燃气轮机转速控制与汽轮机类似,燃气轮机直接控制进入燃烧室的天然气进气量。燃气轮机在火力发电厂带动交流发电机发电通常采用间接有差转速控制方式。通过在敏感元件调速器和燃料调节阀之间增加一级或二级中间放大后的调节系统为间接调节系统。放大器包括液压放大、电信号放大等多种形式。
以图2-10给出的一级液压放大间接调节系统为例。调速器不直接带动燃料调节阀,只用来带动圆柱形的滑阀。用滑阀来控制油动机,再通过油动机来带动燃料调节阀。滑阀位于中间位置时,其上、下凸肩正好遮住油口a、b。油动机活塞上腔和下腔的油被封闭,活塞静止不动。如转速升高,即Δx为正时,调速器滑环带动滑阀向上位移,B点向上移动Δy距离,油口a与高压油连通,而油口b与回油相通,在油压作用下,油动机活塞向下移动,带动燃料调节阀向减小燃料供给量的方向移动。与此同时,油动机活塞杆在C点通过杠杆带动滑阀向下,直至滑阀重新回到中间位置,上、下凸肩重新遮住油口a、b,油动机停止动作。调节过程终了时滑阀必须回到中间位置,即B点Δx与燃料调节阀Δz之间一一对应。从静态角度看,调速器滑环位移和燃料调节阀位移的关系与直接调节相似,只是通过油动机活塞带动燃料调节阀的开关,因此该间接转速调节系统也为有差调节系统。
图2-9 不同锅炉汽轮机控制方式下的响应
图210 一级液压放大间接调节系统
间接转速调节框图如图2-11所示。在此间接转速调节系统中,调速器滑环带动滑阀使油动机动作,而油动机本身反过来又带动滑阀,它带动的方向是使由Δx所引起的Δy减少,即抵消前者的作用,使油动机停止动作。图2-11上环绕油动机和杠杆间的回返线所示,该作用环节称之为负反馈,在框图中用“-1”标示。在燃气轮机调节系统中会经常遇到这种负反馈。负反馈可通过机械、液压或电信号等形式实现。(www.daowen.com)
图2-11 间接转速调节框图
实际自动调节系统中,信号需经过多次放大传递。一个环节把自己的输出传递给下一个环节,下一环节再输出信号传递至再下一个环节。每个环节完成动作需要一个过程,如滑阀打开油口后油动机动作全程需0.2 s;由于高压燃气管线的充/放气需要一定时间,使得即使燃料调节阀位置变化,进气量也不会瞬间变化,这样就会导致后面环节的动作总要落后于前面环节。如果传递环节较多,最后环节的动作就会和前面信号相差很远,不易配合。调节系统中通过引入负反馈环节,能够及时把后面环节的动作通知前面环节,并根据后面环节的情况相应调整自己的动作,使得每个环节的动作更准确、适当。反馈环节是调节系统稳定的一个重要和必要的措施。
如果把间接转速调节系统油动机反馈的C的点去掉,把杠杆和油动机分开,另外新加一个支点D,图2-12所示。简单分析该系统的工作过程。当负荷减少时,转速增加,Δx为正,带动滑阀向上位移,把油口a与压力油相连,油动机活塞向下,减少燃料量供给。只要滑阀打开着,油动机活塞就会一直下行,直到惯性很大的转子把转速降下来使滑阀回到原来中间位置,油口a重新被遮盖,但此时油动机动作过了头,燃料量减少得太多了。图2-12间接转速调节系统燃气量的过度减少使得机组转速进一步下降,产生负的Δx位移,又把油口b与压力油相通,使油动机向增加进气量方向动作,可能使动作过头。这样来回反复,机组转速很难稳定下来。
图2-12 间接转速调节系统
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