汽輪機本體檢修第五講

汽輪機本體檢修課件第五講第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日對于一對磁極的發(fā)電機，其發(fā)電頻率f為f=n/60(HZ)此式表明交流電頻率f與機組轉(zhuǎn)速n成正比變化。在額定轉(zhuǎn)速n0=3000r／min下運行時，供電頻率f=50Hz。供電頻率過高或過低不僅影響用戶的生產(chǎn)，而且也影響電廠本身生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟性。目前我國供電頻率要求為50±0．5Hz。對于額定轉(zhuǎn)速n。=3000r

／min的機組，轉(zhuǎn)速的允許變化范圍是3000±30r／min，顯然運行時機組轉(zhuǎn)速不允許有過大的變化，因此在汽輪機上均設(shè)有自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)的任務(wù)當外界負荷變化時，能及時地調(diào)節(jié)機組的功率，以滿足用戶負荷變化的需要；同時保證機組的工作轉(zhuǎn)速在正常允許范圍之內(nèi)，從而使供電頻率維持在額定值左右。滿足供電數(shù)量保證供電質(zhì)量第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日機組在運行中，其轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時受到兩個力矩的作用蒸汽力矩電磁力矩蒸汽力矩MT是蒸汽在汽輪機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的，它的大小主要與蒸汽流量有關(guān)(蒸汽參數(shù)為定值)，而方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同電磁力矩ML是發(fā)電機轉(zhuǎn)子在磁場中旋轉(zhuǎn)時受到的阻力矩，其大小與發(fā)電機輸出功率多少有關(guān)，而方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。若將機組的轉(zhuǎn)子當作剛體，則轉(zhuǎn)子的運動方程為MT—ML=Idω/dt

I—機組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；dω/dt

—

轉(zhuǎn)子的角加速度第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日當功率平衡時MT—ML=0，I≠0，則dω/dt=0，因ω=常數(shù)，所以n=30ω/π=常數(shù)，此時機組作等速圓周運動，轉(zhuǎn)速是穩(wěn)定的，稱為穩(wěn)定工況，又稱平衡狀態(tài)。當ML突然增加MT保持不變，則MT-ML＜0，即dω/dt＜0，n將降低，電頻率隨之降低。當ML突然減小MT保持不變，則MT-ML＞0，即dω/dt＞0，n將升高，電頻率隨之增加。第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計的基本原理它感受功率不平衡而引起的轉(zhuǎn)速的變化，通過傳動裝置，來控制進汽閥的開度，改變汽輪機的進汽量，重新建立平衡，恢復(fù)穩(wěn)定工況，并使轉(zhuǎn)速保持在規(guī)定范圍內(nèi)，以穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。這種根據(jù)機組轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)又稱調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求當蒸汽參數(shù)和電網(wǎng)頻率在允許范圍內(nèi)變化時，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)能保證機組從空負荷至滿負荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，并保證發(fā)電機能順利地并網(wǎng)和解列。當負荷變化時，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)能保證機組從某一穩(wěn)定工況安全地過渡到另一穩(wěn)定工況，而不會發(fā)生長期的和較大的負荷擺動。為了保證機組穩(wěn)定運行，各種原因引起的負荷擺動均應(yīng)在允許范圍之內(nèi)。當機組突然甩負荷時，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)保證轉(zhuǎn)速最大升高值小于超速保護裝置動作轉(zhuǎn)速第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型(一)機械液壓式調(diào)速系統(tǒng)

1784年，瓦特應(yīng)用離心式直接作用調(diào)速器（如圖所示）控制蒸汽機。當轉(zhuǎn)速升高時，重錘在離心力的作用下向外張開，使滑環(huán)向上移動，通過剛性的杠桿關(guān)小調(diào)節(jié)汽閥，使轉(zhuǎn)速下降。當轉(zhuǎn)速降低時，動作過程相反。在這種情況下，調(diào)節(jié)的任務(wù)就在于：隨著機組角速度的變化，來增加或減少蒸汽流量，以此來保持能量平衡。1、直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)

第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方框圖見圖：

汽輪機的負荷都是通過轉(zhuǎn)速（電網(wǎng)頻率）的變化來調(diào)節(jié)的；調(diào)速器滑環(huán)位置與汽輪機的閥門位置是一個固定的對應(yīng)關(guān)系；也就是說一定的汽輪機轉(zhuǎn)速與汽輪機的功率是一一對應(yīng)的；因此就產(chǎn)生了一定的不均勻度。

這表現(xiàn)為雖然采用了調(diào)速器，但只能維持轉(zhuǎn)速在一定的范圍內(nèi)，而不能保證轉(zhuǎn)速的恒定。第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日1一調(diào)速器；2一滑環(huán)；3一錯油門滑閥;4一油動機活塞；5一調(diào)節(jié)閥;6一汽輪機;7一發(fā)電機；8一傳動齒輪；9一同步器；I一轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)；Ⅱ一傳動放大機構(gòu)；Ⅲ一執(zhí)行機構(gòu)(a)間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖(b)間接調(diào)節(jié)原理方框圖2、間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)

