汽轮机配汽机构教程及课件

汽轮机配汽机构
配汽机构是指调节汽门及带动调节汽门的传动机构。

一、调节汽门
作用：在油动机控制下，通过改变阀门开启的个数及开度，来改变进入汽轮机的蒸汽量（或焓降），以达到改变功率的目的。

所以首先结构设计要尽量合理，如能自由开关，关闭时密封性好，结构简单可靠，蒸汽流动的压力损失要小。

从运行上讲，我们关心的是：阀门开启过程中流量特性要满足运行的要求。

阀门的提升力要小，而且全开时不会受到向上的推力。

<1>调节汽门的流量计算：
1. 计算的任务：根据已知条件a、必要的热力计算数据b、汽门的型线及基
本尺寸计算不同汽门开度L下，蒸汽的流量Dn或者根据不同蒸汽流量
Dn下确定阀门开度L。

2. 特点：一只球阀为了把蒸汽流过阀门的速度能转换成压力能，阀座上常有
一段扩压管，然后蒸汽进入喷嘴室，通过喷嘴膨胀形成高速气流，使调节级叶片冲转，以后再进入非调节级工作。

设汽门前压力p0’,比容v0’阀后
扩压管后压力，也就是喷嘴前压力为p0″，调节级喷嘴后压力为p1，调节
级叶片后压力为p2，再设扩压管喉部面积为Av＝Dv2
式中：
Av－公称面积
Dv－公称直径（对不同型式的阀门定义不同的概念）
特点：1）汽门在不同开启位置时，汽门的最小通流面积不是常数
2）汽门喉部压力pv汽门后压力，而是有扩压，而且扩压效率随工况而变，汽门前后压力比不是常数。

这样汽门的流量不能简单认为是阀门前后压力比的函数，给理论计算带来困难，一般采用理论分析＋试验方法，给出经验公式。

1. 试验：
定义：
在一定压力差p＝p0′－p0″及开度L条件下的实际流量为G，可以通过
对具体的阀门进行试验而求得。

在初压p0′及阀门公称面积Av条件下的临界流量Gc。

公式为：
GC＝0.648Av
χ＝为汽门相对流量系数。

试验曲线的求取：
通过试验求取不同汽门压差p，及升程L下的真实流量G以后，根据上述定义可以作出相对流量系数的曲线。

纵坐标为X，横坐标为阀门的相对升程
把同一比值下，χ随变化规律整理成一条曲线，不同下可得到不同曲
线。

从图中可以看出：
（1）在同一个p下，升程L，χ，G。

但当阀门基本全开（＝0.25～0.3）后，升程的增大，流通面积增大甚少。

所以，流量的增加过程趋势变慢，χ曲线显得平坦，接近一条直线。

（2）在同一升程L下，压力降p，χ，G，但当p增大到某一范围后，pv接近临界压力，所以流量的增加趋势也变慢，表现为曲线变得密集。

当
>30％后已达到临界压力比，流量不再增加，曲线也到此为止。

要计算通过阀门的流量G，关键是求出。

扩压管后压力即喷嘴前压力可以结合蒸汽在喷嘴中变工况特性计算。

2.升程流量特性
阀门在开启过程中流量的大小与阀门的结构及蒸汽参数有关，下面以最简单
的球阀——单座阀加以说明。

（1）单座阀结构特性：
阀门升程L与通流面积A的关系，汽门从关闭状态开启，蒸汽的流通面积为一
圆环。

设流通面积的平均直径为，则流通面积为A＝L，当阀门提升到一
定高度时，其流通面积将等于阀门的L＝Dv2
Dv——喉部直径
若再提高汽门开度，对汽流的整个流通过程而言，决定流量的最小截面已不再是阀门开度，而是在喉部面积，即阀门再升高，蒸汽的流通面积不再增加。

（2）阀座流量特性：
阀门的升程L与流量G的特性简称流量特性。

当升程L＝0，流量G＝0
1. 当阀门升度较小时，由于汽门后压力低，ε<εcr(εcr为临界压比)，所以蒸
汽在阀门内为临界流动，速度不变，在阀门前压力不变的条件下，流量与流通面积A成正比，亦即与升程L成正比，即超临界段，这个线性直到阀后压力为临界压力为止。

2. 阀门再开大流动面积增加流量增加，p流速降低流量亚临界
段流量增加速度
3. 阀门升程继续增大，当限制流量的通流面积为喉部面积时，即使升程增加，
也不增加，通常认为汽门前后的压力比/=0.95~0.98，汽门为全开。

