0 前言
   為了保持與外部負(fù)荷的平衡，汽輪機(jī)通常需要調(diào)整其功率，決定汽輪機(jī)功率的最重要和最容易控制的因素是汽輪機(jī)的進(jìn)氣量。目前，常用的汽輪機(jī)蒸汽配置方法主要包括：噴嘴蒸汽配置、節(jié)流蒸汽配置、滑動(dòng)蒸汽配置、全電動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽配置、旁路蒸汽配置。噴嘴蒸汽配置作為最常見的蒸汽配置方式，主要由一些可變的蒸汽進(jìn)的調(diào)節(jié)水平和采用多閥系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥組成。汽輪機(jī)的第一流量靜態(tài)葉片分為幾個(gè)噴嘴組，與相同數(shù)量的調(diào)節(jié)閥相連，閥后空間相互分離，允許每個(gè)噴嘴組前建立不同的壓力，通過不同的流量參與流量調(diào)節(jié)。
   通常，當(dāng)噴嘴配汽調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉承受最大強(qiáng)度時(shí)，通常不會(huì)發(fā)生在最大流量條件下，而是發(fā)生在第二組調(diào)節(jié)閥未打開時(shí)。為了擴(kuò)大低負(fù)荷節(jié)流配汽的運(yùn)行段，提高調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)條件和氣動(dòng)階段進(jìn)氣加熱的均勻性，設(shè)計(jì)師可以使用Ⅰ閥、Ⅱ閥門同步打開，或Ⅰ閥、Ⅱ閥后連接方式1
   Ⅰ閥、Ⅱ閥后連接可有效降低葉片在低負(fù)荷運(yùn)行和小流量調(diào)節(jié)過程中的蒸汽彎曲應(yīng)力，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。通常，一個(gè)調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)于一個(gè)噴嘴組，兩個(gè)流道相互獨(dú)立，即閥門Ⅰ對(duì)應(yīng)噴嘴組Ⅰ，閥Ⅱ?qū)?yīng)噴嘴組Ⅱ，以下簡稱原閥，如圖1所示（a）；聯(lián)通閥連接閥后流道，即閥Ⅰ對(duì)應(yīng)噴嘴組Ⅰ、噴嘴組Ⅱ，閥Ⅱ也對(duì)應(yīng)噴嘴組Ⅰ、噴嘴組Ⅱ，以下簡稱聯(lián)通閥，如圖1所示（b）。這不僅降低了葉片強(qiáng)度，提高了穩(wěn)定性，而且與單個(gè)大閥門相比，兩個(gè)閥門連接不會(huì)增加閥門面積的油動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)。

圖1 調(diào)節(jié)閥示意圖

   1 計(jì)算聯(lián)通閥
   通常，在第一個(gè)閥打開后，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)闹丿B程度，以線性化流量升程曲線，避免下一個(gè)閥打開初始流量增加和功率減少引起的負(fù)載擺動(dòng)。對(duì)于本文中的閥門，重復(fù)量為8mm，原閥組流量升程曲線如圖2所示，后續(xù)閥門開啟時(shí)流量曲線變化率小，流量過渡平穩(wěn)。

圖2 閥組升程-流量曲線

   當(dāng)采用聯(lián)通閥結(jié)構(gòu)時(shí)，其流量計(jì)算與原閥不同。閥后噴嘴有流量公式
   （1）
   式中，p1、υ1.噴嘴前后的蒸汽壓力和比容；Fc噴嘴喉部面積；μ噴嘴流量系數(shù)；βc為噴嘴彭臺(tái)門系數(shù)。
   由于閥門的節(jié)流，焓值不變，即p0v0=p1v1，公式變?yōu)?BR>    （2）
   對(duì)于聯(lián)通閥結(jié)構(gòu)，當(dāng)閥門Ⅰ與原閥相比，噴嘴面積擴(kuò)大到原閥的兩倍。當(dāng)流量與原流量相同時(shí)，閥后壓力p1.彭臺(tái)門系數(shù)原閥的一半，調(diào)節(jié)閥βv函數(shù)也相應(yīng)變化，因此函數(shù)也相應(yīng)變化Qv=f（Qvcr，βv）變化如圖3所示。