第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動作過程當外界負荷減少時：機組轉(zhuǎn)速升高，調(diào)速器重錘的離心力增加，克服彈簧作用力使滑環(huán)上移，杠桿ABC暫時以C點為支點，順時針旋轉(zhuǎn)，使錯油門活塞隨之上移，油動機活塞上部接通壓力油而下部通排油，油動機活塞在上下油壓差作用下下移，關(guān)小調(diào)節(jié)閥。在油動機活塞下移的同時，杠桿ABC暫時以A點為支點，順時針旋轉(zhuǎn)使B點下移，帶動錯油門活塞下移，當錯油門活塞回復(fù)至中間位置時，堵塞油動機的上下油口，油動機活塞停止移動，在新的功率下調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于新的平衡狀態(tài)。當外界負荷增加時：機組轉(zhuǎn)速下降，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動作與上述相反。在該系統(tǒng)中，由于滑閥動作，使油動機活塞產(chǎn)生位移，而油動機活塞的運動又反過來帶動滑閥使其復(fù)位，這種作用稱為反饋。完成反饋作用的裝置(如杠桿)叫反饋機構(gòu)。如圖中，調(diào)速器滑環(huán)的作用和油動機活塞的作用是使滑閥的移動方向相反，所以是負反饋。顯然，反饋是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個重要組成部分，采用負反饋能使調(diào)節(jié)系統(tǒng)很快地穩(wěn)定下來。如圖中無杠桿BC，則該系統(tǒng)無法穩(wěn)定地工作。反饋第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日有差調(diào)節(jié)的概念穩(wěn)定工況時錯油門活塞必須居于中間位置，亦即杠桿中間支點B位置不變。但在新的穩(wěn)定工況下調(diào)節(jié)閥的開度必須發(fā)生變化，油動機活塞應(yīng)有相應(yīng)的不同位置，根據(jù)杠桿原理，調(diào)速器滑環(huán)也一定處于另一新的位置與油動機活塞相對應(yīng)，這說明不同的調(diào)節(jié)閥開度對應(yīng)不同的滑環(huán)位置，即不同功率對應(yīng)著不同的轉(zhuǎn)速。顯然，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能保持汽輪機原來的轉(zhuǎn)速完全不變，而是與額定轉(zhuǎn)速有一個小偏差，這種在穩(wěn)態(tài)時，不同負荷下對應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)稱為有差調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)(又稱調(diào)速器)傳動放大機構(gòu)(如錯油門、油動機、反饋裝置)執(zhí)行機構(gòu)(調(diào)節(jié)汽閥)第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日1、具有旋轉(zhuǎn)阻尼調(diào)速器的液壓調(diào)速系統(tǒng)1一旋轉(zhuǎn)阻尼；2一波紋管；3一碟閥;4一繼動器;5一油動機滑閥；6一油動機；7一調(diào)速汽門其轉(zhuǎn)速感受元件是旋轉(zhuǎn)阻尼。外界負荷減少時，使汽輪機轉(zhuǎn)速瞬時升高，旋轉(zhuǎn)阻尼的泄油量減少，所對應(yīng)的一次油壓p1升高，波紋管縮短，碟閥上移、碟閥泄油間隙減小，所控制的二次油壓p2升高，使繼動器活塞上部油壓增高，該活塞下移，油動機滑閥上部蝶閥泄油間隙減小，由其控制的三次脈動油壓p3升高，于是油動機滑閥向下移動，將壓力油p0與油動機活塞下腔接通，活塞上腔與泄油接通。在上下油壓差作用下，油動機活塞上移，通過杠桿機構(gòu)關(guān)小調(diào)速汽門，使汽輪機功率減小，與外界負荷相適應(yīng)。在油動機活塞上移的同時，杠桿機構(gòu)使繼動器活塞上部的靜反饋彈簧被拉伸，壓力下降，繼動器活塞上移，油動機滑閥上部蝶閥泄油間隙增大，三次脈動油壓p3下降，在下部彈簧力的作用下，油動機滑閥回到中間位置，調(diào)速系統(tǒng)處于新的穩(wěn)定狀態(tài)。(二)全液壓式調(diào)速系統(tǒng)

第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日2、具有徑向泵液動調(diào)速系統(tǒng)1一徑向泵；2一壓力變換器；3一滑閥；4一油動機；5一調(diào)節(jié)閥；6一反饋油口當負荷減小，汽輪機轉(zhuǎn)速升高時，徑向泵出口油壓升高，壓力變換器活塞上的力平衡被破壞，活塞上移，使其控制油的泄油口an變小，控制油壓px升高，滑閥3上的向上作用力大于向下作用力，滑閥上移，打開通向油動機的油路a和b，壓力油進入油動機活塞下部，油動機活塞上腔室通回油，油動機活塞上移，關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減少進汽量，汽輪機發(fā)出的功率變小，新的功率和外界負荷相適應(yīng)。當油動機活塞上移時，帶動活塞下部套筒上移，開大了這個套筒所控制的控制油泄油口am，使控制油壓降低，當控制油壓px恢復(fù)到原來數(shù)值時，滑閥又回到中間位置，重新關(guān)閉去油動機的油口，油動機停止移動，調(diào)節(jié)過程結(jié)束。第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日3、哈汽廠生產(chǎn)的液壓調(diào)速系統(tǒng)

