机械液压调速器

一种带油压装置的机械式单调节调速器

机械液压调速器的感知测量元件、决策元件与执行元件均为机械或机械液压元件，故称之为机械液压调速器（Mechanical hydraulic governor）。水电厂常用的有T、ST和YT型机械液压调速器。T型单调节机械液压调速器的主要部件包括飞摆（测量元件）与引导阀、主配压阀与辅助接力器（放大元件）、缓冲器（软反馈）、调差机构（硬反馈）、变速（亦称转速调整）机构、开度限制机构、启动装置、电磁双滑阀和启动阀以及滤油器等。 ST型双调节机械液压调速器，除包括上述部件外，还增设轮叶调节装置，它主要由协联机构、液压放大机构、水头调整装置和轮叶启动装置构成。YT型机械液压调速器在结构上与T型机械液压调速器大同小异，差别不大，不过，它是一种带油压装置的机械式单调节调速器。

自动调节机构

1、飞摆（离心飞摆）。用于水轮机转速感知与测量，把水轮机的转速变化转化为机械位移量。离心飞摆南钢带、重块和弹簧等构成，飞摆由与机组同步的飞摆电动机带动旋转，感知和测量机组转速，与给定机组转速比较，根据其偏差产生机械位移，发出调节指令。

2、引导阀与辅助接力器。引导阀是一个信号综合元件，一方面要比较水轮机的实际转速与给定转速，另一方面，它又是一套机械液压放大元件，可以把飞摆产生的位移信号、液压控制信号，通过其液压控制作用放大飞摆产生的微小位移信号。引导阀南针塞和转动套等部件组成，转动套与飞摆相连，随机组转速变化产生位移，控制通向辅助接力器的液压油路。而辅助接力器接收来自于引导阀的信号，对主配压阀进行操作，南此完成对引导阀信号的第一级放大。

3、主配压阀与主接力器。主配压阀是第二级液压放大元件，主配压阀的活塞与辅助接力器活塞联动，控制主接力器的液压油路，对主接力器进行控制，实现飞摆信号的第二级放大。

4、硬反馈元件。包括残留不均衡机构及其传递杆件。在自动控制系统中，调节信号的反馈是保证达到调节目标、降低过调量并使调节系统的工作稳定的重要环节。硬反馈元件通过杆件等刚性机构及时将执行元件的动作结果传递给综合元件引导阀，经引导阀与给定值比较，当达到调节目标时，对执行元件发出停止指令。

5、软反馈元件。包括缓冲器及其传递杆件。尽管调节系统通过硬反馈将调节系统执行信号反馈到引导阀，使调节系统达到目标值时及时停止调节进程，但却难以使引导阀回到原始位置。而且，由于机组的惯性等因素，仅靠硬反馈难以保证调节过程的稳定性。而软反馈环节利用缓冲器的暂态反馈特性是执行元件达到调节目标时及时停止动作，又利用缓冲器从动活塞的回复作用使引导阀针塞在调节完成后回到原先的位置。缓冲器的缓冲特性又配合了机组和调节系统的的惯性，使调节过程实现稳定。因此，软反馈对调节系统的稳定性起到至关重要的作用，缓冲器又称为调速器的镇定元件。

机械液压调速器的主要元件飞摆、引导阀、主配压阀、主接力器、缓冲器的结构原理如图1所示。

辅助控制机构

调速器的主要辅助机构有转速调整机构和开度限制机构。

转速调整机构通过手轮或电机调整引导阀针塞的位置而改变机组转速。并网运行的机组可以通过转速调整机构改变机组负荷。

开度限制机构是设置在引导阀和辅助接力器之间的一套液压控制阀，相当于一道关卡，在水轮机调节过程中，当导水叶开度达到给定的开度限制值时，开度限制机构会通过辅助接力器中断向主接力器开启腔供油，停止主接力器继续开启。

油压装置

油压装置是供给调速器操作所需压力油的储能设备。油压装置由压力油槽、集油箱、油泵、补气装置、安全阀和止回阀、仪表等组成，如图2所示。

压力油罐是储备压力油的容器，其中约30%容积为透平油，其余约70%容积是压缩空气，利用空气的弹性使压力油罐在调速系统操作时保持在一定的压力范围内。因此，压力油罐需要有补气装置及时补充机组操作中损耗的空气量。

