水轮机调节系统的构成和任务

1、0水轮机调节系统的构成和任务水轮机调节系统的构成和任务电气班电气班二一三年七月二一三年七月1第四章 水轮机调节第一节第一节 水轮机调节的任务水轮机调节的任务第二节第二节 水轮机调节的基本概念水轮机调节的基本概念第三节第三节 水轮机调速器的工作原理水轮机调速器的工作原理第四节第四节 水轮机调速器的类型水轮机调速器的类型第五节第五节 油压装置油压装置23 电力系统的负荷是不断变化的，包括一天之内的周期性变化和以分秒计的短周期的非规律性变化。因此，根据系统的要求和水轮发电机组出力变化灵活的特点，水轮发电机组的出力需进行调节，其任务为：电力系统的负荷图4 (1)根据负荷图的安排，随着负荷的变化迅速改变

2、机组的出力，以满足系统的要求。 (2)担负系统短周期的不可预见的负荷波动，调整系统频率。 对于磁极对数已经固定的水轮发电机，其输出电能的频率决定于机组的转速，因此，欲保持机组供电频率不变，则必须维持机组转速不变。水轮发电机组的转速变化一般要求不得超过0.10.4 。故水轮机调节的本任务可归纳为： 根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的出力并维持机组转速在规定范围内。 除以上的基本任务外，水轮机调节的任务尚有机组的起动、并网和停机等。 5调速系统调速系统控制水电机组出力、事故紧急停机。控制水电机组出力、事故紧急停机。6机组的转速变化可用以下基本动力方程表示 (4-1) 式中，J机组转动部分的惯性矩

3、； 机组的旋转角速度，=2n/60，弧度s， n为机组转速，rmin； Mt水轮机的主动力矩； Mg发电机的阻力矩； t时间。dtdJMMgt7水轮机的动力矩可用下式表示 (42) 式中, 水的容重； Q水轮机的流量； H水轮机的工作水头； 水轮机的效率。 在、Q、H、中，只有Q是易于改变的，因此，通常把Q作为水轮机的被调节参数，QHMt8QHMQHMttndtdMMMNndtdMMMNnnCdtd，MMgtggtgegt0)3(0)2(, 0) 1 (C9通过改变Q来改变水轮机的动力矩Mt。比较式(42)和式(41)，可能出现以下三种情况： () Mt=Mg ，水轮机的动力矩等于发电机的阻力

4、矩，d/dt=0，为一常数，机组以恒定转速运行。 (2) MtMg，水轮机的动力矩大于发电机的阻力矩，当发电机的负荷减小时会出现这种情况，此时d/dt0，机组转速上升，在这种情况下，应对水轮机进行调节，减小流量，从而减小Mt，以达到新的平衡状态。 (3) Mt Mg，水轮机的动力矩小于发电机的阻力矩，当发电机的负荷增加时会出现这种情况，此时d/dt0，机组转速下降，在这种情况下，应增大水轮机的流量Q以达到Mt=Mg的新的平衡状态。10 反击式水轮机调节流量的机构为导叶(转桨式水轮机尚有转轮叶片)；冲击式水轮机调节流量的机构为带针阀的喷嘴。导叶和喷嘴的针阀由接力器操作，根据水轮机所需流量的大小，

5、改变导叶或喷嘴的开度。接力器的动作则由调速器操纵，根据调速器的指令行事。 水轮机及其导水机构、接力器和调速器构成水轮机自动调节系统。与其他原动机的调节系统相比，水轮机的调节系统具有以下特点：11 (1)水轮机的工作流量较大，水轮机及其导水机构的尺寸也较大，需要较大的力才能推动导水机构，因此，调速器需要有放大元件和强大的执行元件(即前述的接力器)。 (2)水轮发电机组以水为发电介质，与蒸汽等相比，水有较大的密度，同时，水电站的输水道一般较长，其中的水体有较大的质量，水轮机调节过程中的流量变化将引起很大的压力变化(即水锤)，从而给水轮机调节带来很大困难。 (3)对于轴流转桨式水轮机的导叶和转轮叶片

6、、水斗式水轮机的喷嘴和折流板、带减压阀的混流式水轮机等，需增加一套协调机构，对两个对象进行调节，使调节更为困难。 总之，水轮机的调节比其他原动机(如汽轮机等)的调节要复杂和困难。12第二节第二节 水轮机调节的基本概念水轮机调节的基本概念 水轮机调节系统的组成元件及各元件的相互关系可用图41的方块图表示。 图中的方块表示水轮机调节系统的元件，箭头表示元件间信号的传递关系：箭头朝向方块表示信号的输入，箭头离开方块表示信号的输出，前一个元件的输出是后一个元件的输入。从图中可以看出，由导水机构输人的水能经机组转换成电能输送给系统。电能的频率f(亦即机组的转速n)信号输入调速器的测量元件，测量元件将频率

