內(nèi)蒙電科院講座（東南大學(xué)楊建明）

高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)與流量特性楊建明東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院jmyang建明江蘇省南通海門市人。東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院教授，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)火力發(fā)電分會(huì)委員，江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)火電專業(yè)委員會(huì)委員，江蘇省人社廳電力行業(yè)高級職稱評審委委員。

1982年7月西安交通大學(xué)核反應(yīng)堆工程專業(yè)，學(xué)士

1985年7月浙江大學(xué)工程熱物理專業(yè)，碩士

1990年10月東南大學(xué)電廠熱能動(dòng)力及其自動(dòng)化專業(yè)，博士。長期從事發(fā)電廠熱能動(dòng)力工程領(lǐng)域科學(xué)與技術(shù)的教學(xué)和研究，專業(yè)從事汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷和現(xiàn)場治理、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)與控制、液壓控制系統(tǒng)故障診斷、汽輪機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和現(xiàn)代化改造、汽輪機(jī)組功率調(diào)節(jié)特性動(dòng)態(tài)建模、凝汽器優(yōu)化改造、核電汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)硬件在環(huán)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、先進(jìn)汽封等理論研究與工程應(yīng)用，理論緊密結(jié)合實(shí)際，熟悉現(xiàn)場，在機(jī)組及管道異常振動(dòng)、一次調(diào)頻優(yōu)化、DEH系統(tǒng)優(yōu)化與故障診斷等方面積有一定的工程經(jīng)驗(yàn)國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文三十多篇，1997年“提高國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性的綜合研究”獲江蘇省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，1998年“提高徐州發(fā)電廠國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性綜合研究”獲國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，2003年“國產(chǎn)220MW汽輪機(jī)潤滑供油系統(tǒng)與超速保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造”獲江蘇省電力公司科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2003年“‘汽輪機(jī)原理’課程教學(xué)與改革”獲江蘇省教育廳優(yōu)秀課程獎(jiǎng)。2010年南通市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2011年江蘇省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。汽輪機(jī)DEH閥門管理曲線DEH閥門管理曲線

在DEH中，閥門管理曲線的功能相當(dāng)于原調(diào)速系統(tǒng)的配汽機(jī)構(gòu)，將流量指令轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏赫{(diào)門的開度指令。汽輪機(jī)功率控制與流量指令

一次調(diào)頻功率增量與來自CCS的機(jī)組功率指令迭加，得到機(jī)組即時(shí)功率，經(jīng)主汽壓力校正，轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)控制的流量指令。閥門管理曲線機(jī)組流量指令轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏赫{(diào)門的流量指令，即把機(jī)組總的流量分配到各個(gè)高壓調(diào)門調(diào)門流量指令轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)門的開度指令閥門管理曲線的重要性決定了噴嘴配汽汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級噴嘴組進(jìn)汽的先后順序，影響高壓轉(zhuǎn)子軸承的載荷分配，導(dǎo)致軸承瓦塊溫度和軸振變化開啟重疊度，影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。閥門管理曲線高壓調(diào)門開度隨流量指令的變化，直接影響機(jī)組的一次調(diào)頻與AGC控制品質(zhì)閥門管理曲線優(yōu)化的意義保障機(jī)組運(yùn)行安全，優(yōu)化控制高壓轉(zhuǎn)子的軸振與軸承瓦溫

合理配置開啟重疊度，機(jī)組實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行

保證機(jī)組優(yōu)良控制品質(zhì)，機(jī)組實(shí)現(xiàn)帶廠用電小網(wǎng)運(yùn)行，保障電網(wǎng)安全閥門管理曲線閥門管理曲線的差異閥門管理曲線是閥桿行程(或油動(dòng)機(jī)行程)與流量指令的對應(yīng)關(guān)系，不是閥門開度與流量指令的對應(yīng)關(guān)系

