【正文】 轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)是將速。 ： 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速感應(yīng)機(jī)構(gòu)、專動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、和反饋機(jī)構(gòu)組成。 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理性構(gòu)成如圖 1所示。這樣，機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差改變調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量及焓降，改變發(fā)電機(jī)的有功功率，滿足外界電負(fù)荷的變化要求。由同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性已知，發(fā)電機(jī)的端電壓決定于無(wú)功功率，而無(wú)功功 率決定于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁；電網(wǎng)的頻率 (或稱周波 )決定于有功功率，即決定于原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 本文概要介紹汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)的任務(wù)、系統(tǒng)的基本組成和不同類型調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，著重畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 42 分析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性對(duì)機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)性能和安全、穩(wěn)定運(yùn)行的影響，以汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的典型部件為例，介紹調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作原理和靜態(tài)特性計(jì)算。并可根據(jù)汽輪機(jī)具體使用條件和用戶要求配置各種保護(hù)裝置。積木塊不僅大大縮短設(shè)計(jì)周期，而且為預(yù)制木模和鑄件，合理采用數(shù)控機(jī)床加工先進(jìn)技術(shù)，適當(dāng)擴(kuò)大部套投產(chǎn)批量等創(chuàng)造條件，大大縮短供貨周期。 這些積木塊設(shè)計(jì)原理是可采用較少的基本積木塊。 M 型汽輪機(jī)是專門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)高速壓縮機(jī)的 、 W 型雙流汽輪機(jī)可以直接與背壓式或 抽汽背壓式汽輪機(jī)組合成雙缸機(jī)組，也可單機(jī)使用，例如用作大型電站的給水泵汽輪機(jī)。如果一定尺寸的進(jìn)汽段要與較大尺寸的后區(qū)段相連，需要插進(jìn)一個(gè)過(guò)度段。 為了使汽輪機(jī)能夠適應(yīng)進(jìn) 汽段、排汽段的各種容積流量，任何一種前區(qū)段都可以分別和三種不同尺寸的后區(qū)段組合。背壓區(qū)段（ N）類型有 7種尺寸，（ H）類型中有 4 種尺寸。在（ N）類型中背壓一般可達(dá) 2 兆帕；在（ H）類型中背壓可達(dá) 兆帕。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 41 下列兩種類型的前區(qū)段 可以有自己的特定的軸承和調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 正常進(jìn)汽參數(shù)（ N）可達(dá) 10 兆帕 /510℃ 高壓進(jìn)汽參數(shù)（ H）可達(dá) 14 兆帕 /540℃ 在 N 類型中具有 5 種幾何尺寸 在 H 類型中具有 4 種幾何尺寸 對(duì)于幾種類型的汽輪機(jī)（背壓式、抽汽背壓式、凝汽式、抽汽凝汽式）都實(shí)用。這些汽輪機(jī)具有效率高等優(yōu)點(diǎn)。汽輪機(jī)分成若干區(qū)段。根據(jù)用戶要求，上述各參數(shù)的測(cè)量、變換、執(zhí)行等元件可采用氣動(dòng)或電動(dòng)單元組合儀表、合理選配。根據(jù)用戶對(duì)系統(tǒng)功能及自控水平的要求進(jìn)行合理的選擇和配置。調(diào)節(jié)汽閥的啟閉由油動(dòng)機(jī)通過(guò)橫梁、兩閥桿和杠桿系統(tǒng)進(jìn)行控制。前后汽封和各級(jí)葉片頂部汽封均采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)葉片時(shí)，根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的計(jì)算方法，由流通部分計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算各種實(shí)際運(yùn)行工況下的靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力，保證葉片可靠性。轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)子有利于采用強(qiáng)固的葉根結(jié)構(gòu)，有 T 型和多叉型兩種形式。徑向軸承根據(jù)振動(dòng)、穩(wěn)定性和汽輪機(jī)負(fù)荷等各種指標(biāo)采用二油楔軸承可配置頂軸裝置。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 40 軸承和軸承座 軸承座支承在汽輪機(jī)中心高度相當(dāng)?shù)闹ё隙皇芷子绊懀S承座與外缸的相對(duì)位置可通過(guò)螺紋調(diào)整裝置極為方便地進(jìn)行調(diào)整，汽機(jī)可在導(dǎo)向滑銷系統(tǒng)中脹縮自如，而軸承座不受傾倒或扭轉(zhuǎn)負(fù)荷的作用。