《汽轮机原理》

1《汽轮机原理》第七章汽轮机自动调节第一节汽轮机自动调节系统一，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？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。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：（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：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，上式可写成：（7—2）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：蒸汽主力矩和发电机反力矩随转速的变化如图7----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。)17.......(........................................0fetMMM0etMM4(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7—15二，运行对调速系统的要求1，调速系统应能保证：当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证机组能顺利地并网和解列；2，当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全地过度到另一稳定工况，而不发生较大的长期的负荷摆动；3，为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允许范围内；4，当机组突然甩电负荷时，调速系统应能保证机组转速最大升高值小于超速保护装置动作转速。6三，汽轮机调速系统的基本原理（一）简单的汽轮机自动调速系统（图7---2）1，主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。2，油路：Po------高压油，Pn-------排油。3，工作原理：当外界负荷N减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压油Po通过滑阀油口进入油动机上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，机组功率减小。同时，杠杆以A点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切断窗口，高压油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。*当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而动作方向相反。7图7---28（二）调速系统的静态特性曲线（图7--3）1，有差调节：从图7---2可知，杠杆C有不同位置，则A就有不同位置，而B点在任何一平衡状态其位置不变。这就是说，对应不同的功率，就有不同的转速。2，静态特性曲线：汽轮发电机组转速与功率的关系曲线称为调速系统的静态特性曲线。如图7---3所示。93，静态特性曲线的平移-------同步器同步器是调速系统的部件之一。操作同步器，可使汽轮机在同一转速下有不同的功率，或者是在同一功率下有不同的转速。4，速度变动率：当同步器位置不变，机组的功率从额定功率变为零功率时，其转速由上升到。转速的变化量与额定转速之比称为调速系统的速度变动率，用表示。(7----3)1n2n0n%100*)(012nnn10（三）调速系统的组成部分(1）转速感受元件：转速感受元件的作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而输送给下一调节环节。（2）传动放大机构：传动放大机构是接受、放大转速感受元件输送的信号，并输送给下一机构。（3）配汽机构：配汽机构是接受放大后的信号，调节汽轮机的进汽量，改变机组功率。另外，还有同步器等。四，国产汽轮机调速系统简介（一）机械液压调速系统（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，分配滑阀，同步器，油动机滑阀，油动机，反馈滑阀。112，油路：高压油Po，排油Pb，控制油Px。3，工作原理：a，在任意稳定工况下，转速n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。b，当外界负荷N减小，转速n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A开大，泄油量增加，控制油压Px下降，滑阀下移，打开a、b油口，Po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，机组功率减小。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C，Px进油量增加，油压Px增加，滑阀上移回中，切断a、b油口，高压油不流动，油动机在某一位置，使调速系统稳定在一新的平衡位置。c，当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而调节方向相反。1213（二）径向泵液压调速系统1，主要部件：径向泵（调速器）（径向泵兼作主油泵），压力变换器，滑阀，油动机，反馈油口，调节阀，同步器。2，油路：高压油Po，排油Pb，控制油Px。