汽轮机液压调节系统及静态特性

周郑峰一汽轮机的自调节能力汽轮发电机组依靠自身力矩与转速之间的变化特性可以自发地从一个工况调整到另一个稳定工况，但是自平衡能力很弱，转速的变化很大，如下图示。由上可见，必须依靠调节系统的作用，改变蒸汽力矩使其稳定点由a—b—c，从而使转速维持在允许的范围内。二液压调节保护系统的任务与组成1任务1)在正常运行时，通过改变汽轮机的进汽量，使汽轮机的功率输出满足外界负荷的要求，且使调节后的转速稳定在规定的范围内。2)在危急事故工况快速关闭调节汽门或主汽门，使机器维持空转或快速停机。2基本组成部分1)转速敏感机构2)中间放大机构3)执行机构4)配汽机构5)同步器3转速控制原理框图4典型液压调节系统的工作过程以径向泵全液压系统和旋转阻尼系统说明之。径向泵全液压系统图旋转阻尼系统图三汽轮机液压调节系统的静态特性1、静态特性所谓静态特性指汽轮机单独运行时，依靠调节系统的调节作用,负荷与转速间的稳态关系，表示如下图。1）特性曲线的形状空负荷与满负荷区段斜率较大，中间平缓，连续圆滑，略向右下方倾斜。由于环节中存在迟滞，致使该曲线呈带状区域。2）速度变动率汽轮机空负荷时对应的最高转速与额定负荷时所对应的最低转速之差，与额定转速之比称调速系统的速度变动率，即%100minmaxonnn静态特性曲线形状静态曲线上各处的斜率并不相同，故常用局部速度变动率表示静态曲线各处斜率的变化情况，即局部速度变动率为：一般要求中间区段最小的局部速度变动率不得小于整体速度变动率的40%。%100onn局部速度变动率3）迟缓率定义：在调节系统增、减负荷特性曲域上，相同功率处转速偏差与额定转速的比，即一般要求，机械液压调节系统小于0.6%，电液调节系统小于0.2%，迟缓率增大将会造成负晃动量增大。由于迟缓率的存在引起的负荷晃动量为。同时，迟缓率增大，还会降低动态的稳定性，因此要求迟缓率尽可能小。%1000nn2、静态特性的获取1）四象限图组成：第Ⅱ象限转速敏感机构特性第Ⅲ象限中间放大机构特性第Ⅳ象限配汽机构特性第Ⅰ象限调节系统的静态特性调速系统静态特性的绘制方法见右图所示。考虑迟缓率之后四象限图如下图。由上可见，由于各环节的存在迟缓，使系统的迟缓率增大。2）静态特性试验(1)空负荷试验通过该项试验获取第Ⅱ、Ⅲ象限曲线。其试验方法，是在固定的同步器位置下，操作主汽门使转速升、降各一次，记录有关数据，试验中只允许转速单方向变化，其试验数据用以绘制第Ⅱ、Ⅲ象限曲线。(2)负荷试验通过该项试验获得油动机行程与电负荷曲线，即第Ⅳ象限曲线.如果仅需知道速度变动率，而无需绘制静态特性曲线时,可以采用四点法.四点法试验是在空负荷下进行,要点如下：a、将同步器置于低限位置记录转速。b、操作主汽门降速，直到油动机开大至满负荷开度为止，记录转速。c、将同步器置高限位置，记录转速。d、操作主汽门降速，直至油动机开大至满负荷开度为止，记录转速。将上述4个转速用额定转速的百分数表示，即A0,B0,Cr,Dr。然后作图,如下所示:由额定转速位置做铅垂线与,交于E,F点，再通过EF线段中点做水平线交AB\CrDr线交于点o\o，则线代表了在该同步器位置下汽轮机调速系统的由空负荷至满负荷转速相对变化量,即速度变动率。(3)模拟油压法例如东方厂机组，操作静态试验伐，使油动机行程由空负荷（23mm）变化到满负荷（127mm），其压增变化量对应的转速差与额定转速之比即为速度变动率。四同步器由于液压调节系统为惯性环节,系有差调节，故必须设置同步器.1、作用（1）单机运行时调节汽轮机转速（2）并网运行的调节汽轮机负荷2、作用原理平移静态特性线,以径向泵系统说明动作原理。3、同步器的调整速范围即静态特性线上，下限的位置，一般以空载转速与额定转速之比表示。其上下限考虑的因素为:(1)下限：电网在低周波以及高蒸汽参数时能操作同步器的降负荷到零。(2)上限：电网在高周波以及低蒸汽参数时能带到满负荷。同步器的调整速范围示意图如下：4、一次调频与二次调频（1）一次调频机组通过调节系统动作，按静态特性由一个稳定工况调整到新的平稳工况称一次调频，见下图所示,电网周波降低时机组负荷增加。（2）二次调频操作同步器，使静态曲线向上平移（例上图虚线位置）,直至机组转速回到预定的质量范围内为止，这种用同步器来调节供电频率的方法称二次调频。利用同步器平移静态曲线的作用，尚可实现电网的二次调额,见下图所示。若让2号机带原来负荷，一次调频后的总功率变动量全由1号机承担。则可操作1号机同步器,使1号机静态特性线移至线位置，1号机功率增加，使总功率大于总负荷，于是电网周波升高，当转速回到时，2机则回到原来负荷，则1机承担了全部的负荷变化，实现了电网的二次调频。五、静态特性调整对现场而言，主要是同步器上、下限和速度变动率的调整，且因系统的不同方法也不相同，以下举例说明。1、同步器上、下限的调整(1)改变压力变换器弹簧予紧力例如径向泵全液压系统即可采用此方法，移动静态特性的原理在于平移第象限特性线，如下图所示。压紧弹簧，特性线向上平移；放松弹簧，特性线向下平移。(2)带附加泄油口的同步器在脉动油路上另加一个泄油口，改变泄油口面积，同样也能起到平移静态特性线的作用，例如下图所示。(3)改变脉动油压法（改变错油门滑伐上部弹簧初紧力），但该方法对动态特性有影响，故不能改变太多。(4)旋转阻尼系统，可以改变辅助同步器弹簧的初紧力，以改变动作转速，达到平稳静态特性线的目的。(5)高速弹簧调节系统，方便的方法是调整带动调速器滑伐移动的连接杆长度，使得在相同的调速器位置，泄油口面积改变，这便平移了静态特性线。2、同步器调节范围不足调整主要是调整同步螺杆的行程。若用增加同步器弹簧常数的方法，则需考虑对速度变动卒的影响。3、速度变动率的调整最方便的方法是改变油动机反馈量的大小，以改变传动放大机构特性。各种系统的调整方法如下：(1)改变压力变换器滑伐上部弹簧常数，弹簧常数增大则速度变动率增大。(2)改变油动机反馈油口和压力变换器泄油口的宽度，增加反馈油口宽度，速度变动率变大(3)上汽厂旋转阻尼系统，可以改变反馈杠杆支点位置(4)哈汽厂的高速弹簧片系统（含东汽、北重），最方便的方法是改变反馈斜板斜度或反馈杠杆的尺寸。(5)改变笫Ⅳ象限特性线，如下图所示。4、特性曲线局部过平或者过陡（1）常常是由于调节汽门重叠度设置不当所致，可用调整重迭度的方法改善。（2）对于使用凸轮控制调伐时，可以改变凸的型线，如下图所示。（3）对于液压调节系统，可以采用改变反馈油口的形状的方法，改变反馈油口由长方形改为曲线形，以调整静态特性线上各处的斜率。