水轮机调节的基本概述与工作原理

第四章水轮机调节第一节水轮机调节的任务第二节水轮机调节的基本概念第三节水轮机调速器的工作原理第四节水轮机调速器的类型第五节油压装置第一节水轮机调节的任务

水轮发电机组将水能转换为电能，输送给电力系统，供用户使用。电力系统向用户提供的电能应满足一定的质量要求，频率和电压的变化不能太大，应保持在额定值附近的某一范围内，否则将影响各用电部门的工作质量。例如，电能频率的变化将引起用电设备电动机的转速变化，从而影响电钟计时的准确性、车床加工零件的精度、布匹纤维的均匀性等。我国规定的电力系统频率为50Hz，其偏差，大系统不得超过±O.2Hz，小系统不得超过±0.5Hz。

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

(1)根据负荷图的安排，随着负荷的变化迅速改变机组的出力，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±0.1％～±0.4％。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。调速系统控制水电机组出力、事故紧急停机。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；

ω—机组的旋转角速度，ω=2πn/60，弧度／s，

n为机组转速，r／min；

Mt—水轮机的主动力矩；

Mg—发电机的阻力矩；

t—时间。水轮机的动力矩可用下式表示

(4—2)

式中,γ——水的容重；

Q——水轮机的流量；

H——水轮机的工作水头；

η——水轮机的效率。在γ、Q、H、η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，所以当负荷变化时，应调节Mt，使Mt=Mg，n=ne又：

要使，一般不能改变H和效率η，而是通过改变Q而达到改变主动力矩Mt的目的。通过改变Q来改变水轮机的动力矩Mt。比较式(4—2)和式(4—1)，可能出现以下三种情况：

(１)Mt=Mg

，水轮机的动力矩等于发电机的阻力矩，dω/dt=0，ω为一常数，机组以恒定转速运行。

(2)Mt＞Mg，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dω/dt＞0，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dω/dt＜0，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。

