西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
主 讲 人
余波 副教授 林其玉 讲师 熊朝坤 讲师
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务
水力发电生产过程:



机械液
压执行
机构
励磁
调节

功率
整流

L = 0
发电机
尾水
压力引水

水库
电网
水轮机
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务和途径
一、水轮机调节的必要性
?用电负荷是随时变化的
?电能无法大量储存
?电能生产必须满足电能质量的要求
大电网,f=50± 0.2Hz V=Ve± (5~10%)Ve
小电网,f=50± 0.5Hz V=Ve± (5~10%)Ve
会导致机组转速 —— 频率、电压变化
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务和途径
二、水轮机调节的任务
? 根据负荷的变化,不断调整水轮机的输入功率,保证机组的转速稳定是水轮机
调节的基本任务。
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务和途径
三、水轮机调节的途径和方法
? 机组转子运动方程
? 途 径
? 方 法
通过人工手动方式或水轮机调速器自动方式实现
gt MMdt
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务和途径
四、水轮机调节的特点和基本要求
特点:
? 操作力大;
? 影响因素多,动作过程复杂;
? 功能多。调速器不仅能维持机组转速不变,而且还是机组主要控制设备之一。
机组的启动、停机、并网和加减负荷等操作也是调速器的主要功能。近代大型电
液调速器,又有许多附加功能,如:有功功率的成组调节,按有差特性分配各机
组之间的负荷,按水位调节,按开度调节以及卡普兰机组的波动控制等。水轮机
调速器同时还是安全监控系统的执行部分之一,当发生电气事故引起发电机突然
跳闸以后,调速器可以及时地将水轮机关闭,防止事态扩大。一旦事故消除,调
速器又能迅速起动机组,增加了备用机组快速投入的灵活性。
?结构类型多。
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务和途径
四、水轮机调节的特点和基本要求
基本要求:
? 及时 ;
? 准确 ;
? 平稳。
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
一、人工调节分析
基本过程:
? 观察;
? 分析决策;
? 功率放大;
? 执行;
? 对执行结果的反复观察。
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
二、直接作用式调速系统
离心摆的力学特性
在工作范围内的任意转速下,重块离心力 FL与滑套所受的弹力 FT总能使离心
摆处于动态平衡。滑套的位置 L与离心摆的转速 n呈现出一种线性比例关系。
因此,离心摆可以用于测量机组转速,同时将转速转换成位移。
调速系统基本工作过程
?由离心摆测量转速并转换成 A点位移;
?杠杆 AOB将 A点位移传递到 B点;
?B点带动闸门控制流量。
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
二、直接作用式调速系统
存在问题
?操作力小;
?静态转速偏差大。
结 论
不能用
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
三、具有液压放大机构的调速系统
此为解决前述系统操作力小的问题而提出。
液压放大系统结构
系统工作设想
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
三、具有液压放大机构的调速系统
系统工作过程分析
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第二节 自动调速器的组成原理
三、具有液压放大机构的调速系统
系统工作过程分析结论
该系统虽然具有强大的操作力,但是其工作过程是不稳定的。仍须改进!
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统
此为解决前述系统不稳定问题而提出。
系统结构
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第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统
系统工作过程分析
动态特性 —— 稳定
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统
系统工作过程分析
静态特性 —— 有差
静特性指标 —— 永态转差系数 bp,其值大小决定于 DE之长。
%1 0 0m i nm a x ???
r
p n
nnb
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统
结 论
虽然稳定,但是静态转速偏差大的问题仍然存在。还须改进!
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统
缓冲器基本原理
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统
系统基本工作原理
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统
系统动、静特性
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统
结 论
该系统可以完成水轮机调节的基本任务。
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第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统
为完成调速器的功能而增设的机构
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第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统
(一)转速调整机构
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统
(一)转速调整机构
组成,转速调整机构由杠杆、电动机、减速器、手轮等组成,通过硬反馈机构的
传动杠杆起作用。人为搬动手轮或使电动机转动,都经过减速器引起 P端上升或
下降。而 P的升、降将影响杆 AOB的稳定位置。
动作原理,设机组单机运行,原转速为 n0,如使 P上升,则 O上升,杆 AOB将以
A为中心反时针转动。
配压阀 B升高,接力器开度加大,机组转速上升。
滑套 A升高,最后,配压阀回到中间位置时整个机构稳定下来。
与原有状态相比,操作的结果是使机组转速升高了,如达到 n1。同时杠杆 AOB
也稳定在新的 A端较高的位置。反过来,如果人为使 P下降,则会引起机组转速降
低,如在 n2稳定下来。
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统
(一)转速调整机构
