6——水輪機(jī)的調(diào)速設(shè)備

1、《水 電 站》,2009年11月,第四章 水輪機(jī)的調(diào)速設(shè)備,一、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù),系統(tǒng)負(fù)荷變化→系統(tǒng)電壓發(fā)生變化→發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置動(dòng)作→發(fā)電機(jī)的端電壓恢復(fù)并保持在許可范圍內(nèi)。,系統(tǒng)負(fù)荷變化→系統(tǒng)電流的頻率f發(fā)生變化，由于f是磁極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)速n的函數(shù)→發(fā)電機(jī)調(diào)速器動(dòng)作→發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恢復(fù)并保持在許可范圍內(nèi)。,系統(tǒng)負(fù)荷變化,,水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)：隨外界負(fù)荷的變化，迅速改變機(jī)組的出力。保持機(jī)組轉(zhuǎn)速和頻率變化在規(guī)定范圍內(nèi)，最大偏差不超過

2、7;0.5Hz，大電力系統(tǒng)不超過±0.2Hz。啟動(dòng)、停機(jī)、增減負(fù)荷，對(duì)并入電網(wǎng)的機(jī)組進(jìn)行成組調(diào)節(jié)(負(fù)荷分配)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行。,二、水輪機(jī)調(diào)節(jié)原理,水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程式為：式中：Mt——水輪機(jī)主動(dòng)力矩(水流推動(dòng)葉片做功) Mg ——發(fā)電機(jī)的阻力矩 J ——機(jī)組慣性矩； ——角加速度；,,,,,,,所以當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)M

3、t，使Mt=Mg，n=ne又： 要使 ，一般不能改變H和效率η，而是通過改變Q而達(dá)到改變主動(dòng)力矩Mt的目的。,,,調(diào)節(jié)流量的途徑： 反擊式：通過改變導(dǎo)葉開度a0 ，ZZ：同時(shí)改變?nèi)~片轉(zhuǎn)角。 沖擊式：通過改變噴嘴開度。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的定義： 隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷變化，水輪機(jī)相應(yīng)地改變導(dǎo)葉開度(或針閥行程)，使機(jī)組轉(zhuǎn)速恢復(fù)并保持為額定轉(zhuǎn)速的過程，稱為水輪機(jī)調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)

4、速 水輪機(jī)調(diào)節(jié)所用的調(diào)節(jié)裝置稱為水輪機(jī)調(diào)速器。,三、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成,水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng): 調(diào)速柜+油壓設(shè)備+接力器。其中中小型水輪機(jī)調(diào)速器將這三部分組合成一個(gè)整體，稱為組合式，運(yùn)行方便。 調(diào)速柜的作用： 以轉(zhuǎn)速偏差為依據(jù)，迅速自動(dòng)地調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，已達(dá)到改變出力恢復(fù)轉(zhuǎn)速的目的。,調(diào)速系統(tǒng),油壓裝置,調(diào)速柜主要有以下幾個(gè)部分組成：測(cè)量機(jī)構(gòu)：測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差，并把偏差信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰菩盘?hào)，然后輸出。放大機(jī)構(gòu)：(引導(dǎo)

5、閥+輔助接力器、主配閥+主接力器，二級(jí)放大)：位移變化→油壓變化。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：主接力器，控制導(dǎo)葉開度，改變流量反饋機(jī)構(gòu)：緩沖器和杠桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)調(diào)節(jié)使=時(shí)，反饋信號(hào)使調(diào)節(jié)停止。,油壓設(shè)備的作用：供給調(diào)速器壓力油，傳遞操作力。由壓力油罐、回油箱、油泵、輸油管、附件等組成。額定工作油壓分為兩種：有的電站采用低油壓，為2.5MPa；有的電站采用高油壓，為4.0MPa。調(diào)速器工作時(shí)的高油壓來自油罐，低壓側(cè)的油通過回油管路進(jìn)入回油箱。當(dāng)油壓降

6、低到正常工作油壓下限(2.3~2.7MPa)時(shí)，油泵自動(dòng)啟動(dòng)，將回油箱內(nèi)的油泵入壓力油罐，油壓達(dá)到正常工作油壓上限時(shí)，油泵停止工作。接力器是調(diào)速器的執(zhí)行元件，大型電站設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上接力器。,四、調(diào)速器的類型與系列,(一) 類型1、按調(diào)速器元件結(jié)構(gòu)分：機(jī)械液壓(機(jī)調(diào))：信號(hào)測(cè)量、信號(hào)綜合、信號(hào)反饋均由機(jī)械環(huán)節(jié)完成?，F(xiàn)在很少使用。電氣液壓(電調(diào))：用電氣回路代替機(jī)調(diào)中的機(jī)械元件。調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，靈敏度和精確度高，成本低，便于安裝調(diào)整

7、。目前還有不少電站在使用。微機(jī)調(diào)速器：用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)代替電子調(diào)速器，賦予了調(diào)速器更多的控制功能，性能更優(yōu)良。,數(shù)字式電液調(diào)速器監(jiān)控系統(tǒng)主界面,數(shù)字式電液調(diào)速器油壓裝置顯示畫面,2、按調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)分單調(diào)：一個(gè)導(dǎo)葉起閉機(jī)構(gòu)，如混流和軸流定漿機(jī)組雙調(diào)：有兩個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(導(dǎo)葉開度，葉片轉(zhuǎn)置角)， ZZ、CJ（針閥、折流板轉(zhuǎn)動(dòng)）3、按大?。ㄈ萘浚┐笮停夯钊睆?0mm以上中型：操作功10000Nm~30000Nm

