NK型凝汽式汽轮机调节系统的设计论文

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1、摘 要谢谢朋友对我的文章赏识，如需要全套资料，希望进一步了解，请QQ1242152351调节系统有全液压式，WOODWARD 机械液压式及由微机控制的电液调节系统等多种调节系统，一般根据参数对系统功能及由自控水平的要求进行合理的选择和配置。随着电力工业的发展，200MW机组已成为电网的调峰机组，其负荷适应能力及响应速度的快慢便显得越来越重要，过去，国产200MW机组控制普遍采用传统的液压控制系统，此类系统结构复杂，控制精度低，可靠性差，传动速度慢，已远远满足不了电网调度自动化的要求。而电液调节系统越来越受重视。本设计对凝汽式汽轮机调节系统的选用原理进行了研究，选择了电液调节系统，介绍了其工作原

2、理，完成各部件设计，配汽采用喷嘴调节法。调节气阀的启闭由油动机通过横梁两阀杆和杠杆系统进行控制。在调节系统设计中，除了相应的液压部件控制外，还有转速控制系统、安全保护系统、就地操作、超速跳闸装置等。备有转速、新汽压力、抽汽压力等保安装置，上述各参数的测量、变换、执行等元件可采用气动或电动单元。随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。 关键词 汽轮机；凝汽式汽轮机；调节系统；电液调节系统ABSTRACTVarious govering type,such as full-hydraulic governing system.WOOD

3、WARD mechanicalhydraulic governing system and computer control elect-hydraulic govering system,can be reasonably selected and configurated depending on the system function and automatic control level that custemers required.power industry, the 200 MW machine set has become the charged barbed wire ne

4、t to adjust the Along with the development of the electric machine set, it carries the ability of adapt and responds to the rate of speed of the speed and then seem to be more and more important, past, the domestic 200 MW machine set controls the traditional liquid of widespread adoption to press to

5、 control the system, this kind of system structure complications, the control accuracy is low, the credibility is bad, spreading to move the speed slow, already far far satisfy not the charged barbed wire net adjusts the request of one degree automation.But the electricity liquid regulate the system

6、 to be more and more value.Have study appies and pricles of steam turbines .In general the nozzle control is adopted.The openning and closing of the governing and closing of the governing valves are controlled by an oil servomotor via a beam,two spindles and a level system. in govering,have speed co

7、ntrol system WOOD505、protection、local control panel 、protection Equipment and so on.Turbines are equipped with safety devices for pressure,live steam pressure,extraction steam pressure vacuum,axial displacement of rotor,and the monitoring devices for speed,vibration,temperation,pressure etc. Along w

8、ith dispersion continuously raise of the control system technique level, a power station is controled the system by the dispersion of the one type to complete all control mission and is a future development trend.Key words turbines；steam turbines ；govering ；computer elect-hydraulic govering system目

9、录1 概述11.1调节系统简介11.3液压调节系统21.3电液调节系统22 总体设计32.1凝汽式汽轮机选型计算32.2调节系统的选用42.3具体的设计52.4汽轮机数字电液控制系统DEH53速关组件的设计104启动调节器的设计115速关阀的设计176 505调节器197 其他相关部件328静态校核328.1静态特性338.2感应机构的迟缓率338.3速度变化率338. 4调节汽阀的重叠度341调节汽阀顺序开始时，应有适当的重叠度；34参考文献36致 谢37汽轮机调节系统401 概述1.1调节系统简介汽轮机是将蒸汽能转化为机械能的外燃回转式原动机。它具有单机功率大，转速高,效率高,运转稳和，使

10、用寿命长等优点，因而在现代工业中得到了广泛的应用。电网将发电厂生产的电能源源不断地输送到各个用电设备，为人们的生产、生活服务。而为保证各种用电设备能正常运转，不但要求提供连续不断的电能，而且还对供电的品质提出了严格的要求：ko-jIAh 频率误差0.4%5E-S!TUH热电技术联盟 电压误差6% rdlm )B7rEi#1gn 供电频率由电网中的总发电量、总用电量共同确定。稳态时，供电频率与汽轮发电机组的转速对应相等。若总发电量总用电量，则供电频率增加，机组转速也增加。必须通过控制系统使电网中并网发电机组的总发电量，适应总用电量的要求，才能保证供电频率精度。E Pnl(hW,Kw 电网中的总用

11、电量是一个随机变量，其频谱表明：负荷变化低频率对应大幅度，高频率对应小幅度。小幅度高频率的负荷变化，通过汽轮机调节系统的一次调频功能，利用锅炉的蓄能调节发电量，使总发电量适应总用电量的变化。大幅度低频率的负荷变化，由电网的自动调频装置，通过汽轮发电机组控制系统的自动发电AGC功能自动地或手动地改变机组的负荷指令，改变机组的发电量，使总发电量适应总用电量的变化。这就是二次调频作用。电网中调根据负荷的统计特性要求发电机组按日负荷曲线大幅度改变负荷，这就是调峰作用。+ljy$XOQ|电厂锅炉、汽轮机、电气、热控、水处理等热电行业技术免费交流平台！二次调频和调峰，由于负荷变化的幅度较大，锅炉控制系统必

12、须相应动作，使锅炉的出力满足汽机的要求，同时为保证整个发电系统的安全性和经济性，要求在改变负荷的过程中，机、炉、电控制系统必须协调动作。ll9t2E3x1P rdlm 必须将汽轮发电机组的转速升到同步转速，即3000r/min，发电机并网后才能向电网输出电能。因此要求汽轮机调节系统具有升速控制功能。汽轮机是一种高转速的大型旋转机械，它对转速的要求很高，转速超过120%后，机组就可能损坏。因此要求汽轮机控制系统具有完善的保护功能。 rdlm Y W7|xb:_f 汽轮机调节系统的主要任务就是调节汽轮发电机组的转速、功率，使其满足电网的要求。汽轮机控制系统的控制对象为汽轮发电机组，它通过控制汽轮机

