汽轮机的保护及工作原理

汽机专业培训教材汽轮机调节保安系统调节系统作用不论是发电厂还是热电厂，它们提供的电能和热能是不能储存的，其生产的特点是“产、供、销”一次完成，没有产品的库存。而热、电用户要根据自己对能量的需求，不断改变热或电的用量，造成供需间的不平衡。为了保证向用户时刻提供合格的电能和热能，就必须保证电力系统的电压、频率以及热网供汽压力的稳定。同时在电网或热网出现事故时，又要能保证机组自身的安全。供电质量标准：频率、电压对具有一对磁极，转速为3000r/min的机组，其频率为50HZ，或称50周波。供电频率的过高或过低，不仅影响用户的生产，而且也影响电厂本身的安全和经济运行。目前我国要求电网周波的变动小于±0.5HZ，亦即转速的波动不允许超过±30r/min。当机组发出的功率与外界负荷不相应时，汽轮机转速就要发生变化。汽轮机调节系统就是感受转速的这种变化，控制调节阀的开度，改变汽轮机的进汽量，使发出的功率与外界负荷重新平衡，并使转速保持在规定的范围内。调节系统任务及时调节汽轮发电机组所发功率，以满足用户数量上的要求；调节汽轮机转速，维持在允许的工作范围内；在危急事故工况下，快速关闭调节汽门或主汽门，使机组维持空转或快速停机。

汽轮机调节系统基本要求：在正常参数下，当主汽阀全开时，调节系统应能维持机组在额定转速下稳定地运行。（这一要求，是为防止机组甩负荷后严重超速）机组运行中负荷的摆动，应在允许范围内。在设计范围内，机组能在高频率、低参数情况下带满负荷，供热机组能达到供汽出力，且汽压波动应在允许范围内。当机组突然甩负荷至零时，调节系统应能将机组转速控制在危急保安器动作转速以内。汽轮机调节系统的种类根据其转速感受机构及中间放大器的结构不同机械液压（或全液压）调节模拟电液调节数字电液调节直接调节和间接调节调节汽门是由调速器本身直接带动，称直接调节；由于调速器能量有限，一般难以直接带动，中间设放大机构，构成间接调节。机械液压调节系统

工作原理分析：图中所示，外界负荷减小，转速n上升－>A，B上升－>错油门滑阀上升－>压力油进入油动机上部，油动机下部回流，形成压力差－>油动机活塞下移－>调节汽门下移－>Pe减小。同时油动机活塞下移－>B下移－>错油门滑阀下移－>滑阀居中，活塞停止活动，达到新的平衡状态。机械液压调节系统

9机械液压调节系统

当负荷转速变化时受油压控制工作原理分析如图所示，外界负荷增加，转速n下降→A，B下降→错油门滑阀下降→压力油进入油动机下部，油动机上部回流，形成压力差→油动机活塞上移→调节汽门上移→Pe增大。同时油动机活塞上移→B上移→错油门滑阀上移→滑阀居中，活塞停止活动，达到新的平衡状态。机械液压调节系统

缺点：机械传动机构传动间隙的存在，液压控制部件易受油液污染的影响，使调节品质和运行稳定、可靠性不很理想。因机组的功率信号无法由机械或液压机构来感受，故机械液压调节系统仅能起到调速系统的作用。另一方面，配汽机构采用较为固定的机械机构，无法实现喷嘴、节流等多种运行方式的灵活切换。机械液压调节系统

模拟电液调节系统比例、积分和微分

电子技术模拟电液调节系统的特点电子技术与液压控制技术电子元件检测灵敏、精度高、线性好、迟缓小、传输速度快、调整方便、能实现复杂调节规律，以及液压元件驱动功率大、惯性小前进性：控制功能调节品质改善了调节系统的甩负荷动态特性增强了机组运行的安全性。模拟电液调节系统数字电液控制系统数字电液控制系统（DigitalElectro-HydraulicControlSystem，简称DEH）计算机运算、逻辑判断与处理能力强、软件组态灵活、方便。状态监测、顺序控制、调节和保护。高压抗燃油简化控制回路－－油动机推动力。调节汽门由各自油动机驱动，可使机组实现喷嘴、节流等多种运行方式灵活切换，增强了机组运行控制的灵活性。硬件采用模块化结构。系统扩展灵活。维修调试方便，冗余控制、多层保护和自检、自诊断功能使调节品质、运行可靠性和机组的安全性均较模拟电液调节系统有了很大提高。

数字电液控制系统伺服控制回路的工作原理：

DEH输出信号首先经函数变换（凸轮特性）到VCC卡，转换为阀位指令，经功率放大器输出去控制伺服阀、油动机，油动机位移经LVDT变送器转换为电压信号反馈到综合放大器与阀位指令相比较，当其二者相等时，油动机稳定在某一位置上。

汽轮机调节的原理：以汽轮机主力矩和发电机反力矩失衡时转速的变化为脉冲信号，去控制汽轮机的进汽量，从而保证在新工况下，汽轮机的主力矩和发电机的反力矩重新平衡，并维持汽轮发电机的转速基本不变。离心式调速器调节系统径向钻孔泵调节系统旋转阻尼调节系统高速弹簧片调节系统