3，工作原理：a，当外界负荷N减小：b，当外界负荷N增加：14东方汽轮机厂汽轮机的调速系统1，主要部件：脉冲泵（调速器），压力变换器，滑阀，油动机，反馈滑阀，调节阀，同步器。2，油路：高压油Po，排油Pb，控制油压Px1,Px2。3，工作原理：a，当外界负荷N减小，a,当外界负荷N增加时图7—615（三）旋转阻尼液压调速系统（上汽）1，主要部件：主油泵，旋转阻尼（调速器），放大器，碟阀，继动器，滑阀，油动机，调节阀，同步器弹簧。2，油路：高压油Po，排油Pb，一次油压P1、二次油压P2、三次油压P3（继动油压）。3，工作原理：a，当外界负荷N减小，b,当外界负荷N增加：16改型后的旋转阻尼液压调速系统这里主要是放大器作了改变。改变前是，当转速升高时P1和P2都升高；而改变后是，当转速升高时P1升高而P2、P3都下降。图7—817五，汽轮机的供油系统1，供油系统的作用：润滑轴承，带走热量；给调速系统、保护系统供工作油。2，供油系统的主要部件及其作用：a，主油泵：机组正常工作时，向各部件供油；常用的主油泵有：离心式：效率高，压力---流量特性稳定，流量大。用于大机组。b，射油器：共两个，一个给主油泵供油，另一个给轴承供油；c，冷油器：利用冷油器冷却油，维持轴承油膜正常工作；d，油箱：储油，把水份和蒸汽、杂物去掉；e，交流电动高压油泵：启动时，代替主油泵；f，交流辅助油泵：开机前，打开油循环；停机时，向轴承供油；g，直流事故油泵：在厂用电全停时，向轴承供油（惰走21分钟）；h，排烟机：18图7—9200MW汽轮机的油系统19作业：1、叙述汽轮机液压调节系统主要组成部分及其功能。2、叙述汽轮机供油系统主要组成部分及其功能。3、简述p321图7—4所示液压调节系统的工作原理。20第二节调速系统的转速感受机构（调速器）调速器的作用就是将一个物理量（转速）转换为另一个物理量（位移、油压），并作为下一个调节环节的输入。一，机械式转速感受元件（高速弹性调速器）图7----10为高速弹性调速器示意图。1，结构：重块，弹簧片，弹簧，挡油板，限位器。图7----10212，优点：没有摩擦元件，灵敏度高，能全速调节。3，工作原理：调速器工作时，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1位移，会引起随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换任务。4，调速器的静态特性：机组转速n与调速器产生的信号（位移或油压）的关系。对于高速弹性调速器来说，就是机组转速n与调速器挡油板位移的关系（图7---11）。图7---1122二，液压式转速感受元件特点：结构简单，工作可靠，灵敏度高。液压式转速感受元件有两种：径向泵（或称脉冲泵、信号泵、赞孔泵），旋转阻尼。（一）径向泵1，结构：在轮体上赞有十个径向孔。图7----12为径向泵示意图，由径向泵、压力变换器、活塞、稳压网，节流孔等组成。2，工作原理：径向泵进出口油压分别接在压力变换器活塞上下油室，当转速变化引起油压变化时，使压力变换器活塞上下移动，开大（或关小）控制油压Px的泄油量，使控制油压Px发生变化。即把转速变化信号转换为油压变化信号。图7----12233，油压与转速的关系：当转速由上升为时，工作点有1升为2点（图7---13），油泵进出口油压差的变化率与转速的变化率关系为：(7—13）其中，A------阻力特性；、分别为转速为、时的油泵出口压力；-----为油泵进口压力。（7----6）式表明：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。1n2n1n2n21p22p1p121112122nnAnnAnPPP24（二）旋转阻尼（图7----14）1，结构：主油泵，旋转阻尼，节流阀（针形阀），阻尼管。2，工作原理：从主油泵来的压力油经针形阀节流后进入旋转阻尼外油室，再经阻尼管由外向内径流动并排出。油室中的油压P1是阻尼管中的油柱旋转离心力而产生的。当转速变化时，油柱的离心力也在发生变化，使泻油量变化，就使得一次油压P1变化。3，油压与转速的关系：旋转阻尼工作时，油柱的离心力与油压力相平衡，油压与转速的平方成正比，油压变化的相对值与转速变化的相对值成正比。图7----1425（三）液压调速器的静态特性（P---n、x----n的关系）当转速变化时，使压力变换器活塞移动（图7---12），根据力平衡，有：式中，x--------压力变换器活塞位移；k--------弹簧刚度；A------油压有效作用面积；-------油压的变化量，可近似认为。所以（7---9）上式为压力变换器活塞位移与转速变化的关系曲线--------液压调速器静态特性曲线。液压调速器的优点：P330：结构简单，工作可靠，灵敏度高。)87....(....................1PAkxPAxknAbnkx)2(01p1ppnbnp226第三节调速系统的传动放大机构调速器位移产生的作用力是很小的，不足以开启、关闭调节阀门。因此，必需设置中间放大机构，将调速器位移（油压）信号加以放大、传递和转换。液压式传动放大机构有两类：即断流式滑阀油动机机构和节流式滑阀油动机机构。前者可作为中间放大和执行机构；后者一般只作中间放大机构。一，断流式滑阀油动机机构(图7----15)断流式滑阀油动机机构一般用于最后一级放大，带动调节阀。1，结构：断流式滑阀（错油门），双侧进油往复式油动机。图7----15272，工作原理：•控制油压为“二进一出”，即油高压油经B、C油口进入控制油路，从A油口排出。在稳定工况下，滑阀上下油压平衡，滑阀居中，凸肩正好堵住a、b油口，油动机活塞不动。控制油压来自B、C油口，从A油口排出，为稳定值。•当调速器滑阀5右移，A油口开大，控制油压下降，滑阀平衡破坏，滑阀下移，打开a、b油口，高压油进入油动机6的上油室，下油室与排油相通，油动机活塞下移，关小调节阀。在油动机活塞下移的同时，由于斜杆