第二章液压调节系统课件.ppt

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1、透平机械自动调节,能源与动力工程学院赵志军2009年8月,1,2,第二章 汽轮机液压调节系统,小结：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。,3,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

2、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，调节系统的任务： （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）。,4,3，汽轮发电机组自平衡能力： 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： （2-2

3、） 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。,5,4，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2-1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。 (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，机组转速变（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2-1

4、,6,二，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。,7,第一节 汽轮机调速系统,（一）简单的汽轮机自动调速系统（图2-2） 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

5、作原理： 当外界负荷P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。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。,8,图2-2,* 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。,9,（二）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：

6、 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。,10,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2-3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2-3,1一挡油板；2一弹簧片；3一弹簧 4一限位器5一支架 6一重块 7一调节螺丝，8垫片 9螺钉 10一离心油泵 11一支架,11,2，优点：没有摩擦元件，

7、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2-4）。,图2-4,12,二，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

8、：在轮体上赞有十个径向孔。图2-5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2-5,1一信号油泵；2一稳压网；3一活塞；4一弹簧，5一节流孔,13,3，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2-6），油泵进出口油压差的变化率与转速的变化率 关系为： (113）其中，A-阻力特性； 、 分别为转速为 、 时的油泵出口压力； -为

9、油泵进口压力。 上式表明：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。,14,（二）旋转阻尼（图2-7）,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2-7,15,（三）液压调速器的静态特性（

10、P-n、x-n 的关系）,当转速变化时，使压力变换器活塞移动（图2-3），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 （2-9） 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：结构简单，工作可靠，灵敏度高。,16,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

11、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2-10) 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2-10,17,2，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

12、节阀。 在油动机活塞下移的同时，由于斜杆作用，反馈滑阀3由移，开大B油口，控制油压 回升，滑阀回中，堵住a、b油口，高压油不流动，油动机到达新的平衡位置。系统处于新的平衡状态。 当调速器滑阀5左移时，调节过程相同，而调节方向相反。,18,（一）油动机,上述调节系统中的为双侧进油往复式油动机。为了迅速关闭调节阀，必需具备足够大的提升力和较小的时间常数。 1，提升力： 油动机两侧有压差作用，作用面积为A，最大阻力为 ，则 (2-10) 其中， 、 -高压油及排油压力； A-油动机活塞面积； -阻力最大值（开启调节阀的力）。 2，油动机时间常数 油动机时间常数 定义为：当滑阀的a、b油口全开时，油动

13、机在最大进油量 条件下走完整个行程 所需要的时间。,19,最大进油量：,油动机时间常数：,（111）,其中，A-活塞有效面积； m-油动机行程。,20,油动机时间常数 越大，其移动速度越慢，开启调节阀动作慢，会引起超速。通常，大机组 ： = 0.10.25 s。 为了迅速关闭调节阀，需减小油动机时间常数。可通过增大油口宽度和提高压油压力来减小油动机时间常数 。（二）断流式滑阀（错油门） 滑阀的盖度：盖度如图2-11所示，有1、2、3、4。 当机组处于稳定时，滑阀居中，凸肩盖住a、b油口， 压力油不流动。凸肩的宽度大于油口的高度。 优缺点：a，降低了灵敏度； b，有效地克服了各种因 素引起负荷摆

14、动。,21,（三）断流式滑阀油动机机构的静态特性（ 图2-12） 断流式滑阀油动机机构的静态特性是指在稳定工况下，油动机行程m（输出量）与继动器活塞（z）或者控制油压 （输入量）之间的关系。即， m / z = AB / OA =常数 (2-13) 或者，m / P = 常数 二者成线性关系。,图2-12 传动放大机构的静态特性,22,23,24,二，节流式滑阀油动机机构（图2-13）,1，结构：节流式滑阀，单侧进油油动机活塞，弹簧。 2，控制油路：压力油 经节流孔板 进入控制油路 ，控制油分两路：一路通往油动机（或继动器）活塞下部；另一路通节流式滑阀控制的油口A排出。A的大小可变动，但不关死

