NK型凝汽式汽轮机调节系统的设计

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。 关键词关键词关键词关键词 汽轮机；凝汽式汽轮机；调节系统；电液调节系统 毕 业 设 计 说 明 书 2 ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT 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 毕 业 设 计 说 明 书 3 目目目目 录录录录 1 概述....................................................................................................................................... 1 1.1 调节系统简介.................................................................................................................1 1.3 液压调节系统.................................................................................................................2 1.3 电液调节系统.................................................................................................................2 2 总体设计................................................................................................................................ 3 2.1 凝汽式汽轮机选型计算...................................................................................................3 2.2 调节系统的选用............................................................................................................. 4 2.3 具体的设计.................................................................................................................... 5 2.4 汽轮机数字电液控制系统 DEH....................................................................................... 5 3 速关组件的设计..................................................................................................................... 10 4 启动调节器的设计..................................................................................................................11 5 速关阀的设计.........................................................................................................................17 6 505 调节器.............................................................................................................................19 7 其他相关部件........................................................................................................................32 8 静态校核................................................................................................................................32 8.1 静态特性......................................................................................................................33 8..2 感应机构的迟缓率....................................................................................................... 33 8..3 速度变化率..................................................................................................................33 8. 4 调节汽阀的重叠度....................................................................................................... 34 1．调节汽阀顺序开始时，应有适当的重叠度；................................................................. 34 参考文献.................................................................................................................................. 36 致 谢....................................................................................................................................... 37 汽轮机调节系统........................................................................................................................40 毕 业 设 计 说 明 书 4 1111 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： 频率误差≤±0.4% 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。 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。 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。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。 毕 业 设 计 说 明 书 5 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 毕 业 设 计 说 明 书 6 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。 2222 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 adm h =3215J/kg (2) 确定进汽比容 查 h-s 图 V adm =0.073 m³/kg (1) 确定排汽焓 查 h-s 图 h exh =2190k J/kg (.4 )确定排汽比容 查 h-s 图 V exh =9m³/kg (5 )确定可用绝热焓降 △h= adm h - h exh ………………………………2.1 =3215-2190=1025kJ/kg (6) 估算质量流量(假定总效率 n a =0.75) Ma=p/(△h. n a ) ……………………………2.2 =10000/(1025×0.75)=13 k J/kg (7) 计算进汽容积流量 毕 业 设 计 说 明 书 7 V adm ′=m a ′. V adm ………………………………2.3 =13.0.073=0.95 m³/s (8) 计算排汽容积流量 V exh ′= m a ′. V adm ……………………………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 毕 业 设 计 说 明 书 8 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。 