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，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：(1)水轮机的的工作流流量较大大，水轮轮机及其其导水机机构的尺尺寸也较较大，需需要较大大的力才才能推动动导水机机构，因因此，调调速器需需要有放放大元件件和强大大的执行行元件(即前述的的接力器器)。(2)水轮发电电机组以以水为发发电介质质，与蒸蒸汽等相相比，水水有较大大的密度度，同时时，水电电站的输输水道一一般较长长，其中中的水体体有较大大的质量量，水轮轮机调节节过程中中的流量量变化将将引起很很大的压压力变化化(即水锤)，从而给给水轮机机调节带带来很大大困难。。(3)对于轴流流转桨式式水轮机机的导叶叶和转轮轮叶片、、水斗式式水轮机机的喷嘴嘴和折流流板、带带减压阀阀的混流流式水轮轮机等，，需增加加一套协协调机构构，对两两个对象象进行调调节，使使调节更更为困难难。总之，水水轮机的的调节比比其他原原动机(如汽轮机机等)的调节要要复杂和和困难。。第二节水水轮轮机调节节的基本本概念水轮机调调节系统统的组成成元件及及各元件件的相互互关系可可用图4—1的方块图图表示。。图中的方方块表示示水轮机机调节系系统的元元件，箭箭头表示示元件间间信号的的传递关关系：箭箭头朝向向方块表表示信号号的输入入，箭头头离开方方块表示示信号的的输出，，前一个个元件的的输出是是后一个个元件的的输入。。从图中中可以看看出，由由导水机机构输人人的水能能经机组组转换成成电能输输送给系系统。电电能的频频率f(亦即机组组的转速速n)信号输入入调速器器的测量量元件，，测量元元件将频频率f信号转化化成位移移(或电压)信号输送送给加法法器(图中的⊕)并与给定定的f值作比较较，判定定频率是是否有偏偏差和偏偏差的方方向，根根据偏差差的情况况通过放放大器向向执行元元件发出出指令，，执行元元件根据据指令改改变导水水机构的的开度，，反馈元元件则将将导叶开开度的变变化情况况反回给给加法器器，以检检查开度度变化是是否符合合要求，，如变化化过头，，则发出出指令进进行修正正。水轮机调节系系统方框图导水机构机组组执行元件放大元件反馈元件测量元件水能QH电能UIf给定ff在方块图4—1中，测量、加加法、放大、、执行和反馈馈元件总称为为自动调速器器。导水机构构包括机组在在内，统称为为调节对象。。调速器和调节节对象构成水水轮机自动调调节系统。水轮机调节系系统以频率f(亦即机组转速速)为被调节参数数，根据实测测f与给定值间的的偏差调节导导水机构的开开度，从而改改变机组的出出力和转速(频率)，但要使改变变后的频率符符合给定值需需要一个调节节过程，这个个过程又称为为调节系统的的过渡过程，，在这个过程程中，频率、、开度等参数数随时间不断断变化。各参参数随时间的的变化情况，，及在经过一一段时间以后后是否能达到到新的平衡状状态(即稳定工况)，与调节系统统的特性有关关，这种特性性称调节系统统的动特性。若在经过一一段时间之后后系统能够达达到新的平衡衡状态，那么么新平衡状态态与原平衡状状态的关系，，即各参数是是否能回复到到初始状态，，亦与调节系系统的特性有有关，这种特特性称调节系系统的静特性。下面将分别别研究水轮机机调节系统的的这两种特性性。一、水轮机调调节系统的动动特性水轮机调节系系统的动特性性可用被调节节参数(例如转速n)与时间的关系系曲线来表达达，调节系统统的动特性不不同，曲线的的形式也不同同，但可归纳纳成5种基本类型，，如图4—2所示。图4—2(a)中的机组转速速在t=t0时偏离额定转转速n0后，在t1时达最大值nmax，然后逐步回回复到额定转转速n0，进入一个新新的平衡状态态，其过渡过过程是一个非非周期的衰减减过程，无过过调节现象(无n＜n0情况出现)。图4—2(b)是一个周期性性衰减振荡，，转速n在偏离额定转转速n0后，经过一个个振荡过程进进入新的稳定定状态。图4—2(c)是一个周期性性非衰减振荡荡，转速n在偏离额定转转速n0后进入一个持持续振荡状态态，不能达到到一个新的稳稳定工况。图4—2(d)是一个周期性性发散振荡，，转速n的振荡幅值随随时间而增大大，达不到一一个新的稳定定工况。图4—2(e)是一个非周期期性发散过程程，转速n一旦偏离定额额值n0，其与n0的偏差将随时时间而增大，，不可能达到到一个新的稳稳定状态。图4—2(a)和(b)的过渡过程是是稳定的，其其他三种过渡渡过程是不稳稳定的。过渡渡过程能否稳稳定，决定于于调节系统本本身的性质。。稳定性是对对调节系统的的基本要求，，不稳定的调调节系统是不不能采用的。。调节系统除应应满足稳定性性的要求外，，其过渡过程程曲线还应该该有比较好的的形状，即具具有良好的品品质。对过渡渡过程品质的的要求概括起起来有以下几几个方面：(1)调节时间Tp要短(十几秒~几十秒，越小小越好)，即从被调节节参数偏离初初始平衡状态态达到新的平平衡状态的时时间要短。从从理论上讲，，过渡过程振振荡的完全消消失要很长的的时间，但对对于实际工程程，当转速ｎｎ与额定转速速n0的偏离值小于于(0.2％～O.4％)n0,即可认为进入入新的平衡状状态。(2)超调量σp要小，即被调调节参数振荡荡的相对幅值值要小。无差调节:以第一负波值值占最大转速速偏差值的百百分数表示:有差调节:以最大转速偏偏差值占转速速给定值的变变化幅值的百百分数表示:(3)在第(1)点所述的调调节时间内内振荡次数数X要少(1~2周波)。二、调节系系统的静特特性调节系统的的静特性指指稳定工况况(平衡状态)时各参数之之间的关系系，通常用用机组转速速n与出力N的关系表示示。调节系统的的静特性有有以下两种种：(1)无差特性，如图4—3(a)所示，机组组转速与出出力无关，，在任何出出力情况下下，调节系系统均能保保持机组转转速为n0。(2)有差特性机组出力小小时保持较较高的转速速，出力大大式保持较较低的转速速，即调节节前后两个个稳定工况况间的转速速有一微小小偏差。偏偏差的大小小通常以相相对值δ表示，称为为调差率(亦称残留不不均衡度)，即式中nmax—机组出力为为零时的转转速；nmin—机组出力为为额定值时时的转速；；n0—机组的额定定转速。图4—3调节系统的静特性(a)无差特性(b)有差特性图4—4具有无差特性机组的并列运行

在工程实践践中δ一般为O～O.08。电力系统是是由许多机机组组成的的，若各机机组都是无无差调节特特性，则负负荷在各机机组间的分分配是不明明确的。图图4—4为两个具有有无差特性性机组的并并列运行情情况。两台台机组所分分担的负荷荷N1和N2是不固定的的，可以N1大些N2小些，也可可相反，有有无穷多的的组合情况况，不管负负荷在两台台机组之间间如何分配配，都能保保持转速不不变，而且且负荷会在在两台机组组之间摆动动，因此，，除担负调调频任务的的机组外，，一般机组组不能采用用无差特性性。图4—5为两个具有有有差调节节特性的机机组。若系系统的转速速(频率)为n0，则两台机机组所分担担的负荷N1和N2是固定不变变的，否则则便不能保保持原有的的转速n0。若外界负负荷增加△△N，只需适当当降低转速速至n2：即可使两两台机组分分别增加负负荷△N1，和△N2，并使△N1+△N2=△N。△N1和△N2的大小与转转速变化△△n=n0-n’0和机组静特特性曲线的的斜率(或调差率δ)有关，△n越大，δ越小，△N越大。故机机组采用有有差调节特特性后，无无论在负荷荷变动前或或变动后，，都能分担担固定的负负荷。因此此一般机组组都采用有有差调节特特性。机组组的无差或或有差调节节及调差率率δ的大小，可可通过整定定调速器的的参数得到到。△N1△N2图4—5具有有差特性机组的并列运行