15、（节流）。 3，工作原理： 当滑阀下移时，关小A油口，控制油 上升，油动机平衡破坏，活塞上移；当滑阀上移时，开大A油口，控制油 下降，油动机平衡破坏，活塞下移。* 图中，x-输入量，z-输出量。 这种油动机提升力小，只用于中间传动放大机构。,图2-13,25,（一）带压力变换器的中间传动放大机构,1，结构：压力变换器，节流式油动机，断流式滑阀，油动机，反馈油口。 2，控制油路：压力油 经节流孔板 进入控制油路 ， 一路经压力变换器A油口排出， 另一路通往反馈油口5排出。3，工作原理：当负荷减小，转速n上升，压力变换器活塞上移，关小A油口，控制油路 上升，节流式油动机2带动滑阀3上移，打开油口a

16、、b，压力油 经油口a进入油动机下油室，上油室与排油相通，油动机活塞上移，关小调节阀；当油动机活塞上移时，反馈滑阀5开大，控制油路 下降为原值，滑阀3回中，油动机活塞停止移动，系统达新的平衡装态； 当负荷增加，机组转速n下降时，调节过程相同而方向相反。,26,（二）具有随动滑阀的中间放大器,1，结构：如图2-14所示； 2，工作原理：压力油 经孔板 首先进入活塞左油室，形成一次油压 ，再经孔板 进入活塞右油室，形成二次油压 ，最后从间隙 f 排出。随动滑阀力平衡：当挡油板右移时，间隙 增大为 ，排油量增大，活塞右油室油压 降低，则活塞右移。同时，间隙 减小为 ， 升高，活塞停止 移动。当挡油板

17、左移时，调节动作 相同而方向相反。,图2-14,27,（三）具有波纹管放大器的中间放大器（图2-15）,1，结构：同步器，波纹管碟阀，弹簧，二次油压 室。 油路：一次油压 进入波纹管下油室，压力油 经节流孔板进入二次油压 室，再经碟阀控制的油口A排出。力平衡：在放大器碟阀上作用有力： 、 、 弹簧力、波纹管弹力。四个力保持平衡，油口A有一定开度。 2，工作原理： 当转速n升高，一次油压 升高，碟阀 上移，A关小，二次油压 升高。使继 动器向下移动。 当转速n降低，一次油压 下降，. 动作方向与上相反。,图2-15,28,三，反馈机构,反馈机构是调速系统的重要部分。没有反馈的系统是不稳定的系统。

18、（一）机械反馈 右图所示反馈为旋转阻尼调速系统的反馈系统，是杠杆反馈。,图2-16,（二）液压反馈,用油口开度实现反馈，称为液压反馈。 工作原理：（如东方厂系统）在稳定工况下，滑阀居中，Px2 一定，油口B为常数。当工况由稳定工况过渡到另一种工况时，B不变。只用油口A、C起变，二者变化量应相等，即,29,（三）动反馈,静反馈：静反馈是工况稳定后起作用。静反馈只对静态特性有影响。 动反馈：只是在工况变动时起作用，工况稳定后不起作用。,30,第四节 配汽机构,汽轮机主汽阀组件一台汽轮机设有两个主汽阀调节汽阀组件，分别装于高压缸两侧。每个组件有一个主汽阀和两个调节汽阀，主汽阀和调节汽阀组合在一个整体

19、铸件内。这些阀门的开启和关闭，均采用液压开启，弹簧关闭，DEH控制的方式，即受装在阀上的各自的执行机构所控制。,31,主汽阀为卧式结构，主阀内部有一内旁通阀，均为单座非平衡式碟阀。当阀门在关闭位置时，进汽压力和压缩弹簧的载荷将两只阀碟同时紧压于其阀座上。调节阀为立式结构，各由一只油动机控制。油动机直接装在调节阀的上端。,32,高压主汽阀,33,低压主汽阀油动机,34,一、高压主汽门和调节汽门 1、高压主汽门,表1 汽轮机各阀门关闭时间 （s）,图2-16 主汽门和调节阀的阀体及其支架的侧视图,图2-17 左侧主汽门和调节阀的俯视图1-主汽门组件右侧；2-主汽门组件左侧；3-主汽门油动机组件左则

20、；4-主汽门油动机组件右侧；5-主汽门左侧开关盒托架；6-主汽门右侧开关盒托架；79-开关盒；10-主汽门开关盒支架组件,图2-18 主汽门的结构,2、高压调节汽门调节汽门是钟罩式单座阀，其主阀碟内也有预启阀。,图 2-19 调 节 汽 阀,再热（中压）主汽门和调节汽门,图2-20 再热主汽门及再热调节阀侧视图1-再热主汽门及再热调节阀壳组件；2-再热主汽门阀盖；3-永久滤网； 4-临时滤网； 5-热电偶套管,图2-21 左侧再热主汽门和再热调节阀组件的俯视图 1-再热主汽门和再热调节阀壳组件；2-轴； 3-轴承盖；4-轴；5-支架；6-油动泄压阀,1、再热主汽门,图2-22 再 热 主 汽

