水轮机调节

水轮机调节（共8篇）

水轮机调节 篇1

0引言

PID控制是生产过程中应用最广泛、最成熟的一种控制方法, 它的控制系统原理就是将比例环节、积分环节、微分环节并联起来共同对传来的偏差信号进行处理。

水轮机的调节过程实际上是以机组的频率fg为被调量, 然后与机组的给定频率cf做差比较;与此同时导叶的开度y与给定的导叶开度cy比较, 并通过永态转差系数bp转换至控制规律前与频率的转差叠加形成实际的控制偏差e, 然后通过一定的控制规律将偏差转换为接力器的行程, 从而改变导叶的开度, 进一步调节机组的有功功率的输出。所以控制规律的好坏直接影响到调节系统的动态响应过程的好坏。

PID控制器是一种线性控制器, 它根据给定值c (t) 与被控参量 (反馈量) x (t) 构成控制偏差e (t) =c (t) -x (t) 。将偏差的比例 (Proportional) 、积分 (Integral) 、微分 (Derivative) 通过线性组合构成控制量, 对被控对象进行控制。由于PID控制器结构简单, 稳定性好, 工作可靠, 调整方便, 能满足大多数水轮机调节的需要, 所以PID算法成为了最为普遍使用的控制规律。

1比例环节、积分环节、微分环节简介

比例环节:及时成比例的反映控制系统的偏差信号, 偏差一旦产生, 控制器立即产生控制作用, 以减少偏差。比例增益越小, 调节速度越慢;比例增益越大, 调节过程加快。但过大的比例增益KP会引起超调, 甚至引起系统的振荡。

积分环节:主要用于消除静态误差, 提高系统的调节精度。积分增益KI越大, 积分作用越强, 消除静态的速度加快;反之, KI越小, 积分作用越弱, 静态消除的速度越慢。但过大的KI可能引起过调, 导致系统在平衡点附近反复振荡。

微分环节:调节量与偏差的微分成正比, 能反映偏差信号的变化趋势 (变化速率) , 并在偏差信号信号值变得太大之前引入一个早期修正信号, 从而可加快系统的响应速度, 减小调节时间。KD越大, 抑制超调的能力越强;但过大的KD过能使系统产生自激振荡。

2 PI控制算法

比例环节与积分环节投入, 微分环节暂不使用。令KP=1, KI=1, 对于单位阶跃响应, 利用MATLAB进行时域分析, 得出的时域响应特性曲线如图所示。

PI控制不但给系统引进了一个纯积分环节提高了系统的无差度阶数, 从而有效地改善系统的稳态性能, 但稳定性会有所下降。不过附加的零点 (该控制规律的传递函数为G (s) =s+1/s, 增加零点-1) 有助于改善系统的稳定性能, 因此传递函数的零点正好弥补了积分环节的副作用。综上所述, 比例加积分控制可以在对系统的稳定性影响不大的情况下, 有效的改善系统的稳态性能。

3 PID控制算法

比例环节、积分环节与微分环节均投入使用。针对实际的水轮机开机时进行仿真, 对于一些小型机组, 可直接给定频率, 令cf=1。然后给定三组控制参数进行仿真。第一组KP=1, KI=1, KD=1;第二组KP=2, KI=5, , KD=5;第三组KP=5, KI=10, , KD=2。然后得出三种情况下, 时域的响应情况。

第一组: 第二组:

第三组:

写出PID控制算法的传递函数会发现, 控制系统增加了微分控制器后, 由于引入了一个位于坐标原点的几点, 可使系统的型别增加1, 同时还引入两个负实数零点。将PID控制算法与PI算法进行比较, PID算法比PI算法多一个负实数零点, 所以PID在保持PI算法的稳定性的同时, 改善了系统的动态响应特性。但由以上三组参数可以得出, 并不是增加了微分环节它的动态响应特性就一定会变好, 因为不恰当的微分增益的选取可能会导致调节系统的振荡。如第二组, 它的比例增益、积分增益、微分增益都比第一组大, 应该响应速度加快, 但是系统却最终趋于振荡, 第三组的参数选取较为恰当, 响应时间与超调量都比第一组小, 所以水轮机调节参数的选取是很重要的。在实际工程设计中, PID参数的选取在很多时候也是都过多次试验才取得相对比较合理的值的。

4总结

PID控制方法在水电厂中有很广泛的应用, 它结构简单, 调整方便, 各环节的增益系数通过实验的整定后有较好的静态和动态特性。现在也提出了许多改进的PID控制算法, 如积分分离PID控制算法、遇限削弱积分PID控制算法、带死区的PID控制算法等, 相信通过不断的新理论的提出与试验, PID控制器的功能将得到进一步的完善。

参考文献

[1]程远楚, 水轮机调节, 中国水利水电出版社, 2010

[2]高国燊, 自动控制原理, 第3版。华南理工大学出版社, 2009

[3]张晓华, 控制系统数字仿真与CAD, 第3版。机械工业出版社, 2010

汽轮机DEH应用及调节研究 篇2

【关键词】和利时 DEH 汽轮机

100MW双抽凝气式汽轮机，采用的是和利时 macsv系统，该系统的优势在于软件组态更灵活，硬件集成化更高，操作起来方面快捷，系统功能更完善，然而在实际运行时同样发现了一些不足，比如参数检测误差，负荷摆动等等，这些问题都需要对系统进一步的研究和开发才能解决。DEH的主要功能是由操作员通过LCD、键盘、鼠标等人机接口控制汽轮机冲转、升速、并网、带负荷、抽汽。以数字计算机技术为基础，采用比例积分及微分（PID）调节器，调节精确度高，系统的过调量下降，稳定性增强，过程时间缩短，系统静态和动态性能都得到很大的提高。与传统的液压调节系统、模拟电调系统相比，DEH系统的应用更为广泛和接受。

DEH目前能够适用于蒸汽燃气联合循环、纯凝、单抽、双抽、背压、抽背、补汽类型的机组，涵盖了目前国内常用的所有机组类型。

一、MACS系统组成及特点

系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据站组成的综合自动化系统，完成大型中型、DCS、大型数据采集监控系统的功能。

系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、数据站、系统网络、监控网络、控制网络等组成（见图1）。

工程师站的功能：组态—是为实现系统对生产过程自动控制的目的，使用软件完成工程中某一具体任务的过程。组态工作包括设备组态、数据库组态、控制算法组态、图形组态、报表组态和相关系统参数的设置。下装—是将通过该组态完成的工程文件下传到系统各站的过程。包括下装到数据站、下装到操作员站、下装到现场控制站和在线调试。

二、系统应用

（一）转速控制

本系统可以确保对转速的最大控制，并且使得汽轮机与热状态、进汽条件相适应，由启动到额定转速再到110%超速试验，升速控制可由运行人员手动控制（在DEH画面设定）或者系统根据汽轮机的热状态自动选择，同时要考虑汽轮机旁路系统的影响，适应汽轮机带旁路的升速方式。在升速过程中在加速度限制的控制下避免升速过快。PID回路控制能保证自动地迅速冲过临界转速区。