13、进汽阀门的开度来改变进汽流量，从而控制汽轮发电机组的转速和功率。在紧急情况下，其保安系统迅速关闭进汽阀门，以保护机组的安全。#R l&H-_B*wu 由于液压油动机独特的优点，驱动力大、响应速度快、定位精度高，汽轮机进汽阀门均采用油动机驱动。汽轮机控制系统与其液压调节保安系统是密不可分的。XB1Ao!b a$w6SA汽轮机数字电液控制系统DEH分为电子控制部分和液压调节保安部分。电子控制主要由分布式控制系统DCS及DEH专用模件组成，它完成信号的采集、综合计算、逻辑处理、人机接口等方面的任务。液压调节保安部分主要由电液转换器、电磁阀、油动机、配汽机构等组成，它将电气控制信号转换为液压机械控制信

14、号，最终控制汽轮机进汽阀门的开度。为满足上述要求,在汽轮机上均设有转速自动调节系统.其主要作用是：当用户耗电量变化时,通过改变汽轮机汽量，调节汽轮机的输出功率，使其与外界负荷相适应，并维持汽轮机转速在规定范围内.汽轮机的调节系统由转速感应机构、传动放大机构、执行机构、和反馈机构组成。1.2液压调节系统调节系统主要是由机械部件和液压部件组成，主要依靠液体作为工作介质来传递信息，因而被称为液压调节系统。又由于是根据机组转速的变化来进行调节，所以称为液压调节系统。这种调节系统的调节精度低，反应速度慢，运行时工作特性是固定的，不能根据转速以外的信号进行调节，而且调节功能少，所以大功率机组一般不再采用单

15、纯的液压调节系统，而采用电液调节系统。1.3电液调节系统随着单机容量的不断增大，蒸汽参数的逐渐提高，中间再热循环的广泛采用以及机组运行方式的多样化，对机组运行的安全性、经济性、自动化程度以及多功能调节提出了更高的要求，仅靠原有的液压调节技术已不能完全适应。于是，电液调节系统应运产生了。该系统主要由电气部件、液压部件组成。电气部件测量与传输信号方便，并且信号的综合处理能力强，控制精度高，操作、调整与调节参数的修改又方便。液压部件用作执行器时充分显示出响应速度快、输出功率大的优越性，是其他执行器所无法替代的。目前，绝大多数数字电液调节系统主要是由汽轮机制造厂设计与制造的专用装置，它是分散控制系统的

16、重要组成部分，其优点是：设备硬件通用，软件透明，便于掌握、维护和改进；随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。近年来，我国发电事业已有长足发展，尤其是随着汽轮发电机组容量的增大，蒸汽参数的提高，对机组的安全性、经济性、自动化水平的要求也越来越高。目前已采用汽轮机电液调节系统（EIectro-Hydraulic Control System ,简称 EHC）。取代了传统的机械（液压）式调节系统（Machine-Hydraulic Control System , 简称MHC）电液调节系统采用电子控制技术、可实现多参量的调节与控制，具

17、有灵敏度高、调节精度高、抗内扰能力强及融调节与保护于一体的特点，从而大大提高了机组运行的安全性与可靠性。正是由于电液调节系统的上述特点，目前我国在300MW及以上的汽轮机组中大都采用了电液调节系统。2 总体设计2.1凝汽式汽轮机选型计算 (1) 确定进汽焓查 h-s图 =3215J/kg(2) 确定进汽比容 查 h-s图 V =0.073 m/kg(1) 确定排汽焓 查 h-s图 h =2190k J/kg(.4 )确定排汽比容 查h-s图 V=9m/kg(5 )确定可用绝热焓降 h=- h 2.1=3215-2190=1025kJ/kg(6) 估算质量流量(假定总效率n =0.75)Ma=p

18、/(h. n) 2.2=10000/(10250.75)=13 k J/kg(7) 计算进汽容积流量V=m. V2.3=13.0.073=0.95 m/s(8) 计算排汽容积流量 V= m. V2.4=13.9.1.1=129 m/s(9 )选择进汽段 选择确定进汽段号25和32都可选用(10 )选择排气段查排汽段图选择图上0.95m/s的线和8500r/min的线相交在45矩形内，这表明排汽段号为45(11 )验证进汽段和排气段和兼容性查兼容性图25号进汽段不能和45号排气段相合，32号进汽段能够和45号排气段相结合(12 )验证所选排气段允许通过的质量流量 查许可性图查得选用的汽轮机型号为

19、NG32/452.2调节系统的选用此单机容量较大,蒸汽参数较高,中间再热循环的广泛采用以及机组运行方式的多样性,对机组运行的安全性,经济性,自动化程度以及多功能调节提出了更高的要求.只靠原有的液压调节技术已不能完全适应用电液调节系统。该系统主要由电气部件，液压部件组成。电气部件测量与传输信号方便，并且信号的综合处理能力强，控制精度高，操作，调整与调节参数的修改又方便。液压部件用执行器时充分显示出响应速度快，输出功率大的优越性，是其他执行器无法替代的。电液调节系统的优点是：1设备硬件通用，软件透明，便于掌握，维护和改进；数字电液调节系统通过分散控制系统的高速通信网络伺机组其他控制系统交换信息，便

