汽轮机的调节及油系统

汽轮机的调节及油系统
当汽轮机轴直接与泵、鼓风机、压缩机等机器相连结时，这些机器的负荷变化会引起汽轮机轴功率的变化。

我们要求汽轮机能在各种可能遇到的运行情况下，安全可靠。

又有较好的运行特性，在长期正常运行时要求有好的经济性。

对于一般汽轮机要求在维持额定转速的条件下调变功率，以满足负荷需要。

也就是汽轮机的功率应满足外界负荷的要求，才能维持转速的稳定。

即N汽＝N负。

否则，就不能维持转速稳定。

如果发出的功率N汽高于N负。

那么转速便要升高。

由此可见，要维持汽轮机的转数稳定的基本条件，仍是汽轮机的功率与负荷需要的功率取得平衡。

由于汽轮机的功率与蒸汽消耗量之间有一定的关系，负荷的变化就要引起汽轮机蒸汽消耗量的对应变化。

所以，汽轮机的调节，可以通过一些机构来改变汽轮机的进汽量，以达到汽轮机功率的改变。

调节系统的任务是：调节汽轮机的转速使之在稳定工况下的规定值维持不变，当负荷变化时，保证转速的偏差不超过所规定的范围。

一．简单的调节系统（原理）
如图6－8所示是最简单的调节系统简图。

调速器1是离心飞锤式调速器，它的作用是感受转速变化的信号，它是由两个调速器轴旋转的飞锤和弹簧组成。

它通过一组减速齿轮或蜗轮蜗杆传动，由汽轮机主轴带动。

汽轮机转动后，调速器跟着一起转动。

飞锤由于绕调速器旋转而产生离心力。

离心力的大小和它的旋转半径成正比又和它的转速平方成正比。

当汽轮机在某一转速稳定进行时，飞锤由于离心力飞到一定位置，刚好使离心力同弹簧的收缩力以及滑环套筒等的总重量相平衡。

当汽轮机转速有变化时，假如变高了，离心力就增加了，超过弹簧的收缩力，使飞锤向外飞出一些，在新的位置上重新平衡。

这样汽轮机每一个不同的转速，调速器的飞锤就相应地有一个不同的位置。

飞锤的位置由滑环a的位移变成调速器的行程。

所以当转速变化时使a点上下移动。

a点移动就是讯号。

由于滑环的位移，使连杆ab以b点为支点作逆时针转动，并带动了错油门2的活塞向上移动，于是打开了通向油动机去的油路，使从油泵来的高压油，经错油门流入油动机活塞3上部油室，而油动机活塞下部的油将被油动机活塞压向油箱。

当油进人油动机上部时，此时调速阀4就关小了一些，减少了汽轮机的进气量，以满足负荷减小的需要。

在调速阀门逐
步关小，油动机活塞向下移动的同时，通过杠杆的作用使错油门活塞下移，至错油门活塞重新切断通往油动机的油口时油动机停止运动。

调节汽阀达到负荷相适应的开度后，调节系统又重新达到稳定。

当负荷增加时调节系统动作相反。

图6—9为简单调节系统原理方块图。

由上述过程看出，油动机活塞的动作是由错油门活塞动作所致，油动机活塞动作后又反过来影响错油门的动作，这种油动机活塞位移反过来影响错油门活塞位移的作用，称为反馈。

由于这种反馈使错油门活塞产生与原来方向相反的位移，称为负反馈，负反馈能使调节系统稳定。

调节系统要处于稳定状态，错油门活塞就必须处在断开油路的位置，对于图6－9所示调节系统，则错油门活塞的支点o必须处在原来的断开位置，使错油门活塞回到原来断开位置这一任务是由反馈装置来完成的。

在上述简单的调节系统中，调节汽阀是由油动机操纵的，油动机的提升是由压力油的油压和油动机活塞的面积决定的，只要提高压力油的油压或增大油动机活塞的面积，就可获得足够大的提升力。