21、门,2、再热调节阀,图2-23 再 热 调 节 汽 阀,42,二，调节阀的传动机构,（一）体板式传动机构： （图2-35a) 用于中小型机组，结构简单，提升力小。（二）凸轮传动机构：（图2-35b）用于5万KW机组。 油动机通过齿轮、齿条和凸轮带动调节阀。（三）杠杆传动机构：（图2-35c) 用于大型机组，200MW、300Mw机组。三，配汽机构的静态特性 配汽机构的静态特性就是油动机活 塞位移（m ）和机组功率N之间的 关系。 N / m = N / m = 常数。,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

22、阀，同步器，油动机滑阀，油动机，反馈滑阀。 2，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。,43,44,滑阀（错油门）,高速弹性调速器,汽轮机主轴通过传动齿轮，带动调速器高速旋转，产生离心力使两个重锤向外飞出，与此同时，弹簧滑阀套筒上移压缩弹簧。,45,调节汽阀 由油动机控制，上下移动以改变进入汽轮机的蒸汽量、焓降，以达到改变汽轮机功率的目的。,油动机 在稳定工况下，由于错油门来回的上下窗口都堵死，因此油动机处于某一位置不动，当外界负荷变化时，外界负荷下降，油动机上侧进油，下侧与回油

23、相通，压力油油压高，在上下油压的作用下，活塞下移。,46,47,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

24、同，而调节方 向相反。,48,（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：,49,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16,50,（三）旋转阻尼液压调速系统（上汽）,1，主要部件：主油泵，旋

25、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。,51,52,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18,第五节 调节系统的静态特性,一，调节系统的静态特性曲线定义：所谓调节系统的静态特性是指汽轮发电机组由于调节系统的作用，在各个不同稳定工况下转速与负荷之间的一一对应关系。这种关系用曲线来表示，称为调速系统

26、的静态特性曲线。,54,对图动作过程的分析可知，当同步器不动作时，调节终了滑阀一定要回到中间位置，平衡状态下B点位置总是不变的，则由于杠杆AC的作用，,55,负荷的增加，一定对应转速的降低，静态特性曲线势必是向右下方倾斜的。也就是在负荷扰动下，通过调节系统的动作，达到新的平衡状态后，被调量转速会发生一些相应的变化。,56,四方图：调节系统的静态特性曲线是由转速感受机构、中间放大机构和执行机构的静态特性曲线所组成，如图2-36、 图2-37所示。其中，将调速器、中间放大机构和执行机构的静态特性曲线分别画在直角坐标系的第二、三、四象限，将调节系统的静态特性曲线画在直角坐标系的第一象限，组成四象限图

27、。,图2-36,图2-37,57,58,调节系统静态特性,二，速度变动率（不等率、转速变动率、转速不等率）,速度变动率代表汽轮机的静态调速特性，是汽轮机调节过程中一个重要参数。定义1：汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转速之差，与汽轮机额定转速之比，即,59,定义2：在稳定工况下，汽轮机的功率由满负荷减到零负荷时，其转速 的改变量n与额定转速no之 比的百分数。,60,* 单机运行的机组，由一台机组向用户供电，机组负荷等于用户 消耗量，这样，当功率变化时，转速也要变化（图2-39 ）。 * 并列运行的机组，网内所有机组同时向电网送电，再由电网向 用户供电。,图2-38 静态

28、特性曲线,图2-39,61,2，一次调频：并列运行的机组，网内频率相同，所有机组转速一样，机组总功率正好等于用户总耗电量。当外界负荷变动而引起电网频率变化时，网内各机组调速系统同时动作，自动增减负荷，以适应外界负荷变动的要求。这种由调速系统随电网周波变化，自动控制机组负荷增减，以保证电网频率稳定的方式，称为一次调频。如图2-40所示。,图2-40,62,3，并列运行的机组功率变化与速度变动率的关系： 如图2-40所示，两台机组并列运行，其速度变动率分别为 、 ，额定功率分别为 、 。当电网频率变化时，二者转速变化值相同（n）。这样： 上式表明，并列运行的机组，在一次调频时，机组功率变化的相对值