調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，閥桿行程不一定等同于閥門開度

調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)級特性不同，調(diào)節(jié)閥的流量特性不盡相同閥門管理曲線的設(shè)計(jì)影響因素高壓調(diào)門流量特性高壓缸的通流特性，即決定于調(diào)節(jié)級和高壓缸壓力級的通流能力閥門管理曲線的設(shè)計(jì)基于汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)，由機(jī)組功率計(jì)算出主蒸汽流量

基于調(diào)節(jié)級和高壓缸壓力級流動(dòng)特性，在單閥閥門管理曲線設(shè)計(jì)和順閥方式下，分別計(jì)算出不同主汽流量下的調(diào)節(jié)級噴嘴組的流量和噴嘴組前的壓力由噴嘴組的流量和噴嘴組前壓力，計(jì)算出對應(yīng)的調(diào)門開度由機(jī)組功率和對應(yīng)的高壓調(diào)門開度，計(jì)算出單閥和順閥時(shí)的閥門管理曲線調(diào)門開度與閥桿或油動(dòng)機(jī)行程調(diào)門內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，兩者之間有不同的對應(yīng)關(guān)系，部件磨損會(huì)使這一對應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)

預(yù)啟閥的作用減小開啟調(diào)門的提升力高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)主閥碟、主閥套、預(yù)啟閥(導(dǎo)閥，或小閥)、閥桿及閥桿套預(yù)啟閥剛性地設(shè)置地閥桿的端部，活動(dòng)地內(nèi)置在主閥碟中提升閥桿時(shí)，先開啟預(yù)啟閥；預(yù)啟閥全開后，帶動(dòng)主閥碟開啟高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)

