汽輪機(jī)閥門流量特性試驗(yàn)方法研究

汽輪機(jī)閥門流量特性試驗(yàn)方法研究

門流量特征是門的打開量與通過大門的蒸汽流量之間的適當(dāng)關(guān)系。當(dāng)關(guān)閉電機(jī)的流量特征函數(shù)與實(shí)際流量特征相差較大時(shí)，如果對主電源的流量變化和頻率波動，則會出現(xiàn)負(fù)載突變和調(diào)節(jié)緩慢的問題，這會影響主電源的安全和變負(fù)荷能力。本文對不同配汽方式及不同閥門重疊度對閥門流量特性的影響進(jìn)行了分析,提出了汽輪機(jī)閥門流量特性試驗(yàn)的具體步驟和方法。1表中對汽輪箱密封特性的分析1.1調(diào)節(jié)級的相對內(nèi)效率汽輪機(jī)通流部分是按經(jīng)濟(jì)功率設(shè)計(jì)的,從汽輪機(jī)功率公式可以看出,為了調(diào)節(jié)出力,可以調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量0D,也可以調(diào)節(jié)蒸汽在汽輪機(jī)中的做功能力Δhtmac,不同的配汽方式可以實(shí)現(xiàn)0D和Δhtmac的改變。機(jī)組在正常順閥運(yùn)行方式時(shí)采用的為噴嘴配汽方式,汽輪機(jī)第一級是調(diào)節(jié)級,調(diào)節(jié)級分為幾個(gè)噴嘴組,蒸汽經(jīng)過全開主汽門后,再經(jīng)過依次開啟調(diào)節(jié)汽門通向調(diào)節(jié)級。通常一個(gè)調(diào)節(jié)汽門控制一個(gè)噴嘴組,噴嘴組一般有3~6組。當(dāng)負(fù)荷很小時(shí),只有一個(gè)調(diào)節(jié)汽門開啟,也就是只有第一噴嘴組進(jìn)汽,部分進(jìn)汽度最小;負(fù)荷增大而第一調(diào)節(jié)汽門接近全開時(shí),打開第二調(diào)節(jié)汽門,第二噴嘴組才進(jìn)汽,部分進(jìn)汽度增大;依次類推。因此,只有部分開啟的那個(gè)調(diào)節(jié)汽門中的蒸汽節(jié)流較大,而其余全開汽門中的蒸汽節(jié)流巳減到最小,故在部分負(fù)荷時(shí)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性較好,是噴嘴配汽的主要特點(diǎn)。由于各噴嘴組間有間壁或距離,因此即使各調(diào)節(jié)汽門均已全開的情況下調(diào)節(jié)級仍是部分進(jìn)汽,也就是說在最大功率下調(diào)節(jié)級仍有部分進(jìn)汽損失,而且調(diào)節(jié)級的直徑比第一非調(diào)節(jié)級大,調(diào)節(jié)級的余速不能被利用。設(shè)調(diào)節(jié)級為四個(gè)噴嘴組,第Ⅰ、Ⅱ調(diào)節(jié)汽門全開,第Ⅲ調(diào)節(jié)汽門部分開啟,第Ⅳ調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉時(shí)的調(diào)節(jié)級熱力過程線如圖1所示。初壓為p0的新蒸汽流經(jīng)自動主汽門和兩個(gè)全開門后,壓力降到p0′,調(diào)節(jié)級后壓力為p2,第Ⅰ、Ⅱ兩噴嘴組和動葉的理想比焓降相等,即ΔhtⅠ=ΔhtⅡ=Δht,有效比焓降也相等,即ΔhtⅠ=ΔhtⅡ,動葉后比焓為ih′;流經(jīng)部分開啟的第Ⅲ調(diào)節(jié)汽門的蒸汽節(jié)流較大,第Ⅲ噴嘴組前壓力降為p0′,理想比焓降為ΔhtⅡ,有效比焓降為ΔhiⅡ,動葉后比焓為Δh2′。由于調(diào)節(jié)級后的環(huán)形空間是相通的,級后壓力p2相同,故兩股初壓不同的汽流在調(diào)節(jié)級中同樣膨脹到p2,在調(diào)節(jié)級汽室中混合后,流入第一壓力級。為使這兩股汽流混合均勻,調(diào)節(jié)級汽室容積較大,且調(diào)節(jié)級直徑大于非調(diào)節(jié)級第一級直徑。不利用余速,以免汽流在未混合之前進(jìn)入第一壓力級,使得進(jìn)汽不均勻而效率下降。兩股汽流混合后的比焓,可用下面式子計(jì)算得到。