第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日

哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)如上圖所示，由高速彈性調(diào)速器1、隨動滑閥2、分配滑閥3、油動機滑閥4、反饋滑閥5、油動機6、同步器7等組成。其特點是采用由汽輪機主軸直接帶動的無鉸鏈的調(diào)速器，將轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換為擋油板的位移，取消了原來離心式調(diào)速器的摩擦和鉸鏈機構(gòu)，減小了摩擦和卡澀，具有較高靈敏度。為進一步提高靈敏度，減少主油泵出口壓力波動的影響，一般取脈動油壓力為主油壓力的1/2。但是由于高速彈性調(diào)速器剛性連接在主油泵的軸上，當汽輪機的主軸有軸向竄動時，可能引起轉(zhuǎn)速和負荷的波動。第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日4、上汽廠生產(chǎn)的液壓調(diào)速系統(tǒng)

第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日上海汽輪機廠生產(chǎn)的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)如上圖所示，由主油泵1、旋轉(zhuǎn)阻尼2、轉(zhuǎn)速變換器3、錯油門4、繼動器5、油動機6等組成。

其特點是采用了旋轉(zhuǎn)阻尼和碟閥式放大器。旋轉(zhuǎn)阻尼的出口油壓可近似看作與轉(zhuǎn)速的平方成正比，其轉(zhuǎn)速的測量無機械移動部件，可靠性較高。碟閥式放大器比滑閥式放大器更不易卡澀。第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日5、東汽廠生產(chǎn)的液壓調(diào)速系統(tǒng)

東方汽輪機廠生產(chǎn)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示，由信號油泵1、濾網(wǎng)2、壓力變換器3、油動機滑閥4、反饋滑閥5、油動機6、同步器7等組成。第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日在全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，一次脈沖油壓力與二次油壓或汽輪機的閥門位置仍然是一個固定的對應(yīng)關(guān)系。也就是說一定的汽輪機轉(zhuǎn)速與汽輪機的功率是一一對應(yīng)的，因此也存在不等率。機械液壓調(diào)速系統(tǒng)或全液壓調(diào)速系統(tǒng)的特點：本質(zhì)上是一個比例調(diào)節(jié)器，因而是有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速與負荷之間的靜態(tài)關(guān)系是由其固有結(jié)構(gòu)決定的，因此一次調(diào)頻的功能是無法切除的；遲緩率較大，控制精度較低，存在回差；調(diào)整困難，難以調(diào)整一次調(diào)頻特性；不等率曲線難以兼顧啟動升速、同期、并網(wǎng)運行。第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)與靜態(tài)特性曲線由圖（b）可見，在調(diào)速系統(tǒng)動作結(jié)束后，并不能保持汽輪機原來的轉(zhuǎn)速不變。這是由于調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定時滑閥必須居于中間位置，亦即杠桿中間支點b的位置不變，但在新的穩(wěn)定工況下調(diào)節(jié)閥的開度必然發(fā)生變化，根據(jù)杠桿原理，調(diào)速器滑環(huán)也一定處于另一新的位置，所以與此相應(yīng)的轉(zhuǎn)速也必定不同于原來的數(shù)值。這就是說，在穩(wěn)定工況下，對應(yīng)于汽輪機的不同負荷，汽輪機將有不同的轉(zhuǎn)速。則a和c點必然有一一對應(yīng)的關(guān)系，有圖可知，a與c之間對應(yīng)關(guān)系就代表滑環(huán)位移Δz與油動機位移Δm之間的關(guān)系。第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日

