机械超速遮断系统是一套飞锤式机械超速保护机构，是不同于电子超速遮断系统，它不受电信号（ETS停机信号）的影响而能直接遮断汽机。机械超速遮断系统大致包含低压安全油供油系统、危急遮断器、超速遮断机构、超速遮断阀复位装置、超速遮断机构校验装置等主要部分。低压安全油供油系统借用机组主油泵（润滑油泵）出口高压油源，经节流减压和溢流阀稳压形成安全油压；危急遮断器包括弹簧保持环、飞锤、飞锤弹簧、平衡块和危急遮断器体等零件；超速遮断机构包括碰钩、遮断滑阀、试验滑阀、手动试验杠杆和手动遮断与复位杠杆等；超速遮断阀复位装置包括一个气缸和一个电磁阀等元件；超速遮断机构校验装置用于对危急遮断器进行喷油试验等。
危急遮断器安装在转子的延伸端上，飞锤的重心与汽机轴线有偏心，转子转动后带动危急遮断器转动，飞锤因偏心而产生离心力。在额定转速运行时，由于飞锤的离心力小于弹簧的预压缩力，因此，飞锤不能击出。当机组超过额定转速的9%～11%时，飞锤产生的离心力克服弹簧的预压缩力而出击，击打碰钩，使碰钩旋转，带动危急遮断滑阀向右移动，打开机械超速与手动遮断母管的泄油口，从而使隔膜阀在内部膜片与上下压差的作用下打开，泄去高压抗燃油的安全油AST油压，造成所有的主汽阀与调节阀关闭，使机组紧急遮断。也可以通过扳动就地的手动遮断手柄到“遮断”位置，遮断复位连杆推动碰钩旋转，直接动作危急遮断滑阀，使机组遮断，与飞锤原理相同。
当机械超速机构已经遮断汽轮机组，需要重新复位时，需手动推动手动遮断手柄至“复置”位置，并保持一会，该手柄带动遮断复位连杆，使遮断复位杠杆逆时针旋转推动碰钩，带动危急遮断滑阀向左移动，重新封闭机械超速与手动遮断母管的泄油口。使隔膜阀上部的油压上升，隔膜阀下部的AST油压建立，机组复置。也可以通过遥控复置电磁阀与复置汽缸，在集控室内，实现远方挂闸。通过给电磁阀通电，压缩空气通过该电磁阀进入气缸下部，气缸上部通大气，气缸活塞向上移动，推动遮断复位手柄动作。当限位开关检测到气缸行程终了时，电磁阀断电，气缸活塞返回，挂闸后，手动遮断复位手柄自动回到“正常”位置。
可通过喷油试验，来检测机组正常运行时试验机械飞锤是否正常。当转速一定，飞锤所受的离心力一定时，飞锤飞出所需的推力也就是一定的。试验前必须把试验手柄扳至“试验”位置，将脱扣油和到隔膜阀的油压断开。打开喷油试验阀，主油泵来的高压油以很快的速度冲进飞锤所在的腔室，增加飞锤的离心力。如果飞锤飞出的喷油压力与设定值相同，就能保证飞锤在预定的转速下飞出，使脱扣油泄压。由于脱扣油和系统已经隔开，控制隔膜阀的母管油压却不会下降，因此不会引起隔膜阀动作。
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