原理分析,上述过程表明,在负载不变时,转速调整机构动作,可以人为调整机
组转速。从调速系统静特性来研究,这种人为的升、降转速与接力器原有开度无
关,在任何一个开度下都可以产生同样的效果。同时,转速调整机构的动作并不
改变反馈机构的杠杆比,即不影响调速系统静特性的倾斜程度,永态转差系数 bp
不变。因此,转速调整机构的动作,是使调速系统静特性发生平行移动。
结论,转速调整机构的动作,是使调速系统静特性发生平行移动。其作用是:当
机组单机运行时,可调整转速;当机组并网运行时,可调整机组出力。
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第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统
(二)开度限制机构
1、组成 开度限制机构包括杠杆 STU、直角杆 IJK,以及与转速调整相似的控制
机构。 S端与配压阀 B之间是有间隙的连接。这一套机构可以人为限制接力器的开
度,也可以实现开、停机操作。
2、限制开度作用 配压阀 B上升时,接力器向右移动,即加大开度。随着开度
的增加,通过传动杆件造成 S下降。 S端的下降位移与接力器行程的变化成正比。
接力器开大到一定值时,S端走完原有间隙 Δ,将使配压阀限制在中间位置及以下。
此时配压阀不能上升,接力器也就不能继续开大,其开度就达到了限制值。
限制开度的大小与 S和 B之间的间隙 Δ相对应,这可由人来调整。搬动手轮或
使电动机转动,都会经过减速器影响 T的高、低,即改变间隙己的大小。 T上升即
已加大,对应限制开度增加,反之则使限制开度减小。
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第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统
(二)开度限制机构
3、开、停机作用 机组静止时,接力器全关,离心摆滑套处于最低位置,配压阀
在中间位置封闭着油路。人为操作开度限制机构使 T上升,则杠杆 STU以 U为中心
顺时针转动,S的升高势必提起配压阀活塞,造成接力器打开导叶,机组转速将
逐渐提高。随着转速的上升,离心摆滑套也升高,将由杆 AOB的转动使配压阀下
降;接力器开大时反馈机构的动作也使配压阀下降;而开限机构杠杆的运动仍是
使配压阀下移封闭油孔。这样,人的不断操作将使接力器不断开大,机组转速也
逐步上升,最后会在额定转速稳定下来。
反过来,若在机组运行过程中人为使 T下降,则会强制配压阀下移,不断减小
接力器开度,直至完全关闭,从而完成停机操作。
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第二节 自动调速器的组成原理
七、水轮机调节系统的组成
调速系统
调速器
水轮机调节系统
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第一章 概 述
第三节 双调节调速器原理
一、转桨式水轮机双调节调速器
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第三节 双调节调速器原理
二、冲击式水轮机双调节调速器
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第一章 概 述
第四节 调速器的分类和标准系列
一、调速器的分类
1.按构成情况分类
由调速器主要元件的结构型式不同,可以分为机械液压和电气液压两大类。前
者完全由机械元件构成;而后者有一部分元件用了电子回路,由电气部分和液压
操作部分共同组成。
2,按输出动作分类
( 1)单调节调速器。只有一个执行机构,输出一个调节动作。如用于混流式、
轴流定桨式水轮机的调速器。
( 2)双调节调速器。具有两个执行机构,输出两个互相配合的调节动作。如用
于轴流转桨式及水斗式水轮机的调速器。
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第一章 概 述
第四节 调速器的分类和标准系列
一、调速器的分类
3,按工作容量分类
调速器的工作容量是指接力器在额定油压下走全行程所能作的功。它也表明了
主要元件的尺寸大小。调速器按工作容量不同分为:
( 1)特小型调速器。工作容量 345~ 2940Nm( 35~ 300kgm)。
( 2)小型调速器。工作容量 2940~ 9810Nm( 300~ 1000kgm)。
( 3)中型调速器。工作容量 14715~ 29430Nm( 1500~ 3000kgm)。
( 4)大型调速器。工作容量大于 29430Nm( 3000kgm)
中小型调速器在型号中用数字表明其工作容量大小( kgm)。大型调速器由于
工作容量很大,则用数字标明主配压阀的上阀盘直径大小( mm)
4.按调节过程的动作规律分类
当调速器的构成,特别是反馈元件不同时,其动作过程的规律会不同。按动作
规律的情况可分为:比例规律 ( P型)调速器;比例一积分规律( PI 型)调速器;
比例 — 积分 — 微分规律 ( PID型)调速器。
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第一章 概 述
第四节 调速器的分类和标准系列
二、我国调速器型号编制方法
根据部标 (JB2832-79)规定:调速器的型号由三部分代号组成,其间以,—,分
开。第一部分表示调速器的基本特征和类型,用汉语拼音的字首表达。第二部分
表示大、中、小型,如前所述用数字表达。第三部分以数字表示调速器的额定工
作油压。当额定工作油压为 2.5MPa (2.5X106Pa)及以下时不标注。调速器型号排
列顺序如下:
1— 大型无代号;中小型与油压装置组合在一起,代号 y;特小型通流式结构,
代号 T;
2— 机械液压无代号;电气液压代号 D;
3— 单调节无代号;双调节代号 S;
4— 调速器基本代号 T;
5— 调速器工作容量 (N·m );或主配压阀直径,mm;
6— 改型标记,经改型的用 A,B等标明;
7— 调速器额定工作油压,大于 2.5MPa的才标注,单位 MPa。
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第四节 调速器的分类和标准系列
三、我国调速器的标准系列
型式 类别 容量 序号 型谱系列 入谱产品 代用产品





单调
整式 特小型
1
2
3
4
TT-350
TT-750
TT-1500
TT-3000
TT-350
YTT-350
YTT-750
YTT-1500
YTT-3000
TT-1500
TT-3000
TT-750







单调
整式
小型
5
6
7
YT-3000
YT-6000
YT-10000
YT-3000
YT-6000
YT-10000
中型 89 YT-18000YT-30000 GT-15000CT-40
大型 1011 T-80T-100 T-100


单调
整式
中型 1213 YDT-18000YDT-30000
YDT-10000A
YDT-30000A
YDT-18000A
大型
14
15
16
DT-80
DT-100
DT-150
DT-100,150


双调
整式 大型
17
18
19
ST-80
ST-100
ST-150
ST-100,150


双调
整式 大型
20
21
22
23
DST-80
DST-100
DST-150
DST-200
DST-100 DST-150