根據(jù)穩(wěn)定離心調(diào)速器特性知道，每個滑環(huán)位置Z對應(yīng)一個轉(zhuǎn)速n；根據(jù)汽輪機特性知道，每個油動機行程m對應(yīng)一個功率N(蒸汽參數(shù)為一定時)，于是我們便可得到轉(zhuǎn)速n與功率N之間關(guān)系，如圖(a)所示。圖中所表征的功率N與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，便是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線，曲線上每一點都代表在穩(wěn)定工況下轉(zhuǎn)速n與功率N的對應(yīng)關(guān)系，特性線表明功率增加時轉(zhuǎn)速下降，否則相反。在實際使用過程中，不但要知道功率N與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，而且還要知道轉(zhuǎn)速n，滑環(huán)z、油動機行程m和功率N四者之間的互相對應(yīng)關(guān)系。所以常常把四個變數(shù)同畫于一個座標圖中，形成四條靜態(tài)特性曲線，即所謂四象限圖，如圖(b)所示。第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日由上圖可以看出，轉(zhuǎn)速n與功率N之間關(guān)系曲線是由其他三條曲線投影而成。反過來說，其他三條曲線中任意一條變化時都會使轉(zhuǎn)速與功率曲線發(fā)生變化。由此可見，四象限圖中曲線能較全面地揭示出調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)互相之間的關(guān)系。在任何穩(wěn)定工況下，轉(zhuǎn)速n、滑環(huán)位移z、油動機行程m和功率N之間有一一對應(yīng)關(guān)系。這表明當外界負荷變化時只靠調(diào)節(jié)系統(tǒng)自身作用不能保持轉(zhuǎn)速恒定，而只能保證在不同的功率下對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速，這便是有差調(diào)節(jié)的特性。與此相反，若在不同功率下永遠保持同一個轉(zhuǎn)速，稱為無差調(diào)節(jié)。生產(chǎn)實踐證明，有差調(diào)節(jié)穩(wěn)定性較好，也正是因為汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是有差的，機組才能在同一個電網(wǎng)中并列運行，使得電能的生產(chǎn)與供電實現(xiàn)區(qū)域化。與有差調(diào)節(jié)相反，無差調(diào)節(jié)系統(tǒng)不但不能保證機組并列運行，就是單機運行穩(wěn)定性也較差。因此，現(xiàn)在應(yīng)用的汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)幾乎都是有差的。第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日四、速度變動率定義根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性，當汽輪機單機運行，汽輪機的功率從額定功率突然甩至零功率時，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速從n1升至n2，轉(zhuǎn)速差（Δn=n2–n1）與汽輪機額定轉(zhuǎn)速n0之比的百分數(shù)，稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動率(或稱轉(zhuǎn)速不等率)，用表達式表示為δ=（n2–n1）/n0×100%式中：n1、n2—分別代表滿負荷及空負荷時的轉(zhuǎn)速；n0—汽輪機額定轉(zhuǎn)速。δ是調(diào)節(jié)系統(tǒng)最重要指標，它既反映一次調(diào)頻能力的強弱，又表明穩(wěn)定性的好壞。如果特性線平坦，即不等率δ較小，表明當外界負荷變化后轉(zhuǎn)速變化較小，即周波變化較小，一次調(diào)頻能力強。從調(diào)頻能力看似乎δ越小越好。但是，不等率δ減小到一定程度將引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至引起系統(tǒng)強烈振蕩。與此相反，不等率δ過大時可使系統(tǒng)穩(wěn)定，但是不能保證供電周波在規(guī)定范圍之內(nèi)。綜上所述，不等率δ的大小對供電質(zhì)量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有十分重要的影響。可見在確定不等率時必須同時兼顧供電質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性兩方面的要求，同時又要考慮到汽輪機負荷性質(zhì)。一般規(guī)定，帶基本負荷機組δ=4％～6％，帶尖峰負荷機組δ=3％～5％。第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日速度變動率對機組運行的影響汽輪機并列于電網(wǎng)中運行，其轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)的頻率，因此當負荷變化而引起電網(wǎng)頻率變化時，分配給電網(wǎng)中每臺機組的負荷變化額取決于各臺機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。例如，上圖為兩臺汽輪機組并列運行時的靜態(tài)特性曲線，兩臺機的額定功率分別為p1和p2，速度變動率分別為δ1和δ2。當外界負荷減少Δp，使電網(wǎng)頻率上升Δn時，兩臺機組的功率都因各自調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作，而按靜特性發(fā)生變化，Ⅰ號機減少功率Δp1，Ⅱ號機減少功率Δp2，而Δp1+Δp2=Δp。