第三节水水轮机调调速器的工工作原理一、调速器器组成水轮机的自自动调节系系统包括调调节对象(水轮机及其其导水机构构)和调速器。。调速器的的主要组成成部分和工工作原理如如图4—6所示。其主主要组成部部分如下。。1．离心摆离心摆如图图4—6中的1，它有两个个摆锤，通通过钢带顶顶部与转轴轴固定，下下部与可沿沿转轴上下下滑动的套套筒相连。。离心摆用用电动机带带动旋转，，其转速与与水轮发电电机组转速速同步。在在转速上升升或下降时时，摆锤在在离心力的的作用下带带动套筒A上下移动。。故离心摆摆是测量和和指令元件件，测量对对象是机组组转速，将将机组转速速信号转换换为套筒位位移信号。。由于离心心摆的负载载能力很小小，不可能能直接推动动笨重的水水轮机导水水机构，因因此还需要要有放大和和执行机构构。2．主配压阀阀主配压阀如图4—6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。在机组稳定定运行时，，两个阀盘盘所处的位位置恰巧堵堵住与接力力器相通的的两个油孔孔，故接力力器处于静静止状态，，此时阀盘盘连杆顶端端位于B，并用AOB杠杆与离心心摆的活动动套筒A相连，故离离心摆套筒筒的位移信信号可通过过AOB杠杆传递给给配压阀连连杆顶端。。配压阀通通过液压将将离心摆的的信号放大大，故配压压阀是一个个放大机构构。3.接力器如图4—6中的3所示。接力力器由油缸缸和活塞组组成。油缸缸左右各有有一个油孔孔通主配压压阀。接力力器的活塞塞杆与水轮轮机的导水水机构连接接。在机组组稳定运行行工况时，，接力器的的油路因被被主配压阀阀切断，故故接力器的的活塞处于于静止状态态。当需要改变变水轮机导导水机构的的开度时，，主配压阀阀使压力油油通入接力力器的右腔腔或左腔，，使接力器器活塞向关关闭或开起起导水机构构的方向移移动。主配配压阀和接接力器构成成调速器的的放大和执执行机构。。4．反馈机构