而调速器只是用来操纵错油门的活塞可以做得较小，因而比较灵敏。

由此可知，任何一个调节系统都是由感应机构（调速器）、传动或传动放大机构（如：简单调节中的错油门、油动机及反馈装置）及配汽机构（调节气阀）等三部分组成
二、全液压调节系统
径向离心式泵调速器调节系统和旋转阻尼调速器调节系统都是全液压调节系统其原理如第一章第七节中液压传动工作原理。

图为汽轮机调速器调节系统
1.径向泵
2.压力变换器
3.错油门
4.油动机
5.调节汽阀
6.反馈油口
液压传动原理示意图。

它主要由径向泵1、压力变换器2、错油门3、油动机4和反馈油口6等组成。

径向泵1在入口油压为一定时，其出口油压仅随转速改变而变化，故用来作为汽轮机调节系统的调速机构。

当外界负荷减少时，汽轮机转速上升，装在汽轮机主轴上的径向泵出口油压Pl升高，压力变换器2的活塞上移，压力变换器的泄油口A面积减小，二次脉冲油压Px升高。

错油门3的活塞上移，压力油进人油动机活塞的下侧（上侧排油）油动机活塞上移，关小调节汽阀，汽轮机功率减小，使机组功率与外界负荷相适应。

在油动机活塞上移的同时，反馈油口6的泄油面积增大，二次脉冲油压Pr降低，当二次脉冲油压Px恢复到原来数值时，错油门活塞处于断开位置，调节系统重新稳定。

外界负荷增加时，调节系统动作过程与上相反。

三、液压传动系统的组成：
1．驱动元件：为液压泵，它是供给液压系统动力和流量的元件。

2．控制元件：为压力变换器，错油门，是控制液体流向的元件。

还有控制压力的元件。

3．执行元件：为油动机（液压缸）
4．辅助元件：有油箱、滤油器、蓄能器，冷却器及阀门、连接件等。

四、液压传动的优点：
（1）液压传动易获得较大的力或力矩，并易于控制。

（2）在输出同等功率的条件下采用液压传动，其体积小和重量轻，因此惯性小，动作灵敏，便于实现频繁的换向。

（3）液压传动可实现较大的调速范围，能较方便地实现无级调速。

（4）液压传动易于实现过载保护。

（5）液压传动因采用油液作为工作介质，对元件具有防锈性和自润滑能力，使用寿命长。

（6）液压传动便于布局，可较远距离操纵。

（7）液压传动易于实现系列化、标准化、通用化及自动化。

五、液压传递的应用：
液压传动在机泵运行中是重要组成部分——机泵的供油系统。

l. 油系统的组成：（以离心式压缩机组为例）
离心式压缩机组的油系统是根据压缩机的结构、工作压力、输送介质及机组驱动方式的不同，设计的不同系统和供油方式。

按油的作用，一般有润滑油系统、密封油系统、调节油系统和动力油系统。

（一）润滑油系统
润滑油系统的作用是在轴承中及摩擦表面上形成油膜，对轴承、增速箱、齿轮联轴节起润滑作用，并带走这些部件在运转中所产生的热量。