2.4 汽轮机数字电液控制系统 DEH 主要任务就是调节汽轮机的蒸汽转矩，使之维持等转速运行，与外界负荷相适应。 在讨论汽轮发电机组的控制控制系统时，通常将汽轮发电机轴系看作一个整体旋转刚 体，建立一个系统较为完善的数学模型，然后对该系统进行较准确的分析和设计。汽 轮机控制系统设计的依据就是转子的能量平衡方程式，转子的转动方程为： J×dω/dt = MT -MG -M f ……………………………2.5 式中：J—汽轮发电机组转子的转动惯量(Kg.m.s 2 ) ω—转子的旋转角速度(s -1 ) MT—汽轮机蒸汽转矩(N.m) MG—发电机电磁转矩(N.m) Mf—各种阻力矩(N.m) 转动惯量对于特定的机组安装完成后，即为一常数，DEH 要控制的转速 n 与角速度ω 成正比。 ω=2πf=2 πn/60 ……………………………2.6 其中：f—频率(s -1 ) n—转速(r/min) 毕 业 设 计 说 明 书 9 由汽轮机工作原理知，蒸汽转矩 M T 为： MT =4.73×D×H0×η0e/n (N.m) ……………………2.7 式中：D—进入汽轮机的蒸汽流量(Kg/h) H0 —绝热焓降(KJ/Kg) η0e—汽轮机相对效率 n—转速(r/min) 发电机电磁转矩 M G，它主要取决于负载的特性，可表示为： M G =K1 +K×n+K3×n 2 …………………………2.8 式中，K1，K2，K3 为随机变量，且均为正值。 各种阻力矩 Mf，它与转速、真空、轴系油温等很多因素有关，可视随转速增大的随机 变量。 图 1 表示汽轮机和发电机的转矩特性，其中曲线 M T1 及曲线 M T2 表明了蒸汽轮机转 矩和转速的关系曲线，称为汽轮机的内特性。曲线 MT1 及曲线 MT2 对应于两个不同的进 汽量。其中曲线 MG1 及曲线 MG2 表明了发电机阻力转矩和转速的关系曲线，称为发电机的 特性。曲线 MG1 及曲线 MG2 对应于两个不同的电负载。曲线 MT1 和曲线 MG1 的交点 a 即 为汽轮机带发电机运转，在转速 na 时一个稳定状态。 图 2.1 首先从图 1 和式(2-1)可知，汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，比如当发电机的阻 力矩 MG1 变为 MG2 时，若汽轮机进汽量保持不变，那么新的平衡工况点即为 b，即汽轮发 电机组以 nb 转速稳定运行，也就是说汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，此时工作转速 毕 业 设 计 说 明 书 10 nb 和 na 相差较大。但汽轮机、发电机和电网负载是不允许网频（汽轮机转速）有大幅度的 变化的，这就要求当发电机的阻力矩 MG1 变为 M G2 时，汽轮机进汽量能跟随变化，那么新 的平衡工况点就可变为 c，汽轮发电机组以 nc 转速稳定运行，此时工作转速 nc 和 na 相差 不大，这是电气设备允许的，而这只有靠汽轮机调节系统才能实现。 汽轮机调节系统控制汽轮机的 D，即能改变 MT ，使 MT 始终跟随 M G 变化，以维持 转速 n 即供电频率在规定的范围内，满足国家对供电品质的要求。 实际汽轮机控制系统都是通过执行机构(油动机)来控制安装在进汽口上的调节汽阀来 改变 MT，以调节汽轮机的转速和功率的。汽轮机控制流程框图见图 2，图 2 表示汽轮机控 制的整个过程及整个控制过程中的各个物理对象的数学描述，是做系统稳定性分析的基础。 汽轮机控制原理图见图 3，图 3 则是根据上述原理进行 DEH 系统设计的依据。 从图 3 可以看出机组在启动和正常运行过程中，DEH 接收到操作人员通过人机接口所 发出的增、减指令、CCS 指令、汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈信号 等进行分析处理，综合运算，输出控制信号到伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运 行。 机组在升速过程中（即机组没有并网），DEH 控制系统通过转速调节回路来控制机组 的转速，功率控制回路不起作用。这点可从原理图中看出，当没有并网信号时，控制信号就 为 1，则输出等于输入 1(即转速回路调节器输出)。在此回路下，DEH 控制系统接收现场汽 轮机的转速信号，经 DEH 三取二逻辑处理后，作为 DEH 的反馈信号。此信号与 DEH 的 转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算，PID 调节，然后输出油动机的 开度给定信号到伺服卡。此给定信号在伺服卡内与现场 LVDT 油动机位置反馈信号进行比 较后，输出控制信号到伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转 速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率。 