由上可見，在電網(wǎng)負荷變動時，速度變動率小的機組，負荷變動百分數(shù)大，而速度變動率大的機組，負荷變動百分數(shù)小。因此，對于不同性質(zhì)的機組應(yīng)有不同的速度變動率，承擔尖峰及變動負荷的機組，其速度變動率應(yīng)小些，取3%～4％；帶基本負荷的機組，速度變動率則應(yīng)大些，取4％～6％。這樣在電網(wǎng)頻率變化時，負荷主要由承擔尖峰負荷機組承擔，而帶基本負荷的機組負荷變化較少，可保持較高的效率。不同速度變動率機組的并列運行第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日五、遲緩率前面分析的靜態(tài)特性曲線是在理想情況下得到的，都是一條曲線。在實際的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于摩擦力，鉸鏈間隙和滑閥過封等因素的影響，實際的特性線再也不是一條曲線，而是一條曲線帶，如圖所示。兩條曲線之間區(qū)域叫死區(qū)，在死區(qū)內(nèi)各種參數(shù)不再是一一對應(yīng)關(guān)系，對應(yīng)同一個轉(zhuǎn)速n可以有不同功率N，對應(yīng)同一個滑環(huán)位置Z有不同轉(zhuǎn)速n，對應(yīng)同一個油動機行程m有不同的滑環(huán)位置Z?；蛘哒f在死區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各種元件的動作產(chǎn)生遲緩現(xiàn)象，例如在死區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)速升高時功率并沒有立即減少，只有當轉(zhuǎn)速有一個多余增量Δn時功率才開始減少。為了表征一個系統(tǒng)的遲緩程度，而引進遲緩率ε，即：在同一功率下的轉(zhuǎn)速差Δn與額定轉(zhuǎn)速n0之比的百分數(shù)稱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率，用ε表示。ε=Δn/n0×100%調(diào)速器實際特性曲線圖遲緩率太大十分有害，甩負荷時容易超速，正常運行時容易擺動。因此，通常規(guī)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率ε不超過0.5％第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日遲緩率對機組運行的影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)在遲緩區(qū)內(nèi)，實際上是沒有調(diào)節(jié)作用的，因此遲緩區(qū)的存在破壞了調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率與轉(zhuǎn)速的單值對應(yīng)性。遲緩對機組的影響情況與運行方式有關(guān)。(a)對單機運行的影響(b)對并網(wǎng)機組運行影響機組孤立運行時調(diào)節(jié)系統(tǒng)使其功率與負荷始終保持平衡，遲緩的影響主要反映在轉(zhuǎn)速上。也就是說，機組轉(zhuǎn)速可在不靈敏區(qū)內(nèi)任意擺動，其自發(fā)波動的范圍為εn。對于并網(wǎng)運行的機組，其轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)頻率，遲緩影響主要反映在功率上。遲緩將引起機組負荷的晃動，如圖所示。顯然，遲緩率越大，可能發(fā)生的負荷晃動也越大，雖然遲緩率越小越好，但過高的要求往往給制造帶來困難。第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日減小遲緩的方法近代汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)大多使用液動的轉(zhuǎn)速感受元件，因此調(diào)速器的遲緩率較小，但是對于一般的機械式轉(zhuǎn)速感受元件，由于存在機械摩擦阻力以及杠桿連接處存在間隙等原因，遲緩率一般較大。通常采用提高材料硬度，降低加工粗糙度，在機械連接處用刀口支承以及采用新型的調(diào)速器(例如無鉸接高速彈性調(diào)速器)等辦法來減小遲緩。為了避免機械傳動部分間隙的影響，可利用彈簧或者油壓，把相互連接的元件推向一側(cè)。傳動放大機構(gòu)大多是由滑閥、套筒、滑環(huán)等組成的，提高這些元件的靈敏度，十分重要。提高滑閥靈敏度的種種方法，對減小調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率都是非常有效的。另一方面也應(yīng)注意到，即使元件本身制造加工都很精細，潤滑也很好，但在安裝時如果中心不正或運行后熱膨脹不同等原因，也會引起元件的卡澀，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的遲緩。因此，保證安裝質(zhì)量，提高運行水平對減小調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩也是很重要的。遲緩對機組運行有很大的影響，因此，無論在設(shè)計、制造或調(diào)整、檢修等工作過程中都要設(shè)法把它減小到最低限度。由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩是由組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)各元件的遲緩積累所形成的，所以要減小調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩，就應(yīng)該盡量設(shè)法提高每個元件的靈敏度。

