第五章水轮机调速设备 第一节调速设备的目的与作用 一、水轮机调节的任务 通过调节流入水轮机流量的大小，是机组出力与外界负荷相适应，保证机组在额定 转速下运行，从而保证机组发出的电流颍率满足电力系统的要求。水轮机调节的具体任 务是： 1、随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力 2、保持机组转速和频率变化在规定范围内。 3、启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节（负荷分配）。 二、调节途径 水轮发电机组的运动方程式为 Jdo =M,-M: d山 (5-1) 式中：J一一机组转动部分的惯性矩，对一定机组为常数： 。一机转动角道度，。一品 d0一机组转动角加速度： M,一一水轮机的主动力矩，由水流对水轮机叶片作用形成，推动机组转动， M,=H1, M。一发电机的阻力矩，发电机定子对转子作用力矩与M,方向相反。 机组型号确定后则J为定位，当M一-M:时份0，则转迷隐定，机组定工作 若电力系统负荷变化时，则3引起发电机M,变化，M。≠M,就会使0≠O,会引起 两种结果： 1、M。>M,增负荷，则00，水轮机转这升高 d 从1、2可知，只要M。≠M,必会引起水轮机转速变化，而水轮机转速变化将会写 起电流须率的变化，若须率∫不变只需-0即M,-M。这就需要不断调整水轮机主力 1
矩M,来适应不断变化的发电机阻力矩M。水轮机引入流量的改变是通过调节水轮机导 叶开度来实现的。 水轮机随着机组负荷的变化而相应地改变导叶开度（或针阀行程），使机组转速恢复 并保持为额定值或某一预定值的过程称为水轮机调节。 N变化 一a变化 -Q变化 -n=ne) 调节实质：调节转速 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。 第二节水轮机调速设备组成、类型及选型 、调节设备的特性 在水轮机调节系统适应负荷变化而保持转速不变的过程中，其工作状态有两种： 是转速不变的稳定状态，二是调节过程的调节状态。这两种状态的特性不同，第一种状 态用调节系统的静特性来描述，第二种状态用动特性来描述 (一)静特性 机组负荷不变，则机组转速恒定，调节系统处于稳定状态下，此时机组转速与机组 负荷间的大系称为调速器的静特性。 (二)动特性 机组负荷发生变化时，调节过程中机组转速随时间的变化关系称为调速器的动特性。 二、调速器基本原理 (一)水轮机调速系统的组成 般由调速柜、接力器、油压装置三部分组成。 1、调速柜 控制水轮机的主要设备，能感受指令并加以放大，操作执行机构，使转速保持在额 定范围内。调速柜还可进行水轮机开机、停机操作，并进行调速器参数的整定。 2、接力器 调速器的执行机构，接力器控制水轮机调速环（控制环）调节导叶开度，以改变进 入水轮机的流量。 3、油压装 由压力汕罐，回汕箱，油泵三部分组成。 中小型调速器的调速柜，接力器和油压装置组合在一起，称为组合式；大型调速器 分开设置，称为分离式。 (一)调速器的基本原理 以机减夜压型为例来介绍周速器的工作原理。 机械液压式调速器主要有离心飞摆、配压阀、接力器、缓冲器、反馈系统等组成。 转速稳定时，飞摆1转速稳定，其下端点在A处，主配压阀2的活塞杆端点位于B,其 两活塞封住通向接力器3两端油口，接力器不工作，此为初始平衡状态。当机组转速变
化时，调速器开始工作。如负荷减小转速增加，飞摆离心力加大飞摆外张，下端到A 点，AOB杆转到AOB,位置，使配压阀活塞下移，接力器右腔与压力汕相通，左腔与排 油管相通，接力器活塞左移关闭导水机构，入流量减小，水轮机转速下降。飞摆为测速， 配压阀为放大，接力器为执行机构。 在调速器中仅由上述三个机构是不完善的，由于惯性的作用会形成过调，为改善过 调，还应设反馈机构8。当接力器左移关闭时，活塞杆推动滑块4左移，使8点上移，若 C点不动，D点则上移，使LMN杆绕N点顺时针转动，M上移，O点移到o'点，使 AOB杆占据AO'B位置，主配压阀回复中间位置不向接力器供油停止动作，避免过调 现象，接力器停止工作，A点、O点分居于A,、O位置，机组转速稍高于调节前的转 速，调节前后转速有偏差，它可有利于机组合理稳定地扣负电力系统分配的负荷。 机组正常运行时，有时需要人为地改变机组的转速和负荷，以完成同期并列和增减 负荷，故还设有变速机构图中9。L点除由8控制外，还可由C点控制，C点由9来调 整也可由人工操作。10为开度限制机构可开、停机。 (三)调速器的类型、系列 1、调速器的类型 (1)根据测速元件的不同，调速器可分为机械液压型与电气液压型两大类。 (2)按调节机构数目不同，分为单调节和双调节。