汽轮机调速系统技术总结

1、汽轮机调速系统技术总结一、刖5现代化钢铁厂高炉配套鼓风机设备，它决定高炉的产量和质量。 随着科学技术的进步和发展，鼓风机达到高速连续运转，汽动鼓风机 的成功运用对企业的能源利用和降低成本起着很人的作用，如九钢 高炉鼓风机站采用了汽轮机，汽轮机的动力来源于与z配套的锅炉产 生的高温蒸汽，高炉煤气、转炉煤气进入锅炉燃烧产生高温蒸汽。二、汽轮机的技术参数技术数据汽轮机编号汽轮机型号被驱动机械汽轮机hj户t7554nk 50/71/0压縮机江曲九江钢厂仃限公词無心二和性能参条数件进汽排汽用力mpa(a)淋度c用力mpa(a)正常3531350. 01戢a/j允许3. 726115址低允许3. 2361

2、00?<2参数1 况功率kw转速r/in in进汽压力hpa(a)温丿2'ckg/s额定26850455038. 3正b18059：35()3. 5343521.7按小三、汽轮机控制系统汽轮机控制系统主要包括调节系统、辅助系统、监测系统(tsi) 保护系统(ets)等。1、调节系统调节系统主要有转速传感器，woodward 505电子调速器，电 液转换器，油动机和调节气阀组成，woodward 505电子调速器同 时接受到两个转速传感器变送的汽轮机转速信号，将接收到的转速信 号与转速设定值进行比较后输出执行信号(4-20ma电流)再经电液 转换器转换成二次油压(1.5-4.5ba

3、r),二次油压通过油动机操纵调节 气阀，调节进气量，实现转速调节。a.转速传感器本工程中釆用的是电涡流转速传感器，电涡流转速传感器是一 种非接触式的线性化测量工具。它建立在涡流效应的原理上，其工作过程是，当被测金属传动轴与探头之间距离发生变化吋， 探头中线圈的电感量发生变化，电感量的变化引起了振荡器的振荡电 压幅度变化,这个随距离变化的振荡电压经检波,滤波和线性较正后 变成了与位移成正比的屯压量。工程中采用的dwqz系列电涡流传感器是由探头、延伸电缆、前 苣器以及被测体构成基本工作系统。前逍器中的高频振荡电流通过延 伸电缆进入探头，在探头的头部线圈中产生交磁场。当被测金属体靠 近这一磁场，则在

4、此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。 与此同吋该电涡流也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，市丁其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变(线圈的 有效阻抗)，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、 儿何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有 关。通常假定金属导体材质均匀，则线圈和金属导体系统的物理性质 可市金属导体的电导率6、磁导率£、尺寸因子t、头部体线圈与 金属导体表而的距离d、电流强度i和频率3参数来描述。则线圈特征阻抗可用z二f ( t ,£ , 6, d, i, 3)函数来表示。通常我们能做到控制t , £

5、; , 6, i, 3这几个参数在一定范围内不变，则线 圈的特征阻抗z就成为距离d的单值函数，虽然它整个函数是一非线 性的，其函数特征曲线为型曲线，但可以选取它近似为线性的一段，然后，通过前置器电子线路的处理，将线阻抗z的变化，即探头线圈与金属导体的距离d的变化转化成电压的变化。输出信号的 大小随探头到被测体表而之间的距离而变化，电涡流传感器就是根据 这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。b.伍徳沃徳woodward505电了调速器用于控制透平压缩机的转 速。woodward 505控制系统由美国woodward公司设计生产，该系 统控制器以微处理器为基础实现控制，可用于单个或双个执

6、行机构的 蒸汽轮机。woodward 505控制系统有两种操作方式：编程模式和运 行模式。编程模式用于选择控制器内部配置及运行方式的设置；运行 模式则根据设定的程序实现控制。woodward505电子调速器是以32位微处理器为核心的模块化计 算机控制装置，根据用户运行参数、条件编程组态，通过输入输出接 口，接受、输出模拟量，开关量信号进行控制。调节信号以及过程控 制，辅助控制等回路输入的控制信号，运算后输出标准的电流信号给 电液转换器，电液转换器接受调节器输出标准的电流信号，输出与 电流信号相对应的油压信号。该油压信号经液压伺服机构放大后，控 制油动机活塞移动，通过调节杠杆，改变调节汽阀的开度