7、f信号转化成位移(或电压)信号输送给加法器(图中的 )并与给定的f值作比较，判定频率是否有偏差和偏差的方向，根据偏差的情况通过放大器向执行元件发出指令，执行元件根据指令改变导水机构的开度，反馈元件则将导叶开度的变化情况反回给加法器，以检查开度变化是否符合要求，如变化过头，则发出指令进行修正。13水轮机调节系统方框图水轮机调节系统方框图导水机构导水机构机机 组组执行元件执行元件放大元件放大元件反馈元件反馈元件测量元件测量元件水水 能能Q H电电 能能U I f给给 定定 f f14 在方块图41中，测量、加法、放大、执行和反馈元件总称为自动调速器。导水机构包括机组在内，统称为调节对象。 调速器和

8、调节对象构成水轮机自动调节系统。 水轮机调节系统以频率 f (亦即机组转速)为被调节参数，根据实测 f 与给定值间的偏差调节导水机构的开度，从而改变机组的出力和转速(频率)，但要使改变后的频率符合给定值需要一个调节过程，这个过程又称为调节系统的过渡过程，在这个过程中，频率、开度等参数随时间不断变化。各参数随时间的变化情况，及在经过一段时间以后是否能达到新的平衡状态(即稳定工况)，与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的动特性。若在经过一段时间之后系统能够达到新的平衡状态，那么新平衡状态与原平衡状态的关系，即各参数是否能回复到初始状态，亦与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的静特性。下面将

9、分别研究水轮机调节系统的这两种特性。15一、水轮机调节系统的动特性一、水轮机调节系统的动特性 水轮机调节系统的动特性可用被调节参数(例如转速n)与时间的关系曲线来表达，调节系统的动特性不同，曲线的形式也不同，但可归纳成5种基本类型，如图42所示。 16图42(a)中的机组转速在t=t0时偏离额定转速n0后，在t1时达最大值nmax，然后逐步回复到额定转速n0，进入一个新的平衡状态，其过渡过程是一个非周期的衰减过程，无过调节现象(无n n0情况出现)。 图42(b)是一个周期性衰减振荡，转速n在偏离额定转速n0后，经过一个振荡过程进入新的稳定状态。17图42(c)是一个周期性非衰减振荡，转速n在

10、偏离额定转速n0后进入一个持续振荡状态，不能达到一个新的稳定工况。 图42(d)是一个周期性发散振荡，转速n的振荡幅值随时间而增大，达不到一个新的稳定工况。18图42(e)是一个非周期性发散过程，转速n一旦偏离定额值n0，其与n0的偏差将随时间而增大，不可能达到一个新的稳定状态。 图42(a)和(b)的过渡过程是稳定的，其他三种过渡过程是不稳定的。过渡过程能否稳定，决定于调节系统本身的性质。稳定性是对调节系统的基本要求，不稳定的调节系统是不能采用的。19 调节系统除应满足稳定性的要求外，其过渡过程曲线还应该有比较好的形状，即具有良好的品质。对过渡过程品质的要求概括起来有以下几个方面： (1)调

11、节时间Tp要短(十几秒几十秒，越小越好)，即从被调节参数偏离初始平衡状态达到新的平衡状态的时间要短。从理论上讲，过渡过程振荡的完全消失要很长的时间，但对于实际工程，当转速与额定转速n0的偏离值小于(0.2O.4)n0 ,即可认为进入新的平衡状态。 (2)超调量p要小，即被调节参数振荡的相对幅值要小。 无差调节:以第一负波值占最大转速偏差值的百分数表示: 有差调节:以最大转速偏差值占转速给定值的变化幅值的百分数表示: (3)在第(1)点所述的调节时间内振荡次数X要少(12周波)。%100max1nnp%10000max0maxnnnnnp20二、调节系统的静特性二、调节系统的静特性 调节系统的静

12、特性指稳定工况(平衡状态)时各参数之间的关系，通常用机组转速n与出力N的关系表示。 调节系统的静特性有以下两种： (1)无差特性，如图43(a)所示，机组转速与出力无关，在任何出力情况下，调节系统均能保持机组转速为n0。 (2)有差特性 机组出力小时保持较高的转速，出力大式保持较低的转速，即调节前后两个稳定工况间的转速有一微小偏差。偏差的大小通常以相对值表示，称为调差率(亦称残留不均衡度)，即 式中 nmax机组出力为零时的转速； nmin机组出力为额定值时的转速； n0 机组的额定转速。0minmaxnnn21图43调节系统的静特性(a)无差特性(b)有差特性图44具有无差特性机组的并列运行

13、22 在工程实践中一般为OO.08。 电力系统是由许多机组组成的，若各机组都是无差调节特性，则负荷在各机组间的分配是不明确的。图44为两个具有无差特性机组的并列运行情况。两台机组所分担的负荷N1和N2是不固定的，可以N1大些N2小些，也可相反，有无穷多的组合情况，不管负荷在两台机组之间如何分配，都能保持转速不变，而且负荷会在两台机组之间摆动，因此，除担负调频任务的机组外，一般机组不能采用无差特性。23图45为两个具有有差调节特性的机组。若系统的转速(频率)为n0，则两台机组所分担的负荷N1和N2是固定不变的，否则便不能保持原有的转速n0。若外界负荷增加N，只需适当降低转速至n2：即可使两台机组