可以连接自动同期装置，借助自动同期装置，进行发电机自动同步调节，使汽轮机转速与电网频率相适应，从而实现发电机的自动同步并网，也可以由操作人员在同期指示器的帮助下同步并网。

（二）负荷控制

本系统在汽轮机并网之后能够实现初始负荷至目标负荷的自动控制，同时按照电网的需求，判断有无必要进行一次调频。对负荷可以通过开环或者闭环的控制方式进行调节。前者是根据功率定值及频差信号确定阀门的开度指令；后者以汽轮发电机的实发功率（或汽轮机的调节级压力）作为反馈信号进行负荷自动调节。

系统的目标负荷及负荷变动率能由运行人员设定和直接接受CCS（协调控制系统）来的目标指令。当汽轮机运行出现异常或者参数反常，为了保护机组不受破损，同时致力于恢复系统正常运行，通过控制子系统限制机组的运行功率或者负荷，主要措施有——若实际功率与给定值之差大于规定值，自动切除功率反馈回路，切换为开环控制方式，另外还要削减功率定值，防止发电机甩负荷时出现错误的气阀动作，确保系统安全；人工给定负荷的高低限值，且随需要进行调整和变动；若主汽压力值异常抑或下降过快超过规定值，执行主汽压力限制回路，指令减小气阀开度以限制负荷，促使主汽压力尽早恢复；若调节级压力接近或者大于限定值，执行调节级压力限制回路，使得高压调节阀不能持续开大。

（三）超速保护

当汽轮机转速超过额定转速的103%时，需要通过快关调门回路防止转速过快升高，接近110%时，必须下发指令封闭所有调门，然后经由ETS系统将高、中压主气门封闭并关机。当汽轮机运行过程中发生电力系统故障，引发电机跳闸等情况，本系统将第一时间将高、中压调节阀封闭，并实时重启，以保证汽轮机在相同转速下正常运行，快速并网。

执行人员通过超速测试（电超速、机械超速）来确定超速保护系统的功能维持在正常状态；在不影响汽轮机运行的情况下，通过阀门在线测试，保证遇到事故后所有阀门能够给可靠关闭；通过活动实验以保证汽轮机超速时危急遮断飞锤能够立即动作遮断汽轮机；通过在线测试确定遮断电磁阀的可靠性。

参考文献：

[1]孙晓辉.数字液压电调（DEH）技术改造方案及实施[D].华北电力大学（北京）.2010

[2]肖林海.汽轮机DEH系统参数优化及故障查询研究[D].兰州理工大学.2011

[3]郭伟，刘伟.浅谈汽轮机调节系统的组成及技术措施[J].能源技术与管理.2010（05）

[4]潘海峰.DEH系统常见故障分析处理与预防措施[J].自动化博览.2010（06）

水轮机调节 篇3

水轮机调节系统是一个集水力、机械、电气为一体的复杂的控制系统, 它包括引水系统、水轮机、调速器、发电机及励磁系统等几个部分, 其基本的任务是根据电力系统负荷的不断变化来调节水轮发电机组的有功功率输出, 并维持机组频率在规定的范围之内。由于压力引水系统的水流惯性、水轮发电机组各个环节的非线性特性、水轮机传递系数随工况而改变的时变特性以及随时发生的电力系统负荷扰动使得水轮机调节系统的控制较为困难。

从调速器所采用的调节规律来看, 传统的模拟式调速器的调节规律是PI或PID调节, 而且只有空载和负荷两组参数。近年来, 随着计算机调速器硬件水平的提高和控制理论的发展, 水轮机调节规律的研究也取得了很大进展, 许多先进的调节规律相继出现。随着计算机技术的迅猛发展, 计算机控制技术逐步应用于水轮机调节系统, 计算机调速器采用先进的电子调节器式系统结构, 由转速测量单元、电子调节单元和电液执行单元组成。其特点是转速测量、调节规律的形成和驱动导水机构的职能分别由上述3个功能单一的单元实现, 其控制规律由软件形成, 这使复杂控制规律的研究和实现成为可能。而自动控制系统的计算机仿真是一门涉及计算机技术、计算数学与控制理论、系统辨识、控制工程及系统科学的综合性学科。它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计及自动控制的计算机辅助教学提供了快速、经济、科学、有效的手段。本文则对水轮机调节系统用新型系统仿真软件M a t l a b/Simulink进行常规PID控制器的校正仿真和新型非线性PID控制器校正的改进仿真设计。

2 常规PID控制系统的Matlab/Simulink仿真设计方法

水轮机调节系统中被控对象本身就是一个较复杂的系统。它可以分为两个子系统:水轮机组子系统和发电机子系统, 或者说可分为水力、机械和电气三个子系统。实践证明, 当水轮机调节系统中有被调节对象水轮发电机组, 有积分控制器两级液压放大装置, 而没有校正装置时, 不仅动态品质不好, 甚至还有可能是不稳定的, 但是只要加入校正装置测频微分回路, 就能提高稳定性, 改善动态品质。

根据系统的工作原理, 确定有关参数后, 可得水轮机发电机组的传递函数G (s) =5 (1-0.8s) / (1+0.4s) (1+4.8s) , 此二阶被控对象, 其分子中有正零点, 故为非最小相位系统。运行Matlab程序仿真, 可得其阶跃响应波形如图1所示。

从图1显见, 非最小相位系统的动态特性差, 超调和调节时间均较大, 对整个水轮机调节系统动态特性有劣化作用。非最小相位系统的瞬态响应在起始时刻有负调现象, 整个调节过程延长, 而且还出现稳态误差, 所以对系统应作适当的校正。

常规PID控制是比例、积分、微分控制的总体, 其传递函数Gc (s) =kp+ki/s+kds=kp (1+1/Tis+Tds) , 而比例环节的放大倍数Kp, 积分时间常数Ti微分时间常数Td等参数的大小不同, 则比例、微分、积分所起作用强弱不同。因此在PID控制器中, 如何确定kp, ki, kd三个参数的值, 是对系统进行控制的关键。在控制中如何把三参数调节到最佳状态需要深入了解PID控制中三参数对系统动态性能的影响。

被控对象水轮机发电机组的传递函数为上述的G (s) , 加入PID控制器后, 在Matlab中用Simulink搭建的仿真结构模型如图2所示。

在实际仿真时反复调试参数, 可得水轮机系统PID控制器的3个参数分别为:

运行仿真得出的阶跃响应波形如图3所示, 与图1相比, 可以看出控制系统不仅没有超调, 而且调节时间缩短, 负调峰值变小, 过渡过程更为平稳, 还消除了稳态误差。

3 非线性PID控制系统的Simulink仿真设计方法

在水轮机调节系统这一非最小相位系统校正中, 为了在减小负调、缩短调节时间和减小超调之间达到合理的折中, 取得更好的控制效果, 现采用一种新型非线性PID控制器简单结构对水轮机调节系统进行校正。MALAB不但有用于动态系统仿真的Simulink工具箱, 还有一个专用于非线性控制系统优化设计的工具箱NCD。借助于工具箱NCD, 可以自动实现系统参数kp、ki、kd的优化设计, 直到系统阶跃响应指标满足要求为止。

在非线性PID控制器中, 参数Kp、Ki、Kd (与常规PID控制器中比例、积分和微分的三个参数有所区别) 是不确定的, 其选用的值, 即参考值的变化会影响最终的仿真效果, 需要在参数整定中确定最优值。

在实际控制中, 不允许控制信号过大, 所以经常存在一个驱动限幅非线性环节, 并设置饱和限幅为1。然后建立如图4所示的仿真模型框图, 并设置终止仿真时间为20s。在框图中, 系统输出口附加了一个NCD Outport模块。可以用下面的语句设置各个参数的初值

双击NCD Outport模块则得出一个界面, 在其对话框中允许用户用图形的方式选择系统阶跃响应的各个指标, 如超调量、上升时间、调节时间等, 调整方式很简单, 只需拖动水平或垂直滚动栏就可以设置希望的响应区域。

如果想获得最优的PID控制参数, 则需选择其Optimization/Parameters菜单项, 得出对话框, 在其中的T u n a b l e parameters (可调参数列表) 栏目中填写待定的参数kp, ki和kd, 同时将这些变量的最小值都设置为0, 按下Done关闭对话框, 可以单击约束设置界面的Start按钮, 就可以寻优并动态显示结果, 如图5所示。该图形中显示两条曲线, 效果差的白线是初始响应结果, 经过寻优过程, 将得出较满意的绿线响应曲线。

给出如下命令则可以显示出最优的P I D参数:

还可以通过调整约束区域的方法更改设置再进行寻优过程, 则最终将得到如图6所示的结果。得出的PID参数为:

再通过示波器观察得到如图7所示的阶跃响应结果。

从图7中可以看出非线性PID控制器的参数能跟随误差大小和误差变化率的大小自适应调节, 故非线性PID控制器在解决非最小相位系统的超调、调整时间和负调之间的矛盾方面, 起到很好的调节作用。仿真结果表明, 其控制效果优于常规PID控制。

4 结语

本文采用Matlab/Simulink仿真软件对水轮机调节系统进行了常规PID控制器和非线性PID控制器的校正仿真设计, 还对非线性PID控制器进行了优化设计。仿真结果表明, 非线性PID控制器校正的改进设计, 对于克服非最小相位系统的超调、负调和调节时间之间的矛盾, 起到了很好的作用, 其控制效果优于常规PID控制。但由于水轮机对象的复杂性和不确定性, 本文只对二阶水轮机对象进行了仿真试验, 难以描述完全。单一控制策略还存在着一定的局限性, 将多种控制策略合理的结合在一起, 发挥各自的优点, 形成复合控制, 将是水轮机调节系统控制策略的发展方向。

摘要：水轮机调节系统是一个复杂的非最小相位系统。本文首先采用常规PID控制器进行仿真校正, 控制效果一般。为了在减小负调、缩短调节时间和减小超调之间达到合理的折中, 提出一种新型非线性PID控制器简单结构, 并以Matlab/Simulink仿真的方法, 利用非线性PID控制器的非线性特性, 抑制非最小相位系统的右半平面零点所造成的负调问题, 克服非最小相位系统的超调、负调和调节时间之间的矛盾。仿真结果表明, 其控制效果优于常规PID控制。

关键词：Matlab/Simulink,仿真,水轮机调节,非最小相位系统,非线性PID控制

参考文献

[1]沈祖诒.水轮机调节系统分析[M].水利电力出版社.1991.

[2]韩京清.利用非线性特性改进PID控制率[J].信息与控制.1995 (12) .

[3]薛定宇, 陈阳泉.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用[M].清华大学出版社.2002

汽轮机调节油系统的运行 篇4

汽轮机调节油系统 (GFR) 向控制汽轮机进汽阀阀位的伺服执行机构和汽轮机超速保护控制器 (OPC) 及自动停机脱扣装置 (AST) 提供高压动力油。本系统能满足汽轮机在各种运行工况下对高压动力油的需求, 包括油量、油压和油温的需求。汽轮机调节油系统是一个单元系统, 也是一个闭环流动的油系统, 阀门执行机构、超速保护控制器和自动停机脱扣装置的排油回流到储油箱中。

1 汽轮机调节油系统介绍

汽轮机调节油系统设计成能向控制汽轮机进汽阀阀位的伺服执行机构、汽轮机超速控制器和自动停机脱扣装置提供油温、油压稳定和油质合格的高压动力油。本系统的油量可随需求而变, 有两台相同输油能力的供油泵, 每台泵的容量为100%, 系统所使用的动力油为三芳基磷酸脂型抗燃油。本系统设置的油冷却器其油侧压力高于水侧压力, 这可避免发生冷却水泄漏到动力油中, 免除污染油质。

汽轮机调节油系统, 又称EH高压油系统, 是一套集装成一个单元的供油系统。该系统由储油箱、供油泵、蓄压器、油冷却器、油质调理器、过滤器、各种阀门、表计和其他配件及管线构成。EH系统是DEH中的一个重要部分, 它以高压抗燃油为介质, 主要由供油系统、执行机构和危急遮断系统三大部分组成, 完成DEH指令信号到汽轮机阀门的转换。

2 汽轮机调节油系统运行方式及其设计参数

2.1 正常运行

在汽轮发电机起动和正常运行期间, 调节油系统向汽轮机进汽阀的执行机构、调节油试验模块、超速保护控制器 (OPC) 和自动脱扣装置 (AST) 提供压力油, 允许汽机进汽阀门正常动作。

系统设有二台各为100%容量的供油泵, 在正常运行时只需一台泵运行供油。当系统油压下降到设定值时, 处于备用状态的供油泵自动启动投运。

供油泵投运后, 从储油箱吸油, 并通过其出口压力油管线将动力油供给用户。每台供油泵吸油管线中设有一只滤径为140μm的过滤器。供油泵出口压力油管线中设有二只带差压开关且滤芯为3μm的过滤器。正常运行时一台运行一台备用, 当过滤器的差压升高到690k Pa时, 差压开关动作触发报警, 警示运行人员:过滤器已变脏, 必须调换。

系统运行时, 供油压力是通过供油泵的调压装置调整的。油泵出口母管压力设定值约为13.8MPa。

供油泵出口侧母管上所设置的一只泄压阀用于保护系统, 避免超压。当系统压力继续升高到15.8~16.2MPa时, 泄压阀动作, 将多余的油排到储油箱。

回油在进入储油箱之前流经管壳式油冷却器。二台油冷却器可一台运行, 也可二台同时运行。在正常运行工况, 一台运行, 一台备用。回油在油冷却器内被常规岛闭式冷却水系统提供的冷却水冷却, 油温维持在43~54℃。