第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日六、同步器作用調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性確定了汽輪機功率和轉(zhuǎn)速(電網(wǎng)頻率)單值對應(yīng)的關(guān)系，因而在某一個電網(wǎng)頻率下，汽輪機只能發(fā)出一個固定的功率，不能改變，而在單機運行時，汽輪機功率由外負荷決定，一個功率對應(yīng)一個固定的轉(zhuǎn)速，且不能改變。顯然，這是不能滿足機組運行要求的。但是，如果將靜態(tài)特性曲線上下移動，改變轉(zhuǎn)速與功率的對應(yīng)關(guān)系。就能在電網(wǎng)頻率不變的情況下，改變并網(wǎng)機組的功率，從而在功率不變情況下，改變單機運行機組的轉(zhuǎn)速。同步器就是用來上下移動靜態(tài)特性曲線的裝置，同步器能夠連續(xù)地平移靜態(tài)特性曲線，使其成為一簇線，或者說成為一個工作區(qū)帶。工作原理以飛錘式間接調(diào)速系統(tǒng)為例并網(wǎng)運行單機運行第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日并網(wǎng)運行間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)同步器調(diào)節(jié)功率過程（a）間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖（b）調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性1—調(diào)速器；2—油動機；3—調(diào)節(jié)汽門；4—油動機滑閥；5—同步器；6—滑環(huán)第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日在一定的電網(wǎng)頻率下，汽輪機的轉(zhuǎn)速為n0，對應(yīng)的功率為P1，特性曲線Ⅰ上的A點是它的工作點，此時，調(diào)速系統(tǒng)的杠桿處在水平位置abc?，F(xiàn)欲增加汽輪機的功率，方法是旋轉(zhuǎn)同步器的手輪向下拉緊同步器5的彈簧，同步器彈簧拉力增大，破壞了飛錘離心力與彈簧力(調(diào)速器彈簧力和同步器彈簧力的合力)的平衡，于是杠桿abc以c為支點順時針旋轉(zhuǎn)，杠桿又帶動油動機滑閥4下移，使杠桿處于a/b/c狀態(tài)。由于油動機滑閥下移，使壓力油通往油動機活塞下腔的油口e和油動機活塞上腔通往排油的油口d打開，油動機活塞下腔進壓力油，上腔排油，于是油動機活塞向上運動，并帶動杠桿以a/為支點順時針旋轉(zhuǎn)，直到錯油門活塞回中遮斷油動機進排油油口，油動機活塞停止運動，系統(tǒng)重新穩(wěn)定，此時杠桿位置為a/bc/。調(diào)速器滑環(huán)下移，調(diào)速器上的力平衡是靠調(diào)速器彈簧的變形量改變來達到的。油動機活塞桿由c點移到c/點，油動機將調(diào)節(jié)汽門開大了ΔL，使進汽量增大，則汽輪機發(fā)出的功率由P1增大到P2。由于機組并在電網(wǎng)中，所以汽輪機轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，仍為n0。這樣同步器動作后，就使工作點由A變到B見圖(b)，以后電網(wǎng)頻率變化時，功率就沿著靜態(tài)特性曲線Ⅱ變化。由于彈簧剛度及杠桿比都未改變，所以Ⅱ線和Ⅰ線的斜率相同，即同步器動作僅使靜態(tài)特性曲線發(fā)生平移。實際上同步器手輪可以進行連續(xù)調(diào)節(jié)，故靜態(tài)特性曲線可以連續(xù)平移，根據(jù)需要任意調(diào)整汽輪機的功率。第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日單機運行單機運行同步器調(diào)整轉(zhuǎn)速過程（a）調(diào)速系統(tǒng)杠桿位置（b）靜態(tài)特性上工況點變動過程第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日機組穩(wěn)定在B點運行時見圖(b)，轉(zhuǎn)速為n1，功率為P1，調(diào)速系統(tǒng)杠桿位置為abc?，F(xiàn)欲將轉(zhuǎn)速調(diào)高，旋轉(zhuǎn)同步器手輪，拉緊同步器彈簧，使調(diào)速器滑環(huán)下移，杠桿以c為支點順時針旋轉(zhuǎn)，帶動油動機滑閥下移，杠桿處于a/b/c位置。油動機下腔進壓力油，上腔通排油，在油壓差作用下油動機活塞上行，開大調(diào)節(jié)汽門，增大進汽量，使機組功率增加。當油動機活塞上行到c/點時，功率增加到P2，油動機滑閥回到中間位置，杠桿處于a/bc/位置。此時雖然油動機滑閥回中了，但是外負荷沒有改變，機組功率增加使汽輪機轉(zhuǎn)子上的蒸汽主力矩大于發(fā)電機的反力矩，致使機組轉(zhuǎn)速升高。于是調(diào)速器飛錘的離心力增大，克服彈簧力使滑環(huán)上移，杠桿又以c/為支點逆時針旋轉(zhuǎn)，并帶動油動機滑閥上行。杠桿處于ab//c/位置時，油動機活塞上腔室進壓力油，下腔通排油，于是油動機活塞又下行關(guān)小調(diào)節(jié)汽門。杠桿在油動機活塞桿的帶動下，以a點為支點逆時針旋轉(zhuǎn)，又使錯油門活塞下行。當杠桿恢復(fù)到abc位置時，油動機活塞復(fù)位，汽輪機功率恢復(fù)到原來數(shù)值，又與外負荷平衡，同時錯油門活塞回中，系統(tǒng)重新穩(wěn)定。此時，飛錘的離心力是在克服同步器彈簧拉緊后增加的彈簧力的情況下，使滑環(huán)恢復(fù)到原來位置的，所以重新穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)速提高了。從圖(b)靜態(tài)特性圖上看，當杠桿在a/b/c位置油動機活塞開始上行增加功率時，工況點由B向著增加功率方向移動(假定增加得很小，轉(zhuǎn)速還未來得及變化，則在n一P坐標系中工況沿平行P軸移動)。當油動機活塞桿由c點移到c/點時，工況點到達A點。此時，由于汽機功率大于負荷，轉(zhuǎn)速升高，當杠桿在a/bc/位置，轉(zhuǎn)速開始升高，滑環(huán)上移時，功率也在減小，工況點由A沿著靜特性Ⅱ向著轉(zhuǎn)速升高和功率減小方向移動，直到功率恢復(fù)到P1時穩(wěn)定，工況點就到了E點。此時的轉(zhuǎn)速為n2，顯然，n2>n1。上面的動作過程可分成兩部分：一部分是增加功率過程，這是人為操縱同步器產(chǎn)生的；另一部分為力矩失去平衡，轉(zhuǎn)速增加而減少功率的過程，這是自動調(diào)節(jié)過程，這個過程是沿著平移后的靜態(tài)特性曲線Ⅱ進行的。應(yīng)該注意的是調(diào)節(jié)過程為一連續(xù)過程，上面討論中把動作過程分解成幾步，完全是為了分析問題方便。