机组并网后，DEH 控制系统便切到功率控制回路，转速调节回路便不起作用。这点可 从原理图中看出:当有并网信号时，控制信号就为 0，则输出等于输入 2(即功率控制回路的 输出)。在此回路下有三种调节方式（此三种模式下，一次调频回路，始终存在）： (1) 负荷反馈不投入，调节级压力反馈也不投入。 在这种情况下，阀门开度直接由操作员设定进行控制。设定所要求的开度后，DEH 输 出阀门开度给定信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而 控制阀门的开度，以满足要求的功率。 (2) 负荷反馈投入。 毕 业 设 计 说 明 书 11 这种情况下，负荷回路调节器起作用。DEH 接收现场功率信号经 DEH 三取二逻辑处 理后与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算，PID 调节输出 阀门开度信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀 门的开度，满足要求的功率。 (3) 调节级压力反馈投入。 在这种情况下， 调节级压力回路调节器起作用。DEH 接收汽轮机调节级压力信号与给定信号进行比较后， 送到调节级压力回路调节器进行差值放大，综合运算，PID 调节输出阀门开度信号到伺服卡， 与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功 率。 上述三种模式下，一次调频回路，始终存在与每一个回路中，只是有死区而已，在网频 （汽机转速）波动较小时，它不产生作用。运行时，操作人员可设置目标值和升负荷率。 DEH 控制系统逻辑设定负荷反馈投入方式和调节级压力投入方式不能同时投入， 投入一 种反馈时另一种反馈自动切除。 机组启动时可选用高中压联合启动方式和中压缸启动方式里的任何一种方式。当选择高 中压联合启动方式时，阀切换系数等于 1，阀门开度信号同时输出到高压调节阀和中压调节 阀。当选择中压缸启动方式时，阀切换系数等于 0，则阀门开度信号送高压调节阀的指令乘 系数 0，值为 0，则高调阀开度为 0。因此，阀位开度信号便送到中压调阀控制回路，从而 控制中调阀的开度，满足中压缸启动方式。在阀切换过程中，阀切换系数由 0 逐渐变到 1， 机组便转换为高中压联合进汽形式。对汽轮发电机组来讲，由于调节阀的开度同蒸汽流量存 在非线性，因此要进行阀门的线性修正，DEH 控制系统设计了阀门修正函数 F(x)来进行。 阀门方式— 说明机组正在运行的阀门方式。主汽阀控制（THROTTLE VALVE）或高 压调节阀控制（GOVERNER VALVE）或再热调节阀控制（INTERCEPT VALVE）。还显示 主汽阀—调节汽阀转换（TV—GV XFER IN PROGRESS）。阀门试验状态（VALVE TEST IN PROCESS）。再热调节汽阀切换到主汽阀和中压调节阀联合控制。另外，提供单阀 /顺序阀 切换功能。 本系统中 300MW 汽轮机是由 TV、GV控制冲转的。汽机挂闸且阀门不在校验状态时，运 行人员可发出命令，此时 GV 全开，TV 保持关闭。挂闸实际上就是开机命令指令，一旦发出， 就意味着冲转开始；在汽机运行期间挂闸命令始终保持，只有当汽机重新跳闸才能清除掉。     运行人员通过 DEH 画面设定目标转速和升速率；一旦目标值发生改变，程序自动进入 毕 业 设 计 说 明 书 12 HOLD状态，当运行人员选择 GO 命令后，转速给定按照事先设定的升速率向目标值爬升，转 速 PID在偏差的作用下输出增加，开启 TV，汽机实际转速随之上升。当转速给定与目标值 相等时，程序自动进入 HOLD状态，等待运行人员发出新的目标值。升速过程中，运行人员 可随时发出 HOLD 命令（临界区除外），这时，转速给定等于当前实际转速，汽机将停止升速， 保持当前转速。 _#[$[0k,为保证汽机安全通过临界区，当实际转速在 1150～2000RPM时， 转速进入临界区，此时，升速率自动设置为 400RPM/min。转速临界区的范围可通过师 站在线修改。|电厂锅     转速设定到2950RPM ,当转速达到2950RPM时，进入TV/GV切换阶段。运行人员发出TV/GV 切换命令后，GV 开始以 1％/s的速率缓缓关闭；当 GV 已影响到汽机转速时，TV 以 2％/s 开启。当 TV开度达到 100％时，汽机转速由 GV控制，TV/GV切换结束。TV/GV切换过程中， 汽机转速将保持在 2950RPM附近。切换结束后，转速设定到 3000RPM，用 GV控制汽机升速 到 3000RPM。     3000RPM定速后，可以进行自动同期。DEH 对自同期装置发出的增/减脉冲指令进行累加， 产生转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值限制在同期转速允许范围内（2985～ 3015RPM）。 