0 前言

伊川三電廠一期(2)×300MW）工程汽輪機為N300-16.67-537/537型，采用美國西屋公司技術(shù)多次改進優(yōu)化后生產(chǎn)的單軸兩缸兩排汽反動式DEH電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)機組。

為了使汽車零部件在啟動過程中全周進氣，均勻加熱氣缸和調(diào)節(jié)葉片，減少調(diào)節(jié)閥在機組正常運行過程中的節(jié)流損失，提高效率，機組采用單閥/順序閥切換技術(shù)。單閥是指調(diào)節(jié)閥同時打開或關(guān)閉的運行模式，順序閥是指調(diào)節(jié)閥按照設(shè)定的程序和負載大小依次打開或關(guān)閉的運行模式。根據(jù)制造商的規(guī)定：單閥應(yīng)在機組運行后半年內(nèi)啟動和運行，半年后切換為順序閥。根據(jù)上述要求，伊川三電廠于2006年3月1日進行了切換試驗，相對順利。以下是對相關(guān)問題的簡要描述。

1 調(diào)節(jié)閥的特性

該機設(shè)有兩個主汽閥和六個調(diào)節(jié)閥，分別布置在汽機兩側(cè)。每個調(diào)節(jié)閥的名義直徑為137.4mm，每個調(diào)節(jié)閥對應(yīng)一組噴嘴，每組噴嘴有9個汽道(8個有效汽道)，主汽閥喉徑330mm，當主閥和調(diào)節(jié)閥完全打開時，總壓損失系數(shù)為0.96.調(diào)節(jié)閥布置如圖1所示。

圖1 調(diào)節(jié)閥布置圖

當順序閥運行時，高壓調(diào)節(jié)閥的開啟順序是GV1號/GV2號→GV4號→GV5號→GV6號→GV3.關(guān)閉順序相反。閥門開度與流量關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 順序閥狀態(tài)閥門開度與流量關(guān)系曲線

當單閥運行時，6個調(diào)節(jié)閥同時打開和關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥的開度和流量關(guān)系如圖3所示。

圖3 單閥狀態(tài)閥門開度與流量關(guān)系曲線

2 單閥/順序閥切換操作程序

切換操作在DEH在圖中，當蒸汽機處于穩(wěn)定負荷狀態(tài)時，首先打開自動控制圖，然后點擊閥門模式打開操作端，如圖4所示。

圖4 操作端畫面

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2.1 單閥切至順序閥

(1)確認汽機處于所選負載穩(wěn)定狀態(tài)，然后打開自動控制圖；

(2)點擊閥門模式，打開操作端，點擊順序閥按鈕；

(3)切割順序閥按鈕變黃，切換過程中變紅閃爍，單閥向順序閥切換，圖片狀態(tài)欄中閥門狀態(tài)顯示消失，表示切換正在進行中；

（4）GV按順序閥曲線打開或關(guān)閉；

(5)切換過程中停止閃爍變綠，說明切換完成，圖片狀態(tài)欄中的閥門狀態(tài)將顯示/順序閥0閥從單閥切換為順序閥；

(6)切換時間5min~8min(可調(diào))當閥位參數(shù)值大于99時.9%(閥門全開)或小于0.1%(閥門全關(guān)時)，切換過程結(jié)束。