7、，来改变汽 轮机的进气量。该系统通过对各个阀门的控制实现冲转、带负荷、阀门试验、抽 汽控制等一系列控制功能，并完成对工况的监视，事故记忆，主耍功 能有：转速目标设定，转速调节，抽汽压力调节，负荷分配，功率目 标值的设定，不等率设定、冷热态自起动程序设定、跨越临界转速控 制、超速试验及保护、外部停机输入、图形显示、输入输出监控、手 动自动转换等。c.电液转换器将电信号转换为液压信号的转换器。电液转换器常用于将电 动调节仪表的输出信号转换为液压信号，驱动油动机动作。油动 机具有功率大、机械刚性好、动态响应快等特点，因此它在精密 控制系统、重型机床、汽千、船舶和航空航天屮都有广泛的应用。 而电动仪表

8、在获得信息、传输和处理信息方面有一系列突出的优 点，因此在应用上常常采用电动仪表与液动执行器相结合的自动 控制系统，电液转换器就是它们必不可少的一个装置。本工程中采用sva9电液转换器，sva9型电液转换器是专为汽轮 机电液调速系统开发的一种高可靠性的动圈式电位移比例转换元 件，它能将微弱的电气信号通过液压放大转换成具有相当大作用 力的位移输出，通过它可以对汽轮机电液调速器的执行机构油动 机实现自动精确的位置控制。sva9型电液转换器工作原理如下：钢磁在气隙中形成固定磁场，当动圈绕组中有控制电流通过时，动圈 在气隙磁场屮受电磁力的作用,此电磁力克服弹簧力使动圈及控制滑 阀产牛与控制电流成比例的

9、位移。电液压力油从p口进入，流经控制 滑阀与随动活塞的上下可变节流口，rflt 口回油。油源压力直接作用 在随动活塞下腔，使之始终有一个向上的恒力，而上下节流口间的控 制油压则作用在随动活塞上腔（被控腔），使z产生一个向下的推力。 随动活塞上腔面积设计成是下腔面积的两倍，因此当控制滑阀静止 时，随动活塞自动地稳定在一个平衡位置,在这个位置上，上、下节 流口的过流而积相等，上腔控制油压刚好等于下腔油源压力的一半， 使作用在随动活塞两端的液压推力相等。输入正向电流吋，动圈带动 控制滑阀向下移动，上节流口关小，下节流口开大，从而使上腔油压 升高，推力加大，推动随动活塞下移，直至随动活塞位移等于动圈与

10、 控制滑阀位移量时，上、下节流口过流面积相等，随动活塞两端的推 力恢复相等，随动活塞两端推力在新的位置恢复平衡，输入负向电流 时，动圈带动控制滑阀向上移动，下节流口关小，上节流口开大，从 而使上腔油压降低，推力减小，随动活塞在下腔恒力的作用下上移， 直至再度达到新的平衡。d.油动机油动机是调节气阀的执行机构，它将由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 进气。油动机是断流双作用往复式油动机，以汽轮机油为工作介质， 动力油用00. 8mps的压力油。油动机的结构1. 拉杆2. 開蝶:松3. 反锻板1-活龛朴5. 汕缸（州曲）6. 汕邪7. 连接休8.

11、钳汕门花酋汕门壳林9. 反tft杠朴10. 過“呀堆j1 1 调目蝶円12. 芳角杠杆-ii油动机的工作原理：液压伺服系统有两个功能：一是控制阀门的开度，二是伺服机构、阀 门系统的快速卸载，即阀门的快关功能。对于连续型油动机，其阀门 的开度控制是一个典型的闭环位置控制系统。当遮断电磁阀失电时，控制油通过遮断电磁阀进入卸载阀上腔，在卸载阀上腔建立起安全油 压，卸载阀关闭。油动机工作准备就绪。电液转换器送来的阀位控 制信号通过伺服放大器传到伺服阀，使其通向负载的阀口打开，高压 油进入油缸下腔，使活塞上升并在活塞端面形成与弹簧相适应的负载 力。由于位移传感器（lvdt 2只，冗余配置）的拉杆与活塞连