14、分别增加负荷N1，和N2，并使 N1+N2= N。 N1和N2的大小与转速变化 n=n0-n0和机组静特性曲线的斜率(或调差率)有关，n越大，越小，N越大。故机组采用有差调节特性后，无论在负荷变动前或变动后，都能分担固定的负荷。因此一般机组都采用有差调节特性。机组的无差或有差调节及调差率的大小，可通过整定调速器的参数得到。 N1N2图45具有有差特性机组的并列运行24第三节第三节 水轮机调速器的工作原理水轮机调速器的工作原理 一、调速器组成 水轮机的自动调节系统包括调节对象(水轮机及其导水机构)和调速器。调速器的主要组成部分和工作原理如图46所示。其主要组成部分如下。 1离心摆 离心摆如图46

15、中的1，它有两个摆锤，通过钢带顶部与转轴固定，下部与可沿转轴上下滑动的套筒相连。离心摆用电动机带动旋转，其转速与水轮发电机组转速同步。在转速上升或下降时，摆锤在离心力的作用下带动套筒A上下移动。故离心摆是测量和指令元件，测量对象是机组转速，将机组转速信号转换为套筒位移信号。由于离心摆的负载能力很小，不可能直接推动笨重的水轮机导水机构，因此还需要有放大和执行机构。252主配压阀主配压阀如图46中的2所示，由阀套和两个阀盘组成。阀套右侧中部有压力油孔，顶部和底部各有一个回油孔，此外，阀套左右两侧各有一个油孔分别与接力器3的左右两个油腔相连。在机组稳定运行时，两个阀盘所处的位置恰巧堵住与接力器相通的

16、两个油孔，故接力器处于静止状态，此时阀盘连杆顶端位于B，并用AOB杠杆与离心摆的活动套筒A相连，故离心摆套筒的位移信号可通过AOB杠杆传递给配压阀连杆顶端。配压阀通过液压将离心摆的信号放大，故配压阀是一个放大机构。263. 接力器 如图46中的3所示。接力器由油缸和活塞组成。油缸左右各有一个油孔通主配压阀。接力器的活塞杆与水轮机的导水机构连接。在机组稳定运行工况时，接力器的油路因被主配压阀切断，故接力器的活塞处于静止状态。当需要改变水轮机导水机构的开度时，主配压阀使压力油通入接力器的右腔或左腔，使接力器活塞向关闭或开起导水机构的方向移动。主配压阀和接力器构成调速器的放大和执行机构。27 4反馈

17、机构 只有以上三种机构虽然可以在负荷变化时关闭或开起水轮机导水机构，但调节过程是不完善的。例如在负荷减小时，机组转速升高，接力器关闭导水机构，当水轮机的主动力矩M等 于发电机的阻力矩f f 时，因机组转速仍高于额定转速，接力器将继续关闭导水机构形成过调节，同时，这样的调节过程也是不稳定的。为了防止过调节和保持调节过程的稳定性，调速器中还必须有反馈机构。反馈机构包括：2829 (1)硬反馈机构。图中的EFDLPO是硬反馈机构。当接力器的活塞向左(关闭方向)移动时，若C点和N点不动，则F、D、L、P各点将向上移动，从而使0点上移至O，这样就使杠杆AOB处于A0B的位置，主配压阀的阀盘回复到初始位置

18、，封堵了通往接力器的油孔，防止了接力器的过调节。硬反馈机构虽然解决了过调节问题，但在调节结束后，使O上移至0，A上移至A，水轮机的转速高于调节前的转速，不能回复到初始状态，且调节的稳定性差，故只有硬反馈机构的调速器的调节性能仍然是不完善的。 硬反馈机构使水轮机在不同的负荷时有不同的转速，形成了第二节所述的有差调节。30 (2)软反馈机构。软反馈机构是一个充满油的缓冲器，如图中的4、5、6部分所示。4和5是两个活塞，下部充满油，6是节流孔，改变节流孔的大小可以改变通过节流孔的流量。当接力器向左关闭导水机构时，M点和活塞4向下移动，活塞5因下部油压增大则和N点一起向上移动，同时，硬反馈的作用使L向

19、上移动，N和L点的上移使0上移至0，B上移至B，配压阀的阀盘又封堵了通往接力器的油孔，使接力器的活塞停止运动。但由于此时A点处于A的位置，水轮机的转速仍高于调节前的转速。在N点上移时，该处的弹簧受到压缩，弹簧的反力作用于活塞5，迫使下腔的油经过节流孔6缓慢地流入上腔，直至活塞5回复到初始位置。活塞5和N点的下移使0下移至O，A下移至A，水轮机的转速又回复到调节前的状态。故软反馈的作用可使机组在不同负荷下运行时保持相同的转速，形成第二节所述的无差调节，同时可提高调节的稳定性。31 调差率的大小可通过移动滑块10的位置来完成。改变滑块10的位置可改变硬反馈杠杆的传动比，从而改变。 图46中的7、8