第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日七、功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率一頻率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是指系統(tǒng)中采用轉(zhuǎn)速和功率兩個控制信號，測量和運算采用電子元件，而執(zhí)行機構(gòu)仍用油動機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱“功頻電調(diào)”定義功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的形成在純速度調(diào)節(jié)的系統(tǒng)中，是根據(jù)轉(zhuǎn)速變化，調(diào)整調(diào)節(jié)汽門開度，達到改變汽輪機功率的目的。這對具有龐大中間容積的中間再熱機組來說，必然使動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速和功率之間的變化關(guān)系與靜態(tài)特性差異很大。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引進功率信號，能更好地實現(xiàn)動態(tài)過調(diào)，消除功率滯后，使轉(zhuǎn)速和功率呈線性關(guān)系。對并在大電網(wǎng)中運行的機組，若蒸汽參數(shù)變化(稱為“內(nèi)擾”)引起機組功率變化，由于電網(wǎng)周波不變，純速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對此無法進行自動調(diào)整。有了測功信號，將測得的功率信號與功率給定值比較，以此對汽輪機進行調(diào)節(jié)，就能消除“內(nèi)擾”影響。電子元件測量方便，運算、比較、綜合能力強，并且改變放大倍數(shù)、時間常數(shù)等容易，從而比較方便地改變調(diào)節(jié)特性，滿足機組適應(yīng)不同運行特性的要求。所以功頻電調(diào)中都采用電子元件作為測量、運算部件。由于油動機尺寸小而力量大、速度快是現(xiàn)在電氣設(shè)備無法取代的，故最后的執(zhí)行機構(gòu)仍用滑閥及油動機結(jié)構(gòu)。為使前面的電氣部分和最后的液動執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)系起來，采用電液轉(zhuǎn)換器，將電信號轉(zhuǎn)換成液壓信號。第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本工作原理電液轉(zhuǎn)換器相連系統(tǒng)包括電調(diào)液動放大測功單元測頻單元校正單元滑閥油動機第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理方框圖第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日各單元的功用其功用相當于原來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)速器，調(diào)速器在感受了轉(zhuǎn)速變化后輸出一滑環(huán)位移，而測頻單元在感受了轉(zhuǎn)速變化后輸出一相當電壓信號。測頻單元是功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的特有環(huán)節(jié)，它的功用是測取汽輪發(fā)電機的有功功率，并成比例地輸出直流電壓信號，作為整個系統(tǒng)的負反饋信號，以保持轉(zhuǎn)速偏差與功率變化之間的固定比例關(guān)系。測功單元是一個具有比例、積分和微分作用的無差調(diào)節(jié)器，記作PID。它的功用是將測頻、測功及給定輸入信號進行比較，并進行微分和積分運算同時加以放大，其輸出信號便去推動電液轉(zhuǎn)換器。校正單元顧名思義，是將電信號轉(zhuǎn)換成液壓控制信號的裝置。它是電調(diào)部分和液控部分的聯(lián)絡(luò)部件。電液轉(zhuǎn)換器相當于原來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的同步器由它給出電壓信號去操縱調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定裝置第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程當外界負荷增加時：汽輪機轉(zhuǎn)速下降，測頻單元感受了轉(zhuǎn)速偏差，產(chǎn)生一電壓信號，經(jīng)過整流，濾波之后輸出一個與轉(zhuǎn)速偏差成比例的直流電壓信號Δuf，輸入PID校正器，經(jīng)過處理后輸入電液轉(zhuǎn)換器的感應(yīng)線圈，當線圈的電磁力克服了彈簧支持力后，使其滑閥下行，關(guān)小油口A，脈動油壓升高，油動機上行開大了閥門增加功率，與外界負荷變化相適應(yīng)。汽輪發(fā)電機功率增加后，測功單元感受了這一變化后，輸出一負的直流電壓信號，也輸入PID。如果測功單元輸出值變化ΔUN等于測頻單元輸出值變化Δuf，由于兩者極性相反，其代數(shù)和等于零。此時PID的輸出值保持不變，因此調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動作結(jié)束了。當外界負荷減小時其調(diào)節(jié)過程與上述相反。