主閥碟浮動(dòng)高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)隨調(diào)門開度增大，R0增大、R1減小，P1提高，主閥碟上向下蒸汽力減小。達(dá)到某一開度時(shí)，P1＝Pc，主閥碟處于上、下浮動(dòng)的臨界狀態(tài)繼續(xù)增大調(diào)門開度，P1＞Pc，主閥碟脫離預(yù)啟閥上跳上端點(diǎn)如果主閥碟上浮發(fā)生在調(diào)門大開度時(shí)，如相對開度大于45%以上時(shí)，不會(huì)發(fā)生明顯的負(fù)荷波動(dòng)如果主閥碟上浮發(fā)生在調(diào)門沒有充分開啟時(shí)，就會(huì)發(fā)生明顯的負(fù)荷波動(dòng)高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)門桿汽封磨損，將使R2減小，使主閥碟的上浮臨界點(diǎn)前移，預(yù)啟閥磨損主汽門與調(diào)門組合結(jié)構(gòu)，調(diào)門流場不對稱，汽流對主閥碟產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用力主閥碟與預(yù)啟閥發(fā)生研磨，大多預(yù)啟閥座磨損，導(dǎo)致預(yù)啟閥行程增大，在相同油動(dòng)機(jī)行程下，主閥碟開度變小改變了閥桿行程對應(yīng)的蒸汽流量關(guān)系，閥門管理高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)曲線偏離設(shè)計(jì)值，調(diào)節(jié)品質(zhì)變差預(yù)啟閥不均勻磨損，改變了前后閥序間的重疊度，局部速度變動(dòng)率變小或變大，甚至出現(xiàn)調(diào)節(jié)不靈敏區(qū)主閥碟開啟不足，產(chǎn)生不必要的節(jié)流損失行程測量桿松脫和彎曲、斷裂閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)，對閥桿行程測量桿產(chǎn)生橫向作用力，造成測量桿彎曲，鎖緊螺母松脫高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)處理方法減小預(yù)啟閥行程，增大主閥碟上向下蒸汽作用力基于EH系統(tǒng)油壓和油動(dòng)機(jī)活塞和活塞桿直徑，測算最大提升力基于調(diào)門結(jié)構(gòu)參數(shù)和主汽參數(shù)，以及彈簧緊力，測算無預(yù)啟閥時(shí)開啟的最大提升力基于調(diào)門結(jié)構(gòu)參數(shù)和油動(dòng)機(jī)最大提升力，在額定主汽參數(shù)下，測算預(yù)啟閥的最小開度高壓主汽門與高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)其它問題油動(dòng)機(jī)與閥桿連接間隙，通常0.2mm左右，在主閥碟上蒸汽力向下時(shí)，這個(gè)間隙對流量特性沒有影響。在調(diào)門大開度，主閥碟即使上浮，因流量接近飽和，也不會(huì)產(chǎn)生明顯的負(fù)荷波動(dòng)閥桿與主閥碟的配合間隙，通常0.3mm左右，與油動(dòng)機(jī)連接間隙相似兩者同時(shí)發(fā)生，特殊情況下會(huì)引起負(fù)荷波動(dòng)1、預(yù)啟閥磨損產(chǎn)生的調(diào)節(jié)品質(zhì)問題機(jī)組概況內(nèi)蒙某廠東方C150/135-13.2/1.0/535/535型汽輪機(jī)，設(shè)有4個(gè)帶預(yù)啟閥的高壓調(diào)門，I、II同步開啟，III、IV順序開啟。機(jī)組功率輸出與流量指令偏差較大，一次調(diào)頻長期不良。制造廠原設(shè)計(jì)順閥時(shí)閥門管理曲線原設(shè)計(jì)閥門管理曲線設(shè)計(jì)預(yù)啟閥行程為17.5%，原廠閥門管理曲線不合理，II閥點(diǎn)附近速度變動(dòng)率較小，重疊度不合理，交界處前后不銜接1、預(yù)啟閥磨損產(chǎn)生的調(diào)節(jié)品質(zhì)問題試驗(yàn)實(shí)測試驗(yàn)實(shí)測高壓調(diào)門配汽特性在流量指令72.3%～77.5%和87.62%～93.1%間出現(xiàn)了2個(gè)機(jī)組功率變化很小的平臺(tái)流量指令68.7%～72.3%間機(jī)組功率變化很大，流量指令變了3.6%，機(jī)組功率改變了44MW，折算速度變動(dòng)率不足1.0%流量指令71.3%～72.3%，即#1、#2高壓調(diào)門開度66.0%～72.2%，出現(xiàn)上、下行程不重疊的滯止回環(huán)區(qū)，幅度達(dá)到12MW2、單閥切順閥時(shí)的軸振異常突變機(jī)組概況粵電某電廠亞臨界600MW機(jī)組，2011年11月在單閥切順閥試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生了高壓轉(zhuǎn)子#2軸振突發(fā)異常增大，迫使機(jī)組單閥運(yùn)行#1機(jī)單閥切順閥時(shí)高壓轉(zhuǎn)子軸振與軸承瓦塊溫度變化動(dòng)態(tài)過程故障分析機(jī)組由單閥切順閥時(shí)，發(fā)生振動(dòng)異常的案例很多，特別是600MW這類的大機(jī)組機(jī)組由單閥切順閥，調(diào)節(jié)級噴嘴組流量不一致，產(chǎn)生不對稱汽流力，導(dǎo)致高壓轉(zhuǎn)子軸振和2、單閥切順閥時(shí)的軸振異常突變軸承瓦塊溫度變化通常不對稱汽流力下降時(shí)，軸承瓦塊溫度升高，但軸振會(huì)下降；反之，瓦塊溫度降低，但軸振會(huì)增大該機(jī)II和III同步開啟，IV、I順序開啟。單閥切順閥時(shí)，在I高調(diào)門接近全關(guān)、IV高調(diào)門關(guān)小到40%，發(fā)生了軸振突變，且瓦塊溫度升高2、單閥切順閥時(shí)的軸振異常突變

I高調(diào)門接近全關(guān)、IV高調(diào)門較大開度時(shí)，調(diào)節(jié)級不平衡汽流力較大，但主分量向下，正常時(shí)應(yīng)能抑制軸振的增大，顯示存在有別于常規(guī)的異常

隨后進(jìn)行的I和IV同步開啟、II和III順序開啟試驗(yàn)，在II高調(diào)門接近全開時(shí)，軸振雖然沒有突變，但#1軸振達(dá)到報(bào)警值、軸承瓦塊溫度較大幅度下降，試驗(yàn)結(jié)果與常規(guī)現(xiàn)象一致