對(duì)于高參數(shù)高轉(zhuǎn)速、高壓部分采用雙層汽缸結(jié)構(gòu)，內(nèi)缸為無(wú)中分面的軸對(duì)稱圓筒形結(jié)構(gòu)。經(jīng)常和同學(xué)交流設(shè)計(jì)情況 ,和同學(xué)在設(shè)計(jì)過(guò)程中一起學(xué)習(xí)和提高 . 1 經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì) ,使我認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)是一個(gè)探索的過(guò)程 ,從難到易 ,無(wú)不是多問(wèn)多看多思的結(jié)果 . 2 這次設(shè)計(jì)使自己的計(jì)算機(jī)水平得到相應(yīng)的提高 ,本設(shè)計(jì)運(yùn)用了 AUTOCAD 和 OFFICE 等軟件 ,并查閱各類網(wǎng)站信息 ,規(guī)范了自己的設(shè)計(jì)思路 ,對(duì)以后工作作了一個(gè)好的開(kāi)始 . 3 本設(shè)計(jì)增加了自己對(duì)汽輪機(jī)相關(guān)知識(shí)的了解 ,同時(shí)認(rèn)識(shí)到自己存在的知識(shí)缺陷 ,需要在工作中得到提高 . 總之 ， 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使自己得到了好的鍛煉和提高 .這離不開(kāi)劉教授和同學(xué)的指導(dǎo) ， 同時(shí)感謝大學(xué)這樣 一個(gè)好的環(huán)境 . 積木塊系列汽輪機(jī)結(jié)構(gòu) 靜子 根據(jù)蒸汽參數(shù)、流量和轉(zhuǎn)速情況選擇準(zhǔn)進(jìn)汽、中間和排氣區(qū)段 。 當(dāng)然還選用合適的調(diào)節(jié)系統(tǒng)還要考慮到經(jīng)濟(jì)條件，不過(guò)由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的上述優(yōu)點(diǎn)，各電站開(kāi)始已經(jīng)對(duì)原有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了大規(guī)模的改造，這將是以后發(fā)展的大趨勢(shì)。 由于數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，維修調(diào)試方便，冗余控制、多層保護(hù)和自檢、自診斷功能使調(diào)節(jié)品質(zhì) 、運(yùn)行可靠性和機(jī)組的安全性均較模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)有了很大提高。特別是液壓系統(tǒng)采用高壓抗燃油 (三芳基磷酸脂 )后，簡(jiǎn)化了液壓控制回路，提高了油動(dòng)機(jī)的推動(dòng)力。 P= pa= 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 36 其中節(jié)流壓降為 Mpa,在 10%范圍內(nèi)，這個(gè)數(shù)字正確。調(diào)節(jié)汽門(mén)的重疊度通常為 90％左右，也就是說(shuō)，前一個(gè)調(diào)節(jié)汽 門(mén)開(kāi)啟到閥后壓力為閥前壓力的90 ％左右時(shí)，后一個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)隨即開(kāi)啟。 1．調(diào)節(jié)汽閥順序開(kāi)始時(shí)，應(yīng)有適當(dāng)?shù)闹丿B度； 采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，一般都有幾個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)。過(guò)大的重疊度不僅使第二汽閥過(guò)早 提前開(kāi)啟，使得在汽閥的重疊部分，較小的油動(dòng)機(jī)活塞行程就通過(guò)了較大的蒸汽流量，從而在汽閥的開(kāi)啟區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的擺動(dòng)，而且由于重疊度的增大，還形成了相鄰的兩個(gè)汽閥同時(shí)以較大的節(jié)流方式供汽，降低了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 1n n2 =5%8500=425 r/min 8. 4 調(diào)節(jié)汽閥的重疊度 當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)某些性能不符合要求，或者運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)某些缺陷時(shí)，常常對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各方面進(jìn)行必要的調(diào)整。則靜態(tài)特性曲線越陡，會(huì)使汽輪機(jī)在甩負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速則會(huì)上升過(guò)多，發(fā)生超速以至影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行 ；相反，速度變化率若過(guò)小，又會(huì)使靜態(tài)特性曲線過(guò)于平緩，易引 起負(fù)荷擺動(dòng)等調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。 速度變化率不宜過(guò)大或過(guò)小。負(fù)荷越大，轉(zhuǎn)速越低；反之，負(fù)荷越小，則轉(zhuǎn)速越高。此外，對(duì)孤立運(yùn)行的機(jī)組來(lái)講，過(guò)大的遲緩將使機(jī)組的轉(zhuǎn)速自發(fā)變化，即產(chǎn)生轉(zhuǎn)速的擺動(dòng)。遲緩率的存在對(duì)汽輪機(jī)的正常運(yùn)行是不利的，因?yàn)樗鼤?huì)延長(zhǎng)從汽輪機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化到調(diào)速汽閥開(kāi)始動(dòng)作的時(shí)間間隔，造成汽輪機(jī)不能適應(yīng)外界負(fù)荷改變時(shí)的不良現(xiàn)象。