抽汽式汽轮机调速系统原理.docx

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抽汽式汽轮机调速系统原理

中国长江动力公司（集团）

武汉汽轮发电机厂

C12—3.43/0.49—Ⅰ型抽汽式汽轮机

调节保安系统说明

编号255—SM20

1997年7月

汽轮机调节保安系统的作用是控制机组的转速、抽汽压力，从而保障机组的稳定运行，并可调整电负荷或热负荷大小。

在异常情况发生时，迅速关闭主汽门、调节汽门和旋转隔板，实现紧急停机。

调节系统主要可以实现在正常运行时对机组的转速或负荷、抽汽压力或抽汽量的控制，而保安系统可以实现在出现异常情况下的紧急停机。

1、调节系统作用

1.1基本原理

调节系统包括调速和调压两部分。

通过开大和关小调节汽阀和旋转隔板以改变蒸汽流量，从而调整机组的转速或负荷，抽汽口压力或抽汽量，以适应负荷的变化。

调速部分和调压部分按一定的自身要求设计，当电负荷和热负荷中一个变化时，调节系统基本上能保证另一个不变（20%的变化允许）。

调节系统原理参看调节保安系统图（255.00.07），控制脉冲油路如图1。

调速部分的感受元件为径向钻孔泵，直接与汽轮机主轴相联，产生一次脉冲油压（图1中的P10），由执行元件高压油动机控制调节汽阀开度，从而控制汽轮机进汽量。

调压部分的感受元件为波纹管，抽汽口蒸汽压力（Pn）通到波纹管底部作为压力脉冲信号。

由执行元件中压油动机控制旋转隔板的开度，改变汽机低压部分的蒸汽流量。

当汽轮机转速降低时，径向泵出口油压P10下降，压力变换器滑阀下移，开大了它的泄油窗口F11、F12，使二次一号、二次二号脉冲油压P01、P02下降，高、中压油动机活塞下移，同时开大调节汽阀和旋转隔板；同时，高、中压油动机的反馈窗口F31、F32关小，二次一号、二次二号脉冲油压恢复，错油门滑阀回中，转速升高，系统稳定在新的平衡工况，当汽轮机转速升高时，则动作的方向相反。

当抽汽口压力Pn降低时、调压滑阀下移，二次一号脉冲油压下降，二次二号脉冲油压上升，高压油动机错油门滑阀下移，高压油动机活塞下移，开大调节汽门；中压油动机活塞上移，关小旋转隔板。

同时，高压油动机反馈油口关小，中压油动机反馈油口开大，使高、中压油动机错油门滑阀回中，抽汽口压力升高，系统稳定在新的平衡工况。

1.2调节系统的运行操作

1.2.1调节系统投入负荷（电负荷、热负荷）前的准备工作

机组启动之前，关闭通往调压器脉冲室的蒸汽信号管阀门。

手动调压器上的手动切除阀，使调压器切除。

在空负荷状态下，利用主汽门维持机组3000RPM，调节高压油动机错油门弹簧预紧力，使二次一号脉冲油压压增为0.294MPa，然后摇同步器手轮，使高压油动机达到额定负荷位置，即设计值76.34mm。

缓慢开启二次二号脉冲油路至中压油动机之针阀，并适当开启调压器上的节流阀，直至中压油动机刚刚动作，调整中压油动机错油门弹簧预紧力，使二次二号脉冲油压压增为0.294Mpa，然后开大调压器上的节流阀，使中压油动机位置达设计值，即全开，并锁紧节流阀上锁紧螺母。