第一種閥序下，順閥時(shí)出現(xiàn)的軸振突發(fā)增大，顯示高壓轉(zhuǎn)子上存在松動(dòng)部件，軸振變化大小決定于松動(dòng)狀態(tài)2、單閥切順閥時(shí)的軸振異常突變在高壓轉(zhuǎn)子上，能夠產(chǎn)生活動(dòng)的部件只有前端的主油泵軸，通過螺紋與高壓轉(zhuǎn)子前端小軸相連在高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生松動(dòng)，主油泵軸不僅前移，而且還能產(chǎn)生側(cè)身偏移，質(zhì)心偏離軸線，產(chǎn)生附加不平衡力，進(jìn)而導(dǎo)致軸振突變檢修檢查發(fā)現(xiàn)，泵軸前移近2mm，能產(chǎn)生明顯的側(cè)向偏移

處理后，在第一種閥序下，軸振異常突變消失3、機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩機(jī)組概況國電某電廠超臨界670MW機(jī)組，2014年3月在機(jī)組負(fù)荷550MW附近出現(xiàn)持續(xù)低頻振蕩，負(fù)荷振蕩幅度10～14MW，伴隨著主汽壓力反相低頻振蕩3、機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩故障分析

機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩發(fā)生在順閥控制、GV3

(#3高壓調(diào)門)開度23%附近，對應(yīng)機(jī)組負(fù)荷約550MW

GV3開度小于20%和大于25%時(shí)負(fù)荷低頻振蕩基本消失機(jī)組負(fù)荷低頻振蕩是在流量指令低頻波動(dòng)下發(fā)生的，高壓調(diào)門開度跟隨流量指令變化，顯示DEH和液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常3、機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩

GV3在開度23.0%附近，存在明顯的負(fù)荷響應(yīng)滯緩區(qū)，GV3油動(dòng)機(jī)行程改變時(shí)，機(jī)組負(fù)荷不能跟隨變化，當(dāng)GV3開度達(dá)到某一值時(shí)，機(jī)組負(fù)荷接近階躍變化

GV3開度23.0%附近嚴(yán)重的負(fù)荷響應(yīng)滯緩，機(jī)組功率與要求值產(chǎn)生大的偏差，在CCS的汽輪機(jī)負(fù)荷控制算法下產(chǎn)生大的超調(diào)控制，引起流量指令低頻波動(dòng)，這是機(jī)組負(fù)荷低頻振蕩的主要原因