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性對(duì)汽輪機(jī)能否正常工作影響很大，而衡量調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)重要特性指標(biāo)，這就是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變化率和遲緩率。反之，若汽輪機(jī)的負(fù)荷降低，則穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速將比負(fù)荷變化前的轉(zhuǎn)速要高，也就是說(shuō)，汽輪機(jī)在各種負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速并不相等。故在系統(tǒng)中有蓄能器。 在電液調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器調(diào) 節(jié)系統(tǒng)中，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)移動(dòng)的很少，用油量大量增加。 放大器是將調(diào)速器比例杠桿的位移轉(zhuǎn)換為操縱調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度的二次油。它是電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，要求具有較好的精度，線性度和良好的動(dòng)態(tài)性能。 油動(dòng)機(jī)是調(diào)節(jié)汽閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它將由放大器或電液轉(zhuǎn)換器輸入的二次油信號(hào)轉(zhuǎn)換為有 足夠作功能力的行程輸出以操縱調(diào)節(jié)閥，控制汽輪機(jī)進(jìn)汽。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常用于電動(dòng)啟動(dòng)調(diào)節(jié)器或給定值調(diào)節(jié)器中，它將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直行程輸出，從而使啟動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)控制操作或改變給定值彈簧的作用力。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 27 表 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 28 圖 505 程序結(jié)構(gòu)圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 29 圖 505 程序方式進(jìn)程 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 30 圖 505 運(yùn)行方式概貌 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 31 圖 505 程序模塊 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 32 圖 505 程序模塊 (續(xù) ) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 33 7 其他相關(guān)部件 調(diào)速器均可以通過(guò)杠桿對(duì)同一傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)（斷流式錯(cuò)油門(mén)和油動(dòng)機(jī)）起作用，從而控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)機(jī)組進(jìn)汽量或排汽量?？梢杂昧砍虨?0～ 100％的動(dòng)作器（油動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)代表高壓 (低壓 )閥門(mén)的位置。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 26 汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，機(jī)組的頻率 /轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)，這樣 505就必定只能控制其它被控變量（指機(jī)組負(fù)荷或閥位）。 “最高調(diào)速器轉(zhuǎn)速 “設(shè)定應(yīng)當(dāng)設(shè)在 3150rpm。一旦機(jī)組的負(fù)荷用額定轉(zhuǎn)速的百分比表示，轉(zhuǎn)速給定可以以百分比變化，在并網(wǎng)運(yùn)行條件下，在額定轉(zhuǎn)速以上改變轉(zhuǎn)速給定值可使機(jī)組的負(fù)荷從 0 升到 100％。另一個(gè)函義是：代表機(jī)組負(fù)荷變化的第二被控變量系通過(guò)不等率環(huán)節(jié)反饋到轉(zhuǎn)速 PID的綜合點(diǎn)，這樣轉(zhuǎn)速 PID便能控制兩個(gè)變量，即：?jiǎn)螜C(jī)運(yùn)行時(shí)控制轉(zhuǎn)速，并入無(wú)限大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí) 控制負(fù)荷， ^由于 505的轉(zhuǎn)速PID 與設(shè)定值通?？刂破啓C(jī)轉(zhuǎn)速和第二個(gè)變量，因此需要將第二個(gè)變量規(guī)范化，以便在轉(zhuǎn)速 PID的輸入端實(shí)現(xiàn)三個(gè)信號(hào)相加（即轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速給定和負(fù)荷相加）。 不等率環(huán)節(jié)的函義是：當(dāng)單機(jī)為運(yùn)行時(shí) ,將對(duì)應(yīng)于機(jī)組負(fù)荷變化的閥位變化反饋到轉(zhuǎn)速 PID 綜合點(diǎn)時(shí)，所引起的轉(zhuǎn)速變化。