20、、9部分是变速机构，可手动改变机组的负荷和转速。32二、调速器的工作过程及工作原理二、调速器的工作过程及工作原理 前已简单地说明了各组成部分的工作原理。下面以机组减荷为例系统地说明调速器的工作过程。 当机组以稳定工况运行时，离心摆也同步旋转，其滑动套筒位于A。主配压阀2的阀盘连杆顶端位于B，两个阀盘封堵了通向接力器3两端的进出油孔，接力器活塞两侧油压平衡，处于静止状态。以上是具有一级放大机构的机械液压调速器的基本工作过程和原理。一般的水轮机调速器因需要巨大的调节功，常具有二级放大机构，同时，电气液压调速器的应用也日益普遍，它们的工作原理与前述的一级放大机械液压调速器大同小异。33 当机组负荷减

21、小时，机组转速上升，离心摆的转速亦随之升高，摆锤因离心力的加大向外扩张，带动套筒A上移至A，将转速的信号转换成位移信号。由于杠杆AOB绕旋转，A点的位移信号转变成B点的位移信号，使配压阀阀盘连杆顶端由B下移至B，阀盘的相应下移打开了配压阀通向接力器3的两个油孔，使压力油进入接力器右侧油腔，同时，接力器的左侧油腔接通回油管排油，右侧的较高油压推动接力器活塞向左(关闭水轮机导水机构方向)移动，使水轮机的流量减小，出力下降。接力器活塞向左移动使硬反馈和软反馈机构的L点和N点上移，从而使O上移至O，B上移至B，配压阀的阀盘回复到初始位置，重新封堵了通往接力器的两个油孔，使接力器活塞停止运动。34 此时

22、调节虽似已结束，但离心摆的套筒仍处于A的位置，其转速未能回复到调节前的状态。离心摆转速的恢复要靠软反馈的缓冲器。上升后的点在弹簧反力的作用下使活塞5下腔的油经过节流孔6流人上腔，从而使、O、A诸点下降到要求的位置，整个调节过程结束。若是无差调节，O和A可以回复到O和A的位置，若为有差调节，则0和A不能回复到O和A的位置。具有硬反馈和软反馈机构的调速器可以通过整定反馈机构的参数改变调差率，做到有差调节(O)和无差调节(0)。以上是具有一级放大机构的机械液压调速器的基本工作过程和原理。一般的水轮机调速器因需要巨大的调节功，常具有二级放大机构，同时，电气液压调速器的应用也日益普遍，它们的工作原理与前

23、述的一级放大机械液压调速器大同小异。35363738394041424344454647机组出力调节部位机组出力调节部位 水轮机水轮机导水机构导水机构4849501 1、供油设备：、供油设备： 油泵：多用螺杆泵。将集油槽内的透平油输入压力油油泵：多用螺杆泵。将集油槽内的透平油输入压力油罐中，以保持油罐中有足够的操作压力油源。罐中，以保持油罐中有足够的操作压力油源。 2 2、压力油罐：、压力油罐： 储存高压油源，油占储存高压油源，油占2/32/3的体积，压缩空气占的体积，压缩空气占1/31/3体积。体积。3 3、主接力器：、主接力器： 在高压油的作用下，推动活塞移动，推拉杆在活塞的带在高压油的作

24、用下，推动活塞移动，推拉杆在活塞的带动下，推动导水机构动作，以达到调节导叶开口的目的。动下，推动导水机构动作，以达到调节导叶开口的目的。51机组出力调节部位机组出力调节部位 水轮机水轮机导水机构导水机构桨叶桨叶调整机构调整机构52叶片调节叶片调节驱动接力驱动接力器活塞器活塞叶片叶片叶片超作叶片超作架架53水轮机调速器问世以来，水轮机调速器先后经历了三代的发展：水压放大、油压放大式的机械式液压调速器（20世纪初-20世纪50年代）、模拟电路加液压随动系统构成的电液式调速器（20世纪50年代-20世纪80年代）和微机调节器配以相应的机械液压系统构成的微机调速器（20世纪80年代至今）。目前微机调速

25、器以可靠性高、操作简便全面取代其他类型的调速器。54一、调速器的类型1.按调速器的元件结构机械液压调速器机调运行可靠，维护方便；精度低，灵敏度差，结构复杂电器液压调速器电调调节性能好，精度高，灵敏度高，成本低，便于安装、调整；元件易老化，抗干扰能力较差。2.按调节机构的数目 单调用于HL、ZD双调用于ZZ，CJ3.按调速器工作容量的大小大型 主配压阀直径 d80mm中型 操作功1000030000Nm小型 操作功10000Nm特小型 操作功3000Nm第四节第四节 水轮机调速器的类型和选择水轮机调速器的类型和选择55 机械液压调速器的特点 机械液压调速器的自动控制部分为机械元件，操作部分为液压

