水輪機(jī)調(diào)速器選型概論

1、水輪機(jī)調(diào)速器選型概論摘要 水輪機(jī)調(diào)速器是整個水利發(fā)電的過程的參與者 和執(zhí)行者 ,頻繁的控制和調(diào)節(jié)使其成為水利發(fā)電系統(tǒng)中故障 多發(fā)的設(shè)備之一。選對水輪機(jī)調(diào)速器對水利發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定 性和安全性等起到至關(guān)重要的作用。本文將首先根據(jù)水輪機(jī) 組的型式對水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行分類,并對機(jī)組的選型做系統(tǒng)的分析。關(guān)鍵詞 水輪機(jī)調(diào)速器 ;單機(jī)容量 ;頻率 ;水頭 ;油壓等級 ;操 作功 ;主配壓閥中圖分類號 TM622 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708(2010)30-0033-021 水輪機(jī)組的分類 水利發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)由水輪機(jī)組和發(fā)電機(jī)組構(gòu)成,是利用水的勢能轉(zhuǎn)化為電能的主要設(shè)備。 目前 ,絕大多數(shù)水輪機(jī)組

2、都 是用來帶動交流發(fā)電機(jī)組。水輪機(jī)組根據(jù)工作原理分為反擊 式和沖擊式兩大類。 目前 ,世界上單機(jī)容量最大的沖擊式機(jī)組 為挪威的悉？西馬電站，其單機(jī)容量為315mW,水頭885m,轉(zhuǎn)速 為300轉(zhuǎn)/min。反擊式機(jī)組則由水流沖擊的反作用力使轉(zhuǎn)輪 旋轉(zhuǎn)而工作的 ,目前世界上單機(jī)容量最大的反擊式機(jī)組為中 國的向家壩電站，其單機(jī)容量為800mW。沖擊式機(jī)組一般水 壓保持恒定 ,主要是動能的轉(zhuǎn)換。 反擊式機(jī)組水壓和動能均能 變化 ,主要是壓力能的轉(zhuǎn)化。 沖擊式機(jī)組根據(jù)水流方向又分為 切擊式 （水斗式 ）和斜擊式 （由瑞士工程師德里亞于 1956 年發(fā) 明,故又稱德里亞水輪機(jī) ） 兩大類 ,兩者射流的傾角

3、不同。反擊 式機(jī)組可分為混流式 （由美國工程師弗朗西斯于 1849 年發(fā)明 , 故又稱弗朗西斯水輪機(jī) ）、軸流式和貫流式。 斜擊式、 軸流式 和貫流式根據(jù)結(jié)構(gòu)有定槳和轉(zhuǎn)槳式 （由奧地利工程師卡普蘭 在 1920 年發(fā)明的 , 故又稱卡普蘭水輪機(jī) ）。常用水輪機(jī)組特點(diǎn)歸結(jié)如下 :水斗式 :適用于高山丘陵水量不大的高水頭地區(qū),水頭一般在 200m 以上 ;斜擊式 :高水頭小流量中小型機(jī)組 ,水頭一般在 40m120m 之間 ;混流式 :最常見機(jī)組 ,在水頭和負(fù)荷大時比軸流轉(zhuǎn)槳效率 低;軸流式：適用于平原河道上，水頭低于40m,定槳式槳葉固 定在轉(zhuǎn)輪體上 ,適用于水頭變化不大的水電站 ,轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)

4、 的槳葉在輪體上可以調(diào)節(jié) ,適用于水頭及負(fù)荷變化較大的水 電站;燈泡貫流式 ：適用于 3m20m 低水頭大流量地區(qū) ,發(fā)電機(jī) 裝在水密的燈泡體內(nèi) ,故稱燈泡貫流式 ,轉(zhuǎn)輪既可以設(shè)計(jì)成定 槳式 ,也可以設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)槳式。2 水輪機(jī)調(diào)速器的主要任務(wù)和組成部分2.1 水輪機(jī)調(diào)速器的主要任務(wù) 電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷的不斷變化 ,致使電網(wǎng)系統(tǒng)頻率會不斷變 化。水輪機(jī)調(diào)速器的主要任務(wù)是通過調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的輸 出功率 ,維持水輪機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)異步交流電機(jī)原理:轉(zhuǎn)速n=60f/P式中f-頻率、P-磁極對數(shù)。據(jù)此，轉(zhuǎn)速n與電源 頻率 f 成正比 , 調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速即是調(diào)節(jié)機(jī)組輸出頻率。2.2 水輪機(jī)調(diào)速器的組成部分 水