在上述基础上，可进行调节系统的静态试验。

1.2.2在冷凝工况下的调节系统工作情况

本机组启动之前，关闭通往调压器脉冲室的蒸汽信号管阀门，手动调压器上的手动切除阀，使调压器切除，压力油把调压器滑阀顶起，调压器从系统中切除。

然后，关闭二次二号脉冲油路到中压油动机之针阀，中压油动机错油门下移，高压油把油动机活塞压到最低位置，旋转隔板全开，这样，机组与纯冷凝机一样了。

调节系统只调整机组的转速（或电负荷）。

1.2.3投入热负荷的操作步骤：

当机组并入电网带一定的电负荷后（一般约1/3额定负荷以上）就可以供汽了。

此时调压器手轮应处于全松开抽汽量为零的位置（否则亦应该调整到这一位置）绝不可空负荷投入抽汽。

又当电负荷减至一定量时，要停止抽汽。

投热负荷过程：

首先将调压器脉冲室灌满清洁凝结水，排尽空气，再缓慢打开通至抽汽口的阀门，缓慢开启二次二号脉冲室至中压油动机之针阀，中压油动机徐徐关小旋转隔板，使抽汽口压力逐渐上升，（如果旋转隔板全开时抽汽压力已经高于供汽压力，那么必须降低电负荷，然后再进行供汽的投入操作）。

再手动切除阀使调压器投入，缓慢调整调压器手轮使抽汽室压力略高于热网压力（约0.04Mpa）。

在调整过程中必须注意保持工作稳定和相互配合问题，这时,就可以缓慢开启抽汽阀，开始供汽。

机组就能向热网供汽，热负荷的增减可操纵调压器手轮来执行。

调压器切除应先缓慢向上松开调压器手轮，同时，渐渐关小抽汽阀，直至调压器手轮全松开，抽汽阀全关闭。

此时手动调压器切除阀使调压器切除。

再慢慢关小二次二号脉冲油路到中压油动机的针阀，这样中压油动机徐徐打开旋转隔板，直至针阀全部关闭，旋转隔板全部打开为止，然后关闭调压器通至抽汽口的阀门。

1.2.4汽轮机抽汽工况运行时，调节系统工作情况

当调压器投入运行后，系统就由纯冷凝工况转为抽汽工况，这时就同时对机组的转速及抽汽口压力进行调节。

当外界电负荷瞬时增加时，引起转速降低（单机运行或电网周波降低）使二次一号、二次二号脉冲油压下降，两个油动机活塞均向下移，调节汽阀及旋转隔板打开，转速按静态特性调至新的稳定工况。

电负荷减少时所引起的变化与上述相反。

当抽汽量增加而引起抽汽口压力下降时，由于作用于波纹管压力下降，使调压器滑阀下移，关小调压器二次二号脉冲油路排油口，使二次二号脉冲油压升高，关小中压旋转隔板，同时开大二次一号脉冲油路排油口，使二次一号脉冲油压降低，开大调节汽阀，抽汽口的压力就按静态特性调至新的稳定工况，抽汽量减少时所引起的变化与上述相反。

1.2.5当突然甩去负荷时调节系统的工作

当纯冷凝工况下，突然甩去电负荷后，系统的工作情况与一般的凝汽机一样。

在抽汽工况下，甩负荷时油开关跳闸，经辅助接点，使超速限制滑阀动作，高压油通过关闭器直接进入错油门底部，瞬时将错油门滑阀推至顶部，关闭调节汽门和旋转隔板。

经过约2.5S（时间继电器可调）超速限制滑阀复位，关闭器复位。

调节汽阀适当开启维持汽轮机空转。

但由于调节汽阀关闭，抽汽口压力迅速下降，调压器滑阀下移，使二次一号脉冲油压下降，而产生使汽阀开大的反调作用。

为消除此影响，在油开关跳闸的同时，以电信号使控制调压器的电磁阀动作，高压油瞬时将调压器滑阀推至上端将调压器切除，抽汽口的压力变化就不会使调压器起反调作用。

2、保安系统的说明

保安系统包括有机械安全装置及电动液压安全装置，保安系统在收到威协到机组安全的信号后，发生动作，关闭主汽门、调节汽门、旋转隔板，同时油开关跳闸。

在汽轮机转子前端有一套偏心环式危急遮断器，当汽轮机的转速达到3345±15rpm时，偏心环飞出，打在危急遮断门挂构上，使安全油压泄掉。

高压油进入错油门底部，使主汽门和高中压油动机向关闭汽阀方向动作，实现停机。

当需要开机时，则需拉出机头前“复位”手柄，使机组恢复到正常状况。

当汽轮机轴向位移超过1.4mm，润滑油压降至0.02MPa，转速升至3420rpm，真空降低至0.06MPa,支持轴承油温达75℃时，都将使磁力断路油门动作，实现停机。