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Ｍf

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：(1)硬反馈机构构。图中的EFDLPO是硬反馈机机构。当接接力器的活活塞向左(关闭方向)移动时，若若C点和N点不动，则则F、D、L、P各点将向上上移动，从从而使0点上移至O’，这样就使使杠杆AOB处于A’0’B的位置，主主配压阀的的阀盘回复复到初始位位置，封堵堵了通往接接力器的油油孔，防止止了接力器器的过调节节。硬反馈馈机构虽然然解决了过过调节问题题，但在调调节结束后后，使O上移至0’，A上移至A’，水轮机的的转速高于于调节前的的转速，不不能回复到到初始状态态，且调节节的稳定性性差，故只只有硬反馈馈机构的调调速器的调调节性能仍仍然是不完完善的。硬反馈机构构使水轮机机在不同的的负荷时有有不同的转转速，形成成了第二节节所述的有有差调节。。(2)软反馈机构构。软反馈机机构是一个个充满油的的缓冲器，，如图中的的4、5、6部分所示。。4和5是两个活塞塞，下部充充满油，6是节流孔，，改变节流流孔的大小小可以改变变通过节流流孔的流量量。当接力力器向左关关闭导水机机构时，M点和活塞4向下移动，，活塞5因下部油压压增大则和和N点一起向上上移动，同同时，硬反反馈的作用用使L向上移动，，N和L点的上移使使0上移至0’，B’上移至B，配压阀的的阀盘又封封堵了通往往接力器的的油孔，使使接力器的的活塞停止止运动。但但由于此时时A点处于A’的位置，水水轮机的转转速仍高于于调节前的的转速。在在N点上移时，，该处的弹弹簧受到压压缩，弹簧簧的反力作作用于活塞塞5，迫使下腔腔的油经过过节流孔6缓慢地流入入上腔，直直至活塞5回复到初始始位置。活活塞5和N点的下移使使0’下移至O，A’下移至A，水轮机的的转速又回回复到调节节前的状态态。故软反反馈的作用用可使机组组在不同负负荷下运行行时保持相相同的转速速，形成第第二节所述述的无差调调节，同时时可提高调调节的稳定定性。调差率δ的大小可通通过移动滑滑块10的位置来完完成。改变变滑块10的位置可改改变硬反馈馈杠杆的传传动比，从从而改变δ。图4—6中的7、8、9部分是变速速机构，可可手动改变变机组的负负荷和转速速。二、调速器器的工作过过程及工作作原理前已简单地地说明了各各组成部分分的工作原原理。下面面以机组减减荷为例系系统地说明明调速器的的工作过程程。当机组以稳稳定工况运运行时，离离心摆也同同步旋转，，其滑动套套筒位于A。主配压阀阀2的阀盘连杆杆顶端位于于B，两两个个阀阀盘盘封封堵堵了了通通向向接接力力器器3两端端的的进进出出油油孔孔，，接接力力器器活活塞塞两两侧侧油油压压平平衡衡，，处处于于静静止止状状态态。。以上上是是具具有有一一级级放放大大机机构构的的机机械械液液压压调调速速器器的的基基本本工工作作过过程程和和原原理理。。一一般般的的水水轮轮机机调调速速器器因因需需要要巨巨大大的的调调节节功功，，常常具具有有二二级级放放大大机机构构，，同同时时，，电电气气液液压压调调速速器器的的应应用用也也日日益益普普遍遍，，它它们们的的工工作作原原理理与与前前述述的的一一级级放放大大机机械械液液压压调调速速器器大大同同小小异异。。当机机组组负负荷荷减减小小时时，，机机组组转转速速上上升升，，离离心心摆摆的的转转速速亦亦随随之之升升高高，，摆摆锤锤因因离离心心力力的的加加大大向向外外扩扩张张，，带带动动套套筒筒A上移移至至A’’，将将转转速速的的信信号号转转换换成成位位移移信信号号。。由由于于杠杠杆杆AOB绕ＯＯ旋旋转转，，A点的的位位移移信信号号转转变变成成B点的的位位移移信信号号，，使使配配压压阀阀阀阀盘盘连连杆杆顶顶端端由由B下移移至至B’’，阀阀盘盘的的相相应应下下移移打打开开了了配配压压阀阀通通向向接接力力器器3的两两个个油油孔孔，，使使压压力力油油进进入入接接力力器器右右侧侧油油腔腔，，同同时时，，接接力力器器的的左左侧侧油油腔腔接接通通回回油油管管排排油油，，右右侧侧的的较较高高油油压压推推动动接接力力器器活活塞塞向向左左(关闭闭水水轮轮机机导导水水机机构构方方向向)移动动，，使使水水轮轮机机的的流流量量减减小小，，出出力力下下降降。。接接力力器器活活塞塞向向左左移移动动使使硬硬反反馈馈和和软软反反馈馈机机构构的的L点和和N点上上移移，，从从而而使使O上移移至至O’’，B’’上移移至至B，配配压压阀阀的的阀阀盘盘回回复复到到初初始始位位置置，，重重新新封封堵堵了了通通往往接接力力器器的的两两个个油油孔孔，，使使接接力力器器活活塞塞停停止止运运动动。。此时调节节虽似已已结束，，但离心心摆的套套筒仍处处于A’的位置，，其转速速未能回回复到调调节前的的状态。。离心摆摆转速的的恢复要要靠软反反馈的缓缓冲器。。上升后后的Ｎ点点在弹簧簧反力的的作用下下使活塞塞5下腔的油油经过节节流孔6流人上腔腔，从而而使Ｎ、、O’、A’诸点下降降到要求求的位置置，整个个调节过过程结束束。若是是无差调调节，O’和A’可以回复复到O和A的位置，，若为有有差调节节，则0’和A’不能回复复到O和A的位置。。具有硬硬反馈和和软反馈馈机构的的调速器器可以通通过整定定反馈机机构的参参数改变变调差率率δ，做到有有差调节节(δ≠O)和无差调调节(δ＝0)。以上是具具有一级级放大机机构的机机械液压压调速器器的基本本工作过过程和原原理。一一般的水水轮机调调速器因因需要巨巨大的调调节功，，常具有有二级放放大机构构，同时时，电气气液压调调速器的的应用也也日益普普遍，它它们的工工作原理理与前述述的一级级放大机机械液压压调速器器大同小小异。机组出力力调节部部位水轮机导水机构构1、供油油设备：：油泵：多多用螺杆杆泵。将将集油槽槽内的透透平油输输入压力力油罐中中，以保保持油罐罐中有足足够的操操作压力力油源。。2、压力力油罐：：储存高压压油源，，油占2/3的的体积，，压缩空空气占1/3体体积。3、主接接力器：：在高压油油的作用用下，推推动活塞塞移动，，推拉杆杆在活塞塞的带动动下，推推动导水水机构动动作，以以达到调调节导叶叶开口的的目的。。机组出力力调节部部位水轮机导水机构构桨叶调整机构构叶片调节节驱动接接力器活活塞叶片叶片超作作架水轮机调调速器问问世以来来，水轮轮机调速速器先后后经历了了三代的的发展：：水压放放大、油油压放大大式的机机械式液液压调速速器（20世纪初-20世纪50年代）、、模拟电电路加液液压随动动系统构构成的电电液式调调速器（（20世纪50年代-20世纪80年代）和和微机调调节器配配以相应应的机械械液压系系统构成成的微机机调速器器（20世纪80年代至今今）。目目前微机机调速器器以可靠靠性高、、操作简简便全面面取代其其他类型型的调速速器。一、调速速器的类类型1.按调速器器的元件件结构机械液压压调速器器—机调运运行可可靠，维维护方便便；精度低，，灵敏度度差，结结构复杂杂电器液压压调速器器—电调调调节性能能好，精精度高，，灵敏度度高，成本本低，便便于安装装、调整整；元件易老老化，抗抗干扰能能力较差差。2.按调节机机构的数数目单调——用于HL、ZD双调——用于ZZ，CJ3.按调速速器工工作容容量的的大小小大型主主配压压阀直直径d>80mm中型操操作功功10000~30000Nm小型操操作作功<10000Nm特小型型操操作功功<3000Nm第四节节水水轮轮机调调速器器的类类型和和选择择机械液液压调调速器器的特特点机械液液压调调速器器的自自动控控制部部分为为机械械元件件，操操作部部分为为液压压系统统。机机械液液压调调速器器出现现较早早，现现在已已经发发展得得比较较成熟熟完善善，其其性能能可满满足水水电站站运行行的要要求，，几十十年来来是大大中型型水电电站广广为采采用的的一种种调速速器，，运行行安全全可靠靠。但但机械械液压压调速速器机机构复复杂，，制造造困难难，造造价较较高，，特别别是随随着大大型机机组和和大型型电网网的出出现，，对系系统周周波、、电站站运行行自动动化等等提出出了更更高的的要求求，机机械液液压调调速器器精度度和灵灵敏度度不高高的缺缺点就就显得得较为为突出出，故故我国国新建建的大大中型型水电电站已已越来来越多多地采采用电电气液液压调调速器器。电气液液压调调速器器的特特点电气液液压调调速器器是在在机械械液压压调速速器的的基础础上发发展起起来的的，其其特点点是在在自动动控制制部分分用电电气元元件代代替机机械元元件，，即调调速器器的测测量、、放大大、反反馈、、控制制等部部分用用电气气回路路来实实现，，液压压放大大和执执行机机构则则仍为为机械械液压压装置置。与机械械液压压调速速器比比较，，电气气液压压调速速器的的主要要优点点有：：精度度和灵灵敏度度较高高；便便于实实现电电子计计算机机控制制和提提高调调节品品质、、经济济运行行及自自动化化的水水平；；制造造成本本较低低，便便于安安装、、检修修和参参数调调整。。根据水水轮发发电机机组对对调速速器的的工作作容量量、可可靠性性、自自动化化水平平和静静动态态品质质的不不同要要求，，调速速器有有不同同型号号。表表4—1是我国国大中中型反反击式式水轮轮机调调速器器的产产品系系列。。表4—1大中型型反击击式水水轮机机调速速器＼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一150ST一100ST一150

