汽轮机原理第六章

• 调节对象对动态特性的影响
– 转子飞升时间常数Ta – 蒸汽容积时间常数Tv
• 调节系统对动态特性的影响
– 速度变动率，当其值较大时，动态过程中的最高转速及稳定转速均较高，静 态和动态偏差较大，同时，反馈率高，动态稳定性好，调节过程是非周期的， 或者振荡的较快，动态超调量变小。 – 油动机时间常数Tm，表示在错油门滑阀油口开度最大时，油动机活塞在最大 进油量条件下走完工作行程所需的时间，它综合反映了油动机的滞后时间和 关闭时间。
汽轮机自动调节和保护的基本原理
直接调节和间接调节
– 当外界负荷发生变化时，调节汽门直接由调速器本身带动，改变汽轮机的进汽量，使 发出的功率与外界负荷相适应，同时保证前后转速偏差在允许范围。
有差调节和无差调节:
– 当外界负荷变化时，调节系统动作结束后，机组并不维持转速不变，不同的负荷对应 不同的稳定转速，只是转的变动较小，这种调节是有差调节。
中间再热式汽轮机的调节
• 中间再热式机组的应用必然导致单元制，即一机配一炉。对于中 间再热式机组，由于中间再热压力是随着机组功率的变化而变化 的，因此不同的机组的再热器之间不能连通，为使锅炉能正常运 行，必须使新蒸汽流量与流经再热器的流量保持严格比例，这样 不同机组之间各锅炉的主蒸汽管道也不能相互连通。 • 目前采用的机炉控制方式有下列几种：
速度调节和功率调节
– 根据汽轮机的转速来控制调节汽门的开度，称为速度调节系统。
在稳定状态下，汽轮机的功率和转速之间的关系，称为调节系统的静态曲线。
速度不等率，汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定转速时所对应的最小转速之差，与 汽轮机额定转速之比，称为调节系统的速度变动率，或称为速度不等率，其表达式
为：
nmax nmin 100 % n0
• 迟缓率，在调节系统实验时，升速过程和减速过程各有一根静态曲线，不相 重合，形成一条带状，它表示该调节系统阻力的大小，通常用调节系统的迟 缓率表示，n1,n2表示在机组同一功率下的最高和最低转速，n0是汽轮机的额 定转速，那么迟缓率的表达式为: n n n 1 2 100 % 100 %
– 汽轮机跟随控制方式 – 锅炉跟随控制方式 – 机炉协调控制方式
第 六 节
背 压 式 和 抽 汽 式 汽 轮 机 的 调 节
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第 五 节
汽 轮 机 功 率 电 液 调 节
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第 四 节
调 节 系 统 的 试 验 和 调 整
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第 三 节
中 间 再 热 式 汽 轮 机 的 调 节
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第 二 节
液 压 调 节 系 统
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第 一 节
汽 轮 机 自 动 调 节 和 保 护 的 基 本 原 理
• 对调节系统动态特性的要求
– 稳定性，汽轮机运行时，当受到扰动而离开原来的工况很快的过渡到新的稳 定工况，或扰动消除后恢复到原来的稳定工况，这种调节系统是稳定的。 max – 动态超调量，动态超调量可用下式表示：


100 %
– 静态偏差值，汽轮机调节系统中，有差调节系统的静态偏差等于速度不等率。 ( ) () – 过渡过程的调整时间，外界扰动作用于调节系统中，从调节过程开始到被调 量满足下不等式的最短时间称为过渡过程的调整时间，用T表示: – 振荡次数，指调整时间内的被调量振荡次数.
