汽轮机调门重叠度的优化和调整

汽轮机调门重叠度的优化和调整
单子心
（华能南通电厂江苏南通 226003）
摘要：针对机组高压调门开度对汽机经济性的影响，通过对汽轮机调门升程流量特性变化的分析，对调门重叠度进行整定和调整，以提高机组在高负荷段的经济性。

改进后，机组调门调节特性明显改善，机组经济性也得到提高，并为一次调频特性调整改进工作创造了条件，达到预期的目的。

关键词：重叠度；升程流量特性；调节系统
1 汽机调门重叠度简介
1.1 定义：
采用喷嘴调节时，多个调节汽门依次开启，在前一个调门尚未全开时，后一调门便提前打开。

当前一个调门全部打时，下一调门提前开启的量称为阀门的重叠度。

1.2 目的：
设置重叠度的目的是为了使汽机控制指令与蒸汽流量成线性关系，保证机组良好的调节特性，有利于机组滑参数运行。

1.3 作用：
a）影响调节特性：多个调门依次开启，若后阀在前阀全部开启后才开启，那么根据单个阀门的特性可以推断出多个阀门的升程与流量的关系呈波形曲线，显然这是不符合调节系统静态特性曲线的，为了使配汽机构特性曲线比较平滑，一定要设置重叠度。

b）影响机组的经济性：重叠度过大，即前一阀门开度较小时，后一阀门就已开启，会加大节流作用，此时节流损失变大，对机组的经济性影响也最大。

重叠度较小或无重叠度时，节流损失最小，能提高机组经济性，但影响调节特性。

1.4 特性：
下面图1和图2分别为单阀和多阀联合的升程流量特性：
说明：
a）图1为典型的单阀升程流量特性曲线，对于单一调门，这种特性曲线是一定的，可以通过试验方法得出。

b）从图1我们可以看出在阀门开度50％左右，出现拐点，特性逐步开始呈非线性。

c）从图1可以得出阀门的有效升程，数值在70％左右，此后阀门再开大，流量增加较少。

a）多个阀门的联合特性就只取决于阀门开启的重叠度。

b）图2中的曲线Ⅰ选择的重叠度过小，即前一阀开度很大后才开后一阀，系统在调节时会生产较大的波动，在后一阀门将开启时，会发生调门大幅窜动的情况。

c）图2中的曲线Ⅱ选择了合理的重叠度，阀门联合升程流量特性波动小，系统调节性能基本呈线性，稳定性最好。

d）图2中的曲线Ⅲ选择的重叠度过大，除前面所讨论的会使经济性下降外，还会破坏升程流量特性的线性度，会使两个阀门重叠部分的流量增长过快，产生局部不等率变动，当汽机在该功率下运行时，有可能出现晃动。

2 重视调门升程流量特性的变化
阀门重叠度有两种表述：行程重叠度和压力重叠度。

行程重叠度：ξH ＝1－H1 / H max
式中H1为后阀开始开启时的前阀行程，H max为前阀全开行程。

压力重叠度：ξp ＝1－P1 / P max
式中P max和P1为后阀开始开启时，前阀的前、后压力。

行程重叠度只有几何意义，没有热力学意义，压力重叠度才是决定调门调节特性的关键参数，一般以前一阀门开至前、后压力比P1/P max=0.85～0.90时，后一阀开启较为合适。

然而，在DEH调节系统中，只能对行程重合度进行设定，不计算压力重叠度。

另外，压力重叠度是会改变的，在机组大修时，由于阀门进行过行程调整和密封面的研磨，阀门各部件由于损坏而更换等情况，特性曲线会产生意想不到的偏差。

单个阀门升程流量特性发生变化，此时若行程重叠度设定不变，会使调门调节特性改变，会直接影响汽机的经济性和调节特性。

所以，应该定期的对调门的升程流量特性进行测定，对压力重叠度进行标定，保证机组调节特性满足稳定高效的要求。

3 对调门重叠度调整
最佳重叠度确定的原则是应考虑在调节系统允许的范围内，尽量减小重叠度。

下图为华能南通电厂#3机组汽轮机在部分进汽时流量指令与各调门开度的
MARK V部分进汽曲线
10005
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0510152025303540455055606570758085909510
流量指令
各C V 开度指令
从图中可见，机组各调门开启时的参数，重叠度设定为：#2调门是在#1调门开启70％时开启，#3调门是在#2调门开启60％时开启，#4调门是在#3调门开启50％时开启。

对比国内大部分机组，普遍认为后一阀门在前一阀门开启60％时开始开启，这一重叠度设置是较为合理的。

汽机四个调门对应的喷嘴弧段是相同的，升程流量特性也基本是一样的，#4调门的重叠度设置明显偏大。

从前面的分析我们知道，重叠度过大是不利的，虽然在以往的运行中，系统稳定性没有出现过明显问题，没有发生明显的局部变动率过大现象，但经济性肯定值得商榷。

机组在额定参数下带额定负荷时机组效率最高，此时若#4调门不开，则汽机效率也是最高。

通过统计和观察发现，#3机组大修后，此工况下#4调门是有开度的，而且开度很小，在3％左右，同时#3调门开度基本上在55％左右。

可以说，汽机在高负荷时没有达到效率最高点，#3调门的有效升程没有完全发挥，#4调门的节流作用就发生了，这对汽机经济性的影响是显而易见的。

建议修改#4调门的重叠度设定为在#3调门开启60％后开启，从理论上讲是可以明显提高
汽机在高负荷段的效率的。

修改后，可以使机组在额定参数下带满负荷时#4调门不开启，汽机效率就有了最高点。

调整后对机组的经济性的影响，要通过具体热力试验进行计算分析，在不改变热力系统的情况下，在推荐和允许值以内，通过简单的控制参数修改就能产生较大的经济效益，这项工作还是值得做的。

4 结论：
a）机组大修后应重视汽机调门升程流量特性的标定，改善机组调节特性，使机组阀位指令与负荷关系更接近设计点，并呈线性关系，有利于机组运行调节的稳定性，并使机组一次调频性能得以改善。

b）对#3机组大修后适当修改机组调门重叠度的设定，将#4调门的重叠度设定为在#3调门开启60％时开始开启，以使机组在额定工况下#4调门不开启，通过热力试验对改进进行验证和分析，以提高机组高负荷段的热经济性。

参考文献：
[1]赵常兴.汽轮机组技术手册[M].北京：中国电力出版社，2007.265-267.
[2]鲁叶茂.汽轮机调门最佳重叠度的确定方法[J].发电设备，2005 NO.6.
[3]田松峰.汽轮机控制系统中阀门重叠度的研究[J].汽轮机技术，第50卷第6期.2008年
12月.。