NK型凝汽式汽轮机调节系统的设计

本设计有图纸，需要找Q251133408 摘 要 调节系统有全液压式，WOODWARD 机械液压式及由微机控制的电液调节系统等多种调节系统，一般根据参数对系统功能及由自控水平的要求进行合理的选择和配置。 随着电力工业的发展，200MW机组已成为电网的调峰机组，其负荷适应能力及响应速度的快慢便显得越来越重要，过去，国产200MW机组控制普遍采用传统的液压控制系统，此类系统结构复杂，控制精度低，可靠性差，传动速度慢，已远远满足不了电网调度自动化的要求。而电液调节系统越来越受重视。 本设计对凝汽式汽轮机调节系统的选用﹑原理进行了研究，选择了电液调节系统，介绍了其工作原理，完成各部件设计，配汽采用喷嘴调节法。调节气阀的启闭由油动机通过横梁﹑两阀杆和杠杆系统进行控制。 在调节系统设计中，除了相应的液压部件控制外，还有转速控制系统、安全保护系统、就地操作、超速跳闸装置等。备有转速、新汽压力、抽汽压力等保安装置，上述各参数的测量、变换、执行等元件可采用气动或电动单元。随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。 关键词 汽轮机；凝汽式汽轮机；调节系统；电液调节系统 ABSTRACT Various govering type,such as full-hydraulic governing system.WOODWARD mechanicalhydraulic governing system and computer control elect-hydraulic govering system,can be reasonably selected and configurated depending on the system function and automatic control level that custemers required. power industry, the 200 MW machine set has become the charged barbed wire net to adjust the Along with the development of the electric machine set, it carries the ability of adapt and responds to the rate of speed of the speed and then seem to be more and more important, past, the domestic 200 MW machine set controls the traditional liquid of widespread adoption to press to control the system, this kind of system structure complications, the control accuracy is low, the credibility is bad, spreading to move the speed slow, already far far satisfy not the charged barbed wire net adjusts the request of one degree automation.But the electricity liquid regulate the system to be more and more value. Have study appies and pricles of steam turbines .In general the nozzle control is adopted.The openning and closing of the governing and closing of the governing valves are controlled by an oil servomotor via a beam,two spindles and a level system. in govering,have speed control system WOOD505、protection、local control panel 、protection Equipment and so on. Turbines are equipped with safety devices for pressure,live steam pressure,extraction steam pressure