汽轮机调节习题答案Word格式.docx

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将产生什么后果？

如何解决？

汽轮发电机组运行时，作用在转子上的力矩有三个：

一是汽轮机的蒸汽动力矩，二是发电机的电磁阻力矩，三是机械阻力矩。

当外界负荷即发电机的电磁阻力矩变化时，将打破作用在汽轮发电机组转子上的力矩平衡关系，引起转速的变化。

虽然汽轮发电机组具有自平衡能力，但这种自平衡能力很弱，汽轮发电机组在新的稳定状态下运行时，转速变化很大，不仅使机组发出的电能频率和电压不满足用户要求，而且对汽轮发电机组零件强度及运行效率来说也是不允许的。

解决措施是设置汽轮机的调节系统。

3．汽轮机调节系统的任务是什么？

汽轮机调节系统的任务是及时调整汽轮机的功率，使它能满足外界负荷变化的需要，同时保证转速在允许的范围内。

4．汽轮机调节系统的型式有哪些？

各有什么特点？

汽轮机调节系统按其结构特点可划分为两种型式即液压调节系统和电液调节系统。

液压调节系统主要由机械部件与液压部件组成，主要依靠液体作工作介质来传递信息，根据机组转速的变化来进行自动调节。

这种调节系统的调节精度低，反应速度慢，运行时工作特性是固定的，不能根据转速变化以外的信号调节需要来作及时调整，而且调节功能少。

但是它的工作可靠性高且能满足机组运行调节的基本要求。

电液调节系统由电气部件、液压部件组成。

电气部件测量与传输信号方便，并且信号的综合处理能力强，控制精度高，操作、调整与调节参数的修改又方便。

液压部件用作执行器（调节汽阀驱动装置）时充分显示出响应速度快、输出功率大的优越性，是其它类型执行器所无法取代的。

5．画出液压调节系统方框图，并说明其调节原理。

汽轮机液压调节系统方框图

液压调节系统由转速感受机构或称调节机构（调速器）、阀位控制机构（液压伺服机构或称传动放大机构）、配汽机构和调节对象等四部分组成，其中前三个机构组成调节设备。

系统也可看成由一个转速调节主回路（主环）和一个阀位控制子回路（子环）组成。

当出现外界负荷扰动时，引起机组的发电机阻力矩变化，产生改变量，机组转速随之改变，产生转速偏差信号，转速感受机构用来感受转速偏差信号，最终按特定的调节规律获得阀位调节指令信号，即用来调整调节汽阀开度的信号。

阀位控制机构（液压伺服机构）中的滑阀根据阀位偏差信号进行调节，产生滑阀位移信号，经过油动机进行功率放大后产生足够大的功率去驱动配汽机构，获得调节汽阀位移，使主汽流量变化，进而使汽轮机内功率改变，蒸汽动力矩改变。

要使该调节系统受外界负荷扰动后达到新的稳定状态，则必须同时具备下述两个基本条件：

（1）主回路稳定条件——调节对象力矩改变量的偏差值，即

（2）子回路稳定条件——阀位偏差信号，即，式中为阀位调节指令信号，为阀位反馈信号，负号的含意是与变化方向相反。

6．简述三种典型液压调节系统在外界负荷变化时的调节过程。

（1）．高速弹性调速器液压调节系统

其调节过程可分述为主调节过程与反馈调节过程。

主调节过程：

当外界负荷减小时，发电机的电磁阻力矩将减小，产生＜0，机组转速将升高，产生＞0，调速器1中重块的离心力增大，弹簧随之向外伸张，挡油板向右移动，差动活塞2与喷油嘴之间的间隙增大，喷嘴排油量增加，引起差动活塞2右侧油室中的油压下降，从而破坏了差动活塞2的力平衡，使差动活塞2向右移动,差动活塞2的运动又通过杠杆eod（e为支点）带动调速器滑阀3也向右移动，产生转速调节信号（即位移＜0），调速器滑阀3上的排油口随之开大，使阀位调节油压相应降低，从而将转速调节信号＜0转换成阀位调节指令信号＜O，油动机滑阀5顶部受压力油油压的作用，底部受阀位调节油压的作用，在稳态时，上下作用力平衡，油动机滑阀5处于中间位置，遮断了通向油动机的油口a和b，使油动机活塞稳定在某一位置。