26、系统。机械液压调速器出现较早，现在已经发展得比较成熟完善，其性能可满足水电站运行的要求，几十年来是大中型水电站广为采用的一种调速器，运行安全可靠。但机械液压调速器机构复杂，制造困难，造价较高，特别是随着大型机组和大型电网的出现，对系统周波、电站运行自动化等提出了更高的要求，机械液压调速器精度和灵敏度不高的缺点就显得较为突出，故我国新建的大中型水电站已越来越多地采用电气液压调速器。56电气液压调速器的特点 电气液压调速器是在机械液压调速器的基础上发展起来的，其特点是在自动控制部分用电气元件代替机械元件，即调速器的测量、放大、反馈、控制等部分用电气回路来实现，液压放大和执行机构则仍为机械液压装置。

27、与机械液压调速器比较，电气液压调速器的主要优点有：精度和灵敏度较高；便于实现电子计算机控制和提高调节品质、经济运行及自动化的水平；制造成本较低，便于安装、检修和参数调整。 根据水轮发电机组对调速器的工作容量、可靠性、自动化水平和静动态品质的不同要求，调速器有不同型号。表41是我国大中型反击式水轮机调速器的产品系列。57表41 大中型反击式水轮机调速器类型 型式 单调节调速器 双调节调速器 机械液压式 电气液压式 机械液压式 电气液压式大型 T一100 DT一80 DT一100 DT一150 ST一100 ST一150 DST一80 DST一100 DST一150 DST一200中型 YT180

28、0 YT一3000 YDT1800 YDT一3000二、调速器的型号第一部分：表示类型。大 中 小 双 单 机调 电调第二部分：大型调速器的主配阀的直径(mm)；中型调速器的最高工作油压下的接力器的容量，单位为kgfm 。第三部分：额定油压 油压为2.5MPa及以下的不表示。58调速器型号的汉语拼音字母表示： T调速器； Y中型带油压装置； D电气液压式(机械液压式无代号)； S双调节，表示用于轴流转桨式水轮机等需要进行双重调节的调速器。 例：DST100A40D-电调S-双调T-调速器100-配压阀直径A-第一次改型40-油压为40公斤/平方厘米近年来又出现了微机调速器，其控制部分采用微型电

29、子计算机，其性能更为优越59第五节第五节 油油 压装压装 置置 油压装置是向调速器提供压力油的设备，是水轮机调速系统的重要组成部分，主要包括压力油箱，集油槽和油泵系统3个部分，如图47所示。 压力油箱呈圆筒形，如图中的1所示， 集油槽为矩形，如图中的2所示。油泵布置在集油槽的顶盖上，如图47中3所示。中小型调速器的油压装置与调速柜组成一个整体。大型调速器的油压装置因尺寸较大，与调速器的操作柜分开布置，中间用油管连接。 图47油压装置原理图1压力油箱2集油槽3油泵60一、油压装置的组成及工作原理1.压力油罐及其附件压力油罐由钢板焊接而成，其内储有一定比例的油（3040%）和压缩空气（6070%）

30、作用：储存压力油，向调速器的配压阀和接力器输送具有一定压能的操作用油。利用空气良好的蓄存和释放能量的特点，减小用油过程中供求不平衡所引起的压力波动。压力油箱中的油由油泵提供。油压一般为2.5MPa（25kgcm2)，有的约达4.0MPa(40kgcm2)。压力油箱通常布置在发电机层楼板上。附件：油压装置上有测量油位、压力等参数的仪表，以决定是否需要向压力油箱供油或补气(压缩空气由压气系统提供)。油压装置的工作过程是自动的。 4个压力信号器：控制油泵的启停 压力表：显示油罐内压力值 空气阀：给压力油罐补气，压力过高时放气 油位表：显示油罐内油位 上限油位：3840%油罐总容积 下限油位：3033

31、%油罐总容积 正常油位：35%油罐总容积612.回油箱、油泵机组及其附件回油箱（集油槽）由钢板焊接而成，一般悬挂在发电机楼板之下。 作用：收集调速器的回油及漏油 正常油位为50%油罐总容积，槽中的油面与大气相通。 上限：60%油罐总容积 下限：40%油罐总容积油泵 置于油箱顶盖上，通常为两台，一台工作，一台备用， 布置在集油槽的顶盖上。大型的为三台。油泵系统通常有三个阀门 安全阀用来防止油压超过允许值，当超过某一值时，自动开启，将油排入回油箱逆止阀防止压力油罐内的油倒流到回油箱节流阀使油泵电动机能空载启动62二、油压装置的类型1. 分离式 YZ系列油罐和回油箱分开制造和布置，二者由输油管路连接

32、例YZ-20A/240分离式油压装置，压力油罐总容积为20m3，第一次改 型，两个油罐，每个油罐10m3，额定油压为40kg/cm2。2. 组合式 HYZ系列用于中小型机组，油罐直接置于回油箱之上例：HYZ4组合式油压装置，具有一个总容积为4m3的压力油罐，额定油压为25kg/cm263一、中小型调速器的选择 调速器包括三部分：调速柜、主接力器、油压装置，小型调速器三部分结合为一体 中小型调速器以主接力器的工作容量(调速功)为特征参数，组成标准系列，调速功指接力器活塞上的油压作用与其行程的乘积，由经验公式计算： Nm式中，Hmaxmax- 水轮机的最大工作水头； Q- 最大水头下发出额定出力时

