性调差机构由图中以C为“支点”的杠杆组成改变C点的位置，即改变AC和CB长度的比例关系，可以改变机组调速系统的调差特性26离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（四）调差机构1）调差特性的形成27假定机组稳定在图中①点运行(PG=PG1，f=f1)当机组负荷突然增加(如增加到PG2)，在调速器没有开始调节时，由于输入原动机的功率小于发电机输出的功率，机组转速(频率)会下降，引起如下调节过程：f下降→A点向下移动，由于调节刚开始，B点还没有动作ΔfΔPGfPG0f1①PG1f2②PG2fc发电机组调速系统的静态特性由于没有手动调节同步器，D不动作→C、F、E向下移动→错油门凸肩向下移动→压力油进入油动机活塞下腔→油动机活塞向上移动→B点向上移动，调节汽阀开度增加→进入汽轮机的蒸汽量增加→机组转速上升→A点上移28离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器1）调差特性的形成A点和B点向上移动会带动C、F、E向上移动当E点重新回到图中位置且错油门的凸肩重新将油动机活塞上腔和下腔的油路堵死时，调节汽阀开度和发电机的频率就不再变化了调节过程结束29离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器1）调差特性的形成30调节结束后，A点会稳定在何处呢?调节过程结束后发电机频率是否重新回到f1呢?因为调节结束时，E、F、C必须回到图中所示的位置，而B点上升了，A点就只有稳定在低于图中所示的位置了离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器1）调差特性的形成31ACBDFEACBACBDFEDFE调节结束后，A点会稳定在何处呢?调节过程结束后发电机频率是否重新回到f1呢?因为调节结束时，E、F、C必须回到图中所示的位置，而B点上升了，A点就只有稳定在低于图中所示的位置了机组负荷增加时，调速系统调节的结果是机组输出的有功功率增加，频率降低，如稳定在图中的②点运行(PG=PG2，f=f2)机组负荷减小时，调速系统调节的结果，PG减小，f

增加这样就形成了发电机调速系统的调差特性321）调差特性的形成ΔfΔPGfPG0f1①PG1f2②PG2fc发电机组调速系统的静态特性332）调差特性的数学描述机组的调差特性用调差系数表示：ΔfΔPGfPG0f1①PG1f2②PG2fc发电机组调速系统的静态特性发电机组的静态调节方程式：34二机组调速系统的失灵区及其影响（一）失灵区的形成实际运行中，由于存在机械摩擦、间隙和重叠，由机械液压调速器构成的机组调速系统的静态特性并不是一条平滑曲线，而是一条带状曲线PGf1f2f0∆PWPG0②①fe∆PW∆fW∆fW设机组稳定在上图的①点运行(PG=PG0，f=f1)当机组负荷增加时，转速会下降由于间隙和摩擦的影响，左图中A、C、F、E各点并不能随着机组转速的下降而立即向下移动35离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（一）失灵区的形成就算是E点向下移动了，由于错油门凸肩与其缸体上通向油动机油路的窗口之间存在重叠(这是凸肩可靠堵住油路窗口所必须的)油动机活塞和调节汽阀开度也不能随即随着E点的移动而变化36离心飞摆弹簧重锤ACBDFE控制电动机齿轮同步器排油排油压力油错油门上腔下腔油动机n齿轮汽轮机发电机蒸汽管路负荷调节气阀蒸汽调速器（一）失灵区的形成只有频率下降到f2，克服了摩擦力、走完了间隙和重叠之后，调节汽阀开度才开始随频率的下降而开大由于频率在f1和f2

之间变化时，调速器不进行调节，因此将

f1~f2之间叫做调速系统的失灵区，也称为转速死区37PGf1f2f0∆PWPG0②①fe∆PW∆fW∆fW（一）失灵区的形成失灵区用失灵度