随着阀位调节油压的降低，破坏了油动机滑阀5的上下力平衡，使油动机滑阀5向下移动，打开油口a和b，使油动机活塞上腔室通压力油，下腔室通回油，油动机活塞因受上下腔室油压差的作用而向下移动，通过传动机构关小调节汽阀8，减小汽轮机主汽流量与内功率，蒸汽动力矩相应减小，产生＜0，从而使得逐渐减小到零。

阀位反馈调节过程：

阀位反馈信号取自油动机活塞杆上的反馈斜板。

当油动机活塞向下移动时，通过反馈斜板使反馈滑阀7在其左部弹簧力的作用下向右移动，反馈油口开大，经反馈油口进入调节油路的供油量随之增加，使阀位调节油压回升，即产生阀位反馈信号＞0，使得阀位偏差信号﹝﹞逐渐减小。

在＞0的作用下，油动机滑阀5向上回移，当达到阀位偏差信号为零时，恢复原值，根据油动机滑阀5的上下力平衡关系可知油动机滑阀5必然回移到原来的中间位置，重新遮断通向油动机的油口a和b，使油动机活塞停止移动。

此时，主回路与子回路的稳定条件均已满足，系统便达到了新的稳定状态。

（2）径向泵液压调节系统

当外界负荷减小时，发电机的电磁阻力矩减小，产生＜0，机组转速将升高，产生＞0，径向泵的出口油压升高，产生转速调节信号（即油压变化＞0），压力变换器活塞上的力平衡被破坏，使活塞上移，泄油口关小，阀位调节油压升高从而将转速调节信号＞0转换成阀位调节指令信号＞O，滑阀3顶部受弹簧力作用，底部受阀位调节油压的作用，在稳态时，滑阀3处于中间位置，遮断了通向油动机的油口a和b，使油动机活塞稳定在某一位置。

随着阀位调节油压力的升高，滑阀3的力平衡遭到破坏，向上作用力大于向下作用力，滑阀3上移，打开通向油动机的油路a和b，压力油进入油动机活塞下腔室，油动机上腔室排油，引起油动机活塞上移，调节汽阀5关小，导致汽轮机主蒸汽流量与内功率相应减小，蒸汽动力矩相应减小，产生＜O。

主调节过程将使（）逐渐减小至零。

阀位反馈信号取自反馈油口6。

当油动机活塞上移时，带动活塞下部套筒上移，这个套筒所控制的反馈油口6开大，泄油量增加，引起调节油压回降，产生阀位反馈信号＜0，使得阀位偏差信号[=]逐渐减小，在＜0的作用下，油动机滑阀3向上回移，当达到阀位偏差信号为零时恢复原值。

由滑阀3的上下力平衡关系可推知滑阀3必然回移到原来的中间位置，重新遮断通向油动机的油口a和b，使油动机活塞停止移动。

此时均已满足了主回路、子回路的稳定条件，系统便达到了新的稳定状态。

（3）旋转阻尼液压调节系统

当外界负荷减小时，发电机的电磁组力矩将减小，产生＜O，机组转速将升高，产生＞0，引起旋转阻尼管中油柱的离心力相应增大，一次油压随之增大，一次油压经波纹管A作用在放大器平衡板10上。

当升高时破坏了放大器平衡板10的力矩平衡，使之绕其支点逆时针转动，于是放大器蝶阀B与二次油室之间的间隙s增大，二次油泄油量增大，引起二次油压下降，产生转速调节信号（即油压变化＜0），继动器活塞的力平衡受到破坏，于是，继动器活塞受弹簧8的拉力作用而向上移动，从而将转速调节信号＜0转换成阀位调节指令信号＞0，进而使三次油泄油间隙增大，引起三次油压下降，使滑阀4的力平衡遭到破坏，滑阀4受其下部弹簧力作用而向上移动，打开通向油动机上、下腔室的油口e和f，使油动机上腔室经油口e进压力油，下腔室经油口f排油，油动机活塞受上下腔室油压差的作用而向下移动，通过传动杠杆关小调节汽阀，减小汽轮机主蒸汽流量与内功率，蒸汽动力矩相应减小，产生＜0，使得（）逐渐减小到零。

阀位反馈信号取自油动机活塞杆。

当油动机活塞向下移动时，带动反馈杠杆15绕其支点逆时针转动，使反馈弹簧8对继动器7的拉力减小，引起继动器活塞向下回移，产生阀位反馈信号＜0，使得阀位偏差信号=逐渐减小。