12、接， 所以活塞的移动便由位移传感器产生位置信号，该信号通过解调器反 馈到伺服放大器的输入端，直到与阀位指令相平衡吋，伺服阀凹到零 位，遮断其进油口和排油口，活塞停止运动。此时蒸汽阀门已经开到 了所需要的开度，完成了电信号液压力wiki机械/wiki位移的转换过程。随着阀位指令信号有规律的变化，油动机 不断地调节蒸汽阀门的开度。卸载阀装在油动机的控制集成块上。正常工作时，阀芯将负载压力、回油压力和安全油压力分开，当急需 汽轮机机组停机时，安全系统动作，安全油压下降至零，卸载阀在油 动机活塞下油压的作用下打开，这吋油动机活塞下油压的压力迅速下 降，油动机活塞在阀门操纵座弹簧紧力下迅速下降。油动机活

13、塞下的 油液通过卸载阀向油动机活塞上腔转移，多余的油液则通过单向阀流 冋油箱，使阀门快速关闭。f调节气阀调节气阀的结构1. 杠杆2. 连搖板阀盘ii. 汽釘进汽京5. 阀梁6. 礫7. 衬套8. 阀出9. 縄杆10. 下丫向套简ii. 托架i2i.导向食筒13. 支架1 i. 弹黄纽件15汕动机调节气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（功率或转速、进汽压力、背压等）符合运 行要求。2. 监测系统（tsi）汽轮机的在线保护方法（tsi）系统，汽轮机热t监视和保护系 统以及由其所组成的信号报警系统和保护控制系统，是保护汽轮机安 全运行的重耍设备。随着机组容量的

14、增大，汽轮机安全监视和保护就 显得更加重要，同时对汽轮机的安全监视和保护装置动作的准确性和 可靠性也提出了更高的要求。原有及早期设计的保护系统大多为继电 器及硬件逻辑搭接的，可靠性较差，维护量较大。汽轮机振动及监控 保护系统是为了监视汽轮机在运行过程中主轴和轴承的振动状况及 大轴弯曲而设计的，它由振动监视组件，速度监视组件和偏心监视组 件三部分组成，每个部分可由用户的需要提供若干组件，以完成用户 需要监视的测点。其中监视振动组件和偏心监视组件配涡流传感器， 用来监视主轴的振动状况，涡流传感器的输出信号大小为4-20v, 它是个含有直流分量的交流信号，速度监视组件配电磁式传感器， 用来监视轴瓦的

15、振动情况。比振动监视组件：振动监视组件是以单片机为核心研制的，单片 机采用目前市场上先进的8098单片机，8098单片机具有处理速度 快，抗干扰能力强，系统稳定性能好等优点，本工程中监测分析与故 障诊断软件系统”在仿真机上运行，能对仿真机运行工况进行监视， 也能通过实时数据库与实际机组的计算机联网，对实际运行机组工作 状况进行监测和分析等，大大的提高了系统的安全性能。对旋转机械 来说，衡量其全面的机械情况，转子径向振动振幅，是一个最基本的 指标，很多机械故障，包括转子不平衡、不对中、轴承磨损、转子裂 纹以及磨擦等都可以根据振动的测量进行探测。转子是旋转机械的核 心部件，旋转机械能否正常工作主要

16、决定于转子能否正常运转。当然, 转了的运动不是孤立的，它是通过轴承支承在轴承座及机壳与基础 上，构成了转子一支承系统。一般情况下，油膜轴承具有较大的轴承 间隙。因此轴颈的和对振动比z轴承座的振动有显著的差别。特别是 当支撑系统（轴承座、箱体及基础等）的刚度和对來说比较硬吋（或 者说机械阻抗较大），轴振动可以比轴承座振动大几倍到几十倍，由 此，大多数振动故障都直接与转子运动有关。因此从转子运动中去监 视和发现振动故障，比从轴承座或机壳的振动提取信息更为直接和有 效。所以，冃前轴振的测量越来越重要，轴振动的测量对机器故障诊 断是非常有用的。例如，根据振动学原理，six、y方向振动合成可 得到轴心轨