2.二 順序閥切單閥

（1）確定汽機處于某一選定的負荷穩(wěn)定狀態(tài)，然后打開自動控制畫面；

(2)點擊閥門模式，打開操作端，點擊切換單閥；

(3)切換單閥按鈕變黃，切換過程中按鈕變紅閃爍。順序閥開始切換到單閥。圖片狀態(tài)欄中的閥門狀態(tài)顯示消失，表示切換正在進行中；

（4）GV打開或關(guān)閉單閥曲線；

(5)切換過程中按鈕停止閃爍變綠，表示切換完成，圖片狀態(tài)欄中閥門狀態(tài)顯示單閥，此時已從順序閥切換為單閥；

(6)切換時間5min～8min(可調(diào))當閥位參考值大于99時.9%(閥門全開)或小于0.1%(閥門全關(guān))，切換結(jié)束。

3 無擾切換問題

單閥/順序閥切換應(yīng)在汽機穩(wěn)定工況下進行。此時，汽機負載N、蒸汽流量G和調(diào)門開度H成函數(shù)關(guān)系：

N=f（G）=f（H）

由于6個調(diào)門的幾何尺寸相同，流量特性基本相同（如閥門曲線可以修正不同）N、G、H成正比關(guān)系：

H₀=K₁H₁        K₂H₂

K₁    K₂=1

式中

H₁單閥調(diào)門開度之和；

H₂調(diào)門開度之和為順序閥；

H₀調(diào)門開度的切換過程；

K₁單閥系數(shù)；K₂為順序閥系數(shù)；當單閥方，K₁=1，K₂=0；順序閥模式下，K₁=0，K₂=1；如果閥門處于中間切換狀態(tài)，0﹤K₁﹤1，0﹤K₂﹤1，K₁    K₂=1。

單閥系數(shù)乘以單閥開度指令和順序閥系數(shù)乘以順序閥開度指令，然后獲得每個閥的實際開度指令。根據(jù)當前負載指令，通過單閥曲線和順序閥曲線轉(zhuǎn)換后獲得兩種指令。

需要注意的是，由于調(diào)門的開度H與N關(guān)系不是完全線性的，會影響機組運行條件的變化。當調(diào)節(jié)系統(tǒng)在開環(huán)運行時切換單閥/順序閥時，會有不同程度的負載干擾。當投入功率閉環(huán)控制或調(diào)節(jié)級壓力閉環(huán)控制時，負載干擾將大大改善。當投入功率閉環(huán)時，當實際功率與負載設(shè)定值相差4%時，切換將自動停止。當差值小于3%時，切換將自動恢復(fù)。當投入調(diào)節(jié)級壓力閉環(huán)時，調(diào)節(jié)級壓力控制精度為1.5%以內(nèi)。

4 單閥/順序閥運行

4.1 單閥運行狀態(tài)

（1）單閥運行時，進入蒸汽機的蒸汽通過調(diào)節(jié)閥節(jié)流進入噴嘴，全周進入第一葉片。單閥運行具有以下特點：當負載減小時，隨著調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉，蒸汽機的進氣量減小，一級前的壓力減小。（p₁）減少，汽輪機等熵降低，在進氣量和等熵降低的雙重影響下，汽輪機功率顯著降低；當負荷增加時，調(diào)節(jié)閥打開，增加進氣量，隨著調(diào)節(jié)閥開度的增加，節(jié)流作用減小。當汽機負荷較大時，單閥與相應(yīng)的順序閥具有相同的閥開度，兩者具有相似的工作條件。

(2)由于單閥運行，汽機一級通流面積不隨工況變化而變化，此時一級前壓與流量成正比:G_變動/G_設(shè)計=p_1變動/p_{1設(shè)計}。

(3)當閥門未完全打開時，由于調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失，單閥模式降低了汽機的相對內(nèi)部效率，降低了汽機的效率。

（4）單閥運行的最大優(yōu)點是全周進氣，轉(zhuǎn)子和氣缸在啟動和停止過程中加熱均勻，降低上下氣缸的溫差。在變壓條件下，各級溫度變化小，變壓壽命消耗少，有利于提高負荷速率。

4.二 順序閥運行工況

當順序閥調(diào)節(jié)模式時，主蒸汽通過幾個依次打開的調(diào)節(jié)閥進入相應(yīng)的噴嘴室，然后通向蒸汽機的第一級（調(diào)節(jié)級）；當負載降低時，調(diào)節(jié)閥依次關(guān)閉，打開的重疊度約為10%。在低負荷下，只有一個部分打開的調(diào)節(jié)有節(jié)流損失。主要依靠改變調(diào)節(jié)級的通流面積（改變部分進氣度）來改變主蒸汽流量，從而達到改變負荷的目的（見圖5）：