径向钻孔泵调节系统径向钻孔泵与汽轮机主轴连在一起，汽轮机转速的变化导致径向钻孔泵出口油压变化。特点：径向钻孔泵既是脉冲信号油泵，又是供系统压力油的主油泵。该系统采用两级放大：一级放大是（继流式）压力变换器；二级放大是（断流式）错油阀。径向钻孔泵调速器调节过程：当外界负荷降低时，汽轮机的转速开始升高，径向钻孔泵出口油压升高，使压力变换器活塞下的油压升高，导致压力变换器滑阀上移，脉冲油的泄油量减少、脉冲油压增大，迫使错油阀的滑阀上升，关小调速器阀，减小进汽量，以适应外界负荷降低的需要。油动机上方的存油，经错油阀下油口回至主油泵入口。在油动机活塞上升关闭调速器阀的同时，经反馈油阀6泄油口的泄油量增加，致使脉冲油压降低。此脉冲油压的降低值与因外界负荷降低而迫使脉冲油压的增高值相抵消时，脉冲油压又恢复到给定值，错油阀滑阀便停在中间位置，油动机进出油口封死，调速器阀停止关闭，汽轮机便在新工况下稳定运行。调节系统的组成

整个调节系统由调速和调压两大部分组成，主要包括：主油泵、压力变换器、调压器、错油门、启动阀、油动机及同步器等采用两级放大全液压调节系统，启动阀能在紧急停机时将调节汽门完全快速关闭。调节系统的组成调速器（speedgovernor）

图中是重锤弹簧式。图为高速弹性调速器。滑阀（错油门）(slidevalve)套筒中间是两个同轴的活塞，称为滑阀，在稳定工况下，刚好能遮住上下两个油动机的连接口。油动机

在上下油压的作用下移动。调节汽阀(regulatingsteamvalve)由油动机控制，上下移动以改变蒸汽量、焓降，从而改变汽轮机功率。反馈机构(feedbackcontrol)调节系统的组成调节系统的组成调节系统三大组成部分调节系统由转速感受机构、中间放大机构、液压伺服执行机构、配汽机构组成。转速感受机构作用：感受汽轮机转速的变化，并把它转换成其他物理量变化。传动放大机构作用：把转速感受机构来的信号进行放大，然后带动配汽机构进行调节。图中包括错油门，油动机，传动放大杠杆，反馈杠杆等。配汽机构接受传动放大机构的控制，通过改变阀门开度，改变进汽量和蒸汽焓值，以改变汽轮机功率，使之与外界负荷相适应。我厂调节系统概况我厂1#、2#、3#汽轮机都是具有可调整抽汽的凝器式汽轮机，其调节系统为纯液压式，在铭牌参数范围内，系统能对机组的转速及调节抽气口的压力进行自整调节，即每个被调量中间任何有一个变化时，基本上不影响其它被调量（变动量15-20%仍是允许的）我厂调节系统

汽轮机调节系统作用：

当机组单独运行，负荷变化时能维持转速在一定范围内，当机组并列运行时，能满足负荷变化的需要。调压系统的作用可将本机组投入或解除一级抽汽，保持一级抽汽压力为一定值，又可用调压器进行一定范围调整。

我厂调节系统

调节保安系统技术参数：转速不等率：4.5±0.5%调速迟缓率：≤0.5%同步器调整范围：-4%—+6%调压器调整范围：0.784-1.274MPa危急遮断器动作转速：3300-3360r/min轴向位移保安装置转子相对位移值：1mm一次脉油压与主油泵入口油压差：0.392MPa二次脉冲油压与主油泵入口油压差：0.294MPa主油泵压增：1.078MPa润滑油压：0.0785-0.118MPa

我厂调节系统调节系统工作过程当电负荷降低时（电负荷增加时与下述动作过程相反）我厂调节系统热负荷减少时（热负荷增加时，上述动作过程相反）我厂调节系统汽轮机调节系统静态特性对汽轮机正常运行的影响P141供热式汽轮机的调节系统分为调速和调压两部分。静态特性曲线汽轮机转速变化与功率之间有一定的单值对应关系。这一关系称为调节系统的静态特性曲线。（速度变动率和迟缓率是影响静态特性好坏的主要参数）我厂调节系统速度变动率汽轮机负荷Po=0（空负荷）时具有的最大转速n2与额定负荷Pn时具有的最低转速n1之差n2-n1，与汽轮机平均转速之比的百分数为δ，称为调节系统的速度变动率。一般采用额定转速nn代替平均转速。速度变动率是衡量调节系统品质的一个重要指标，它反应了汽轮机由于负荷变化所引起转速变化的大小：速度变动率越大，反映在静态特性上越陡；反之静态特性曲线越平。