DST一80DST一100DST一150DST一200中型YT—1800YT一3000YDT—1800YDT一3000二、调调速器器的型型号第一部部分：：表示示类型型。大大中中小小双双单单机机调电电调调第二部部分：：大型调调速器器的主主配阀阀的直直径(mm)；；中型调调速器器的最最高工作油油压下下的接接力器器的容量量，单位为为kgf·m。第三部部分：：额定定油压压油油压为为2.5MPa及以下的不不表示。调速器型号号的汉语拼拼音字母表表示：T—调速器；Y—中型带油压压装置；D—电气液压式式(机械液压式式无代号)；S—双调节，表表示用于轴轴流转桨式式水轮机等等需要进行行双重调节节的调速器器。例：DST—100A——40D--电调S--双调T--调速器100--配压阀直径径A--第一次改型型40--油压为40公斤/平方厘米近年来又出出现了微机机调速器，，其控制部部分采用微微型电子计计算机，其其性能更为为优越第五节油油压压装置置油压装置是是向调速器器提供压力力油的设备备，是水轮轮机调速系系统的重要要组成部分分，主要包包括压力油油箱，集油油槽和油泵泵系统3个部分，如如图4—7所示。压力油箱呈呈圆筒形，，如图中的的1所示，集油槽为矩矩形，如图图中的2所示。油油泵布置在在集油槽的的顶盖上，，如图4－7中3所示。中中小型型调速器的的油压装置置与调速柜柜组成一个个整体。大大型调速器器的油压装装置因尺寸寸较大，与与调速器的的操作柜分分开布置，，中间用油油管连接。。