20、于协调，减少设备的重复设置，提高了系统的可靠性，简化了运行人员的操作步骤。（1）转速感应机构：它能感应转速的变化并将其转变成其他物理量的变化，送至传动放大机构。（2）传动放大机构：由于转速感应机构产生的信号往往功率太小，不足以直接带动配汽机构，因此，传动放大机构的作用是接受转速感应机构的信号，并加以放大，然后传递给配汽机构，使其动作。 （3）执行机构：它的作用是接受传动放大机构的信号来改变汽轮机的进汽量。（4）反馈机构：传动放大机构在速信号放大传递给配汽机构的同时，还发出一个信号使滑阀复位，油动机活塞停止运动。这样才能使调节过程稳定。2.3具体的设计（见调节系统图）液压部分用速关阀组件（184

21、0）控制速关阀的启闭，进而控制蒸汽阀开度的大小，蒸汽流量的大小等；调节汽阀控制蒸汽的流速，进而控制电量的大小；此外还用危急遮断器、危急保安装置来处理异常情况的停机等。下面部分为电子类的装置，控制盘，转速控制系统，安全保护系统等。用电液转换器实现电子信息和液压信号的转变。各个部分还有各种测量装置，用于测量温度、，速度、压力强度的信息，这种信息再转移到电子装置，实现适时控制。2.4汽轮机数字电液控制系统DEH 主要任务就是调节汽轮机的蒸汽转矩，使之维持等转速运行，与外界负荷相适应。在讨论汽轮发电机组的控制控制系统时，通常将汽轮发电机轴系看作一个整体旋转刚体，建立一个系统较为完善的数学模型，然后对该

22、系统进行较准确的分析和设计。汽轮机控制系统设计的依据就是转子的能量平衡方程式，转子的转动方程为： Jd/dt = MT -MG -Mf 2.5式中：J汽轮发电机组转子的转动惯量(Kg.m.s2 ) 转子的旋转角速度(s-1 ) MT汽轮机蒸汽转矩(N.m) MG发电机电磁转矩(N.m) Mf各种阻力矩(N.m) 转动惯量对于特定的机组安装完成后，即为一常数，DEH要控制的转速n与角速度成正比。 =2f=2n/60 2.6其中：f频率(s-1) n转速(r/min) 由汽轮机工作原理知，蒸汽转矩MT 为： MT =4.73DH00e/n (N.m) 2.7式中：D进入汽轮机的蒸汽流量(Kg/h)

23、 H0绝热焓降(KJ/Kg) 0e汽轮机相对效率 n转速(r/min) 发电机电磁转矩MG，它主要取决于负载的特性，可表示为： MG =K1+Kn+K3n2 2.8式中，K1，K2，K3为随机变量，且均为正值。 各种阻力矩Mf，它与转速、真空、轴系油温等很多因素有关，可视随转速增大的随机变量。 图1 表示汽轮机和发电机的转矩特性，其中曲线MT1 及曲线MT2表明了蒸汽轮机转矩和转速的关系曲线，称为汽轮机的内特性。曲线MT1 及曲线MT2 对应于两个不同的进汽量。其中曲线MG1 及曲线MG2表明了发电机阻力转矩和转速的关系曲线，称为发电机的特性。曲线MG1 及曲线MG2 对应于两个不同的电负载。

24、曲线MT1和曲线MG1的交点a即为汽轮机带发电机运转，在转速na时一个稳定状态。 图2.1首先从图1和式(2-1)可知，汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，比如当发电机的阻力矩MG1变为MG2时，若汽轮机进汽量保持不变，那么新的平衡工况点即为b，即汽轮发电机组以nb转速稳定运行，也就是说汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，此时工作转速nb和na相差较大。但汽轮机、发电机和电网负载是不允许网频（汽轮机转速）有大幅度的变化的，这就要求当发电机的阻力矩MG1变为MG2时，汽轮机进汽量能跟随变化，那么新的平衡工况点就可变为c，汽轮发电机组以nc转速稳定运行，此时工作转速nc 和na相差不大，这是电气设备允

25、许的，而这只有靠汽轮机调节系统才能实现。 汽轮机调节系统控制汽轮机的D，即能改变MT ，使MT 始终跟随MG 变化，以维持转速n即供电频率在规定的范围内，满足国家对供电品质的要求。 实际汽轮机控制系统都是通过执行机构(油动机)来控制安装在进汽口上的调节汽阀来改变MT，以调节汽轮机的转速和功率的。汽轮机控制流程框图见图2，图2表示汽轮机控制的整个过程及整个控制过程中的各个物理对象的数学描述，是做系统稳定性分析的基础。汽轮机控制原理图见图3，图3则是根据上述原理进行DEH系统设计的依据。 从图3可以看出机组在启动和正常运行过程中，DEH接收到操作人员通过人机接口所发出的增、减指令、CCS指令、汽轮

26、机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈信号等进行分析处理，综合运算，输出控制信号到伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。 机组在升速过程中（即机组没有并网），DEH控制系统通过转速调节回路来控制机组的转速，功率控制回路不起作用。这点可从原理图中看出，当没有并网信号时，控制信号就为1，则输出等于输入1(即转速回路调节器输出)。在此回路下，DEH控制系统接收现场汽轮机的转速信号，经DEH三取二逻辑处理后，作为DEH的反馈信号。此信号与DEH的转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算，PID调节，然后输出油动机的开度给定信号到伺服卡。此给定信号在伺服卡内与现场LVDT油动机位置