3333速关组件的设计 速关组件用于汽轮机遥控启动，就地停机，遥控停机，速关阀联机试验及危急遮断油门 自动挂钩。速关组件适用于采用电液调节系统的汽轮机。速关组件是将调节系统中一些操作 件集装在一起的液压件组合，它不仅使操作便捷，并且也使得油管路及电气线路的布置趋于 合理、简化。 速关组件的功能及工作原理： 试验阀（1）位 2309 是手动换向阀，用于速关阀联机试验。图示换向阀可对两只速关 阀进行试验。作试验时，将手柄向操作侧拉动，压力油 p 便与实验油 H1 接通，即可对汽轮 机右侧的速关阀进行试验；推动手柄则使压力油 p 与实验油 H2 接通对左则速关阀进行试验。 放开手柄，换向阀自动恢复到中间位置，退出试验。由于在 H1、H2 油路上有节流孔，所以 手动换向阀投入或退出试验的操作不会影响机组的正常运行。如汽轮机仅配用一只速关阀， 一般是 H2 封堵不用。如果 2309 采用电磁阀，则速关组件具有速关阀遥控试验功能，改变 电磁阀状态（得电或失电）即可进行速关阀试验，电磁阀复位便退出试验。启动油电磁阀（3） 位号 1843， 速关油电磁阀（4） 位号 1842， 它们用于遥控开启速关阀。图示 1842﹑1843 毕 业 设 计 说 明 书 13 为不带电状态，启动时，使 1842 和 1843 同时得电，则 1842 的 P 与 B，A 与 T 通路， 于 是 DG16 插装阀关闭切断 E1 与 E2 通路，速关油 E2 油压为 0；同时，1843 的 P 与 B 成通 路，启动油 F 和开关油建立压力（若 M 接至危急遮断油门， 速关组件具有油门自动挂钩功 能，若 M 不用危急遮断油门须就地手动挂钩复位），当启动油压力达到≥0.6Mpa 时，再使 1843 断电复位，F 与 T 电接通， 由于 1843 回油口装有节流孔板和可调针阀（在操作侧 A 面左 侧靠上部位置），所以以速关阀随着启动油的缓慢回油而逐渐开启。1842 与 1843 的节换控 制通常有两种方式：一种是按启动油和速关油的压力人工操纵电磁阀的通、断电；另一种是 由时间继电器来控制，即根据启动指令，在 1842、1843 得电后，经 t1 秒 1842 断电，再经 t2 秒后 1843 断电，由于 t1、t2 随汽轮机速关阀只数及油缸规格的不同是可变值，所以 t1、 t2 需按实际要求在 5～ 20 秒范围内设定。 停机电磁阀（ 5，8）位号分别是 2222 和 2223 它们用于汽轮机遥控停机。图 2 所示 电磁阀为不带电状态，启动和正常运行时，2222 和 2223 的压力油是通路，DG40 插装阀 在压力油作用下关闭。当 2222 和 2223 中任一只得电时，DG40 上腔与回油接通，于是 DG40 开启，速关油迅速排泄，致使速关阀关闭、汽轮机停机。 电磁阀根据用户使用要求，可配用 NO 型（常开型，正常运行不带电）或 NC 型（常 开型，正常运行带电），也可配用防暴电磁阀。 电液转换器（6）不属于速关组件的功能元件，它只是利用本体集装在速关组件中，根 据机组的需要可装接一只或两只。 手动停机阀（ 位号 2250， 用于汽轮机就地停机。2250 前方有一块红色防护板，若要 手动停机，先将防护板向操作侧翻下，之后拿动手柄，其结果与 2222（2223）得电时一样， 使汽轮机停机。 毕 业 设 计 说 明 书 14 3.1 速关组件图 毕 业 设 计 说 明 书 15 4444启动调节器的设计:::: 启动调节器是调速器的一个多功能操作单元，可配合调速器 启动调节器组装在调速器中，其结构如图 1 所示， 图 4.14.14.14.1 启动调节器 连接块（9）通过枢轴（8）与调速器本体比例杠杆（10）连接在一起，而比例杠杆可操纵放 大器的二次油压，因此在操作启动调节器的过程中二次油压会相应变化。启动调节器可看作 一个五位四通阀，通常在系统图上以框图形式表示 毕 业 设 计 说 明 书 16 图图图图 4.24.24.24.2 启动系统前初始状态启动系统前初始状态启动系统前初始状态启动系统前初始状态 操作及工作原理结合其功能并对照图1～图6 分别介绍如下：开启速关阀：图2 是启动 前系统的初始状态，速关阀关闭，遮断油门脱扣，速关油及二次油无压，启动调节器在100 ％运行位置。在此状态松开锁紧手柄（1），顺时针方向旋转手轮（13）时，滑阀（3）、导 杆（5）、连接块在弹簧（4，6）作用下跟随螺杆（2）向上移动，最终导杆的上行被档圈（7） 限定。随着滑阀上移，滑阀凸肩与套筒（12）之间油路通道也随之变化：E1 与F 接通，E2 与T 接通，相应如图3 所示，滑阀由“e”移至“a”，在遮断油门复位后，启动油通至速关阀油 缸活塞前将活塞压向活塞盘。由于在机组起动前调速器油缸输出在其最大位置A 点保持不 动，所以滑阀在“e”时，C 点随B 点上移，放大器二油压升次油窗口为最大开度，二次油压 为0，调节汽阀关闭。