（3）汽轮机运行对流量特性的要求。

1. 汽轮机启动并网时，希望随着阀门升程的增加，蒸汽流量增加慢一点，增
加稳定性，一般第一只调节汽门在结构上采用常“节流锥”的型式。

节流锥伸入到阀座里面，在阀门提升的开始阶段，由于节流锥的阻挡，蒸汽流量增加较慢，当节流锥脱离阀座后，蒸汽的流量随开度增加较快。

2. 对于采用喷嘴调节的汽轮机，比如采用喷嘴依次开启来调节，希望升程与
流量的曲线是连续光滑。

四只调节阀假使完全依次开启——第一只开足，再开第二只，第二只开足再开第三只，第四只，这样我们得到的流量曲线是一条折线，不符合运行要求。

曲线出现平坦处表示，同一个蒸汽流量可以允许不同的阀门升程，这势必会引起调节系统的晃动。

在蒸汽流量达到最大值时，阀门总的升程要增大，油动机的行程要增大，可以采用“重叠度”的方法解决问题。

当前一只阀门未开足时，比如开到阀门前后压力比/＝0.85～0.95时，后一只阀门就提前开启。

这样提前开启，得到的
升程－流程曲线是一条光滑连续的曲线。

总的阀门升程也减小，这个提前开启的量5～15％称为重叠度。

由于两个汽门同时部分开启，节流损失增大，经济性下降，重叠度应选择适当。

3.提升力计算
（1）分析：
油动机所需功率的大小，主要取决于阀门的提升力，提升力与汽门前后蒸汽
压力以及阀门结构有关，以球芯阀为例：
1. 在将要打开而未打开时，阀前参数一定，阀后参数最低，所以此时
提升力最大，Fq＝（A芯－A杆）－A芯
2. 随着阀门的开启，阀后压力，所以阀门的提升力。

3. 阀门结构的不同，提升力的变化规律也不同，需要通过试验确定。

4. 为了减小刚开启时阀门的提升力，阀杆的截面积大一点是有利的，但不能
太大，为了避免出现负的提升力。

（2）计算：
提升力的大小是根据试验曲线来计算。

相对提升力系数＝不同开度下开启汽门实际需要的提升力F2/（汽门的公称面
积Av×汽门前压力）
对于不同阀门，在不同开度L，，p下进行实际提升力的测量，整理成
曲线。

纵坐标：相对提升力系数；
横坐标：相对压力差/
在一定相对开度下，可得到－/曲线，开度不同，曲线不同。

如图示：
1. 在同一L下，/，，提升力；
2. 在同一/下，L，，提升力；
根据阀门运行的实际条件查得所需的，提升力Fq＝Av
（3）阀门结构的改进
对于高压机组，为减小开启汽门时的提升力，采用常预启汽门结构，一个大阀芯中间套一个小的阀芯，称为预启阀，上面不动，开有一个通汽孔。

1. 当阀门关闭状态时，大阀压在阀座上，小阀压在大阀上，大阀中的压力
，＝0，蒸汽压力能使阀门得到良好的密封。

2. 刚开启时，先提升小阀，尽量此时阀前后压差最大，但由于小阀的受力面
积小，提升力不大。

3. 小阀提升后，蒸汽流量，阀后压力不断，以致使p2，蒸汽是从
小孔流过来，<p1。

4. 当小阀升到B位置，与隔板相碰，再提升大阀，此时由于前后压差不大，
提升力较小。

5. 喷嘴调节时提升力的分析
一个油动机控制多个调节汽门，使依次开启，第一汽门刚开启，前后压差大，提
升力，逐渐开启后，汽门后压力，提升力，第二汽门开启，前后压差仍较大，提升力，所以提升力先再。

二、带动调节汽门的传动机构
作用：传递油动机的作用力，按照规定的程序，开启调速汽门，型式一般有三种：
1. 提板传动：
所有的调节汽门安装在一块板上，开启的先后次序靠上部预留的间隙来保证，可以通过螺帽调整，间隙越小，提板上升时，首先与它接触而开启；关闭时，靠阀芯的自重与蒸汽作用力。

提板由油动机经过杠杆传动。

优点：传动简单
缺点：阀芯在同一块提板上，因此一般只用于调节级上半周进汽，用于小机组 2.凸轮传动
油动机活塞的位移通过齿条、齿轮传动，带动凸轮轴转动，从而控制汽门，凸轮的角度及型线不同，阀门开启的先后、程序也不同，以达到调节的目的。

汽门的关闭，靠上部弹簧作用。

3.杠杆传动
对于超高压大型机组，开启汽门的提升力很大，常用几只油动机分别通过杠杆开启调节汽门，开启的顺序由杠杆上椭圆孔与汽门杆上销子之间的间隙大小决定。

三、配汽机构的静态特性
是指在各个稳定工况下，油动机的开度m与汽轮机发出功率P之间的关系曲线表示称为配汽机构的静态特性曲线。

由于油动机活塞的位置与汽门的开度L 一一对应，在初终参数一定时，汽轮机的功率与蒸汽流量相对应。

所以，一台汽轮机阀门升程－流量的关系曲线换一下坐标，单位，就是配汽机构的静态特性曲线。

本节重点
配汽机构的作用
阀座流量特性，汽轮机运行对流量特性的要求
喷嘴调节时，调节汽门采取重叠度的原因
了解提升力的计算及开启过程中的变化趋势
了解三种传动机构。