27、反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率。 机组并网后，DEH控制系统便切到功率控制回路，转速调节回路便不起作用。这点可从原理图中看出:当有并网信号时，控制信号就为0，则输出等于输入2(即功率控制回路的输出)。在此回路下有三种调节方式（此三种模式下，一次调频回路，始终存在）： (1) 负荷反馈不投入，调节级压力反馈也不投入。 在这种情况下，阀门开度直接由操作员设定进行控制。设定所要求的开度后，DEH输出阀门开度给定信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，以满

28、足要求的功率。 (2) 负荷反馈投入。 这种情况下，负荷回路调节器起作用。DEH接收现场功率信号经DEH三取二逻辑处理后与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。 (3) 调节级压力反馈投入。 在这种情况下，调节级压力回路调节器起作用。DEH接收汽轮机调节级压力信号与给定信号进行比较后，送到调节级压力回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。

29、上述三种模式下，一次调频回路，始终存在与每一个回路中，只是有死区而已，在网频（汽机转速）波动较小时，它不产生作用。运行时，操作人员可设置目标值和升负荷率。DEH控制系统逻辑设定负荷反馈投入方式和调节级压力投入方式不能同时投入， 投入一种反馈时另一种反馈自动切除。 机组启动时可选用高中压联合启动方式和中压缸启动方式里的任何一种方式。当选择高中压联合启动方式时，阀切换系数等于1，阀门开度信号同时输出到高压调节阀和中压调节阀。当选择中压缸启动方式时，阀切换系数等于0，则阀门开度信号送高压调节阀的指令乘系数0，值为0，则高调阀开度为0。因此，阀位开度信号便送到中压调阀控制回路，从而控制中调阀的开度，满

30、足中压缸启动方式。在阀切换过程中，阀切换系数由0逐渐变到1，机组便转换为高中压联合进汽形式。对汽轮发电机组来讲，由于调节阀的开度同蒸汽流量存在非线性，因此要进行阀门的线性修正，DEH控制系统设计了阀门修正函数F(x)来进行。阀门方式 说明机组正在运行的阀门方式。主汽阀控制（THROTTLE VALVE）或高压调节阀控制（GOVERNER VALVE）或再热调节阀控制（INTERCEPT VALVE）。还显示主汽阀调节汽阀转换（TVGV XFER IN PROGRESS）。阀门试验状态（VALVE TEST IN PROCESS）。再热调节汽阀切换到主汽阀和中压调节阀联合控制。另外，提供单阀/顺

31、序阀切换功能。本系统中300MW汽轮机是由TV、GV控制冲转的。汽机挂闸且阀门不在校验状态时，运行人员可发出命令，此时GV全开，TV保持关闭。挂闸实际上就是开机命令指令，一旦发出，就意味着冲转开始；在汽机运行期间挂闸命令始终保持，只有当汽机重新跳闸才能清除掉。Nw0D5l0!i;h:JDW运行人员通过DEH画面设定目标转速和升速率；一旦目标值发生改变，程序自动进入HOLD状态，当运行人员选择GO命令后，转速给定按照事先设定的升速率向目标值爬升，转速PID在偏差的作用下输出增加，开启TV，汽机实际转速随之上升。当转速给定与目标值相等时，程序自动进入HOLD状态，等待运行人员发出新的目标值。升速过

32、程中，运行人员可随时发出HOLD命令（临界区除外），这时，转速给定等于当前实际转速，汽机将停止升速，保持当前转速。_#$0k,为保证汽机安全通过临界区，当实际转速在11502000RPM时，转速进入临界区，此时，升速率自动设置为400RPM/min。转速临界区的范围可通过工程师站在线修改。|电厂锅转速设定到2950RPM ,当转速达到2950RPM时，进入TV/GV切换阶段。运行人员发出TV/GV切换命令后，GV开始以1/s的速率缓缓关闭；当GV已影响到汽机转速时，TV以2/s开启。当TV开度达到100时，汽机转速由GV控制，TV/GV切换结束。TV/GV切换过程中，汽机转速将保持在2950R

33、PM附近。切换结束后，转速设定到3000RPM，用GV控制汽机升速到3000RPM。(gv)ozRO |电厂锅炉、汽轮机、电气、热控、水处理等热电行业技术免费交流平台！3000RPM定速后，可以进行自动同期。DEH对自同期装置发出的增/减脉冲指令进行累加，产生转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值限制在同期转速允许范围内（29853015RPM）。3速关组件的设计速关组件用于汽轮机遥控启动，就地停机，遥控停机，速关阀联机试验及危急遮断油门自动挂钩。速关组件适用于采用电液调节系统的汽轮机。速关组件是将调节系统中一些操作件集装在一起的液压件组合，它不仅使操作便捷，并且也使得油管路及电气线路的布置

34、趋于合理、简化。速关组件的功能及工作原理：试验阀（1）位2309 是手动换向阀，用于速关阀联机试验。图示换向阀可对两只速关阀进行试验。作试验时，将手柄向操作侧拉动，压力油p便与实验油H1接通，即可对汽轮机右侧的速关阀进行试验；推动手柄则使压力油p与实验油H2接通对左则速关阀进行试验。放开手柄，换向阀自动恢复到中间位置，退出试验。由于在H1、H2油路上有节流孔，所以手动换向阀投入或退出试验的操作不会影响机组的正常运行。如汽轮机仅配用一只速关阀，一般是H2 封堵不用。如果2309 采用电磁阀，则速关组件具有速关阀遥控试验功能，改变电磁阀状态（得电或失电）即可进行速关阀试验，电磁阀复位便退出试验。启