汽轮机转速Pnn2n1PonP

汽轮机负荷我厂调节系统迟缓率把由于迟缓而造成的同一负荷下的转速差△n与额定转速nn之比的百分数叫做调节系统的迟缓率，或不灵敏度，用ε表示，△nnp我厂调节系统迟缓率对汽轮机的正常运行是十分不利的，因为它延长了汽轮机从负荷发生变化到调节阀开始动作的时间，造成汽轮机不能及时适应外界负荷的变化。

如果迟缓率过大，在汽轮机突然甩负荷后，将使转速上升过高以致引起超速保护装置动作；对孤立运行的机组，将产生较大的负荷摆动，对并列运行机组，将会产生较大的负荷漂移。

由此可见迟缓率是反映调节系统品质的又一重要指标。

我厂调节系统

保安系统组成保安系统由危急遮断器、危急遮断油门、轴向位移遮断器、磁力断路油阀及低油压保护等组成。汽轮机保安系统作用：

汽轮机保护是为了确保设备和运行人员的安全，运行中当调节系统故障或设备发生事故时，保护装置能及时动作，迅速地切断汽轮机的进汽，紧急停机，以避免扩大事故或损坏设备。

保安系统

汽轮机保安系统主要设备及作用：危急遮断器本机采用离心飞锤式危急遮断器。当汽轮机转速超过额定转速的10-12%（即3300-3360r/min）时飞锤飞出，使危急遮断油门脱钩动作，关闭主汽门。危急遮断器的复位转速为3000r/min。危急遮断油门：

危急遮断油门与危急遮断器一起组成超速的保护。当飞锤飞出时，将该油门下端挂钩打脱，油门滑阀在弹簧力的作用下迅速移动，切断到主汽门操纵座及抽汽逆止阀油动机的高压油，使主汽门和抽汽逆止阀迅速关闭。同时，高压油进入错油门下部，使调节汽阀也迅速关闭，该油门也可手动实现停机。

要使油门复位必须在转速降到3000r/min以下进行，不能高于3000r/min时复位以防损坏飞锤和拉钩。保安系统轴向位移遮断器：

轴向位移遮断器是防止汽轮机转子在轴向位移超过允许值的报警和停机的保护装置，喷油嘴和挡油盘之间的间隙为0.5mm（此时推力盘与主推力瓦之间间隙为零）当转子相对位移为1mm时，即喷油嘴和挡油盘间隙增长为1.5mm时。滑阀上的弹簧力大于控制油压力，滑阀移动切断到主汽门操纵座及抽汽逆止门内高压油，使主汽门抽汽逆止阀迅速关闭，同时高压油进入错油门下部，使调节汽阀也迅速关闭。

该装置也可以手动实现停机，用手拉装置的银白色捏手，即可停机，欲使机组启动。须待高压油建立后，手推捏手使滑阀端部与延伸臂端部的密封面密封。保安系统机械超速保护装置飞锤保安系统飞锤轴向位移测量测转速保安系统保安系统保安系统

电磁阀：

电磁阀接受不同来源的停机信号，使电磁阀得电动作，将安全油和控制油泄掉，迅速关闭主汽门、调节汽阀、各抽汽逆止阀，切断汽轮机进汽而使汽轮机停机。手动：手按控制室表盘处“停机”按钮，接通电源使电磁阀动作。润滑油压低：当润滑油压降至0.02MPa，电接点压力表接通电源使电磁阀动作。真空低：当真空降至-0.086MPa报警，降至-0.06MPa接通电源使电磁阀动作。振动：当轴承振动至1#机100μm、2#3#机50μm时报警，1#机至140μm，2#3#机至70μm时停机，接通电源使电磁阀动作。轴承回油温度高：当轴承回油温度65℃报警，升至70℃时接通电源使电磁阀动作。保安系统

轴向位移大：当转子相对位移至±0.62mm报警，达±1.01mm接通电源使电磁阀动作。发电机内部故障：当发电机内部故障时发电机保护动作，同时联动电磁阀动作停机。电超速：当汽轮机转速超过3300r/min一次报警，升至3330r/min二次报警，升至3360r/min接通电磁阀动作。保安系统油路系统

主油泵出口的高压油分二路：一路经主油泵出口逆止阀后分三路

第一路去保安系统：经轴向位移遮断器、危急遮断器、电磁阀、通往主汽门、湿式换向阀、抽汽门、启动阀。

第二路去润滑油系统：经过高压注油器、冷油器、滤油器进入各轴承，经过低压注油器至主油泵入口供主油泵用油。

第三路去调节系统：经过错油门进入高、低压油动机。另一路高压油分为四路

第一路去压力变换器中部。

第二路去压力变换器下部。

第三路经节流孔变为一次脉冲油。

第四路经调节器节流孔变为二次脉冲油。保安系统保安系统液压式调节保护系统自动主汽阀主要作用：在启动过程中用以控制汽轮机转速，从而控制暖机速度（高压汽轮机用电动主汽阀的旁路阀启动）；当汽轮机发生事故需要紧急停机时，安全保护装置动作，迅速将主汽阀关闭，切断汽轮机的汽源，从而保证设备的安全。注：主汽阀关闭时间应小于1s。44大型机组如何有效地减小开启调节汽门的提升力随着机组容量增大，调节汽门的尺寸变大。蒸