5、輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:電氣控制部分、機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 位移反饋檢測機(jī)構(gòu)、 液壓油源部分。電氣控制部分含有主邏輯控制器、顯示屏、測頻、電氣 綜合放大等主要元件。主邏輯控制器一般選取可編程邏輯控 制器 (Programmable Logic Controller-PLC) 、可編程計(jì)算機(jī)控 制器 (programmable computer controller-PCC) 、工業(yè)個人計(jì)算 機(jī)(Industrial Personal Computer-IPC)這 3 類。PCC 和 IPC 是 控制器和顯示屏的集合體 ,一般不用單獨(dú)配置顯示屏 ,PLC 一 般配觸摸式顯示屏。電氣綜合

6、放大和測頻元件一般為各廠家 自主研發(fā)生產(chǎn)。機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分含有電液轉(zhuǎn)換、液壓放大和液壓 保護(hù)等元件。電液轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的作用是將通過電氣綜合放大后 的輸出動作指令的電信號轉(zhuǎn)換為可控的液壓信號。液壓放大 元件解決壓力油源提供的額定壓力所產(chǎn)生的操作功不足的 問題。液壓保護(hù)元件要求能在完全斷電或緊急情況下能保護(hù)水輪機(jī)組的安全。位移反饋檢測機(jī)構(gòu)含有位置檢測器件及連接機(jī)構(gòu)。一般 分為旋轉(zhuǎn)電位器式、直線式、光編碼器式檢測裝置。液壓有源部分為整個機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供額定壓力 等級的油源。一般分為 2.5MPa、4.0MPa、 6.3MPa、16MPa 幾個標(biāo)準(zhǔn)壓力等級。3 水輪機(jī)調(diào)速器的命名和分類對于調(diào)速器執(zhí)

7、行部分的分類 ,目前我國還沒有統(tǒng)一的標(biāo) 準(zhǔn),一般都是各調(diào)速器廠家根據(jù)自身特點(diǎn)自行命名,總結(jié)有以下特點(diǎn)和方法。1）漢語拼音縮寫、操作功率組合GYT-1000 可理解為操作功為 1 000kW 水輪機(jī)組的高油 壓型調(diào)速器的縮寫。2）漢語拼音縮寫、操作功、油壓等級組合YT-1000-2.5 可理解為操作功為 1 000kW 水輪機(jī)組的 2.5MPa 油壓等級調(diào)速器。3）機(jī)組形式、編號組合GLT-K 可理解為貫流式調(diào)速器 K 型。4）漢語拼音縮寫、主配壓閥直徑組合BWT-80 可理解為步進(jìn)電機(jī)式微機(jī)調(diào)速器主配壓閥直徑 為 80mm 的調(diào)速器。4 水輪機(jī)調(diào)速器的選取法則法則一 :水輪機(jī)組特點(diǎn)決定調(diào)速器型

8、號水斗式 :由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ,在控制順序和流程上要求 比較嚴(yán)格 ,因此要求選取針對性較強(qiáng)的沖擊式專用調(diào)速器,一般型號為 CJ-2/2-4.0 等理解為沖擊式兩噴嘴兩折向器壓力等 級為 4.0MPa 的調(diào)速器。斜擊式 : 可根據(jù)操作功選取高油壓調(diào)速器 (GYT) 、常規(guī)油 壓調(diào)速器 (YT) 、全數(shù)字式 (SLT) 、步進(jìn)式 (BWT) 等可供選擇。混流式 : 目前常用步進(jìn)式調(diào)速器 (BWT) 、電動閥式調(diào)速器 (DFT) 等型號調(diào)速器選擇。軸流式 : 軸流式控制精度要求較高可選擇步進(jìn)式調(diào)速器 (BW(S)T) 、比例伺服調(diào)速器 (PW(S)T) 、電動閥調(diào)速器 (DKT) 等型號的調(diào)速器。

9、燈泡貫流式 :燈泡貫流式機(jī)組由于水頭低、 流量大的特點(diǎn) 對調(diào)速器的調(diào)節(jié)精度提出更高要求?？蛇x取專門針對此機(jī)組 設(shè)計(jì)的調(diào)速器或控制精度高的調(diào)速器如 GLT/PWST 等系列。法則二 :操作功決定調(diào)速器型號 調(diào)速器額定操作功與水輪發(fā)電機(jī)組功率匹配是選型的 關(guān)鍵,主配壓閥活塞直徑在 80mm 以上的稱為大型調(diào)速器 ;操 作功在 10 000N?m30 000N?m 之間的稱為中型調(diào)速器 ;操作 功在 10 000N?m 以下的稱為小型調(diào)速器 ,其中調(diào)速功在 3 000N?M 以下的又稱為特小型調(diào)速器。如GYT-7500型理解為高油壓(一般為16MPa)操作功為7500N?m 的機(jī)組參考文獻(xiàn)1 魏守平著 .現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù) M. 武漢:華中科技大 學(xué)出版社 ,2002.2 高杜生 ,張玲霞著 .可靠性理論與工程應(yīng)用M. 北京:國防工業(yè)出版社 ,2002.3 孫青,莊弈琪 ,王錫吉 ,等著.電子器件可靠性工程 M. 北