汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期處于高溫、高壓狀態(tài)，工作條件十分惡劣，特別在低負(fù)荷工況下調(diào)節(jié)閥承受的壓差巨大，極易造成閥門零部件的沖蝕。為改善調(diào)節(jié)閥工作狀態(tài)，減小汽流帶來(lái)的沖擊，通?？刹捎枚嗉?jí)降壓式的結(jié)構(gòu)，如多層套筒式、多級(jí)閥芯式等，以提高調(diào)節(jié)閥的抗沖蝕性能，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
1 耐腐蝕調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
汽輪機(jī)采用節(jié)流調(diào)節(jié)，蒸汽調(diào)節(jié)閥為套筒結(jié)構(gòu)，由于長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，滑閥腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重。
蒸汽調(diào)節(jié)閥應(yīng)根據(jù)汽輪機(jī)的使用要求實(shí)現(xiàn)：
(1)在高壓差和小流量工況下具有良好的耐腐蝕性。
(2)在大流量工況下壓降小，減少汽輪機(jī)進(jìn)氣壓力損失。
(3)調(diào)節(jié)閥流量特性曲線光滑連續(xù)，滿足機(jī)組調(diào)節(jié)要求。
為使蒸汽調(diào)節(jié)閥滿足上述功能要求，采用分段設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
圖1 改進(jìn)蒸汽調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖
調(diào)節(jié)閥采用套筒結(jié)構(gòu)，蒸汽從閥體底部進(jìn)入，調(diào)節(jié)閥節(jié)流后從側(cè)面流出。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由鼠籠和套筒組成:鼠籠結(jié)構(gòu)用于調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度小(流量不足30%)時(shí)的高壓差工況；套筒采用一定型號(hào)線的窗口，用于調(diào)節(jié)大流量工況(流量超過(guò)30%)。
鼠籠結(jié)構(gòu)采用小孔多級(jí)節(jié)流的形式，分為五級(jí)。各級(jí)小孔的直徑和數(shù)量不同，通流面積從一級(jí)逐漸增加到最后一級(jí)。高壓蒸汽從閥體進(jìn)入鼠籠后，從內(nèi)圈逐步膨脹到外圈，最后流出調(diào)節(jié)閥；第一級(jí)鼠籠孔布置在滑動(dòng)閥底部。當(dāng)調(diào)節(jié)閥打開(kāi)時(shí)，第一級(jí)和第二級(jí)鼠籠的通流面積可以同時(shí)改變；為了滿足汽輪機(jī)調(diào)節(jié)的需要，第一級(jí)鼠籠孔由上到下逐漸增加，使調(diào)節(jié)閥的通流面積和開(kāi)度等百分比。
計(jì)算2 調(diào)節(jié)閥流量特性
2.1 調(diào)節(jié)閥流量特性的計(jì)算
蒸汽調(diào)節(jié)閥流量特性計(jì)算參數(shù)主要包括：
(1)套筒和鼠籠結(jié)構(gòu)在不同開(kāi)度下的總通流面積:
（1）
(2)調(diào)節(jié)閥流量公式:
（2）
式中：p0調(diào)節(jié)閥門前壓力；υ0調(diào)節(jié)閥前蒸汽質(zhì)量體積；Φ為閥門流量系數(shù)βυ彭臺(tái)門系數(shù)。
(3)彭臺(tái)門系數(shù)公式:
（3）
式中：ε調(diào)節(jié)閥前后蒸汽壓比；εc蒸汽的臨界壓比。
♂
(4)弗留格爾公式:
（4）
式中：Qc、Qcp額定工況下噴嘴變工和流量；p1、p1p額定工況下噴嘴前變工和壓力；p2、p2p分級(jí)后變工和額定工況時(shí)的壓力。
(5)流量守恒公式:
（5）
根據(jù)上述計(jì)算公式，可以找出調(diào)節(jié)閥的流量特性，即在不同開(kāi)度下調(diào)節(jié)閥的流量
（6）
計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。由于采用分段設(shè)計(jì)，相對(duì)開(kāi)度為0.33(即鼠籠結(jié)構(gòu))調(diào)整時(shí)斜率較??；相對(duì)開(kāi)度=0.曲線斜率立即增加，當(dāng)相對(duì)開(kāi)度=1時(shí)，流量達(dá)到最大值。
圖2
2.2 間隙流對(duì)流量特性的影響
上述計(jì)算不考慮滑動(dòng)閥與套筒之間間間隙對(duì)流量的影響。為了提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步分析了調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性。圖3為間隙流動(dòng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)圖。