N=f（G₀）=f（F.V）

圖5 調(diào)門開度與調(diào)節(jié)級后的壓力關(guān)系

工負荷增加時，調(diào)節(jié)閥開度增加，有兩種情況：當負荷超過設(shè)計條件時，噴嘴前的壓力p噴嘴后的壓力保持不變p1.如果升高，調(diào)節(jié)級理想的焓降ht當負荷減小，調(diào)節(jié)門開度小于設(shè)計條件時，由于調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)閉，流量逐漸減小，調(diào)節(jié)級后的壓力逐漸減小，p0不變，理想的調(diào)節(jié)級焓降ht相應(yīng)增加。

在變工條件下，調(diào)節(jié)級焓降變化較大。由于熱焓與蒸汽壓力和溫度有相應(yīng)的關(guān)系，調(diào)節(jié)級壓力和溫度變化較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和氣缸產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。因此，流量變化應(yīng)注意調(diào)節(jié)級金屬的溫度變化，不得超過允許值。

從而得出順序閥運行的優(yōu)點：

(1)汽輪機效率高，經(jīng)濟性好；

(2)即使在部分負荷條件下(即1號、2號調(diào)節(jié)閥同時打開)，其經(jīng)濟性也高于同一條件下的節(jié)流調(diào)節(jié)(單閥運行)。

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5 單閥/順序閥切換工況及問題

5.1 單閥向順序閥切換

切換時汽機負荷保持不變，其工況變化具有以下特點(表1):

(1)汽機流量相應(yīng)減少:

N = G₀.h η_內(nèi) = 常數(shù)

當η_內(nèi)增加，h不變，G₀相應(yīng)減小。

（2）由于G=f（p）因此，各級壓力降低；

(3)調(diào)節(jié)級和未級焓降變化較大，導(dǎo)致該級溫度變化較大；

(4)隨著蒸汽流量的降低，各級壓力級焓降變化較小。

(5)為了描述清楚，以下提取了典型的蒸汽壓力和溫度變化曲線，供參考(見圖6、圖7)。

圖6 級后壓力-流量曲線

5.2 順序閥切換到單閥

切換時汽機負荷不變，其工況變化具有以下特點(表2)：

（1）蒸汽流量因調(diào)門節(jié)流損失而增加；

(2)調(diào)節(jié)級壓力升高。

圖7 蒸汽溫度-流量曲線

5.3 切換時注意事項

（1）開關(guān)時蒸汽機負荷的選擇：為了達到開關(guān)前后蒸汽機工況變化較小的目的，一般應(yīng)選擇設(shè)計條件或略低于設(shè)計條件。因此，無論是單閥還是順序閥，調(diào)節(jié)閥開度都處于較小的節(jié)流狀態(tài)；

(2)切換時，主蒸汽壓力、溫度和真空應(yīng)穩(wěn)定，以減少由此產(chǎn)生的調(diào)節(jié)溫度變化過大；

(3)注意再熱溫度的調(diào)節(jié)，再熱溫度因切換后高排溫度的變化而變化；

(4)注意調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行，防止調(diào)速系統(tǒng)擺動。

6 結(jié)論

（1）本機采用單閥/順序閥切換技術(shù)，在機組啟動時全周進氣，使氣缸加熱均勻，縮短啟動時間。在變壓條件下，采用順序閥運行，減少調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，提高機組的經(jīng)濟性。對于固定壓力運行帶的基本負荷條件或滑動壓力運行的變壓條件，調(diào)節(jié)閥開度大，調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失小，兩種運行模式差異小，單閥或順序閥的效果基本相同。

（2）在兩種方式下，應(yīng)選擇調(diào)節(jié)閥的開啟效果基本相同的情況進行切換。換句話說，當固定壓力3/4的額定負荷或滑動壓力運行4個閥完全打開時，應(yīng)盡量減少工況變化。

（3）“切換”過程中要保持機組負荷、汽壓、汽溫、真空穩(wěn)定，輔機及附屬設(shè)備運行正常。