图4—7油压装置原理图1－压力油箱2－集油槽3－油泵一、油压装装置的组成成及工作原原理1.压力油罐及及其附件压力油罐由由钢板焊接接而成，其其内储有一一定比例的的油（30~40%）和压缩空空气（60~70%）作用：储存压力油油，向调速速器的配压压阀和接力力器输送具具有一定压压能的操作作用油。利利用空气良良好的蓄存存和释放能能量的特点点，减小用用油过程中中供求不平平衡所引起起的压力波波动。压力力油箱中的的油由油泵泵提供。油油压一般为为2.5MPa（25kg／cm2)，有的约达达4.0MPa(40kg／cm2)。压力油箱箱通常布置置在发电机机层楼板上上。附件：油压压装置上有有测量油位位、压力等等参数的仪仪表，以决决定是否需需要向压力力油箱供油油或补气(压缩空气由由压气系统统提供)。油压装置置的工作过过程是自动动的。4个压力信号号器：控制油泵的的启停压力表：显示油罐内内压力值空气阀：给压力油罐罐补气，压压力过高时时放气油位表：显示油罐内内油位上限油位：：38~40%油罐总容积积下限油位：：30~33%油罐总容积积正常油位：：35%油罐总容积积2.回油箱、油油泵机组及及其附件回油箱（集集油槽）由钢板焊接接而成，一一般悬挂在在发电机楼楼板之下。。作用：收集集调速器的的回油及漏漏油正常油位为为50%油罐总容积积，槽中的的油面与大大气相通。。上限：60%油罐总容积积下限：40%油罐总容积积油泵置于油箱顶顶盖上，通通常为两台台，一台工工作，一台台备用，布置在集油油槽的顶盖盖上。大型型的为三台台。油泵系统通通常有三个个阀门安全阀—用来防止油油压超过允允许值，当当超过某一一值时，自自动开启，将油排排入回油箱箱逆止阀—防止压力油油罐内的油油倒流到回回油箱节流阀—使油泵电动动机能空载载启动二、油压装装置的类型型1.分离式YZ系列油罐和回油油箱分开制制造和布置置，二者由由输油管路路连接例YZ--20A/2—40分离式油压压装置，压压力油罐总总容积为20m3，第一次改改型，两两个油罐，，每个油罐罐10m3，额定油压压为40kg/cm2。2.组合式HYZ系列用于中小型型机组，油油罐直接置置于回油箱箱之上例：HYZ—4组合式油压压装置，具具有一个总总容积为4m3的压力油罐罐，额定油油压为25kg/cm2一、中小型型调速器的的选择调速器包括括三部分：：调速柜、、主接力器器、油压装装置，小型型调速器三三部分结合合为一体中小型调速速器以主接接力器的工工作容量(调速功)为特征参数数，组成标标准系列，，调速功指指接力器活活塞上的油油压作用与与其行程的的乘积，由由经验公式式计算：N•m式中，Hmax--水轮机的最最大工作水水头；Q--最大水头下下发出额定定出力时的的流量，m3/s；D1--水轮机的标称称直径；注意：TY—3000中3000的单位为kgf•m，1kgf•m＝9.81N•m油压装置与之之配套，不需需另选。水轮机调速设设备的选择二、大型调速速器的选择大型调速器的的调速柜、主主接力器和油油压装置不是是固定配套的的，需分别进进行选择计算算。（一）主接力力器的选择大型调速器是是以主配压阀阀直径为特征征参数，因此此，选择时应应算出所需的的主配压阀直直径，之前，，需求出接力力器的容积。。1.导叶接力器的的选择大型调速器通通常用两个接接力器操纵，，当油压为2.5MPa时，每个接力力器的直径由由经验公式计计算：（m）当油压为4.0MPa(40kg/cm2)时，每个接力力器的直径由由经验公式计计算：（m）式中，--计算系数，与与导叶形状、、数目有关，，由设计手册册查得。系数表导叶数目162432标准正曲率导叶0.031～0.0340.029～0.032标准对称导叶0.029～0.0320.027～0.0300.027～0.030根据计算值，，查接力器直直径标准系列列值，选最接接近结偏大的的值。标准接力器直直径（mm）200225250275300325350375400450500550600650700750800850900确定接力器的的容积接力器容积＝＝活塞最大行行程ｘ接力器器断面面积活塞最大行程程Smax＝（1.4～1.8）a0maxD1＞5m时，选较小系系数值。a0max--水轮机导叶的的最大开度，，由模型值换换算：a0max＝a0MmaxD0Z0M/D0MZ0a0Mmax由模型综合曲曲线查，设计计工况点（））D0Z0--原型水轮机导导叶的轴心圆圆直径和导叶叶数目D0MZ0M--模型水轮机导导叶的轴心圆圆直径和导叶叶数目，由模型综合曲曲线查。两个接力器的的总容积：（m）2.转桨式水轮机机叶片接力器器的选择经验公式：式中，P0－额定油压，，MPaSc＝（0.036～0.072）D1D1＞5m时，选较小系系数值。（二）主配压压阀直径的选选择通过配压压阀油管的流流量为：Q＝Vs/Ts（m3/s）式中，Ts－导叶从全开开到全关的直直线关闭时间间，s配压阀直径：：（m）式中，Vm－管内油的流流速，m/s当油压为2.5MPa时，取Vm4～5m/s。求得d之后，查调速速器系列型谱谱，选定型号号。目前，主配压压阀直径系列列有：80，100，150，200，250mm等规格。操纵转轮叶片片的主配压阀阀直径通常选选择与d相同。三、油压装置置的选择确定油罐的总总容积Vk混流式机组：：Vk＝（18～20）Vs转桨式机组：：Vk＝（18～20）Vs＋（4～5）Vc如果油压装置置同时供给电电站机组的进进水阀和放空空阀的接力器器的用油，总总容积再增加加（9～10）Vt和3VfVt、Vf－进水阀和放放空阀接力器器的容积。