29、与其速度变动率成反比。即速度变动率大的机组，功率变化小；速度变动率小的机组，功率变化大。,63,4，速度变动率的选定：（1）对于承担基本负荷的机组，希望运行稳定，速度变动率应取大一些，一般为(46)%；（2）对于承担尖峰负荷的机组，希望增强对负荷的适应性，速度变动率应取小一些，一 般为(34)%。（3）为了保证机组在甩负荷时，其超速保护装置不动作，对速度变动率有一定的要求： 从静态曲线上来看，机组功率由满负荷变为零负荷时，其转速将由额定转速no上升为（1+)no；但从动态曲线上来看，机组功率由满负荷变为零负荷时，其转速将由额定转速no上升为（1+1.5)no。所以， 上限为6%。,（4）当汽轮

30、机参与电网一次调频时，通常设定在4.55.5之间。一般希望将设计成连续可调，即视运行情况可进行调整。 速度变动率小，机组的一次调频能力就大。在实际应用中，速度变动率的选取是有范围限制的，不能太大，但也不宜过小。太大了，调频的能力就低；但如果速度变动率过小，在电网负荷变动时，该机组负荷变化幅度就过大，相应地汽机内温度压力变化幅度也过大，容易引起机组部件的损坏，降低机组寿命。通常情况下，速度变动率在36之间选取。,64,5，局部速度变动率：实际上，调速系统的静态特性曲线为一曲线，在不同的功率下 有不同的速度变动率，即局部速度变动率。这样，在电网频率变动时，各机组的功率变化取决于工作点的局部速度变动

31、率，而不是系统总速度变动率。,65,在机组处于空负荷区段以及额定负荷区段，取大一些，在中间负荷区段，可取相对小一些。在空负荷区段速度变动率取大一些，目的是为了提高机组在空负荷时的稳定性，以便机组顺利并网；在额定负荷区段，速度变动率取大一些，可使机组在经济负荷运行时稳定性较好。,66,局部不等率,速度变动率的影响，如图2-64b所示： a，速度变动率越大，甩负荷后的机组转速飞升（ Ta）越高，所以，速度变动率不大于6%； b，速度变动率越小，超调量（n）越大，波动次数多，衰减慢，稳定性差。所以 要求速度变动率不小于3%。一般为0.040.05。,67,68,三，迟缓率（不灵敏度）,1，迟缓现象：

32、如下图，当外界负荷下降而转速上升时，机组功率并不马上降低。而是当转速上升到一定程度时，功率才开始下降。同样， 当外界负荷上升机组转速下降时，机组功率并不马上增加，而是当 转速降低到一定时，功率才开始上升。这就是说，机组在同一功率下有不同的转速，或者说在同一转速下有不同的功率。这就是调速系统的迟缓现象。,图142,2，产生迟缓的原因：调速系统的各部件存在着摩擦、间隙、滑阀重叠度。这样，各部件的静态特性曲线就不是一条线，而是一个带状区域。因此，当电网频率变化时，机组功率并不马上变动而是有一段迟缓。通常用迟缓率（不灵敏度）来表示这种迟缓程度的大小。,69,（在传统的调节系统中，转速信号的感受、传递、

33、放大都是通过机械部件完成的。由于这些中间环节相互间存在着磨擦力、连接间隙等因素，实际上调速器的输出与机组转速之间并不是理想中的单值函数；由于错油门过封度、连接间隙等因素的影响，油动机行程与调速器输出之间、调节阀开度与油动机行程之间也不是单值函数）,70,3，迟缓率：同负荷条件下的最大转速变动（ - ）与额定转速 之比，即 （2-42）4，机组最大负荷摆动N 从图2-42中的三角形相似就可以看出：由于迟缓的存在，机组可能发生的最大负荷摆动为N。,对于电液调节系统而言，调节系统的迟缓现象主要是由液压传动及配汽机构等部分造成的。,5，迟缓率的大小：调速系统的迟缓率为各部件迟缓率的累积。为了减小负荷摆