33、的流量， m3/s； D1 1 - 水轮机的标称直径；注意：TY3000中3000的单位为kgfm，1kgfm9.81Nm油压装置与之配套，不需另选。水轮机调速设备的选择1max)250200(DHQA )(30mNHPA1maxmax00DHaKbA 64二、大型调速器的选择 大型调速器的调速柜、主接力器和油压装置不是固定配套的，需分别进行选择计算。（一）主接力器的选择 大型调速器是以主配压阀直径为特征参数，因此，选择时应算出所需的主配压阀直径，之前，需求出接力器的容积。1. 导叶接力器的选择 大型调速器通常用两个接力器操纵， 当油压为2.5MPa时，每个接力器的直径由经验公式计算： （m）

34、 当油压为4.0MPa (40kg/cm2) 时，每个接力器的直径由经验公式计算： （m）max101HDbDdsssddds81.00.45.205.165 式中， -计算系数，与导叶形状、数目有关，由设计手册查得。 系数表导叶数目162432标准正曲率导叶0.0310.0340.0290.032标准对称导叶0.0290.0320.0270.0300.0270.030根据计算值，查接力器直径标准系列值，选最接近结偏大的值。标准接力器直径（mm） 200225250275 300 325 350375400 450500550 600650 70075080085090066确定接力器的容积接

35、力器容积活塞最大行程接力器断面面积 活塞最大行程 Smaxmax（1.41.8）a0max0max D15m时，选较小系数值。 a0max0max-水轮机导叶的最大开度，由模型值换算： a0max0maxa0Mmax0MmaxD0 0Z0M0M / D0M0MZ0 0 a0Mmax0Mmax由模型综合曲线查，设计工况点（ ） D0 0Z0 0-原型水轮机导叶的轴心圆直径和导叶数目 D0M0M Z0M0M-模型水轮机导叶的轴心圆直径和导叶数目，由模型综合曲线查。两个接力器的总容积： （m）max2max221)2(2SdSdVsssmax11,Qnr67682.转桨式水轮机叶片接力器的选择 经验

36、公式： 式中，P0额定油压，MPa Sc（0.0360.072）D1 D15m时，选较小系数值。max241ccsSdV015.2)45.03.0(PDdc69（二）主配压阀直径的选择通过配压阀油管的流量为： QVs/ Ts（m3 /s）式中， Ts导叶从全开到全关的直线关闭时间，s 配压阀直径： （m） 式中，Vm管内油的流速，m/s 当油压为2.5MPa时，取Vm45 m/s。 求得d之后，查调速器系列型谱，选定型号。 目前，主配压阀直径系列有：80，100，150，200，250mm等规格。 操纵转轮叶片的主配压阀直径通常选择与d相同。mssmVTVVQd13.1470三、油压装置的选择

37、确定油罐的总容积Vk混流式机组：Vk（1820）Vs转桨式机组：Vk（1820）Vs（45）Vc 如果油压装置同时供给电站机组的进水阀和放空阀的接力器的用油，总容积再增加 （910）Vt和3Vf Vt、Vf进水阀和放空阀接力器的容积。 根据计算值Vk，查油压装置系列，选最接近且偏大的油压装置。 进水阀压力管道末端水轮机蜗壳进口处的阀门，大中型机组通常为液压操纵。 放空阀装在水轮机蜗壳上，机组甩负荷时，打开阀门泄放水流，以减小水击压力，亦称减压阀。71724 4、控制柜：、控制柜： 监视导叶开口及机组转速，并对其加以控制的操作设监视导叶开口及机组转速，并对其加以控制的操作设备：如相关按钮开关、切

38、换开关以及有关仪表。备：如相关按钮开关、切换开关以及有关仪表。 指示导叶开口值。指示导叶开口值。 指示机组转速。指示机组转速。 手动调整导叶开口。手动调整导叶开口。 手动调节开口限制。手动调节开口限制。完完73思考题思考题1.水轮机调节的任务是什么？它通过什么途径来完成其任务？2.什么叫有差调节？什么叫无差调节？各有什么特性？3.何谓单调节？何谓双调节？4.调速器的分类方法是什么？机械液压型调速器的类型及其性能是什么？5.如何选择调速器？6.调速器及油压装置标准化、系列化的符号及其含义。74习题习题1.某水电站最大水头Hmax=35m，相应流量为Q=6.8m3/s出力N=2000kW,水轮机型

39、号为HL200-LJ-100。请选择相配套的调速器型号。751调速器的基本作用是什么？ 调速器的基本作用是： (l)能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。 (2)能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。 (3)当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。 (4)能满足转桨式、冲击式水轮机双重协联调节的需要。 762我国反击式水轮机调速器系列型谱中有哪些类型？ 反击式水轮机调速器系列型谱中主要包括： (1)机械液压式单调节调速器。如：T100、YT18