17、迹。在测量轴振时，常常把涡流探头装在轴承壳上，探头 与轴承壳变为一体，因此所测结果是轴相对于轴承壳的振动。由于轴 在垂直方向与水平方向并没有必然的内在联系，亦即在垂直方向（y 方向）的振动已经很大，而在水平方向（x方向）的振动却可能是正 常的，因此，在垂直与水平方向各装一个探头。由于水平屮分而对安 装的影响，实际上两个探头安装保证相互垂直即可，当传感器端部与 转轴表面间隙变化时的传感器输出一交流信号给板件，板件计算出间 隙变化（即振动）峰-峰（p-p）值。机组轴振的测量范围:0400u m； 报警值：12511 m；停机值：250u mob速度监视组件：机器转速的测量，长期以来已成为一项必须进

18、 行的标准程序，转速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的 重要参数，并且振动值与机器转速的相关性对最终分析机器性能十分 重要。例如：在机器停车过程中，转速突然下降，会意味着机器内部 存在着大面积的金属摩碰。而零转速是预先设定的轴旋转速度，当运 行的机器需停车时，机器转速达到零转速设置点，继电器触点动作， 使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴产生弯曲，以避免在 接踵而來的开乍中由于轴弯曲对机器造成损坏。测量链由两只装于前 箱止对60（或134）齿盘的传感器和板件组成，当机器旋转时，齿盘 的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出信号，即脉冲信号， 板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，

19、与设定值比较后，驱动继电 器接点输出。转速的测量范围：05000rpm；零转速设定值：小于 4rpm；转速报警值：3240rpmo超速是最危险的情况之一，如不加以 控制，会造成机组重大的事故，导致飞不的危险。最坏的超速情况之 一是机组甩负荷吋，造成转速飞升。机组甩负荷吋转速飞升小于 108%额定转速，否则应自动打闸停机。超速保护应具有快速响应和 错误冗余表决逻辑，因此本测量链采用“三取二”方式，市三只装于 前箱、正对于60齿盘的涡流传感器和三块转速表组成，设定值为 3300rpmo与转速测量同样的原理，转速值=（脉冲频率/齿数）x60。 各机组超速的测量范围：05000rpmoc偏心监视组件:

20、转子的偏心位置，也叫做轴的径向位置，是指 转子在轴承中的径向平均位置，在转轴没有内部和外部负荷的正常运 转情况下，转轴会在油压阻尼作用下，在设计确定的位置浮动，然而 一旦机器承受一定的外部或内部的预加负荷，轴承内的轴颈就会岀现 偏心，其大小是由偏心度峰-峰值来表示，即轴弯曲正方向与负方向 的极值之差。偏心的测量可用来作为轴承磨损，以及预加负荷状态（如 不对中）的一种指示；转子偏心（在低转速时的弯曲）测量是在启动 或停机过程中，必不可少的测量项目，它可使你能够看到由于受热或 重力所引起的轴弯曲的幅度。偏心监测板接受两个涡流传感器信号输 入，一个用于偏心的测量，另一个是键相器的测量，它用在峰-峰信

21、 号调节电路上。键相探头观察轴上的一个键槽，当轴每转一转时，就 产生一个脉冲电压，这个脉冲可用来控制计算峰-峰值。当然，键相 信号也可用来指示振动的相位，当知道了测振探头与键相探头的夹角 时，就可找出不平衡质量的位置，即转子高点的位置。这对轴的平衡是很重耍的。机组偏心的测量范围：0-10011 mo报警值：大于原始 值的30nmo3、保护系统(ets)ets是汽轮机跳闸保护系统的简称，ets在工程应用中的目的：当汽轮机运行异常，汽轮机控制系统 无法控制汽轮机在正常范围内，为防止损害汽轮机，ets使汽轮机跳 闸，关闭所有的汽轮机进汽阀。汽轮机保护系统(ets)主耍保护的项耳：a.凝汽器真空低保护由于凝汽器真空下降时往往不易立即找到原因，必须设置真空低 保护装置，一旦真空下降值超过允许极限时，保护装置立即动作，实 现紧急停机，以保护机组安全。凝汽器真空低i值凝汽器真空低【值凝汽器真空低保护投入图3.