•
汽 轮 机 调 节 系 统• 自动调节的任务：当外源自电负荷发生改变时，汽轮机转速有一个
很小的变化时，自动改变进汽量，使发出的功率与外界电负荷相适应。 并保证调节后的机组转速的偏差不超过规定的范围。 • 自动调节的特性：如果外界电负荷增加（减少）时，汽轮机进气量不 应做出相应的增大（减小），那么汽轮机的 转速将会减小（或增大）， 以使汽轮机发电机组发出的电功率与外界电负荷相适应，机组将在另 一转速下运行。
液压调节系统
• 转速感受元件
– 高速弹性调速器，它是一种转速高，体积小，灵敏度高的机械离心式调速器， 其工作转速为3000r/min，因此可和汽轮机主轴直接相连，不用配备减速器。 – 径向钻孔式脉冲泵，它是离心泵的一种，根据离心泵的原理，在油泵的出口阻 力不变，泵的压增（即进出口压差）和油泵转速的平方成正比，即其出口油压 为: n p2 p10 ( p20 p10 ) ( ) 2 n0 – 旋转阻尼器，是液压转速感受元件的一种，其工作原理与脉冲泵相似，只是主 油泵来的压力油经针形阀节流后的油压大于旋转阻尼器的压头，油由外向内流。
n0 – 汽轮机单机运行，迟缓率引起机组的自振 – 汽轮机并列运行，迟缓率引起机组的功率的晃动 n0
• 一次调频，汽轮机单机运行时，在额定功率运行时，机组在转速为3000r/min 下运行，当外界负荷增大时，汽轮机转速降低，将不能维持在额定转速下运 行，电网频率将降低，这称为一次调频。 • 二次调频，电网频率不正常时，通过同步器平移静态特性曲线，增加或减小 机组功率，以恢复电网的正常频率，这称为二次调频。 • 平移调节系统静态特性曲线的装置称为同步器，其作用在于：
• 油动机
– 油动机的时间常数Tm，表示在滑阀油口开度最大时，油动机活塞在最大进油量 条件下走完整个工作行程所需的时间，即: T mmax Am m Qmax 反馈机构 – 机械反馈机构，应用旋转阻尼器作转速感受元件的调节系统采用的是杠杆弹簧 反馈系统，它属于机械反馈系统。 – 液压反馈机构，高速弹性调速器和脉冲泵的调节系统中的控制油路都是液压反 馈系统，两者的区别在于前者是改变的是进油窗口的面积，而后者改变的是排 油窗口的面积，结果都是使控制油压恢复到原稳定值。
– 对于尖峰负荷的机组，要求其静态特性曲线平一些好，即速度变动率应小一些，以使 机组能承担较大的负荷变动，一般为3%—4%。 – 对于带基本负荷的机组，不希望机组负荷有较大的变动，要求静态曲线陡一些，即速 度变动率大一些，使机组的负荷变动变化较小，保持基本负荷，一般为4%—6%。 – 对于一般机组而言，不是带尖峰负荷，便是带基本负荷，所以速度变动率一般在 3%—6%.
– 汽轮机单机运行时，可以确保机组在任何负荷下保持转速不变 – 汽轮机在并列运行时，可以进行负荷在各机组建的重新分配，此时机组转速不变。
• 汽轮机运行对调节系统静态特性曲线的要求
– 特性曲线的形状，应连续，平滑，不应有跳跃或突变点。 – 同步器的调节范围，最低位置下静态曲线对应的空负荷时的转速为2850r/min，即 处于额定转速的-5%处；最高位置下静态曲线所对应的空负荷时的转速为3210r/min， 即处于额定转速的+7%处。
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• 机械液压调节系统，其工作原理是，当汽轮机转速升高时，调速 块向右移动，其位移通过差动活塞位移带动调速器滑阀也向右移 动，调速器滑阀的位移使控制油压下降，引起错油门滑阀向下移 动，压力油经油口进入油动机活塞上部，迫使油动机活塞向下移 动，关小调节气门，与此同时，油动机活塞杆上倾斜的反馈滑阀 使反馈滑阀向右移动，控制油压升高，错油门滑阀又回到中间位 置，当气轮机转速下降时，其动作原理相同。