35、动油电磁阀（3）位号1843， 速关油电磁阀（4） 位号1842， 它们用于遥控开启速关阀。图示18421843 为不带电状态，启动时，使1842 和1843 同时得电，则1842 的P与B，A与 T通路， 于是DG16 插装阀关闭切断E1与E2通路，速关油E2油压为0；同时，1843的P与B成通路，启动油F和开关油建立压力（若M接至危急遮断油门， 速关组件具有油门自动挂钩功能，若M不用危急遮断油门须就地手动挂钩复位），当启动油压力达到0.6Mpa时，再使1843断电复位，F与T电接通， 由于1843 回油口装有节流孔板和可调针阀（在操作侧A面左侧靠上部位置），所以以速关阀随着启动油的缓慢回油

36、而逐渐开启。1842与1843 的节换控制通常有两种方式：一种是按启动油和速关油的压力人工操纵电磁阀的通、断电；另一种是由时间继电器来控制，即根据启动指令，在 1842、1843得电后，经t1秒1842断电，再经t2秒后1843断电，由于 t1、t2 随汽轮机速关阀只数及油缸规格的不同是可变值，所以 t1、t2 需按实际要求在 5 20秒范围内设定。停机电磁阀（ 5，8）位号分别是2222 和2223 它们用于汽轮机遥控停机。图2 所示电磁阀为不带电状态，启动和正常运行时，2222 和2223 的压力油是通路，DG40 插装阀在压力油作用下关闭。当2222和2223中任一只得电时，DG40上腔

37、与回油接通，于是DG40开启，速关油迅速排泄，致使速关阀关闭、汽轮机停机。电磁阀根据用户使用要求，可配用NO型（常开型，正常运行不带电）或NC型（常开型，正常运行带电），也可配用防暴电磁阀。电液转换器（6）不属于速关组件的功能元件，它只是利用本体集装在速关组件中，根据机组的需要可装接一只或两只。手动停机阀（ 位号2250， 用于汽轮机就地停机。2250 前方有一块红色防护板，若要手动停机，先将防护板向操作侧翻下，之后拿动手柄，其结果与2222（2223）得电时一样，使汽轮机停机。 3.1 速关组件图4启动调节器的设计:启动调节器是调速器的一个多功能操作单元，可配合调速器启动调节器组装在调速器中

38、，其结构如图1所示， 图4.1 启动调节器连接块（9）通过枢轴（8）与调速器本体比例杠杆（10）连接在一起，而比例杠杆可操纵放大器的二次油压，因此在操作启动调节器的过程中二次油压会相应变化。启动调节器可看作一个五位四通阀，通常在系统图上以框图形式表示图 4.2 启动系统前初始状态操作及工作原理结合其功能并对照图1图6 分别介绍如下：开启速关阀：图2 是启动前系统的初始状态，速关阀关闭，遮断油门脱扣，速关油及二次油无压，启动调节器在100运行位置。在此状态松开锁紧手柄（1），顺时针方向旋转手轮（13）时，滑阀（3）、导杆（5）、连接块在弹簧（4，6）作用下跟随螺杆（2）向上移动，最终导杆的上行被

39、档圈（7）限定。随着滑阀上移，滑阀凸肩与套筒（12）之间油路通道也随之变化：E1 与F 接通，E2 与T 接通，相应如图3 所示，滑阀由“e”移至“a”，在遮断油门复位后，启动油通至速关阀油缸活塞前将活塞压向活塞盘。由于在机组起动前调速器油缸输出在其最大位置A 点保持不动，所以滑阀在“e”时，C 点随B 点上移，放大器二油压升次油窗口为最大开度，二次油压为0，调节汽阀关闭。接着逆时针方向转动手轮，滑阀、导杆便随着螺杆向下移动，当滑阀移位至“C”，也就是图4 所示位置时，启动油开始泄油，而速关油E通至活塞盘后，随着活塞盘的移动速关阀开启，在此过程中，当E油压升.高，F油压开始下降时操作应尽可能缓

40、慢或暂停几秒钟，以免活塞盘与活塞脱开使速关阀无法开启。在位置“c” A点保持不动，B、C均下移，不过放大器随动活塞套筒还未到达控制位置，所以二次油压仍不能建立，调节汽阀亦然关闭。 图 4.3 启动调节器启动位置 图4.4 速关阀开启 图4.5 速关阀开启，汽轮机启动气轮机起动：从冲转暖机到升速至调速器下限转速的汽轮机起动过程是通过启动调节器的操作来完成的。在速关阀开启后，继续逆时针方向转动手轮，滑阀移位至“d” ，B、C点随之下移，二次油压开始建立，当P20.15Mpa 时调节汽阀开启，随着C 点的下移，二次油压升高，汽轮机冲转升速，这也就是图5 所状态。继续转动手轮，使调节器由“d”变化至

41、“e”，当导杆的下移被套筒限止时，便是启动调节器100运行位置，这时用手柄将螺杆锁紧，系统状态如图6 所示。在由“d”至“e”的过程中，机组转速达到调速器下限转速后，A 点位置从max 向min 变化，A、B 点均下移，综合的结果C 点不动，于是机组转速由调速器控制。机组负荷限制：在“d”至“e”的操作过程中，若启动调节器未达到100位置，则由于B 未到位而使C 的位移受到限制，二次油压达不到100负荷所需的P2max 值，因此机组负荷受到限制。可控停机：在机组正常运行时，若将启动调节器进行反向操作，使其由“e”逐步变化至“a”则机组就会减负荷、降速、关闭调节汽阀最后速关阀关闭，完成可控停机。

