大功率汽轮机低压损调节阀的试验研究 - 文章

大功率汽轮机低压损调节阀的试验研究

作者：王平子

1 引言

文献[1]指出，现代大功率汽轮机的调节阀，应该保证实际上有100％的可靠性；全开时有最小的阻力(不超过蒸汽初压的1．5％～2％)；保证在汽轮机各工况都有稳定的流量并满足工艺要求。据报导，俄用于K—300—240型汽轮机的不卸载调节阀在计算开度下的阻力约为初压的1％，振动值也低。

我国自行设计的很多大、中型汽轮机，包括200MW和300MW机，使用的调节阀为G—I型阀(机械工程手册汽轮机篇上称作GX—1型)。该阀是1966年研制成的。当时研制该阀的指导思想是先把阀门提升力降下来，为此取100％的阀门卸载度(卸载度定义为阀碟与阀碟套筒配合直径处截面积和阀碟与阀座配合直径处截面积之比值)，然后采用不同方案的阀门型线研究其稳定性，择其中最优者，这样得到了该阀。最后经过吉林热电厂的工业性试验，并经实际运行考验后，用到了实机中[2]。

当时在研制该阀时，并未顾及阀门压力损失等指标，阀门型线本身也未来得及再作优化选择。现在用户越来越重视汽轮机组的可靠性和经济性，故有必要对G—I型调节阀的压损、稳定性等指标重新作一全面评价，并借鉴国外经验和引进技术，再根据自己的实践，研制工作更稳定、全开时压损更小的调节阀。

2 引用符号

2．1 几何参数

2．2 气动参数

Pi——i截面处静压，Pa；
Pi0——i截面处总压，Pa；
γi0——i截面处气体滞止重度，N／m3；
ρi——j截面处气体密度，kg／m3；
G——通过调节阀的实际流量，kg／s；
Gc——通过调节阀阀座喉部的临界流量，kg／s；
E——调节阀进出口压比(E＝P2／P10)；
k——比热比；
ξc——调节阀流量系数(ξc＝G／Gc)；
ζ——压力损失系数；
ui——i截面处气流的速度，m／s。

2．3 下标

1——调节阀进口截面；
2——调节阀出口截面；
n——阀碟、阀座配合截面；
c——阀座喉部截面。

3 试验研究方法

3．1 试验装置

本试验采用的是单阀试验装置(即不带阀壳)，阀门安放在比它相对大得多的球形容器内。球形容器底平面与阀座进口平面齐平。因为这种壳体中气流轴对称流入阀座，从而忽略了实际应用中特定阀壳对调节阀气动特性的影响，在这样的试验装置中仅对调节阀阀座与阀碟型线作优化选择是可行的。阀座出口通大气。

试验介质为空气。气源为2台活塞式空气压缩机，最大出口压力达1．18MPa，它们可保证阀门试验时达到临界压力比。试验装置全部用钢质。各种方案的调节阀配合直径Dn均取为φ50mm，其余尺寸按比例缩小模化而成。

3．2 调节阀流阻特性(流量系数和压力损失系数)试验

3．2．1 调节阀的流量系数

流量系数定义为

调节阀的流量系数特性是汽轮机配汽计算中必须的数据，其物理含义为调节阀通流能力的大小。当不同调节阀前后压比相同时，其流量系数ξc高的就表明流过该阀的汽流流量大；反过来可以说，如果要通过相同的汽流流量，则对于流量系数ξc愈高的调节阀，其压降必愈小(压比值辽大)。这就表明，在相同的压比和升程条件下，流量系数ξc愈大的调节阀其流阻特性愈好。可从同一压比下流量系数ξc随相对升程变化曲线的分布规律来定性地判断阀门流阻的大小。

测量阀门的流量特性时，需要测量的物理量有大气压力(这里即阀后压力)、阀前压力、温度、流量。大气压力用气压计，阀前压力用U形管，温度用水银温度计，流量用标准孔板进行测量。

3．2．2 压力损失系数

在做流量系数曲线的同时，压力损失系数特性曲线所包含的物理量也全部得到了。它是衡量阀门压损值大小的另一个指标，定义为

u2可通过流量、阀后气流压力、温度测量值及阀座出口截面积算得。

3．3 稳定性试验

研制G—I型阀时，通过测量阀杆的振动位移值(轴向跳动量)来判断阀门的工作稳定程度[2]。虽然模型与实物工作条件有很大差异，但在相同工作条件下对各种方案作比较试验，得出优劣，还是可行的。

由于本试验中更换试验方案时难以保证阀杆振动测量装置处在相同状态下，因此，若采用以前的方法测量阀门振动，并不能正确地判断各方案的稳定性好坏。

实际上，调节阀的不稳定主要是由于阀内不稳定的汽流脉动对阀碟造成很大的激振力而诱发的。如果能从流体力学角度寻找引起阀内流动诱发振动的原因，以及因调节阀型线不同而造成诱发振动的轻重程度来比较和判断调节阀稳定性好坏，则更为直观和可靠。而且，这样通过调整调节阀型线来降低阀内流体激振力，提高阀门稳定性的方法是一种积极主动的消振方法。国外一些公司进行了这方面的专门试验研究，如ABB公司曾对调节阀阀碟和阀座表面各点处压力脉动进行测量和分析，研究各种调节阀型线对稳定性的影响。

大量试验数据表明，阀座喉部附近往往是调节阀内流道压力变化最大的区域，该区域压力脉动的大小较能正确地反映调节阀稳定性的好坏。本试验就是采用测量调节阀喉部处压力脉动来作为其工作稳定性好坏的依据。在阀座喉部处开φ1mm的静压测孔，并用灵敏度很高的压电式传感器测量其静压脉动，记录下压力变化曲线，从而比较不同升程和压比条件下压力脉动幅度的大小，对阀碟—阀座型线的选择及升程、压比的影响作出分析。这样对阀门流动的稳定性作出评价可能比以前使用的方法更科学，更具实用价值。(end)

(投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2008-2-13，阅读344次)

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