由式得那么,調(diào)節(jié)級的相對內(nèi)效率ηi為上式中,GⅠ,GⅡ,GⅢ分別為第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ噴嘴組中的流量;ηiⅠ,ηiⅡ?yàn)槿_與部分開啟調(diào)節(jié)汽門后噴嘴組和動葉的相對內(nèi)效率。1.2調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性采用噴嘴調(diào)節(jié)時(shí),多個(gè)調(diào)節(jié)汽閥依次開啟,在前一閥門尚未全開時(shí),下一閥便提前打開。當(dāng)前閥全打開時(shí),下閥提前開啟的量稱為閥門的重疊度。閥門重疊度有行程重疊度ξh和壓力重疊度ξp兩種,其中ξh定義為:式中h1為后閥開始開啟時(shí)的前閥行程,hmax為前閥全開行程。式中p1為對應(yīng)于h1的閥后壓力,即噴嘴前壓力,pmax為對應(yīng)于hmax的閥后壓力。由分析可知,在調(diào)節(jié)汽門開啟過程中,小開度、大壓差時(shí),調(diào)節(jié)汽門內(nèi)為臨界流動,此時(shí)通過調(diào)節(jié)汽門的流量線性地正比于調(diào)節(jié)汽門的升程,如圖2(a)所示。如果汽門繼續(xù)開大,雖然汽門的通流面積仍在增大,但汽門前后的壓差減小,流量隨升程增大的趨勢變緩。隨后,即使汽門升程繼續(xù)加大,但受汽門喉部尺寸限制,流量增加很小。通常認(rèn)為汽門前后的壓力比p0′/p0′為0.95~0.98時(shí),汽門已全開。調(diào)節(jié)汽門的有效相對升程約為25%。在噴嘴調(diào)節(jié)配汽中,如果在前一調(diào)節(jié)汽門完全開啟,后續(xù)調(diào)節(jié)汽門才開啟,這樣就會形成圖2(b)實(shí)線所示的波折形行程-流量曲線,反映在調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線上,速度變動率同樣是波折形曲線,這是不符合調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的。因此,在前一調(diào)節(jié)汽門尚未完全開啟,后續(xù)調(diào)節(jié)汽門必須提前開啟,即閥門開啟要有一定的重疊度,以補(bǔ)償前一調(diào)節(jié)汽門的非線性特性,即得到圖2(b)虛線所示的曲線。為實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線兩端速度變動率大、中間平滑過渡的要求,通過配汽機(jī)構(gòu)的非線性傳動特性校正行程-流量特性曲線,即在第I調(diào)節(jié)汽剛開啟和在額定功率附近,調(diào)節(jié)汽門的升程相對于油動機(jī)行程的變化率應(yīng)小些,以增大兩端的速度變動率。在前一調(diào)節(jié)汽門接近全開時(shí),后續(xù)調(diào)節(jié)汽門恰當(dāng)?shù)靥崆伴_啟,使行程一流量特性為直線。如果重疊度偏小,將使該區(qū)域的局部速度變動率變大。反之,局部速度變動率變小。2在對發(fā)動機(jī)開口流量特性的實(shí)驗(yàn)分析和研究中2.1主汽壓力值在DEH的流量分析中,閥門實(shí)際通流流量通過如下公式計(jì)算得出:式中:Q為等效實(shí)際流量;pim為調(diào)節(jié)級壓力;pimr為額定調(diào)節(jié)級壓力;ptr為額定負(fù)荷時(shí)主汽壓力值;pt為不同負(fù)荷下的試驗(yàn)壓力。2.2deh閥控制板前閥式1)將機(jī)組負(fù)荷控制在50%ECR左右,主汽壓力控制在一定值壓力下,投入CCS控制進(jìn)行升降負(fù)荷。2)切除DEH功率和調(diào)節(jié)級壓力調(diào)節(jié)回路,退出CCS、DEH一次調(diào)頻回路;3)將DEH切換至順序閥控制方式。