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汽轮机调速系统1目录第一章工作原理………………………………………………2第二章调速系统性能…………………………………………4第三章结构说明及动作原理…………………………………5第一节感应机构………………………………………………5第二节放大机构………………………………………………8第三节提升配汽机构…………………………………………11第四节反馈装置………………………………………………12第五节同步器…………………………………………………13第四章汽轮机调速系统………………………………………14第一节调速系统工作原理……………………………………14第二节调速系统性能…………………………………………16第三节结构说明及动作原理…………………………………17第五章安全保护装置…………………………………………30第一节自动主汽门……………………………………………30第二节超速保护装置—危急遮断器及危急遮断器错油门…31第三节轴向位移控制器………………………………………342第一节调速系统工作原理本调速系统为具有一级贯流放大，一级断流放大的单泵全液压式调速系统。调速部分主要由径向钻孔式脉冲泵、二次油压调节阀、贯流式压力变换器、断流式错油门、双侧进油式油动机、配汽机构和调速汽阀等组成。系统中没有杠杆、齿轮等部件，灵敏度较高，工作比较可靠。（图一）为单泵液压式调速系统调节原理图以汽轮机转速的变化引起径向钻孔泵出口油压的变化作为调速系统的脉冲信号。系统中采用了两级放大，第一级放大为贯流式压力变换器，第二级放大采用了断流式错油门。显然，这种系统，当转速改变时，径向钻孔泵出口油压的变化这个直接脉冲与由于径向钻孔泵出口油压的变化，使压力变换器滑阀产生位移所引起的放大脉冲是迭加的，因此其灵敏度较高。3当汽轮机处于任何稳定工况时，脉冲油路中的油压为一常数（设计值为3.5表压），此时，错油门滑阀处在中间位置，通向油动机活塞上下油室的高压油路均被切断，调速系统的各部件均处于稳定状态。当机组负荷增加时，汽轮机的转速开始下降，径向钻孔泵出口油压P1降低，使作用在压力变换器滑阀下部的力减小，在弹簧力的作用下，滑阀向下移动，将其套筒下部的脉冲油泄油窗口（A）开大，从而使脉冲油路的泄油量增加，脉冲油压（PK）降低，错油门的滑阀在上部弹簧的作用下向下移动，将通往油动机活塞上部油室的高压油油口（H）打开，高压油进入油动机活塞上部油室，迫使油动机活塞向下移动，通过提板式配汽机构开大调速汽阀，增大进汽量，从而使汽轮机的转速回升。在油动机活塞下移的同时，减小了反馈油口（下）的泄油面积，使脉冲油压恢复到原来的大小，从而使错油门滑阀返回到原来的中间位置，切断通往油动机的高压油，系统又恢复稳定状态。调速系统的上述动作过程可用下面的方块图来表示：4机组负荷减小，转速升高时，调速系统的动作与此相反。汽轮机启动前，径向钻孔泵没有工作，脉冲油压尚未建立，压力变换器滑阀和错油门滑阀在弹簧的作用下，均处于最低位置。起动汽动油泵后，压力油经过错油门进入油动机活塞上部油室，将油动机活塞压下，使调速汽阀开启。当主汽门活塞下部充满压力油后，即可慢慢转动手轮开启主汽门，以使主蒸汽能进入汽轮机冲动转子。而另一路油送往注油器、润滑和保安系统。第二节调速系统性能1.汽轮机在稳定负荷及连续运转的情况下，转速瞬时变化：±0.5%；2.汽轮机在增减负荷为额定负荷的100%时，转速的变化：径向钻孔泵压力变换器滑阀反馈窗口（下）错油门滑阀油动机活塞调速汽门调节窗口（A）因N↑而使n出口油压P1↓向下移动开大泄油量增加，脉冲油压PK↓向下移动（H）打开向下移动开大增加进汽量，使n↑开度减小，脉冲油压PK↑使错油门滑阀回中，切断去油动机活塞的油路55%；3.同步器在空负荷时，可以改变转速由正常的-4%到+6%；4.当汽轮机负荷突然由全负荷降至零时，最大转速飞升有超过额定转速的8%；5.调速系统迟缓率＜0.5%。