vacuum,axial displacement of rotor,and the monitoring devices for speed,vibration,temperation,pressure etc. Along with dispersion continuously raise of the control system technique level, a power station is controled the system by the dispersion of the one type to complete all control mission and is a future development trend. Key words turbines；steam turbines ；govering ；computer elect-hydraulic govering system 目 录 11 概述 11.1调节系统简介 21.3液压调节系统 21.3电液调节系统 32 总体设计 32.1凝汽式汽轮机选型计算 42.2调节系统的选用 52.3具体的设计 52.4汽轮机数字电液控制系统DEH 103速关组件的设计 114启动调节器的设计 175速关阀的设计 196 505调节器 327 其他相关部件 328静态校核 338.1静态特性 338..2感应机构的迟缓率 338..3速度变化率 348. 4调节汽阀的重叠度 341．调节汽阀顺序开始时，应有适当的重叠度； 36参考文献 37致 谢 40汽轮机调节系统 1 概述 1.1调节系统简介 汽轮机是将蒸汽能转化为机械能的外燃回转式原动机。它具有单机功率大，转速高,效率高,运转稳和，使用寿命长等优点，因而在现代工业中得到了广泛的应用。 电网将发电厂生产的电能源源不断地输送到各个用电设备，为人们的生产、生活服务。而为保证各种用电设备能正常运转，不但要求提供连续不断的电能，而且还对供电的品质提出了严格的要求： k o }-j I A h             频率误差≤±0.4% 5E [-S!T U H热电技术联盟             电压误差≤±6%www.rdlm.com.cn)B7r ~ E i#^1g n `      供电频率由电网中的总发电量、总用电量共同确定。稳态时，供电频率与汽轮发电机组的转速对应相等。若总发电量>总用电量，则供电频率增加，机组转速也增加。必须通过控制系统使电网中并网发电机组的总发电量，适应总用电量的要求，才能保证供电频率精度。 E P n l(h​W,} K w     电网中的总用电量是一个随机变量，其频谱表明：负荷变化低频率对应大幅度，高频率对应小幅度。小幅度高频率的负荷变化，通过汽轮机调节系统的一次调频功能，利用锅炉的蓄能调节发电量，使总发电量适应总用电量的变化。大幅度低频率的负荷变化，由电网的自动调频装置，通过汽轮发电机组控制系统的自动发电AGC功能自动地或手动地改变机组的负荷指令，改变机组的发电量，使总发电量适应总用电量的变化。这就是二次调频作用。电网中调根据负荷的统计特性要求发电机组按日负荷曲线大幅度改变负荷，这就是调峰作用。 +\ l j y$X O Q|电厂锅炉、汽轮机、电气、热控、水处理等热电行业技术免费交流平台！二次调频和调峰，由于负荷变化的幅度较大，锅炉控制系统必须相应动作，使锅炉的出力满足汽机的要求，同时为保证整个发电系统的安全性和经济性，要求在改变负荷的过程中，机、炉、电控制系统必须协调动作。​l l9t2E3x1Pwww.rdlm.com.cn必须将汽轮发电机组的转速升到同步转速，即3000r/min，发电机并网后才能向电网输出电能。因此要求汽轮机调节系统具有升速控制功能。汽轮机是一种高转速的大型旋转机械，它对转速的要求很高，转速超过120%后，机组就可能损坏。因此要求汽轮机控制系统具有完善的保护功能。www.rdlm.com.cn Y W7| x b:_ f      汽轮机调节系统的主要任务就是调节汽轮发电机组的转速、功率，使其满足电网的要求。汽轮机控制系统的控制对象为汽轮发电机组，它通过控制汽轮机进汽阀门的开度来改变进汽流量，从而控制汽轮发电机组的转速和功率。在紧急情况下，其保安系统迅速关闭进汽阀门，以保护机组的安全。#R l&H-_ B*w u      由于液压油动机独特的优点，驱动力大、响应速度快、定位精度高，汽轮机进汽阀门均采用油动机驱动。汽轮机控制系统与其液压调节保安系统是密不可分的。"X B1A o!b a$w6^ S A 汽轮机数字电液控制系统DEH分为电子控制部分和液压调节保安部分。电子控制主要由分布式控制系统DCS及DEH专用模件组成，它完成信号的采集、综合计算、逻辑处理、人机接口等方面的任务。