接着逆时针方向转动手轮，滑阀、导杆便随着螺杆向下移动，当滑阀 移位至“C”，也就是图4 所示位置时，启动油开始泄油，而速关油E２通至活塞盘后，随着 活塞盘的移动速关阀开启，在此过程中，当E２油压升.高，F油压开始下降时操作应尽可能 缓慢或暂停几秒钟，以免活塞盘与活塞脱开使速关阀无法开启。在位置“c” A点保持不动，B、 C均下移，不过放大器随动活塞套筒还未到达控制位置，所以二次油压仍不能建立，调节汽 阀亦然关闭。 毕 业 设 计 说 明 书 17 图图图图 4.34.34.34.3 启动调节器启动位置启动调节器启动位置启动调节器启动位置启动调节器启动位置 图 4.4 速关阀开启 毕 业 设 计 说 明 书 18 图图图图4.54.54.54.5 速关阀开启，汽轮机启动速关阀开启，汽轮机启动速关阀开启，汽轮机启动速关阀开启，汽轮机启动 气轮机起动：从冲转暖机到升速至调速器下限转速的汽轮机起动过程是通过启动调节器 的操作来完成的。在速关阀开启后，继续逆时针方向转动手轮，滑阀移位至“d” ，B、C点 随之下移，二次油压开始建立，当P2＞0.15Mpa 时调节汽阀开启，随着C 点的下移，二次 油压升高，汽轮机冲转升速，这也就是图5 所状态。继续转动手轮，使调节器由“d”变化至 “e”，当导杆的下移被套筒限止时，便是启动调节器100％运行位置，这时用手柄将螺杆锁紧， 系统状态如图6 所示。在由“d”至“e”的过程中，机组转速达到调速器下限转速后，A 点位置 从max 向min 变化，A、B 点均下移，综合的结果C 点不动，于是机组转速由调速器控制。 机组负荷限制：在“d”至“e”的操作过程中，若启动调节器未达到100％位置，则由于B 未到 位而使C 的位移受到限制，二次油压达不到100％负荷所需的P2max 值，因此机组负荷受到 限制。可控停机：在机组正常运行时，若将启动调节器进行反向操作，使其由“e”逐步变化 至“a”则机组就会减负荷、降速、关闭调节汽阀最后速关阀关闭，完成可控停机。 调节系统静态调试：这里所说的调节系统静态与传统概念的含义是有区别的。尤其在电 力行业中静态特性是指在汽轮机空负荷时调节系统处于平衡状态下的特性，通常是用四象限 图来表示。而我们这里所说的静态调试是在汽轮机静止状态下（用外部操作设备切断汽轮机 汽源）来调整、测定调节系统特性。具体操作是：在位置“d”使P2=0.145Mpa，检查放大器 二油压油切断点是否符合要求。由“d”调整到“e” 。 毕 业 设 计 说 明 书 19 图图图图4.64.64.64.6 启动调节器启动调节器启动调节器启动调节器100100100100％位置，调速器控制机组转速％位置，调速器控制机组转速％位置，调速器控制机组转速％位置，调速器控制机组转速 5555速关阀的设计 速关阀又称为主汽门，它是主蒸汽管路与汽轮机之间的主要关闭机构，在紧急状态时能 立即切断汽轮机进汽，使机组快速停机。 汽轮机停机时速关阀是关闭的，在汽轮机起动和正常运行期间速关阀处于全开状态。速 关阀阀壳与汽缸进汽室是整体构件，因此，速关阀不带单独的阀壳。速关阀水平装配在汽缸 进汽室侧面，根据进入汽轮机新蒸汽容积流量的大小，一台汽轮机可配置一只或两只速关阀。 速关阀主要由阀、油缸和支座三部分构成，其结构如图1所示。 毕 业 设 计 说 明 书 20 图图图图 5.15.15.15.1 阀体部分主要由件1～9和件23组成。 主蒸汽经由蒸汽滤网（3）通至主阀碟（1）前的腔室，在速关阀关闭状态，阀碟在蒸汽 力及油缸弹簧（17）关闭力作下被紧压在阀座（23）上，新蒸汽进入汽轮机通流部分的通路 被切断。在主阀碟中装有卸载阀（2），由于在速关阀全开之前调节汽阀是关闭的，所以在 速关阀的开启过程中，当卸载阀开启后，主阀碟前后蒸压力很快趋于平衡，这样就使得主阀 碟开启的提升力大为减小 速关阀中的蒸汽滤网大多采用不锈钢波形钢带卷绕结构的滤网，也有一些汽轮机的滤 网由带孔不锈钢板卷焊而成。 为阻止、减少蒸汽向外泄漏，在阀的动、静部分都采用了相应的密封措施。剖分为4瓣 的弓形环（7）嵌装在进汽室中，螺栓（6）通过压环（8）和弓形环使密封环（22）既被阀 盖（5）压紧又与进汽室内壁面紧密贴合，在蒸汽压力作用下，该结构具有自密封作用，这 样，静体部分的蒸汽泄漏被阻止；动体部分在阀门关闭和开启过程中，有部分蒸汽从阀杆（9） 毕 业 设 计 说 明 书 21 和套筒（4）的间隙泄漏，漏汽由接口K引出。在阀门开启后，由于阀碟与套筒的密封面接 触而封闭了蒸汽外泄通道，所以在汽轮机起动和运行工况下阀杆漏汽被阻断。 为便于弓形环（7）的装拆，壳体上加工有工艺孔，并用螺塞封堵。阀体部分通过支座 （13）和油缸部分连接在一起，在支座的靠阀体侧装有隔热板（10）以减少对油缸的热辐射。 阀杆（9）与油塞杆（12）由联轴节（21）连接在一起，在联轴节上装有油杯（11），万一 油缸的活塞杆密封件受损，则油缸外泄的压力油由油杯承接并从漏油接口T2排出。 