压力调节器作为低油压保护，当润滑油压低于0.055MPa时，起动交流电动润滑油泵；当润滑油压低于0.04MPa时起动直流电动润滑油泵（当选用汽轮油泵时，则接通汽轮油泵的启动电磁阀启动汽轮油泵），当润滑油压低于0.015Mpa时，停盘车装置。

当机组需要手动紧急停机时，在机头侧面装有手动危急遮断油门，取下红色保险罩，向里推入滑阀即可实现停机，重新开机时再将滑阀向外拉出。

若机组以凝汽式运行，最大进汽量为55t/h。

因此，超过此值能造成机组通流部分出现超负荷。

在电气系统中装有低压缸流量限制回路，当第七级后压力超过0.129MPa（绝对压力）时电接点压力表动作，使得同步器电机反转，从而使低压缸流量受到限制。

当机组安装和大修后第一次启动时，危急遮断器除了做超速试验外，还需要做注油试验。

将汽机升速至2900rpm左右，打开保安操作箱，将注油阀旋至注油的位置，高压油注入偏心环，用同步器升速，引起偏心环飞出，动作转速为2900rpm左右，机组正常运行时不得动注油器。

3、油系统说明

3.1油系统概述

供油系统包括油泵及射油器。

在系统中，油泵组是由一个径向钻孔泵和一个后弯式离心泵组成，供给调速器、调压器、油动机及其它安全装置用油，并供给射油器及轴承用油。

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以螺纹与危急遮断器体连接，由汽轮机主轴带动。

径向钻孔泵的出口油压压增0.8829MPa，通过压力变换器底部并分别流经节流孔#1、#2进入脉冲油路。

#1、#2脉冲油压增为0.29MPa，后弯离心泵的出口油压压增0.98MPa。

一路通过逆止阀分别进入油动机作为驱动油动机的工作油，一路通往各保安部套，一路通往射油器作为喷射用油。

油泵入口油由射油器供给，压力变换器、调压器及两个油动机排油也直接引入油泵入口。

4.2射油器说明

射油器是两级并联组成，悬挂于油箱盖板上，它们都以主油泵（即后弯离心泵）压力油作为喷射油源，此油经过喷嘴，形成高速油流，因而带动油箱内静止的油共同进入扩散管，第一级0.25MPa，供给润滑系统；第二级以0.12MPa供油泵组进口用油。

4.3调速器及油动机说明（见图255.32.01）

4.3.1调速器是由压力变换器（包括同步器），错油门及高压油动机组成。

并装在焊接的壳体内（二次一号脉冲油路之节流孔也布置于此壳体内）。

壳体由壳板和筋板间隔成压力油室。

两条脉冲油路、回油及排油等四种腔室。

4.3.1.1压力变换器为第一级脉冲放大装置（继流式）并装有同步器。

压力变换器套筒开有保持脉冲油压为常数等矩型窗口，两条脉冲油分别经过溢油窗口流向主油泵进口。

滑阀上带有凸缘，具有自动对中的作用，它的上端为球形支点来支撑弹簧座。

这种结构可以减少作用在滑阀上的歪斜力，因而减小压力变换器的不灵敏度。

径向钻孔泵出口油压直接作用在滑阀底部，当转速升高时，滑阀上移，关小调节汽阀及旋转隔板。

当转速下降时，动作向反。

同步器动作是通过改变传动机构的静态特性，平移系统静态特性曲线束完成的，可转动同步器手轮以移动心杆的位置或用电动机通过蜗轮蜗杆移动心杆的位置，改变弹簧的紧力，以达到机组的转速改变或并电网以后增减机组负荷的要求。

