閥門管理（Valve Management）配汽技術(shù)通過改變調(diào)節(jié)閥的開啟方式，使汽輪機(jī)在節(jié)流調(diào)節(jié)（Throttle Governing或稱全周進(jìn)汽）FA（Full Arc）或噴嘴調(diào)節(jié)PA（Partial Arc亦稱部分進(jìn)汽）的情況下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)無擾切換，并兼顧啟動(dòng)快速性和部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的要求。

    一般認(rèn)為，采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式使汽輪機(jī)快速啟停和負(fù)荷變動(dòng)不致產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，可以減少機(jī)組壽命損耗，在正常負(fù)荷范圍內(nèi)采用噴嘴調(diào)節(jié)變壓運(yùn)行方式使機(jī)組有好的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行靈活性。要實(shí)現(xiàn)這種功能，要求每個(gè)調(diào)節(jié)閥采用獨(dú)立的油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由閥門管理邏輯協(xié)調(diào)各油動(dòng)機(jī)的工作。

    汽輪機(jī)常用的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用凸輪配汽機(jī)構(gòu)，是一種介于噴嘴調(diào)節(jié)和節(jié)流調(diào)節(jié)之間的所謂混合調(diào)節(jié)模式。由于混合調(diào)節(jié)的優(yōu)越性，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般保留了傳統(tǒng)混合調(diào)節(jié)方式，不過凸輪配汽機(jī)構(gòu)采用了電子邏輯實(shí)現(xiàn)，形成所謂“電子凸輪”。

    由于配汽機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥開啟方式不同，它對汽機(jī)本體及各主輔機(jī)設(shè)備的影響不同。噴嘴調(diào)節(jié)工程上常稱順序閥，各組噴嘴處于閥點(diǎn)位置時(shí)節(jié)流損失很小，只有部分開啟位置才有節(jié)流損失。但負(fù)荷變動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力、溫度變低，調(diào)節(jié)級(jí)后溫度在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)變化較大。尤其是現(xiàn)代大型機(jī)組采用單列調(diào)節(jié)級(jí)的，設(shè)計(jì)工況下焓降較小，問題更為突出。節(jié)流調(diào)節(jié)由于各個(gè)調(diào)門同時(shí)開啟、關(guān)閉，好象一個(gè)閥門一樣，工程上常稱單閥，使汽缸均勻進(jìn)汽，汽缸圓周方向上溫度均勻，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)適應(yīng)性好，但各噴嘴組均存在節(jié)流，經(jīng)濟(jì)性差。

    1 試驗(yàn)300MW機(jī)組閥切換特性功能介紹

    韶關(guān)電廠10號(hào)機(jī)為N300-16.7/537/537-4型汽輪機(jī)，是東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)和吸收國內(nèi)外技術(shù)設(shè)計(jì)制造的亞臨界機(jī)組。DEH 系統(tǒng)采用高壓抗燃油，為東方汽輪機(jī)廠與美國ABB集團(tuán)ETSI公司合作研制與D300H型汽輪機(jī)配套的數(shù)學(xué)電液控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)為在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)、帶低負(fù)荷階段選用節(jié)流調(diào)節(jié)；正常負(fù)荷運(yùn)行，如果負(fù)荷變動(dòng)頻繁且變動(dòng)頻率較大，亦選用節(jié)流調(diào)節(jié)，但長期穩(wěn)定在低于額定負(fù)荷運(yùn)行，則選用噴嘴調(diào)節(jié)以獲取較高的熱效率。停機(jī)時(shí)，若為調(diào)峰短暫臨時(shí)停機(jī)，選用節(jié)流調(diào)節(jié)，若正常停機(jī)并計(jì)劃檢修，采用噴嘴調(diào)節(jié)以縮短機(jī)組冷卻時(shí)間。