圖3 實(shí)際流量-臨界流量曲線

   對(duì)于閥門Ⅰ、閥門Ⅱ：
   （3）
   式中，QⅠcr、QⅡcr為閥Ⅰ、閥Ⅱ臨界流量；βⅠ、βⅡ?yàn)殚yⅠ、閥Ⅱ彭臺(tái)門系數(shù)；QZ為閥Ⅰ、閥Ⅱ總流量；Qc為閥后噴嘴流量。
   而彭臺(tái)門系數(shù)僅為閥后壓力的函數(shù)，而閥Ⅰ與閥Ⅱ因此，閥后壓力相同βⅠ=βⅡ=βv，則

圖4 閥組升程-流量曲線對(duì)比

   
   又有Qvcr=f（L），根據(jù)上述新函數(shù)關(guān)系Qv=f（Qvcr，βv），立即可以找到出閥Ⅰ、閥Ⅱ的總流量QZ，閥組的流量升程曲線如圖4所示。
   可以看通閥在閥內(nèi)Ⅱ開啟初期出現(xiàn)了流量的突然上升，這是由于閥Ⅰ相應(yīng)的噴嘴面積增大，開啟過程中壓力隨升程增大，比原閥慢。同升程時(shí)，彭臺(tái)門系數(shù)大于原閥，流量相對(duì)增大。
   2 閥門線設(shè)計(jì)
   為了避免8的升程L當(dāng)流量突然增加時(shí)，需要調(diào)整現(xiàn)有的閥線?？勺冃途€包括：閥Ⅰ升程8＜L16型線，或閥門Ⅱ升程0＜L8型線?？紤]到結(jié)構(gòu)和工作量，決定對(duì)閥Ⅰ升程8＜L改進(jìn)了16型線。
   型線改進(jìn)方法選擇倒推法，即以給定的流量升程曲線為目標(biāo)函數(shù)，找出幾何約束，修正型線，然后檢查修正后的閥門型線。本文采用原閥流量升程QY為目標(biāo)曲線，圖4中的原閥升級(jí)為8L16時(shí)有流量曲線
   

   如果忽略了閥線修正的影響，則使用原閥線ΦⅠ值近似代替ΦA(chǔ)，βv值近似代替βAv，如圖5所示，可以找出目標(biāo)喉部面積-升程曲線。

圖5

   獲得目標(biāo)喉部面積后，可以確定閥門線。對(duì)于閥門Ⅰ新型線在L＜8mm保持不變，在L＞8mm根據(jù)幾何計(jì)算公式：
   （7）
   式中，Y為喉部間隙距中心距離；Δ喉部間隙距離。
   調(diào)整Y與Δ的值，使FAv'等于FAv，并在獲得不同升程時(shí)保證型線光滑連續(xù)Y值后，閥門型線可以構(gòu)造，如圖6所示。

圖6 新閥門型線

   3 閥門線驗(yàn)算
   獲得新的閥線后，需要重新計(jì)算，以驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，并評(píng)估新線閥的流量特性。根據(jù)上述情況CFD計(jì)算方法，新型線閥Ⅰ與閥Ⅱ?qū)εR界流量、彭臺(tái)門系數(shù)等值進(jìn)行聯(lián)算，如圖7、圖8所示。
   可根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果和上述公式獲得以下關(guān)系：
   （8）

圖7 新線臨界流量-升程曲線

圖8 新線閥后壓力-彭臺(tái)門系數(shù)曲線

   聯(lián)合解決上述7個(gè)方程Qv=f（L），即新線聯(lián)通閥的流量升程曲線，如圖9所示。從圖中可以看出，新聯(lián)通閥的流量特性曲線原閥的升程L＜16mm基本相同，避免了原聯(lián)通閥流量曲率不光滑的現(xiàn)象，使閥門流量Ⅱ平穩(wěn)過渡開啟后，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖9

   4 結(jié)論
   為了擴(kuò)大低負(fù)荷節(jié)流配汽的運(yùn)行段，改善調(diào)節(jié)葉片強(qiáng)度的設(shè)計(jì)條件，本文采用了閥后連接的結(jié)構(gòu)類型。根據(jù)理論公式，結(jié)合CFD數(shù)值模擬手段獲得了閥門的流量特性。采用倒推法改進(jìn)閥線，以給定流量升程曲線為目標(biāo)函數(shù)，找出幾何約束，修改型線，然后檢查新閥線，取得滿意的效果。
   參考文獻(xiàn)
   中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì)M】。北京：2004年機(jī)械工業(yè)出版社