[发明专利]汽轮机转速调节系统模拟实验装置及其方法

说明书

本发明汽轮机转速调节系统模拟实验装置及其方法，属于汽轮机转速调节控制领域，鼓风机产生高压气体高压气体通过智能反馈调节阀调节气体流量后再经过喷嘴结构加速驱动涡轮转动，驱动涡轮带动转子‑轴承系统运行，转子‑轴承系统在静止或者运行过程中，与转子‑轴承系统同轴转动的转速传感器采集转速信号，经过前置放大器放大后将信号传递给信号采集A/D，处理后的转速信号，通过控制单元计算智能反馈球阀开度信号，阀门开度信号通过信号转换D/A，并通过功率放大器放大后交予球阀执行机构执行，改变阀门开度调节驱动涡轮的进气流量，改变转子‑轴承系统的转速。本发明工作稳定，其工作过程、工作原理、实验功能能够有效模拟实际汽轮发电机组。

技术领域

本发明的汽轮机转速调节系统模拟实验装置及其方法，属于汽轮机转速调节控制领域，具体涉及一种汽轮机转速调节系统的转速测量与控制的实验装置。

背景技术

汽轮机发电机组是目前国际上主要的电能转化装置，汽轮机工作的一个重要保障是转速，例如中国汽轮机发电的频率是50Hz，即汽轮机工作转速必须保持在3000转/分附近。汽轮机通过调节系统调节汽轮机主汽门的开度，保持汽轮机的工作转速恒定，当汽轮机工作转速低于3000转/分时，调节系统使主汽门开度增加；当汽轮机工作转速高于3000转/分时调节系统使主汽门开度减小，当汽轮机工作转速高于3200转/分时，调节系统使主汽门关闭，进行超速保护，使汽轮机停机。

汽轮机调节系统是汽轮机安全、可靠工作的重要保障。为了研究和模拟汽轮机转速调节系统的工作原理和调节系统特性，常采用汽轮机转速调节系统模拟实验装置，进行工况模拟。目前用于模拟汽轮机转速调节系统的实验台较少，高校中有通过液压机构控制油门，调节发动机转速，该装置无法有效模拟汽轮机调节过程。

针对上述存在的问题，考虑到汽轮机调节系统对汽轮机安全、可靠的重要作用，研究设计一种通过电气设备调节驱动涡轮转速的实验装置，从而加深高校学生或其他人员对汽轮机转速调节控制过程的理解。

现有的模拟汽轮机转速调节系统的实验台缺点主要有以下几方面：

（1）大多为静态调节，无法根据实际转速的反馈值自动进行闭环的动态控制。

（2）搭建成本较高、测试过程中噪声明显。

（3）调节系统的延迟较大，测试时间较长。

术语解释：

自动调节系统：自动调节系统是一种反馈系统，它的输出量基本保持不变或静态偏差有微小变化。可以利用仪表和设备使生产过程自动地维持在规定的工况下运行。

静态特性：调节过程结束后，在稳态情况下，各元件参数（转速、压力、功率、位移）的相互关系，成为调节系统的静态特性。

动态特性：在调节过程中各元件的运动规律和相互关系叫做调节系统的动态特性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于Simulink的汽轮机转速调节系统模拟实验装置及其方法，其工作稳定且操作方便。该模拟实验装置的工作过程、工作原理、实验功能均能够有效模拟实际汽轮发电机组。不但能够实现转速调节过程中的静态特性测试，还可以实现调节系统的动态特性测试。

为达到上述目的，本发明一方面提出的技术方案是汽轮机转速调节系统模拟实验装置，其包括鼓风机、变频器、智能反馈调节阀、驱动涡轮、转子-轴承系统、转速传感器、加载轮盘、支承装置、工控机及PC机；

所述的工控机包括前置放大器、信号采集A/D、控制单元、信号转换D/A、功率放大器、5V电源及24V电源；

所述的鼓风机上设置变频器，鼓风机通过气动软管与智能反馈调节阀相连接，智能反馈调节阀连接至驱动涡轮的进气蜗壳；

所述的汽轮机转速调节系统模拟实验装置中驱动涡轮、转子-轴承系统、转速传感器、加载轮盘同轴依次连接；