液压调节保安部分主要由电液转换器、电磁阀、油动机、配汽机构等组成，它将电气控制信号转换为液压机械控制信号，最终控制汽轮机进汽阀门的开度。 为满足上述要求,在汽轮机上均设有转速自动调节系统.其主要作用是：当用户耗电量变化时,通过改变汽轮机汽量，调节汽轮机的输出功率，使其与外界负荷相适应，并维持汽轮机转速在规定范围内. 汽轮机的调节系统由转速感应机构、传动放大机构、执行机构、和反馈机构组成。 1.2液压调节系统 调节系统主要是由机械部件和液压部件组成，主要依靠液体作为工作介质来传递信息，因而被称为液压调节系统。又由于是根据机组转速的变化来进行调节，所以称为液压调节系统。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，不能根据转速以外的信号进行调节，而且调节功能少，所以大功率机组一般不再采用单纯的液压调节系统，而采用电液调节系统。 1.3电液调节系统 随着单机容量的不断增大，蒸汽参数的逐渐提高，中间再热循环的广泛采用以及机组运行方式的多样化，对机组运行的安全性、经济性、自动化程度以及多功能调节提出了更高的要求，仅靠原有的液压调节技术已不能完全适应。于是，电液调节系统应运产生了。该系统主要由电气部件、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时充分显示出响应速度快、输出功率大的优越性，是其他执行器所无法替代的。 目前，绝大多数数字电液调节系统主要是由汽轮机制造厂设计与制造的专用装置，它是分散控制系统的重要组成部分，其优点是：设备硬件通用，软件透明，便于掌握、维护和改进；随着分散控制系统技术水平的不断提高，一个电厂由单一类型的分散控制系统来完成所有控制任务是未来的发展趋势。近年来，我国发电事业已有长足发展，尤其是随着汽轮发电机组容量的增大，蒸汽参数的提高，对机组的安全性、经济性、自动化水平的要求也越来越高。目前已采用汽轮机电液调节系统（EIectro-Hydraulic  Control  System  ,简称 EHC）。 取代了传统的机械（液压）式调节系统（Machine-Hydraulic  Control  System , 简称MHC）电液调节系统采用电子控制技术、可实现多参量的调节与控制，具有灵敏度高、调节精度高、抗内扰能力强及融调节与保护于一体的特点，从而大大提高了机组运行的安全性与可靠性。正是由于电液调节系统的上述特点，目前我国在300MW及以上的汽轮机组中大都采用了电液调节系统。 2 总体设计 2.1凝汽式汽轮机选型计算 (1) 确定进汽焓 查 h-s图 =3215J/kg (2) 确定进汽比容 查 h-s图 V =0.073 m³/kg (1) 确定排汽焓 查 h-s图 h =2190k J/kg (.4 )确定排汽比容 查h-s图 V =9m³/kg (5 )确定可用绝热焓降 △h= - h ………………………………2.1 =3215-2190=1025kJ/kg (6) 估算质量流量(假定总效率n =0.75) Ma=p/(△h. n ) ……………………………2.2 =10000/(1025×0.75)=13 k J/kg (7) 计算进汽容积流量 V ′=m ′. V ………………………………2.3 =13.0.073=0.95 m³/s (8) 计算排汽容积流量 V ′= m ′. V ……………………………2.4 =13.9.1.1=129 m³/s (9 )选择进汽段 选择确定进汽段号25和32都可选用 (10 )选择排气段 查排汽段图` 选择图上0.95m³/s的线和8500r/min的线相交在45矩形内，这表明排汽段号为45 (11 )验证进汽段和排气段和兼容性 查兼容性图 25号进汽段不能和45号排气段相合，32号进汽段能够和45号排气段相结合 (12 )验证所选排气段允许通过的质量流量 查许可性图查得选用的汽轮机型号为NG32/45 2.2调节系统的选用 此单机容量较大,蒸汽参数较高,中间再热循环的广泛采用以及机组运行方式的多样性,对机组运行的安全性,经济性,自动化程度以及多功能调节提出了更高的要求.只靠原有的液压调节技术已不能完全适应用电液调节系统。该系统主要由电气部件，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。液压部件用执行器时充分显示出响应速度快，输出功率大的优越性，是其他执行器无法替代的。电液调节系统的优点是：1设备硬件通用，软件透明，便于掌握，维护和改进；数字电液调节系统通过分散控制系统的高速通信网络伺机组其他控制系统交换信息，便于协调，减少设备的重复设置，提高了系统的可靠性，简化了运行人员的操作步骤。 （1）转速感应机构：它能感应转速的变化并将其转变成其他物理量的变化，送至传动放大机构。 （2）传动放大机构：由于转速感应机构产生的信号往往功率太小，不足以直接带动配汽机构，因此，传动放大机构的作用是接受转速感应机构的信号，并加以放大，然后传递给配汽机构，使其动作。 （3）执行机构：它的作用是接受传动放大机构的信号来改变汽轮机的进汽量。 （4）反馈机构：传动放大机构在速信号放大传递给配汽机构的同时，还发出一个信号使滑阀复位，油动机活塞停止运动。这样才能使调节过程稳定。 2.3具体的设计（见调节系统图） 液压部分用速关阀组件（1840）控制速关阀的启闭，进而控制蒸汽阀开度的大小，蒸汽流量的大小等；调节汽阀控制蒸汽的流速，进而控制电量的大小；此外还用危急遮断器、危急保安装置来处理异常情况的停机等。 下面部分为电子类的装置，控制盘，转速控制系统，安全保护系统等。用电液转换器实现电子信息和液压信号的转变。 各个部分还有各种测量装置，用于测量温度、，速度、压力强度的信息，这种信息再转移到电子装置，实现适时控制。 此处省略 NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明和CAD图纸等.请联系 扣扣 二五一一三三四零八 另提供全套机械设计地址。  图6.3 505 运行方式概貌 图6.4 505程序模块 图6.5 505程序模块(续) 7 其他相关部件 调速器均可以通过杠杆对同一传动放大机构（断流式错油门和油动机）起作用，从而控制调节阀开度，调节机组进汽量或排汽量。它对转速测量值与给定值进行比较随之产生相应的二次油输出到油动机，调节汽轮机的进汽量，从而控制机组在规定的转速（或功率）范围内稳定运行。 传动机构通常用于电动启动调节器或给定值调节器中，它将伺服电机的旋转运动转换为直行程输出，从而使启动机构产生相应控制操作或改变给定值弹簧的作用力。传动机构也可通过手轮进行手动操作。 油动机是调节汽阀的执行机构，它将由放大器或电液转换器输入的二次油信号转换为有足够作功能力的行程输出以操纵调节阀，控制汽轮机进汽。 电液转换器是将阀位偏差信号经过转换放大而成为液压信号，以此控制油动机的位移。它是电液调节系统中的一个关键部件，要求具有较好的精度，线性度和良好的动态性能。 调节汽阀的作用是按照控制单元的指令改变进入汽轮机的蒸汽流量，以使机组受控参数符合要求。 放大器是将调速器比例杠杆的位移转换为操纵调节汽阀开度的二次油。 危急保安器是汽轮机的机械式超速保护设备，当机组转速超出设定的脱扣转速时动作，通过遮断 油门关闭速关阀和调节汽阀。 在电液调节转换器调节系统中，机组正常运行时，调节系统移动的很少，用油量大量增加。在高压抗燃油系统中，因为工作压力很高，并且是偶尔的间断用油，所以不须要高压油泵一直工作。故在系统中有蓄能器。 采用旋转阻尼，液压调速器作为感应机构，作为液压调速系统，要求油泵理想的压力—流量曲线为一水平线，当油系统的阻力改变使流量改变时，油泵出口压力不变，而只为转速的函数，这就是旋转阻尼器所具有的性能 8静态校核 8.1静态特性 不管是哪一种调节系统，它们都有一个共同的特性，即：当汽轮机负荷增加转速降低时，由于调节机构作用的结果，增加了进入汽轮机的进汽量，使汽轮机重新又恢复等速运转，但此时稳定运转的转速比负荷变化前的转速要低。反之，若汽轮机的负荷降低，则稳定后的转速将比负荷变化前的转速要高，也就是说，汽轮机在各种负荷下稳定运转的转速并不相等。调节系统的这一特性告诉我们：汽轮机的每一负荷都有一转速与其相对应，这种在稳定工况下的转速n和负荷N的关系称为调节系统的静态特性。调节系统的静态特性对汽轮机能否正常工作影响很大，而衡量调节系统静态特性的主要有两个重要特性指标，这就是调节系统的速度变化率和迟缓率。 8..2感应机构的迟缓率 升速上升和降速所测得的感应机构的特性曲线不相重合，这是因迟缓率所至，迟缓率反映感应机构动作的灵敏性，其大小可按下式确定 =△n/n <0.2%………………………………8.1 式中△n—由于迟缓现象使机组在同一负荷下所对应的转速的差值（△n=n -n ）， n —汽轮机的额定转速，本设计中n =8500r/min △n1<17 r/min 调节系统中除了各部件本身的磨檫造成了系统的迟缓率外，还有很多因素增加了调节系统的迟缓率，如：错油门滑阀的重叠度；机械传动的铰接头；压力变换器、错油门等的滑阀偏心和油质恶化所引起的卡涩等。迟缓率的存在对汽轮机的正常运行是不利的，因为它会延长从汽轮机负荷发生变化到调速汽阀开始动作的时间间隔，造成汽轮机不能适应外界负荷改变时的不良现象。