单调节：接力器只调节导叶开度， 如ZZ、XL,但当尾水管水击压力不足安放空放阀时，为双调节：双调节：接力器调节导 叶开度、叶片装置角，调节针阀行程、折流器，如CJ。 (3)按调速器容量大小不同，可分为大型与中小型调速器。大型调速器的土配压阀 直径大于80mm:中型调速器的调速功在10000-30000N·m:小型调速器的调速功小于 0000N·m:特小型调速器的调速功小于3000N·m 2、调速器系列 目前，我国反击式水轮机调速器系列型谱调速器分为大、中、小和特小四个系列。 调速器的型号有三部分组成，中间用横线隔开，其形式为： 口口口口-口口一口 颜定油压2.5及以下不表示 改型顷序标记，A,B,C. 为调速丰配 同直径，中小型 调速器基本代号(T) 单调（无）双调() 机械液压型（无，电器液压型D》 通流式（），中小型带
(3)油压装置系列 油压装置型号由三部分组成，中间用横线隔开，形式为： 口口口口口口口口 无表 压力油襟数 改型顾序号，AB,C 压力油箱总容积m 油压地置x 分离式（无，组合式D 例：YZ-20W2-40,表示为分离式油压装置，压力油箱总容量为20m3,两个油箱 额定汕压为40×105Pa(4.0Mpa),第一次改型产品。 HYZ4,表示组合式油压装置，压力油箱容积为4m3,一个油箱，额定油压为2.5MPa 无第三部分表示压力油罐数为一个，额定油压小于2.5MP,油压装置系列型谱见表。 三、调速器的选型 1.中小型调速器的选型 中小型调速器是根据计算水轮机所需的调速功A查调速器系列型谱表来选择的。 反击式水轮机调速功的经验公式： A=(200~250)2 HD1(N·m) 式中：Hm一水轮机的最大工作水头，m: Q一一最大工作水头下水轮机发出额定出力时的流量，ms: D1一一水轮机转轮的标称直径，m: 200-250一系数，高水头取200，低水头取250。 般中小型水轮机系列产品均有配套调速器，其型号可直接选用。 2.大型调速器的选型 大型调速器调速柜，主接力器，油压装置分开，选择时应分开选配。 大型调速器是通过计算主配压阀直径查调速器系列型谱表进行选择的，选择时先由 机型定采用单调或双调，再计算主配压阀直径，来选定调速器型号。选择计算方法如下： (一)接力器的选择 1)导叶接力器的选择 大型调速器常用两个接力器来操作导水机构，当油压装置的额定汕压为2.5Mpa时， 每个接力器的直径d,按下列经验公式计算： 4
d.=D合Hm VD 式中：元一计算系数，查表5一3： b。一导叶高度，m: D1一一转轮标称直径，m: H一一水轮机最大水头，m。 若油压装置额定汕压为4.0Mpa时，接力器直径d,的经验公式为： ns-0. 根据计算的d,或d,查标准接力器系列表5一4选相邻偏大的直径。 接力器最大行程S计算经验公式： Smx=1.4~1.8)aom 式中：aoms一水轮机导叶最大开度(mm)由模型水轮机导叶最大开度ao计算出 计算式为：am=doD,n乙 式中：D。、Do。一一原、模型水轮机导叶轴心圆直径，m: Z。、Zom一原、模型水轮机的导叶数目。 转轮直径D>5m时用较小系数。把S单位化为m,则两接力器的总容积 y=2a号5s-ds.） 2)转桨式水轮机转轮叶片接力器的选择 转桨式水轮机属于双调节，除了选导叶接力器外还应选叶片接力器，转轮叶片接力 器装在轮毂内，其直径d。,最大行程S,容积V可按下列经验公式估算： d,=03-0.45Dp 2.5 (5-9) 式中：P。一一调速器油压装置的额定油压，Mpa:
D,一一转轮标称直径，m。 Scmx=(0.036~0.072)D 4 若D>5m,则系数用较小值。 (二)主配压阀直径的选择 通常主配压阀的直径等于通向接力器的油管直径。通过主配压阀汕管的流量为： T 式中：T,一一导叶从全开到全关的直线关闭时间，S。 则主配压阀直径为： 40 1.13 TV (m) πV 式中：Vm一管内油压的流速(m/s),额定油压为2.5Mpa时，'m=45ms:管短且 工作油压较高时取大值。 由计算得d选定调速器型号。 对于转桨式水轮机，在选调速器时，常使操作叶片与操作导水机构的主配压阀直径 相同，因转轮叶片接力器的运动速度比导叶接力器慢得多，故满足导叶接力器的主配压 阀必能满足转轮叶片接力器的要求。 〈三〉油压装置选择 油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，选择时以压力油罐的总容积V为 依据，V的经验公式为： 混流式水轮机：V=(18~20)严， 转桨式水轮机：V=(18~20)P+(4~5)P 若选定额定汕压为2.5Mpa时，可按计算的压力油箱总容积由表5一2中选择相近偏 大的汕压装置。 6