运行中要关注油质变化, 监视油质调理器的工作情况, 确保油质在规定的许可范围内。

正常运行参数:供油压力14.8MPa (2000psig) ;供油温度43~54℃

2.2 特殊稳态运行

当汽轮机脱扣时, 系统仍保持运行。

2.3 特殊瞬态运行

当供油压力下降到设定值时, 备用供油泵投运。在备用供油泵顶替运行供油泵过程中, 系统油压由高压蓄压器补偿调整。

当汽轮机超速和脱扣时, 超速保护控制器 (OPC) 和自动脱扣装置 (AST) 油压失去, 使所有的汽机进汽阀门关闭。

2.4 启动和正常停运

在机组起动前, 至少应提前二小时启动供油泵, 如果调节油温度低于21℃, 则要投运油箱中的电加热器, 将调节油加热到35℃, 以降低油的粘度, 改善油的流动性能。

正常停运 (短期) 时, 要手动停运处于运行中的供油泵。投运油箱内的电加热器, 以维持油箱内的温度在48℃。

如果为了维修而需要较长时间停运供油系统, 则必须手动停运运行泵和油箱内的电加热器 (如果电加热器处于运行中) 。

长时间停运后, 系统再次投运前, 必须进行油质分析, 确认油质合格。

3 汽轮机调节油系统运行异常原因分析

3.1 调节油油温升高

调节油系统的正常工作油温为43~54℃, 当油温升高至57~60℃时, 温度开关将发出报警。

油温过高排除环境因素之外, 主要是由于系统内泄造成的。此时, 油泵的电流会增大。造成系统内泄过大的原因主要有以下几种:

1) 安全阀泄 漏。安全 阀的溢流 压力应高 于泵出口 压力2.5 ~3.0MPa, 如果两者的差值过小 , 会造成安全阀溢流。此时安全阀的回油管会发热。

2) 溢油阀卡涩或安全油压过低。当油动机上溢油阀动作后发生卡涩会造成泄漏, 当泄漏大时油动机无法开启, 当泄漏小时造成内泄。此时, 该油动机的回油管温度升高。当安全系统发生故障出现泄漏时, 安全油压降低, 会使一个或数个溢油阀关不严造成油动机内泄。

3.2 抗燃油酸值升高

抗燃油酸值升高会导致抗燃油产生沉淀、气泡和空气间隔等问题。影响抗燃油酸值的因素有很多, 其中主要因素为局部过热和含水量过高。

因为调节油系统工作在汽轮机上, 伴随着高温高压蒸汽, 难免有部分元件或管道处于高温环境中, 温度增加使抗燃油氧化过快, 氧化会使抗燃油酸度增加, 颜色变深。所以我们应注意:调节油系统元件特别是管道应远离高温区域;增加通风, 降低环境温度;增加抗燃油的流动, 尽量避免死油腔。

由于冷油器的设计为油侧压力高于水侧压力, 这可避免冷却水泄漏至调节油中, 因此抗燃油中的水分多数是由于油箱结露产生的。水在抗燃油中会发生水解, 水解会产生磷酸, 磷酸又是水解的催化剂。所以, 大量的水分会使抗燃油酸值升高。

3.3 调节油油压波动

调节油油压波动是指在机组正常工作的情况下 (非阀门大幅度调整) , 调节油压上下波动范围大于1.0MPa。

出现调剂油压波动现象主要是由于泵的调节装置动作不灵活造成的。调节装置分为两部分:调节阀和推动机构。调节阀装在泵的上部, 感受泵出口压力变化并转化成推动机构的推力, 其上的调整螺钉用于设定系统压力。

3.4 油管振动

调节油油管路特别是靠近油动机部分发生高频振荡 , 振幅达0.5mm以上 , 称之为调节油油管振动。油管振动会引起接头或管夹松动, 造成泄漏, 严重时会发生管路断裂。

引起油管振动的原因主要有以下几个方面:第一, 机组振动。油动机与阀门本体相连, 当机组振动较大时, 势必造成油动机振动大, 与之相连的油管振动也必然大;第二, 管夹固定不好。如果管夹固定不好, 会使油管发生振动;第三, 伺服阀故障, 产生振荡信号, 引起油管振动。

4 调节油系统运行原则

4.1 启动操作

汽机调节油系统有二路供油回路, 每一路有一台供油泵。机组正常运行时投一路供油回路, 另一供油回路就作为备用。每台供油泵在主控室设有TL操作开关, 只要储油箱油位高于351mm, 就可通过手动操作主控室TL开关来启动供油泵。

运行中 , 如果调节 油油压低 于10.8MPa, 而储油箱 油位高于351mm, 主控室TL开关在“备用”位置 , 则备用的供油泵将自动启动 , 同时在主控室中发出EH油压低报警。

4.2 停运操作

当选定的一路供油回路在运行中, 备用供油泵自投, 这时只要调节油油压不低于10.8MPa, 允许通过手动操作主控室TL开关来停止原来运行的供油泵。

如果储油箱油位降到低于305mm, 则闭锁油泵启动。

4.3 故障或事故情况下的操作

4.3.1 在 主油箱温度/液位不正常的情况下 , 在主控室的报警窗 上发出成组报警

在供油滤网差压高的情况下, 在主控室的报警窗上发出成组报警。

在供油泵故障情况下, 在主控室的报警窗上发出成组报警。

4.3.2 调节油母管压力低

如果汽机调节油系统不能正常运行, 当油压低于10.8MPa时, 在主控室中发报警信号, 并自动投备用油泵。如果备用油泵不能启动或油压不能保持, 当油压低于9.31MPa时, 汽机保护系统 (GSE) 动作使汽机脱扣。

4.3.3 动力源故障

失去控制气源时, EH油冷却器的冷却水出口气动调节阀将全开, 保证油冷却器的冷却水供给。

110V交流电源来自二路不同的电源系统 , 供油泵A/B的控制分别接在这二路电源上, 运行泵所在电源段故障, 将导致运行泵跳闸, 备用泵所在电源段故障, 将导致备用泵不能自动切换。

失去48V DC电源, 主控室报警窗上的信号不能显示, 同时, 报警窗显示48V DC丧失报警信号。

供油泵380V的交流电源来自LGA和LGB系统。LGA电源失去, 10秒后A泵跳闸;LGB电源失去, 10秒后B泵跳闸。

5 结束语

汽轮机调节油系统是汽轮机重要的辅助系统, 本系统向控制汽轮机进汽阀阀位的伺服执行机构和汽轮机超速保护控制器 (OPC) 及自动停机脱扣装置 (AST) 提供高压动力油, 本系统的安全稳定运行是汽轮机机组安全稳定运行的关键。

参考文献

[1]汽轮机调节油系统手册[Z].