第三节结构说明及动作原理（一）感应机构——径向钻孔泵1.作用本调速系统的感应机构为与汽轮机转子直接相连的径向钻孔汞。它的作用是：（1）感受机组转速的变化，并将此变化转换成油压的变化传递给压力变换器；（2）兼作主油泵供给润滑及调速系统动力油。2.结构及特性径向钻孔泵是离心泵的一种，其结构如（图二）所示，主要部件有：泵壳（即外架）、动轮（或称泵轮）、稳流网、油封环、轴头等。这种泵的叶轮的叶片通道和一般常见的后弯式叶片不同，它的叶片是径向的，而其通道为园柱形，故叫径向钻孔式离心泵。由于它没有较理想的扩压蜗壳及出口导叶，为了使它的出口油压稳定，在叶轮外缘与泵壳内部加装了一个由两个多孔网状半园组成的稳流网。在泵网和泵壳间装设的油封环则用于防止油的漏泄。而轴头是用来带动转速表的。6径向钻孔泵的特性归纳如下：（1）当进口油压（PP）一定时，泵的出口油压（P1）与它的转速平方成正比，即P1＝a·n2，如图（a）曲线所示。这种比例关系在工作范围内接近于直线，因此，油压增量的变化能正确地反映转速的变化。根据油泵出口压力与转速平方成正比的关系，即P1＝an2，可推导出：nnannanPP22211＝（1）公式（1）表示在转速变化不大时，油压的变化与转速的变化基本上是成比例的，且油压变化的比例比转速变化的比例大一倍，所以用油压的变化作为转速脉冲信号是比较灵敏的。（2）在一定的流量范围内，油泵的出口压力可近似地认为不受流量增减的影响，即压增和流量特性曲线较平坦。（如图6），当系统管道阻力由f1减至f2时，油泵出口油压虽也下降，但又下降不多（△P＝P1-P2），而此时泵的供油量却增加很多（△Q＝Q2-Q1），所以径向钻孔泵能把因外界管道阻力变化而引起油泵出口油压的7波动减到最小，从而保证了调速系统动作的迅速性与可靠性。（3）油泵的流量具有较大的裕量，这样即使在机组甩负荷过程中供测量的变化较大时，也不致引起较大的油压变化，保证了调节的稳定性及油动机动作的快速性。（4）由于它没有较好的扩压蜗壳和出口导叶，扩压效率较低，使得泵的总效率比较低，因此它只适用于较小的机组，既作为供给调节及润滑系统用油的主油泵，又作为产生转速脉冲信号的元件。3.油路及工作原理径向钻孔泵的进油由一只装在油箱内的单级注油器供给。注油器的出口油压为0.8公斤/公分2，油泵的出口油压在额定转速下为6.5公斤/公分2。在调节、保护及油系统中，径向钻孔泵供出的高压油分为五路：（1）一路通往压力变换器滑阀底部，并分出一支路径二次油压调节阀后，通往脉冲油路；（2）一路经断流式错油门通往油动机，作为驱动调速汽门的动力油；（3）一路经轴向位移控制器、危急遮断器错油门、三路考克至主汽门；（4）一路通往注油口；（5）一路经节流止回阀通往轴承油系统。8径向钻孔泵工作原理：当外界负荷减少（或增加）时，在汽轮机的进汽量尚未改变的情况下，汽轮机发出的功率大于（或小于）发电机的负荷，汽轮机的转速即离开稳定转速而上升（或下降）。由于与汽轮机主轴成刚性连接的径向钻孔泵叶轮，其出口压力与转速的平方成正比，因此径向钻孔泵的出口油压可以作为测量汽轮机转速变化的脉冲量。（二）注油器1.作用向径向钻孔泵入口供油，维持油泵进口压力平恒作为正压。保证了离心油泵工作可靠，不发生因吸入侧不严而漏入空气，致使吸油中断的严重故事故。2.结构和工作原理注油器的结构如（图三），主要由喷嘴及扩压管两部分组成。来自径向钻孔泵的高压油（6.5公斤/公分2）自油管进入喷嘴，使油流速度增加、压力降低，致使喷嘴出口产生负压，油箱中的油在大气压力作用下，经过滤网进入注油器，与喷嘴喷射出来的工作油混合后进入扩压管。在扩压管中，油流速度降低、压力增加，最后供出具有0.8公斤/公分2压力的低压油。注油器的出口油压为0.8公斤/公分2，进入喷嘴的工作油压为6.5公斤/公分2，喷油量为0.242立方米/分，吸油量为0.317立方米/分。9为保证注油器吸油可靠，油箱油位在任何情况下都不得低于混合室，以避免空气漏入。