34、动，一般要求不大于0.5%，最好不大于0.2%。要减小迟缓率，则应在各元件的设计、制造、安装和运行各方面予以减小。,71,迟缓率过大会引起调节系统摆动并使过渡过程恶化，造成甩负荷后不能维持空转等缺陷，在调节系统设计过程中，应尽力设法减小各元件的不灵敏度，使调节系统的迟缓率到减小最低程度。目前，液压调节系统可做到不大于0.2-0.5%，国际电工会议(IEC)定为=0.06%，采用电液调节系统后，可以达到或超过这个标准。,72,调节系统的迟缓率,四，同步器 (静态特性曲线的平移),（一）用途：(1)在单机运行时，使用同步器可以保证机组在任何负荷下保持转速不变。,73,(2)在机组并网运行时，通过同

35、步器可以改变汽轮机的功率，使各台机组承担给定负荷，调整电网频率，以维持电网周波稳定，即二次调频。,74,(3)在机组并网前，用同步器可改变汽轮机的进汽量来调整汽轮机的转速，使发电机与电网同步并列。正由于有此用途，故称其为同步器。,75,76,（二）平移调速器的静态特性曲线,如图a，调速器飞锤离心力与a、b弹簧的弹力相平衡。当转速不变时，可以改变b弹簧的预紧力而改变调速器滑环的位置A，使调节阀开度改变。相反，当转速增加或者减少时，可以用同步器使调速器滑环位置A不变。这就是说，同步器可以上下平移调速器的静态特性曲线（图b）。,77,（三）平移放大机构的静态特性曲线,如图是高速弹性调速汽调节系统。当

36、转速 一定时，随动滑阀位置一定。当用同步器通过杠杆改变调速器滑阀位置时，改变了油口 开度，使控制油压 改变，油动机位置变化，即 用同步器平移放大机构的静态特性曲线（图b）。,78,（四）同步器的工作范围：,为了满足在额定参数、额定转速下机组能从满负荷到0负荷稳定运行，同步器的工作范围至少是等于大于调速系统所控制的转速范围。 a，上限位置：应能保证在电网频率升高、初参数偏低而背压升高时，能使机组带满负荷； b，下限位置：应能保证在电网频率下降、初参数上升而背压下降时，能使机组减负荷到零。如图2-49所示。,79,同步器的工作范围,80,五，静态特性曲线的合理形状,1，带不同负荷的机组对速度变动率

37、的要求： a，带基本负荷的机组，要求负荷稳定，则速度变动率大一些好； b，带尖峰负荷的机组，要求负荷适应性好，速度变动率小一些。2，调速系统动态特性对速度变动率的要求： 速度变动率大，则机组甩负荷后的转速飞升大，容易超速，则要求 速度变动率 = 45%。但速度变动率大，调速系统稳定性好；速度变动率小，调速系统稳定性差，则要求速度变动率不小于3%。,81,3，静态特性曲线的合理形状： * 在0负荷附近（10%Po），局部速度变动率要求大一些，以便于机组并网； * 在额定负荷附近，局部速度变动率也要求大一些，为的是使机组在经济负荷下 稳定运行，提高效率； * 在中间应较平滑，但不允许有平直段，以免

38、负荷不稳定。,图2-50,对调节系统静态特性的要求,参照IEC标准将这些要求汇总如下： 有随功率增加而转速下降的可调倾斜特性，用不等率表示，一般取36%，不允许超过6%。 (2) 局部不等率的最小值应不小于平均不等率的0.4倍(3) 在010%负荷范围内，局部最大不等率无一定限制(4) 在90100%负荷范围内，局部最大不等率不应超过平均不等率的3倍。(5) 有平移静特性线的同步器，同步器范围在周波增加方向能升高+(12)%，在下降方向能降低35%。IEC规定在空负荷时，可调整转速范围为额定转速的6%。 (6) 静特性的迟缓率一般不大于0.5%，IEC推荐值不大于0.06%。(7) 在额定参数

39、下，汽轮机能维持空转。,82,83,作业：,1、解释专业名词：调速系统的静态特性、速度变动率、迟缓率、一次调频、二次调频、油动机时间常数。2、叙说同步器的作用。3、画出调速系统四象限图，并说明各部分的意义。4、带不同负荷的机组对速度变动率有何要求？5、画出合理的调速系统静态特性曲线，并说明为什么。,84,第六节 调速系统动态特性,一，调速系统的动态过程1，静态特性与动态特性 * 静态特性，是指汽轮机稳定工况下的特性（n-P)，不涉及两个稳定工况之间的过渡过程； * 动态特性，是研究调速系统从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程。动态特性是指过渡过程中，机组的功率、转速、调节阀开度等参数随