[2]EH液压控制系统专用资料[Z].

[3]逻辑图册[Z].

浅谈汽轮机调节的变迁 篇5

机械液压式控制系统由机械部件和液压部件组成, 机械部件包括有离心飞锤、杠杆、凸轮配器机构等, 液压部件包括有错油门、油动机等。其特点是:

(1) 控制器由机械元件组成, 执行器由液压元件组成。 (2) 只有窄范围的闭环转数控制功能和超速跳闸功能。 (3) 系统的响应速度较低。 (4) 转速—功率静态特性是固定的, 运行中不能加以控制。

这种调速器存在着下面缺点:

(1) 铰链、滑环等摩擦元件较多, 调速器迟缓率较大, 最大可达0.4%。当零件磨损后, 迟缓率还将增大。 (2) 如果重锤质量或弹簧力不均匀、不对称时, 将使滑环在调速器轴上产生偏斜, 增大磨擦力, 甚至造成卡涩。 (3) 调速器工作转速低, 需要装减速装置。减速装置磨损后, 可能产生振动, 影响调速系统正常工作。 (4) 机械连接较多, 不可避免的存在间隙和死区, 而机械零件长时间的运动, 也会产生疲劳断裂。

这些因素影响了调速器的稳定性, 使机组性能大大降低。但这种调速器不存在液压调速器的油压波动问题。系统迟缓率为0.4%~0.5%, 机组转速无法维持在恒定值上, 速度变动率范围在3%~6%以内。现机组为退役机组, 不具备改造价值。

2 100M W汽轮机组控制系统分析

2.1 100M W汽轮机控制系统的运行状况

(1) 整个系统工作基本正常, 能够满足机组带负荷的控制要求, 但在变负荷控制中对负荷控制不准确, 且常常容易出一些故障。 (2) 变负荷时负荷有时不能平滑的变化, 有突跳现象, 原因是调速器3号滑阀 (综合滑阀) 和油动机反馈滑阀卡涩造成的。 (3) 同步器连接挂钩旷动间隙过大, 将会加剧负荷的摆动。 (4) 弹性调速器连接在主油泵轴上, 主油泵经弹性连轴器由汽机转子带动。在变工况运行过程中, 汽机主轴的轴向串动容易引起主油泵的串动, 直接导致弹性调速器串动, 从而影响调节系统的稳定性。 (5) 机组自动化水平低, 不能满足现代化特别是管控一体化的要求。

2.2 100M W汽轮机控制系统改造方案

2.2.1 采用数字式透平油电液控制系统

本方案为透平油纯数字式电液控制系统 (D EH) , 采用和利时公司的M A CS系列产品, 配置D EH专用测速模块和伺服模块, 构成D EH控制系统。D EH可与现有的D CS方便地进行数字通讯。

2.2.2 采用透平油伺服系统

透平油伺服系统不需要另外增设油源, 透平油工质经过滤后可以使液压部套稳定、可靠地长期运行。此外, 透平油无毒, 符合环保要求, 维护费用和运行费用低。

2.2.3 O PC超速限制

当快关电磁阀4Y V得电动作, 能泄掉快关油, 调节阀关闭;安全油压消失使油动机集成块上的卸荷阀动作, 脉动油压迅速卸荷使调节阀关闭。

2.2.4 采用1个D D V阀将原油动机改造成电液伺服油动机

D D V阀 (D irect D rive V alve) 是一种直动式电液转换器, 为M O O G公司进口产品。该阀具有低泄露、阀芯驱动力大、动态响应高、低滞环和高分辨率等特点。

在保留原油动机及凸轮配汽机构的基础上, 配置电液伺服阀集成块构成电液油动机。油动机阀位指令信号全部由D EH控制器运算后产生。D EH控制器生成的油动机阀位指令信号, 经伺服板、D D V阀油路块, 形成二次油压至错油门, 从而产生油动机的动作。油动机行程LV D T测出, 反馈至伺服板输入端, 使之与油动机阀位指令保持相等, 从而使油动机行程完全由D EH阀位指令控制, 进而实现D EH纯电调控制。

2.3 100M W汽轮机控制系统改造后的特点

(1) 增强了系统的稳定性; (2) 减少了调节系统的迟缓率; (3) 油质得到了保证; (4) 更完善的限制保护功能; (5) 维护性好。

汽轮机采用低压纯电调, 使液压调节部分比较简单, 改造方便、成本降低、运行维护简单, 是一种经济适用, 安全可靠的纯电调系统, 特别适用于中、小容量的机组使用。

3 300M W汽轮机控制系统分析

3.1 300M W汽轮机控制系统概述

哈尔滨热电厂300M W机组系哈尔滨汽轮机有限责任公司设计生产的N C300-16.7/537/537型亚临界一次中间再热、高中压合缸单轴双缸双排汽凝汽式汽轮发电机组, 系统为单元制热力系统。采用高压主汽门方式冲转, 转速达到2900R PM时切换到高压调门控制升速、带负荷。每台机组配有两个高压主汽门 (TV) 、四个高压调门 (G V) 、两个中压主汽门 (R SV) 和两个中压调门 (IV) 。

哈尔滨热电厂300M W汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统 (简称D EH) , 电子设备采用了上海西屋控制系统有限公司的O V A-TIO N系统, 液压系统采用了哈尔滨汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油EH装置。汽轮发电机的转速和负荷由主汽门和调节汽门开度控制。D EH控制器接受机组的转速、功率、调节级压力三个反馈信号, 输出各阀门控制指令给伺服阀, 控制油动机开度, 从而控制机组的转速和负荷。

3.2 300M W汽轮机控制系统配置及组成

哈尔滨热电厂D EH由两个控制柜 (D PU 41/91、D PU 42/92) ;一个继电器柜;一套O-vation工程师/高性能工具库工作站;一套O vation操作员工作站组成。

D EH系统模件:

哈尔滨热电厂D EH一共配置了43块模件, 这些模件安装在D PU 41/91、D PU 42/92机柜内。包括: (1) 阀定位模块; (2) 速度检测器模块; (3) 数字量输入模块; (4) 数字量输出模块; (5) 模拟量输入模块; (6) 模拟量输出模块; (7) 热电阻输入模块; (8) 热电偶输入模块; (9) 链接控制器模块、EH系统组成 (EH供油部分、执行机构部分、危急遮断部分机械保安部分) 。

3.3 300M W汽轮机控制功能及执行机构工作过程

D EH主要控制汽轮机转速和功率, 即从汽机挂闸、冲转、暖机、进汽阀切换、同期并网、带初负荷到带全负荷的整个过程, 通过TV、G V、IV和R SV实现, 同时具备防止汽机超速的保护逻辑。哈尔滨热电厂D EH控制功能分别由两对冗余的控制器实现, 即基本控制和自启停 (包括转子应力计算) 。