迟缓率过大，会使汽轮机在突然甩负荷时，转速上升过高以至引起危急保安器动作，这是汽轮机正常运行所不允许的。此外，对孤立运行的机组来讲，过大的迟缓将使机组的转速自发变化，即产生转速的摆动。 8..3速度变化率 汽轮机稳定运转的转速是随负荷而变化的。负荷越大，转速越低；反之，负荷越小，则转速越高。这种转速随负荷变化而变化的情况，可以用速度变化率 来表示，即 = ( －n )/n ………………………………8.2 式中 —汽轮机在空负荷时的稳定转速，r/min； n —汽轮机在满负荷时的稳定转速，r/min； n —汽轮机的额定转速，r/min。 速度变化率不宜过大或过小。速度变化率过大。则静态特性曲线越陡，会使汽轮机在甩负荷时转速则会上升过多，发生超速以至影响汽轮机的安全运行 ；相反，速度变化率若过小，又会使静态特性曲线过于平缓，易引起负荷摆动等调节系统不稳定现象。一般 为4%到6%，选5%，n =8500 r/min。 - n =5%×8500=425 r/min 8. 4调节汽阀的重叠度 当通过试验发现调节系统某些性能不符合要求，或者运行中发现某些缺陷时，常常对汽轮机调节系统各方面进行必要的调整。 重叠度的选用不能过大或者过小。过大的重叠度不仅使第二汽阀过早提前开启，使得在汽阀的重叠部分，较小的油动机活塞行程就通过了较大的蒸汽流量，从而在汽阀的开启区域内出现转速或负荷的摆动，而且由于重叠度的增大，还形成了相邻的两个汽阀同时以较大的节流方式供汽，降低了运行的经济性。相反，重叠度过小就会使第一汽阀开至最大而第而汽阀仍未开启。 1．调节汽阀顺序开始时，应有适当的重叠度；   采用喷嘴调节的汽轮机，一般都有几个调节汽门。当前一个调节汽门尚未完全开启时，就让后一个调节汽门开启，即称调节汽门具有一定的重叠度。调节汽门的重叠度通常为90％左右，也就是说，前一个调节汽门开启到阀后压力为阀前压力的90 ％左右时，后一个调节汽门随即开启。 △=（p - p ′）/ p ………………………………8.3 p —汽阀前的压力 p ′—后一汽阀打开时，前一汽阀后压力。 P=1.18Mpa pa=1.06Mpa 其中节流压降为0.12 Mpa,在10%范围内，这个数字正确。 结 论 本设计在参考了很多资料的基础上选用了合适的数字电液控制系统，汽轮机调节系统是根据电网的频率偏差自动调节功率输出的，而数字电液控制系统(Digital Electro-Hydraulic Control System，简称DEH)是以计算机替代模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路，发挥计算机控制运算、逻辑判断与处理能力强及软件组态灵活、方便的优势，将汽轮机运行的状态监测、顺序控制、调节和保护融为一体。特别是液压系统采用高压抗燃油(三芳基磷酸脂)后，简化了液压控制回路，提高了油动机的推动力。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。 由于数字电液调节系统的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。数字电液控制系统是由电子控制器、操作系统、执行机构、保护系统和供油系统组。 当然还选用合适的调节系统还要考虑到经济条件，不过由于调节系统的上述优点，各电站开始已经对原有的液压调节系统进行了大规模的改造，这将是以后发展的大趋势。 参考文献 [1[代云修,张灿勇…….汽轮机设备及系统[M] 北京：中国电力出版社，2005.6 [2]肖增弘…………… 汽轮机数字式电液调节系统. 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PAGE 16 _1210339625.unknown _1210710466.unknown _1210718017.unknown _1210719739.unknown _1241961960.doc _1241961969.doc _1210719682.unknown _1210719700.unknown _1210710807.unknown _1210716980.unknown _1210717911.unknown _1210717985.unknown _1210710842.unknown _1210710620.unknown _1210339758.unknown _1210339910.unknown _1210339669.unknown _1210339551.unknown _1210339593.unknown _1210339387.unknown _1210339457.unknown _1210339313.unknown