因此，油系统必须提供一定流量并具有一定压力的润滑油。

由于离心式压缩机组转速很高，油中若含有杂质、污物，将严重损坏轴瓦，轴颈、齿轮等。

因此，对润滑油的清洁度有严格的严求。

（二）密封油系统
高压离心式压缩机或工作介质是有毒、易燃、易爆气体的离心式压缩机，往往采用浮环密封或机械密封等轴封结构。

在这些机构中，密封油将通过轴与浮环、动环与静环的间隙，而这些间隙都是处在相对运动的动、静部件之间，不清洁的油将会磨损这些部件。

所以，对密封油除了要求一定的油压外，对油的清洁度也有较高的要求。

（三）调节油系统
采用汽轮机驱动的压缩机，汽轮机的调速保安装置都是用油压进行控制的，它除了要求油压稳定外，还要求油质十分洁净。

因为油中的杂质可能堵死错油门及起反馈或稳压作用的各细小油孔而使调节失灵。

（四）动力油系统
动力油是作为各动力缸的能源，如汽轮机的主汽门、调速汽门等，都是依靠动力油的压力推动缸活塞，通过连杆而动作的。

上述各油系统的油，在正常运转时由主油泵（或备用油泵）将油箱的油吸入、加压、输进系统中，经过油冷却器、油过滤器，通过各系统的调节间分别供给，如图1一53所示。

2、主要设备
（一）油泵
图1—53 油系统示意图
油系统一般有主油泵、备用油泵和事故油泵。

对于高压的压缩机，由于有高压密封油系统，所以还有高压密封油泵。

主油泵常用小型蒸汽透平驱动，备用油泵由电动机驱动。

当主油泵万一停车或出口压力降低到一定值时，备用油泵即可自动启动。

当主油泵和备用油泵因故障全停时，事故油泵自动启动，供给润滑油系统用油，以防止轴承等转动部件烧损。

事故油泵的电动机用电由事故电源单独供给。

目前，大机组的油系统已不设事故油泵。

油系统停运，则主机停运。

油泵的型式，根据油系统对油压和流量所需的高低和大小，以及对稳定性能的要求，可选用离心泵、螺杆泵或齿轮泵。

（二）油冷却器
油冷却器常为不锈钢列管卧式热交换器，用以降低油温。

一般设置两台，每台都可以单独运行，两台也可并联运行。

通过调节冷却水量，使出油温度保持在40～45 C。

（三）油过滤器
由于压缩机组对油系统的清洁度要求很高，因此，除了油泵进口设有粗过滤网外，经冷却以后的油还要经过精细的过滤器。

过滤器的网眼一般在10～40um之间。

（四）油箱
油箱主要用作贮存油，保证油系统循环的需要，油箱的有效容积一般为油系统供油量的5～6倍。

为守保持需要的油温，在油箱内设有加热装置。

（五）油蓄压器
在油系统中设有油蓄压（或蓄能）器（充氮气），其作用：一是微调稳定油系统的压力；二是当主油泵停车备用油泵启动瞬间，能够维持油系统一定压力，不至造成压缩机组误停。