在＜O的作用下，三次油泄油间隙减小，三次油压回升，滑阀随之向下回移，当达到阀位偏差信号变为零时，继动器活塞恢复原位，恢复原值。

相应地，滑阀4也必然回移到原来的中间位置，重新遮断通向油动机的油口e和f，油动机活塞停止移动。

此时主回路、子回路稳定条件均已满足，系统达到新的稳定状态。

7．简述液压调节系统静态特性曲线的求取方法，并说明静态特性曲线的评价指标有哪些？

这些指标对机组运行会产生什么影响？

通过计算或试验得到各组成部分的静态特性曲线后，用合成法作图即可获得整个调节系统的静态特性曲线。

具体方法是：

沿着调节信号的传递方向，根据静态参数对应规律，在四象限图的第二、三、四象限中分别绘出转速感受机构、阀位控制机构、配汽机构及调节对象的静态特性曲线，然后根据投影原理，将这三条曲线合成为第一象限内的汽轮机功率与转速关系曲线，即为液压调节系统静态特性曲线。

评价调节系统静态特性曲线的指标有两个即转速变动率和迟缓率。

转速变动率对一次调频的影响：

在电网负荷变动时，转速变动率大的机组功率的相对变化量小，而转速变动率小的机组功率的相对变化量大。

迟缓对机组运行的影响：

机组单机运行时，迟缓会引起转速自发变化（即转速摆动），最大摆动量为；

机组并网运行时，转速取决于电网频率，迟缓会引起功率自发发生变化（即功率飘移），功率飘移量的大小与迟缓率成正比，与转速变动率成反比。

8．何谓一次调频和二次调频？

电负荷改变引起电网频率变化时，电网中并列运行的各台机组均自动地根据自身的静态特性线承担一定负荷的变化以减少电网频率的改变，这种调节过程称为一次调频。

通过同步器来调节供电频率的方法叫二次调频。

9．简述液压调节系统中同步器的作用。

调整单机运行机组的转速；

调整并网运行机组的功率。

10．何谓液压调节系统中同步器的调节范围，其大小是如何确定的？

同步器的调节范围是指操作同步器能使调节系统静态特性平行移动的范围。

同步器的调节范围应该是满足机组顺利地加载到满负荷和卸到空负荷的要求，不仅在正常周波和额定蒸汽参数时满足，而且在电网周波和蒸汽参数在允许范围内变化情况下也能满足。

11．影响调节系统动态特性的主要因素有哪些？

并说明这些因素是如何影响的。

转子飞升时间常数：

甩负荷时越小，转子的最大飞升转速越高，而且过渡过程的振荡加剧。

中间容积时间常数：

当中间容积越大、中间容积压力越高时，中间容积时间常数越大，表明中间容积中储存的蒸汽量越多，其作功能力越大，甩负荷时，虽然主蒸汽调节汽阀已迅速关小，但中间容积的蒸汽仍继续流进汽轮机，压力势能在释放，使汽轮机转速额外飞升也就越大。

转速变动率：

大时，转速动态超调量小，动态稳定性好。

但大时，转速静态偏差大。

油动机时间常数：

油动机时间常数越大，则调节汽阀关闭时间越长，调节过程的动态偏差越大，转速过渡过程曲线摆动幅度越大，过渡过程时间越长，因而调节品质越差。

迟缓率：

甩负荷时不能及时使调节汽阀动作，动态偏差要加大。

12．中间再热机组的调节有何特点。

（1）采用单元制的影响

机炉动态特性差异的影响：

减小了机组的功率响应速度，降低了液压调节系统参与一次调频的能力。

机炉最低负荷的不一致与再热器的冷却问题。

（2）中间再热容积的影响：

再热器的容积很大，造成中间再热容积时间常数很大，当外界负荷变化时，高压缸功率随之变化，而中低压缸受中间再热容积的影响，其功率变化较慢，即产生功率滞后现象，降低了一次调频能力。

此外，甩负荷时中间再热容积内蒸汽易使机组超速。

综上所述，中间再热式汽轮机液压调节系统一次调频能力较弱，即负荷适应性差。

13．何谓功频电液调节系统？

简述功频模拟电液调节的工作原理。

功率－频率电液调节系统是指系统中采用转速和功率两个控制信号，测量和运算采用电子元件，而执行机构仍用油动机的调节系统，简称“功频电调”。

功频模拟电液调节的工作原理：

（1）转速调节回路

转速调节回路应用于单机运行情况，在机组启动时升