    實(shí)現(xiàn)閥門管理的方法是，在每個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥的閥位控制回路輸入的開度控制指令上疊加不同的偏置信號(hào)，以改變閥門的啟始開啟位置，大小能保證高調(diào)門按順序開啟。當(dāng)偏置信號(hào)解除后，調(diào)門即可同步開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)單閥控制。在單閥方式下，單閥系數(shù)為1，順序閥系數(shù)為0。高壓調(diào)節(jié)閥開度=單閥系數(shù)×單閥給定+順序閥系數(shù)×順序閥給定，其中順序閥系數(shù)=l-單閥系數(shù)。由單閥方式切換到順序閥方式時(shí)，單閥系數(shù)花10min時(shí)間由l變到0，同樣，由順序閥方式切換到單閥方式，花10min時(shí)間由0變到l。

    2 300MW機(jī)組配汽機(jī)構(gòu)閥切換特性的試驗(yàn)研究

    針對上述300MW機(jī)組，由于配汽機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥開啟方式不同，對閥切換過程及切換后，不同配汽方式，對汽機(jī)本體各參數(shù)的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

    2.1 閥切換過程調(diào)門行程的變化特性

    （1）配汽方式由單閥切為順序閥時(shí)，機(jī)組負(fù)荷289MW，在整個(gè)閥切換過程中，機(jī)組負(fù)荷在289~301MW之間波動(dòng)，幅度為l2MW。順序閥切為單閥時(shí)，機(jī)組負(fù)荷258MW，閥切換過程中，機(jī)組負(fù)荷在258~277MW之間波動(dòng)，幅度為2lMW。
    （2）當(dāng)由單閥切為順序閥時(shí)，切換前，調(diào)門CV1~CV3行程為30%，CV4為27.6%，在閥切換邏輯的作用下，CV1-CV2調(diào)門的行程逐漸上升， 同時(shí)CV3~CV4行程逐漸下降，保持機(jī)組負(fù)荷基本不變。同樣， 由順序閥切為單閥時(shí)，切換前，調(diào)門CV1~CV2行程為45%，CV4為9.86%，CV3為0.06%，CV1~CV2調(diào)門的行程逐漸下降，同時(shí)CV3~CV4行程逐漸上升，*終穩(wěn)定在27%左右。這個(gè)過程大約持續(xù)10min左右。

    2.2 高、中壓缸及低壓缸脹差

    （1）配汽方式改變導(dǎo)致缸體受熱情況不同，引起高、中壓缸脹差發(fā)生變化。閥切換過程中和切換后，高、中壓缸脹差及低壓缸脹差的變化趨勢見圖1-2。
    （2）從圖l~2可見，當(dāng)從單閥切為順序閥方式時(shí)，總的影響是使脹差變小。如切換前高、中壓缸脹差為-0.583mm，閥切換開始進(jìn)行之后416min，變?yōu)?1.505mm，并且保持相對穩(wěn)定。由于配汽方式的改變，機(jī)組脹差變化了-0.922mm，它表示靜葉出口至動(dòng)葉進(jìn)口的間隙縮小了0.922mm；低壓缸脹差為7.66mm，閥切換開始進(jìn)行之后416min，變?yōu)?.99mm，減小了0.67mm，與高、中壓缸相比，它變化相對較小。而從順序閥切為單閥方式時(shí)，總的影響是使脹差變大（見圖7）。脹差反映了轉(zhuǎn)子相對于汽缸的膨脹情況，結(jié)果表明，在單閥方式下，轉(zhuǎn)子的加熱情況較汽缸有所改善。

    2.3 汽缸溫度的變化

    （1）配汽方式改變導(dǎo)致缸體受熱情況不同，汽缸溫度亦發(fā)生變化。閥切換過程中和切換后，高壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁溫、中壓缸入口處上半內(nèi)壁溫及高壓缸排汽口外缸外壁溫的變化趨勢見圖3-4。

    （2）從圖3~4中看到，由于進(jìn)汽方式的改變，引起汽缸缸體不同部位溫度水平發(fā)生變化。機(jī)組在單閥方式運(yùn)行時(shí)，調(diào)門的開度保持在28%~30%左右，雖然存在節(jié)流，但缸體的溫度水平較高，如切換前，高壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁溫為510.73℃、中壓缸入口處上半內(nèi)壁溫為510.92℃，高壓缸排汽口外缸外壁溫328.07℃，閥切換過程開始之后480min，分別變?yōu)?81.56℃、510.96℃和310.23℃。高壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁溫下降了29.17℃，其總體的趨勢是降低的，中壓缸入口處上半內(nèi)壁溫則出現(xiàn)波動(dòng)，但總的趨勢變化不大， 高壓缸排汽口外缸外壁溫度下降了l7.84℃，其總的變化趨勢仍然是下降。當(dāng)切換為順序閥時(shí)，上述變化趨勢又反過來，中壓缸入口處上半內(nèi)壁溫總的趨勢仍然是保持不變。