42、调节系统静态调试：这里所说的调节系统静态与传统概念的含义是有区别的。尤其在电力行业中静态特性是指在汽轮机空负荷时调节系统处于平衡状态下的特性，通常是用四象限图来表示。而我们这里所说的静态调试是在汽轮机静止状态下（用外部操作设备切断汽轮机汽源）来调整、测定调节系统特性。具体操作是：在位置“d”使P2=0.145Mpa，检查放大器二油压油切断点是否符合要求。由“d”调整到“e” 。图4.6 启动调节器100位置，调速器控制机组转速5速关阀的设计速关阀又称为主汽门，它是主蒸汽管路与汽轮机之间的主要关闭机构，在紧急状态时能立即切断汽轮机进汽，使机组快速停机。 汽轮机停机时速关阀是关闭的，在汽轮机起动和

43、正常运行期间速关阀处于全开状态。 速关阀阀壳与汽缸进汽室是整体构件，因此，速关阀不带单独的阀壳。速关阀水平装配在汽缸进汽室侧面，根据进入汽轮机新蒸汽容积流量的大小，一台汽轮机可配置一只或两只速关阀。 速关阀主要由阀、油缸和支座三部分构成，其结构如图1所示。 图5.1阀体部分主要由件19和件23组成。 主蒸汽经由蒸汽滤网（3）通至主阀碟（1）前的腔室，在速关阀关闭状态，阀碟在蒸汽力及油缸弹簧（17）关闭力作下被紧压在阀座（23）上，新蒸汽进入汽轮机通流部分的通路被切断。在主阀碟中装有卸载阀（2），由于在速关阀全开之前调节汽阀是关闭的，所以在速关阀的开启过程中，当卸载阀开启后，主阀碟前后蒸压力很快

44、趋于平衡，这样就使得主阀碟开启的提升力大为减小速关阀中的蒸汽滤网大多采用不锈钢波形钢带卷绕结构的滤网，也有一些汽轮机的滤网由带孔不锈钢板卷焊而成。 为阻止、减少蒸汽向外泄漏，在阀的动、静部分都采用了相应的密封措施。剖分为4瓣的弓形环（7）嵌装在进汽室中，螺栓（6）通过压环（8）和弓形环使密封环（22）既被阀盖（5）压紧又与进汽室内壁面紧密贴合，在蒸汽压力作用下，该结构具有自密封作用，这样，静体部分的蒸汽泄漏被阻止；动体部分在阀门关闭和开启过程中，有部分蒸汽从阀杆（9）和套筒（4）的间隙泄漏，漏汽由接口K引出。在阀门开启后，由于阀碟与套筒的密封面接触而封闭了蒸汽外泄通道，所以在汽轮机起动和运行工

45、况下阀杆漏汽被阻断。 为便于弓形环（7）的装拆，壳体上加工有工艺孔，并用螺塞封堵。阀体部分通过支座（13）和油缸部分连接在一起，在支座的靠阀体侧装有隔热板（10）以减少对油缸的热辐射。阀杆（9）与油塞杆（12）由联轴节（21）连接在一起，在联轴节上装有油杯（11），万一油缸的活塞杆密封件受损，则油缸外泄的压力油由油杯承接并从漏油接口T2排出。 速关阀的油缸部分主要由油缸（20）、活塞（16）、弹簧（17）、活塞盘（19）及密封件等构成，油缸用螺栓固定在支座（13）上。基于油缸装、拆操作的安全性，在油缸端面装有3只专用长螺栓，在螺栓旋入处配有钢丝螺纹套。注意：油缸的装拆须借助长螺栓和螺母，以免发

46、生人身伤害事故。 速关阀的开启和关闭由油压控制。速关阀的开启通常由启动调节器（参见1-1840- ）来操作：先是启动油F通至活塞（16）右侧，使活塞克服弹簧（17）力被压向活塞盘（19），随之速关油E通入活塞盘左侧，使活塞盘与活塞的密封面保持封合，之后启动油开始有控制的排泄，活塞盘与活塞如同一个整体在两侧油压差作用下向右移动直至被试验活塞（15）限位，在活塞盘移动时，活塞杆、联轴节和阀杆随之动作，速关阀开启。 如果保安系统中任何一个环节动作，致使速关油失压，则在弹簧力作用下活塞盘与活塞脱开，活塞盘左侧的速关油从T1油口排出，活塞盘、活塞杆、阀杆和阀碟即刻被压至关闭位置，速关阀关闭。 在油缸部分

47、还装有试验活塞（15），如图2所示，由试验活塞，试验阀及压力表等构成速关阀试验机构，其作用是在机组运行期间检验速关阀动作的可靠性。 图5.26 505调节器“505”是以微处理器为基础的汽轮机用数字式调节器。 在驱动发电机，压缩机或泵的汽轮机调节系统中，505调节器用于控制机组转速、功率，汽轮机新汽压力或排汽压力，泵或压缩机的进（出）口压力以及其它与汽轮机相关的过程参数。505调节器可独立应用也能通过3个串行接口与装置分布控制系统（DCS）及PC机相联，通信接口根据需要按ASC或RTU组态RS-232，RS-422或RS-485通信。 505调节器的控制组件与操作盘集装在一起，为适应用户的不同

48、要求，505有盘装和架装两种形式，505调节器可安装在控制室内也可装设在机旁。 505调节器的所有输入、输出通过机壳背面的笼形线夹端子板接通，架装505的接线须穿过机箱底面的密封盖板接到端子板。为适应不同配置的需要，机内设置有多个跨接器，跨接器。 505调节器的操作盘包括显示器和键盘。显示器有两行，每行24个字符。键盘有30个触摸键。在操作时每个程序步都会依次在显示器中显现，机组运行时，显示器屏面上可同时看到设定参数的实际值和给定值。 505采用选项屏（菜单）驱动程序软件，使用户能便捷地按机组特性自主在现场进行组态。505调节器的操作主要有两种模式：程序（组态）方式和运行方式，程序方式是指在汽