8、小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm,(二) 調(diào)速器系列（反擊式水輪機(jī)）,第一部分：基本特性和類型大型：無代號(hào)； 中小型帶油壓裝置：Y； 特?。篢機(jī)械液壓：無代號(hào)； 電動(dòng)調(diào)節(jié)：D單調(diào)：無代號(hào)； 雙調(diào)：S調(diào)速器：T第二部分：工作容量 中小型調(diào)速器×9.81N.m；大型指主配閥直徑(mm)第三部分：額定油壓 2.5MPa 不加注釋,例： YT—300 中型、帶油壓裝置、

9、機(jī)調(diào)、額定油壓2.5MPa，工作容量300×9.81Nm DST—100A—40 大型、電氣液壓、雙調(diào)節(jié)調(diào)速器；主配閥直徑100mm，額定油壓40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次改型后產(chǎn)品 A、B、C為改型次數(shù)，系列型譜見表5—1。,五、水輪機(jī)調(diào)速設(shè)備的選擇,包括：調(diào)速柜、接力器、油壓裝置中小型調(diào)速器是將上面的三部分結(jié)合在一起，成為一個(gè)整體設(shè)備，以主接力器的工作容量(也稱為調(diào)速功)為

10、表征組成標(biāo)準(zhǔn)系列。用調(diào)速功來進(jìn)行選擇。對(duì)大型調(diào)速器，三者是分開的，并且互不配套，需要分別進(jìn)行選擇。大型調(diào)速器的表征值是主配壓閥直徑，因此需要先求出主接力器容積，再計(jì)算主配壓閥直徑。,1、中小型調(diào)速器的選擇,調(diào)速功：接力器活塞上的油壓力與其行程的乘積。反擊式水輪機(jī)的調(diào)速功： A=(200~250)Q(HmaxD1)1/2 Q為最大水頭下額定出力時(shí)的流量。沖擊式水輪機(jī)的調(diào)速功：

11、 A=9.81Z0(d0+d03Hmax/6000) Z0為噴嘴數(shù)目 d0為額定流量時(shí)的射流直徑。,2、大型調(diào)速器的選擇,(1) 接力器的選擇導(dǎo)葉接力器的選擇通常采用兩個(gè)接力器操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)當(dāng)額定油壓為2.5MPa時(shí)，接力器直徑ds為： λ為計(jì)算系數(shù)，查表。b0為導(dǎo)葉高度。當(dāng)額定油壓為4.0MPa時(shí)，接力器直徑ds為：由計(jì)算的接力器直徑，查標(biāo)準(zhǔn)接力器系列表，選用相鄰偏大的直徑

12、。,接力器最大行程Smax可由經(jīng)驗(yàn)公式求出： Smax=(1.4~1.8)a0maxa0max為水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度，由模型水輪機(jī)導(dǎo)葉最大開度a0Mmax換算得出： a0max= a0Mmax(D0Z0M/D0MZ0)其中，D0和Z0分別為水輪機(jī)導(dǎo)葉軸心園的直徑和水輪機(jī)的導(dǎo)葉數(shù)目。將Smax的單位轉(zhuǎn)換為m，即可求出兩個(gè)接力器的總?cè)莘e：,轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片接力器的計(jì)算轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)除了選擇

13、導(dǎo)葉接力器以外，還要選擇轉(zhuǎn)輪葉片接力器(位于輪轂內(nèi)部)。其直徑dc、最大行程Scmax、容積Vc可按經(jīng)驗(yàn)公式估算。 dc=(0.3~0.45)D1(2.5/P0)1/2 Scmax=(0.036~0.072)D1 Vc=0.25πdc2 Scmax,(2) 主配壓閥直徑的選擇,通常主配壓閥的直徑與通向主接力器的油管直徑相等。通過主配壓閥油管的流量為：

14、 Q=Vs/Ts Ts為導(dǎo)葉的直線關(guān)閉時(shí)間。 則由管內(nèi)油的流速(4~5m/s)確定油管直徑d。大型調(diào)速器以主配壓閥的直徑為表征而組成系列，計(jì)算出d以后，就可以查表選擇調(diào)速器型號(hào)了。對(duì)于雙調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，通常使轉(zhuǎn)輪葉片的主配壓閥直徑與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的主配壓閥直徑相等。,（3） 油壓裝置的選擇,油壓裝置的工作容量以壓力油罐的總?cè)莘e為表征，故首先應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)公式求出壓力油罐的總?cè)莘eVk：

15、 Vk=(18~20)Vs 對(duì)于HL水輪機(jī) Vk=(18~20)Vs+(4~5)Vc 對(duì)于ZZ水輪機(jī)Vs和Vc分別為前面計(jì)算出的接力器容積。若油壓裝置需要供給空放閥接力器用油，則Vk需要增加(9~10)Vt，Vt為空放閥接力器的容積。若油壓裝置需要供給進(jìn)水閥接力器用油，則Vk需要再增加3Vf，Vf為進(jìn)水閥接力器的容積。計(jì)算出壓力油罐總