根据计算值Vk，查油压装置置系列，选最最接近且偏大大的油压装置置。进水阀－压力管道末末端水轮机蜗蜗壳进口处的的阀门，大中中型机组通常常为液压操纵纵。放空阀－装在水轮机机蜗壳上，机机组甩负荷时时，打开阀门门泄放水流，，以减小水击击压力，亦称称减压阀。4、控制柜：：监视导叶开口口及机组转速速，并对其加加以控制的操操作设备：如如相关按钮开开关、切换开开关以及有关关仪表。①指示导叶开口口值。②指示机组组转速。③手动调整导叶叶开口。④手动调节节开口限制。。完思考题1.水轮机调节的的任务是什么么？它通过什什么途径来完完成其任务？？2.什么叫有差调调节？什么叫叫无差调节？？各有什么特特性？3.何谓单调节？？何谓双调节节？4..调速器的分类类方法是什么么？机械液压压型调速器的的类型及其性性能是什么？？5.如何选择调速速器？6.调速器及油压压装置标准化化、系列化的的符号及其含含义。习题1.某水电站最大大水头Hmax=35m，相应流量为为Q=6.8m3/s出力N=2000kW,水轮机型号为为HL200-LJ-100。请选择相配配套的调速器器型号。1．调速器的基基本作用是什什么？调速器的基本本作用是：(l)能自动调节水水轮发电机组组的转速，使使其保持在额额定转速允许许偏差内运转转，以满足电电网对频率质质量的要求。。(2)能使水轮发电电机组自动或或手动快速启启动，适应电电网负荷的增增减，正常停停机或紧急停停机的需要。。(3)当水轮发电机机组在电力系系统中并列运运行时，调速速器能自动承承担预定的负负荷分配，使使各机组能实实现经济运行行。(4)能满足转桨式式、冲击式水轮机双重协联调节节的需要。2．我国反击式式水轮机调速速器系列型谱谱中有哪些类类型？反击式水轮机机调速器系列列型谱中主要要包括：(1)机械液压式单单调节调速器器。如：T－100、YT－1800、YT一300、YTT－35等。(2)电气液压式单单调节调速器器。如：DT-80、YDT－1800等。(3)机械液压式双双调节调速器器。如：ST－80、ST-150等。(4)电气液压式双双调节调速器器。如：DST-80、DST一200等。另外，仿前苏苏联的中型调调速器CT－40，重庆水轮机机厂生产的中中型调速器CT-1500作为系列型谱谱的代用品，，仍在一些小小型水电站中中使用。3．调节系统常常见故障的主主要原因有哪哪些？调速器本身以以外的原因造造成的，大体体可归纳为：：(1)水力因素：由由于引水系统统水流的压力力脉动或振动动而导至水轮轮机的转速脉脉动。(2)机械因素：主主机本身摆动动。(3)电气因素：发发电机转子和和走子的间隙隙不均匀，电电磁力不平衡衡，励磁系统统不稳而使电电压振荡，永永磁机制造和和安装质量不不佳而导致飞飞摆电源信号号的脉动。由调速器本身身原因造成的的故障：在处理这类问问题之前，首首先应当确定定故障的属类类，然后再进进一步缩小分分析和观察的的范围，尽快快找到故障的的结所症在，，以便对症下下药，迅速排排除。在生产实践中中遇到的问题题往往很复杂杂，原因也很很多。这就要要求除认真掌掌握调速器的的基本原理外外，对各种故故障的表现形形式、检查方方法及处理对对策等，都应应全面地了解解。4．YT系列调速器主主要有哪些组组成部分？YT系列调速器主主要由以下几几部分组成：：(1)自动调节机构构包括飞摆与与引导阀、缓缓冲器、永态态调差机构、、反馈机构的的传递杠杆装装置、主配压压阀、接力器器等。(2)控制机构包括括变速机构、、开度限制机机构、手动操操作机构等。。(3)油压设备包括括回油箱、压压力油箱、中中间油箱、螺螺旋油泵组及及其控制用的的电接点压力力表、补气阀阀、止回阀、、安全阀等。。(4)保护装置包括括变速机构与与开度限制机机构电动机的的保护、限位位开关、紧急急停机电磁阀阀、油压设备备事故低压的的压力信号器器等。(5)监视仪表及其其他包括变速速机构、永态态调差机构与与开度限制机机构指示表、、转速表、压压力表、漏油油器及油管路路等。5．YT系列调速器的的主要特点有有哪些？(1)YT型为合成式，，即调速器油油压设备与接接力器等组成成一个整体，，便于运输及及安装。(2)在结结构构上上能能适适用用于于立立式式或或卧卧式式机机组组，，改改变变主主配配压压阀阀及及反反馈馈锥锥体体的的装装配配方方向向，，便便能能适适用用于于水水轮轮机机导导水水机机构构不不同同的的开开闭闭方方向向。。(3)可满满足足自自动动调调节节及及远远距距离离控控制制的的各各项项要要求求，，并并可可用用手手动动操操作作以以适适应应单单独独供供电电电电站站的的启启动动、、事事故故及及检检修修过过程程中中的的需需要要。。(4)飞摆摆电电动动机机采采用用感感应应式式电电动动机机，，其其电电源源可可以以由由装装在在水水轮轮机机组组轴轴上上的的永永磁磁发发电电机机供供给给，，也也可可以以由由发发电电机机出出线线端端母母线线通通过过变变压压器器供供给给，，可可根根据据电电站站需需要要选选定定。。(5)当飞飞摆摆电电动动机机失失去去电电源源及及紧紧急急事事故故状状态态下下，，可可以以通通过过紧紧急急停停机机电电磁磁阀阀直直接接操操作作主主配配压压阀阀及及接接力力器器，，迅迅速速关关闭闭水水轮轮机机导导水水机机构构。。(6)可以以改改装装成成适适应应交交流流操操作作的的需需要要。。(7)油压压设设备备运运行行方方式式为为断断续续式式。。