    2.4 汽溫的變化

    （1）閥切換過程和切換后，主、再熱蒸汽的參數(shù)基本保持不變，高壓缸排汽溫變化比較大，趨勢見圖5。
    （2）從圖5看到，單閥運(yùn)行高壓缸排汽溫度較高，當(dāng)切換為順序閥調(diào)節(jié)后，溫度下降，切換前溫度為326.4℃，轉(zhuǎn)為順閥調(diào)節(jié)后，下降為308.2℃，下降l8.2℃，反之，溫度上升，上升值為14.4℃。排汽溫度的下降，使排汽焓降低，意味著順序閥運(yùn)行時(shí)蒸汽在高壓缸內(nèi)的作功增加，高壓缸相對內(nèi)效率提高，由于再熱參數(shù)相同，焓值相等，通過再熱器吸收的熱量增加。實(shí)際上，由于單閥運(yùn)行蒸汽在高壓缸內(nèi)少作的有效功而轉(zhuǎn)變成的熱量，等于因高壓缸排汽焓升高，蒸汽在再熱器中少吸收的熱，但即使假定兩者熱量絕對相等，因少吸收的熱，無法轉(zhuǎn)換成同樣的功，所以兩種配汽方式相差一高壓缸的相對內(nèi)效率，它們的循環(huán)熱效率不同，這是順閥運(yùn)行熱效率較高的一個(gè)原因。

    2.5 振動(dòng)特性

    （1）閥切換過程及之后，軸承瓦振和軸振的變化趨勢見圖6~7。

    （2）從圖6~7看到，當(dāng)由單閥切換為順閥運(yùn)行后，機(jī)組軸承瓦振均表現(xiàn)為一個(gè)上升趨勢，1~4號(hào)瓦垂直瓦振從切換前的2.51μm、7.67μm、14.80 μm和l6.86μm，經(jīng)800min后，分別上升至3.9Oμm、9.44μm、17.30μm和l9.02μm，但上升的幅度均不算大；至于軸振，1~2號(hào)瓦X方向的軸振從切換前的47.89μm和26.99μm經(jīng)800min后，分別上升至59.O5μm和35.53μm，而3~4號(hào)瓦X方向的軸振卻從切換前的5O.O3μm和41.O9μm下降為44.43μm和l9.02μm。從順閥方式切為單閥方式運(yùn)行，振動(dòng)趨勢變化特性與上述相反，1~2號(hào)瓦X方向的軸振從切換前的63.27μm和38.16μm經(jīng)768min后，分別下降至49.O3μm和25.16μm，而3~4號(hào)瓦X方向的軸振從切換前的46.43μm和35.84μm上升為48.11μm和41.36μm。瓦振不再給出具體數(shù)據(jù)。

    （3）機(jī)組噴嘴組共4組，排列的順序?yàn)閺臋C(jī)頭往發(fā)電機(jī)方向看，左上和右下方為1、2號(hào)噴嘴組，左下方為3號(hào)，而右上方為4號(hào)。由于閥切換后，調(diào)門開度的改變，汽缸受力特性亦不一樣，軸承負(fù)荷重新分配，導(dǎo)致振動(dòng)特性變化。東汽廠300MW機(jī)組在順序閥方式運(yùn)行時(shí)，l號(hào)瓦X/Y方向尤其是Y方向的振動(dòng)均較大，如安順電廠2號(hào)機(jī)300MW機(jī)組因此只能帶250MW負(fù)荷，在湛江電廠4號(hào)機(jī)300MW機(jī)組（凸輪配汽）亦出現(xiàn)同樣的問題，解決的方法是將3、4號(hào)調(diào)門互換， 即順閥方式運(yùn)行，當(dāng)1、2號(hào)調(diào)門接近全開時(shí)，4號(hào)調(diào)門先開，再開3號(hào)調(diào)門。有的機(jī)組干脆直接將3號(hào)調(diào)門稱作4號(hào)調(diào)門。類似的問題在華能汕頭電廠俄制K-300-170-3型機(jī)組上亦存在，采取互換3、4號(hào)調(diào)門的方法得以成功解決。由于3、4號(hào)調(diào)門控制的噴嘴數(shù)和布置方向并不同，3號(hào)為3O個(gè)，4號(hào)為27個(gè)，因此而帶來的如閥門提升力、流量特性和配汽機(jī)構(gòu)重疊度等一系列問題已引起廠家和各研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。本機(jī)基于以上實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)組試驗(yàn)前，已將3、4號(hào)調(diào)門互換。整個(gè)切換過程中，機(jī)組的振動(dòng)特性良好。