49、轮机停机状态下，对预设程序模块进行选择和赋值，通常一旦调节器完成组态就不再使用程序方式。运行方式是指调节器组态后从机组起动到停机整个过程的操作。此外，还有一种模式是服务方式，它可在505接通电源后的任何时间内联机对程序或设置参数进行调谐，不过进入服务方式须谨慎从事。程序方式和服务方式都只能通过505面板上的操作盘进行操作，而运行方式除本机操作盘外，还可通过外部给定或通信接口执行。为防止有意或不当心更改程序，在进入程序方式和服务方式时都必须输入规定的口令,必要时用户可自行更改原有口令。 505调节器预设的程序模块有13个（见表6.2），它们分别是：汽轮机起动，转速调节，转速给定值，运行特性，驱动

50、组态，模拟输入，触点输入，功能键，辅助调节，串级调节，读出，继电器及通信，其中前7列对任何机组都必须组态，后6列可选择所需项目组态。 输入 两个转速传感器输入。利用跨接线可配用无源或有源转速传感器。 6个420mA模拟输入。可从10个预定可选项中选择。 16个触点输入。其中4个是专用的，即停机、复位，升高转速给定值和降降低转速给定值。对用于发电机组的505，发电机断路及电网断路器两个触点输入是必用的，其余10个可从24个可选项中选定。当调节器用于机械驱动机组时，可从24个可选项中选用12个。 另外，键盘上的4个功能键中F1和F2分别用于报警原因显示和超速试验，可编程的功能F3和F4可使指定功能

51、投入或退出。 供入505调节器的电源可从下述类别中选择： 表6.1 电 源保持时间内装熔断器1832Vdc14ms6.25A，最大77VA88132Vac，47-63H2或90150Vac30ms2.5A，最大143VA180264Vac，47-63H258ms1.5A，最大180VA输出 两路执行机构输出，在组态时选定输出电流为420mA或20160mA，如果不使用2执行机构，则用2执行机构输出可组态用于420mA仪表读出。 8个C型继电器触点输出，其中停机和报警是专用的，另外6个可组态。 汽轮机的转速通过一个或两个磁性式或趋近式测速探头测得。在505E中设置好测速齿盘速率和齿数，就可以计算

52、出汽轮机的实际转速。磁性式和趋近式转速探头可以同时使用，但为了保证输入齿轮速率和齿数一致，必须将两者安装在同一个齿轮上。 505E的转速PID（比例，积分，微分控制放大器）将转速信号与给定信号相比较，生成一个速度/负荷指令信号，通过低选总线传递给速率/限幅器。:9AT$dwH注意：505E默认设置为使用无源磁性式转速探头，如果使用趋近式转速探头，必须改变跳线。r+E(a:K&TK9z,Y)jSR转速PID 运行模式：*X1Uc5W根据组态以及系统具体条件的不同，转速PID可以运行在以下任何一种模式下： *w!|&TV/y(NI1， 转速控制jl4I;qk6HE*C2， 频率控制9T-g W1K

53、sa热电技术联盟3， 发机组负荷控制（不等率反馈回路投入）Brzqxg-l（1） 汽轮机高压和低压调门阀位控制$TMU;x（2） 发电机负荷控制h%L)d8O*NX转速控制：热电技术联盟Q(AAEx5u3QT发电机尚未接带负荷以前，505E的转速PID总是运行在转速控制模式下；当发电机接带负荷后， PID如何运行取决于发电机断路器及线路断路器的状态。如果发电机断路器为开路，则转速PID处于转速控制模式下；如果发电机断路器闭合，而线路断路器为开路，则PID处于频率控制模式下；当发电机和线路两者的断路器都闭合时，则机组为负荷控制方式。当处于转速控制模式时，不论负荷大小(在机组负荷容量范围内)，PI

54、D都能将汽轮机转速控制在同一转速（频率）下。采用这种组态方式，PID不需要任何形式的不等率反馈回路或第二被控制变量便能保证机组的稳定性或实现对机组的正常控制。6|)qbWP相关的速度控制参数可以通过MODBUS通讯来提供。$n15d:q.s9K VEMK&?t?#w A rdlm 频率控制：h&kbt8a-LX t 以下有关频率控制方式的描述是基于505程序的默认设置。D:In#RR当发电机断路器闭合且线路断路器断开时，转速PID运行在频率控制模式下。在该模式下，不论负荷大小（在机组负荷容量范围内），转速PID均能够将汽轮机转速控制在同一转速（频率）下。U2o? j#%AGJ当断路器动作使转速

55、PID切换到频率控制时，转速给定同时阶跃改变为等于转换前汽轮机的实际转速，使模式间切换为无扰。如果测得的最后转速不是额定转速(同步转速)，转速给定将会以默认的速率（1rmp/sec）逐渐调整到额定转速（可通过服务模式调节）。DS?,g N在频率控制模式下，可以通过转速给定升、降命令按钮改变转速给定，这样就可以通过线路断路器，利用手动来实现小网和大网之间的同步。_a, 在程序中设置了一个继电器，当PID处于频率控制模式时被激活，以显示PID的当前状态。Z.U|W!D机组负荷控制：,W*aX9M:c8X%Nn 发电机断路器闭合时，505的转速PID可控制两个独立变量，即：单机运行时控制机组的频率;

