汽轮机控制系统设计说明

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1、汽轮机控制系统包括汽轮机的调节系统、监测保护系统、自动起停和功率给定控制系统。控制系统的容和复杂程度依机组的用途和容量大小而不同。各种控制功能都是通过信号的测量、综合和放大，最后由执行机构操纵主汽阀和调节阀来完成的。现代汽轮机的测量、综合和放大元件有机械式、液压式、电气式和电子式等多种，执行机构则都采用液压式。调节系统用来保证机组具有高品质的输出，以满足使用的要求。常用的有转速调节、压力调节和流量调节 3种。转速调节：任何用途的汽轮机对工作转速都有一定的要求，所以都装有调速器。早期使用的是机械式飞锤式离心调速器，它借助于重锤绕轴旋转产生的离心力使弹簧变形而把转速信号转换成位移。这种调速器工作转

2、速围窄，而且需要通过减速装置传动，但工作可靠。20世纪50年代初出现了由主轴直接传动的机械式高速离心调速器，由重锤产生的离心力使钢带受力变形而形成位移输出。图1液压式调速器为两种常用的液压式调速器的工作原理图液压式调速器，汽轮机转子直接带动信号泵(图1a液压式调速器)或旋转阻尼（图1b液压式调速器），泵或旋转阻尼出口的油压正比于转速的平方，油压作用于转换器的活塞或波纹管而形成位移输出。压力调节：用于供热式汽轮机。常用的是波纹管调压器（图2波纹管调压器）。调节压力时作为信号的压力作用于波纹管，使之与弹簧一起受压变形而形成位移输出。流量调节：用于驱动高炉鼓风机等流体机械的变速汽轮机。流量信号通常用

3、孔板两侧的压力差(1-2)来测得。图3压差调节器是流量调节常用压差调节器波纹管与弹簧一起受压变形而将压力差信号转换成位移输出。 汽轮机除极小功率者外都采用间接调节，即调节器的输出经由油动机（即滑阀与油缸）放大后去推动调节阀。通常采用的是机械式（采用机械和液压元件）调节系统。而电液式（液压元件与电气、电子器件混用）调节系统则用于要求较高的多变量复合系统和自动化水平高、调节品质严的现代大型汽轮机。70年代以前，不论机械式或电液式调节系统，所用信息全是模拟量；后来不少机组开始使用数字量信息，采用数字式电液调节系统。 汽轮机调节系统是一种反馈控制系统，是按自动控制理论进行系统动态分析和设计的。发电用汽

4、轮机的调节工业和居民用电都要求频率恒定，因此发电用汽轮机的调节任务是使汽轮机在任何运行工况下保持转速基本不变。在图4机械式调速系统的机械式调速系统中，当发电机负荷减小时机组转速便上升。这时，调速器的位移输出通过连杆使滑阀相应上移，于是压力油进入油缸上部，推动活塞关小调节阀，汽轮机功率便随着进汽量的减少而减小。最后，机组稳定在一个略高于原来的转速水平。汽轮机功率的减小量与负荷的减小量相等。图5甩全负荷后的转速变化动态过程为负荷减小至空负荷（甩全负荷）的转速变化动态过程。图6调速静特性为转速与汽轮机功率N对应的静态关系曲线，称为调速静特性。不同曲线对应于不同给定值，即对应于同步器（通过它改变机组转

5、速，使之同步并网）的不同位置。图5甩全负荷后的转速变化动态过程和图6调速静特性中0和1分别表示额定转速和空负荷时的转速。 是使汽轮机功率作业响应的最小转速变化量，比值0610-01称为系统迟缓率。3fx值取决于系统中各元件的迟缓率， 即各元件的设计和制造精度。一般机械系统的3fx值在0.3左右，电液系统可以小到0.03左右。同一曲线上从空载到额定功率N0的转速变化(1-2)与额定转速0之比0610-02称为转速不等率。电网多台机组并联运行通过调速系统调频时，机组之间即按各台机的610-03比例分担负荷的变化量。值的选定要兼顾动态和静态性能的要求。机械系统中一般取35，电液系统中可以更小些。供热