    2.6 調(diào)節(jié)系統(tǒng)方面

    單閥模式由于4個(gè)調(diào)門同時(shí)開啟，好象一個(gè)閥門一樣，就由4個(gè)閥門組成的總閥門而言，對于轉(zhuǎn)速控制，流量特性不如順閥模式。因而，當(dāng)主蒸汽壓力大于1O.0MPa，且閥位設(shè)定值REF小于O.5%，機(jī)組將強(qiáng)迫順序閥運(yùn)行。實(shí)踐表明，通過優(yōu)化的PID參數(shù)設(shè)定，滑參數(shù)啟機(jī)過程，單閥模式對轉(zhuǎn)速的控制亦比較理想。在一些高參數(shù)汽機(jī)空轉(zhuǎn)的情況下，如甩負(fù)荷后，若主蒸汽壓力大于lO.OMPa，為使轉(zhuǎn)速易于控制，DEH可能會(huì)自動(dòng)切換到順序閥方式運(yùn)行。

    2.7 機(jī)組其它參數(shù)的比較

    閥切換過程及之后，機(jī)組的軸向位移、各軸承的回油溫度、金屬溫度、高、中壓缸絕對膨脹、凝汽器真空、汽缸壁上下缸溫差、缸壁內(nèi)外溫差和法蘭內(nèi)外壁溫差等，均無顯著變化，在這些參數(shù)上，兩者相差不大。

    3 結(jié)束語

    工作于不同閥門配汽方式下，由于各閥門開啟的特性不同，對機(jī)組各參數(shù)產(chǎn)生不同影響。與順序模式相比，調(diào)節(jié)系統(tǒng)單閥模式運(yùn)行使高、中壓缸保持較高的溫度水平，轉(zhuǎn)子與汽缸的膨脹更趨于一致，而由于再熱參數(shù)相同，兩者低壓缸的溫度水平差別不大，對低壓缸脹差的影響不大；單閥運(yùn)行使高、中壓缸排汽溫度較高，相應(yīng)排汽焓值高，高、中壓缸相對效率較低；由于進(jìn)汽方式的改變，對高、中壓缸軸承的振動(dòng)有較大影響，相應(yīng)地影響了低壓缸軸承的振動(dòng)情況。由于配汽特性的不同，不僅改變了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些特性，對機(jī)組其他參數(shù)的影響亦應(yīng)引起關(guān)注。

    汽機(jī)負(fù)荷的調(diào)節(jié)，除了調(diào)節(jié)系統(tǒng)配汽特性以外，還有與汽壓有關(guān)的滑壓和定壓兩種模式，不同組合對汽機(jī)本身、鍋爐、熱力系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)方面均有較大差別。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的負(fù)荷變動(dòng)方式，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時(shí)，取得*佳的經(jīng)濟(jì)性，并較好地適應(yīng)負(fù)荷變化。

    目前可變閥門管理方式，在順閥方式工作時(shí)，對閥門重疊度可變的研究和優(yōu)勢的利用方面還略顯欠缺，應(yīng)當(dāng)注意到，配汽機(jī)構(gòu)的目的是取得合理的流量特性，它應(yīng)當(dāng)是線性和連續(xù)穩(wěn)定的。應(yīng)利用可變的重疊度，對機(jī)組調(diào)節(jié)性能和經(jīng)濟(jì)性作進(jìn)一步研究。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司