汽輪機(jī)主蒸汽流量的計算是汽輪機(jī)變工分析的重要環(huán)節(jié)，計算方法多種多樣，典型的使用汽輪機(jī)調(diào)節(jié)參數(shù)、主冷凝水流量、汽輪機(jī)水平參數(shù)等，在此基礎(chǔ)上，輔以必要的修正或現(xiàn)代數(shù)學(xué)處理，可獲得更準(zhǔn)確的主蒸汽流量。該流量是通過汽輪機(jī)的總主蒸汽流量。在某些情況下，如分析每個調(diào)節(jié)閥的特性，僅確定總蒸汽流量是不夠的，還需要通過汽輪機(jī)的每個調(diào)節(jié)閥獲得蒸汽流量。

大型汽輪機(jī)一般有兩種蒸汽分配方式：單閥和順序閥。如果每個調(diào)節(jié)閥及其相應(yīng)的噴嘴組完全相同，在不考慮閥門布置和閥門流場不均勻等因素的影響下，每個調(diào)節(jié)閥的流量相同，總蒸汽流量平均分配到每個調(diào)節(jié)閥。

當(dāng)順序閥分配蒸汽時，由于每個調(diào)節(jié)閥的開度不同，每個調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量不完全相同，每個調(diào)節(jié)閥中總蒸汽流量的分布比單個閥的分布要復(fù)雜得多。在大多數(shù)情況下，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，只有一個調(diào)節(jié)閥的開度處于不斷變化的狀態(tài)，其他調(diào)節(jié)閥基本完全打開。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度發(fā)生變化時，其蒸汽流量必然會發(fā)生變化，總蒸汽流量會發(fā)生變化，影響汽輪機(jī)調(diào)節(jié)水平后的蒸汽壓力，使全開調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量發(fā)生變化，通過各調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量難以確定。有必要找到一種簡單、實用、準(zhǔn)確的計算方法。

1 汽輪機(jī)主蒸汽流量的計算方法

使用主蒸汽流量G調(diào)整級壓力p_e如果主蒸汽壓力保持不變，上述方法可以表示為：

   （1）

汽輪機(jī)主蒸汽流量可以用相對值表示。比較標(biāo)準(zhǔn)要求的機(jī)組狀態(tài)為額定負(fù)荷，所有調(diào)節(jié)閥全開。因此，中下角標(biāo)記0用于表示上述狀態(tài)下的參數(shù)值，下角標(biāo)記e表示該參數(shù)為調(diào)整級后參數(shù)，下同。

顯然，公式(1)忽略了調(diào)節(jié)溫度Te在實際應(yīng)用中，變化對主蒸汽流量的影響會產(chǎn)生較大的誤差，一般采用以下方式：

   （2）

式（2）考慮到了調(diào)節(jié)級溫度變化對流量的影響，對式（1）作了一定程度的改進(jìn)。

   經(jīng)比較計算指出，由于弗留格爾公式在推導(dǎo)過程中使用了理想的氣體假設(shè)，當(dāng)該公式應(yīng)用于汽輪機(jī)的高壓段和低壓段時，會產(chǎn)生較大的偏差近5%，使用壓力p與質(zhì)量體積v來代替溫度T偏差可以大大降低。

調(diào)節(jié)級無疑屬于汽輪機(jī)的高壓級段，在計算分配函數(shù)中的主蒸汽流量時也會產(chǎn)生上述偏差。為了提高計算精度，使用p與υ代替T，進(jìn)一步改進(jìn)式(2)得到：

   （3）

所有參數(shù)都很容易獲得，所以更方便。

使用型(3)對汽輪機(jī)實際主蒸汽流量進(jìn)行比較計算，結(jié)論為:滑壓條件下，型(3)計算誤差小于0.5%，在定壓工況下，由于噴嘴配汽時調(diào)節(jié)級存在部分進(jìn)汽度，計算結(jié)果誤差可超過1%，但精度比式（2）有較大幅度提高。

2 級變工條件計算方法

忽略蒸汽質(zhì)量體積和反動度變化的影響，在認(rèn)可漸縮噴嘴出口壓力與流量呈橢圓關(guān)系的基礎(chǔ)上，得到：

   （4）

式（4）中：p₀表示級前壓力；p₂表示級后壓力；T₀表示級前溫度；ε_nc表示級臨界壓比；右下角多加一角標(biāo)1均表示變工條件參數(shù)，下同。

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公式(4)用于計算只有一級組成的變工條件時，誤差僅為0.7%，精度高。等級壓比ε_n=p₂/p₁，可以得到對式(4)輕微變形:

   （5）

顯然，如果您知道級別的臨界壓比，您可以通過級別的蒸汽流量來確定已確定的標(biāo)準(zhǔn)工況。級別的臨界壓比可以通過設(shè)計數(shù)據(jù)或測試獲得。

計算各調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量

大多數(shù)大型汽輪機(jī)使用噴嘴，每個調(diào)節(jié)閥對應(yīng)一個調(diào)節(jié)噴嘴組。調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量與相應(yīng)的調(diào)節(jié)噴嘴組相同，因此調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量可以通過計算調(diào)節(jié)噴嘴組的蒸汽流量來獲得。

總蒸汽流量通過調(diào)整級進(jìn)行調(diào)整G_a它由兩部分組成：一是全開調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量G_b，二是通過半開狀態(tài)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量G_c，有：

   （6）

如前所述，G_c的變化會對G_b影響。研究對象是全開調(diào)節(jié)閥后的調(diào)節(jié)級。當(dāng)半開調(diào)節(jié)閥開度發(fā)生變化時，可用于計算全開調(diào)節(jié)閥后調(diào)節(jié)級的蒸汽流量變化。

因此，通過調(diào)節(jié)噴嘴組的蒸汽流量可以通過以下步驟計算：（1）通過公式（2）或公式（3）計算G_a；(2)由式(5)計算Gb；(3)由式(6)計算G_c；(4)與噴嘴組的通流面積成正比G_b分配到全開調(diào)節(jié)閥。

4 應(yīng)用實例

某汽輪機(jī)為300MW、亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排氣、單軸、冷凝汽輪機(jī)N300-17/537/537.512.順序閥運行時，各調(diào)節(jié)閥(圖1中簡稱GV下同)開度與流量指令的關(guān)系見圖1。

圖1

當(dāng)汽輪機(jī)的額定負(fù)荷和調(diào)節(jié)閥完全打開時，主蒸汽壓力為15.2MPa，主蒸汽溫度為536℃，調(diào)整級后壓力為12.2MPa，調(diào)節(jié)級后溫度為486℃。以上工況為標(biāo)準(zhǔn)工況，主蒸汽流量記錄為100%。當(dāng)順序閥通過上述方法計算運行時，每個調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量見圖2。

圖2

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在順序閥模式下，調(diào)節(jié)閥GV2首先從全開狀態(tài)逐漸關(guān)閉，沿圖2中蒸汽流量GV2線變小，通過其他5只全開狀態(tài)的調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量沿AB線逐漸增加，到B點時，GV2全關(guān)，GV1開始關(guān)閉，沿圖2中的蒸汽流量GV1線變小，其他4個全開調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量沿BC線逐漸增加，到C點時GV1全關(guān)，GV以下過程與上述過程相似。GV5關(guān)小過程中，GV3、GV當(dāng)主蒸汽壓力保持不變時，6已達(dá)到臨界狀態(tài)，其蒸汽流量不再發(fā)生變化，表現(xiàn)為圖2中的直線。

在每個工作條件下，如果以當(dāng)時汽輪機(jī)總蒸汽流量為基準(zhǔn)，記錄為100%，則每個調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量相對值見圖3。調(diào)節(jié)級后蒸汽混合焓計算可輕松應(yīng)用于相對值表示的調(diào)節(jié)級流量。

圖3 順序閥調(diào)節(jié)閥蒸汽流量相對值

5 結(jié)語

使用調(diào)節(jié)級后壓力計算汽輪機(jī)主蒸汽流量時，要同時考慮調(diào)節(jié)級后溫度的變化，如果使用汽輪機(jī)排汽壓力與質(zhì)量體積替代溫度，則可以提高計算的精度。以全開調(diào)節(jié)閥后和各噴嘴組為研究對象，級的變工況計算公式可以應(yīng)用于調(diào)節(jié)級的變工況計算，通過半開狀態(tài)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量也可以隨之確定。實例計算結(jié)果表明：順序閥方式下，當(dāng)汽輪機(jī)一只調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小時，通過其他全開調(diào)節(jié)閥的絕對蒸汽流量逐漸增加，達(dá)到臨界狀態(tài)后，通過的絕對蒸汽流量不再變化。從圖3看，上述過程中，通過全開調(diào)節(jié)閥的相對蒸汽流量基本呈線性增加的。

需要指出的是，本文提供的汽輪機(jī)主蒸汽流量在各調(diào)節(jié)閥中的分配計算方法是基于主蒸汽流量等于通過調(diào)節(jié)級蒸汽流量的前提，這將增加計算誤差，在計算過程中不考慮各調(diào)節(jié)閥之間的重疊。因此，該計算方法適用于對計算精度要求不太嚴(yán)格的情況，特別適用于按相對值計算的情況。