第九章 透平自動調(diào)節(jié)

透平自動調(diào)節(jié)第九章工業(yè)透平調(diào)節(jié)9-1引言9-2熱電式透平調(diào)節(jié)9-3多參數(shù)調(diào)節(jié)9-4工業(yè)透平調(diào)節(jié)9-5串級調(diào)節(jié)9-6結(jié)語1工業(yè)透平是為工業(yè)部門專門設(shè)計(jì)的，其用途非常廣泛，而且工業(yè)透平的自動調(diào)節(jié)與電站透平有不同之處9-1引言工業(yè)透平的特點(diǎn)：1.工作可靠、不依賴于外部電源、過載能力大2.可以用于熱能電能的聯(lián)合生產(chǎn)3.可利用工業(yè)部門產(chǎn)生的廢熱（如硫酸廠、煉鋼廠…）4.可以滿足高速、變速、大功率拖動的要求工業(yè)透平的主要形式1.背壓式2.冷凝式3.抽氣式2

背壓式是熱電聯(lián)產(chǎn)的一種重要形式；冷凝式長用于廢熱利用和或大功率拖動；抽氣式實(shí)際上就是冷凝式與背壓式的一體化。三種透平都可以用于等速發(fā)電或者變速拖動，工業(yè)透平與工業(yè)生產(chǎn)過程密切相關(guān)，對調(diào)節(jié)的要求具有多樣化的特點(diǎn)，所以調(diào)節(jié)系統(tǒng)要有較大的靈活性。本章目的：在分析工業(yè)透平（調(diào)節(jié)對象）特性的基礎(chǔ)上討論如何進(jìn)行調(diào)節(jié)的問題39-2熱電式透平調(diào)節(jié)一、背壓式透平調(diào)節(jié)

背壓式是指透平在一定的蒸汽壓力下將其排汽全部送給熱能用戶，電功率越大蒸汽量越大，供熱也就越多，反之亦然；供熱、發(fā)電之間一一對應(yīng)，所以一般不能同時(shí)滿足熱能和電能用戶根據(jù)以上分析可知，機(jī)組只能按電負(fù)荷運(yùn)行或者按熱負(fù)荷運(yùn)行：1.按電負(fù)荷運(yùn)行：熱能用戶大而電能用戶小，供熱不足由熱網(wǎng)或者抵押鍋爐來補(bǔ)足，需設(shè)速度自動調(diào)節(jié)以保證電負(fù)荷的頻率。1.按熱負(fù)荷運(yùn)行：電能用戶大而熱能用戶小，供熱不足由電網(wǎng)來補(bǔ)足，機(jī)組頻率和電網(wǎng)保持同步，速度調(diào)節(jié)不工作；為了保證供熱壓力恒定，需設(shè)壓力自動調(diào)節(jié)。4