40、00、YT一300、YTT35等。 (2)电气液压式单调节调速器。如：DT-80、YDT1800等。 (3)机械液压式双调节调速器。如：ST80、ST-150等。 (4)电气液压式双调节调速器。如：DST-80、DST一200等。 另外，仿前苏联的中型调速器CT40，重庆水轮机厂生产的中型调速器CT-1500作为系列型谱的代用品，仍在一些小型水电站中使用。 773调节系统常见故障的主要原因有哪些？ 调速器本身以外的原因造成的，大体可归纳为： (1)水力因素：由于引水系统水流的压力脉动或振动而导至水轮机的转速脉动。 (2)机械因素：主机本身摆动。 (3)电气因素：发电机转子和走子的间隙不均匀，电

41、磁力不平衡，励磁系统不稳而使电压振荡，永磁机制造和安装质量不佳而导致飞摆电源信号的脉动。 由调速器本身原因造成的故障： 在处理这类问题之前，首先应当确定故障的属类，然后再进一步缩小分析和观察的范围，尽快找到故障的结所症在，以便对症下药，迅速排除。 在生产实践中遇到的问题往往很复杂，原因也很多。这就要求除认真掌握调速器的基本原理外，对各种故障的表现形式、检查方法及处理对策等，都应全面地了解。 784 4YTYT系列调速器主要有哪些组成部分？系列调速器主要有哪些组成部分？ YTYT系列调速器主要由以下几部分组成：系列调速器主要由以下几部分组成： (1)(1)自动调节机构包括飞摆与引导阀、缓冲器、永

42、态调差机构、反馈机构的传递杠杆自动调节机构包括飞摆与引导阀、缓冲器、永态调差机构、反馈机构的传递杠杆装置、主配压阀、接力器等。装置、主配压阀、接力器等。 (2)(2)控制机构包括变速机构、开度限制机构、手动操作机构等。控制机构包括变速机构、开度限制机构、手动操作机构等。 (3)(3)油压设备包括回油箱、压力油箱、中间油箱、螺旋油泵组及其控制用的电接点压油压设备包括回油箱、压力油箱、中间油箱、螺旋油泵组及其控制用的电接点压力表、补气阀、止回阀、安全阀等。力表、补气阀、止回阀、安全阀等。 (4)(4)保护装置包括变速机构与开度限制机构电动机的保护、限位开关、紧急停机电磁保护装置包括变速机构与开度限

43、制机构电动机的保护、限位开关、紧急停机电磁阀、油压设备事故低压的压力信号器等。阀、油压设备事故低压的压力信号器等。 (5)(5)监视仪表及其他包括变速机构、永态调差机构与开度限制机构指示表、转速表、监视仪表及其他包括变速机构、永态调差机构与开度限制机构指示表、转速表、压力表、漏油器及油管路等。压力表、漏油器及油管路等。 795 5YTYT系列调速器的主要特点有哪些？系列调速器的主要特点有哪些？ (1)YT(1)YT型为合成式，即调速器油压设备与接力器等组成一个整体，便于运输及安装。型为合成式，即调速器油压设备与接力器等组成一个整体，便于运输及安装。 (2)(2)在结构上能适用于立式或卧式机组，

44、改变主配压阀及反馈锥体的装配方向，便能适用于水轮在结构上能适用于立式或卧式机组，改变主配压阀及反馈锥体的装配方向，便能适用于水轮机导水机构不同的开闭方向。机导水机构不同的开闭方向。 (3)(3)可满足自动调节及远距离控制的各项要求，并可用手动操作以适应单独供电电站的启动、事可满足自动调节及远距离控制的各项要求，并可用手动操作以适应单独供电电站的启动、事故及检修过程中的需要。故及检修过程中的需要。 (4)(4)飞摆电动机采用感应式电动机，其电源可以由装在水轮机组轴上的永磁发电机供给，也可以飞摆电动机采用感应式电动机，其电源可以由装在水轮机组轴上的永磁发电机供给，也可以由发电机出线端母线通过变压器

45、供给，可根据电站需要选定。由发电机出线端母线通过变压器供给，可根据电站需要选定。 (5)(5)当飞摆电动机失去电源及紧急事故状态下，可以通过紧急停机电磁阀直接操作主配压阀及接当飞摆电动机失去电源及紧急事故状态下，可以通过紧急停机电磁阀直接操作主配压阀及接力器，迅速关闭水轮机导水机构。力器，迅速关闭水轮机导水机构。 (6)(6)可以改装成适应交流操作的需要。可以改装成适应交流操作的需要。 (7)(7)油压设备运行方式为断续式。油压设备运行方式为断续式。 (8)(8)油压设备在工作压力范围内能根据回油箱油位自动补充压力油箱内的空气，从而使压力油箱油压设备在工作压力范围内能根据回油箱油位自动补充压力