由于轉(zhuǎn)速 PID被設(shè)定為具有控制兩個(gè)變量的能力，使之可以控制機(jī)組負(fù)荷，并可以起到穩(wěn) 定電網(wǎng)頻率的作用。發(fā)電機(jī)斷路器和線路斷路器都閉合時(shí)，轉(zhuǎn)速 PID 運(yùn)行在機(jī)組負(fù)荷控制模式下。 機(jī)組負(fù)荷控制： ,W*a X9M:c8X%N n 發(fā)電機(jī)斷路器閉合時(shí)， 505 的轉(zhuǎn)速 PID 可控制兩個(gè)獨(dú)立變量，即：?jiǎn)螜C(jī)運(yùn)行時(shí)控制機(jī)組的頻率 。 D S?,g [ N 在頻率控制模式下，可以通過(guò)轉(zhuǎn)速給定升、降命令按鈕改變轉(zhuǎn)速給定，這樣就可以通過(guò)線路斷路器，利用手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)小網(wǎng)和大網(wǎng)之間的同步。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 25 當(dāng)斷路器動(dòng)作使轉(zhuǎn)速 PID 切換到頻率控制時(shí)，轉(zhuǎn)速給定同時(shí)階躍改變?yōu)榈扔谵D(zhuǎn)換前汽輪機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，使模式間切換為無(wú)擾。 當(dāng)發(fā)電機(jī)斷路器閉合且線路斷路器斷開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)速 PID 運(yùn)行在頻率控制模式下。 頻率控制： hamp。采用這種組態(tài)方式， PID 不需要 任何形式的不等率反饋回路或第二被控制變量便能保證機(jī)組的穩(wěn)定性或?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)組的正?？刂啤Ｈ绻l(fā)電機(jī)斷路器為開(kāi)路，則轉(zhuǎn)速 PID處于轉(zhuǎn)速控制模式下；如果發(fā)電機(jī)斷路器閉合，而線路斷路器為開(kāi)路，則 PID處于頻率控制模式下；當(dāng)發(fā)電機(jī)和線路兩者的斷路器都閉合時(shí)，則機(jī)組為負(fù)荷控制方式。 注意： 505E 默認(rèn)設(shè)置為使用無(wú)源磁性式轉(zhuǎn)速探頭，如果使用趨近式轉(zhuǎn)速探頭，必須改變跳線。磁性式和趨近式轉(zhuǎn)速探頭可以同時(shí)使用，但為了保證輸入齒輪速率和齒數(shù)一致，必須將兩者安裝在同一個(gè)齒輪上。 汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)磁性式或趨近式測(cè)速探頭測(cè)得。 供入 505 調(diào)節(jié)器的電源可從下述類別中選擇： 表 電 源 保持時(shí)間 內(nèi)裝熔斷器 18～ 32Vdc 14ms ，最大 77VA 88～ 132Vac， 4763H2 或 90～ 150Vac 30ms ，最大 143VA 180～ 264Vac， 4763H2 58ms ，最大 180VA 輸出 兩路執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出，在組態(tài)時(shí)選定輸出電流為 4～ 20mA或 20～ 160mA，如果不使用 2＃ 執(zhí)行機(jī)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 24 構(gòu)，則用 2＃ 執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出可組態(tài)用于 4～ 20mA儀表讀出。當(dāng)調(diào)節(jié)器用于機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)組時(shí)，可從 24 個(gè)可選項(xiàng)中選用 12 個(gè)。其中 4 個(gè)是專用的，即停機(jī)、復(fù)位，升高轉(zhuǎn)速給定值和降降低轉(zhuǎn)速給定值?？蓮?10 個(gè)預(yù)定可選項(xiàng)中選擇。利用跨接線可配用無(wú)源或有 源轉(zhuǎn)速傳感器。 505 調(diào)節(jié)器預(yù)設(shè)的程序模塊有 13 個(gè)（見(jiàn)表 ），它們分別是：汽輪機(jī)起動(dòng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速給定值，運(yùn)行特性，驅(qū)動(dòng)組態(tài)，模擬輸入，觸點(diǎn)輸入，功能鍵，輔助調(diào)節(jié)，串級(jí)調(diào)節(jié)，讀出，繼電器及通信，其中前 7 列對(duì)任何機(jī)組都必須組態(tài)，后 6 列可選擇所需項(xiàng)目組態(tài)。程序方式和服 務(wù)方式都只能通過(guò) 505 面板上的操作盤(pán)進(jìn)行操作，而運(yùn)行方式除本機(jī)操作盤(pán)外，還可通過(guò)外部給定或通信接口執(zhí)行。運(yùn)行方式是指調(diào)節(jié)器組態(tài)后從機(jī)組起動(dòng)到停機(jī)整個(gè)過(guò)程的操作。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 23 505 采用選項(xiàng)屏（菜單）驅(qū)動(dòng)程序軟件，使用戶能便捷地按機(jī)組特性自主在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組態(tài)。鍵盤(pán)有 30 個(gè)觸摸鍵。 505 調(diào)節(jié)器的操作盤(pán)包括顯示器和鍵盤(pán)。 505 調(diào)節(jié)器的所有輸入、輸出通過(guò)機(jī)殼背面的籠形線夾端子板接通，架裝 505 的接線須穿過(guò)機(jī)箱底面的密封蓋板接到端子板。 505 調(diào)節(jié)器可獨(dú)立應(yīng)用也能通過(guò) 3 個(gè)串行接口與裝置分布控制系統(tǒng)（ DCS）及 PC機(jī)相聯(lián)，通信接口 根據(jù)需要按 ASCⅡ 或 RTU 組態(tài) RS232， RS422 或 RS485 通信。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 22 圖 6 505 調(diào)節(jié)器 “505”是以微處理器為基