注意：在機(jī)組并網(wǎng)和甩負(fù)荷時(shí)，機(jī)組均該由調(diào)速系統(tǒng)來控制，所以調(diào)速系統(tǒng)必不可少；甩負(fù)荷時(shí)調(diào)壓系統(tǒng)會反調(diào)（開閥門），所以必須消除這一現(xiàn)象。5二、抽汽式透平調(diào)節(jié)抽汽式透平在一定范圍內(nèi)可以同時(shí)滿足電負(fù)荷和熱負(fù)荷的需求。電負(fù)荷變化時(shí)直接影響機(jī)組的轉(zhuǎn)速，熱負(fù)荷變化時(shí)直接影響抽汽壓力。調(diào)節(jié)方式：不聯(lián)系調(diào)節(jié)、聯(lián)系調(diào)節(jié)不聯(lián)系調(diào)節(jié)：調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)之間互不聯(lián)系。工作方式如下：（1）假定電負(fù)荷變化而熱負(fù)荷不變，電負(fù)荷增加，機(jī)組轉(zhuǎn)速n降低，調(diào)速系統(tǒng)開大高壓調(diào)節(jié)閥，功率增加，同時(shí)進(jìn)汽量的增加引起抽汽壓力Pe增加，調(diào)壓系統(tǒng)開大低壓調(diào)節(jié)閥。高壓調(diào)節(jié)閥和低壓調(diào)節(jié)閥動作方向相同（2）假定熱負(fù)荷變化而電負(fù)荷不變，熱負(fù)荷增加，抽汽壓力Pe降低，調(diào)壓系統(tǒng)關(guān)小低壓調(diào)節(jié)閥以維持抽汽壓力的恒定，低壓透平功率降低，總功率降低，調(diào)速系統(tǒng)開大高壓調(diào)節(jié)閥維持功率平衡。高壓調(diào)節(jié)閥和低壓調(diào)節(jié)閥動作方向相反。6不聯(lián)系調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)：在不聯(lián)系調(diào)節(jié)中，無論是電負(fù)荷變化還是熱負(fù)荷變化，調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)都要投入工作。7不聯(lián)系調(diào)節(jié)方式的方塊圖如上圖（a）所示，調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)雖不聯(lián)系，但機(jī)組內(nèi)部是有熱力特性聯(lián)系的，所以會相互干擾，為了消除干擾須采用聯(lián)系調(diào)節(jié)，即調(diào)速器不僅控制高壓調(diào)節(jié)閥同時(shí)也控制低壓調(diào)節(jié)閥門；調(diào)壓器不僅控制低壓調(diào)節(jié)閥，同時(shí)也控制高壓調(diào)節(jié)閥，聯(lián)系調(diào)節(jié)的方塊圖如上圖（b）所示。82.聯(lián)系調(diào)節(jié):利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的聯(lián)系消除機(jī)組內(nèi)部的熱力聯(lián)系。用外部聯(lián)系來消除內(nèi)部聯(lián)系是有條件的（正則條件）。左圖所示的就是聯(lián)系調(diào)節(jié)。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速變化時(shí)調(diào)速器控制高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥作同方向運(yùn)動；當(dāng)抽汽壓力變化時(shí)調(diào)壓器控制高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥作反方向運(yùn)動。如果杠桿的比例關(guān)系設(shè)計(jì)得當(dāng)，則電負(fù)荷變化時(shí)只影響轉(zhuǎn)速而不影響抽汽壓力，熱負(fù)荷變化時(shí)，只影響抽汽壓力而不影響轉(zhuǎn)速。（靜態(tài)正則）9三、雙抽汽機(jī)組調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)參數(shù)：機(jī)組轉(zhuǎn)速n，中壓抽汽壓力Pe1，低壓抽汽壓力Pe2調(diào)節(jié)元件：高壓調(diào)節(jié)閥（m1），中壓調(diào)節(jié)閥（m2），低壓調(diào)節(jié)閥（m3）出現(xiàn)擾動時(shí)，閥門動作如下:（1）電負(fù)荷Nnm1Pe1m2Pe2m3

