汽轮机阀门流量特性试验方法研究

汽轮机阀门流量特性试验方法研究

门流量特征是门的打开量与通过大门的蒸汽流量之间的适当关系。当关闭电机的流量特征函数与实际流量特征相差较大时，如果对主电源的流量变化和频率波动，则会出现负载突变和调节缓慢的问题，这会影响主电源的安全和变负荷能力。本文对不同配汽方式及不同阀门重叠度对阀门流量特性的影响进行了分析,提出了汽轮机阀门流量特性试验的具体步骤和方法。1表中对汽轮箱密封特性的分析1.1调节级的相对内效率汽轮机通流部分是按经济功率设计的,从汽轮机功率公式可以看出,为了调节出力,可以调节进入汽轮机的蒸汽量0D,也可以调节蒸汽在汽轮机中的做功能力Δhtmac,不同的配汽方式可以实现0D和Δhtmac的改变。机组在正常顺阀运行方式时采用的为喷嘴配汽方式,汽轮机第一级是调节级,调节级分为几个喷嘴组,蒸汽经过全开主汽门后,再经过依次开启调节汽门通向调节级。通常一个调节汽门控制一个喷嘴组,喷嘴组一般有3~6组。当负荷很小时,只有一个调节汽门开启,也就是只有第一喷嘴组进汽,部分进汽度最小;负荷增大而第一调节汽门接近全开时,打开第二调节汽门,第二喷嘴组才进汽,部分进汽度增大;依次类推。因此,只有部分开启的那个调节汽门中的蒸汽节流较大,而其余全开汽门中的蒸汽节流巳减到最小,故在部分负荷时机组的经济性较好,是喷嘴配汽的主要特点。由于各喷嘴组间有间壁或距离,因此即使各调节汽门均已全开的情况下调节级仍是部分进汽,也就是说在最大功率下调节级仍有部分进汽损失,而且调节级的直径比第一非调节级大,调节级的余速不能被利用。设调节级为四个喷嘴组,第Ⅰ、Ⅱ调节汽门全开,第Ⅲ调节汽门部分开启,第Ⅳ调节汽门关闭时的调节级热力过程线如图1所示。初压为p0的新蒸汽流经自动主汽门和两个全开门后,压力降到p0′,调节级后压力为p2,第Ⅰ、Ⅱ两喷嘴组和动叶的理想比焓降相等,即ΔhtⅠ=ΔhtⅡ=Δht,有效比焓降也相等,即ΔhtⅠ=ΔhtⅡ,动叶后比焓为ih′;流经部分开启的第Ⅲ调节汽门的蒸汽节流较大,第Ⅲ喷嘴组前压力降为p0′,理想比焓降为ΔhtⅡ,有效比焓降为ΔhiⅡ,动叶后比焓为Δh2′。由于调节级后的环形空间是相通的,级后压力p2相同,故两股初压不同的汽流在调节级中同样膨胀到p2,在调节级汽室中混合后,流入第一压力级。为使这两股汽流混合均匀,调节级汽室容积较大,且调节级直径大于非调节级第一级直径。不利用余速,以免汽流在未混合之前进入第一压力级,使得进汽不均匀而效率下降。两股汽流混合后的比焓,可用下面式子计算得到。由式得那么,调节级的相对内效率ηi为上式中,GⅠ,GⅡ,GⅢ分别为第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ喷嘴组中的流量;ηiⅠ,ηiⅡ为全开与部分开启调节汽门后喷嘴组和动叶的相对内效率。1.2调节系统静态特性采用喷嘴调节时,多个调节汽阀依次开启,在前一阀门尚未全开时,下一阀便提前打开。当前阀全打开时,下阀提前开启的量称为阀门的重叠度。阀门重叠度有行程重叠度ξh和压力重叠度ξp两种,其中ξh定义为:式中h1为后阀开始开启时的前阀行程,hmax为前阀全开行程。式中p1为对应于h1的阀后压力,即喷嘴前压力,pmax为对应于hmax的阀后压力。由分析可知,在调节汽门开启过程中,小开度、大压差时,调节汽门内为临界流动,此时通过调节汽门的流量线性地正比于调节汽门的升程,如图2(a)所示。如果汽门继续开大,虽然汽门的通流面积仍在增大,但汽门前后的压差减小,流量随升程增大的趋势变缓。随后,即使汽门升程继续加大,但受汽门喉部尺寸限制,流量增加很小。通常认为汽门前后的压力比p0′/p0′为0.95~0.98时,汽门已全开。调节汽门的有效相对升程约为25%。在喷嘴调节配汽中,如果在前一调节汽门完全开启,后续调节汽门才开启,这样就会形成图2(b)实线所示的波折形行程-流量曲线,反映在调节系统静态特性线上,速度变动率同样是波折形曲线,这是不符合调节系统设计要求的。因此,在前一调节汽门尚未完全开启,后续调节汽门必须提前开启,即阀门开启要有一定的重叠度,以补偿前一调节汽门的非线性特性,即得到图2(b)虚线所示的曲线。为实现调节系统静态特性线两端速度变动率大、中间平滑过渡的要求,通过配汽机构的非线性传动特性校正行程-流量特性曲线,即在第I调节汽刚开启和在额定功率附近,调节汽门的升程相对于油动机行程的变化率应小些,以增大两端的速度变动率。