同步器工作范围为额定的-5～+7%，用电动机操作进，心杆作上下移动，用手轮操作时，使固定键上的舌形凸肩脱离心杆上的滑键槽，因而心杆旋转并作上下移动。

4.3.1.2错油门为第二级脉冲放大装置（断流式），高压油通过套筒中部的圆孔流经上部四个矩形窗口，可通过往油动机活塞下腔；而流经下部四个矩形窗口，可通往油动机活塞上腔。

滑阀下端与脉冲油路相通，上端与主油泵入口相通。

脉冲油压与主油泵入口油压之差由弹簧力平衡。

当机组负荷稳定时，滑阀处于中间位置，将通往油动机活塞上、下腔的矩形窗口关闭。

当机组负荷增加（或减少）时，脉冲油压随之降低（升高），滑阀下移（上移），打开通往油动机活塞上腔（下腔）的窗口，使调节汽阀开大（关小）。

油动机动作时，活塞上腔或下腔的排油通过错油门窗口回至主油泵的入口。

滑阀上带有凸缘具有自动对中的作用。

脉冲油可通至滑阀上端间隙，加强滑阀自动对中的作用。

滑阀边缘作成锯齿形。

增加调节稳定性。

如在稳定工况时，作用在滑阀底部的脉冲油压与主油泵入口油压之差不符合设计值0.294MPa时，可调节错油门弹簧的紧度来达到。

4.3.1.3高压油动机及反馈在本系统中，是采用双侧进油活塞式油动机。

活塞上、下腔各有窗口与错油门相通。

在反馈套筒上，开有和脉冲油路相通的反馈窗口，脉冲油经此窗口流入主油泵入口。

当脉冲油压随着负荷的增加（减少）而降低（升高）时，错油门滑阀下移（上移），开启通往油动机活塞上腔（下腔）的窗口，油动机活塞在油压作用下向下（向上）移动。

开大（关小）调节汽阀。

同时，反馈窗口也随之关小（开大），使脉冲油压升高（降低）恢复原来的整定值，错油门恢复到中间位置，使整个系统达到新的平衡。

在活塞上装有密封活塞环，将压力油与主油泵入口油隔开，下端的活塞环把压力油与脉冲油隔开。

同调节汽阀连接的球形头拉杆系与球面支承的内球面接合。

这种结构灵活，球形连接用黄油润滑，错油门下部装有一个关闭器，正常状态是脉冲油通过关闭器作用于错油门滑阀底部，当高压油进入保安油路时，高压油即推动关闭器小阀，切断进入错油门滑阀底部的脉冲油，直接作用在错油门滑阀底部，将滑阀推至顶部，从而关闭调节汽阀。

4.3.2中压油动机是由中压油动机错油门及壳体，中压油动机活塞反馈组成，其原理与高压油动机相同，只不过是控制旋转隔板的开度，改变流经的汽量。

4.4调压器说明（见图255.32.20）

本系统的调压器（二号脉冲油路节流孔布置在内）控制旋转隔板，调节抽汽口压力0.392～0.687MPa（绝对压力）。

当抽汽量增加时，压力下降，作用在波纹管（波纹管周围充满清洁水，使高温汽体不与其接触，防止破坏波纹管并增加稳定性）的压力随之下降。

滑阀在自重和上部弹簧作用下下移，使二次一号脉冲油路矩形窗口开大，二次二号脉冲油路矩形窗口关小，引起二次一号脉冲油压下降，作用在高压油动机错油门下油压下降，错油门滑阀下移，则油动机活塞下移，开大调节汽阀，又使二次二号脉冲油压增高，关小旋转隔板，从而使抽汽口压力恢复正常。