（2）中抽Ge1Pe1m2Pe2m3

功率nm1（3）中抽Ge2Pe2m3

功率nm1Pe1m2

為了使某一個(gè)被調(diào)參數(shù)變化時(shí)不干擾其他被調(diào)參數(shù)，如當(dāng)電負(fù)荷N變化只影響轉(zhuǎn)速n，這就要求調(diào)速器能同時(shí)可能告知m1、m2和m3工作，同時(shí)滿足正則條件，從而Pe1和Pe2不受影響。同理推及Ge1和Ge2發(fā)生變化時(shí)。10上圖為CC12機(jī)組聯(lián)系調(diào)節(jié)的工作原理。分析可知，經(jīng)過適當(dāng)配置，可以使系統(tǒng)滿足正則條件.119-3多參數(shù)調(diào)節(jié)所謂多參數(shù)是指調(diào)節(jié)對象的被調(diào)參數(shù)不只一個(gè)而同時(shí)有多個(gè)。工業(yè)透平調(diào)節(jié)往往屬于多參數(shù)調(diào)節(jié)。一、調(diào)節(jié)元件的數(shù)目被調(diào)參數(shù)不只一個(gè)，調(diào)節(jié)元件的數(shù)目必須不少于（一般等于）被調(diào)參數(shù)的數(shù)目。例如前面的雙抽汽機(jī)組有三個(gè)被調(diào)參數(shù)，它至少有三個(gè)調(diào)節(jié)元件。元件的形式可以變，但個(gè)數(shù)不能變。二、敏感元件的數(shù)目如果多參數(shù)調(diào)節(jié)的各被調(diào)參數(shù)之間是獨(dú)立變化的，則敏感元件的數(shù)目也必須不少于（一般等于）被調(diào)參數(shù)的數(shù)目；如果多參數(shù)調(diào)節(jié)中有些被調(diào)參數(shù)有固定的聯(lián)系，則這些有聯(lián)系的參數(shù)可以公用一個(gè)敏感元件來控制。三、信號的綜合和控制多個(gè)敏感元件，多個(gè)調(diào)節(jié)元件敏感元件如何控制調(diào)節(jié)元件？如果要求進(jìn)行聯(lián)系調(diào)節(jié)，則將要考慮信號的綜合和控制問題。12圖9-5所示的雙抽汽機(jī)組聯(lián)系調(diào)節(jié)是采用通流式放大器，可以看出通流式放大器能方便實(shí)現(xiàn)信號的綜合和控制，其形式為并聯(lián)式13并聯(lián)式只是一種綜合和控制方法，還可采用串聯(lián)式，混聯(lián)式或者差動活塞來實(shí)現(xiàn)串聯(lián)式和混聯(lián)式具體例子如下圖：串聯(lián)式排油口較并聯(lián)式減少了經(jīng)常性的耗油，但當(dāng)被調(diào)參數(shù)在兩個(gè)以上時(shí)采用串聯(lián)式有困難，可改用混聯(lián)式。14采用差動活塞（通過面積比）來進(jìn)行信號的綜合和控制的例子見下圖：15四、原則方案和工具問題透平調(diào)節(jié)的任務(wù)怎樣調(diào)節(jié)？（原則方案問題）怎樣實(shí)現(xiàn)？（工具問題）以熱電式透平為例來說明：（1）原則方案問題。背壓式透平調(diào)節(jié)中如按電負(fù)荷運(yùn)行則是速度調(diào)節(jié)而按熱負(fù)荷運(yùn)行則是壓力調(diào)節(jié)；抽汽式透平調(diào)節(jié)中采用聯(lián)系調(diào)節(jié)且設(shè)計(jì)需滿足正則條件。得到上述原則方案都要先對機(jī)組的特性和運(yùn)行條件作初步的綜合分析。（2）工具問題。實(shí)現(xiàn)原則方案的工具選擇主要根據(jù)制造廠慣用的部件來確定。為實(shí)現(xiàn)同一種原則方案，可以采用杠桿聯(lián)系，也可以采用液壓聯(lián)系或電氣聯(lián)系。16五、工況轉(zhuǎn)換問題左圖為一次抽汽透平的簡化工況圖。從圖中可以看出透平可能在（1）冷凝工況：沿著冷凝工況線；（2）背壓工況：沿著背壓工況線；（3）抽汽工況：工況圖所包含的整個(gè)面積之內(nèi)，三種工況下工作。冷凝工況和背壓工況都不存在聯(lián)系調(diào)節(jié)的問題；抽汽工作工況時(shí)，在兩個(gè)陰影區(qū)內(nèi)，聯(lián)系調(diào)節(jié)均遭到了破壞。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，如何保證機(jī)組從一個(gè)工況平穩(wěn)地、方便地轉(zhuǎn)到另一個(gè)工況，這一問題需要采取專門的措施，這便使得原則方案的內(nèi)容變得豐富。179-4工業(yè)透平調(diào)節(jié)工業(yè)透平的被調(diào)參數(shù)根據(jù)生產(chǎn)過程的需要，可能有透平的轉(zhuǎn)速、進(jìn)汽壓力、排汽壓力或抽汽壓力，被拖動的泵、壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)的流量或出口壓力或進(jìn)口壓力等。有時(shí)被調(diào)參數(shù)不只一個(gè)。一、冷凝式透平調(diào)節(jié)（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：和電站透平調(diào)節(jié)沒什么差別（2）進(jìn)汽壓力調(diào)節(jié)：當(dāng)工業(yè)透平只與廢熱鍋爐配合運(yùn)行發(fā)電時(shí)采用。透平進(jìn)汽壓力作為被調(diào)參數(shù)時(shí)（冷凝透平只有一個(gè)調(diào)節(jié)元件只能有一個(gè)被調(diào)參數(shù)），透平轉(zhuǎn)速只能靠電網(wǎng)維持，機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行則頻率不穩(wěn)。甩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要投入工作。（3）變速調(diào)節(jié)：拖動范疇，被調(diào)參數(shù)通常為泵、壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)的流量或出口壓力，稱變速流量調(diào)節(jié)或變速壓力調(diào)節(jié)。