40、时间的变化规律。 2，调速系统的动态过程曲线 a，发电机突然甩全负荷的功率曲线，自时间 后， 功率 为零；,85,汽轮机调节系统动态特性方框图,86,调速系统动态过程曲线,图2-63,87,b，刚甩负荷时，转速没有突然升高。在 之后，由于迟缓的存在，调节阀仍在进汽，而发电机负荷为0。因此，这时候进入的蒸汽全部用于,汽轮机升速，转速升高，调速系统开始动作，调节阀逐渐关小，转子转速增加率减慢。当调节阀关到空负荷位置时，转速升高到新的位置（空负荷转速） = (1+) ；,c，当机组甩负荷时，由于迟缓较大，动作较慢，当转速升高到n时，调节阀还未关小到空负荷位置，转速要超过n。当调节阀关到空负荷位置时，

41、由于惯性的存在，转速上升到峰值。其高出空负荷转速的部分称为动态超调量（n）。此时，调节阀要继续关到空负荷以下位置时，转子才停止加速。当调节阀反方向开大到空负荷 位置时，转速才慢慢地停留在空负荷转速。,88,89,d，由于惯性的存在，转速不会一下子停留在空负荷转速n，而会低于n；调节阀反而要高于mo。调速系统反复动作几次，最后衰减到平衡位置转速。 以上三种情况，当机组甩负荷后，调速系统最后可以使转速过渡到空负荷转速n。这种系统是稳定系统。e，如果设计、检修、调试不好，则会产生图2-63e所示三种情况： * 曲线1，一直振荡，不会衰减，不会稳定。 * 曲线2，摆动越来越大，直到超过允许值。 * 曲

42、线3，机组甩负荷后直到危急保安器动作转速。 这三种系统都是不稳定系统，不稳定系统是不可以采用的。,90,3，动态特性指标（1）稳定性：运行机组受到干扰后离开平衡位置，经调节系统作用后，能过渡到新的平衡状态；或者在扰动撤消后，能恢复到原来平衡位置，这样的系统就是稳定系统。如上述前三种情况。（2）超调量（精确性、转速动态偏差）：在过渡过程中，转速超过最后稳定值的最大转速偏差量称为超调量，即 一般要求汽轮机甩负荷后的转速升高不超过危急保安器动作转速，而且有一定余量 3%左右；危急保安器动作转速为(1.101.12)no，因此，最高转速不超过(1.071.09)no。 所以， n (0.020.04)

43、no （3）过渡时间（快速性）：机组经扰动之后，从原来的平衡状态过渡到新的平衡状态所需要的时间称 为过渡时间。 过渡时间不能太长，一般在550秒。,91,二，影响动态特性的主要因素（一）调节对象对动态特性的影响：,1，转子飞升时间常数Ta-在额定功率时的蒸汽力矩(Mto)作用下，机组转速由0上 升到额定转速时所需要的时间，即 随着机组容量增加，蒸汽力矩(Mto)增加，则转子飞升时间常数Ta降低。对于中小型机组，Ta = 1114 秒；高压机组，Ta = 710 秒；中间再热机组，Ta = 58 秒。机组越大，时间常数Ta越小，越容超速。,92,2，中间容积时间常数Tv-蒸汽在额定流量Go下，以

44、多变过程充满中间容积并达到密度为 所需要的时间称为容积时间常数Tv，其值为： （2-32） 其中，Do-中间容积蒸汽参数为Po、 时，整个容积的充汽量； V-中间容积； -蒸汽密度； Go-额定进汽量。 中间容积V越大，参数越高，则中间容积时间常数Tv越大。G越大，中间储汽越多，作功能力越强，使汽轮机转速额外飞升越大。对于中间再热机组来说，除了本体容积 之外，还有再热器再热蒸汽管道，容积很大。因此必需有中压调节阀。,（二）调速系统对动态特性的影响,1，速度变动率的影响，如图所示： a，速度变动率越大，甩负荷后的机组转速飞升（ Ta）越高，所以，速度变动率不大于6%； b，速度变动率越小，超调量

45、（n）越大，波动次数多，衰减慢，稳定性差。所以 要求速度变动率不小于3%。一般为0.040.05。,93,94,2，油动机时间常数Tm的影响： a，油动机时间常数Tm越大，最大转速越高，过渡曲线摆动大，过渡时间长，甩全负荷增大了超调量，调节品质差。 b，油动机时间常数Tm太小，则要增加主油泵的功率，引起调速系统摆动。,油动机时间常数Tm用于表征调节阀关闭所需的时间长短，在DEH系统中其定义为：当电液伺服阀的负向激励电流最大时，在阀门开度(LVDT信号)对控制回路没有反馈作用的情况下，油动机活塞在最大差压作用下，从满负荷开度移动到空负荷开度所需的时间。油动机时间常数的计算可按下式进行： Tm=A