（六）高位油槽
常用的有密封高位油槽和润滑高位油槽。

其作用：一是使轴封油具有稳定的压差。

轴封油压与轴封气压的压差由高位油槽到轴中心油位差所决定。

二是当遇到突然停止供油的情况时，密封油高位槽的油能自动供给轴封用，润滑油高位槽的油能自动供给轴承等机件润滑用，以保证压缩机安全停车。

（七）密封油排放系统分离器（浮子分离器）
通过装置将浮环密封、机械密封的漏油排放，将泄漏气通过装有孔板的管道放空或返回压缩机进口，以保证密封系统的正常运行。

油分离器中装有一个浮球自排阀，当器内存油升到一定位置时，排放阀受浮球浮力作用自动打开排油，当油位降到一定位置，排放阀受浮球自重则关闭。

※．PG——PL型调速器
一．调节系统的组成
①感应机构PG——PL型调速器通过减速齿轮与汽轮机主轴相连，感受机组的转速信号。

当转速变化时，调速器通过油动机活塞输出位移变化。

通过控制风压信号或手动旋钮也可以使油动机活塞输出位移变化。

把调速器看做一感应机构，油动机活塞的输出位移当做感应机构的输出信号。

②信号转换机构其任务是将PG－PL型调速器输出的位移变化信号转换为二次油压的变化信号，主要部件是压力变换器。

压力变换器的工作原理如图3－1－44所示。

该信号转换机构实际上是一通流放大机构，
对感应机构输出的信号进行第一次放大。

由
控制油路来的高压油经限流孔板后分为两
路，一路作为二次油压信号输出，另一路经
压力变换器的阀套窗口与随动活塞窗口的
重叠部分流出。

当工况稳定时，压力变换器
排油量稳定二次油压也就保持不变。

当阀套
位置发生变化时，就改变了阀套同随动活塞
的相对位置，即改变了排油面积，改变了排
油量，输出的二次油压也随之改变。

当阀套
上移时排油面积增加，二次油压减小。

而阀套向下移动时，排油面积减少，二次油压增加。

当滑阀运动时，随动活塞也随之运动，直至使作用在随动活塞上的油压力与弹簧力达到一个新的平衡状态为止。

调速器的输出位移与压力变换器输出的二次油压之间存在着一定的比例关系。

二次油压的变化取决于随动活塞的位置和弹簧的特性，所以可以通过调整弹簧的预紧力来调整二次油压与调速器油动机活塞输出位移之间的关系，若弹簧紧力增大，则作用在随动活塞上的弹簧拉紧力大于油压作用力，随动活塞上移，排油量减少，二次油压升高。

反之若弹簧紧力减小，则二次油压下降。

③放大机构由错油门和油动机组成，把二次油压的变化信号转化、放大后传到调节阀，改变调节阀的开度，调节机组转速。

错油门和油动机的结构如图3－1－45和图3－l－46所示，由滑阀、滑阀套筒、复位弹簧、油动机活塞、反馈斜铁和肘形架等组成。

在错油门滑阀套筒上开有上、中、下三排窗口，上、下两排窗口分别通向油动机活塞的上部和下部，在中间的窗口则与高压调节油相通。

在稳定工况下，错油门滑阀处于中间位置，将压力油通
向油动机活塞上侧和下侧的窗口挡死，油动机活塞处于平衡
状态，位置不变。

当二次油压发生变化时，错油门滑阀离开
中间位置，如二次油压增加，错油门滑阀向上移动，高压调
节油经滑阀套筒上侧窗口进人油动机上部，而油动机活塞下
部则与排油相通，油动机活塞在压差作用下向下运动，通过
杠杆使调节阀开大，机组转速升高。

在油动机活塞下移的同
时，反馈斜铁向下移动，由于反馈斜铁有一定斜度，推动肘
形架逆时针转动，增加复位弹簧的压力，使错油门滑阀向下
移动，回到中间位置，挡住向油动机的通油口，机组便在一个新的转速下稳定运行。

为使错油门滑阀工作灵敏，不产生卡涩，而采取了旋转式滑阀，滑阀中心通人高压油。

高压油经滑阀中心孔通到上部轮盘，轮盘上开有径向和切向通道，高压油沿切线方向向外喷射，油流的反作用力使滑阀产生旋转，如图3－1－47所示。

由于滑阀有一定的旋转速度，因而在滑阀的测表面上出现了较大的侧压力，这种力可以抵抗住使滑阀发生偏斜的歪斜力和偏压力，使错油门滑阀上、下移动灵活。

可以通过调节螺钉8（见图3－1－46）来增加或减少通入滑阀中心孔的油量，调节错油门滑阀的旋转速度。

另外，错油门滑阀除转动外还有微小的振动，在滑阀的导向活塞下部设有一油孔，在滑阀每转动一转时，此小孔瞬时与壳体上的排油孔相通，二次油流出，二次油压暂时降低，使滑阀产生一微小的向下位移，当小孔与排油孔错开后，二次油压上升，滑阀又回到正常工作位置。

滑阀的微小振动使它和阀套经常处于轴向相对
运动状态，故能改善滑阀的润滑，将静摩擦转化
为动摩擦，并能及时清除一些杂质，因此提高了
滑阀的灵敏度。

在滑阀每次短暂运动时，都有少
量的压力油流入油动机活塞的上侧或下侧，这就
引起油动机活塞和调节阀阀杆的脉动，避免了油
动机活塞或调节阀阀杆的卡涩，保证了这些部件
对调速器信号的迅速响应。