(8)油压压设设备备在在工工作作压压力力范范围围内内能能根根据据回回油油箱箱油油位位自自动动补补充充压压力力油油箱箱内内的的空空气气，，从从而而使使压压力力油油箱箱内内油油气气保保持持一一定定的的比比例例。。6．TT系列列调调速速器器的的主主要要组组成成部部分分有有哪哪些些？？它主主要要由由以以下下组组成成：：(1)飞摆摆及及引引导导阀阀。。(2)永态态转转差差机机构构、、变变速速机机构构及及其其杠杠杆杆系系统统。。(3)缓冲冲器器。。(4)接力力器器及及手手动动操操作作机机构构。。(5)油泵泵、、溢溢流流阀阀、、油油箱箱、、连连接接管管路路和和冷冷却却管管。。7．TT系列列调调速速器器有有哪哪些些主主要要特特点点？？(1)采用用一一级级放放大大系系统统。。由由飞飞摆摆带带动动的的引引导导阀阀直直接接控控制制执执行行机机构构－－接接力力器器。。(2)压力力油油直直接接由由齿齿轮轮油油泵泵供供给给，，用用溢溢流流阀阀维维持持压压力力恒恒定定。。引引导导阀阀为为正正搭搭叠叠量量结结构构。。不不调调节节时时，，压压力力油油从从溢溢流流阀阀排排掉掉。。(3)飞摆摆电电动动机机及及油油泵泵电电动动机机的的电电源源直直接接由由发发电电机机母母线线端端或或经经专专用用的的变变压压器器供供给给。。(4)开度限制是通通过手动操作作机构的大手手轮来完成的的。(5)手动变速。8．TT系列调速器维维护有哪些要要点？(1)调速器用油必必须符合国家家质量标准。。初次安装或或大修后，运运行1～2月换油一次，，以后隔一年年左右换油一一次或视油质质情况而定。。(2)油箱和缓冲器器中的油量应应该在允许范范围内。(3)不能自动加油油润滑的运动动部分，要注注意定时加油油，给予润滑滑。(4)启动时，必须须先启动油泵泵后启动飞摆摆，以保证转转动套与外塞塞和固定套之之间应有油润润滑。(5)调速器长期停停运后再启动动，首先"点动"一下油泵电动动机，看有否否异常，同时时也给引导阀阀供应了润滑滑油。飞援电电动机启动前前，应先用手手拨动飞摆，，检查是否有有卡住现象。。(6)调速器上的零零件，没有必必要时不应经经常拆卸。但但应经常检查查，发现有异异常现象应及及时修理消除除。(7)启动油泵前，，应先打开冷冷却器水管进进水阀门，以以防止油的温温升过高，影影响调节性能能及加速油的的质变。冬季季如室温较低低，应待油温温上升到20C左右，再打开开冷却器水管管进水阀门。。(8)调速器外表应应经常保持清清洁。调速器器上不允许搁搁放工具等物物品，附近也也不要堆放其其他东西，以以免妨碍正常常操作。(9)应经常保持环环境卫生，尤尤其注意不要要经常打开油油箱上的百叶叶窗观察孔盖盖和飞摆罩上上的有机玻璃璃板。(10)为了保护压力力表不震坏，，一般在交接接班检查油压压时打开压力力表旋塞，平平时不宜打开开。9．GT系列调速器的的主要组成部部分有哪些？？GT系列调速器主主要由以下几几部分组成：：(l)离心摆与引导导阀。(2)辅助接力器与与主配压阀。。(3)主接力器。(4)暂态调差机构构--缓冲器及传递递杆。(5)永态调差机构构及其传递杠杠杆。(6)局部反馈装置置。(7)转速调整机构构。(8)开度限制机构构。(9)保护装置(10)监视仪表。(11)油管路系统。。10．GT系列调速器有有哪些主要特特点？(l)该系列调速器器可以满足自自动调节及远远距离控制的的要求，也可可以在机旁旁操作开度限限制机构手轮轮进行油压手手动控制运行行，以满足调调速器自动调调节机构失灵灵尚需继续供供电的要求。。(2)在结构上考虑虑了各种水轮轮机安装的需需要，改变主主配压阀的装装配方向及永永态、暂态调调差机构的调调整方向即可可。(3)离心摆电动机机采用了同步步电动机，其其电源由永磁磁发电机供给给。(4)当离心摆电动动机失去电源源或出现其他他紧急事故时时，可抽紧急急停机电磁阀阀直接控制辅辅助接力器与与主配压阀，，使主接力器器动作，迅速速关闭水轮机机导叶。11．GT系列调速器维维护有哪些要要点？(1)调速器用油必必须符合国家家质量标准，，初次安装和和大修后运行行一月左右换换油一次，以以后每隔一年年左右换油一一次或视油质质情况确定。。(2)滤油器要定期期检查清洗。。可操作双滤滤油器手柄实实现切换，即即可不停机拆拆洗。初次安安装运行阶段段，每天拆洗洗一次。一个个月后，可每每三天清洗一一次。半年后后视情况定期期检查清洗。。(3)缓冲器内油一一定要清洁，，油量要加足足，应定期检检查。(4)各活塞部分和和有油嘴处均均要定期加油油。(5)机组在安装后后试验前或大大修后起动前前，除将调速速器擦去灰尘尘、清掉杂物物、保持干净净外，各转动动部分应先手手动试一下，，看有无卡阻阻现象和松动动脱落的零件件。(6)在试运行过程程中，若有异异常杂音应及及时处理。(7)一般不允许对对调速器的结结构和零件作作任意更改和和去除。(8)调速柜及周围围应保持清洁洁，调速柜上上不得放置杂杂物和工具，，前后门不要要随意打开。。(9)拆卸零件要作作好标记，不不易拆卸者要要研究方法解解决，不允许许乱垫、乱敲敲、乱打。12．CT系列调速器主主要由哪些部部分组成？(l)自动调节机构构包括离心摆摆与引导阀、、辅助接力器器与主配压阀阀、生接力器器、暂态调差差机构、缓冲冲器及其传递递杠杆、加速速装置及其传传递杠杆、局局部反馈调节节机构及其传传递杠杆、油油路系统。(2)控制机构包括括开度限制机机构、变速机机构。(3)保护装置包括括开度限制机