56、并入无限大电网时控制机组负荷。发电机断路器和线路断路器都闭合时，转速PID运行在机组负荷控制模式下。这种容许PID控制另外一个变量的方法， 便是不等率环节的引入。由于转速PID被设定为具有控制两个变量的能力，使之可以控制机组负荷，并可以起到稳定电网频率的作用。在这种组态方式下，当电网频率上升（下降）时，机组负荷会根据设定的不等率随之下降（上升），总的效果是使电网更稳定。 /4p7neC4X)xD热电技术联盟不等率环节的函义是：当单机为运行时,将对应于机组负荷变化的阀位变化反馈到转速PID综合点时，所引起的转速变化。不等率环节的作用是通过它引入转速PID的第二个控制变量。另一个函义是：代表机组负

57、荷变化的第二被控变量系通过不等率环节反馈到转速PID的综合点，这样转速PID便能控制两个变量，即：单机运行时控制转速，并入无限大电网运行时控制负荷，由于505的转速PID与设定值通常控制汽轮机转速和第二个变量，因此需要将第二个变量规范化，以便在转速PID的输入端实现三个信号相加（即转速、转速给定和负荷相加）。这种规范化基于额定转速的百分比，以此建立起机组负荷与PID给定转速之间的直接联系。一旦机组的负荷用额定转速的百分比表示，转速给定可以以百分比变化，在并网运行条件下，在额定转速以上改变转速给定值可使机组的负荷从0升到100。下面示例描述了如何将机组负荷转换成额定转速的百分比：b5hE2 J6

58、Q-P不等率（发电机负荷或阀位）额定转速给定转速变化量（RPM）9d8r6D.T,?-W V-M2H例如：5%100%3000rpm=150rpm 6B9t4p4V-cF rdlm 对于上面的例子，机组并网运行时，给定转速可以在3000rpm3150rpm之间进行调节，使机组的负荷从0变化到100。“最高调速器转速“设定应当设在3150rpm。 9zxH#G9sQ4!I一旦机组并入电网或其它发电系统，并且该发电系统中没有不等率特性或没有负荷分配能力时，本机组的不等率反馈允许转速PID控制机组的负荷（发电机功率或高压及低压调节阀门的开度）。汽轮发电机组并网后，机组的频率/转速取决于电网，这样50

59、5就必定只能控制其它被控变量（指机组负荷或阀位）。热电技术联505通过汽轮机高压和低压阀门的位置或从瓦特变送器上测得的模拟输入测得机组功率。可以用量程为0100的动作器（油动机）驱动电流信号代表高压(低压)阀门的位置。驱动电流与实际阀位之间的标定要求是非常严格的，所以应当尽可能的将其调整准确。S.Z.e7m4Ty8| 表6.2 图6.1 505程序结构图图6.2 505程序方式进程图6.3 505 运行方式概貌图6.4 505程序模块图6.5 505程序模块(续)7 其他相关部件调速器均可以通过杠杆对同一传动放大机构（断流式错油门和油动机）起作用，从而控制调节阀开度，调节机组进汽量或排汽量。它

60、对转速测量值与给定值进行比较随之产生相应的二次油输出到油动机，调节汽轮机的进汽量，从而控制机组在规定的转速（或功率）范围内稳定运行。 传动机构通常用于电动启动调节器或给定值调节器中，它将伺服电机的旋转运动转换为直行程输出，从而使启动机构产生相应控制操作或改变给定值弹簧的作用力。传动机构也可通过手轮进行手动操作。 油动机是调节汽阀的执行机构，它将由放大器或电液转换器输入的二次油信号转换为有足够作功能力的行程输出以操纵调节阀，控制汽轮机进汽。 电液转换器是将阀位偏差信号经过转换放大而成为液压信号，以此控制油动机的位移。它是电液调节系统中的一个关键部件，要求具有较好的精度，线性度和良好的动态性能。调

61、节汽阀的作用是按照控制单元的指令改变进入汽轮机的蒸汽流量，以使机组受控参数符合要求。放大器是将调速器比例杠杆的位移转换为操纵调节汽阀开度的二次油。 危急保安器是汽轮机的机械式超速保护设备，当机组转速超出设定的脱扣转速时动作，通过遮断 油门关闭速关阀和调节汽阀。 在电液调节转换器调节系统中，机组正常运行时，调节系统移动的很少，用油量大量增加。在高压抗燃油系统中，因为工作压力很高，并且是偶尔的间断用油，所以不须要高压油泵一直工作。故在系统中有蓄能器。采用旋转阻尼，液压调速器作为感应机构，作为液压调速系统，要求油泵理想的压力流量曲线为一水平线，当油系统的阻力改变使流量改变时，油泵出口压力不变，而只为

62、转速的函数，这就是旋转阻尼器所具有的性能8静态校核8.1静态特性不管是哪一种调节系统，它们都有一个共同的特性，即：当汽轮机负荷增加转速降低时，由于调节机构作用的结果，增加了进入汽轮机的进汽量，使汽轮机重新又恢复等速运转，但此时稳定运转的转速比负荷变化前的转速要低。反之，若汽轮机的负荷降低，则稳定后的转速将比负荷变化前的转速要高，也就是说，汽轮机在各种负荷下稳定运转的转速并不相等。调节系统的这一特性告诉我们：汽轮机的每一负荷都有一转速与其相对应，这种在稳定工况下的转速n和负荷N的关系称为调节系统的静态特性。调节系统的静态特性对汽轮机能否正常工作影响很大，而衡量调节系统静态特性的标准主要有两个重要特性指标，这就是调节系统的速度变化率和迟缓率。8.2感