3.3.1 系统基本控制部分

基本控制部分是D EH的核心, 它提供与转速和负荷控制相关的逻辑、调节回路, 所有闭环控制的PID调节器和伺服阀接口均通过一对冗余的控制器实现。

3.3.2 系统保护部分

超速保护部分的主要作用是提供转速三选二、油开关状态及汽机自动停机挂闸 (A SL) 状态三选二、超速保护逻辑、超速试验选择逻辑以及D EH跳闸逻辑, 它控制着O PC电磁阀, 同时汇总D EH相关跳闸信号后通过硬接线送ETS。

3.3.3 系统执行机构

汽轮机调节系统工作不稳定分析 篇6

1.1 调节系统迟缓率过大。

调节系统工作不稳定, 常和迟缓率过大有关, 迟缓率过大是造成调节系统摆动的普遍原因。在调节系统的组成机构中, 由于摩擦、间隙、过封度等因素的影响, 信号的传递都存在着迟缓的现象。

1.1.1 传动放大机构及配汽机构的迟缓率对调节系统工作的影响。

传动放大机构与配汽机构的迟缓率过大, 通常是由于调节部件连杆接头的卡涩、间隙过大、滑阀过封度过大等原因造成。对于上述容易磨损的零件应注意维修;传动接头游隙过大, 应重新对其配合加以调整, 以达到调节系统部件配合的要求。

1.1.2 调节系统部件产生迟缓的因素及解决办法。

调节系统的迟缓率过大, 有时是由于调节部件的卡涩造成的, 卡涩对调节系统的影响通常表现为非周期和间断的。

造成调节系统卡涩的原因是多方面的, 常见的有:活动间隙结垢 (如调门阀杆和阀套结盐垢) 、油质不清洁、调节主件锈蚀、调节部件间隙过大或过小以及滑阀液压卡涩或紧力过大等。

为了避免调节系统卡涩, 应经常地保持油质清洁、蒸汽品质良好、调整好汽封压力, 避免油中进水。在汽轮机组运行中, 应定期对负荷加以较大幅度的变动, 用以活动调节系统有关部件, 以免其长期在某一工况下工作时产生卡涩。通过对设备的运行状况和系统油压的变化, 来判断调节系统是否存在卡涩, 以及卡涩发生在哪些部件。

1.2 调节系统速度变动率太小。

下图是实际运行中速度变动率的公式及其静态特性曲线。汽轮机调节系统速度变动率大小, 将会引起调节系统工作不稳定。有时平均速度率符合要求, 但局部速度变动率太小, 则机组在该工作点运行时, 也容易造成不稳定 (这在下面的公式中可以看出) 。

一般要求调节系统的速度变动率在3%~6%范围内, 过小时会造成调节系统工作不稳定, 太大时又会造成动态飞升转速过高, 易造成危急保安器动作, 所以不能过分地用调高δ的方法来满足稳定性的要求。

2 调节油系统不正常

2.1 油压波动。

供油系统的油压波动, 对于调节系统稳定性的不利影响是显而易见的, 尤其是对于采取液压为转速脉冲信号的全液压调节系统则更加敏感, 因为全液压调节系统的特点决定了它的脉冲油压信号较弱, 所以容易受到油压波动的影响。

引起调节系统油压波动的因素是比较复杂的, 一般说来主要来自两个方面:主油泵和注油器本身的工作性能不稳定;油系统混进空气。对于前者, 主要是由设计、制造工艺以及安装、检修等因素决定, 这里主要谈谈后者。

应首先启动低压润滑油泵, 运行一段时间后再启动高压电动油泵运行一段时间, 进一步驱赶调节系统各部套及油路中的空气, 一般要求润滑油泵连续运行时间不少于10min。另一方面油中空气的存在和油路系统中空气分离的条件有关。

2.2 调节部件漏油。

调节系统部件漏油, 一方面将会造成系统油压过低、油动机出力不足, 调节系统迟缓率增加以及调节元件性能的失常, 从而引起调节系统的摆动。

造成调节系统部件漏油的原因是多方面的, 如调节系统部件磨损腐蚀造成配合间隙过大;油动机活塞缸壁局部磨损严重使油动机两腔室泄露;结合面不平整及垫片破损等, 将造成不同油压等级的油路之间发生泄露现象等, 这些现象在机组运行中常遇到。

各种滑阀等活动部件的配合间隙, 应符合设计要求, 对磨损或腐蚀严重的要及时更换。

2.3 油质不良。

油质不良是调节系统工作的一个关键因素, 油质不良包括油质不清洁以及运行中油质劣化两个方面。

因此对于大修后的机组一定要严格注意油管路系统的清洗和透平油的过滤工作, 彻底清除杂物, 启动前的油循环一定要保证质量。对于运行的机组, 应经常保持油质的良好状态, 注意防止油质劣化, 如果存在油中进水或油温过高等缺陷, 应及时进行滤油或降低油温等处理方法。

3 高速离心式调速器的窜动对调节系统的影响

高速离心调速器由于与随动滑阀的间隙很小, 调速器本身的工作行程也很小, 因而调速器的轴向窜动, 将会严重影响调节系统的工作稳定性。因为这种调速固定在主油泵的小轴上, 它将随着主油泵推力盘的窜动而窜动, 所以这类调节系统工作的稳定性和主油泵推力间隙有着直接的关系。为了减少油泵的窜动使调速器工作稳定, 必须对主油泵的推力间隙有严格的控制。另外, 还应保证密封环与泵轮中心一致, 以免发生动静磨擦, 使密封间隙增大, 同时还应注意密封环和泵壳之间密封良好不能漏油。否则同样会造成泵轮轴向推力的变化。

4 错油门的过封度及其形状对调节系统的影响

4.1 错油门的过封度。

对于断流放大机构的错油门滑阀, 保证适应的过封度是十分重要的, 因为机组运行的转速并不是绝对稳定的, 其脉冲油压实际上也是在一定范围内波动的, 即使在转速不变的情况下, 脉冲油压的波动也是不可避免的, 这是由于油管中的涡流、主油泵供油压力的脉动等引起的, 所以滑阀实际上也是在一定的幅度内波动的。因此, 一定的过封度是避免油动机摆动的有效措施。适当的过封度是必要的, 但过封度太大, 则使调节系统的迟缓率增大。错油门过封度的数值一定要符合检修的规定。

4.2 错油门滑阀的合理形状。

对于平口错油门, 当其油口开启时, 将产生一个与运动方向相反的作用力, 因而降低了滑阀的灵敏度, 同时由于油流对孔的射流作用, 必然伴随着涡流的产生, 这就可能造成调节系统的摆动。合理的形状应带有凹槽口。有的机组采用齿形错油门或带有矩形与梯形的结构, 以减小油口刚开启时的油量变化, 这类形式的错油门滑阀, 必然是带凹槽, 所以轴向反作用也可以同时减少。因而, 国产全液压的调节系统毫无例外地都采用齿形错油门滑阀, 对于提高调节系统的稳定性是行之有效的。