18上圖（a）為變速流量調(diào)節(jié)，當(dāng)管網(wǎng)阻力由RA增至RB時(shí)，為了使流量不變，機(jī)組轉(zhuǎn)速應(yīng)由n2增至n1；反之阻力降至RC機(jī)組轉(zhuǎn)速應(yīng)降至n3。由流量調(diào)節(jié)器來控制透平調(diào)節(jié)閥。（b）為變速壓力調(diào)節(jié)，由調(diào)壓器來控制透平的調(diào)節(jié)閥。19工業(yè)透平中冷凝式透平的運(yùn)行方式匯總于下表：20二、背壓式透平調(diào)節(jié)和冷凝式透平一樣，背壓式也只有一個(gè)調(diào)節(jié)元件，也只能有一個(gè)被調(diào)參數(shù)。背壓式透平要供熱，背壓可能要作為被調(diào)參數(shù)，所以運(yùn)行方式要復(fù)雜一些。（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：常用于單獨(dú)運(yùn)行，按電負(fù)荷工作，熱負(fù)荷由旁路或輔助鍋爐保證。（2）背壓調(diào)節(jié)：電負(fù)荷大于熱負(fù)荷，按熱負(fù)荷工作，調(diào)壓器控制透平調(diào)節(jié)閥。機(jī)組頻率由并列運(yùn)行的其它機(jī)組來維持。（3）進(jìn)汽壓力調(diào)節(jié)：只與廢熱鍋爐配合發(fā)電時(shí)可以采用，由調(diào)壓器來控制透平調(diào)節(jié)閥，機(jī)組頻率由電網(wǎng)維持，背壓由旁路或輔助鍋爐維持，甩負(fù)荷時(shí)調(diào)速器應(yīng)投入工作。（4）變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：同冷凝式透平。21上圖為一種背壓式透平拖動的系統(tǒng)簡圖，T1的排汽一般不能與T2、T3及熱用戶完全適應(yīng)，所以采用了旁路系統(tǒng)來維持系統(tǒng)的平衡。22工業(yè)透平中背壓式透平的運(yùn)行方式匯總于下表：23三、抽汽式透平調(diào)節(jié)一次抽汽式透平有兩個(gè)調(diào)節(jié)元件，也就可以有兩個(gè)被調(diào)參數(shù)，有可能在一定范圍內(nèi)同時(shí)滿足熱用戶和電用戶兩者的需求，抽汽式透平在某些情況下也可以按冷凝工況運(yùn)行或按背壓工況運(yùn)行。（1）轉(zhuǎn)速~抽汽壓力調(diào)節(jié)：由調(diào)速器和調(diào)壓器同時(shí)控制透平的高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥，在一定范圍內(nèi)能同時(shí)滿足熱電兩者需求，是基本運(yùn)行方式。（2）進(jìn)汽壓力~抽汽壓力調(diào)節(jié)：當(dāng)只與廢熱鍋爐配合運(yùn)行發(fā)電時(shí)常采用。機(jī)組的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)來維持，甩負(fù)荷調(diào)速器須投入工作。（3）變速調(diào)節(jié)：被拖動的泵或壓縮機(jī)的流量或壓力必須作為一個(gè)被調(diào)參數(shù)，兩個(gè)調(diào)節(jié)元件，可以同時(shí)有兩個(gè)被調(diào)參數(shù)，則另一個(gè)可選抽汽壓力以滿足熱負(fù)荷的需求。24工業(yè)透平中一次抽汽式透平的主要運(yùn)行方式匯總于下表：25四、抽汽背壓式和多次抽汽式透平調(diào)節(jié)當(dāng)工業(yè)過程對不同壓力的蒸汽有需求時(shí)，可用抽汽背壓式或多次抽汽式透平。被調(diào)參數(shù)和調(diào)節(jié)元件的增加使得調(diào)節(jié)方法和運(yùn)行方式變得復(fù)雜。但這類機(jī)組實(shí)際上是背壓式、冷凝式和抽汽式的一體化，因此可以用前面類似的方法處理。269-5串級調(diào)節(jié)一、單回路調(diào)節(jié)右圖（a）表示了最常用的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方塊圖，（b）表示了拖動壓縮機(jī)的情況（被調(diào)參數(shù)為壓縮機(jī)出口壓力），從圖中可以看出被調(diào)參數(shù)作為反饋信號形成一個(gè)閉環(huán)回路，這便是單回路調(diào)節(jié)。27二、多回路調(diào)節(jié)串級調(diào)節(jié)是一種多回路調(diào)節(jié)，上圖表示了壓縮機(jī)出口壓力采用串級調(diào)節(jié)的方塊圖，與圖9-12（b）相比，上圖多了一個(gè)調(diào)速器形成的內(nèi)反饋回路，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路的給定信號是被調(diào)參數(shù)通過調(diào)壓器來控制的，所以叫串級調(diào)節(jié)。外回路是主回路，內(nèi)回路是副回路。28串級調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：（1）串級調(diào)節(jié)的敏感元件不只一個(gè)，而調(diào)節(jié)元件只有一個(gè)，副回路被主回路包圍，主回路的調(diào)節(jié)參數(shù)才是被調(diào)參數(shù)。（2）副回路的作用是抵抗副回路內(nèi)產(chǎn)生的一切擾動，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)有較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。如圖9-13，當(dāng)壓縮機(jī)的工況不變，需要機(jī)組的轉(zhuǎn)速不變，這時(shí)如果透平的進(jìn)汽參數(shù)或者背壓變化，副回路將工作起來力求保持轉(zhuǎn)速不變，使被調(diào)參數(shù)受干擾的影響大為減