油泵担负向压力油罐供油的任务、调速系统操作时消耗大量的压力油，操作后的压力油回到集油箱中，通过油泵打入压力油罐中重复使用，油压装置的油泵多采用螺杆油泵。为了保证压力油罐的安全，防止压力油罐的油倒流到集油箱，在油泵出口装有安全阀和止回阀。

工作原理

飞摆为测速元件，将机组转速（频率）变化的方向与大小转换成直线运动的机械位移，从而控制下一级元件；配压阀和接力器等为放大元件，缓冲器等反馈元件是稳定调速系统工作的稳定元件；油压装置专门供应调速器调节控制所需要的高压油源；自动调节机构和控制机构是为了实现机组启动、停机、带负荷和减负荷、保持额定转速等运行要求而设置的，监视仪表用以反映调速器的工作情况；保护装置的作用是保证机组运行安全。

调速器的自动调节过程包括导水叶开度调节过程、硬反馈作用过程和软反馈作用过程。

导水叶开度调节过程

当机组带负荷运行时，若外界负荷突然减小，机组的转速会升高，此时，离心飞摆1的转速电会同步上升，离心飞摆重块4所受的离心力增大，重块外张，下支持块7上移，带动引导阀转动套8上移，开通引导阀中孑L与下孔的通道，辅助接力器35上腔的油从引导阀下孔排出，使辅助接力器上腔压力小于下腔压力，则主配压阀阀体会同辅助接力器活塞34一起上移，接通压力油到主配压阀37关闭腔（左腔）的通路，主接力器活塞右移，关小导水叶开度，减少进入水轮机的流量，使机组停止加速，继而使转速降下来恢复到额定转速，，由此可见，导水叶开度调节过程是实现机组转速调节的关键、。

硬反馈作用过程

没有反馈环节的调节即使达到凋节目标也无法及时终止调节过程。而硬反馈是达到调节目标时终止调节继续执行的关键。硬反馈是通过辅助接力器活塞34、硬反馈杆件32、拉杆1 1、杠杆12作用于引导阀针塞9而实现的j在转速上升、飞摆外张、引导阀转动套位置升高，导致辅助接力器阀体J二移的同时，硬反馈机构通过杆件带动引导阀针塞（阀体）上移，回复至转动套的中间位置，中断辅助接力器上腔的排油通道，停止辅助接力器继续上移。由此可见，硬反馈作用是在调节过程进行的同时，把渊节的结果告知调节器，一旦达到目标，及时停止调节动作，防止调节过程无制约地不断继续。

软反馈作用过程

尽管通过硬反馈作用使引导阀回到了一个平衡位置，但这个位置并不是调节前的原始位置（针塞与转动套均高于原始位置），而且，主配压阀仍在继续向主接力器供压力油，主接力器仍在继续关小导水叶，如果没有其他环节的作用，主接力器将导水叶一直关到底。为了防止这样的结果，软反馈环节是不可缺少的，软反馈通过缓冲器、传递杆件、引导阀、辅助接力器共同作用，使辅助接力器活塞回中，带动主配压阀活塞回中，停止向主接力器供油，使主接力器停止动作停下来。软反馈的另一个作用是使引导阀在一个调节过程完成后回到原始位置。

软反馈机构的工作过程是，当机组转速升高导致主接力器关闭时，主接力器的反馈斜块使反馈杆上移，通过传递杆件使缓冲器主动活塞17下移、从动活塞14上移，压缩弹簧13在其作用下带动杆件使引导阀针塞上移，压力油经引导阀中孔进入辅助接力器上腔，使辅助接力器活塞及主配压阀活塞回中。另一方面，缓冲器从动活塞在压缩弹簧13的作用下下移，活塞下腔的油经节流孔排至上腔，从动活塞回中的同时带动引导阀针塞回中。经过调节，机组转速回复到额定转速，飞摆也同步回复到额定转速，引导阀转动套回复到初始位置。至此，引导阀、辅助接力器、主配压阀、缓冲器全部回中，机组在一个新的导水叶开度下以额定转速运行，整个调节过程结束。由此可见，软反馈作用是保证调节达到目标时执行机构停止动作和调节系统主要控制机构回中的关键。

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