当抽汽量减少时，压力增加，动作与上述相反。

若要改变抽汽压力时，可旋转作用在弹簧上部的手柄，改变弹簧力，与作用在滑阀上的新的蒸汽压力平衡，达到所要求的抽汽口压力。

调压器滑阀所控制的一号、二号脉冲油路的回油均回到主油泵入口。

另外，调压器下腔室与电磁阀控制的压力油相通，当甩负荷或将调压器切除时，电磁阀接受电信号动作，将调压器滑阀顶起，调压器即被切除。

4.5流量限制和超速限制装置说明

流量限制是指对低压缸的流量进行限制，实质上它也是功率限制，当第七级后压力超过0.129MPa（绝对压力）时，电接点压力表动作，使同步器反转，达到减少多余流量的目的，从而减少总进汽量，达到流量限制作用。

超速限制装置它由时间继电器和超速限制电磁阀组成。

当油开关跳闸时，其上辅助触点闭合，经时间继电器使电磁阀动作，让高压油迅速通往高中压油动机错油门的关闭器，将错油门滑阀推到上限位置。

因此，油动机能以最快的速度关闭阀门，经过约2.5S后（具体数值现场整定）断开电源，电磁阀复位，将进油面堵死。

这时，危保油经危急遮断油门滑阀泄油孔排出，使油压降低，关闭器滑阀复位，油动机错油门滑阀亦复位，汽轮机维持空转。

4.6危急遮断油门，手动危急遮断油门及磁力断路油门说明

危急遮断油门，手动危急遮断油门及磁力断路油门是安全系统三个紧急停机用油门。

它们的共同作用是：

当滑阀动作时，通往主汽门的安全油立即泄掉，使主汽门关闭。

同时，高压油迅速通往高中压油动机错油门下的关闭器，将滑阀推到上限位置，关闭调节器阀及旋转隔板而停机。

不同之处是它们的动作原因不同：

4.6.1危急遮断油门是依靠危急遮断器偏心环动作后的力打在拉钩上，使拉钩转动，使油门活塞脱扣，弹簧将滑阀顶起而实现。

复位是借手拉复位注油阀，高压油克服弹簧力把滑阀压下，这时拉钩依靠扭弹簧的作用重新复位。

4.6.2手动危急遮断油门是当运行人员发现任何监视表计不正常或由于机组故障发出警报，按照操作规程需进行紧急停机时，打动手柄来实现的，复位是手拉来实现的。

4.6.3磁力断路油门是依靠电的安全装置动作后，接通电磁阀使其动作。

另外在操作盘亦装有按钮，可以人工接通电路，使磁力断路油门动作。

4.7危急遮断器说明

在本机组转子前端装有偏心环式危急遮断器，用来防止汽轮机转速升高，以保证机组运行安全。

当机组转速升高超过允许的最高转速时，偏心环在离心力作用下立即飞出，使危急遮断油门动作，立即关闭主汽门、调节汽阀及旋转隔板，使机组停机，其主要数据如下：

飞出转速：

3345rpm

复位转速：

3055rpm

打击力：

205.8N

当作超速试验进，如发现飞出去的转速不符合要求，则可以改变弹簧预紧力，螺母每转45°击去转速变改变约50rpm。

另外，在偏心环上装有两个对称布置的月牙式的油囊，在做注油试验时用以存油，以增加偏心环的偏心重量，而使之在正常转速下动作。

当停止喷油后，油囊中的油就借离心力从油囊顶部的小孔溢出，偏心环就随之复位。

在油囊的两角有两条槽，用以修正油注的高度，因为槽宽很小，因此在修正时对偏心环的影响可以略去不计。

4.8主汽门操纵座说明

主汽门操纵座由活塞、弹簧、手轮等组成。

主汽门操纵座活塞上部的弹簧，启动时，高压油经节流孔至活塞下部，克服弹簧力，将活塞顶起，开启主汽门。

当危急遮断油门、磁力断路电磁阀或主脱扣器动作后，由于安全油与排油相通，使操纵座活塞下部泄油，弹簧将活塞压下，将主汽门关闭。

为安全起见，操纵座设计作了如下考虑，当机组危急遮断后主汽门不能在操纵座手轮处于全开位置的情况下开启，而必须将操纵座手轮施至全关位置后，才能重新开启主汽门，旋转手轮开启主汽门的速度也不能太快，否则不能开启。