在前一调节汽门接近全开时,后续调节汽门恰当地提前开启,使行程一流量特性为直线。如果重叠度偏小,将使该区域的局部速度变动率变大。反之,局部速度变动率变小。2在对发动机开口流量特性的实验分析和研究中2.1主汽压力值在DEH的流量分析中,阀门实际通流流量通过如下公式计算得出:式中:Q为等效实际流量;pim为调节级压力;pimr为额定调节级压力;ptr为额定负荷时主汽压力值;pt为不同负荷下的试验压力。2.2deh阀控制板前阀式1)将机组负荷控制在50%ECR左右,主汽压力控制在一定值压力下,投入CCS控制进行升降负荷。2)切除DEH功率和调节级压力调节回路,退出CCS、DEH一次调频回路;3)将DEH切换至顺序阀控制方式。4)等待机组各项参数稳定后,记录DEH的主汽压力、主汽流量、负荷设定值、机组负荷、阀门开度指令、调节级压力、DEH阀位参考等参数;5)在DEH操作画面上按2MW/min的速率增加DEH负荷指令,保持锅炉负荷、主汽压力、主汽温度稳定,直至高压调门全开;6)将DEH切换到单阀方式运行,并将DEH功率回路切除;7)按2MW/min的速率减少DEH负荷指令,同时保持锅炉负荷、主汽压力、主汽温度稳定;8)根据试验记录数据,计算GV阀门流量特性修正曲线、流量背压修正曲线及确定顺序阀方式下各阀门的流量分配及阀门重叠度(阀门重叠度以前一个阀门开至调节级压力与主汽压力比值为0.85~0.90时后一个阀开始开启为合适);9)阀门特性曲线确定后,在线修改GV各阀门流量特性修正曲线和顺序阀各阀门流量分配、开启顺序和重叠度,然后通过运行并进行单阀-多阀转换试验,检验阀流量特性曲线修正函数是否符合要求。3流量特性调整将提出的阀门流量特性试验策略在某300MW机组中进行了应用研究,根据采集到的顺序阀方式的阀门特性数据,做出顺序阀方式下,DEH流量需求指令(REFDMD)与实际等效流量(通过计算,折算为0~100%)之间的关系曲线图如图3所示,其中横坐标为DEH负荷指令,纵坐标为DEH阀门通流流量。红线为理想的负荷指令-阀门流量函数,蓝线为实际的DEH负荷指令-阀门流量函数。从图3中可以看出,DEH负荷指令-阀门流量特性存在两段明显偏离:负荷指令74.89%~87.58%区段,实际流量小于负荷指令,最大偏离是在负荷指令为83.11%时实际流量为76.17%;91.35%~99.06%区段,实际流量大于负荷指令,最大偏离是在负荷指令为97.2%时实际流量为94.2%。阀门特性存在拐点的原因主要由于顺序阀的流量函数中的流量分配、阀门预启段流量计算及阀门重叠度设置不正确引起,因此需要对流量曲线做进一步的调整和优化。图4为原顺序阀方式和根据实际数据计算得到的阀门特性曲线对比。从左到右,曲线分为3组,依次为CV1/CV2流量-开度曲线、CV4流量-开度曲线和CV3流量-开度曲线,计算后的阀门流量-开度特性与原结果已在图中作了标记。从曲线看出,修改前、后的曲线存在有较大差异:1)在流量指令相同的时候,修改后的CV1/CV2开度比原来增大了0~6%,控制范围比原来缩短,拐点前后特性比原来光滑;2)修改前CV4预启段需要流量指令62.0%变化至78.5%,造成指令的调节死区过长,修改后的流量指令由72.99%~74.7%即可打开预启段,有效消除了阀门的调节死区。3)修改前CV4预启段需要流量指令80%变化至93.69%,造成指令的调节死区过长,修改后的流量指令由88.76%~90.16%即可打开预启段,有效消除了阀门的调节死区。根据采集到的顺序阀方式阀门特性数据,做出顺序阀方式下阀位特性曲线校正前后DEH流量需求指令(REFDMD)与实际等效流量(通过计算,折算为0~100%)之间的关系曲线图如图5所示。图5中横坐标为DEH负荷指令,纵坐标为DEH阀门通流流量。细实线为理想的负荷指令-阀门流量函数,黑粗实线为校正前DEH负荷指令-阀门流量特性曲线,灰粗实线为校正后负荷指令-阀门流量特性曲线。从图5中灰粗实线可以看出,调整后实际的阀门流量特性与理想的阀门特性基本重合,在相同的负荷指令下的流量偏差很小。调整后的阀门特性在阀门切换过程中负荷、压力变化平稳,没有出现明显的扰动。顺序阀的阀门特性调整达到了本次阀门特性调整的目的。4机组运行模拟验证本文基于对不同配汽方式及不