滑阀的振幅可用调节
螺钉6（见图3－1－46）来进行调节。

④调节阀及其传动机构最终完成改变汽轮机进
汽量、控制机组转速的任务。

汽轮机调节阀采用
提板式结构．五个调节阀分别安装在提板上，控制着五组喷嘴，提板通过两提升杆和传动机构由油动机驱动。

调节阀是按顺序依次开启的，前四个调节阀全开时，即可保证发出全部功率，第五个调节阀是为了有超负荷能力或在蒸汽参数较低（如初压、初温低，循环水温度高造成排汽温度高等）时用。

调节阀的结构如图3－1－48所示。

⑤启动器在开启汽轮机时，首先用
启动器将蒸汽主汽阀全开，再用启动
器逐步提高二次油压，慢慢打开蒸汽
调节间，汽轮机转速随之升高，当转
速达调速器工作转速后，再下旋
启动器，汽轮机转速也不再升高，这
时将启动器下旋到底并锁死，继续用
调速器升速。

启动器结构如图3－1
－49所示。

二．保安系统
1．电磁阀：
电磁间是一种电动保护装置，它装在危急遮断器前面的控制油油路上，当机组出现异常情况或其他原因要求立即停车时，在控制室可按停车按钮使电磁阀动作，将电磁阀后面的压力油泄掉，关闭主汽阀，使汽轮机停止运转。

另外，机组的各联锁信号动作，也是通过电磁阀将跳闸油泄压，使汽轮机停止运转。

电磁阀工作原理如图3－1－53所示。

①在正常工作状态下，滑阀I在弹簧力的作
用下使旁路I堵住，这时操作油只能向滑阀II
与阀体所构成的油腔进油。

滑阀II上端活塞的
下面在油压力的作用下，因旁路油口I被堵住，
因此滑阀II上端活塞的上面几乎无油压作用，
所以在油压的作用下，滑阀II上移到最上端。

在这种情况下，滑阀II的下端将泄油路C堵住，
于是控制油便通过油路b进入保安油系统
②若有切断信号送入电磁阀时（一般情况下，
电磁阀通电为正常工作状态，断电为切
断状态），滑阀I被提起，于是旁路I的压力油
进人到滑阀H上面活塞的上面，由于该活塞
上面与下面的面积不同，在油压差的作用下滑阀11下移到底，切断控制油通往跳闸油的通
道，同时跳闸油口b与泄油口C相通，于是跳闸油泄压，关闭主汽阀，汽轮机停止运转。

2．主汽阀
主汽阀（紧急切断阀、紧急停车阀）的结构如图3－1－54所示，它水平地安装在汽轮机缸体外部的汽室上。

汽轮机停车时，筒形活塞7和盘状活塞4不在一起，因此在开车过程中，首先将启动器上旋，建立开车油，使筒形活塞克服弹簧力和盘状活塞扣合在一起，成为一个整体。

再下旋开车手轮，建立跳闸油，继续下旋转开车手轮，开车油则逐渐泄压，于是筒形活塞和盘状活塞一起朝开阀方向移动，带动阀杆2和预启阀向开阀方向移动，预启阀先开，主蒸汽经预启间进入汽轮机的蒸汽室。

预启间全开后，阀杆2便带动主阀开启，直到主阀全开为止。

主汽阀全开后，跳闸油一直处于充压状态，一旦发生紧急情况，则保安系统使跳闸油突然泄压，主汽间在弹簧力的作用下迅速关闭。

主汽阀长期不动，为防止阀杆和填料卡涩，主汽阀有一试验装置，定期进行试验使阀杆活动。

试验时向试验活塞外侧通跳闸油，由于试验活塞的受压面积大于盘状活塞的受压面积，所以试验活塞和筒形活塞一起向主汽阀关闭方向移动一小段距离，主汽阀也关闭一小段距离，由于量小，不会造成进汽量的波动。