速关阀的油缸部分主要由油缸（20）、活塞（16）、弹簧（17）、活塞盘（19）及密封 件等构成，油缸用螺栓固定在支座（13）上。基于油缸装、拆操作的安全性，在油缸端面装 有3只专用长螺栓，在螺栓旋入处配有钢丝螺纹套。注意：油缸的装拆须借助长螺栓和螺母， 以免发生人身伤害事故。 速关阀的开启和关闭由油压控制。速关阀的开启通常由启动调节器（参见1-1840- ）来 操作：先是启动油F通至活塞（16）右侧，使活塞克服弹簧（17）力被压向活塞盘（19）， 随之速关油E通入活塞盘左侧，使活塞盘与活塞的密封面保持封合，之后启动油开始有控制 的排泄，活塞盘与活塞如同一个整体在两侧油压差作用下向右移动直至被试验活塞（15）限 位，在活塞盘移动时，活塞杆、联轴节和阀杆随之动作，速关阀开启。 如果保安系统中任何一个环节动作，致使速关油失压，则在弹簧力作用下活塞盘与活 塞脱开，活塞盘左侧的速关油从T1油口排出，活塞盘、活塞杆、阀杆和阀碟即刻被压至关闭 位置，速关阀关闭。 在油缸部分还装有试验活塞（15），如图 2所示，由试验活塞，试验阀及压力表等构成 速关阀试验机构，其作用是在机组运行期间检验速关阀动作的可靠性。 毕 业 设 计 说 明 书 22 图图图图5.25.25.25.2 6666 505505505505调节器调节器调节器调节器 “505”是以微处理器为基础的汽轮机用数字式调节器。 在驱动发电机，压缩机或泵的汽轮机调节系统中，505 调节器用于控制机组转速、功率， 汽轮机新汽压力或排汽压力，泵或压缩机的进（出）口压力以及其它与汽轮机相关的过程参 数。 505 调节器可独立应用也能通过 3 个串行接口与装置分布控制系统（DCS）及 PC 机相 联，通信接口根据需要按 ASCⅡ或 RTU 组态 RS-232，RS-422 或 RS-485 通信。 505 调节器的控制组件与操作盘集装在一起，为适应用户的不同要求，505 有盘装和架 装两种形式，505 调节器可安装在控制室内也可装设在机旁。 505 调节器的所有输入、输出通过机壳背面的笼形线夹端子板接通，架装 505 的接线须 穿过机箱底面的密封盖板接到端子板。。为适应不同配置的需要，机内设置有多个跨接器， 跨接器。 505 调节器的操作盘包括显示器和键盘。显示器有两行，每行 24 个字符。键盘有 30 个 触摸键。在操作时每个程序步都会依次在显示器中显现，机组运行时，显示器屏面上可同时 看到设定参数的实际值和给定值。 505 采用选项屏（菜单）驱动程序软件，使用户能便捷地按机组特性自主在现场进行组 态。505 调节器的操作主要有两种模式：程序（组态）方式和运行方式，程序方式是指在汽 轮机停机状态下，对预设程序模块进行选择和赋值，通常一旦调节器完成组态就不再使用程 序方式。运行方式是指调节器组态后从机组起动到停机整个过程的操作。此外，还有一种模 式是服务方式，它可在 505 接通电源后的任何时间内联机对程序或设置参数进行调谐，不过 进入服务方式须谨慎从事。程序方式和服务方式都只能通过 505 面板上的操作盘进行操作， 而运行方式除本机操作盘外，还可通过外部给定或通信接口执行。为防止有意或不当心更改 程序，在进入程序方式和服务方式时都必须输入规定的口令,必要时用户可自行更改原有口 令。 505 调节器预设的程序模块有 13 个（见表 6.2），它们分别是：汽轮机起动，转速调节， 转速给定值，运行特性，驱动组态，模拟输入，触点输入，功能键，辅助调节，串级调节， 毕 业 设 计 说 明 书 23 读出，继电器及通信，其中前 7 列对任何机组都必须组态，后 6 列可选择所需项目组态。 输入 两个转速传感器输入。利用跨接线可配用无源或有源转速传感器。 6 个 4～20mA 模拟输入。可从 10 个预定可选项中选择。 16 个触点输入。其中 4 个是专用的，即停机、复位，升高转速给定值和降降低转速给 定值。对用于发电机组的 505，发电机断路及电网断路器两个触点输入是必用的，其余 10 个可从 24 个可选项中选定。当调节器用于机械驱动机组时，可从 24 个可选项中选用 12 个。 另外，键盘上的 4 个功能键中 F1 和 F2 分别用于报警原因显示和超速试验，可编程的功 能 F3 和 F4 可使指定功能投入或退出。 供入 505 调节器的电源可从下述类别中选择： 表 6.1 电 源 保持时间 内装熔断器 18～32Vdc 14ms 6.25A，最大 77VA 88～132Vac，47-63H2或 90～150Vac 30ms 2.5A，最大 143VA 180～264Vac，47-63H2 58ms 1.5A，最大 180VA 输出 两路执行机构输出，在组态时选定输出电流为 4～20mA 或 20～160mA，如果不使用 2 ＃ 执行机构，则用 2 ＃ 执行机构输出可组态用于 4～20mA 仪表读出。 8 个 C 型继电器触点输出，其中停机和报警是专用的，另外 6 个可组态。 汽轮机的转速通过一个或两