GV3開度23.0%附近響應(yīng)滯緩，是由其主閥芯上蒸汽作用力產(chǎn)生的3、機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩高壓調(diào)門主閥芯上的受力狀態(tài)，決定于頂部與底部的蒸汽壓力。頂部壓力與門套和門桿漏汽有關(guān)高壓調(diào)門順序開啟時(shí)，各主閥芯上的蒸汽作用力變化不盡一致。前2個(gè)同步開啟時(shí)，主閥芯上作用力向下；第3個(gè)開啟后，調(diào)門壓力已上升到較高水平，底部向上的作用力大于頂部向下的作用力，主閥芯懸浮甚至向上主閥芯上浮發(fā)生在發(fā)生在絕對開度35.0%以上時(shí)，對機(jī)組功率影響較小，反之明顯。3、機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩蒸汽壓力。頂部壓力與門套和門桿漏汽有關(guān)高壓調(diào)門順序開啟時(shí)，各主閥芯上的蒸汽作用力變化不盡一致。前2個(gè)同步開啟時(shí)，主閥芯上作用力向下；第3個(gè)開啟后，調(diào)門壓力已上升到較高水平，底部向上的作用力大于頂部向下的作用力，主閥芯懸浮甚至向上該機(jī)在GV3開度20.5%增大負(fù)荷，開始按指令緩慢增大，當(dāng)開度達(dá)到21.0%負(fù)荷近似階躍增12MW；DCS檢測超調(diào)后發(fā)出減負(fù)荷指令，GV3執(zhí)行后負(fù)荷開始減小，但隨后負(fù)荷近似階躍降10MW；DCS3、機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩檢測到超調(diào)后，以發(fā)出增負(fù)荷指令，GV3執(zhí)行后再次出現(xiàn)近似階躍增，此過程周而復(fù)始持續(xù)下去，形成負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩。調(diào)門上蒸汽力變化是外部激發(fā)因素，調(diào)門內(nèi)部間隙和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)曠動(dòng)間隙過度是內(nèi)部缺陷。GV3小開度下出現(xiàn)主閥芯蒸汽由向下轉(zhuǎn)為向上，是負(fù)荷跳躍幅度較大的主要原因。門桿漏汽是影響主閥芯蒸汽力上、下轉(zhuǎn)向的重要因素。3、機(jī)組負(fù)荷持續(xù)低頻振蕩減小調(diào)門內(nèi)部配合間隙和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)曠動(dòng)間隙，縮小主閥芯的上下曠動(dòng)行程；減小門桿汽封間隙，適度增大門套間隙，上移主閥芯蒸汽力上下轉(zhuǎn)向點(diǎn)。主閥芯蒸汽力的上下波動(dòng)，是造成預(yù)啟閥磨損和門桿沖擊載荷的主要原因。減小預(yù)啟閥行程、抑制主閥芯曠動(dòng)幅度，是減緩預(yù)啟閥磨損和避免門桿連接頭斷裂的有效措施。閥門管理曲線的設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)級和高壓缸壓力級的流動(dòng)特性也與實(shí)際偏差較大。國內(nèi)機(jī)組壓力級通流面積偏大、調(diào)節(jié)級焓降大，不僅影響配汽特性，而且影響了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

對卸載式高壓調(diào)門，預(yù)啟閥經(jīng)常發(fā)生磨損，改變了油動(dòng)機(jī)行程與主閥芯開度的對應(yīng)關(guān)系

目前，國內(nèi)制造廠均沒有調(diào)門流量特性試驗(yàn)臺(tái)，流量特性套用引進(jìn)設(shè)計(jì)典型的閥門管理曲線閥門管理典型曲線Westinghouse、新華設(shè)計(jì)

基于通用流量特性的設(shè)計(jì)，單閥與順閥關(guān)聯(lián)

流量指令轉(zhuǎn)變?yōu)樾拚髁?/p>

修正流量對各高壓調(diào)門作流量分配，決定開啟重疊度和開度變化率，得到調(diào)門的相對流量指令

基于通用流量特性曲線，調(diào)門的相對流量指令轉(zhuǎn)變?yōu)殚_度指令順閥控制時(shí)的閥門管理曲線單閥控制時(shí)的閥門管理曲線高壓調(diào)門流量特性試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康?/p>

求取試驗(yàn)機(jī)組高壓調(diào)門實(shí)際的開度——流量特性

優(yōu)化DEH閥門管理程序和一次調(diào)頻控制算法，滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻考核要求

為機(jī)組變壓優(yōu)化運(yùn)行創(chuàng)造條件試驗(yàn)條件

退出AGC和一次調(diào)頻，機(jī)組CCS采用手操基本控制高壓調(diào)門流量特性試驗(yàn)

凝汽穩(wěn)定工況，負(fù)荷50%～100%，定壓運(yùn)行

主汽壓力控制在(95%～98%)額定壓力，主汽溫度波動(dòng)不大于±8℃

高壓轉(zhuǎn)子軸振波動(dòng)不大于20um，瓦溫不高于90℃

對閥門管理曲線很不合理的機(jī)組，采用試驗(yàn)專用閥門管理曲線

DCS和DEH記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，歷史庫中數(shù)據(jù)記錄精度，壓力和行程0.1%，溫度0.1℃高壓調(diào)門流量特性試驗(yàn)試驗(yàn)方法在高負(fù)荷下，通過降低主汽壓力使高調(diào)門全開，進(jìn)行單閥切順閥，或順閥切單閥根據(jù)升或降負(fù)荷要求，緩慢增或