水轮机调速设备详解

8.4.1 切击式水轮机的双重控制

通常采用双重控制对切击式水轮机进行调速，如喷嘴中的喷针和折向器。

负荷变化较小时，喷针调节控制本身就可以满足控制要求。然而快速甩负荷时，要采用折向器控制并限制转速的上升。接力器使折向器做旋转运动，使射流偏离转轮。

由程序控制的喷嘴根据折向器接力器的动作调整喷针的位置，直到流量与新的功率/负荷平衡适应为止。达到平衡后，折向器逐渐远离射流，回到射流边缘的停止位置。

通过调速器面板上的主控制阀控制折向器的动作。通过连接杆、转臂和连杆把接力器的动作传递给折向器。

接力器动作的反馈信号传递给控制阀。

每个喷针的程序控制都是通过凸轮盘实现的，凸轮盘由折向器的接力器驱动。凸轮特有的形状作为喷针控制阀的输入函数，可以打开控制阀把喷针调整到正确的位置上。

在阀门开度到达中间位置以及根据参考喷针移动到正确的位置之前，喷针动作的反馈信号要一直控制阀门的开度。

喷针的控制柜应尽可能靠近喷嘴以简化反馈系统，缩短油压管的长度。

在切击式水轮机调速器的最新设计中，都采用电子器件和单独的电液伺服系统来实现折向器和喷嘴的控制功能。在反馈系统中也常采用电子器件。这样大大简化了带有机械转臂和连杆的接力器的构造。

8.4.2 混流式水轮机的旁通控制

8.4.2.1 功能与总体布置

高水头混流式水轮机电站中甩负荷后，必须要把部分瞬时流量引离水轮机。这样可以迅速关断水轮机的引水，并延迟压力水管中主流的关断时间，把压力上升降到最小。

通常在蜗壳中增设一根支管来实现流量的转移，如示意图8.1所示。支管系统中安装了旁通阀，通过水轮机调速器控制旁通阀的进水。导叶的动作控制阀门的开度。导叶动作与流量旁通的联合控制使压力上升与转速上升在甩负荷时得到控制。

图8.1 带有调节系统的旁通阀

AS—辅助接力器；MV—主阀；MS—主接力器；PS—中间接力器；VS—阀门接力器； BV—旁通阀；CV—止回阀；d1—速度控制孔；P0—油压

通过阀门的水流进入消能器，然后流入水轮机尾水管，如图8.2所示。(www.xing528.com)

图8.2 消能器

挪威的一家水轮机制造商采用这种旁通阀系统已有很多年了，这种设备的长期使用已经证明该系统是简单可靠的。

该控制系统的设计要点为确保压力上升的完全控制，即便阀门操作失败也不例外。在这种情况下，导叶的关闭速度为压力上升允许范围内的给定速度。此时转速比正常值稍高一点，但并不太严重，因为发电机可以承受短时间内机组的飞逸转速。

8.4.2.2 阀门控制系统

图8.1为阀门系统和主接力器控制的示意图。辅助接力器AS通过主阀MV控制导叶接力器。双动式接力器MS通过控制环转动导叶。中间接力器PS与控制环相连，复制导叶接力器MS的动作。

通过孔口d1的供油压力P0给中间接力器PS加压。旁通阀接力器VS与中间接力器PS是通过液压连接的。在静止的条件下，由于活塞两侧的面积不同，旁通阀接力器处于关闭位置。

导叶接力器MS关闭时，来自于中间接力器PS的润滑油流过孔口d1进入收集器。如果关闭速度超过一定值，孔口d1使阀门接力器VS开放区域的压力增加，VS开启。

为了避免限制导叶的动作，与孔口d1并联连接了一个止回阀CV。

阀门接力器VS相对于中间接力器PS的容积大小取决于满流量时旁通阀的开孔大小。

8.4.3 轴流转桨式和灯泡贯流式水轮机的双重控制

通过导叶叶栅控制与转轮叶片控制的最佳配合，可以使轴流转桨式水轮机和灯泡贯流式水轮机的效率达到最优。

可以采用机械液压或电动液压操作实现这两个控制功能的配合。联合装置通常位于水轮发电机组的顶部或旁边。

机械液压式联合装置集成在转轮叶片的控制系统中，由以下部分组成：主阀、反馈机制、联合控制功能曲线按钮、受油器的连接管路。

联合控制功能是指：通过主阀为转轮叶片的操作提供润滑油；根据控制函数曲线盘片确定转轮叶片的位置，盘片由导叶控制进行调节；反馈主阀的阀芯位置。

电动液压联合装置接收导叶叶栅位置的电反馈，这种情况下联合控制功能是以电子方式实现的。电动液压伺服阀操作接力器。