圖3
當(dāng)調(diào)節(jié)閥處于小開(kāi)度狀態(tài)時(shí)，蒸汽一方面通過(guò)一級(jí)鼠籠孔，另一方面通過(guò)滑閥與套筒之間的間隙。在間隙流計(jì)算節(jié)點(diǎn)圖中，F(xiàn)g1為滑閥下端與套筒之間的間隙，F(xiàn)g2為滑閥上端與套筒之間的間隙，F(xiàn)h1一級(jí)鼠籠級(jí)鼠籠小孔的通流面積，F(xiàn)h2已打開(kāi)二級(jí)鼠籠小孔的通流面積，F(xiàn)h3為二級(jí)鼠籠小孔未開(kāi)啟的通流面積，F(xiàn)s套筒的通流面積；p0為閥前壓力，pa一級(jí)鼠籠和滑閥下間隙后的壓力，pb二級(jí)鼠籠后的壓力，pc第一次流過(guò)滑閥上間隙后的壓力，pd第二次流過(guò)滑閥上間隙后的壓力，pe閥后壓力；Q1～Q七是蒸汽流經(jīng)各處的流量。根據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和流量守恒方程：
（7）
在不同的開(kāi)度下，F(xiàn)h1、Fh2、Fh3.可根據(jù)前兩級(jí)鼠籠小孔的分布計(jì)算，F(xiàn)g1、Fg2可根據(jù)閥門結(jié)構(gòu)尺寸和閥前壓力給出p0和閥后壓力pe(即噴嘴前的壓力)，間隙泄漏后的總流量可以考慮Q。
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考慮間隙泄漏后，修正的開(kāi)度-流量特征曲線見(jiàn)圖4。與修正前的曲線相比，主要變化是開(kāi)度?。▁＜0.33)蒸汽流量增加；當(dāng)開(kāi)度較大時(shí)；（x＞0.33)由于壓差較小，間隙泄漏對(duì)整個(gè)流量的影響較小。
圖4 修正后的流量特征曲線
3 測(cè)試調(diào)節(jié)閥流量特性
調(diào)節(jié)閥試驗(yàn)臺(tái)原理見(jiàn)圖5。參與設(shè)備主要包括調(diào)節(jié)閥、汽輪機(jī)、負(fù)載等。調(diào)節(jié)閥開(kāi)度可以改變汽輪機(jī)的進(jìn)氣量，負(fù)載的變化可以使汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)不同功率的輸出。流量計(jì)、壓力表分別用于測(cè)量蒸汽流量、壓力、調(diào)節(jié)閥前后壓力和汽輪機(jī)排氣壓力。
圖5 調(diào)節(jié)閥試驗(yàn)臺(tái)
給定蒸汽參數(shù)和負(fù)載后，測(cè)量調(diào)節(jié)閥不同開(kāi)度下的通流量。圖6顯示了根據(jù)計(jì)算值和兩次試驗(yàn)結(jié)果獲得的開(kāi)度流特性曲線。
從圖6可以看出，試驗(yàn)值與計(jì)算值基本一致，但在小開(kāi)度狀態(tài)下，試驗(yàn)值略高于計(jì)算值，偏差的主要原因是：
圖6
（1）間隙的影響。在計(jì)算中，滑閥與套筒之間的間隙為給定值，與實(shí)際工作狀態(tài)有一定的偏差；此外，滑閥密封環(huán)也會(huì)產(chǎn)生一些泄漏，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥泄漏大于計(jì)算值。
（2）蒸汽參數(shù)和負(fù)載的影響。在試驗(yàn)過(guò)程中，蒸汽參數(shù)和負(fù)載有一定的波動(dòng)范圍，在小開(kāi)度時(shí)，即使蒸汽參數(shù)或負(fù)載波動(dòng)較小，也會(huì)對(duì)蒸汽消耗產(chǎn)生較大的影響。
(3)讀數(shù)誤差。開(kāi)度-流量特性曲線是根據(jù)調(diào)節(jié)閥不同開(kāi)度下蒸汽通流量的測(cè)量獲得的。由于開(kāi)度值是人工讀取的，難免會(huì)有一定的誤差，尤其是開(kāi)度小的時(shí)候，會(huì)影響流量特性曲線。
以上三個(gè)方面是小開(kāi)度下試驗(yàn)值與計(jì)算值偏差的主要原因。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增加，蒸汽流量大時(shí)，其影響降低。
4 結(jié)語(yǔ)
試驗(yàn)結(jié)果表明：
（1）滑閥與套筒之間的間隙增加了小開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)閥的流量，當(dāng)開(kāi)度增加時(shí)，間隙影響逐漸減小。
(2)調(diào)節(jié)閥流量特性的計(jì)算值與試驗(yàn)值一致，說(shuō)明給出的計(jì)算方法合理，能滿足工程計(jì)算要求。
(3)滑閥間隙、蒸汽參數(shù)、負(fù)載波動(dòng)、讀數(shù)誤差等因素是小開(kāi)度時(shí)試驗(yàn)值與計(jì)算值偏差的主要原因。
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