46、油箱内的空气，从而使压力油箱内油气保持一定的比例。内油气保持一定的比例。 806 6TTTT系列调速器的主要组成部分有哪些？系列调速器的主要组成部分有哪些？ 它主要由以下组成：它主要由以下组成： (1)(1)飞摆及引导阀。飞摆及引导阀。 (2)(2)永态转差机构、变速机构及其杠杆系统。永态转差机构、变速机构及其杠杆系统。 (3)(3)缓冲器。缓冲器。 (4)(4)接力器及手动操作机构。接力器及手动操作机构。 (5)(5)油泵、溢流阀、油箱、连接管路和冷却管。油泵、溢流阀、油箱、连接管路和冷却管。 817 7TTTT系列调速器有哪些主要特点？系列调速器有哪些主要特点？ (1)(1)采用一级放大系

47、统。由飞摆带动的引导阀直接控制执行机构接力器。采用一级放大系统。由飞摆带动的引导阀直接控制执行机构接力器。 (2)(2)压力油直接由齿轮油泵供给，用溢流阀维持压力恒定。引导阀为正搭叠量结压力油直接由齿轮油泵供给，用溢流阀维持压力恒定。引导阀为正搭叠量结构。不调节时，压力油从溢流阀排掉。构。不调节时，压力油从溢流阀排掉。 (3)(3)飞摆电动机及油泵电动机的电源直接由发电机母线端或经专用的变压器供给。飞摆电动机及油泵电动机的电源直接由发电机母线端或经专用的变压器供给。 (4)(4)开度限制是通过手动操作机构的大手轮来完成的。开度限制是通过手动操作机构的大手轮来完成的。 (5)(5)手动变速。手动

48、变速。 828 8TTTT系列调速器维护有哪些要点？系列调速器维护有哪些要点？ (1)(1)调速器用油必须符合国家质量标准。初次安装或大修后，运行调速器用油必须符合国家质量标准。初次安装或大修后，运行1 12 2月换油一次，以后隔一年左右月换油一次，以后隔一年左右换油一次或视油质情况而定。换油一次或视油质情况而定。 (2)(2)油箱和缓冲器中的油量应该在允许范围内。油箱和缓冲器中的油量应该在允许范围内。 (3)(3)不能自动加油润滑的运动部分，要注意定时加油，给予润滑。不能自动加油润滑的运动部分，要注意定时加油，给予润滑。 (4)(4)启动时，必须先启动油泵后启动飞摆，以保证转动套与外塞和固定

49、套之间应有油润滑。启动时，必须先启动油泵后启动飞摆，以保证转动套与外塞和固定套之间应有油润滑。 (5)(5)调速器长期停运后再启动，首先调速器长期停运后再启动，首先 点动点动 一下油泵电动机，看有否异常，同时也给引导阀供应了润一下油泵电动机，看有否异常，同时也给引导阀供应了润滑油。飞援电动机启动前，应先用手拨动飞摆，检查是否有卡住现象。滑油。飞援电动机启动前，应先用手拨动飞摆，检查是否有卡住现象。 (6)(6)调速器上的零件，没有必要时不应经常拆卸。但应经常检查，发现有异常现象应及时修理消除。调速器上的零件，没有必要时不应经常拆卸。但应经常检查，发现有异常现象应及时修理消除。 (7)(7)启动

50、油泵前，应先打开冷却器水管进水阀门，以防止油的温升过高，影响调节性能及加速油的质启动油泵前，应先打开冷却器水管进水阀门，以防止油的温升过高，影响调节性能及加速油的质变。冬季如室温较低，应待油温上升到变。冬季如室温较低，应待油温上升到20C20C左右，再打开冷却器水管进水阀门。左右，再打开冷却器水管进水阀门。 (8)(8)调速器外表应经常保持清洁。调速器上不允许搁放工具等物品，附近也不要堆放其他东西，以免调速器外表应经常保持清洁。调速器上不允许搁放工具等物品，附近也不要堆放其他东西，以免妨碍正常操作。妨碍正常操作。 (9)(9)应经常保持环境卫生，尤其注意不要经常打开油箱上的百叶窗观察孔盖和飞摆

51、罩上的有机玻璃板。应经常保持环境卫生，尤其注意不要经常打开油箱上的百叶窗观察孔盖和飞摆罩上的有机玻璃板。 (10)(10)为了保护压力表不震坏，一般在交接班检查油压时打开压力表旋塞，平时不宜打开。为了保护压力表不震坏，一般在交接班检查油压时打开压力表旋塞，平时不宜打开。 839 9GTGT系列调速器的主要组成部分有哪些？系列调速器的主要组成部分有哪些？ GTGT系列调速器主要由以下几部分组成：系列调速器主要由以下几部分组成： (l)(l)离心摆与引导阀。离心摆与引导阀。 (2)(2)辅助接力器与主配压阀。辅助接力器与主配压阀。 (3)(3)主接力器。主接力器。 (4)(4)暂态调差机构暂态调差机构-缓冲器及传递杆。缓冲器及传递杆。 (5)(5)永态调差机构及其传递杠杆。永态调差机构及其传递杠杆。 (