當外界負荷變化而新汽壓力降低時調(diào)節(jié)過程如下：由于新蒸汽壓力降低，在同樣閥門開度條件下汽輪發(fā)電機功率減少，這時測功單元輸出電壓信號減小，因此在PID入口仍有正電壓信號存在，使PID輸出繼續(xù)增加，經(jīng)過一系列的作用又開大調(diào)節(jié)閥，直到測功單元輸出電壓與給定的電壓完全抵銷時，即使PID入口信號代數(shù)和為零時才停止動作，由此可見，采用了測功單元后可以消除新汽壓力變化對功率的影響，從而保證了頻率偏差與功率變化之間的比例關(guān)系，即保證了不等率一定，也就是保證一次調(diào)頻能力不變。顯然，采用原來的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是無法滿足這個要求的。第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日利用測功單元和PID調(diào)節(jié)器的特性也可補償功率滯后：當外界負荷增加時使汽輪機轉(zhuǎn)速下降，測頻單元輸出正電壓信號作用于PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)過一系列的作用開大高壓調(diào)節(jié)髑，首先使高壓缸功率增加，此時測功單元輸出的信號很小，不足以抵銷測頻單元輸出的正電壓信號，因此，高壓調(diào)節(jié)閥繼續(xù)開大，即產(chǎn)生過開。高壓缸因過開而產(chǎn)生的過剩功率剛好抵銷了中低壓缸功率的滯后。當中低壓缸功率滯后逐漸消失時，由于測功單元的作用又使高壓調(diào)節(jié)閥關(guān)??；當中低壓缸功率滯后完全消失后，高壓調(diào)節(jié)閥開度又回到穩(wěn)態(tài)設(shè)計值，此時調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作結(jié)束了。根據(jù)以上的敘述可知，無論是新汽壓力發(fā)生波動或者功率產(chǎn)生滯后，都能保證轉(zhuǎn)速偏差與功率變化之間的固定比例關(guān)系，即保證一次調(diào)頻能力不變。這是功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的很大優(yōu)點。功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)點(1)可實現(xiàn)從盤車開始到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的大范圍自動調(diào)速，調(diào)速精度≤±l～2r／min．同時可根據(jù)啟動要求選取不同的升速率，就能達到平穩(wěn)自動地啟動。(2)可方便地改變運行方式，以適應(yīng)電網(wǎng)要求。(3)具有抗內(nèi)擾能力，以提高正常運行時負荷穩(wěn)定性及改善動態(tài)品質(zhì)。(4)甩負荷時抑制機組動態(tài)飛升轉(zhuǎn)速作用顯著。(5)調(diào)節(jié)器采用電子元件，顯著地提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力和穩(wěn)定精度。(6)綜合能力強，便于集中控制，易于實現(xiàn)機爐聯(lián)合控制，為電站自動化及電子計算機控制創(chuàng)造了條件。第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日再熱汽輪機功率－頻率電液調(diào)速系統(tǒng)方框圖第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路：用于機組起動時升速、并網(wǎng)和甩負荷、停機過程中控制汽輪機轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速反饋信號由裝于汽輪機軸端的磁阻發(fā)信器測取并轉(zhuǎn)換電壓，然后與轉(zhuǎn)速給定電壓進行比較，經(jīng)頻差放大器放大，送往綜合放大器、PID(比例、積分和微分)調(diào)節(jié)器、功率放大器、電液轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過繼動器、錯油門和油動機后去控制調(diào)速汽閥。電液轉(zhuǎn)換器以前的電氣部分用模擬電子硬件實現(xiàn)，以后的液壓部分與前面介紹的液壓調(diào)速系統(tǒng)的相應(yīng)部分基本相同。上圖所示為再熱汽輪機功率－頻率電液調(diào)速系統(tǒng)方框圖。該系統(tǒng)以集成運算放大器為基本元件，以連續(xù)的電量對機組進行控制，所以又稱模擬電調(diào)系統(tǒng)。它由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路、功率調(diào)節(jié)回路和功率一頻率調(diào)節(jié)回路組成。功率調(diào)速回路：機組在電網(wǎng)中不承擔調(diào)頻任務(wù)時，頻差放大器無輸出信號，機組由功率調(diào)速回路進行控制。由于汽輪機功率的測取比較困難，在功頻電調(diào)中一般都采用測量發(fā)電機功率的方法。該功率是由通過測量發(fā)電機電壓產(chǎn)生的控制電流和測量電流產(chǎn)生的磁通量，經(jīng)霍爾測功器輸出的霍爾電動勢來量度的。由于該電動勢與發(fā)電機功率成正比，所以它能準確代表發(fā)電機的功率。通過霍爾測功器測出與發(fā)電機功率對應(yīng)的電壓后，再與給定電壓比較，經(jīng)功差放大器和綜合放大器放大后，輸至PID調(diào)節(jié)器，最后控制調(diào)速汽閥。該回路也是定值調(diào)速系統(tǒng)。第三十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日功率一頻率調(diào)速回路：當汽輪機參加一次調(diào)頻時，調(diào)速系統(tǒng)便由上述兩種回路共同參與工作形成功率一頻率調(diào)速回路，它是一種功率跟隨頻率的綜合調(diào)速系統(tǒng)。此時，兩個回路既有自己的動作規(guī)律，又有協(xié)調(diào)動作的過程。無論是功率通道不平衡，還是頻率通道不平衡，整個功頻調(diào)速回路都要動作，直到系統(tǒng)趨于穩(wěn)定為止。這種綜合功率一頻率影響的多變量控制系統(tǒng)，能有效地克服蒸汽參數(shù)的內(nèi)擾，并且頻率微分器和PID的校正規(guī)律又能有