5 配汽机构的缺陷对调节系统的稳定性的影响

5.1 调速汽门节流锥磨损。

调速汽门型线不良或磨损通常表现为汽机空负荷时调节系统的摆动。

球型汽阀和带节流锥的汽门对调节系统稳定性的影响。球型汽阀当它刚开启时, 只要开度有微小变化, 进汽量就产生很大的变化, 特别是汽轮机在空载下蒸气流量很少。很容易引起调节系统的空负荷摆动。

而带节流锥的阀门由于具有良好的升程流量特性, 所以通常用来作为第一个开启的阀门, 以提高汽轮机空负荷的稳定性。

如果节流锥的阀碟在运行中被吹损了, 破坏了它原有的特性, 也将发生空负荷摆动。

5.2 凸轮磨损。

由于汽轮机经常要在某一负荷下工作, 因此凸轮在此工作点位置可能发生磨损, 这样在磨损区域必然存在这样一些区段:系统在此部位的放大系统增大, 导致局部不等率过小, 从而引起调节系统振荡。

5.3 调节汽门重叠度不正确。

调节汽门重叠度过大或过小甚至存在空行程都对调节系统的稳定性有很大影响。

5.3.1 重叠度。

重叠度过大相当于在某段负荷内, 同时有两个调节汽门都在有效地控制流量, 因而在这段负荷内, 油动机行程或调节汽门行程不大的变化, 便引起较大的功率变化, 因而极易引起调节系统摆动, 同时也会增加节流损失。

重叠度过大引起调节系统摆动的特点是具有明显的定点性, 即摆动都发生在相邻的两个调节汽门交接处所对应的负荷, 超过这一负荷, 便能重新趋向稳定。

5.3.2 重叠度过小。

重叠度过小甚至存在空行程, 则较小的功率变化便对应着很大的调节汽门升程改变量, 重叠度太小还使油动机的工作行程增大, 因而减少了油动机的富裕行程。

从以上分析来看, 调节汽门重叠度不宜过大, 也不能太小, 所以应有一个合适的范围。经验表明, 在前一个调节汽门开启到其门后的压力为门前压力的90%时, 后一个调节汽门即开启为最合理。

5.4 反馈斜面磨损或变形导致局部反馈减弱。

由于机组经常在某一负荷下运行, 反馈斜铁就可能在此处对应的部分发生磨损或变形, 引起反馈减弱, 甚至在一定范围内无反馈, 这时油动机位移无法正常反馈回来, 在这段区域内, 油动机变化很快, 也可以引起调节系统不稳定。

摘要：针对汽轮机调节系统工作不稳定的情况, 对其进行了理论的分析, 总结归纳了影响汽轮机调节系统工作稳定的各种原因及其处理措施。

水轮机调节 篇7

关键词：汽轮机,调节系统,常见故障,影响因素

汽轮机的调节系统由于内部套比较的繁多和复杂, 这就使得汽轮机运行过程中调节系统容易产生各种各样的故障和问题, 而且这些常见故障通常都是发生在一瞬间, 影响汽轮机调节系统出现故障的因素也是多方面的, 油系统、滑阀构造、离心式调节器、配汽机构等一方面出现问题都会引起汽轮机运行过程中调节系统的故障发生。

1 汽轮调节系统的结构

第一点, 目前随着科学技术的发展, 对于机组来说, 单机的容量在不断的增加, 机组的单元制和滑式压的运行方式以及再热机组的使用, 再加上机组电网集中的调度问题以及机组的停、启次数的不断增加, 产生了电液调节, 也就是机组的电气液压调节系统。电液调节系统由液压元件来组成执行器, 机构元件来组成控制器, 具有超速跳闸和闭环转速的调节功能, 但是闭环转速的调节功能仅仅是在一个较窄的范围之内, 同时, 在系统的相应速度方面, 速度是比较低的。因为汽轮机调节系统的静态特性是固定的, 汽轮机的间隙所造成的迟缓了又比较的大, 这就使得汽轮机的静态特性不能随意的变化和更改。

第二点, 现代计算机技术和数字技术的应用给汽轮机的技术发展带来了很大的推动作用, 电气液压控制系统就是以数字计算机技术作为技术保障而诞生的数字式的电气液压控制系统。这种电气液压控制系统是在数字计算机的基础上实现控制器的正常工作的, 执行的部分仍旧是保留着液压系统。随着分散的控制系统的不断发展和应用, 现在的多数大型机组都是采用了分散控制为系统原理的电调, 来实现机组的控制。

2 影响汽轮机运行中调节系统出现故障的因素

2.1 油系统的不正常

首先是油系统中的油压波动。在汽轮机的运行过程中油压系统中油压的波动会严重的影响调节系统的稳定性。尤其是全液压式的调节系统, 这种系统的转速脉冲信号是用液压来控制的, 这就决定了这中系统的油压脉冲信号比较的弱, 信号弱了就更容易受到油压波动的巨大影响。

其次是油系统的部件漏油。调节系统的油系统出现漏油现象就会导致体统的油压低于正常的水平, 油的动力机就会出现动力不足的情况, 从而使得汽轮机的调节系统的调节元件性能的缺失以及迟缓率的增加, 最终导致汽轮机调节系统的不稳定。而造成调节系统部件的漏油情况也是多方面的, 像活塞缸的磨损、部件的磨损造成部件之间的间隙过大、结合面的垫片磨损等, 这些都会造成汽轮机调节系统的漏油现象, 最终导致调节系统的各种常见故障的发生。

最后就是油系统中的油质较差因素。在汽轮机运行过程中调节系统出现故障的一个重要原因就是因为油质比较差, 这主要是指油质的好坏以及油质的干净与否。所以要想保障汽轮机调节系统的正常工作就要保障对油管的顺畅和洁净进行严格的管理, 将各种脏污彻底的清楚干净, 保障机组运行中优质油的供给。

2.2 滑阀构造的问题

首先是滑阀的卡涩问题。滑阀的卡涩对于汽轮机的调节系统来说会产生很大的影响, 所以针对滑阀的卡涩问题要严把滑阀的设计制造环节, 来提高滑阀的精度, 减小滑阀的使用误差, 同时也可以使用对压弹簧来保持油压平衡的方法或者是在滑阀的表面上开凿均压阀的方式来解决滑阀的卡涩问题。

其次是错油门的过封度。在滑阀方面一个重要的问题就是错油门的过封度, 保障过封度的适应和适当是十分重要的。机组在运行过程中的转速并不是稳定的, 它的脉冲是在一定的范围之内进行波动的, 即使是在机组的转速不变的情况下, 这种脉冲油压也是在一定的范围之内波动的, 这是因为主油泵带来了较大的油压力的脉动, 这就使得滑阀也会在一定的范围之内出现波动情况。