注油器供出的低压油分为二路：（1）一路去径向钻孔泵入口，保证其入口恒压为0.8公斤/公分2的正压；（2）与调速器（按制造厂的习惯规定：调速器包括贯流式压力变换器、断流式错油门和双侧进油式油动机）低压油路接通，以消除由于外界干扰而引起的调速器的波动。（三）传动、放大机构——压力变换器及错油门1.作用径向钻孔泵在转速变化时发出的油压变化信号值是很小的，而调速汽门受到的蒸汽作用力却比较大，因此需要将油泵出口的油压变化放大后，再去控制调速汽门。在单泵液压式调速系统中，采用贯流式压力变换器及断流式错油门作为传动放大机构，现分述如下：2.结构、油路及动作原理A压力变换器：压力变换器为第一级脉冲放大装置，其结构如（图四）所示。主要部件有：套筒、滑阀、弹簧、手轮、蜗轮、蜗杆、心杆等。在压力变换器套筒上开有两个矩形的溢油窗口（A）和（B）。滑阀做成带有凸缘的结构，使其具有自动对准中心的作用，它的上端采用球形支点来支撑弹簧座，以减少作用在滑阀上的歪斜力10和减小压力变换器的不灵敏度。主油泵（即径向钻孔泵，下同）出口的高压油（6.5公斤/公分2）一路通往压力变换器滑阀的下端，另一路径二次油压调节阀后，形成脉冲油，此油经压力变换器窗口（B），再经窗口（A）流向主油泵入口。在压力变换器的上部套筒上还开有窗口（C），此窗口与主油泵进口油路相通，从而使压力变换器滑阀上、下端受力不等，使滑阀受到一个向上的作用力，这个力就是主油泵进口和出口油压差，此压力差为压力变换器弹簧的弹力所平衡。这样，当弹簧调整好之后，压力变换器滑阀的位置实际上就只由主油泵出口油压，即汽轮机的转速决定了。或者说，在汽轮机越过调速器动作转速（注）后，也即滑阀上下作用力取得平衡后，滑阀在套筒中的相对位置，即由主油泵的出口油压表来决定了。（注）调速器动作转速：当同步器在低限位置时，油动机刚开始向关闭方向动作时的转速。它位于调速器特性阀的起点。滑阀上端与主油泵进口低压油路相通的作用是：当主油泵进口油压波动而引起主油泵出口油压波动时，压力变换器滑阀的下端（主油泵出口高压油）和上端（主油泵进口的低压油）将同时感受这一油压波动，上下端的油压也变化相同的数值，从而使滑阀两端的油压差△P不受其影响而只与转速有关。所以，滑阀上端与主油泵进口低压油路相通，就能消除由于主油泵进口油压的波动而引起主油泵出口油压波动，使调速系统不稳定的影响。压力变换器滑阀下部有一凸肩，当滑阀动作时，窗口（A）11即成了一只可调节窗口。由于此处油流是贯流不断的，故称窗口（A）为贯流窗口。脉冲油经此窗口后，其压力（PK）随窗口（A）的泄油面积的变化而改变（脉冲油压在稳定工况下为3.5公斤/公分2）。汽轮机转速不变，主油泵出口油压也不变，则滑阀上下作用力相平衡，滑阀静止不动。当汽轮机转速升高时，主油泵出口油压随之增大，从而改变了滑阀上、下的力的平衡关系，使滑阀向上移动，调节窗口（A）随之关小，脉冲油压（PK）因泄油减少而升高。反之，若汽轮机转速下降，脉冲油压就降低，其动作过程则与上述相反。这样，压力变换器接受了微弱的主油泵出口油压变化信号后，便发出一个较强的脉冲油压变化信号，起到了放大的作用。主油泵出口油压的变化这个直接脉冲与由于主油泵出口油压的变化，使压力变换器滑阀产生位移所引起的放大脉冲是迭加的，故使脉冲信号得到加强，甚至在压力变换器滑阀遇到卡涩情况时，一次脉冲油压（指主油泵出口油压）的升高也能使调速汽阀关闭。B断流式错油门在单泵液压式调速系统中，断流式错油门为第二级脉冲放大装置，其结构如（图五）所示。其主要零件有：滑阀、套筒、弹簧、调整螺杆等。错油门上部的调整螺杆用以改变弹簧的紧力，调整稳定工况下脉冲油压的数值及做超速试验用。12主油泵出口的压力油经错油门套筒的中间窗口（下）进入滑阀中央的高压油室。套筒上部有窗口（G）、下部有窗口（H），高压油可分别经窗口（G）、（H）进入油动机活塞下部及上部油室。错油门滑阀的下端与脉冲油路相通，上端与具有0.8公斤/公分2压力的主油泵进口油路相通。这样，错油门滑阀便受到一个由脉冲油压与主油泵进口