3．危急保安器
危急保安器结构如图3－1－55所示，偏心飞锤在
旋转时产生离心力，该离心力企图使飞锤向外飞出。

在正常转速时，压在偏心飞锤上的弹簧力大于偏心飞
锤产生离心力，偏心飞锤被弹簧压在导向环上。

转速
越高，偏心飞锤产生的离心力越大，当转速升到最大
允许连续转速的约110％（10741r／min）时，偏心飞
锤受的离心力超过弹簧力，偏心飞锤向外飞出，并走
完全行程。

偏心飞锤打在危急遮断器杠杆上，使危急
遮断器动作，切断前面控制油供应，并使跳闸油泄压，
主汽阀迅速关闭。

汽轮机在新安装和运行规定时间间
隔后都应进行脱扣试验，检查跳车转速。

超速试验做
三次，实际脱扣值应在10741r／min士1％范围内。

若
跳车转速不合适，可采取调整调节螺钉6，改变飞锤偏
心量的方法调整跳车转速，直到试验合
格为止。

4．危急遮断器
危急遮断器（快速跳车装置）的结构示意如图3－1－56所示，开车时首先抬起复位手柄，使滑阀处于右端（图中位置），滑阀上的右凸台堵上了泄油通道，控制油进油口3同出
油口4相通，建立起控制油，这时作用在滑阀上向右的油压力大于作用在滑阀上向左的弹簧力，松开复位手柄后滑阀仍保持在右端位置。

当机组超速，造成危急保安器动作后，跳车杆被抬起，通过机械传动，滑阀左移，在弹簧力作用下滑阀左移到头，滑阀上的左凸台堵住了控制油进油通道，同时危急遮断器的原出油口4同泄油通道5相通，使跳闸油回流泄压，主汽阀关闭。

当转子轴位移过大时，汽轮机轴上的凸台也会将跳车杆抬起，使跳闸油泄压。

另外出现
紧急情况时，人工打下复位手柄或控制油油压不足，作用在滑阀上的油压力小于弹簧力时，※都可使危急遮断器滑阀动作，跳闸油泄压，主汽阀关闭。

伍德沃德PG—PL型调速器结构如图6—11。

（1）油泵油泵为齿轮泵，它通过齿轮与工业汽轮机主轴连接。

油泵将高压油打入高压油系统，同时高压油通过蓄能器，蓄能器活塞上部有弹簧、当高压油作用在活塞上的力与弹簧的力相等时，活塞就被推上，侧边的油口打开，高压油通过油口，一部分反回到盛油器，使压力油系统中油压不能过高。

蓄能器的另一个作用是当油泵短时间不能供给足够的油时，蓄压器可暂时供油。

油泵的吸油端和排油端各设二个弹子阀，它是单向阀，用以防止油的倒流。

这种弹子阀的作用不受油泵的旋转方向的影响，当油泵做顺时针或逆时针转动时，阀的单阀效果依然不变。

（2）调速器的导向阀柱塞，导向阀柱塞也称错油门滑阀，柱塞在转动的套筒上做上下运动，控制油流入或流出油动机，是调速器各路油系统的控制枢纽。

当导向阀柱塞在中间位置时，即柱塞正好盖住套筒上的控制窗口，油动机内没有油进出，油动机活塞位置不动，工业汽轮机以稳定转速运行。

工业汽轮机转动时，带动调速器的轴一起旋转，飞锤转动时，产生离心力，使飞锤向外推移，经过销订将飞锤向外的力作用在柱塞凸缘的下面，柱塞受到向上的力，同时弹簧又作用在柱塞顶部，产生向下的力。

由离心力引起柱塞向上的力与弹簧向下的力如果相等，柱塞不动，如果向上的力大于向下的力，柱塞向上移动，反之，则向下移动。

当柱塞不动时，工业汽轮机转速不变。

即在稳定工况下工作。