4)等待機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后,記錄DEH的主汽壓力、主汽流量、負(fù)荷設(shè)定值、機(jī)組負(fù)荷、閥門開度指令、調(diào)節(jié)級壓力、DEH閥位參考等參數(shù);5)在DEH操作畫面上按2MW/min的速率增加DEH負(fù)荷指令,保持鍋爐負(fù)荷、主汽壓力、主汽溫度穩(wěn)定,直至高壓調(diào)門全開;6)將DEH切換到單閥方式運(yùn)行,并將DEH功率回路切除;7)按2MW/min的速率減少DEH負(fù)荷指令,同時(shí)保持鍋爐負(fù)荷、主汽壓力、主汽溫度穩(wěn)定;8)根據(jù)試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),計(jì)算GV閥門流量特性修正曲線、流量背壓修正曲線及確定順序閥方式下各閥門的流量分配及閥門重疊度(閥門重疊度以前一個(gè)閥門開至調(diào)節(jié)級壓力與主汽壓力比值為0.85~0.90時(shí)后一個(gè)閥開始開啟為合適);9)閥門特性曲線確定后,在線修改GV各閥門流量特性修正曲線和順序閥各閥門流量分配、開啟順序和重疊度,然后通過運(yùn)行并進(jìn)行單閥-多閥轉(zhuǎn)換試驗(yàn),檢驗(yàn)閥流量特性曲線修正函數(shù)是否符合要求。3流量特性調(diào)整將提出的閥門流量特性試驗(yàn)策略在某300MW機(jī)組中進(jìn)行了應(yīng)用研究,根據(jù)采集到的順序閥方式的閥門特性數(shù)據(jù),做出順序閥方式下,DEH流量需求指令(REFDMD)與實(shí)際等效流量(通過計(jì)算,折算為0~100%)之間的關(guān)系曲線圖如圖3所示,其中橫坐標(biāo)為DEH負(fù)荷指令,縱坐標(biāo)為DEH閥門通流流量。紅線為理想的負(fù)荷指令-閥門流量函數(shù),藍(lán)線為實(shí)際的DEH負(fù)荷指令-閥門流量函數(shù)。從圖3中可以看出,DEH負(fù)荷指令-閥門流量特性存在兩段明顯偏離:負(fù)荷指令74.89%~87.58%區(qū)段,實(shí)際流量小于負(fù)荷指令,最大偏離是在負(fù)荷指令為83.11%時(shí)實(shí)際流量為76.17%;91.35%~99.06%區(qū)段,實(shí)際流量大于負(fù)荷指令,最大偏離是在負(fù)荷指令為97.2%時(shí)實(shí)際流量為94.2%。閥門特性存在拐點(diǎn)的原因主要由于順序閥的流量函數(shù)中的流量分配、閥門預(yù)啟段流量計(jì)算及閥門重疊度設(shè)置不正確引起,因此需要對流量曲線做進(jìn)一步的調(diào)整和優(yōu)化。圖4為原順序閥方式和根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算得到的閥門特性曲線對比。從左到右,曲線分為3組,依次為CV1/CV2流量-開度曲線、CV4流量-開度曲線和CV3流量-開度曲線,計(jì)算后的閥門流量-開度特性與原結(jié)果已在圖中作了標(biāo)記。從曲線看出,修改前、后的曲線存在有較大差異:1)在流量指令相同的時(shí)候,修改后的CV1/CV2開度比原來增大了0~6%,控制范圍比原來縮短,拐點(diǎn)前后特性比原來光滑;2)修改前CV4預(yù)啟段需要流量指令62.0%變化至78.5%,造成指令的調(diào)節(jié)死區(qū)過長,修改后的流量指令由72.99%~74.7%即可打開預(yù)啟段,有效消除了閥門的調(diào)節(jié)死區(qū)。3)修改前CV4預(yù)啟段需要流量指令80%變化至93.69%,造成指令的調(diào)節(jié)死區(qū)過長,修改后的流量指令由88.76%~90.16%即可打開預(yù)啟段,有效消除了閥門的調(diào)節(jié)死區(qū)。根據(jù)采集到的順序閥方式閥門特性數(shù)據(jù),做出順序閥方式下閥位特性曲線校正前后DEH流量需求指令(REFDMD)與實(shí)際等效流量(通過計(jì)算,折算為0~100%)之間的關(guān)系曲線圖如圖5所示。圖5中橫坐標(biāo)為DEH負(fù)荷指令,縱坐標(biāo)為DEH閥門通流流量。細(xì)實(shí)線為理想的負(fù)荷指令-閥門流量函數(shù),黑粗實(shí)線為校正前DEH負(fù)荷指令-閥門流量特性曲線,灰粗實(shí)線為校正后負(fù)荷指令-閥門流量特性曲線。從圖5中灰粗實(shí)線可以看出,調(diào)整后實(shí)際的閥門流量特性與理想的閥門特性基本重合,在相同的負(fù)荷指令下的流量偏差很小。調(diào)整后的閥門特性在閥門切換過程中負(fù)荷、壓力變化平穩(wěn),沒有出現(xiàn)明顯的擾動。順序閥的閥門特性調(diào)整達(dá)到了本次閥門特性調(diào)整的目的。4機(jī)組運(yùn)行模擬驗(yàn)證本文基于對不同配汽方式及不