46、 Mmax/ Qmax 式中，Tm为油动机时间常数；A为油动机活塞面积；Mmax为油动机活塞从空负荷开度到满负荷开度的行程；Qmax为电液伺服阀的激励电流最大时进入油动机的油流量。,95,3，迟缓率的影响：调节系统的迟缓也会影响系统的动态特性。由于迟滞的存在，将使调节阀关闭迟缓，超调量增加。对于原来非周期性的过程，将使该过程延长，动态偏差增大，但仍是非周期性过程；对于原来的周期性过程，则将使振荡加剧，甚至发散。总之，迟缓率对动态特性的影响是不利的。迟缓率越大，调节阀关闭迟缓，转速超调量大。,96,97,第七节 中间再热汽轮机的调节,一，中间再热汽轮机调节的特点（一）中间容积的影响： 中间再热汽

47、轮机有再热器、再热管道这一巨大的中间容积，机组甩负荷之后，即使高压调节阀全关，但是，中间容积的储汽足以使机组超速（4060) %。为了解决这一问题，需设置中压调节阀。这样一来，在机组甩负荷之后，同时关闭高、中压调节阀，是机组停止运行。（二）中间再热机组的功率滞后： 1，功率滞后如图2-67a所示。当外界负荷增大，高压调节阀马上开大，高压缸的功率 马上增加。但由于中间容积大，要等中间容积内汽压上升之后，中、低缸的功率P2才会增加。即中、低缸的功率有一滞后。通常，中、低缸的功率 占总功率的(2 / 3 3 / 4)。因此，降低了 机组一次调频的能力。,98,再热机组功率的变化PH-高压缸的功率；P

48、1-中压缸的功率；PL-低压缸的功率,99,2，动态过调： 为了解决中、低缸的功率滞后问题，要求高压缸在动态过程的开始阶段就有所过调（即高压缸多开一些），暂时弥补中、低缸的功率滞后。等中间容积的储汽参数稳定之后，中、低缸的功率滞后消除，再将高压调节阀过调逐渐消失。图2-67b所示。,图2-67,100,（三）机、炉互相配合问题,汽轮机空载汽耗量远小于锅炉最小蒸发量。另外还要 保证再热器的冷却，因此，必需有旁路系统。图2-68 为200MW机组的三级旁路系统。其减温减压器是为了保证再热器、冷凝器不超温。为了保证锅炉安全，旁路系统的容量一般要求为30%。（四）机、炉协调控制问题 对于单元制机组来说

49、，当汽轮机功率变化时，锅炉的蒸发量也应变化。但是，二者动态响应时间相差很大（机为710秒、炉为100250秒）。因此，在设计汽轮机调节系统时，必需把二者作为一个整体来考虑。1，炉跟机方案；2，机跟炉方案；3，协调调节方案：,101,102,103,104,105,106,这种控制方式的特点是暂时利用锅炉的蓄存能量以适应外界负荷的变化,107,一方面可利用锅炉蓄存能量，使汽轮机迅速发出功率，另一方面又可同时改变锅炉的出力，共同适应外界负荷变化的要求使新汽压力波动较小。,108,109,调节及保安系统小结,一、调节特性1.静态特性；2.动态特性；3.过渡过程；4,性能指标；5.要求二、环节特性参数

50、1.速度变动率；2.迟缓率；3.油动机时间常数；4.转子飞升时间常数；5.有害蒸汽容积。,110,汽轮机调节系统特性,汽轮机调节系统的任务是对汽轮机的转速、负荷进行调节，同时还应参与电网的一次调频，而且要求静态和动态调节具有足够的稳定性。速度变动率（也称转速不等率）代表汽轮机的静态调速特性，是汽轮机调节过程中一个重要参数，它是指汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转速之差，与汽轮机额定转速之比，即,速度变动率与机组运行特性的关系,1. 机组间负荷的自动分配与一次调频现代汽轮发电机组通常都是并网运行的。对并列运行的机组，当外界负荷变动引起电网频率变动时，电网中各机组的调速系统动