2.3 离心式的调速器的窜动

离心式调速器的高速窜动对于调节系统的稳定产生了巨大的影响。由于离心式调速器和与之随动的滑阀之间的间隙比较的小, 调速器自身的工作效率和行程比较的小, 所以导致了离心式调速器高速的窜动的现象, 最终影响了调节系统的稳定性。

2.4 配汽机构的缺陷

首先是凸轮的磨损。繁重的工作负荷使得汽轮机的凸轮出现严重的磨损情况, 凸轮的磨损区域就会形成一个特定的部位, 当调节系统在这个部位工作的时候就会增大放大系统, 使得调节系统的局部不等率比这平常或者其他部位的不等率要小很多, 最终使得调节系统出现震荡。

其次是调节汽门的重叠度。当调节汽门的重叠度过大的时候就好比是在够一个负荷段内, 使用两个调节汽门对流量进行有效的控制, 所以这段负荷范围内, 功率就会出现很大的变化, 从而导致调节系统的摆动和节流损失的增大。

最后就是调速汽门的节流锥出现严重的磨损。调速汽门的节流锥出现磨损通常会使得汽轮机在空负荷的时候出现调节系统的摆动。节流锥的汽门在刚开启的时候如果开度出现一点细微的变化都会使得进汽量的变化, 从而导致调节系统在空负荷的情况下出现严重的摆动现象。

3 结束语

综上所述, 油系统、滑阀构造、离心式调节器、配汽机构等方面的不足或者问题都会使得汽轮机在运行的过程中出现调节系统的各种常见故障。所以, 针对这些问题, 应该加强对这些影响因素的控制和处理, 使这些影响因素对汽轮机运行中调节系统的常见故障的影响效果降到最低, 从而保障汽轮机调剂系统的正常运行。

参考文献

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水轮机调节 篇8

要挖掘电站喷嘴调节汽轮机经济性和可靠性的潜力, 需要解决一系列任务。其中主要任务是降低进入第一个非调节级静叶之前的蒸汽轴向不均匀性。对于采用喷嘴调节的所有大型电站汽轮机来说, 蒸汽都经过4个喷嘴室流向调节级。在额定工况下只有3个喷嘴室处于开启状态, 此时向调节级供汽的弧度很少超过290°。在向第一个非调节级的静叶供汽时, 即使存在较大的匀压室, 汽流仍然还有明显的周向不均匀度。尤其在汽轮机部分负荷工况下, 这些非调节级的效率将大幅度下降。

1 试验结果

虽然已公开发表、涉及到汽轮机部分进汽级试验结果的文章数量可观, 但涉及到调节级的部分进汽度对第一个非调节级和整个高压级组的影响方面的数据却很少。

这种情况在很大程度上与下列观念有关, 即认为在调节级后面存在一个较大的匀压室、所以在其后第一个非调节级静叶前的汽流周向不均匀度不会很大, 因而也不可能严重降低后面所有级的经济性。

然而, 在上述试验装置上进行的第一批试验显示, 在向调节级汽室部分进汽的条件下, 在其后的静叶后面的汽流出现很大的周向不均匀度。部分进汽度取决于已开肩的进汽弧段数量, 是根据对模拟部分进汽的叶栅中部圆周处的汽流进行逐点测量而得。

但是, 对于所研究的整个装置来说, 能量的总损失却明显增加了。在这种情况下能量总损失明显增加的原因是多孔整流板通流能力小 (其通流率是21.7%) 。为了降低安装这种整流板引起的附加能量损失, 增大了整流板的孔径, 并针对盲区开出4个窗口。借此将多孔整流板的通流率提高到54%。在这种情况下, 从供汽弧段出来的汽流一部分通过多孔整流板的孔, 而另一部分通过4个窗口, 从而确保了工质较均匀地充满静叶的整个圆周。此外, 在整流板朝着环形叶栅方向的孔端带有斜角, 以改善整流扳后面的流动状况。

圆筒形多孔整流板:对平面多孔整流板的研究表明, 通过这种方式实际上可以完全解决第1个非调节级静叶进口截面前的汽流参数的均匀问题。但是借此降低静叶叶栅中的损失程度不足以补偿平面多孔整流板所带来的额外能量损失。

在安装多孔整流板时, 调节级汽室中的压力脉动明显降低的外部体现是, 整个装置的壳体振动位移幅度相对降低。其相对降低值也即安装多孔整流板时试验装置壳体的振动位移相对于未安装多孔整流板时实测振动位移的变化值。在隔板静叶叶栅出口处的无量纲速度越高, 采用多孔整流板时壳体的振动降低程度就越大。

2 圆环形多孔整流板在汽轮机通流部分的实际应用

所进行的研究结果证明, 如果汽轮机级的静叶叶栅进口前存在汽流的周向不均匀性, 则从均匀其参数的角度来说, 添置多孔整流板会获得明显的效果。

这种汽流周向不均匀的现象在所有采用喷嘴调节的汽轮机中都存在, 而且在它们的调节级后的汽流周向不均匀程度相当于利用上述试验装置进行研究时获得的不均匀度。

根据以往发表的试验数据, 当压力场存在如此大的周向不均匀度时, 汽轮机高压部分的效率会降低1.5%~2%。因此亟须将上述研究结果运用到现有的汽轮机中。

从结构角度来讲, 在汽轮机第一个非调节级前设置多孔整流板并无特殊困难。就是在汽轮机前两级通流部分添置圆环形多孔整流板。

整流板是一个环形腔室, 具有多孔外侧壁, 并且其端壁和内侧壁上都开有若干个圆形窗口。整流板利用12个螺栓固定在隔板体的凹槽处。在这种情况下, 调节级后的蒸汽沿着多孔整流板的外侧多孔壁周向流动, 并较均匀地通过小孔流入内部环形腔室。从这一角度来看, 安装多孔整流板除了解决纯气动力学的问题以外, 还起到了防止异物进入汽轮机通流部分的辅助保护作用。

采取上述措施只需要增加很少的费用, 不仅能提高汽轮机高压部分的效率, 而且还能明显降低叶片上的动态作用力。

3 结论

所进行的研究结果表明, 对于采用喷嘴调节的汽轮机来说, 在部分进汽的情况下, 调节级汽室中的压力场和速度场存在很大的周向不均匀性, 从而对高压部分随后几级的经济性产生不良影响。

为了均衡进入第一个非调节级静叶叶栅的汽流, 提出并研究了增设整流板的措施, 其费用很小, 却至少能使大功率汽轮机高压部分的效率提高1%。通过对立体 (圆环形) 多孔整流板的结构分析, 现在已经可以将其应用于任何电站汽轮机。

摘要：为提高第一个非调节级的效率, 必须降低其静叶前的汽流周向不均匀度。为此在调节级汽室中、第一个非调节级的隔板前设置了各种多孔整流板。